Faserverstärkte Kunststoffe

Leichtbau mit Naturfasern

| Autor / Redakteur: Dr. Thomas Isenburg / Thomas Günnel

Pflanzenfaserverstärkte Duromere sind eine Alternative für leichte Fahrzeugkarosserien. Im Bild: der Innen- und Außenteil einer Tür aus diesem Werkstoff.
Pflanzenfaserverstärkte Duromere sind eine Alternative für leichte Fahrzeugkarosserien. Im Bild: der Innen- und Außenteil einer Tür aus diesem Werkstoff. (Foto: Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e.V.)

Faserverstärkte Kunststoffe stehen synonym für intelligenten Leichtbau, Bauteile lassen sich so leichter und steifer auslegen. In den Vordergrund rücken jetzt sogenannte NFK – naturfaserverstärkte Kunststoffe.

Faserverstärkte Kunststoffe sind der Dauerbrenner der Fahrzeugentwickler, wenn das Bauteilgewicht sinken muss. Die Fasern erlauben es zudem, die leichteren Bauteile steifer auszulegen. Klassiker sind glasfaserverstärkte Werkstoffe sowie die teuren Carbonfasern. Eine weitere Materialklasse, die schon lange bekannt ist und seit einigen Jahren in den Vordergrund rückt, sind NFK – naturfaserverstärkte Kunststoffe. Bei ihnen bettet man Naturfasern in eine Kunststoffmatrix ein. Die wichtigsten Naturfasern sind Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal, Abaca und Baumwolle. Henry Ford präsentierte bereits im Jahr 1941 ein Fahrzeug, dessen Karosserie weitgehend aus harzgetränkten Naturfasern bestand. In der DDR war dies Grundlage für die Karosseriebeplankung des Klassikers Trabant. Aktuelle Untersuchungen widmen sich den Anbauflächen und Preisen für die Fasern. Ein anderer Blickwinkel der Entwickler zielt auf neue Verarbeitungsverfahren, Techniken und Anwendungen. Immerhin verwendet die europäische Automobilindustrie diese Kunststoffe in der Größenordnung von 100.000 Tonnen jährlich. Demgegenüber steht ein Verbrauch von etwa einer Million Tonnen glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK). Zum Vergleich: Die teureren Carbonfasern haben einen Markt von etwa 50.000 Tonnen, wie der Marktbericht des Branchenverbands AVK vermeldet.

Was mit naturfaserverstärkten Kunststoffen bereits möglich ist, zeigen das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft sowie das Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover. In einem gemeinsamen Projekt entstand ein Biokonzeptfahrzeug für den Renneinsatz. Die verwendeten Bioverbundbauteile mit einem biogenen Anteil von 30 bis 70 Prozent sowie Biokunststoffteile stellten die Projektpartner selbst her. Ingenieure des Hochschulinstituts testen nun im Rennalltag, wie das Material auf Belastungen reagiert. Am Ende des Vorhabens soll ein allen Interessierten zugänglicher Bauteilkatalog stehen, der die Bauteile und ihre Verarbeitung detailliert beschreibt. Das Ziel der Entwickler ist es, GFK-Werkstoffe und den Ingenieurwerkstoff ABS zu verdrängen, wenn die Versorgung mit Rohöl einmal nachlassen sollte. Viele Verarbeitungsverfahren für Naturfasern ähneln denen, mit denen man schon lange GFK verarbeitet. Wichtig ist vor allem, die Verarbeitungstemperatur herabzusetzen, da die Naturfasern wesentlich temperaturempfindlicher sind als Glasfasern. Vor der Verarbeitung müssen die Fasern zudem trocken sein, da sie hygroskopische Eigenschaften besitzen, also Feuchtigkeit aus der Umgebung binden. Zudem ist der Einsatz eines Haftvermittlers notwendig.

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