Projekt 27871/01

Entwicklung eines innovativen, emissionsarmen und Energie sparenden Verfahrens zur Herstellung von Hochtemperaturdämmstoffen – 1. Phase: Vorentwicklungen zur Übertragung von Forschungsergebnissen in den Technikumsmaßstab

Projektträger

Rath GmbH
Krefelder Str. 680 - 682
41066 Mönchengladbach

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Projektziel ist die Optimierung und Umsetzung einer chlorfreien Spinnmasse zur Herstellung von Stapel-fasern im System Al2O3 SiO2 mit einem Aluminiumoxidgehalt zwischen 72 und 97%. Der Anlass des Vorhabens beruht auf den umweltschädlichen Emissionen des jetzigen Prozesses (Salzsäure und Dioxi-ne). Diese sollen eliminiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAus den Erkenntnissen des abgeschlossenen DBU-Fördervorhaben „Herstellung von Keramik-Fasern aus alternativen, umweltfreundlichen Rohstoffen“ (AZ 17417/01) und den daraus erarbeiteten Rezepturen werden die chlorfreien Faservorstufen zur Herstellung von Stapelfasern optimiert: Zunächst werden Ansätze in der Größenordnung 200 ml hergestellt, diese werden in einer Laborspinnapparatur (1 Filament) versponnen. Anschließend werden mindestens 2 Liter Sol hergestellt und diese im Technikum der Firma Rath zu Fasern verarbeitet. Damit können Spinnzeiten von bis zu einer Stunde realisiert werden.

Parallel werden die Grünfasern zunächst im Laborofen; die Technikumsfasern aber auch schon in der Produktionsanlage dekompostiert und kristallisiert um das Endprodukt herzustellen.

Die angewandten Methoden werden Untersuchungen der Spinnlösung mittels der Rheologie, Viskosität und des Kristallisationsverhaltens sein sowie die Bestimmung der physikalischen Parameter der ge-brannten Faser wie Durchmesser, Kompressibilität der Fasermatten und Zugfestigkeit.



Ergebnisse und Diskussion

Die Tatsache, dass in diversen Patenten einerseits Synthesen zur Herstellung von Mullitfasern über chloridfreie Rohstoffe beschrieben werden, andererseits bislang jedoch keine Mullitfasern auf dem Markt verfügbar sind, die über eine chloridfreie Route hergestellt werden, zeigt die große Herausforderung auf, die bei Verwendung von Carbonsäuren anstelle von Salzsäure bei den Synthesen und nachgeschalteten Prozessen entstehen. In diesem Projekt ist es gelungen, lagerstabile Spinnmassen auf Basis von Car-bonsäuren herzustellen. Die Qualität der Spinnmassen konnte so weit entwickelt werden, dass sie in stabilen Spinnprozessen zu Grünfasern verarbeitet werden konnten. Darüber hinaus wurde ein Ver-ständnis geschaffen, welche rheologischen und strukturellen Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um die chloridfreien Ansätze zu Fasern spinnen zu können. Ausgewählte Spinnmassen wurden auf der Pro-duktionsanlage bei der Fa. Rath versponnen und zeigten auch dort eine gute Spinnbarkeit. Es ist gelun-gen, durch Verbesserung der Trocknungsbedingungen der Fasern eine Steigerung der Faserlängen zu erzielen und einen Zerfall der Fasern zu kurzen Nadeln zu vermeiden. Gefügeuntersuchungen an Grün-fasern deuten darauf hin, dass diese Ergebnisse durch eine Vermeidung oder Minimierung des Kern-Mantel-Effekts erreicht wurden. Ob alleine durch eine weitere Verbesserung der Spinn- und Trocknungs-parameter die mechanischen Eigenschaften der chloridfreien Fasern dem Niveau der chloridhaltigen Fa-sern angeglichen werden können, oder ob weitere Parameter (z.B. die Solstruktur) einen bedeutenden Einfluss haben, konnte bisher noch nicht geklärt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Öffentlichkeitsarbeit wurde bis dato wegen des Projektstandes nicht betrieben.
Die Ergebnisse wurden in Osnabrück bei der DBU als Präsentation vorgestellt.



Fazit

Als zukünftige Aufgabe ergibt sich aus den erlangten Ergebnissen, dass zunächst erforscht werden muss, weshalb genau die Fasern der chloridfreien Route eine geringere mechanische Stabilität als die der chloridhaltigen Route aufweisen. Die Fa. Rath und das Fraunhofer ISC/HTL haben sich darauf ver-ständigt, dass diese Aufgabe vor Beantragung einer Projektphase 2 zunächst gelöst werden sollte. Ist dies geklärt, so wäre der nächste Schritt, eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Fa-sern nach der chloridfreien Route zu erarbeiten. Dies sollte Inhalt der Projektphase 2 sein.