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Fraunhofer-IMWS auf der Hannover Messe 2018

PP trifft auf PLA und Cellulose – so geht Bio-Leichtbau

| Redakteur: Peter Königsreuther

Ein Team des Fraunhofer-IMWS in Halle (Saale) hat, wie es heißt, gemeinsam mit Partnern endlosfaserverstärkte Kunststoff-Verbunde entwickelt, die nachhaltig sind. Halle 2, Stand B30.

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Das Ergebnis eines Forschungsprojekts ist unter anderem ein biobasierter Armlehnendemonstrator als alternatives Automobilinterieur, bestehend aus biogenem UD-Tape zur gezielten Verstärkung an Lastspitzen, einem Holzfaservlies und einem Dekorstoff, wie die Forscher des Fraunhofer-IMWS erklären. Mit dieser Konzeption könnten im Vergleich zu üblichen Werkstoffen etwa 20 % Gewicht gespart werden. Hannover Messe Halle 2, Stand B30.
Das Ergebnis eines Forschungsprojekts ist unter anderem ein biobasierter Armlehnendemonstrator als alternatives Automobilinterieur, bestehend aus biogenem UD-Tape zur gezielten Verstärkung an Lastspitzen, einem Holzfaservlies und einem Dekorstoff, wie die Forscher des Fraunhofer-IMWS erklären. Mit dieser Konzeption könnten im Vergleich zu üblichen Werkstoffen etwa 20 % Gewicht gespart werden. Hannover Messe Halle 2, Stand B30.
(Bild: Fraunhofer-IMWS)

Autos sollen leichter und damit umweltschonender werden, so die Intention für die Forscher und die Projektpartner. Ein wichtiger Ansatz dabei sei es, metallische Bauteile durch Faser-Kunststoff-Verbunde mit gleicher Stabilität zu ersetzen. Faser-Kunststoff-Verbunde sind nach Ansicht der Hallenser der ideale Werkstoffe für den Leichtbau, denn sie sind fest, steif und gleichzeitig ist ihre spezifische Dichte relativ niedrig. außerdem seien sie effektive Dämpfer und sehr korrosions- und witterungsbeständig.

Endlosfaserverstärkte Folie als Grundbaustein

In einem Forschungsprojekt mit der BYK Chemie GmbH aus Wesel in Nordrhein-Westfalen sowie der GK Concept GmbH aus Dresden wurden am Fraunhofer-IMWS biobasierte, endlosfaserverstärkte Halbzeuge entwickelt, heißt es. Diese UD-Tapes (unidirektional verstärkt), bestehen aus parallel nebeneinander abgelegten Endlosfasern und einer polymilchsäurebasierten, thermoplastischen Matrix, welche die Fasern so umhüllt, dass quasi eine endlosfaserverstärkte Folie entsteht, wie die Forscher erklären. Durch das Übereinanderlegen und das thermische Verpressen mehrerer Folienlagen miteinander generiere man hochleistungsfähige Platten, durch deren Weiterverarbeitung die Faserorientierung im Bauteil direkt an den Lastverlauf angepasst werden kann, der in der Realität auf das Bauteil wirke.

Das Projekt am Fraunhofer-IMWS habe gezielt auf eine Verminderung rohölbasierter Materialien gesetzt, indem biobasierte Alternativen auf Basis nachwachsender Rohstoffe (sowohl kunststoff- als auch faserseitig) für die Entwicklungsarbeiten verwendet wurden. Die Forscherinnen und Forscher haben nun ein Polymerblend geschaffen, das, wie es heißt, zu 70 % biobasiert ist. Es besteht aus Polypropylen (PP) und Polymilchsäure (PLA), die aus Zuckerrohr und Mais synthetisiert werden kann.

In einer zweiten Entwicklungsstufe hat das Projektteam aus diesen Blends biobasierte UD-Tapes erzeugt: In einem Folien-Imprägnierverfahren wurden unidirektional ausgerichtete Celluloseregeneratfasern mit der entwickelten Kunststoff-Folie zu UD-Tapes zusammengeführt, um schließlich sehr stabile Laminate pressen zu können. Ergebnis: Mit Gewichtsersparnissen im Automobil-Interieurbereich von bis zu 20 Prozent und einer gleichzeitigen Performance-Steigerung, beispielsweise der Biegefestigkeit um mehr als 90 Prozent im Vergleich zu herkömmlich verwendeten biobasierten Materialsystemen, können diese sehr gut als Basis für den gezielten Strukturleichtbau genutzt werden.

Geglückt: Theorie in echtes Bauteil übertragen

„Wir haben die hochwertige, biobasierte Faser an eine größtenteils biogene Thermoplastmatrix angebunden und so einen Werkstoff mit sehr guter mechanischer Performance, etwa bei den Biege- und Zugeigenschaften, erhalten. Diese Tendenzen in unseren Entwicklungsarbeiten sind sehr vielversprechend für den nachhaltigen Leichtbau“, betont Ivonne Jahn, Leiterin der Gruppe „Thermoplastbasierte Faserverbund-Halbzeuge“ am IMWS. In Zusammenarbeit mit der GKC GmbH hat sie und ihre Kollegen am Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau mittels Hybridspritzguss und Pressverfahren verschiedene Musterbauteile im Pilotmaßstab hergestellt. Daraus ist etwa der Armlehnendemonstrator (siehe Bild) entstanden.

Durch die Arbeiten zur Technologie- und Materialentwicklung sei die Basis für den späteren Einsatz dieser biopolymerbasierten Verbundwerkstoffe im Automobilbau geschaffen worden. Ivonne Jahn prognostiziert den Bio-UD-Tapes eine aussichtsreiche Zukunft: „Je besser unsere Laminate werden, desto wirtschaftlicher können später spezielle Baugruppen wie beispielsweise für das Interieur von Autos für den Industriemaßstab hergestellt werden.“ Die am Pilotanlagenzentrum verfügbaren innovativen und weiterentwickelten Verfahren im Zusammenspiel mit den neuen Werkstoffkombinationen, sollen das Potenzial für zukünftige Leichtbauanwendungen erhöhen, weil biobasierte Verbundwerkstoffe für neue Anwendungsgenerationen nicht mehr wegzudenken seien.

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