Composites sind in Zeiten des Leichtbaus eine von vielen Industriesektoren genutzte, wenn auch aufwendiger zu verarbeitende Werkstoffalternative. \u00dcbliche Verst\u00e4rkungsfasern aus Glas oder Carbon bekommen nun nachhaltige Konkurrenz aus der Natur.<\/p>\n
Wenn Komponenten gewichtsoptimiert werden und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit besitzen sollen, r\u00fccken in den Fokus der Werkstoffentwickler oft glas- oder carbonfaserverst\u00e4rkte Kunststoffe Diese Trendmaterialien erreichen das anvisierte Ziel der Fahrzeugmassenreduzierung, um etwa den Kraftstoffverbrauch zu senken, ziemlich sicher. Darum sind faserverst\u00e4rkte Kunststoffe (FVK) fast schon ein Leichtbau-Dauerbrenner. Klassiker sind glasfaserverst\u00e4rkte Werkstoffe im Vergleich zu den recht teuren Carbonfasern. Eine Materialart, die schon lange bekannt ist und langsam in den Vordergrund r\u00fcckt, ist aber auch NFK – naturfaserverst\u00e4rkter Kunststoff, bei denen Pflanzenfasern in eine Kunststoffmatrix eingebettet werden. Die wichtigsten Vertreter sind Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal, Abaca und Baumwolle. Henry Ford pr\u00e4sentierte bereits 1941 eine Karosserie, die zum Gro\u00dfteil aus harzgetr\u00e4nkten Naturfasern bestand. Und in Ostdeutschland wurde die Karosserie des Trabant so gefertigt.<\/p>\n
Aktuelle Untersuchungen widmen sich den Anbaufl\u00e4chen und Preisen f\u00fcr diese Faseralternative. Ein anderer Blickwinkel der Entwickler zielt auch auf neue Verarbeitungsverfahren, Technologien und Anwendungen. Immerhin werden in der europ\u00e4ischen Automobilbau diese Kunststoffe in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 100 kt verbaut. Demgegen\u00fcber steht ein Verbrauch von etwa 1 Mio. Tonnen glasfaserverst\u00e4rkte Kunststoffe (GFK). Die teureren Carbonfasern haben im Vergleich dazu einen Verbrauch von etwa 50.000 t, wie sich dem Marktbericht des Branchenverbands AVK entnehmen l\u00e4sst.<\/p>\n
BMELNachwachsende Alternative kann Roh\u00f6lschwund entgegensteuern
\nDer Trend zu naturfaserverst\u00e4rkten Kunststoffen wurde durch das Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft \u00fcber das Institut f\u00fcr Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover (IFBB) angesprochen, indem ein Biokonzept-Car f\u00fcr Autorennen geschaffen wurde. Im Zuge des Projekts wurden Bioverbundbauteile mit einem biogenen Anteil von 30 bis 70 % sowie Biokunststoffteile hergestellt und im Rennalltag vor und nach dem Einsatz im Rennwagen von Ingenieuren des Hochschulinstituts getestet. Dabei wird untersucht, wie das Material auf Belastungen reagiert. Am Ende des Vorhabens soll ein allen Interessierten zug\u00e4nglicher Bauteilkatalog stehen, in welchem die eingesetzten Bauteile und deren Verarbeitung ausf\u00fchrlich beschrieben werden.<\/p>\n
Entwickler beabsichtigen durch ihre Untersuchungen GFK-Werkstoffe sowie den Thermoplast ABS erfolgreich zu substituieren, wenn die Verf\u00fcgbarkeit des Roh\u00f6ls einst schwinden sollte. Viele der Verfahren k\u00f6nnen dabei an den bekannten GFK-Verarbeitungsprozess angelehnt werden. Wichtig dabei ist vor allem eine Herabsetzung der Verarbeitungstemperatur, da die Naturfasern wesentlich temperaturempfindlicher sind als Glasfasern.<\/p>\n
Vor der Verarbeitung m\u00fcssen die Fasern getrocknet werden, da sie hygroskopisch sind. Auch sind Haftvermittler notwendig. Die entsprechende Verfahrenstechnik kann beim Maschinenhersteller Krauss-Maffei aus M\u00fcnchen erworben werden. Gewebe aus Endlosfasern werden zun\u00e4chst aufgeheizt und in ein Spritzgie\u00dfwerkzeug abgelegt. Mit Kunststoffschmelze wird die Faserlage anschlie\u00dfend hinterspritzt. Das Spritzgie\u00dfen erlaubt die Anformung zus\u00e4tzlicher Versteifungen durch in Form von Rippen sowie weitere Funktionalit\u00e4ten, wie etwa Montagel\u00f6cher. So k\u00f6nnen Sitzschalen und -lehnen, Instrumententafeltra\u0308ger, Verdeckka\u0308sten, Seitenaufprallschutz-Komponenten, Unterbodengruppen, Teile im Motorraum und Semi-Strukturbauteile entstehen. Bei einer Gesamtmasse von 1300 kg, bestehen heute etwa 5 kg eines Mittelklassewagens aus nachwachsenden Rohstoffen, wie auch die Ergebnisse von Klaus Mayr-Rauch von der VW-Konzernforschung Umweltsteuerung best\u00e4tigen.<\/p>\n
Der Automobilzulieferer Faurecia experimentiert schon l\u00e4nger mit hanffaserverst\u00e4rktem Polypropylen (PP). Ein gro\u00dfer Vorteil davon ist, dass \u00fcblich Spritzgussanlagen das Granulat leicht verarbeiten k\u00f6nnen.<\/p>\n
So neu ist das alles aber nicht, wei\u00df Dr. Renate L\u00fctzkendorf, Expertin f\u00fcr das Thema vom Th\u00fcringischen Institut f\u00fcr Textil- und Kunststoff-Forschung e.V.: \u201eAm Einsatz von Naturfasern wird schon seit Beginn der 1990er Jahre intensiv gearbeitet. Besonders im Fahrzeugbereich finden sie heute ihren Nutzen.\u201c Als thermoplastische Matrix hat sich PP durchgesetzt \u2013 ein relativ g\u00fcnstiger Kunststoff. Ein Nachteil ist, dass die aus Cellulose bestehenden Fasern relativ temperaturempfindlich sind.<\/p>\n
In gro\u00dfem Stil im Einsazt sind auch mit duromeren Harzsystemen durchtr\u00e4nkte Naturfasern, die im Pressverfahren verarbeitet werden und danach nicht wieder schmelzbar sind. Faservliese und -matten dazu werden etwa von Isowood aus Rudolstadt und Polyvlies aus H\u00f6rstel-Bevergern aufbereitet.<\/p>\n
Klassische Verarbeitungsmethoden sind durchaus anwendbar
\nNaturfasern k\u00f6nnen auch spritzgegossen werden. Im Vorfeld muss jedoch daf\u00fcr gesorgt werden, dass sich die Fasern im Polymergranulat (meist PP) eingebettet sind. Verfahrensunterschiede kann man anhand des Fasergehalts treffen: Den h\u00f6chsten Fasergehalt weisen duroplastische Werkstoffe mit einem Anteil nat\u00fcrlicher Produkte von 50 bis 60% auf. Bei den thermoplastischen Pressverfahren liegt der Wert bei 40 und 50%. Beim Spritzgie\u00dfen darf der Fasergehalt nicht \u00fcber 30 % betragen.<\/p>\n
Eine Herausforderung bei den Naturfasern besteht der geforderten gleichm\u00e4\u00dfigen Qualit\u00e4t. Auch hier spielt die Natur eine gro\u00dfe Rolle. Zun\u00e4chst einmal steuert das Wetter den Wachstumsprozess mit. Weitere Parameter sind die Feuchte und die Erntezeit. Dies gilt es, aufeinander abzustimmen. Die umfangreichen Aktivit\u00e4ten unterschiedlicher Player deuten auf ein gr\u00f6\u00dferes Interesse gerade im automotiven Umfeld an den naturfaserverst\u00e4rkten Werkstoffen hin. Bei vielen Fachkongressen k\u00f6nnen interessierte Besucher die Experten treffen und sich \u00fcber den aktuellen Stand der Technik informieren lassen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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