Eine harmonische Verbindung

 

Basierten Mobilitätslösungen im 20. Jahrhundert nahezu vollständig auf der Ausnutzung fossiler Energieressourcen, so werden wir im nächsten Jahrzehnt eine deutliche Ressourcenverknappung und somit eine Umorientierung der Mobilitätskonzepte erleben. Zur Verringerung des Gewichts in der Automobilindustrie und der Luftfahrt wurden in den letzten Jahren neue Werkstofflösungen und Fertigungsprozesse entwickelt, um metallische Strukturelemente durch leichtgewichtige Verbundmaterialien aus Kunststoffen zu ersetzen. Vor allem der Erfolg der Elektromobilität wird entscheidend davon abhängen, inwieweit es den Konstrukteuren gelingt, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Immer häufiger werden schwere metallische Strukturelemente durch faserverstärkte Kunststoffteile ersetzt. Die sogenannten Organobleche stehen als plattenförmige und thermoverformbare Halbzeuge zur Verfügung und gehen zunehmend auf nachwachsende Rohstoffe zurück.

 

So wurden an der TU Dresden Organobleche mit metallähnlicher Festigkeit unter Einsatz von Naturfasern und Biokunststoffen realisiert. Durch die naturgemäß gute Haftung zwischen Naturfaser und Biopolymer konnte dabei ohne Haftvermittler gearbeitet werden. Die entstehenden Verbundwerkstoffe basieren damit vollständig auf nachwachsenden Rohstoffen und zeigen für bestimmte Anwendungen bessere technische Eigenschaften als bisherige Lösungen. Sie haben meist ein geringeres Gewicht, splittern im Crashfall nicht und bilden keine scharfen Bruchkanten aus. Zudem dämpfen sie Vibrationen sehr viel besser, wirken schallabsorbierend und weisen eine wesentlich günstigere Energiebilanz auf.

 

Üblicherweise bestehen die Werkstoffverbunde aus synthetischen Fasern wie Glas-, Kohle- oder Aramidfasern und einem Matrixsystem aus einem thermoplastischen Kunststoff der Petrochemie. Mit Blick auf die Verknappung der Ausgangsstoffe petrochemischer Prozesse und die Abfallproblematik versuchen die Hersteller und Wissenschaftler immer mehr, konventionelle Kunststoffe durch biologisch abbaubare zu ersetzen. So werden derzeit textile Gewebe und Vliesstoffe für die Innenausstattung von Fahrzeugen aus biologisch abbaubaren Polylactid (PLA)-Fasern entwickelt, die die gegenwärtig eingesetzten Polyesterfasern substituieren sollen. Die Herstellung der Fasern erfolgt mit nachwachsenden Rohstoffen. Partner des Verbundvorhabens sind unter anderen das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen und das Sächsische Textilforschungsinstitut (STFI).

 

Zur Realisierung besonders leichtgewichtiger Sandwich- oder Hohlstrukturen wurden am ITV in Denkendorf neue Verfahrensansätze entwickelt, um neben planparallelen Abstandsgewirken bis zu zweifach gekrümmte Gewebestrukturen zu realisieren. Die Wissenschaftler nutzen für die Entwicklung eine Analogie zum Schalenskelett einer Seeigelgattung und übertrugen den Aufbau auf gekrümmte Abstandsgewebe. Der Seeigel verfügt über eine gewölbte Außenschale mit dünnen Innenverstrebungen, was sie sehr leicht und gleichzeitig druckstabil macht.

 

Die Faserverstärkung in Leichtbaukompositen bietet ein hohes Potenzial zur Schonung von Ressourcen. Doch da sich Faser- und Matrixwerkstoff üblicherweise voneinander unterscheiden, ist eine sortenreine Trennung und die Rückführung in Materialkreisläufe nur mit erheblichem Aufwand zu realisieren. Abhilfe bieten hier selbstverstärkende Polymerverbundwerkstoffe (SRPC), die sogar bessere mechanische Qualitäten aufweisen können als die faserverstärkten Varianten. Großer Vorteil gegenüber den konventionellen faserverstärkten Verbundmaterialien ist, dass für selbst­verstärkende Polymerverbundwerkstoffe (SRPC) nur eine Polymerfamilie verwendet wird und das Recyceln am Lebensende des Produktes damit wesentlich einfacher ist.

 

Weiterführende Informationen finden Sie auf www.techtextil.com und die Links zu den einzelnen Forschungsinstituten unter www.forum-csr.net