FibreFuse – Biobaserade kolfiber: Hur undviks att biobaserade kolfibrer fastnar i varandra under tillverkningen?

Att använda kolfibrer som armering i kompositer ger ett lättviktsmaterial som kan ersätta stål, aluminium eller glasfiber i många konstruktioner, t.ex. i fordonsindustrin eller till turbinbladen i vindkraftverk. Dessvärre är dagens kommersiella kolfibrer för dyra för många tillämpningar och även tillverkade av fossilbaserade polymerer. Lignin har länge ansetts vara en speciellt attraktiv kandidat som råmaterial till kolfiber, inte bara för att lignin kommer från förnyelsebar råvara och har ett högt kolinnehåll, utan också för att det kan utvinnas som en biprodukt från massabruken. Ännu har dock ingen ligninbaserad kolfiber visat tillräckligt god kvalitet för kommersialisering. Genom att samprocessa kraftlignin med cellulosa i en våtspinningsprocess öppnas helt nya möjligheter till att ta fram hanterbara fibrer med tillräckligt hög styrka hos den slutgiltiga kolfibern, vilket har visats i t.ex. projekt LightFibre (finansierat av Energimyndigheten 2016–2019) och som även demonstreras av satsningarna som görs av Stora Enso i samarbete med Cordenka. Ett återkommande praktiskt, och allvarligt, bekymmer är att prekursorfibrer innehållandes ligninlätt klibbar ihop eller sammansmälter, vilket påverkar de efterföljande stegen mycket negativt. Lignininnehållande prekursorfibrer som är ihopklibbade efter fiberspinningen kan leda till att en del kolfibrer sitter fast i varandra efter kolfiberframtagningen. Detta problem ökar risken för ojämn spänningsfördelning i fiberbunten under kolfibertillverkningen, vilket är förödande ur produktionssynpunkt eftersom det ökar risken för fiberbrott och därmed stopp i tillverkningen. Vidare leder ihopklibbningen till ytdefekter hos kolfibern, vilket har en starkt negativ påverkan på dess mekaniska egenskaper. Sist men inte minst, leder även ej separerbara kolfibrer till stora problem vid komposittillverkningen när kolfibervävar ska tillverkas. För att komma fram till lämpliga och industriellt gångbara motåtgärder mot ihopklibbning behövs förståelse för de underliggande mekanismerna och därmed grundläggande forskning, vilket är syftet med detta projekt. Den långsiktiga visionen är att utveckla resurseffektiva och hållbara skogsbaserade kolfibrer som komplement till de dyra petroleumbaserade kolfibrer som finns på marknaden idag. Efter avslutat projekt är målet att:- Ha tagit reda på grundläggande orsaker till att fibrerna klibbar ihop och undersökt termomekaniska (torkning/pressning) och kemiska metoder (tvätt, spinnfinish) med potential att reducera ihopklibbningsproblematiken.- Tagit fram minst ett lösningsförslag som tillfredsställande löser problemet.- Utvärderat det framtagna förslaget med avseende på hållbarhet, process och kostnad för uppskaladtillverkning.