Fraunhofer IAP: Neuer Verbundwerkstoff für höchste Ansprüche

Holz- und naturfaserverstärkte Kunststoffe sind schon seit längerem feste Bestandteile moderner Fahrzeuginnenräume. Fraunhofer-Forscher stellen auf der Messe K 2004 in Düsseldorf einen neuen Verbundwerkstoff vor: Durch die Kombination von Polypropylen und Cellulosespinnfasern ist er sowohl glasfaser- als auch naturfaserverstärkten Kunststoffen überlegen.

Gleichzeitig bieten die Wissenschaftler verschiedene Verarbeitungsverfahren für das neue Material an. Fahrzeugbauer stellen höchste Ansprüche an die Werkstoffe: Sie sollen sich schnell und kostengünstig verarbeiten lassen, die Sicherheit der Fahrzeuginsassen gewährleisten und schließlich sollten sie sich auch noch problemlos recyceln oder entsorgen lassen. Deshalb setzt die Automobilindustrie auf Glasfaserverbundwerkstoffe. Daneben sind auch holz- und naturfaserverstärkte Kunststoffe im Kommen. Neben ökonomischen und ökologischen Aspekten überzeugen die Naturmaterialien durch ihr geringes Gewicht.

Im Vergleich zu Glasfasern gibt es aber auch Nachteile: Die Eigenschaften der natürlichen Werkstoffe schwanken. Anders bei der technischen Cellulosefaser (Rayon), die bisher vor allem als Reifencord verwendet wird. Verbindet man die Cellulosefasern mit Polypropylen, so entsteht ein Verbundwerkstoff, der besser ist als glasfaser- oder naturfaserverstärkte Kunststoffe. Am Projekt “Neue Verbundwerkstoffe” sind drei Fraunhofer-Institute beteiligt. Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP dreht sich alles um die Materialentwicklung und die richtige Materialzusammensetzung. Wissenschaftler um Oliver Geiger vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe und Michael Busch vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle entwickeln derzeit Verarbeitungsverfahren für unterschiedliche Anwendungen.

“Unsere Verbundmaterialien sind nicht nur leichter und weniger abrasiv als die mit Glasfasern verstärkten Kunststoffe, sie weisen zudem gerade bei tiefen Temperaturen eine deutlich höhere Schlagzähigkeit auf”, erklärt Gesamtprojektleiter Hans-Peter Fink, Forschungsbereichsleiter am IAP in Golm. Besonders positiv wirkt sich aus, dass die cellulosefaserverstärkten Materialien mehrfach recycelbar sind oder auch rückstandsfrei verbrannt werden können.

ZwirnFraunhofer Durch Kombination von Polypropylen (links) und Cellulose-Spinnfasern (Mitte) entsteht der neue Werkstoff (rechts)

Am IAP stellen wir in einem zweistufigen Verfahren die Granulate her”, erläutert Fink. Dabei werden die Spinnfasern in einer Maschine mit der aufgeschmolzenen Polymermatrix ummantelt. Anschließend wird der Strang abgekühlt und zerkleinert. In einer zweiten Stufe wird das Granulat homogenisiert. Eine Firma hat das Verfahren bereits für die Kleinproduktion übernommen. Forscher am ICT beschäftigen sich mit einem hocheffektiven Direktverarbeitungsverfahren von Cellulosefasern und Polypropylen (LFT-D-Pressverfahren) für die Großserienfertigung in der Automobilindustrie. Am IWM in Halle entstehen in einem Extrusionsverfahren Hohlkammerprofile für Fahrzeug-Kofferaufbauten oder Kunststoffbehälter.

Vom 20. bis 27. Oktober zeigen die Wissenschaftler auf der Messe K 2004 in Düsseldorf am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 3 Stand E91 verschiedene Spritzgussteile aus dem neuen Verbundmaterial – von kleinen Zahnrädern über einen Motorrad-Bremshebel bis zum Instrumententräger. Fink ist sicher, dass das neue Material neben dem Fahrzeugbau auch andere Anwendungsgebiete wie den Elektronik-/Elektro-Bereich oder den Behälter- und Rohrleitungsbau erobern kann.

Ansprechpartner:
Dr. Hans-Peter Fink
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Golm
Telefon +49-331-568-1815
E-Mail: hans-peter.fink@iap.fraunhofer.de

Weitere Informationen: Neue Verbundwerkstoffe