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AG Carbonfasern

Die Arbeitsgruppe Carbonfasern fokussiert sich auf die Untersuchung von Carbonfasern entlang der gesamten Prozesskette - von der  Precursorfaser über die stabilisierte Faser zur Carbonfaser. Hierbei steht besonders die Entwicklung der Mikrostruktur und der chemischen Struktur der Fasern im Zentrum der Forschung. Ziel ist es, ein Verständnis der ablaufenden physikalischen und chemischen Prozesse während der Stabilisierung und Carbonisierung zu erhalten. Insbesondere wird eine Korrelation zwischen resultierender Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften der Carbonfasern angestrebt.

Untersuchung des Faservolumens

Transmissionselektronenmikroskopie an CarbonfaserEin Schwerpunkt der Forschung der Arbeitsgruppe liegt auf der Untersuchung des Faservolumens der Carbonfaser und ihrer Vorgängerprodukte. Von Interesse sind unter anderem die Mikrostruktur, die Kristallinität, die chemische Zusammensetzung und die Bindungseigenschaften sowie evtl. exis­tierende Defekte der Fasern entlang der Prozesskette, da diese entscheidenden Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Carbonfasern haben. Zur Untersuchung der Orientierung und des Abstand der kristallinen Graphitebenen sowie der Ausdehnung von kohärenten Domänen kommen mikroskopische Methoden mit hoher lateraler Auflösung zum Einsatz, wie z.B. Trans­missions­elek­tronen­mikroskopie. Die chemische Struktur des Faservolumens wird mittels spektroskopischer Methoden, wie z.B. Infrarotspektroskopie oder Ras­ter­auger­mikroskopie, untersucht. Zur Bestimmung der Kristallinität werden Rönt­gen­diffraktions­messungen eingesetzt.

Untersuchung der Faseroberfläche

Rasterelektronenmikroskopie an CarbonfasernFür die Anbindung der Carbonfasern an die Polymermatrix – die sogenannte Faser-Matrix-Wechselwirkung - sind vor allem die Eigenschaften der Faseroberfläche, wie z.B. die chemische Zusammensetzung und die Mikrostruktur entscheidend und bilden einen weiteren Forschungsschwerpunkt der Ar­beits­gruppe. Insbesondere die Untersuchung der üblicherweise auf Carbonfasern vorliegenden Schlichte, welche u.a. zur Verbesserung der Haftung aufgebracht wird, ist von Interesse. Bei der Untersuchung der Oberflächentopographie stehen insbesondere die Fibrillenstruktur der Fasern, die Rauhigkeit und evtl. vorhandene Poren im Fokus und werden mittels Rastersondemikroskopie analysiert. Die Identifikation von auf der Oberfläche vorliegenden funktionellen Gruppen sowie der Einfluss von Oberflächenaktivierungen werden mittels Rasteraugermikroskopie und Pho­to­elek­tro­nen­spek­tros­kopie untersucht.

Thermophysikalische Untersuchung des Stabilisierungsprozesses

Der Stabilisierungsprozess, d.h. die Umwandlung der thermoplastischen Precursorfaser in eine unschmelzbare Faser, ist sehr wichtig für die Eigenschaften der späteren Carbonfaser. Für ein Verständnis der während des Stabilisierungsprozesses ablaufenden chemischen und physikalischen Umwandlungen ist die Untersuchung der Precursorfasern mittels thermophysikalischer Methoden entscheidend. Zum Einsatz kommen z.B. die dynamische Differenzkalorimetrie oder die thermogravimetrische Analyse.

Ansprechpartner:

Judith Moosburger-Will

Arbeitsgruppenmitglieder:

Matthias Bauer

Bastian Brück

Patrick Gutmann

Robert Horny

Christina Kunzmann

Elisabeth Lachner