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03. 08. 2021
Verfasst von: Leif Steuernagel

Natürlicher Leichtbau – Naturfasern verstärken Kunststoffe

Blick auf die Rosette einer Sisal-Agave mit grünen schwertförmigen Blättern © Pixabay
Leichte Naturfasern, zum Beispiel von der Sisal-Agave, können sehr zugfest und steif sein. Diese Eigenschaften eignen sich auch für Werkstoffverbünde mit Kunststoff.

Biomaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen können eine lohnende Alternative zu erdölbasierten Werkstoffen sein. Auch Verbundwerkstoffe aus synthetischen und Naturfasern bieten zahlreiche Vorteile: Sie ermöglichen neue Funktionen und Anwendungen und können recycelt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Clausthal untersuchen Eigenschaften und Verhalten solcher Werkstoffverbünde und entwickeln geeignete Verarbeitungsverfahren.

Naturfasern erweitern Funktionen des Werkstoffs

Biobasierte Werkstoffe haben nicht nur eine bessere Umweltbilanz als Materialien auf Basis von Erdöl, sie eröffnen auch neue Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie. Naturfaser-Verbundwerkstoffe werden zum Beispiel vermehrt in der Automobil-Industrie eingesetzt. Diese besitzen Eigenschaften, die synthetische Faserstoffe wie Kohlenstoff- oder Glasfasern nicht bieten. Neben einer geringen Dichte bringen Naturfasern auch dämmende und dämpfende Eigenschaften mit und erweitern die Funktion des finalen Werkstoffs.

Eigenschaften von Naturfasern variieren

Naturfasern lassen sich mittels herkömmlicher Produktionsverfahren in der Kunststoffindustrie einsetzen. Allerdings setzt das Einbringen der Fasern in die Matrix ein Materialverständnis voraus, bei dem gerade das Faserverhalten eine wichtige Rolle einnimmt. Hierzu liefert das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik der Technischen Universität Clausthal neue Erkenntnisse. Pflanzliche Naturfasern, egal ob Samen-, Bast- oder Hartfasern, variieren im Wuchs. Die variable Zusammensetzung bringt gegenüber synthetischen Fasern unterschiedliche mechanische Eigenschaften hervor. So weist beispielsweise eine Flachsfaser die gleiche Steifigkeit wie eine Glasfaser auf, aber die Festigkeit unterscheidet sich. Je nach Anwendung muss der Naturfaser-Kunststoff-Verbund entsprechend eingestellt werden.

Außerdem ist die Wechselwirkung von Naturfasern anders als bei anderen Faserarten, was in vielen Kunststoffmatrizes einen Haftvermittler notwendig macht. Bei der Verarbeitung von Naturfasern ergeben sich sowohl im Pressverfahren als auch in der Extrusion beziehungsweise im Spritzgießverfahren einige Besonderheiten. Zum Beispiel wirken sich die eingebrachte spezifische mechanische Energie (durch Drehzahl und Scherenergie) und die Spritzgussdüse in der Extrusion auf den Faserdurchmesser und damit auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften aus.

Werkstoffverbünde sind recyclingfähig

Beim Recycling der Werkstoffe erschließen Naturfasern ebenfalls neue Wege. Die Auswirkungen der Recyclingmethode auf die Fasergeometrie und die Eigenschaften des Recyclats sind hier anwendungsbestimmend. Naturfaserverbünde benötigen etwa bei der Extrusion zusätzlichen Haftvermittler, um kein minderwertiges Recyclat zu ergeben. Mit ihren Kenntnissen zu Fasereigenschaften, Materialauswahl, geeigneten Verfahren und Prozessparametern können die Forschenden der TU Clausthal Industriepartner, die auf Naturfasern umschalten wollen, von der Produktentwicklung bis zur Serienfertigung unterstützen.

Redaktioneller Hinweis: Dieser Text steht unter der CC BY 3.0 DE-Lizenz.

Dr. Leif Steuernagel
Adresse
Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik
Technische Universität Clausthal
Dr. Leif Steuernagel
Adresse
Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik
Technische Universität Clausthal
Technische Universität Clausthal, Servicezentrum für Forschung und Transfer
Adresse
Adolph-Roemer-Straße 2a
38678 Clausthal-Zellerfeld
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