Biowerkstoffe Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Biopolymere

Biopolymere: Schlüsselwerkstoffe für eine nachhaltige Zukunft der Mobilität

Ressourcen-Effizienz ist das aktuelle Thema in der Fahrzeugindustrie. Denn in absehbarer Zukunft fehlt nicht nur das Öl zur Sicherstellung individueller Mobilität, sondern dem an Ressourcen armen Deutschland mangelt es auch an Rohstoffen zur industriellen Fertigung der benötigten Polymerwerkstoffe. Gerade bei den von den Ingenieuren bevorzugt eingesetzten Kunststoffen – die bisher sowohl günstig zu beziehen als auch praktikabel zu verarbeiten waren - bekommen die Autozulieferer in Deutschland den gestiegenen Preisdruck der Rohstoffmärkte unmittelbar zu spüren. Aus diesem Grund beschäftigt sich die Forschung zunehmend mit der Entwicklung von beständigen
Werkstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe, die selbst den hohen Ansprüchen im Rennsport genügen.
Nachwachsende Rohstoffe wie Pflanzenstärke (z. B. aus Mais, Kartoffel oder Weizen) oder Pflanzenöl (z. B. aus Raps, Soja oder Rizinus), aber auch cellulosehaltige Reststoffe sowie Agrarreststoffe liefern die Ausgangsmoleküle für die Biokunststoffe.

So wie bei den konventionellen Kunststoffen üblich bedarf es meist der Zugabe weiterer Komponenten wie Farbstoffe und insbesondere einer Verstärkungskomponente, um dem Anforderungsbereich bestimmter Bauteile gerecht zu werden. Hier werden u. a. Kurzfasern aus Pflanzen genutzt. Die Forscher aus Hannover setzen neben den Naturfasern je nach Anforderung auch Glas- oder Kohlefasern in Kombination mit einem biobasierten Kunststoff als Matrix ein.

Materialkonzepte
Quelle: IfBB

Im Rahmen der Projektlaufzeit erfolgt eine Ausweitung der verschiedenen Materialkonzepte und eine schrittweise Erhöhung der biobasierten Werkstoffanteile. Im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungsfall erfolgen dazu zunächst umfangreiche Modifikationen und Erprobungen der neuen Werkstoffe im Labor, bevor daraus die realen Bauteile hergestellt und im Renneinsatz erprobt werden. Dabei stehen jedoch nicht nur die Ansprüche des Gebrauches im Vordergrund, sondern auch die bauteilspezifische Verarbeitung  verlangt nach großer Flexibilität.

Matrix KunststoffVerstärkungskomponenteAdditiv (einzeln oder in Kombination)
Polyamide (PA)PflanzenfasernStabilisatoren
Polytrimethyleneterephthalate (PTT)Cellulose FasernSchlagfähigkeits-Modifikatoren
Polypropylen (PP)Regenerat FasernHaftvermittler
Thermoplastische Etastomere (TPE)GlasfasernFarbe

Von großem Vorteil ist dabei, dass sich die neuartigen Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe nahezu problemlos auf den bekannten Maschinen und/oder etablierten Verfahren verarbeiten lassen, so dass dem Einstieg in diese neue Werkstoffgeneration die Hürde der Investitionskosten genommen wird.

So wird auch im IfBB in Hannover mit angepasstem Prozessengineering auf einem aus der Kunststoffbranche bekannten Maschinen-Extruder und einer Spritzgussmaschine gearbeitet. Dabei dient der Extruder zum Mischen, im Fachjargon „compoundieren“, der verschiedenen Ausgangsstoffe, um das gewünschte Eigenschaftsprofil des neuen Werkstoffes maßzuschneidern. Danach wird das erhaltene Granulat auf der Spritzgussmaschine innerhalb kürzester Zeit vollautomatisch zum fertigen Bauteil verarbeitet.