Hybridwerkstoffe

Neue naturfaserverstärkte Hybridwerkstoffe

Unternehmen in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt verwenden faserverstärkte Kunststoffe, um leichte und gleichzeitig stabile Bauteile zu produzieren. Welches Material konkret verwendet wird, hängt von der späteren Anwendung ab. Carbonfasern beispielsweise sind teuer und schwierig zu verarbeiten. Daher sind Carbon-faserverstärkte Kunststoffe (CFK) noch kaum in der Serienproduktion zu finden. Glasfasern dagegen sind preiswert, aber vergleichsweise schwer. Forscher des Anwendungszentrums für Holzfaserforschung HOFZET des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung kombinieren nun naturfaserbasierte Textilund Carbonfasern, um neue Hybridwerkstoffe zu erhalten.

© Foto Fraunhofer WKI

Carbon- und hanffaserverstärktes Bauteil.

© Foto Fraunhofer WKI

Herkömmliche und biobasierte Faserverbundwerkstoffe.

Indem sie dort, wo die Bauteile stark beansprucht werden, Carbonfasern nutzen und an den anderen Stellen Naturoder Polymerfasern, können die Wissenschaftler die Stärken der jeweiligen Fasern vereinen und die Nachteile größtenteils beseitigen. Das Ergebnis: Die Bauteile sind kostengünstig, haben eine sehr hohe Festigkeit, gute akustische Eigenschaften und sind deutlich ökologischer als reine Carbon-Bauteile.

Spezielle Beschichtungen sorgen dafür, dass sich die Naturfasern bestmöglich mit der Kunststoffmatrix verbinden. Eine solche aus werkstofftechnicher Sicht optimierte Vorbehandlung ist bei Textilfasern weitgehend Neuland. Die Festigkeiten des Materials steigen so um bis zu 50 Prozent bei optimaler Faser-Matrixhaftung gegenüber einer schlechten Grenzflächenqualität.

Die Forscher untersuchen auch, wie sich die Verarbeitungsprozesse für die neuen Werkstoffe industriell umsetzen lassen. Ebenso berücksichtigen sie bei den entwickelten Hybridwerkstoffen bereits im Vorfeld, wie sich diese wiederverarbeiten lassen oder wie einzelne Materialkomponenten für einen neuen Einsatz zurückgewonnen werden können.

Je nach Materialzusammensetzung verfolgen sie verschiedene physikalische, thermische und chemische Recyclingansätze. Am Ende erfolgt eine ökologische, ökonomische und technische Bewertung der gesamten Prozesskette.