Themenportal BiowerkstoffeFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Verbundvorhaben: Hocheffiziente, modulare Multicopter auf Basis nachwachsender Rohstoffe; Teilvorhaben 2: Untersuchung geeigneter Materialien und Fertigungsverfahren - Akronym: HerMes

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
Riedenkamp 3
38108 Braunschweig
Projektleitung
Dr. Arne Schirp
Tel: +49 531 2155-336
E-Mail schreiben
FKZ
2220NR038B
Anfang
01.10.2020
Ende
31.05.2023
Ergebnisverwendung
Zunächst wurde die Verarbeitbarkeit von Schäl-, 3D- und geschlitzten Furnieren untersucht. Die 3D-Furniere erwiesen sich für die Anwendung als am besten geeignet. Sperrhölzer auf Basis von Buchen- und Birkenschälfurnieren wurden jeweils in einer Furnier- und Vakuumpresse mit verschiedenen Klebstoffen verarbeitet und umfassend geprüft (Zug- und Druckprüfungen längs und quer zur Faserrichtung des Deckfurniers; Ermittlung der Querkontraktionszahlen; Schubprüfungen). Aus den Flachsgeweben und dem Pre-preg wurden mehrlagige Platten hergestellt. Erwartungsgemäß ließ sich das Pre-preg am einfachsten verarbeiten. Als Biopolymer kam Polymilchsäure (PLA) zum Einsatz, welches u.a. mit Rayonfasern verstärkt wurde. Die Compoundierung erfolgte mittels Messkneter, Innenmischer und gleichlaufendem Doppelschneckenextruder. Beim Spritzguss wurde jeweils 25°C und 100°C Werkzeugtemperatur verwendet. An den Prüfkörpern wurden die Zugeigenschaften, Charpy-Schlagzähigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Schraubenauszugswiderstand ermittelt. Durch die Verwendung der Werkzeugtemperatur von 100°C und nach erfolgter Kristallisation des PLA konnte eine deutliche Verbesserung der Wärmeformbeständigkeit erreicht werden (Erhöhung von 55°C auf 159°C). Mit einer Naturfaser wurden sehr gute Ergebnisse für den Schraubenauszugswiderstand erreicht. Optimierte Beschichtungssysteme zeigten in den Farbtönen weiß und Eiche nach 2016 Stunden künstlicher Bewitterung eine geringe Rissbildungsneigung. Bei der natürlichen Bewitterung wurden erste Risse lediglich nach neun Monaten beobachtet. Dagegen zeigten transparente Beschichtungen sowohl in der künstlichen als auch in der natürlichen Bewitterung nach kurzer Zeit optisch deutliche Veränderungen (Durchschlagen von Klebstoff und Rissbildungsneigung). Diese transparenten Systeme sind nicht für den Außeneinsatz geeignet. Unter allen Beschichtungen konnten zwei pigmentierte Systeme identifiziert werden, die auf 3D-Furnier im Multikopter eingesetzt werden können.
Aufgabenbeschreibung
Im Teilvorhaben 2 des Fraunhofer WKI wurden geeignete Materialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe für die Konstruktion der Multicopterstruktur entwickelt, hergestellt und charakterisiert. Dabei standen die drei Werkstoffklassen holzfurnierbasierte Lagenwerkstoffe, Naturfaser-Verbundkunststoffe (Flachsgewebe, Flachs/Epoxy-UD-Prepreg) und naturfaserverstärkte, thermoplastisch verarbeitbare Biokunststoffe im Fokus. Die Prüfungsergebnisse dienten zur Auslegung und Validierung der Materialien bei Leichtwerk und zur Konstruktion des Multikopters. Weiterhin wurden verschiedene Beschichtungssysteme im Hinblick auf ihre Eignung zur Anwendung in der Drohne untersucht und optimiert.

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