Mechanische und thermische Charakterisierung der Eigenschaften von Compositen auf der Basis von Biopolymeren und Naturfasern

Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen weisen speziell in der Automobilindustrie, z.B. in der Mittel- und Oberklasse sowie im LKW-Sektor eine zunehmende Bedeutung auf. Diese als naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) bezeichneten Werkstoffe bestehen heute zumeist auf mineralölbasierten Matrixmaterialien wie PP, PE, PVC oder PS, die vergleichsweise niedrige Schmelz- und Verarbeitungstemperaturen aufweisen und damit die eingebetteten Fasermaterialien wie Hanf, Flachs, Sisal, Jute, Kenaf, Abaca oder Baumwolle während des Herstellungsprozesses nicht schädigen.

In Verbindung mit Holz- und Naturfasern werden auch duroplastische Kunststoffbauteile aus Acrylat-, Epoxid- und Phenolformaldehydharz oder Polyurethan sowie ungesättigten Polyesterharzen speziell unter dem Gesichtspunkt einer konsequenten Leichtbauweise hergestellt. Bei den Biokunstoffen, z.B. auf Basis von Zucker oder Stärke, besitzen die thermoplastischen Matrixwerkstoffe Lignin und die Polymilchsäure (PLA) die größte Bedeutung. Die naturfaserverstärkten Biokunststoffe weisen besondere Vorteile bezüglich der Dichte, der Recycelfähigkeit und der Ressourcenschonung auf, erhebliche Defizite bestehen im Vergleich zu den konventionellen und naturfaserverstärkten Kunststoffen im Hinblick auf Steifigkeit, Festigkeit und der für das Crashverhalten wichtigen Zähigkeit. Unter dem Aspekt der Eröffnung konstruktiver Anwendungsfelder sowie der Substitution von herkömmlichen Kunststoffen müssen diese Eigenschaften erheblich verbessert werden.

Im Rahmen die Projektes sollen auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche zur konstruktiven Anwendung von naturfaserverstärkten Biokunststoffen ein Kennwertfundus für diese Werkstoffgruppe aufgestellt werden, der durch eigene Untersuchungen an derartigen Materialien systematisch ergänzt werden soll. Dies geschieht einerseits mit dem Ziel des Aufbaus einer Datenbank zum Vergleich und Werkstoffauswahl anhand mechanischer und thermischer Single- und Multipoint-Kennwerte sowie der Bereitstellung von Kennwerten zur Dimensionierung und Simulation des Beanspruchungsverhaltens von Bauteilen mittels numerischer Methoden der Festigkeitslehre. Unter diesem Gesichtspunkt werden Prüfkörper, die im Rahmen des von der EU geförderten Projektes "BIOCOMP" von den beteiligten Industriepartnern zur Verfügung gestellt werden mit modernen Methoden der Festigkeits- und Zähigkeitsprüfung untersucht und die Ergebnisse dem Industriepartner Fiedler Optoelektronik GmbH zur Verfügung gestellt.