Aus der Branche

• Mit einem Festakt haben Dr. Eva-Maria Stange, Staatsministerin für Wissenschaft und Kunst des Freistaates Sachsen, Prof. Gerhard Rödel, Prorektor für Forschung der Technischen Universität Dresden, Prof. Hubert Jäger und Prof. Chokri Cherif am 02.11.2018 das Carbonfaser-Technikum des Research Center Carbon Fibers (RCCF) eröffnet.

Das RCCF, eine gemeinsame wissenschaftliche Einrichtung des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) und des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden, wurde gegründet, um die Carbonfasern vom Faserrohstoff bis zum fertigen Bauteil zu erforschen und neue Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten zu entdecken.

„Sachsen verfügt in der Schlüsseltechnologie Werkstoff-, Material- und Nanowissenschaft über hervorragende Rahmenbedingungen und hoch motivierte Wissenschaftler an Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die in dieser Spezialisierung weltweit ihresgleichen suchen“, erklärt dazu Staatsministerin Dr. Stange. „Beinahe alle Materialklassen von Metallen, Polymeren, Keramiken bis hin zu Verbund- und Naturwerkstoffen werden auf international hohem Niveau bearbeitet. Dabei greifen Grundlagen- und Angewandte Forschung in zahlreichen Feldern eng ineinander und bilden geschlossene Entwicklungsketten bis zu einem Transfer in die Wirtschaft – regional, national und international.“

Der Prorektor für Forschung der TU Dresden, Prof. Gerhard Rödel, ergänzt: „Mit dem Carbonfaser-Technikum ist im Research Center Carbon Fibers eine weltweit einzigartige Anlage entstanden, die völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Es geht darum, Fasern mit einem möglichst hohen Individualisierungsgrad zu designen – je nach Bedarf und Einsatzbereich.“

Auf der derzeit installierten, einzigartigen Anlage erforschen Wissenschaftler des RCCF unter Reinraum-Bedingungen die Grundlagen für maßgeschneiderte Kohlenstofffasern und erschließen deren hohes Innovationspotential. Dabei greifen die Forscher auf einzelne Anlagenmodule zur Stabilisierung und Carbonisierung mit industrienahem Ofendesign und individuell einstellbaren Parameterkombinationen zurück. Durch den außerordentlichen Reinheitsgrad sind die Carbonfasern für die Anforderungen der Luft-/Raumfahrt- und der Automobilindustrie maßgeschneidert.

„Die Carbonfaser ist der Stahl des 21. Jahrhunderts“, führt Prof. Hubert Jäger, Sprecher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), aus. „Ganze Branchen erfinden sich derzeit durch diesen Werkstoff neu und erreichen mit ihren Produkten nie gedachte Dimensionen. Das Problem ist jedoch die Verfügbarkeit. Wir werden mit dem Carbonfaser-Technikum einen Beitrag dazu leisten, dass aus Sachsen heraus dieser Werkstoff nicht nur leichter verfügbar, sondern auch besser und maßgeschneidert einsetzbar wird für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau, Architektur und Hochleistungselektronik.“

„Mit der Inbetriebnahme des Carbonfaser-Technikums unter Reinraumbedingungen am RCCF gelingt es uns, die Prozesskette zur Fertigung maßgeschneiderter Kohlenstofffasern signifikant zu erweitern. Die notwendigen Maschinentechniken des ITM einschließlich der bereits gewonnenen Erfahrungen bei Prozessoptimierungen zur Herstellung von Precursorfasern, dem Ausgangsmaterial für die neuen Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien, stehen in künftigen Forschungsvorhaben den Wissenschaftlern des RCCF zur Verfügung. Somit geben wir am exzellenten Forschungsstandort Dresden die Initialzündung für die weiterführende Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Kohlenstofffasern“, ergänzt Prof. Chokri Cherif, Direktor des ITM und Inhaber der Professur für Textiltechnik.

Das Carbonfaser-Technikum umfasst einen mehr als 300 m² großen Reinraum der Klasse ISO 8. Neben den beiden auf etwa 30 Metern aufgestellten Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien sind weitere Flächen für künftige Erweiterungen der Gesamtanlage vorgesehen, zum Beispiel ein weiterer Hochtemperaturofen, in dem Carbonfasern bis zu Temperaturen über 2000°C graphitierbar sind oder unikale Beschichtungsanlagen zur Oberflächenaktivierung.

Die RCCF-Wissenschaftler ergründen die Wechselwirkungen zwischen Prozessparametern, Faserstruktur und weiteren mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bei der Herstellung von Carbonfasern, um die Fähigkeiten des Hightech-Werkstoffes weiter zu steigern. Zusätzlich nehmen die Forscher die Entwicklung multifunktionaler Fasern mit neuartigen Eigenschaftsprofilen wie hohe Leitfähigkeit bei hoher Festigkeit oder ausgeprägter Verformbarkeit sowie die Nutzung erneuerbarer Ausgangsstoffe in den Fokus ihrer Arbeiten.

Ein weiterer Schwerpunkt der RCCF-Aktivitäten ist die tiefgreifende studentische Ausbildung im Bereich der Carbonfaser-Herstellung. Den Studierenden werden dabei fundierte Kenntnisse in Herstellung und Weiterverarbeitung von Carbonfasern vermittelt, damit sie in diesem Bereich der Zukunftstechnologien dem sächsischen und deutschen Arbeitsmarkt zur Verfügung stehen. Etwa 15 Studierende werden pro Jahr in Forschungsbereiche wie die Prozessführung, -modellierung und -überwachung sowie die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung neuer Carbonfasern und Verbundwerkstoffe einbezogen.

• Strenge Qualitätsnachweise für Objekttextilien

Deko-, Möbelstoffe und Gardinen haben eine ganze Reihe von Prüfungen zu bestehen, bevor sie in Krankenhäusern, Seniorenheimen, Hotels, Kreuzfahrtschiffen, Theatern, Kitas oder Schulen eingesetzt werden dürfen. Je nach Verwendungsbereich in öffentlichen Gebäuden muss beispielsweise der Nachweis der Schwerentflammbarkeit erfüllt sein.

„Es gibt eine Vielzahl an Anforderungen für nahezu jeden Bereich, die wir als deutscher Textilhersteller in Form von Zertifizierungen und Zulassungen zu Sicherheit, Langlebigkeit und Umweltverträglichkeit zu erfüllen haben“, erklärt Frank Wiedemann. Er ist Leiter der Qualitätssicherung bei Schmitz Textiles mit Produktionsstätte im nordrhein-westfälischen Emsdetten. Nur, wer wie Schmitz Textiles zertifiziert ist, darf Stoffe in bestimmten Märkten oder Anwendungsfeldern anbieten. drapilux, eine Marke von Schmitz Textiles, gehört zu den europaweit führenden Herstellern von flammhemmenden Stoffen für den Objektbereich.

Durchgeführt werden die Prüfungen von unabhängigen, akkreditierten Prüfinstituten und/oder staatlichen Behörden nach nationalen und internationalen Normen oder EU-Richtlinien. Auf der einen Seite sind das Management-Zertifizierungen für Qualität, Umwelt und Energie. Schmitz Textiles ist nach ISO 9001/ ISO 14001 und ISO 50001 durch die Deutsche Gesellschaft zur Zertifizierung von Managementsystemen (DQS) bewertet, auditiert und zertifiziert worden.

Auf der anderen Seite stehen die Produktzertifizierungen. „Vor allem zu erwähnen, ist die jährliche Fremdüberwachung unserer schwerentflammbaren Möbel-, Dekorationsstoffe und Stores von drapilux“, so Wiedemann. Einmal jährlich kontrolliert das staatliche Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen (MPA NRW-Brandprüfzentrum Erwitte) die drapilux-Produkte auf Einhaltung der Schwerentflammbarkeit nach der DIN 4102 (Baustoffklasse B1). drapilux flammstop-Qualitäten sind somit nachweislich als schwerentflammbar eingestuft und weisen – im Gegensatz zu PVC-haltigen Stoffen – auch eine sehr geringe Rauchgasentwicklung im Brandfall auf.

Freiwillige Zertifizierung für noch mehr Sicherheit

Mit dieser jährlichen Fremdüberwachung geht Schmitz Textiles sogar über die gesetzlichen Vorschriften hinaus. „Die Zertifizierung zeigt an, dass unsere Produkte jederzeit die hohen Anforderungen des Brandschutzes für Baustoffe erfüllen. Damit können unsere Kunden sich der Qualität stets hundertprozentig sicher sein“, sagt Wiedemann.

drapilux-Textilien werden nicht nur nach deutschem Recht, sondern auch nach europäischen und internationalen Brandschutznormen geprüft. In Frankreich beispielsweise muss das Prüfergebnis M1 erzielt werden, das einen noch höheren Stellenwert als die deutsche B1-Zertifizierung hat. Der drapilux-Stoff wird hierzu nicht an den Kanten, sondern an der Oberfläche mittels Gasflamme entzündet. Das Textil darf höchstens fünf Sekunden brennen und darf nicht brennend abfallend sein.

Um die B1-Kriterien zu erfüllen und damit als schwer entflammbar eingestuft zu werden, müssen die von akkreditierten Prüfinstituten getesteten drapilux-Textilien nach einem Brandschachttest noch eine mittlere Restlänge von mehr als 15 cm aufweisen und die mittlere Rauchgastemperatur von 200 Grad Celsius unterschreiten.

Doppelt hält besser: Tests im eigenen Labor

„Vor der externen Prüfung wird jeder Stoff bei drapilux aber auch schon inhouse genauestens untersucht“, erklärt Wiedemann. Schmitz Textiles hat ein vollständig eingerichtetes Prüflabor, um Eigenprüfungen nach vorgegebenen Standards selbst durchführen zu können. „So bekommen wir bereits in der Entwicklung von neuen Textilien Sicherheit, da Brandschutzprüfungen zwischen den einzelnen Entwicklungs- und Produktionsschritten erfolgen können“, sagt der Leiter der Qualitätssicherung. Schmitz Textiles investiere viel in die Sicherheit der Produkte, indem verordnungs- und gesetzeskonforme Produktions- und Qualitätssicherungsprozesse etabliert wurden. „Das kostet Geld“, so Wiedemann, „stellt aber einen klaren Vorteil für die Verwender von drapilux-Produkten dar.“

Besonderheit Maritim-Sektor

Auf Schiffen ist es besonders wichtig, den Brandschutz genauestens zu beachten und einzuhalten. Keine Fluchtmöglichkeiten und nur eingeschränkte Optionen der Brandbekämpfung machen präventive Maßnahmen unabdingbar.

Für Schiffsausrüstungsmaterialien gilt die Einhaltung des Internationalen Übereinkommens zum Schutze des menschlichen Lebens auf See (SOLAS). Um dies zu erfüllen, müssen Möbel-, Dekorationsstoffe und Stores nach fest definierten Prüfmethoden (FTP-Code 2010) geprüft und zugelassen werden. In Europa wird dieses durch die Richtlinie 2014/90/EU geregelt.

Nach der aktuellen Richtlinie 2014/90/EU haben alle Händler oder Einführer von Schiffsausstattungsmaterialien den Artikel 14, Absatz 3 zu beachten. Dieser Artikel besagt, dass jeder Einführer oder Händler als Hersteller gilt und entsprechend der Richtlinie die Pflichten des Herstellers nach Artikel 12 erfüllen muss, wenn er Schiffsausrüstung unter seinem eigenen Namen oder seiner eigenen Handelsmarke in Verkehr bringt oder ein EU-Schiff damit ausstatten möchte.

„Diese Besonderheit bei Schiffsausrüstungsmaterialien muss in Europa zwingend beachtet werden“, sagt der Experte. „drapilux-Maritimstoffe weisen die Zulassungen – also Modul B + D – einer europäisch notifizierten Stelle auf und können somit bedenkenlos auf allen Schiffen weltweit eingesetzt werden“, so Frank Wiedemann.

Frank Wiedemann ist bei Schmitz Textiles u. a. dafür verantwortlich, dass die internationalen Brandschutznormen eingehalten werden und beantwortet Anfragen zur REACh – der Europäischen Chemikalienverordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe. Die REACh gilt als eine der strengsten Chemikaliengesetze der Welt.

Vor dem Hintergrund globaler Megatrends, wie der Verknappung von natürlichen Ressourcen bei einer gleichzeitig zunehmend individualisierten Lebensweise, stellen Energiespeicherung und Leichtbau wesentliche Schlüsseltechnologien unter anderem im Bereich innovativer Mobilitätskonzepte dar. Eine besondere Bedeutung bei der Entwicklung neuer Hightech-Produkte in diesen Branchen am Standort Sachsen spielt der nachhaltige Einsatz von neuartigen anforderungsgerechten Werkstoffen mit hoher Funktionsdichte, wofür Kohlenstofffasern ein enormes Potenzial aufweisen.
Wissenschaftlern der TU Dresden (TUD) ist es gelungen, eine interdisziplinäre Nachwuchsforschergruppe „e -Carbon“ (ESF-SAB 100310387), bestehend aus Chemikern, Textilern und Kunststofftechnikern ins Leben zu rufen, die in den nächsten 3 Jahren, beginnend ab 1. Juli 2017, maßgeschneiderte und multifunktionale Kohlenstofffasern für die Speicherung hoher Energiedichten gemeinsam entwickeln wird. Dieses zukunftsträchtige Projekt wurde von der TU Dresden und der Sächsischen Aufbaubank SAB-ESF aus mehr als 40 Anträgen als zukunftsweisendes Projekt ausgewählt.
Die komplexe Themenstellung wird durch Nachwuchswissenschaftler der TUD vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM), Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) sowie von der Professur für Anorganische Chemie I (AC1) bearbeitet. Durch die interdisziplinäre Ausrichtung des Konsortiums werden die besten Voraussetzungen mit weltweitem Alleinstellungsmerkmal für eine intensive wissenschaftliche und industrielle Vernetzung der Nachwuchsforscher in neuen Forschungsgebieten mit hoher praktischer Relevanz auf regionaler, nationaler und internationaler Ebene geschaffen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Qualifizierung und Weiterbildung von Fachkräften für den sächsischen Arbeitsmarkt sowie auf der Ausgründung von Start-Ups und der Übernahme unternehmerischer Verantwortung in der Hochtechnologiebranche.
Professor Chokri Cherif, Koordinator der Nachwuchsforschergruppe und Direktor des ITM: „Die Arbeiten der Nachwuchsforschergruppe geben die Initialzündung für die weiterführende Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Kohlenstofffasern. Wir werden einen neuen Maßstab in der Kohlenstofffaserentwicklung setzen und besondere Impulse weltweit ausstrahlen.“