„Rauchbar“ und brauchbar Hanf als Alternative zu Glasfasern für die Kunststoffverstärkung

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

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Sheet Moulding Compounds (SMC) sind üblicherweise mit langen Glasfasern verstärkte, flächige Kunststoff-Halbzeuge, die durch Fließpressen entstehen. IWU-Forscher wollen das mit Hanffasern versuchen.

Die Einsatzmöglichkeiten für SMC-Bauteile sind vielfältig, wie es heißt. Sie dienen etwa als Innenverkleidungen für Schienenfahrzeuge, als Außenverkleidungen für Lkw und für Landmaschinen oder schützen elektrische Verteilerkästen und Schaltanlagen vor äußeren Einflüssen. Normalerweise wird die Kunststoffmatrix dabei mit langen Glasfasern verstärkt und dann per Fließpressen und später über hydraulische Pressen plus Wärme in Bauteile mit hoher Oberflächenqualität verwandelt. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) erforscht nun aber an seinem Zittauer Institutsteil biologische Alternativen für Glasfasern in solchen Verbundwerkstoffen (Composites). Man entwickelt, wie es weiter heißt, wirtschaftliche Herstellungsverfahren, damit schon bald der Umstieg auf weniger umweltbelastende, biogene Reststoffe zur Faserverstärkung gelingt. Die Idee, Naturfasern als Verstärkung für Composites zu nutzen ist aber nicht neu. Früher versuchte man es etwa mit Sisalfasern. Doch die Qualität und der Feuchtigkeitsgehalt der Naturprodukte schwanken zum Teil stark, was die Prozesssicherheit beeinträchtigen kann.

Künftige SMC-Bauteile mit hohem Anteil biobasierter Komponenten haben

Am Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz arbeiten die Experten nun insbesondere an Zuginnenverkleidungen, bei denen die Glasfaser durch Naturfasern in Kombination mit Harz (Duromer) ersetzt wird. Als Naturfaser dient eben Hanf – genauer gesagt, die gröberen Fasern, die als Nebenprodukt bei der Textilherstellung anfallen. Der Gewichtsanteil der Naturfaser im neu entwickelten SMC beträgt etwa 15 Prozent, wie man erfährt. Durch den geplanten Einsatz von biobasiertem Harz als Matrixsystem, also der Kunststoffkomponente, in der die Fasern eingebettet sind, will man den natürliche Anteil künftig auf bis zu 38 Prozent steigern. Hinzu kommen 55 Prozent Mineralstoffe, wie Calciumcarbonat (Kreide) oder Aluminiumhydroxidhydrat, das in der Natur als Bauxit vorkommt. Die verbleibenden 7 Prozent sind überwiegend petrochemische Zusatzstoffe, für die es derzeit noch keinen biobasierten Ersatz gibt.

Hürden und Vorteile bei der Nutzung von Naturfasern

Eine Hürde für die Produktion von SCM mit Hanffaserverstärkung ist, dass insbesondere Naturfasern, wie oben bereits bei Sisal erwähnt, Feuchtigkeit binden. Kommen sie aus Ländern mit hoher Luftfeuchtigkeit kann eine vorherige Trocknung erforderlich sein, weil sonst bei der Aushärtung beim Pressen und Aushärten Blasen entstehen können. Das Problem hänge aber auch von der Imprägnierung ab. Das Naturfaser-SMC sei aber immerhin so entwickelt, dass für die Produktion größerer Stückzahlen nur sehr geringe zusätzliche Anlageninvestitionen und nur minimale Prozessparameteränderungen erforderlich seien. Bei der Herstellung von Halbzeugen und Bauteilen durch Fließpressen gibt es hinsichtlich der Prozesse und der benötigten Energie keine signifikanten Unterschiede zwischen Naturfaser- und Glasfaser-SMC, wie man anmerkt. Die Halbzeugherstellung erfolgt bei Raumtemperatur, weshalb der Energiebedarf der Anlage relativ gering ausfällt. Die Umformung von Bauteilen findet in einem Heißpressprozess in hydraulischen Pressen statt, bei Temperaturen zwischen 110 und 150 °C. Dieses Temperaturfenster liegt unter dem von thermoplastischen Bauteilen und erfordert keine Kühl- respektive Heizzyklen der Werkzeuge – mit entsprechend positiven Auswirkungen auf den Energiebedarf.

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