Leichtbau mit heimischen Pflanzen auf der Research & Technology

Wer sich einen an der Sattelstütze montierten und aus biobasierten Verbundwerkstoffen bestehenden Fahrradgepäckträger anschauen möchte, kommt an der HANNOVER MESSE 2014 und dort an der Research & Technology nicht vorbei. Das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) an der TU Dresden zeigt dieses innovative Produkt vom 7. bis 11. April 2014 auf seinem Messestand in Halle 2.

Das ILK, eine der führenden Einrichtungen in Deutschland zur Erforschung von neuen Materialkombinationen für den Leichtbau, erprobt derzeit eine Art Werkstoffbaukasten, bei dem die Naturfasern in unterschiedlicher Form in Halbzeugen vorliegen und im Bauteil spezifische Aufgaben übernehmen. Naturfasergewebe verstärken dadurch flächige Bauteilbereiche mit hoher mechanischer Beanspruchung.

Kurzfasern verbessern die Eigenschaften fließfähiger Formmassen, um komplexe Rippenmuster und Funktionselemente auszuformen.

Erste Ergebnisse aus diesem Baukasten wird das ILK auf der Research & Technology im Rahmen der HANNOVER MESSE 2014 vorstellen.

„In der Tat sehen wir ein großes Entwicklungspotenzial biobasierter Werkstoffe auf beiden Gebieten – den Verstärkungsfasern und den Kunststoffen. Die Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe (CFK) werden wir im Eigenschaftsniveau nicht erreichen, Glasfaserverstärkte Polymere (GFK) aber sehr wohl“, bestätigt Prof. Maik Gude, Leitender Wissenschaftler am ILK.

„Die Research & Technology ist eine ideale Plattform, um Produkte vorzustellen, die kurz vor der Markteinführung stehen. Eingebettet in das internationale Umfeld der HANNOVER MESSE, profitieren die Aussteller der Research & Technology von der direkten Nähe zu den Industriekunden“, sagt Marc Siemering, Geschäftsbereichsleiter Deutsche Messe AG.

Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit sind seit Jahren Leitthemen für Gesellschaft und Wirtschaft. Vor diesem Hintergrund gewinnen biobasierte und regional verfügbare Polymerwerkstoffe immer mehr an Bedeutung, denn der Einsatz dieser Materialien verläuft sehr dynamisch. Zwei Trends sind aktuell zu beobachten: Biopolymere werden aus Naturstoffen gewonnen und chemisch veredelt, so wie bei Polyactid (PLA), Polyhydroxybutyrat (PHB) oder auch Kunststoffen auf Basis von Cellulose wie Celluloseacetat (CA). Dabei bleibt die natürlich gebildete Molekülstruktur weitgehend erhalten. Andererseits kommen biobasierte Monomere zunehmend als niedermolekulare Bausteine für die Synthese etablierter Kunststoffe wie Polyester (PET) oder Polyamid

(PA) zum Einsatz.

Auch bei den Verstärkungsmaterialien sind zwei Möglichkeiten erkennbar. Etabliert ist die Kurz-, Lang- und Textilverstärkung mit natürlichen Fasern wie Hanf oder Flachs. Darüber hinaus werden so genannte Regeneratfasern aus natürlichen Rohstoffen durch chemische Prozesse gewonnen. Beispiele hierfür sind Viskose oder Cordenka.

„Besondere Chancen ergeben sich durch die Kombination von biobasierten Polymeren und Naturfasern in einem Werkstoffsystem“, erklärt Robert Kupfer, Experte für derartige Lösungen am ILK an der TU Dresden.

Werkstoffbaukasten aus der Natur

Im Bereich der Faserverbundwerkstoffe, die auf petrochemischer Basis (insbesondere Erdöl) hergestellt werden, holen endlosfaserverstärkte Thermoplaste in Form so genannter Organobleche zunehmend auf. Ihr Einsatzfeld liegt unter anderem im Fahrzeugbau.

Allerdings ist die mögliche Komplexität bei der Formgebung eingeschränkt, weil die Werkstoffe nicht fließfähig sind, sondern umgeformt werden müssen. Daher kommt auch die Bezeichnung Organobleche.

Bestehen kurz- und textilverstärkte Werkstoffe jedoch aus den gleichen Basismaterialien, können sie gemeinsam in einem Verarbeitungsprozess zum Bauteil geformt werden. Damit werden die Vorteile beider Werkstoffkonfigurationen gezielt genutzt. „Dieser Ansatz für einen Werkstoffbaukasten – sozusagen aus der Natur – ist ein Schwerpunkt unserer aktuellen Arbeiten“, sagt Kupfer. „Wir wollen diesen Baukastengedanken in Hannover verdeutlichen und werden entsprechende Prototypen mitbringen, so zum Beispiel einen Fahrradgepäckträger aus biobasierten Verbundwerkstoffen, der an der Sattelstütze montiert wird“, ergänzt Gude.

Innovative Materialien auf dem Vormarsch

Deutschland ist weltweit führend bei der Erforschung innovativer Materialien. Ein weiteres Plus: Innovative Materialien verfügen über ein erhebliches Marktpotenzial, zumal ihr Spektrum in den vergangenen Jahren deutlich erweitert werden konnte. Konkrete Anwendungen sind im

Garten- und Wohnumfeld, aber auch im Lifestyle-Bereich etwa für hochwertiges Design im Automobil oder für Consumer-Elektronik denkbar. Allerdings müssen Eigenschaften und Verarbeitung der biobasierten Werkstoffsysteme noch weiter verbessert werden.

Entscheidend ist auch die Preisentwicklung im Vergleich zu klassischen Kunststoffen. In jedem Fall dürften die biobasierten Werkstoffe aus der heimischen Pflanzenwelt bei vielen einen emotionalen Bonus haben, vielleicht fahren wir eines Tages ja sogar Autos mit Biosiegel. Einen möglichen Konflikt möchte Gude gleich ausschließen: „Notwendige Flächen und Pflanzen für die Ernährung überlassen wir der Nahrungsmittelerzeugung.“

HANNOVER MESSE – Get new technology first! Die weltweit wichtigste Industriemesse wird vom 7. bis 11. April 2014 in Hannover ausgerichtet. Die HANNOVER MESSE 2014 vereint sieben Leitmessen an einem Ort: Industrial Automation, Energy, MobiliTec, Digital Factory, Industrial Supply, IndustrialGreenTec und Research & Technology. Die zentralen Themen der HANNOVER MESSE 2014 sind Industrieautomation und IT, Energie- und Umwelttechnologien, Industrielle Zulieferung, Produktionstechnologien und Dienstleistungen sowie Forschung und Entwicklung. Die Niederlande sind das Partnerland der HANNOVER MESSE 2014.

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