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Jahresbericht 2022

Spinntechnologie und -entwicklung für Hochleistungsfasern aus Kohlenstoff,
sowie aus Biopolymeren und post-consumer Kunststoffen

Development of precursor materials and spinning technologies for high-
performance fibers and fibers made of biopolymers and post-consumer materials

• 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 natural-based fibers
• Entwicklung der Spinntechniken (Nassspinnen, Schmelzspinnen, Elektrospinnen), thermische
Faserumwandlungen und 3D-Druck / Further development of spinning techniques (wet spinning, melt spinning,
electrospinning), thermal conversion of fibers and 3D-Printing
• Entwicklung und Konstruktion neuer Anlagemodule für die Spinnanlagen / Development and construction
of spinning moduls

• Polymer- und Partikelsynthese / Synthesis of polymers and particles

Das ITM verfügt entlang der gesamten Wertschöp- Kohlenstofffaserpräkursoren sowie piezo-sensitive
fungskette über eine große Expertise in der Ent- Fasern und Formgedächtnisfasern. Einen großen
wicklung von vielseitig einsetzbaren, faserbasierten Kenntnisstand besitzt das ITM in der Verspinnung
Hochleistungstextilien. Als Grundlage dienen maßge- von biologisch hochreinem Chitosan und Chitin aus
schneiderte Endlosfilamentgarne, die in Faserspinn- ionischen Flüssigkeiten (vgl. Abb. 1). Damit können
prozessen aus innovativen Materialien hergestellt unter anderem mit der Netshape-Nonwoven-Techno-
werden. Hierfür werden die polymeren Ausgangs- logie oder durch elektrostatisches Beflocken textile
stoffe in einen fließfähigen Zustand überführt und Trägerstrukturen (Scaffolds) hergestellt werden, die
nach der Extrusion durch zielgerichtet konstruierte gezielt als Implantate im Tissue Engineering einge-
Spinndüsensysteme verfestigt. Auf Basis ganzheitli- setzt werden können.
cher und fundierter Kenntnisse erfolgen die Auswahl,
Variation und Kombination von Materialien und Pro-
zessparametern. Mit Hilfe der am ITM vorhandenen
Lösungsmittel- und Schmelzspinntechnologien ent-
wickeln die Wissenschaftler:innen auf diese Weise
bedarfsgerechte Fasern, die verschiedenste Hoch-
leistungsanwendungen ermöglichen. a b
Abb. 2: Nassgesponnene PAN-Fasern; Angestrebtes
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Porenmodell im Querschnitt der Faser (a) und REM-Auf-
Bereich Lösungsmittelspinnen werden mit Hilfe nahme einer porösen Präkusorfaser (b) / Wet-spun PAN
einer Pilotspinnanlage der Firma Fourné Polymer- fibers; targeted pore model in cross-section of fibre (a) and
technik GmbH realisiert und umfassen bspw. Bio- SEM image of a porous precursor fiber (b)
fasern aus Chitosan oder Kollagen, Hochleistungs-
fasern auf Polyacrylnitril (PAN)- und Lignin-Basis als Ein weiterer Schwerpunkt der wissenschaftlichen
Arbeiten liegt in der tiefgreifenden Erforschung
maßgeschneiderter Kohlenstofffasern (engl. car-
bon fiber, CF)-Präkursoren. Dabei kommen Materia-
lien, wie PAN, Lignin oder Cellulose, sowie Nanokoh-
lenstoffe z.B. CNT oder Graphen zum Einsatz und
es werden skalenübergreifende Mechanismen bei
der Faserbildung und die Minimierung von Struk-
turfehlern erforscht. Ein wichtiger Forschungszweig
beschäftigt sich dabei mit der Entwicklung multifunk-
tionaler Kohlenstofffasern durch die Ausbildung von
interkonnektierenden Poren in den Präkursorfasern
(siehe Abb. 2) für Energie- und Wasserstoffspeiche-
rung. Durch die definierte Einstellung der Transport-
Abb. 1: Chitosan und Chitin aus Krustentierenund und Diffusionsprozesse während der Koagulation
nasssgesponnnes Chitosangarn (links) und Lichtmirkos-
kop-Querschnittsaufnahme aus einem Schliffkörper von und der Orientierung der Makromoleküle im Nass-
nassgesponnenen Choitosanfilamentgarnen (rechts) / spinnprozess können die Porengrößen und -vertei-
Chitosan raw materials and wet-spun chitosan yarn (left) lung in den PAN-Präkursoren und damit die Struktur
and cross-section image of wet spun chitosan filament yarn bzw. Eigenschaften der resultierenden Kohlenstoff-
(right) fasern gezielt beeinflusst werden (Abb. 2).

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