Eigenschaftsoptimierte Naturfaserverbunde für Leichtbauanwendungen

Gegenstand des Forschungsvorhabens war die Modifizierung von Naturfaserverbunden mit recycelten Carbonfasern aus Produktionsabfällen. Dabei wurden verschiedene Varianten der Zumischung untersucht:

• Zumischung von Carbonfasern bei der Vliesherstellung (Faser-Faser-Mischung)
• Modifizierung der Halbzeuge mit leichten Carbonfaservliesen (Schichtaufbauten)

Zielstellung war die Reduzierung der Flächenmasse von Naturfaserhalbzeugen bei Beibehaltung oder Verbesserung der mechanischen Verbundeigenschaften.

Ergebnisse

Bei einer anteiligen Substitution von Naturfasern durch recycelte Carbonfasern können Verbundhalbzeuge mit deutlich besseren mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Ausgehend von dem höheren Eigenschaftsniveau der Naturfaser/Carbonfaser-Hybride und Naturfaser/Carbonfaser-Schichtaufbauten ist es möglich, die Flächenmasse von naturfaserverstärkten Halbzeugen und Bauteilen um ca. 30% abzusenken, ohne dass es zu signifikanten Einbußen bei den mechanischen Kennwerten kommt. Entscheidend für optimale Verbundeigenschaften sind eine gute Faser-Matrix-Haftung und hohe Verbunddichten, damit die hohe Festigkeit und Steifigkeit der Carbonfasern voll ausgenutzt werden kann.

Die Herstellung und Verarbeitung von optimierten Vliesen mit rCF-Anteilen wurde bei Industriepartnern getestet (Bilder 1 und 2). Die Ergebnisse der mechanischen Prüfungen aus den industriell gefertigten Verbunden korrelieren gut mit den Kennwerten der unter Laborbedingungen hergestellten Materialien. Im Vergleich zu Referenzbauteilen aus flachsfaserverstärktem PP konnten mit den NF/rCF/PP-Verbunden an einer Türverkleidung Gewichtseinsparungen von 30-40 % erreicht werden. Die mechanischen Eigenschaften der gewichtsoptimierten Materialien erfüllten alle Anforderungen, die an Bauteile im Automobil-Innenraum gestellt werden.

Anwendung

Der Einsatz der Naturfaser/Carbonfaser-Hybride kann vorzugsweise in der Automobilindustrie erfolgen. Typische Anwendungen sind Türverkleidungen, Instrumententafelträger und andere Bauteile mit höheren mechanischen Beanspruchungen.  Das TITK arbeitet gegenwärtig gemeinsam mit Industriepartnern an der Optimierung der Verarbeitungsprozesse und industriellen Anwendung der neu entwickelten Materialien.