Fraunhofer-Institut für Holzforschung InnoBOB:
Biobasierte Organobleche mit erhöhter Thermostabilität und Wasserresistenz für den Leichtbau
Organobleche aus Faserverbundkunststoff lassen sich angelehnt an die formgebenden Prozesse aus der Stahl- oder Aluminiumblechverarbeitung umformen. Bisher kommen für die Herstellung vor allem Glasfasern aber auch Carbon- oder Aramidfasern sowie petrochemische Kunststoffe zum Einsatz. Gemeinsam mit dem Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) der Hochschule Hannover entwickeln wir eine nachhaltige und konkurrenzfähige Alternative: Bio-Organobleche aus Naturfasern und Biokunststoff mit verbesserten Materialeigenschaften sowie hoher Recyclingfähigkeit. Sie könnten diverse Produkte nachhaltiger machen – darunter Fahrzeuge, Gehäuse, Verkleidungen und Sportgeräte. Auch dank der guten Verfügbarkeit preiswerter Rohstoffe haben Bio-Organobleche ein hohes Marktpotenzial.
In technischer Hinsicht bieten nachwachsende Rohstoffe einige Vorteile. Naturfasern wie Flachs- oder Hanffasern dämpfen Schall und Schwingungen besser als Carbonfasern. Außerdem lösen sie bei der Verarbeitung keine Hautirritationen aus. Ihre geringere Splitterneigung kann außerdem dabei helfen, die Verletzungsgefahr bei Unfällen zu reduzieren.
Beim Einsatz in Faserverbundkunststoffen bringen Naturfasern jedoch auch technische Probleme mit sich. Diese möchten wir im Rahmen des Projekts lösen.
1. Verbesserung der Thermostabilität
Naturfasern sind weniger temperaturstabil als synthetische Fasern. Bei hohen Verarbeitungstemperaturen kann es zu Faserdegradation kommen. Das heißt: Die Fasern beginnen sich zu zersetzen. Dies führt zu Steifigkeitseinbußen. Auch Haftungsprobleme zwischen der Naturfaser und der Biopolymermatrix können auftreten. Um dies zu vermeiden, kombinieren wir die Naturfasern mit niedrig schmelzenden Biopolymeren und setzen Thermostabilisatoren ein. Außerdem optimieren wir die Temperaturführung im Herstellungs- und Verarbeitungsprozess. Gleichzeitig lässt sich dadurch die natürliche Farbgebung der Naturfasern weitgehend erhalten. Denn: Durch zu hohe Temperaturen und lange Prozesszeiten würden die Naturfasern dunkel (geröstet).
2. Verbesserung der Wasserresistenz
Naturfasern sind »hydrophil«. Das heißt: Sie nehmen Wasser auf. Dies hat Auswirkungen auf die Faser-Matrix-Haftung sowie die Dimensionsstabilität. Bauteile müssen im Gebrauch dauerhaft ihre Form und Abmessung beibehalten – je nach Anwendungsfall unter verschiedenen Belastungen und in unterschiedlichem Maße. Die Feuchtigkeitsaufnahme der Kunststoffmatrix und der eingebetteten Fasern spielt hierbei eine große Rolle. Um die Naturfasern hydrophober zu gestalten, werden wir ihre Oberflächen chemisch modifizieren.
Aus den somit optimal aufeinander abgestimmten Biopolymeren und modifizierten Naturfasern stellen wir Organobleche her und verarbeiten sie mit gängiger Press- und Umformtechnik testweise zu Formteilen.
Zur Prüfung und Bewertung der Recycling- und Kreislauffähigkeit der Bio-Organobleche führen wir Versuche zum mechanischen Recycling durch und testen die Eignung der so gewonnenen Rezyklate für den Spritzguss.
Anhand einer begleitenden Ökobilanzierung der eingesetzten Rohstoffe, Prozesse und Produkte im Vergleich zu bestehenden Referenzsystemen erfolgt eine transparente Nachhaltigkeitsbewertung.
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