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FlaxWrap: 100 Prozent biobasierte Naturfaser-Verbundwerkstoffe

Naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe (NFK) eignen sich aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften ideal für den Einsatz im Automobilbau, noch dazu benötigt ihre Herstellung sehr viel weniger Energie als kohlenstofffaserverstärkte oder glasfaserverstärkte Kunststoffe. Doch auch dort ist der Biowerkstoff aufgrund der hohen Produktionskosten und des bisher beschränkten Anwendungsspektrums ein Nischenprodukt. Die Ausweitung auf andere Anwendungsbereiche scheitert aktuell an der kurzen Faserlänge und der damit einhergehenden geringen Zugfestigkeit. Bisher mangelt es an effizienten, produktorientierten Herstellungsprozessen. Im Rahmen des Verbundprojekts FlaxWrap erforscht das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA) ein neues Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von 100 Prozent biobasierten NFK mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • zu 100 Prozent auf Nachwachsenden Rohstoffenbasierend
  • Entwicklung eines effizienten, produktorientierten Produktionsprozesses
  • Verbesserte Materialeigenschaften im Vergleich zu anderen NFK
  • CO2-Einsparungen von bis zu 20.000 Tonnen pro Jahr deutschlandweit möglich
  • Erhöhtes Anwendungspotenzial durch bessere Eigenschaften

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Foto: Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA)

Mischgarn aus Flachs und Polyamid 11 (PA11) mit paralleler Fasermischung im Garnkern und Umwindung durch PA11-Filamentgarn.



Naturfaserverstärkte Komposite bestehen aus einer  Naturfaser und einer Kunststoffmatrix, über die sie ihre Festigkeit erhalten. Sie sind medizinisch unbedenklich, haben eine geringe Splitterneigung (wichtig für Anwendungsbereich Fahrzeugbau) und sind aufgrund ihrer Unabhängigkeit vom Ölpreis preisstabil. Im Vergleich zu Glasfaserverbundwerkstoffen (GFK) haben NFK darüber hinaus eine geringere Dichte und sind deutlich umweltschonender, da ihre Produktion 40 Prozent weniger Energie verbraucht und 33 Prozent weniger CO2-Emissionen verursacht. Die Produktion steht jedoch noch am Anfang, da die gängigen Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren für Kompositwerkstoffe nicht ohne weiteres auf NFK übertragen werden können und bisher keine produktorientierten Prozesse existieren, die die Eigenschaften steuern.

Neuer Werkstoff und neues Produktionsverfahren

Der vom ITA entwickelte NFK und der dazugehörige Produktionsprozess liefern hier einen vollkommen neuen Ansatz. Zum einen nutzen die Forscherinnen und Forscher einen zu 100 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen bestehenden Werkstoff, der sich aus einer Polyamidfaser aus Rizinusöl für die Matrix und Flachsfaser als Naturfaserbestandteil zusammensetzt. Zum anderen wird im Rahmen des Projekts ein komplett neuer Produktionsprozess entwickelt. Während bisherige Herstellungsverfahren auf Bindesystemen mit Kleber oder Thermoplastfolien beruhen, die gemeinsam mit dem Naturfasertextil heiß gepresst werden, wird im FlaxWrap-Verfahren ein „Organoblech“ hergestellt, das – genau wie ein Stahlblech – aufgeheizt und dann umgeformt wird. Die Ausschüsse reduzieren sich dadurch auf ein Minimum.

Anwendung im Automobilbereich

Potenzielles Anwendungsgebiet für die hier entwickelten NFK ist der Automobilbereich, zum Beispiel bei der Verschalung von Rückenlehnen, Sitzschalen, Türträgern, Cockpits oder als Hutablage. Hier kommen momentan Vliese zum Einsatz, die aber im Vergleich zum FlaxWrap-Produkt nur geringere Lasten aufnehmen können und darüber hinaus dicker sind. Auch eine Nutzung als Alternative zu den energetisch intensiveren Glasfaserkompositen (GFK) ist denkbar.

Das CO2-Einsparungspotenzial des Projekts ergibt sich aus mehreren Effekten: zum einen durch das Ersetzen von Glasfasern durch Naturfasern sowie den Austausch der üblicherweise erdölbasierten Kunststoffmatrix durch rizinusölbasierten Biokunststoff, zum anderen durch eine niedrigere Verarbeitungstemperatur und – bei Einsatz in der Automobilproduktion – eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Insgesamt sind dadurch deutschlandweit Einsparungen von bis zu 20.000 Tonnen pro Jahr möglich.


Foto: Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA)

„Im Projekt FlaxWrap werden Flachsfasern und Polyamid 11 zu Organoblechen verarbeitet. Mit der im Projekt entwickelten Technologie können hohe mechanische Belastungen von den späteren Bauteilen ertragen werden. Die CO2 Bilanz der neuartigen Werkstoffe wird durch des Einsatzes von Naturfasern, biobasierten Polymeren und den reduzierten Prozesstemperaturen vgl. mit GFK deutlich verbessert.“

Dipl.-Ing. Marko Wischnowski, Projektleiter FlaxWrap und Robert Brüll, M.Sc.




Partner und Förderer


Partner:
  • DELCOTEX Delius Techtex GmbH & Co. KG, Bielefeld
  • HELP CONSEILS, Notre Dame de Gravenchon, Frankreich
Förderer:
  • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

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