Herstellung von Aerogelvlies

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung einer Spinnapparatur zur Herstellung von Aerogelvlies im Technikumsmaßstab. Hierzu wird zunächst eine geeignete Herstellungsmethode untersucht, um Aerogelfilamente in Form von Vliesen herzustellen. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse wird anschließend das Konzept einer Spinnanlage im Technikumsmaßstab ausgearbeitet und konstruktiv umgesetzt. Nach Inbetriebnahme der Anlage werden Anpassungen an Düse und Koagulationsbecken durchgeführt mit deren Hilfe erfolgreich Aerogelvlies hergestellt werden kann. Im Anschluss an die überkritische Trocknung des Vlieses wird ein Aerogelvlies-PU-Verbundwerkstoff hergestellt. Nach Charakterisierung der Eigenschaften von Vlies und Verbundwerkstoff wird abschließend ein Konzept zur industriellen Herstellung von Aerogelvlies erarbeitet und hinsichtlich seiner Verwertungsperspektiven bewertet. Es ist möglich mit der in der vorliegenden Dissertation entwickelten Anlage Aerogelfilament-Vlies aus Polyacrylnitril in einer Breite von 10 cm bei Geschwindigkeiten von 0,9 m/min herzustellen. Das hergestellte Vlies weist bei einer Dicke von 5 mm ein Flächengewicht von 281 g/m² auf. Das Vlies weist Festigkeit von 1,8 N in Produktionsrichtung (bei 20 mm breiten Teststreifen) auf. Die nanoporöse Struktur der Filamente kann mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie nachgewiesen werden und führt zu gemessenen thermischen Leitfähigkeiten des Aerogelvlieses von 0,06 W/(m∙K). Ein Konzept zur industriellen Herstellung von Aerogelvlies in einer Breite von einem Meter, bei einer Kapazität der Anlage von 37 Jahrestonnen wird entwickelt. Um deren Umsetzbarkeit zu evaluieren wird eine Prozesskostenrechnung durchgeführt. Diese führt zu einem zu erwartenden Produktionspreis von 2,23 €/m² Aerogelvlies.