Effizienzsteigerung von naturfaserverstärkten Kunststoffen für den automobilen Leichtbau
von Jan ButschkowDie Themen Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit erfahren durch den sich seit Jahren vollziehenden Klimawandel eine steigende Aufmerksamkeit. Politik, Wissenschaft und Industrie sind gefordert, umweltgerechte Produktentwicklungen
zu fokussieren und stetig voranzutreiben. Innerhalb der Automobilindustrie wird neben bzw. mit der Revolutionierung der Antriebstechnologien die Entwicklung nachhaltiger Leichtbaumaterialien verfolgt. Hier bieten naturfaserverstärkte Kunststoffe die Möglichkeit zum umweltgerechten Leichtbau im Auto. Dabei nehmen die aus Naturfasern und Kunststoff bestehenden Verbundwerkstoffe durch ihre Faser-Matrix-Kombination eine besondere Stellung ein. Durch die vergleichsweise niedrige Dichte der Naturfasern ist es möglich, naturfaserverstärkte Kunststoffe zu generieren, die im Vergleich mit konventionellen Verbundwerkstoffen vorteilhafte mechanisch-physikalische Werkstoffeigenschaften aufweisen.
Das Forschungsziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, durch die Untersuchung neuartiger Kunststoffsysteme und Naturfasern sowie der Optimierung der entsprechenden Herstellungsprozesse zur Effizienzsteigerung naturfaserverstärkter
Verbundwerkstoffe im automobilen Leichtbau beizutragen. Die Forschungsarbeiten erfolgten insbesondere unter Aspekten der anwendungsorientierten Entwickung und im Hinblick auf die Maximierung des Naturfaseranteils im Werkstoff, einer Minimierung der Werkstoffrohdichte sowie der Produktionskosten, unter Einhaltung der bauteilspezifischen Anforderungen seitens des Original Equipment Manufactures (OEM) an den Werkstoff.
Zum Erreichen dieser Ziele wurden innerhalb der Arbeit sieben Studien zur Effizienzsteigerung von naturfaserverstärkten Kunststoffen durchgeführt. Innerhalb dieser wurde eine Charakterisierung der Ausgangsmaterialien vorgenommen und
deren Einflüsse auf die Werkstoffeigenschaften betrachtet. Hierbei kamen Naturfasern (Hanf-, Flachs-, Kenaf- und Holzfasern) und Kunststoffe (Polyurethan und verschiedene Acrylate) zum Einsatz. Zudem wurden Werkstoffe aus einem spezifizierten
Naturfasernadelvlies aus Hanf und Kenaf unter Variierung der Bindemittelmenge der verwendeten Matrixsysteme und der Rohdichte hergestellt und analysiert. Anschließend wurden Optimierungen der Werkstoffe im Hinblick auf
die Werkstoffeigenschaften und Prozesstechnologien durchgeführt sowie durch die Herstellung von Demonstratorbauteilen deren Praxistauglichkeit für die Automobilindustrie erprobt.
