„Biobleche" für den Fahrzeugbau: Ilmenauer Doktorand für Forschung zum nachhaltigen Leichtbau prämiert

Wenn es um Nachhaltigkeit in der Fortbewegung geht, spielt aktuell in der Forschung nicht nur die Weiterentwicklung alternativer Antriebstechnologien jenseits fossiler Brennstoffe eine große Rolle. Auch im Fahrzeugbau selbst arbeiten Forschende an ressourcenschonenden Lösungen. So haben sich inzwischen unter anderem Faser-Kunststoff-Verbunde, so genannte Organobleche, als Halbzeuge für den Leichtbau im Mobilitätssektor etabliert. Sie sind nicht nur sehr gut formbar, sondern aufgrund ihrer geringen Dichte auch nur rund halb so schwer wie herkömmliche Metallkonstruktionen. Ihr Einsatz spart daher Ressourcen und Energie. Dennoch bringt ihre Verwendung, beispielsweise für Interieur- und Strukturbauteile in PKW, Nutzfahrzeugen, der Luftfahrt oder dem ÖPNV, viel Abfall mit sich, da sie aktuell meist aus synthetischen Fasern wie Glasfasern und Standardkunststoffen wie Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP) hergestellt werden.

Eine nachhaltige Alternative für den Leichtbau könnten Verbunde aus Naturfasern mit Biokunststoffen sein. Doch von wegen leicht: Bei ihrer Verarbeitung gibt es aktuell noch einige Hürden zu überwinden: „So sind Naturfasern beispielsweise weniger wärmestabil und im Gegensatz zu synthetische Fasern wie Glas- oder Kohlenstofffasern typischerweise unbeschlichtet und mit Staub belastet, was eine Verbindung mit dem Kunststoff erschwert“, erklärt Maximilian Lang. Mit diesen Herausforderungen setzte sich der wissenschaftliche Mitarbeiter am Fachgebiet Kunststofftechnik unter Leitung von Prof. Florian Puch in seiner Masterarbeit am Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo) der TU Ilmenau auseinander.

Verbund aus Flachsfasern und dem Biokunststoff Polymilchsäure (PLA)

Welche Naturfasern und Biokunststoffe eignen sich am besten, um vollkommen biobasierte, das heißt aus natürlichen Rohstoffen bestehende Organobleche herzustellen? Welche Herstellungsverfahren und Imprägnierungsmechanismen kommen dafür in Frage? Und welchen Einfluss haben verschiedene Herstellungsparameter wie die Verarbeitungstemperatur, der Prozessdruck und die Zeit, die für die Imprägnierung der Naturfasern aufgewendet wird, auf die Qualität der Verbundstoffe? Mit Blick auf diese Fragen untersuchte Maximilian Lang Verbunde aus Flachsfasern und dem Biokunststoff Polymilchsäure (PLA) auf ihren Faser- und Porengehalt und ihre mechanischen Eigenschaften

„Bei unseren Untersuchungen haben wir festgestellt, dass sich die Imprägnierung nicht so gut steuern lässt wie bei Verbunden aus Glasfasern und PP. Wenn wir den Prozessdruck erhöht haben, haben sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtert, das heißt die entstandenen Verbundstoffe waren weniger elastisch und zugfest – vermutlich, weil die Fasern im Prozess beschädigt wurden. Da wir also die Temperatur und den Druck nicht endlos erhöhen konnten, mussten wir zusätzliche Maßnahmen ergreifen, um die Imprägnierzeit zu erhöhen, beispielsweise mithilfe einer so genannten Flachbettkaschieranlage. So hat sich ein definiertes Verarbeitungsfenster für Organobleche aus Flachsfasern ergeben.“

Für die besondere Qualität dieser Untersuchungen, die wissenschaftliche Exzellenz seiner Arbeit und die wirtschaftliche Bedeutung der Ergebnisse wurde Maximilian Lang jetzt vom VDI-Fachbereich Kunststofftechnik mit dem Nachhaltigkeitspreis ausgezeichnet.

Die Auszeichnung ist mit einem Preisgeld von 1.000 Euro dotiert und wurde Maximilian Lang am 24. April 2024 im Rahmen der VDI-Jahrestagung Spritzgießen in Wiesbaden verliehen.