Konsortium untersucht Verwendung von Hanf und Flachs in Strukturverbundwerkstoffen

Stephen Moore | 15. Juli 2022

Das von der Bundesregierung geförderte Projekt DuroBast konzentriert sich auf die Verwendung von Bastfasern zur Herstellung von Verbundstrukturbauteilen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung thermoformbarer thermoplastischer Verbundwerkstoffe unter Verwendung nachwachsender Bastfasern als Verstärkung für eine Reihe von Anwendungen in der Automobil- und Sportausrüstung. Die ersten Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Verbundbauteile wie Busbälge, Mittelkonsolen und Snowboards.

Einheimische Bastpflanzen wie Flachs, Hanf und Brennnessel werden seit Jahrhunderten zur Fasergewinnung genutzt. Ihre Fasern zeichnen sich durch vielfältige Eigenschaften aus und eignen sich zur Herstellung vielfältiger Produkte. Neben Kleidung wurden diese Fasern in der Vergangenheit auch für technische Anwendungen wie Säcke, Segel, Seile und Netze verwendet. Ihr Leichtbaupotenzial macht Bastfasern heute zu einer interessanten Materialalternative bei der Entwicklung sparsamer Autos und elektromobiler Lösungen. Ein weiterer Vorteil von Flachs und Hanf ist die geringe Splitterneigung, was sich besonders bei Verkehrsunfällen positiv auswirkt.

Unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF arbeitet ein interdisziplinäres Forschungskonsortium mit 11 Partnern aus Wissenschaft und Industrie an der Entwicklung innovativer biobasierter Materialien. Die Mitglieder des Konsortiums verknüpfen ihre Expertise in allen Bereichen der Wertschöpfungskette und wollen die Projektergebnisse in naher Zukunft auf konkrete Anwendungen wie Automobilinnenräume (Türverkleidungen), Sportgeräte (Snowboards) und öffentliche Verkehrsmittel (Busbälge) übertragen .

The project partners are Dräxlmaier GmbH & Co. KG, Gustav Gerster GmbH & Co. KG, Hübner GmbH & Co. KG, Institute for Textile Technology RWTH Aachen, Leibniz Institute for Composite Materials GmbH, nova-Institut für politische und ökologische Innovation GmbH, Rhenoflex GmbH, silbaerg GmbH, Wagenfelder Spinnereien GmbH and the Chair of Materials Test Engineering (WPT) of TU Dortmund University.

Aufgrund ihrer hohen Feuchtigkeitsaufnahme werden Bastfasern bisher nur in begrenztem Umfang in Kunststoffen und langlebigen Anwendungen eingesetzt. Daher ist es eines der Innovationsziele des DuroBast-Projekts, die Feuchtigkeitsaufnahme der Fasern durch Modifizierung zu reduzieren und sie anschließend zu Garnen, Vliesen und Stoffen zu verarbeiten. Zu diesem Zweck werden die Fasern einer Vorbehandlung unterzogen. Konkret werden Faserhohlräume und Faserzwischenräume mit einem Thermoplast gefüllt, der die Wasseraufnahme auch an beschädigten Stellen und Schnittkanten der Verbundwerkstoffe verhindert. Mit diesem Ziel untersucht und vergleicht das Team die Eigenschaften verschiedener Bastfasern, unterschiedliche Prozesse und die Wirkungsweise verschiedener Hydrophobierungsmittel.

Um langfristig 100 % biobasierte Materialkombinationen zu erreichen, strebt das Forschungsteam auch den Einsatz einer biobasierten Polymermatrix an. Das Verfahren soll anschließend eine verbesserte Anbindung der Matrix an die Naturfaserkomponente ermöglichen. Dabei müssen die aus den Fasern gewonnenen Garne, Vliese und Stoffe den Anforderungen der vorgesehenen Endanwendungen genügen. Ermittlung der optimalen Faserlänge, Denier, Reinheit und Festigkeit; Spinnmethode; und Grad der Faserröstung erweisen sich in diesem Zusammenhang als Herausforderung. Alle ausgewählten Komponenten müssen außerdem die Zielkriterien Verarbeitbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit erfüllen.

Neben Flachs haben erste Untersuchungen die Vorteile der Hanfpflanze bestätigt. Seine klimatischen Voraussetzungen ermöglichen den Anbau in Deutschland und bieten so Versorgungssicherheit in Zeiten einer unsicheren globalen Logistiksituation. Auch der Preis von Hanf ist im Vergleich zu Flachsfasern günstiger, und die gesamte Pflanze kann für medizinische und Lebensmittelanwendungen, beispielsweise für Hanfsamen, verwendet werden. Hanf ist auch für die Umwelt vorteilhaft, da er beim Anbau große Mengen CO2 konzentrieren kann. Bei faserverstärkten Kunststoffen kann Hanf den Anteil fossiler Kunststoffbestandteile reduzieren, indem er diese durch erneuerbare Alternativen ersetzt.

Erste Tests zur Herstellung von Hanf-Polypropylen-Organoplatten lieferten vielversprechende Ergebnisse. Diese faserverstärkten Thermoplaste zeichnen sich durch Festigkeit und geringe Dichte aus und lassen sich genauso gut verarbeiten wie herkömmliche Blechbauteile. Das Forschungsteam will in den kommenden Monaten weitere Materialkombinationen und Verfahren umfassend testen.

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