Abschlussbericht zum Verbundprojekt: Entwicklung eines großserientauglichen Verfahrens zur Herstellung von Leichtbaustrukturbauteilen für emissionssensitive Anwendungen auf der Basis nachwachsender Rohstoffe (Hemp-LMC); Teilprojekte: 1. Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Wildau (Fraunhofer IAP): Theoretisch-experimentelle Untersuchungen zur Synthese, komplexen Bewertung sowie Optimierung von Prozessabschnitten im Verfahren zur Herstellung neuartiger Faserverbundwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe entlang der gesamten Wertschöpfungskette; 2. LAU GmbH & Co. KG, Roßwein (LAU): Entwicklung einer Verfahrenslinie zur effizienten Ernte- und Erstaufbereitung mittels einer neuartigen Aufschlusstechnologie zur prozessrelevanten Bereitstellung der erforderlichen Hanffaserstoffe in Form von primärstrukturadäquater Hanfbastrinde; 3. thermoPre ENGINEERING GmbH, Chemnitz (thermoPre ENGINEERING): Evaluation und Optimierung teigartiger Faser-Harzsysteme auf Grundlage nachwachsender Rohstoffe zur notwendigen industrietauglichen Weiterverarbeitung auf etablierten BMC-/SMCFertigungslinien zu funktionsgerechten Leichtbauwerkstoffen; 4. MITRAS Composites Systems GmbH, Radeburg (MITRAS): Entwicklung transferfähiger Technologien zur Verarbeitung der neuartigen Faser-Harzsysteme mit vorhandenen BMC- /SMC-Fertigungsstrukturen sowie Realisierung von praxisrelevanten Strukturbauteilen als Funktionsdemonstrator

Abstract

Die Natur gilt auf Grund ihrer evolutiv-selektiven Entwicklungsprinzipien bereits lange und unumstritten als Meisterin der Langzeitoptimierung. Daher kann sie im Hinblick auf effiziente Ressourcennutzung in vielen ingenieurwissenschaftlichen Bereichen als Abstraktionsvorbild gesehen werden. Die Berücksichtigung des biologischen Prinzips, durch lastgerechte Materialanordnung in der Mikrostruktur ein dichteoptimales Leistungsspektrum der werkstofflichen Makrostruktur zu erreichen, macht auch den Faser-Verbund-Leichtbau so erfolgreich. Effiziente Technologien orientieren sich hier an nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen und berücksichtigen so steigende Anforderungen an Ressourceneffizienz bei stetig zunehmender Leistungsfähigkeit und möglichst sinkender Bauteilmasse. Konventionelle Faser-Verbundstrukturen aus synthetischen Faserstoffen anorganischen Ursprungs können hier nur teilweise überzeugen. So sind sie aufgrund ihres notwendigerweise sehr hohen Energiebedarfs zur Erzeugung sowie der begrenzten stofflichen Wiederverwendbarkeit umstritten. Mit der Entwicklung und Etablierung eines großserientauglichen Verfahrens sollte deswegen ein wirksamer Beitrag geleistet werden, damit Naturstoffe1 in Faser-Kunststoff- Verbunden (FKV) in einem weitaus größeren Umfang bevorzugt verwendet werden. Denn diese Naturfasern weisen bei geringer Dichte gute mechanische Eigenschaften auf, sind ausreichend verfügbar und in Abhängigkeit von der verwendeten Matrix problemlos recycelbar.2 Als Herausforderung gelten die für den Einsatz als Hochleistungswerkstoff erforderliche schonende Faserextraktion und Aufbereitung der fasrigen Pflanzenteile und die Verfügbarkeit funktionsadäquater biogener Matrices. Das Ziel des Vorhabens war daher die Entwicklung von Rezepturen zur kosteneffizienten Substitution der darin momentan verwendeten mineralischen Faserstoffe und der petrolchemischen Reaktionsharzsysteme aus den Rezepturen der marktdominanten Molding-Compounds BMC und SMC durch nachwachsende Rohstoffe bei uneingeschränkter Verarbeitbarkeit auf etablierten Fertigungslinien deutscher Hersteller mit sehr geringen Emissionen. Zusätzlich sollte eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der aus diesen neuen Werkstoffen herstellbaren Leichtbauteile und eine drastische Verringerung des ökologischen Footprints entlang der gesamten Prozesskette einschließlich Recycling erfolgen.

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