Wie wir die Umwelt schonen und Einsatzgebiete von NFK erschließen können
Dank der ökologischen Attraktivität von Naturfasern sowie deren hervorragenden mechanischen Eigenschaften stehen Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) schon lang im Fokus der Forschung an umweltgerechten Alternativen zu konventionellen Faserverbundwerkstoffen, wie zum Beispiel GFK.
Einige in diesem Zuge erforschten Verfahren zur Herstellung von NFK haben bereits jetzt eine gute Marktakzeptanz und zeigen das Potential von NFK auf. Allerdings sind manch andere bisher erforschte Herstellungsprozesse von NFK wirtschaftlich noch nicht konkurrenzfähig gegenüber derer anderer Faserverbundwerkstoffe.
Um beispielsweise Glasfasern durch Pflanzenfasern für die Industrie rentabel zu ersetzen, muss daher ein neuer Fokus der Forschung auf kostengünstigen und verfügbaren Fasern (z. B. Pflanzenstoffresten) liegen, welche dennoch ausreichende mechanische Eigenschaften für bestimmte Herstellungsprozesse von NFK aufweisen.
Das Impulsprojekt 5 setzt genau da an.
Nach einigen Vorversuchen mit verschiedenen Fasersorten und -qualitäten lässt sich eine für die Herstellung von NFK generelle Eignung von Hechelwerg erkennen. Hechelwerg ist ein Nebenprodukt der Langfaserproduktion, welches aus kurzen Faserstücken besteht und kostengünstig am Markt verfügbar ist. Die im Hechelwerg enthaltenen Fasern eignen sich hervorragend für die Herstellung von NFK-Bauteilen im SMC-Verfahren. Dieses Verfahren ist die in der europäischen Industrie am häufigsten angewandte Technik zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe.
Im SMC-Verfahren entstehende Halbzeuge können in einer relativ kurzen Taktzeit (ca. 3-8 Minuten) verarbeitet werden, wodurch sich komplexe Geometrien wirtschaftlich effizient herstellen lassen. Die daraus entstehenden Bauteile werden unter anderen im Transportsektor (Innenverkleidung in Zügen, Außenverkleidungen von Bussen, LKW, Landwirtschaftsmaschinen u. a.) eingesetzt.
Erste Erkenntnisse der Forschung des Projekts LaNDER³ zeigen, dass mittels SMC-Verfahren erstellte Bauteile bei Verwendung von Hechelwerg äquivalente Eigenschaften, z. B. Steifigkeit, Fließeigenschaften und Brandfestigkeit wie bei Verwendung von Glasfasern aufweisen. Durch eine geringe Dichte eignen sich die so entstehenden NFK-Bauteile außerdem für die Verwendung im Leichtbau. Und auch die anschließende Oberflächenveredlung der Bauteile kann in gleicher Weise und Qualität, wie die derer aus GFK gelingen.
Durch regulatorische Rahmenbedingungen werden zukünftig auch im Mobilitätssektor nachhaltigere Werkstoffe, wie Naturfasern zum Einsatz kommen müssen.
Der ökologische Vorteil (CO2-Bilanz) einer vollständigen Substitution von Glasfasern durch Naturfasern ist hierbei nicht außer Acht zu lassen. Für eine noch nachhaltigere Werkstoffentwicklung wird derzeit im Impulsprojekt 5 an der Substitution petrochemischer Bestandteile des Matrixmaterials, also des Kunststoffanteils, des NFK durch biobasierte Komponenten geforscht.
Wettbewerbsfähige Technologie: Mit den im Impulsprojekt 5 gewonnenen Erkenntnissen zeigt sich, dass für Fertigungsunternehmen ein nahtloser Übergang der Herstellung von GFK auf die nachhaltigere Herstellung von NFK möglich ist, ohne neue Maschinen beschaffen oder Personal umschulen zu müssen.
