Leichtbau 24. Apr 2023 Von Bettina Reckter Lesezeit: ca. 2 Minuten

Alternative zu Glas- und Carbonfaser: ein Verbundwerkstoff aus Biopolymeren

Für den Leichtbau industrieller Formteile haben Forschende jetzt einen Verbundwerkstoff gefunden, dessen Matrix aus einem thermoplastischen Cellulosederivat sich auch mit Verfahren wie Heißpressen oder Strangziehen verarbeiten lässt. Damit eignet er sich als Alternative zu Glas- und Carbonfasern.

Ausgangsmaterialien für die Herstellung nachhaltiger Verbundwerkstoffe.
Foto: DITF

Für den Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen werden zunehmend sogenannte Organosheets verwendet. Dies sind vorkonsolidierte Plattenhalbzeuge, die aus einer mit Fasern belegten Matrix bestehen. Die Matrix wiederum wird aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellt. Das wiederum erlaubt ihre Verarbeitung mit Verfahren wie Heißpressen, Thermoformen, Spritzgießen mit Organoblech-Einlegern oder Pultrusion. Dadurch lassen sich hoch funktionalisierte Bauteile mit reproduzierbarer Qualität erzeugen, die zudem gut recycelbar sind.

Als Fasern für die textile Verstärkung der Matrix dienen bisher vor allem Glas-, Carbon-, Basalt- oder Aramidfasern. Aufgrund ihrer hohe Steifigkeiten und Zugfestigkeiten sind Herstellung und Wiederverwertung allerdings auch sehr energieintensiv. Und: Die Qualität leidet mit dem Recycling.

Lesetipp: Roboter fertigen Bauteile aus keramischen Faserverbundwerkstoffen auch in Kleinserie

Verstärkungskomponente im Verbundwerkstoff besteht aus nicht schmelzbaren Cellulosefasern

Hier kommt jetzt der neue Verbundwerkstoff Cellun ins Spiel. Entwickelt wurde er an den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF) gemeinsam mit den Projektpartnern CG TEC, Cordenka, ElringKlinger, Fiber Engineering und Technikum Laubholz. Dabei wird die Verstärkungskomponente aus nicht schmelzbaren Cellulosefasern sowie thermoplastischen, derivatisierten Cellulosefasern zu einem Hybridroving kombiniert. Als Roving bezeichnet man ein Bündel, einen Strang oder ein Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Endlosfasern. Als auf Cellulose basierende Verstärkungsfasern kommen Regeneratfasern der Firma Cordenka und die an den DITF entwickelten HighPerCell-Cellulosefasern zum Einsatz. Cellulose ist dabei ein nachwachsender Rohstoff, der aus Holz gewonnen wird.

Dieses Textil wurde aus einem Hybridgarn mit Verstärkungsfasern aus Cellulose hergestellt. Foto: DITF

Noch steckt das Projekt im Entwicklungsstadium, das mit Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) zur industriellen Reife gebracht werden soll. An den DITF tüfteln die Fachleute vor allem an Herstellungsverfahren von geeigneten Verstärkungsfasern auf Basis von Cellulose und an deren Einbettung in die thermoplastische Cellulose-Derivat-Matrix. Das Material wird in den hauseigenen Technika zu technischen Hybridrovingen und zu Hybridtextilien weiterverarbeitet. Über Pultrusions- und Thermoformverfahren oder im Spritzguss lassen sich schließlich Formteile erzeugen.

Lesetipp: Automatischer Fehlercheck für Rotorblätter in der Produktion

Zwei Wege zum Recycling: thermische Umformung und chemische Spaltung der einzelnen Komponenten

Dem Recycling gilt ein Schwerpunkt im Projekt. Zum einen will man die Formteile aus Cellulose ohne Qualitätsverlust thermisch umformen, zum anderen soll der Faserverbundwerkstoff chemisch in seine einzelnen Komponenten zerlegt werden. Auf diese Weise könnte er als Ausgangsmaterial für neue Werkstoffe zur Verfügung gestellt werden. Für den Leichtbau bieten sich die neuartigen Werkstoffe als umweltfreundliche, ressourcenschonende und kostengünstige Alternative an.

Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) betten Endlos-Cellulosefasern auch mittels 3D-Druck in eine biobasierte Matrix ein. Details dazu verrät Projektleiter Sathis Kumar Selvarayan im Podcast „Druckwelle“, Folge 56:

Hier wird Ihnen ein externer Inhalt von Podigee angezeigt.
Mit der Nutzung des Inhalts stimmen Sie der Datenschutzerklärung von youtube.com zu.

Ein Beitrag von:

Stellenangebote

TU Bergakademie Freiberg

W3-Professur (Open Rank: W3 oder W1 mit Tenure Track auf W3) Spezialtiefbau "Bauingenieurwesen"

Freiberg
Hochschule Mannheim

Professur "Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnologie" (w/m/d)

Mannheim
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Universitätsprofessur (m/w/d) für Maschinenelemente, -konstruktion und Tribologie

Hannover
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Universitätsprofessur (m/w/d) für Maschinenelemente, -konstruktion und Tribologie

Hannover
mdexx fan systems GmbH

Nachhaltigkeitsmanager (m/w/d)

Weyhe (bei Bremen)
Brandenburgischer Landesbetrieb für Liegenschaften und Bauen

Leitung (w/m/d) des Geschäftsbereiches Baumanagement Land

Potsdam
THD - Technische Hochschule Deggendorf

Professor/Professorin bzw. Nachwuchsprofessur (m/w/d) für das Lehrgebiet "Grundlagen der Informatik, insbesondere Software Engineering"

Deggendorf
THD - Technische Hochschule Deggendorf

Forschungsprofessur oder Nachwuchsprofessur (m/w/d) für das Lehrgebiet "Human-Centered Security"

Vilshofen
THD - Technische Hochschule Deggendorf

Professor/Professorin (m/w/d) für das Lehrgebiet "Angewandte Künstliche Intelligenz"

Deggendorf
Brandenburgischer Landesbetrieb für Liegenschaften und Bauen

Sachbearbeiter/in für Elektrotechnik (m/w/d) im Baubereich Bundesbau

Potsdam
Zur Jobbörse

Das könnte Sie auch interessieren

Empfehlungen des Verlags

Meistgelesen aus der Kategorie Werkstoffe