Forschung: Papierfaserstoffe so fest wie Kunststoffe

Aus Papierfaserstoffen hergestellte Faserformprodukte könnten Kunststoffe in verschiedenen Einsatzbereichen ersetzen. Ein Forschungsprojekt am Fachgebiet Maschinenelemente der Universität Dortmund zeigt, dass Faserformprodukte bei Änderungen im Produktionsprozess mit Kunststoffen für Konstruktionszwecke vergleichbare Festigkeiten erreichen. Denkbar wäre ein Einsatz dieser Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen unter anderem in der Auto- und Möbelindustrie sowie im medizinischen Bereich, beispielsweise für Orthesen.

Unter Beachtung der weltweit nur beschränkt vorliegenden natürlichen Ressourcen und dem Wunsch, die Produktion immer weiterer Müllberge zu bremsen, sind nachwachsende Rohstoffe als Werkstoff sehr beliebt. Die globale Nachfrage nach Erdöl wird sich innerhalb von 15 Jahren von rund 75 Mio. Barrel auf mehr als 100 Mio. Barrel erhöhen. Ein überhöhter Energieverbrauch auf der Grundlage fossiler Energieträger verursacht starke Kohlenstoffemissionen, die die wichtigste Ursache der globalen Erderwärmung sind. Da die Kunststoffindustrie einen großen Abnehmer des fossilen Energieträgers Rohöl darstellt, ist sie in gewisser Weise mitverantwortlich für den Klimawandel.

Papierfaserstoffe, zu denen Holzschliffe und Zellstoffe gehören, stellen den Rohstoff für nach dem Faserformverfahren gefertigte Bauteile dar. Diese könnten, sofern eine Optimierung der für den Herstellungsprozess relevanten Parameter vorgenommen und festigkeitssteigernde Zusatzstoffe verwendet würden, eine Alternative zu Kunststoffen darstellen.

Bislang beschränkt sich der Einsatz von Faserformprodukten, die aufgrund ihrer Recyclier- und Kompostierbarkeit als umweltfreundlich gelten, fast ausschließlich auf die Verpackungsindustrie, für die bestimmte mechanische Eigenschaften der Produkte von untergeordneter Bedeutung sind. Zur Schaffung einer Konkurrenzfähigkeit zwischen Kunststoffen, aus denen bereits technische Funktionsbauteile hergestellt werden und Faserformprodukten bedarf es einer Weiterentwicklung des Faserformverfahrens.

Ein an der Universität Dortmund durchgeführtes Forschungsprojekt zeigt, dass es mit Hilfe von Eingriffen in die Prozessführung des Faserformverfahrens möglich ist, Bauteile zu produzieren, die bzgl. ihrer Festigkeiten im Bereich derjenigen wichtiger im Bereich der Konstruktion eingesetzter Kunststoffe liegen. Basierend auf dem in einem früheren Forschungsprojekt gefundenen Zusammenhang zwischen der Zug-, Druck- und Biegefestigkeit eines Faserformproduktes ließen sich mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung Festigkeitsuntersuchungen an genormten Streifenproben durchführen.

Experimente zur Verifizierung der mit Hilfe einer Statistiksoftware ausgewerteten Versuchsergebnisse an Bauteilen, die einer Biegebelastung ausgesetzt wurden, bestätigten die Abhängigkeit zwischen den o.g. Werkstoffkennwerten. Kunststoffe könnten also durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden, so dass ein Einsatz in der Automobil- und Möbelindustrie denkbar wäre.

Weitere Informationen

• Bernd Künne und Dipl.-Ing. Christian Schejok (2007): Papierfaserstoffe erreichen Festigkeiten von Kunststoffen. (PDF-Dokument, 8 Seiten).
• Entwicklung von Unterarmorthesen aus nachwachsenden Rohstoffen (FNR-Projektbeschreibung)

Kontakt
Prof. Dr. Bernd Künne
Christian Schejok
Fachgebiet Maschinenelemente
Universität Dortmund
Tel.: 0231-755-57 34
E-Mail.: c.schejok@me.mb.uni-dortmund.de

(Vgl. Meldungen vom 2006-11-16 und 2003-01-15.)

Source

Künne, B. und Schejok, C., Universität Dortmund, eigene Arbeiten, 2007-09-07.

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