AntiStatic - Hochsteife antistatische Composite-Leitungssysteme für den Fluidtransport in Nieder- und Hochdruck-Anwendungen multipler Branchen; Teilvorhaben: Flechtpultrusion und LCA

Abstract

Im Rahmen des Projekts AntiStatic wurde am Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite-, und Verarbeitungstechnik IGCV die Entwicklung eines Flechtpultrusionsprozesses zur Herstellung von antistatischen Leitungssystemen untersucht. Die Grundlagenuntersuchungen zur Injektion gefüllter Epoxidharze, insbesondere mit Füllstoffen basierend auf Kohlenstoffnanoröhren, lieferten wichtige Erkenntnisse für das Design eines optimierten Werkzeugsystems. Ein geeignetes Harzsystem wurde in Kooperation mit den Projektpartnern definiert, um den mechanischen Anforderungen und den spezifischen Verarbeitungsbedingungen gerecht zu werden. Die Dispersion des Füllstoffes im Harzsystem erwies sich als entscheidend für die elektrischen Eigenschaften der Endprodukte. Verschiedene Dispersionsmethoden, einschließlich Ultraschall- und Hochscher-Dispergierung, wurden evaluiert. Laboruntersuchungen belegen, dass der Füllstoffgehalt erheblichen Einfluss auf die Viskosität und die mechanischen Eigenschaften des Harzes hat. Die Flachprofilpultrusion diente als erste Geometrievariante zur Validierung der Verarbeitbarkeit des Harzsystems. Anschließend wurde der Flechtpultrusionsprozess für die drei Rohrgeometrien erfolgreich entwickelt und optimiert. Die antistatischen Eigenschaften der produzierten Bauteile wurden durch die Variation von Füllstoffanteilen und Prozessparametern, einschließlich Abzugsgeschwindigkeit und Flechtwinkel, optimiert. Die erfolgreiche Inbetriebnahme von drei Rohrgeometrien mit unterschiedlichen Außendurchmessern und Wandstärken demonstriert die Robustheit des entwickelten Flechtpultrusionsprozesses. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Anforderungen an die Oberflächenrauheit als auch an den spezifischen Widerstand erreicht werden konnten. Anhand einer begleitenden Ökobilanzierung und Kostenanalyse wurden das Treibhausgaspotenzial und die Kosten in der Herstellung eines demonstrativen Leitungssystems ermittelt und mit dem aluminiumbasierten Stand der Technik verglichen. Es konnte eine Reduktion des Treibhausgaspotenzials durch das AntiStatic-Leitungssystem ermittelt werden, bei jedoch höheren Herstellungskosten. Insgesamt wurde somit in AntiStatic ein effizientes Verfahren zur Herstellung von antistatischen Pultrusionsbauteilen etabliert, das für verschiedene industrielle Anwendungen von Bedeutung ist.