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Jahresbericht 2020

Vom Rohstoff zu Hochleistungs-, Funktions- und biobasierten Fasern

From raw materials to high performance, functional and bio-based fibers

• Forschung und Entwicklung in der Fasertechnologie – Erspinnung von Hochleistungsfasern,
maßgeschneiderten Funktionsfasern und Fasern natürlichen Ursprungs / Research and development of
fiber technology – Spinning of high performance fibers, customized functional fibers and protein-based fibers
• Weiterentwicklung der Spinntechniken (Nassspinnen, Schmelzspinnen, Elektrospinnen), thermische
Faserumwandlungen und 3D-Druck / Further development of spinning techniques (wet spinning, melt spinning,
electrospinning), thermal fiber transformations and 3D printing
• Entwicklung und Konstruktion neuer Anlagemodule für die Spinnanlagen / Development and construction
of spinning modules
• Polymer- und Partikelsynthese / Synthesis of polymers and particles

Das ITM verfügt entlang der gesamten Wertschöp- anderem mithilfe der Netshape-Nonwoven-Techno-
fungskette über eine große Expertise in der Ent- logie oder der Technologie des elektrostatischen
wicklung von vielseitig einsetzbaren, faserbasierten Beflockens textile Trägerstrukturen (Scaffolds) her-
Hochleistungstextilien. Als Grundlage dienen maßge- gestellt werden, die gezielt als Implantate im Tissue
schneiderte Endlosfilamentgarne, die in Faserspinn- Engineering eingesetzt werden können.
prozessen aus innovativen Materialien hergestellt
werden. Hierfür werden die polymeren Ausgangs- Ein weiterer Schwerpunkt der wissenschaftlichen
stoffe in einen fließfähigen Zustand überführt und Arbeiten liegt in der tiefgreifenden Erforschung maß-
nach der Extrusion durch zielgerichtet konstruierte geschneiderter Kohlenstofffaser (engl. carbon fiber
Spinndüsensysteme verfestigt. Auf Basis ganzheitli- (CF))-präkursoren. Unter Zuhilfenahme verschiede-
cher und fundierter Kenntnisse erfolgen die Auswahl, ner Präkursormaterialien, wie PAN, Lignin oder Cel-
Variation und Kombination von Materialien und Pro- lulose, sowie Nanokohlenstoffen (z. B. CNTs) oder
zessparametern. Mithilfe der am ITM vorhandenen Graphen werden skalenübergreifende Mechanis-
Lösungsmittel- und Schmelzspinntechnologien ent- men bei der Faserbildung und die Minimierung von
wickeln die Wissenschaftler:innen auf diese Weise Strukturfehlern erforscht. Ein wichtiger Forschungs-
maßgeschneiderte Fasern, die verschiedenste Hoch- zweig beschäftigt sich dabei mit der Entwicklung
leistungsanwendungen ermöglichen. multifunktionaler CF durch die Ausbildung von inter-
konnektierenden Poren in den Präkursorfasern (sie-
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im he Abb. 2) für Energie- und Wasserstoffspeicherung.
Bereich Lösungsmittelspinnen werden u. a. mithilfe Durch die definierte Einstellung der Transport- und
einer Pilotspinnanlage der Firma Fourné Polymertech- Diffusionsprozesse während der Koagulation und
nik Gmbh realisiert und umfassen bspw. Biofasern der Orientierung der Makromoleküle im Nassspinn-
aus Chitosan oder Kollagen, Hochleistungsfasern auf prozess können die Porengrößen und -verteilung in
Polyacrylnitril (PAN)-Basis als Kohlenstofffaserprä- den PAN-Präkursoren und damit für die resultieren-
kursoren sowie piezo-sensitive Fasern und Formge- den CF gezielt beeinflusst werden.
dächtnisfasern. Einen großen Kenntnisstand besitzt
das ITM in der Verspinnung von biologisch hochrei- Für die Erforschung der Verarbeitung der neuarti-
nem Chitosan (siehe Abb. 1). Damit können unter gen Präkursoren zu CF stehen dem ITM in Zusam-

Abb. 1: Chitosan-Rohmaterial und nasssgesponnnes Chitosangarn; REM- und LM-Querschnittsaufnahme; geflockter
Chitosanscaffold / Chitosan raw material and wet-spun chitosan yarn; SEM and cross-section imaga; flocked chitosan scaffold

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