Lebenszyklus von naturfaserverstärkten Materialien

Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) besitzen ein hohes Potential zur energie- und ressourceneffizienten Herstellung von nachhaltigen und wettbewerbsfähigen Bauteilen. Die geringe Dichte, die weltweite Verfügbarkeit und der niedrige Energiebedarf zur Herstellung dieser Pflanzenfaser im Vergleich zu konventionellen, synthetischen Verstärkungsfasern fördert die Attraktivität dieser Werkstoffgruppe. Trotz dieser Vorteile finden sich NFK bisher nur in ausgewählten und vereinzelten Anwendungen, wie etwa im Automobilbau oder der Sportgeräteindustrie.

Das Fraunhofer IWU und die Hochschule Zittau/Görlitz haben es sich zur Aufgabe gemacht, neue wirtschaftliche Technologien und Werkstoffe zur Erweiterung der Anwendungen aus NFK zu erforschen und damit einen Beitrag für nachhaltige Bauteile der Zukunft zu bieten. Im Fokus steht die Forschung und Entwicklung von wettbewerbsfähigen, werkstoffangepassten Fertigungsverfahren und belastungsgerechten Bauweisen unter Berücksichtigung ressourceneffizienter Stoffkreisläufe.

Forschungsthemen in diesem Bereich sind

• Entwicklung von naturfaserverstärkten SMC (Sheet Moulding Compound), um die bisher typische Glasfaserverstärkung zu ersetzen
• Entwicklung von angepassten Verfahren für die Verarbeitung von Naturfasern als Verstärkung in Verbundwerkstoffen
• Formpressen von Vliesmatten mit alternativen, neuartigen Naturfasersorten
• Qualitätssicherung durch Prozessdatenmanagment für NFK-Prozesse – von den Rohstoffen bis zum Bauteil
• FEM-Simulationen zu Bauteilbelastungen als Basis für die Entwicklung hybrider Naturfaserstrukturen (Fokus: partielle Verstärkungen) und deren Herstellungsverfahren

Ein bedeutendes Projekt in diesem Themenfeld ist LaNDER³, in dem eine interdisziplinäre Forschergruppe den gesamten Lebenszyklus von naturfaserverstärkten Materialien abbildet − von der Faser- und Energiegewinnung aus regionalen Pflanzen über die Faserbehandlung und die anschließende Verarbeitung zu NFK-Bauteilen, deren Beschichtung und Sortierung bis hin zum Recycling bzw. der thermischen  Verwertung am Nutzungsende des Produkts. Die verschiedenen fachspezifischen Arbeitsgruppen haben dabei nicht nur die jeweils eigenen Forschungsschwerpunkte im Blick, sondern fokussieren insbesondere auch auf die Schnittstellen der Einzeldisziplinen, so dass der gesamte Kreislauf ökonomisch und ökologisch nachhaltig abgebildet werden kann.