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Projekte - Details

Selbstverstärkendes Einkomponenten-Verbundmaterial auf Basis von Polymilchsäure - Akronym: AllPLACo

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam
Projektleitung
Dr. rer. nat. André Lehmann
Tel: +49 331 568-1510
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FKZ
2220NR297X
Anfang
01.06.2021
Ende
30.11.2023
Ergebnisverwendung
Nach einer Projektlaufzeit von 2,5 Jahren konnten die meisten formulierten Ziele erreicht werden. Die auf den Technikumsanlagen des Fraunhofer IAP implementierten Herstellungsprozesse für scPLA-Filamentgarne und -Folien ermöglichten die Realisierung einer exklusiven stereokomplexen PLA-Kristallstruktur mit einer Schmelztemperatur von ca. 230 °C. Mit Hinblick auf die Faserentwicklung konnten umfassende Optimierungen der Prozessführung erzielt werden, sodass eine effiziente Herstellung von scPLA-Filamenten in einem 2-stufigen Prozess (1. Erspinnen von L-/D PLA Filamenten / 2. Kontinuierliche Umkristallisation der Filamente in eine höherschmelzende Kristallstruktur) möglich wurde. Damit gelang es insbesondere ein textil-physikalisches Eigenschaftsprofil zu erreichen, welches sehr nahe an den Bereich technischer PET-Fasern kommt. Weiterhin konnte die grundsätzliche Skalierbarkeit des Schmelzspinn- bzw. Folienextrusionprozesse mit L-/D-PLA Gemischen nachgewiesen werden. Die Entwicklung der Herstellungsprozesse wurde begleitet mit Untersuchungen der Zugeigenschaften sowie einer umfassenden Strukturanalytik. Hergestellte scPLA-Fasern wiesen eine ausreichend hohe thermische Resistenz auf, um ohne äußere Schädigungen der Faserstruktur nach dem Pultrusionsverfahren in eine PLA-Matrix eingearbeitet zu werden. Die chemische Einheitlichkeit zwischen Fasern und der Matrix ermöglichte eine ausgeprägte Faser-Matrix Haftung ohne Verwendung von Haftvermittlern. Trotz dessen konnte ein signifikanter Verstärkungseffekt der PLA-Matrix bei scPLA-Fasergehalten von bis zu 30 % nicht erreicht werden, was auf ein höheres Potential der scPLA-Filamentgarne in der Entwicklung von Endlosfaser-verstärkten Kompositen (mögliche Fasergehalte bis zu 70 %) hindeutet.
Aufgabenbeschreibung
Das AllPLACo-Projekt adressiert die Entwicklung der Herstellungsprozesse von neuartigen stereokomplexierten Polymilchsäure (scPLA)-Filamentgarnen und -Folien sowie die Anwendung der scPLA Fasern in PLA-basiertem Einkomponenten-Verbundmaterial für Spritzgussanwendungen. Besondere Herausforderungen der Forschungsarbeiten liegen in der Implementierung entsprechender Herstellungsprozesse sowie einer Realisierung der exklusiven hochschmelzenden scPLA-Kristallstruktur und eines möglichst hohen mechanischen Eigenschaftsprofils der zu entwickelnden scPLA-basierten Systeme. Eine ebenso wichtige Aufgabe für das Projektkonsortium besteht zudem in der Verifizierung der Skalierbarkeit der jeweiligen Prozesse zur Herstellung von scPLA-Fasern und -Folien, welche bislang dem Markt nicht zur Verfügung stehen. Neben dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP beteiligen sich die Industrieunternehmen Indorama Ventures Fibers Germany GmbH (ehemals Trevira GmbH), tesa SE sowie TechnoCompound GmbH am Forschungsprojekt und tragen mit ihren jeweiligen Kompetenzen zu einer qualitativen Projektumsetzung bei. Mögliche Anwendungen der zu entwickelnden scPLA-basierten Materialien adressieren die Mobilitätsbranche (z.B. als Innenraum-Textilien) sowie den Klebebandmarkt. Ein besonderer Fokus liegt zudem auf der Verwendung der scPLA-Fasern als Verstärkungsfaser, um PLA-basierte Einkomponenten-Verbundwerkstoffe für Spritzgussanwendungen zu realisieren. Die chemische Einheitlichkeit des selbstverstärkenden Werkstoffes könnte den Recycling-Prozess entscheidend erleichtern und eine nachhaltige Alternative für das Leichtbau Segment aufzeigen.

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