Kunststoffrezyklat trifft Flachsfaser: Neue HSB-Studie untersucht nachhaltige Verbundwerkstoffe

Die jetzt in der Fachzeitschrift Composite Interfaces veröffentlichte Studie zeigt, welche besonderen Herausforderungen entstehen, wenn Flachsfasern in rezykliertes Polypropylen aus Post-Consumer-Abfällen eingebracht werden und wie sich dennoch leistungsfähige Verbundwerkstoffe mit einem hohen Rezyklatanteil herstellen lassen.

Eine gute Haftung zwischen Flachsfaser und Kunststoffmatrix ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs. Bei neuem Polypropylen lässt sich diese Haftung durch einen etablierten Haftvermittler deutlich verbessern. Beim untersuchten Rezyklat funktioniert dieser Ansatz jedoch nicht wie erwartet. Die Forschenden haben unter anderem Fremdpolymere sowie verschiedene Additive und Alterungsprodukte im Material nachgewiesen, die die Haftung zwischen Faser und Matrix beeinflussen können. Mit einem angepassten Masterbatch-Konzept ist es schließlich gelungen, einen Flachsfaserverbundwerkstoff mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften und einem Rezyklatanteil von 67 Prozent herzustellen.

Erstautor Alexander Behrens arbeitet in der Arbeitsgruppe Biologische Werkstoffe von Professor Dr.Jörg Müssig an der Hochschule Bremen und promoviert in Kooperation mit Professor Dr. Carsten Mai an der Georg-August-Universität Göttingen. Seine Forschung konzentriert sich insbesondere auf Naturfaserverbundwerkstoffe und die Wechselwirkungen zwischen Faser und Kunststoffmatrix.

Spannender Ansatz für kreislauforientierte Wirtschaft

„Rezykliertes Polypropylen ist kein Werkstoff mit immer identischen Eigenschaften. Gerade bei Post-Consumer-Werkstoffen können unterschiedliche Polymere, Additive und Alterungsprodukte enthalten sein. Für uns war deshalb besonders spannend, zu untersuchen, wie sich diese komplexe Zusammensetzung auf die Haftung zwischen Flachsfaser und Kunststoffmatrix auswirkt“, sagt Alexander Behrens. „Wenn wir Rezyklate künftig verstärkt für hochwertige Verbundwerkstoffe einsetzen wollen, müssen wir diese Zusammenhänge verstehen und bei der Werkstoffentwicklung berücksichtigen.“

Professor Dr. Jörg Müssig von der AG Biologische Werkstoffe am Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen betont die Bedeutung der Arbeiten für eine nachhaltige Werkstoffentwicklung: „Die Kombination von Naturfasern mit bereits genutzten Kunststoffen ist ein spannender Ansatz für eine stärker kreislauforientierte Wirtschaft. Die Arbeit zeigt zugleich, dass Rezyklate besondere Herausforderungen mit sich bringen. An der HSB wollen wir genau diese wissenschaftlich verstehen und daraus technisch zuverlässige Werkstoffkonzepte entwickeln.“

Nachwuchsförderung durch kooperative Promotion

Die Veröffentlichung ist zugleich ein Beispiel für die Zusammenarbeit in der Nachwuchsförderung zwischen der Hochschule Bremen und der Georg-August-Universität Göttingen. Behrens verbindet in seiner kooperativen Promotion die Forschung der Arbeitsgruppe Biologische Werkstoffe an der HSB mit der wissenschaftlichen Betreuung durch Professor Dr. Carsten Mai in Göttingen.

Die Studie zeigt, dass bei der Entwicklung von Naturfaserverbundwerkstoffen aus Post-Consumer-Kunststoffen nicht allein der Rezyklatanteil entscheidend ist. Ebenso wichtig ist ein genaues Verständnis der Zusammensetzung des Rezyklats sowie der Grenzfläche zwischen Faser und Matrix. Damit liefert die Arbeit wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung leistungsfähiger Werkstoffe, die nachwachsende Rohstoffe und die Rezyklierung von Kunststoffen miteinander verbinden.

Über die Hochschule Bremen (HSB)

Die Hochschule Bremen (HSB) – City University of Applied Sciences macht Wissenschaft für die Praxis und leistet einen wichtigen Transfer in die Gesellschaft und Wirtschaft. Sie bietet zukunftssichere und innovative Studieninhalte sowie grundlagen- und praxisorientierte Forschung. Durch ihre enge Zusammenarbeit mit über 200 Partner:innen aus Wissenschaft, Wirtschaft, Gesellschaft und Verwaltung sichert sie den Fachkräftebedarf für Bremen und die Region. Mit ihrer internationalen Ausrichtung hat die HSB eine umfassende Vernetzung mit rund 360 Partnerhochschulen weltweit. Sie ist eine von nur wenigen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Deutschland, die Teil einer von der EU geförderten Europäischen Universität sind: der Hochschulallianz STARS EU (Strategic Alliance for Regional Transition European University). Die HSB bietet ein breites Spektrum an über 70 Studiengängen in Ingenieurs-, Natur-, Wirtschafts-, Gesellschafts- und Gesundheitswissenschaften und zählt knapp 9.000 Studierende. Das International Graduate Center (IGC) ist eine exzellente Weiterbildungsadresse für Young Professionals aus der ganzen Welt und Berufstätige aus der Region.