Bio-Verbundwerkstoffe sind reif für den automobilen Einsatz

Verbundwerkstoffe mit Naturfaserverstärkung sind seit Jahren Standard in der automobilen Serienproduktion. Dies gilt insbesondere für sog. Formpressteile aus Naturfasern und thermoplastischen bzw. duroplastischen, synthetischen Matrices, die z.B. in Türinnenverkleidungen oder Kofferraumauskleidungen zum Einsatz kommen (vgl. Meldung vom 2001-11-26).

Neueste Entwicklungen zeigen nun auf, dass zukünftig auch die synthetischen Kunststoffe durch Bioharze ersetzt werden können. In einem Entwicklungsprojekt gemeinsam mit BMW hat die Preform Polymerwerkstoff GmbH (vgl. Meldung vom 2002-04-29) gezeigt, dass durch eine Vernetzung von Naturfasern mit Bioharzen Eigenschaften erzielt werden, die durchaus an glasfaserverstärkte Kunststoffe heranreichen.

Mit mehr als einer Mio. EUR aus der High-Tech-Offensive der Bayerischen Staatsregierung wurde das spezielle Formgebungsverfahren zur Herstellung von Voll- und Hohlkammerprofilen aus zellulosehaltigen Füllstoffen und einem naturstoffbasierten Polymerwerkstoff gefördert. Das Projekt der Firma Preform Bio-Composites GmbH & Co. KG in Feuchtwangen erfordert insgesamt Mittel von über 2 Mio. EUR. Miller: „Ob Auto-Innenteile, Hohlkammerprofile oder Verblendungen – der neue Werkstoff besteht zu hundert Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen.“ Damit könnten auch im industriellen Bereich stärker als bisher fossile Rohstoffe ersetzt werden.

Die Entwickler verwenden einen Polymerwerkstoff aus Triglyceriden und Polycarbonsäureanhydriden. Stroh und Hanf wurden mit diesem Bioharz zu witterungsbeständigen und feuerhemmenden Autotür-Verkleidungen verarbeitet. Die erzielten Eigenschaften lassen die Anwendung nachwachsender Rohstoffe sogar im Außenbereich (Unterboden, Stoßstangen) möglich erscheinen.

Auf Grund der vergleichsweise geringen Dichte der Naturfasern und der mittragenden Funktion der formsteifen Bio-Verbunde sind vereinfachte Konstruktionen möglich. „Darüber hinaus wird ein verbessertes Crashverhalten erreicht“, hebt Andreas Marek vom Institut für Recycling der Fachhochschule Braunschweig-Wolfenbüttel (IFR) in Wolfsburg einen weiteren Vorteil der Bio-Verbundwerkstoffe hervor.

Im Außenbereich treten für Bio-Verbunde besondere Belastungen auf. Die Feuchtigkeitsaufnahme beeinträchtigte die Biegefestigkeit der Naturfasern erheblich: Die Bauteile wurden spröde und brachen. Mit den neuen Bio-Verbundmaterialien soll das anders werden.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) entwickelte ein Cellulosefaser-Spritzguss-Granulat, aus dem so genannte Newcell-PP-Composits hergestellt werden, die deutlich bessere Eigenschaften als glasfaserverstärkte Kunststoffe aufweisen. Bei diesem Material werden Celluloseregeneratfasern in eine Polypropylen-Matrix eingebunden. Die Newcell-PP-Verbunde besitzen nach Aussagen der Fraunhofer-Forscher eine nahezu doppelt so hohe Festigkeit gegenüber glasfaserverstärkten Kunststoffen und zeichnen sich gegenüber Naturfasern durch eine höhere Flexibilität sowie eine um 30% geringere Wasseraufnahme aus.

In einem gemeinsamen Entwicklungsprojekt mit der Firma Johnson Controls Interiors sind aus diesem Material bereits Armaturenträger hergestellt worden. Mit dem Werkstoff könnten nach Ansicht der Forscher neben höher belastbaren Fahrzeuginnenbauteilen in Autos, Schiffen oder Flugzeugen auch Fahrzeugaußenteile wie Stoßfänger hergestellt werden. „Die Celluloseregeneratfasern besitzen eine konstante Faserqualität und versprechen daher Qualitätsvorteile bei der Herstellung von Recyclaten“, sagt Hans-Peter Fink.

Eine hohe Wasserbeständigkeit und geringe Quellung weist auch das von der IFA-Tulln und der Austel GmbH in Österreich entwickelte Fasal-Prosin auf – ein natürliches Thermoplast mit hohem Holzfaseranteil und Eiweißnebenprodukten aus der Lederverarbeitung. Mit dem Material könnten besonders sowohl steife als auch flexible Formteile gefertigt werden, so die Entwickler. Auch vom Preis ist der Werkstoff mit rund 2,50 EUR pro kg gegenüber Kunststoffen für höherwertige Bauteile konkurrenzfähig. Denn zur Zeit sind technische Kunststoffe knapp und die Preise relativ hoch. So haben beispielsweise Polycarbonat-Blends nach einer Preiserhöhung durch Dow Plastics inzwischen die Schwelle von drei EUR/kg erreicht.

(vgl. Meldung vom 2001-11-01)