Unsere Forschungsinhalte der Kernkompetenz Kunststofftechnologie fokussieren sich auf die zentralen Themen eines Herstellungs- und Recyclingzyklus von Kunststoffbauteilen von der Synthese, über die Verarbeitung bis zur Bauteilherstellung. Begleitet wird unsere Forschung durch die Betrachtung der Rohstoffbasis und Rohstoffeffizienz, der Simulation von Umwelteinflüssen in der Nutzungsphase und der Kreislaufführung der Produkte inklusive Lebenszyklusanalyse (LCA).
Die »Polymersynthese« bildet unser Fundament zur Weiterentwicklung klassischer Polymere wie Polyurethane, Polyester und Polyamide mit dem Ziel, ihre Funktionalitäten, ihre Leistungsfähigkeit und ihre Anwendungsbreite zu verbessern. Entwicklungen für Nachhaltigkeit, zum Beispiel Kunststoffe auf Basis biobasierter Rohstoffe oder voll umfängliches Recycling von Altkunststoffen, sind hierbei unsere Forschungsschwerpunkte. Ebenso die Additivsynthese mit halogenfreien Flammschutzmitteln, nachhaltigen Weichmachersystemen oder Compatibilizern für neue Kunststoff-Compounds. Unsere Polymerentwicklungen zielen z.B. auf die Kombination von thermo- und duroplastischen Funktionalitäten für Anwendungen in hoch belastbaren Verklebungen ab.
In den »Compoundiertechnologien« sind wir spezialisiert auf die Entwicklung neuer Compoundierprozesse und Materialrezepte. Eine Besonderheit sind hier extraktive Compoundierprozesse zur Reduktion von Emissionen oder von Störstoffen fürs Recycling sowie die innovative Reaktivextrusion zur Polymersynthese oder für Polymermodifikationen im Doppelschneckenextruder.
Maßgebliche Aufgaben in unserem Themenfeld »Schäumtechnologien« bestehen in der Partikelschaumtechnik sowie der Herstellung geschäumter Halbzeuge im Direktschaumprozess. Neben der Optimierung konventioneller Materialien befassen wir uns mit dem Schäumen von biobasierten sowie von technischen, meist höhertemperaturfesten Polymeren. Neue Sinter-Technologien, wie beispielsweise die Radio-Frequenztechnologie, erschließen dabei ganz neue Anwendungsgebiete.
Im Bereich »Additive Manufacturing« forschen wir an der Entwicklung maßgeschneiderter Materialrezepturen, zum Beispiel durch die Einarbeitung von Verstärkungsfasern und funktionalen Additiven in das Polymer. Prozessseitig untersuchen wir die Steigerung der mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile durch die direkte Integration von lastpfadgerecht orientierten Endlosfasern.
Beim »Spritzgießen und Fließpressen« stehen bei uns Standard- und Sonderverfahren von (Faserverbund-) Materialien im Fokus. Durch die Integration von lokalen, lastpfadgerecht gewickelten oder gelegten Faserverbundstrukturen in Spritzgießbauteilen steigern wir die mechanischen Eigenschaften signifikant.
Die Industrialisierung von Prozessketten zur Herstellung hoch belastbarer, kontinuierlich faserverstärkter Leichtbaustrukturen sind unsere Schwerpunkte im »Strukturleichtbau«. Die Kerntechnologien hierfür sind das Resin-Transfer-Molding, das Wet-Compression-Molding-Verfahren, das Thermoplast-Tapelegen sowie die Pultrusion. Die Ablage textiler und vorimprägnierter Halbzeuge zu Preforms, deren Handhabung, Kombination mit Polymerschäumen und metallischen Strukturen sowie die nachfolgende Harzinfusion oder Umformung sind wichtige Bestandteile der von uns betrachteten Prozessketten.
In der »Mikrowellen- und Plasmatechnologie« entwickeln wir maßgeschneiderte Anlagen, Messtechnik und Verfahren für thermische Prozesse und Beschichtungen. Beispiele sind die mikrowellenbasierte Erwärmung von Kunststoffen, das beschleunigte Aushärten von Klebstoffen und Harzsystemen, die mikrowellenassistierte chemische Reaktionstechnik sowie die Beschichtung oder Modifikation von Oberflächen im Plasma-Enhanced-Chemical-Vapour-Deposition-Verfahren. Einen besonderen Schwerpunkt legen wir auf Korrosionsschutzschichten und nanoporöse Haftschichten.
In unserem Prüflabor können wir polymere Werkstoffe entlang der gesamten Prozesskette, vom Rohstoff bis zum Bauteil, umfassend charakterisieren und untersuchen. Im Schadensfall bieten wir eine systematische Analyse zu Schadensursachen, Werkstoffversagen und Fehlereinflüssen mittels analytischer und technologischer Messmethoden an.
Beim »Online-Prozessmonitoring« entwickeln wir spektrale und auf Mikrowellen basierende Messverfahren zur anlagenintegrierten Prozess- und Materialkontrolle und zur Prozesssteuerung. Unsere Projekte im Kontext von Industrie 4.0 basieren auf der Prozessintegration von Sensoren. Dazu gehört auch prozessspezifisches Know-how bei der Auswertung der Rohdaten. Die Applikation und Integration von Big-Data und KI-Algorithmen erlauben es uns lernende bzw. unreife Prozesse zu beleuchten.
Im Bereich »Recycling und Kreislaufwirtschaft« entwickeln wir Prozesse und Technologien für eine stoffliche Verwertung von Polymeren mit dem Ziel der vollständigen Rückführung in hochwertige Anwendungen. Im Falle duroplastischer Polymersysteme erfolgt eine chemisch, solvolytische Spaltung in Komponenten, die sehr gezielt wieder zu Kunststoffen dieser Systemklasse polymerisiert werden können. Beispielhaft wurden polyurethanschaumhaltige Flugzeugsitze aufbereitet, das separierte Polyurethan depolymerisiert und nach Reinigung der erhaltenen Spaltprodukte eine gezielte Synthese neuer Sitzschäume – mit intrinsischem Flammschutz – durchgeführt. Das begleitende Life-Cycle-Assessment (LCA) quantifizierte über verschiedene Impakt-Kategorien die Nachhaltigkeit dieser Systeme. Weitere Recyclinganwendungen finden sich im Bereich des PET- und PLA-Recyclings am ICT. Beide Polyesterklassen lassen sich über chemisch, katalytische Verfahren wieder in ihre Monomere zurückführen, aufreinigen und anschließend in ihre ursprünglichen Polymere wieder überführen. Auch diese Prozesse wurden über eine LCA-Analyse hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit bewertet. Neueste Entwicklungen befassen sich mit einer Prozessentwicklung für das stoffliche Recycling von Silikonen.
Im Bereich der Synthese nachhaltiger Polymere spielen am ICT schon immer biobasierte Systeme eine wichtige Rolle wie z.B. im Bereich der duroplastischer, Lignin basierter Epoxide für Oberflächenveredelungen oder auch im Bereich der Geruchssperrschichten, um Ausdünstungen zu verhindern.
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
