Entwicklung von neuen Verbundwerkstoffen für den automobilen Leichtbau auf Basis cellulosischer Kurzfaserverbunde

In der Automobilbranche sind naturfaserstärkte Kunststoffe aufgrund guter akustischer Eigenschaften, geringer Dichte und hoher Steifigkeit seit vielen Jahren etabliert. Neben den positiven Eigenschaften gibt es aber auch in einigen Punkten, wie dem Ausgleich von Qualitätsschwankungen (Feinheit, Festigkeit, Faserlänge), niedriger Schlagzähigkeit als auch das Auftreten von Emissionen noch erheblichen Entwicklungsbedarf.

Eine vielversprechende Alternative stellen cellulosische Kurzfasern (Zellstoffe) dar. Mit ihnen lassen sich aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und des weltweit etablierten Herstellungsverfahrens die genannten Defizite von Naturfasern vermeiden bzw. minimieren. Insbesondere die gleichbleibende Faserqualität und hohe Reinheit (und damit verbunden das niedrige Emissionspotential) sind hier als wesentliche Vorteile zu nennen. Allerdings handelt es sich bei Zellstoffen um sehr kurze Fasern. Die daraus hergestellten Vliese weisen eine im Vergleich zu Naturfaservliesen eingeschränkte Umformbarkeit auf und auch die Verbundsteifigkeit ist geringer als bei Verbunden auf Basis von Flachs, Hanf oder Kenaf.

Das Vorhaben hatte das Ziel, diese Problemstellungen näher zu untersuchen, durch Materialoptimierungen zu minimieren und letztlich neue, hochwertige Verbundwerkstoffe auf Basis cellulosischer Kurzfasern zu entwickeln.

Ergebnisse

Es konnte gezeigt werden, dass eine industrielle Fertigung von cellulosischen Halbzeugen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen möglich ist. Durch die Zumischung von PE/PES-Biko-Fasern in unterschiedlichen Anteilen konnte das Umformverhalten der Halbzeuge positiv beeinflusst werden, ohne signifikante Abstriche bei den mechanischen Kennwerten. Damit sind auch anspruchsvolle 3D-Konturen darstellbar.

Durch die PE/PES-Bikofaseranteile kommt es zu keinen nennenswerten Einbußen in den mechanischen Kennwerten. Die mechanischen Eigenschaften der Celluloseverbunde erfüllen die Anforderungen für Automobilinnenteile und eröffnen damit viele Einsatzmöglichkeiten.

Darüber hinaus zeichnen sich die Celluloseverbunde durch ein niedriges Emissionspotential aus, was den strengen Regularien der OEMs entspricht.

Anwendung

Das neu entwickelte Halbzeug kann mit industriell verfügbarer Airlaidtechnik hergestellt werden und ist für Trägerbauteile, die hohe Anforderungen an eine saubere und glatte Oberfläche stellen (bspw. für anschließende Kaschierprozesse), ideal geeignet.

Durch die Oberfläche der Celluloseverbunde ergeben sich auch neue Designfreiheiten, bspw. durch Kaschieren mit dünnen, transluzenten Folien oder Druckdesigns.