Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICTProjekte
Bei diesem Projekt wurden neue, nachhaltige, material- und prozess bezogene Leichtbaulösungen mit dem Ziel der maximalen Ressourceneffizienz erarbeitet. Im Teilprojekt »Bio Tape« lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung und Demonstration eines faserverstärkten Biopolymersystems für Leichtbaustrukturen auf Basis von
- optimierten und recyclingfähigen PLA-Rezepturen,
- celluloseregeneratfaserverstärktem Spritzgießmaterial und
- basaltfaserverstärkten UD-Tapes mit PLA-Matrix.
Für den Nachweis der Kreislauffähigkeit wurde darüber hinaus ein Recycling der Materialien durch Laugen- oder Enzymbehandlung untersucht. Die Recyclingmethode erlaubt die Rückgewinnung der Basaltfasern und der monomeren Milchsäure. Die entwickelten PLA-Rezepturen verfügen über eine Wärmeformbeständigkeit bis 140 °C, eine optimierte Kristallisationsfähigkeit und höhere Kristallisationsgrade, eine erhöhte Duktilität sowie eine verbesserte Hydrolysestabilität.
Hybride Sitzlehne aus Basaltfaser
»Biobasierte Werkstoffe leisten in aktuellen Serienbauteilen einen wertvollen Beitrag zur Erreichung der nationalen und europäischen Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsziele in der Verkehrstechnik.«
Durch Vorbehandlung von Chemiezellstoff mit Natronlauge zur Optimierung der Molmassenverteilung bzw. des Polymerisationsgrades und Anpassung des Lösungsspinnprozesses konnten Celluloseregeneratfasern stabil hergestellt werden. Die erzielte Orientierung der Cellulosekristallite in Faserrichtung resultierte in einem um bis zu 1,8-fachen höheren E-Modul als auf dem Markt verfügbare Celluloseregeneratfasern. In einem Doppelpultrusionsverfahren wurde Spritzgiessmaterial mit PLA-Matrix und 20 Prozent Faserverstärkung hergestellt. In der mechanischen Prüfung erreichte der Verbundwerkstoff einen circa 15 Prozent höheren E-Modul als vergleichbare kommerzielle Materialsysteme.
Durch die modifizierten Matrixsysteme wurde die Herstellung von basaltfaserverstärkten UD-Tapes mit homogener Faserverteilung und Fasermasseanteilen von bis zu 63 Prozent erreicht. Die mechanischen Verbundeigenschaften konnten auf ein vergleichbares Niveau wie beim Referenzsystem Polypropylen/Basaltfaser gehoben werden.
Mit dem optimierten faserverstärkten Biopolymersystem auf Basis von Spritzgussmaterial und endlosfaserverstärkten UD-Tapes und der Anpassung der Fertigungsprozesse konnte dann ein Sitzstruktur-Demonstrator gefertigt werden.