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Polyacrylnitril

Kohlenstoff-Fasern auf Polyacrylnitril-Basis

Polyacrylnitril ist als Vorprodukt zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern geeignet. Faserförmige Materialien aus Kohlenstoff werden auf der Basis von natürlichen oder synthetischen Fasern hergestellt, die durch Pyrolyse oder durch Dehydratisierung zu Kohlenstoff zersetzt werden. Bei der Zersetzung von Polyacrylnitril bilden sich unter oxidativen Bedingungen hoch ungesättigte kohlenstoffreiche Leiterpolymere, die als Precursor für Kohlenstoff-Fasern dienen:

Abb.1
Oxidative Cyclisierung von Polyacrylnitril

Die fertigen Polyacrylnitril-Fasern werden zunächst bei 150 bis 350 °C cyclisiert. Durch die bei diesem Vorgang eintretende Vernetzung gewinnen sie eine höhere Formstabilität. Die Fasern werden dabei gespannt, um ein Schrumpfen zu verhindern. Anschließend wird bei 1.200 bis 1.500 °C unter Abspaltung flüchtiger Produkte in Stickstoffatmosphäre carbonisiert. Durch weiteres Erhitzen auf 2.000 bis 3.000 °C unter Stickstoff oder Argon bekommt man so genannte Hochmodul- oder Graphitfasern. Diese Fasern sind leicht, hochfest und gut leitfähig für Elektrizität und Wärme. Sie werden zur Verstärkung von Kunststoffen (z.B. für Tennisschläger-Griffe), in Hitzeschilden, medizinischen Implantaten, in der Luft- und Raumfahrt und als Filtermaterialien eingesetzt. Das bevorzugte Comonomer zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern ist Vinylidenchlorid.

Ein neuartiges Einsatzgebiet ist die Speicherung von Wasserstoff mit Graphit-Nanofasern. Dieser lagert sich an die Fasern an. Derzeit kann Wasserstoff unter Druck in einer Menge von bis zu 15 % des Carbongewichts gespeichert werden. Speicherkapazitäten von bis zu 75 Gewichtsprozent sollen möglich sein.

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