Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICTDie richtigen Eigenschaften für jede Anwendung
Produkte, die aus vielen unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, stoßen an die Grenzen, die immer schärfere gesetzliche Vorgaben zu Materialkreisläufen und Recyclingquoten setzen. Das einstige Credo des Leichtbaus, »das richtige Material am richtigen Ort« zur Verfügung zu stellen, erschwert eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft massiv. Mehr Erfolg verspricht der Ansatz, ein- und dasselbe Material für jede Anwendung durch passende Verarbeitungstechnologien mit den geforderten Eigenschaften zu versehen. Die Entwicklungen kanalisieren sich auf sogenannte Monomaterial-Multimorphologie-Ansätze, die das Fraunhofer ICT als methodische Grundlage weiterentwickelt und mit Erkenntnissen und Erfahrungen aus dem Leichtbau verknüpft.
Der Monomaterial-Multimorphologie-Gedanke fußt auf der Idee, ein Polymer – beispielsweise PP, PET, PLA oder PA – in unterschiedlichen Morphologien, also als Faser, Gewebe und Organoblech, als Schaum und als Gussteil zu verwenden. Morphologien basierend auf identischen Werkstoffen können zu Kombinationen verschweißt werden, benötigen also keinen Klebstoff, der das Recycling erschweren würde. So lassen sich Anforderungen beispielsweise an die Festigkeit von Bauteilen gewichtseffizient erfüllen: Die Biegesteifigkeit und die Schlagfestigkeit von Sandwich-Strukturen aus zwei – bei Bedarf selbstverstärkten – Decklagen und einer geschäumten Kernschicht übertreffen gleich schwere GfK-Komponenten oft um ein Vielfaches.
In der Weiterverarbeitung treten zusätzliche Vorteile thermoplastischer Monomaterial-Sandwich-Strukturen zutage: Sie sind für Tiefziehverfahren geeignet und erlauben punktuelle Kompaktierungen, um die Schaumdichte und damit die Lastübertragung graduell zu steuern. Außerdem erlauben sie den Anguss zusätzlicher funktionaler Elemente wie Versteifungsrippen und Ösen.
Anders als beispielsweise Faserverbundwerkstoffe kann ein Monomaterial-Multimorphologie-Produkt am Ende seiner Verwendungszeit ohne aufwendige Demontage, Trenn- und Sortierverfahren dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden. Der Werkstoff lässt sich effizient zu Granulat verarbeiten und in seiner ursprünglichen Form als kontinuierliche Faser aufbereiten. So entsteht ein echter Materialkreislauf, ein Closed-loop recycling, und keine Verlustspirale. Dies reduziert die Emission von Treibhausgasen und das Abfallaufkommen, verringert die Abhängigkeit von internationalen Rohmaterial-Lieferanten und schafft so wirtschaftliche Souveränität sowie resilientere Wertschöpfungsketten.
Das Fraunhofer ICT stellt für Consumer Goods aller Branchen, beispielsweise von der Medizintechnik über Automotive-Anwendungen und Möbel bis hin zur Sport- und Freizeitprodukten, Entwicklungspakete im Monomaterial-Multimorphologie-Ansatz zur Verfügung. Diese umfassen die Material- und Prozessentwicklung, die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften aller Komponenten, Erkenntnisse aus der Leichtbau-Forschung – und die eingehende Beratung interessierter Unternehmen in der Umsetzung eines Motomaterial-Produkts.
