Naturfaserverstärkter Kunststoff

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Naturfaserverstärkte Kunststoffe

Allgemein

Unter naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) werden Werkstoffe verstanden, die aus einem Kunststoff bestehen, der seine Stabilität durch eingearbeitete Naturfasern erhält. Bauteile aus NFK weisen nicht nur hohe Steifigkeiten und Festigkeiten sondern auch eine geringe Dichte auf und sind schon heute ökonomisch konkurrenzfähig. So setzte die deutsche Automobilindustrie allein im Jahr 2003 etwa 45.000 Tonnen NFK vor allem im PKW-Innenraum ein. Von Türinnenverkleidungen über Hutablagen, Kofferraumauskleidungen, Reserveradmulden und Säulenverkleidungen bis hin zum Armaturenbrett reicht das Spektrum. Auch für den Außenbereich werden erste Bauteile (z.B. als Unterbodenschutz) in Serie produziert. Wichtigste Anwendungen für Naturfaserverbundwerkstoffe sind die Türinnenverkleidungen. In den meisten deutschen Mittel- und Oberklassefahrzeugen mit aufwändigen Türkonstruktionen finden wir heute Naturfasern wie Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal oder auch Abaca. Denn NFK haben viele Vorteile: sie sind bis zu 30 Prozent leichter als herkömmliche Faserverbunde, splittern nicht und brechen ohne scharfe Kanten. Bei komplexen, hochwertigen Türkonstruktionen in der Mittel- und Oberklasse sind auch die Produktionskosten konkurrenzfähig. Und das, obwohl ein Formpressteil aufwändiger zu produzieren ist als ein reines Kunststoffteil. Betrachtet man aber die Gesamtkonstruktion der Tür, so kann das NFK-Material punkten, weil sich bei der Herstellung mehrere Arbeitsschritte zu einem zusammenfassen lassen. So können schon im Formpressprozess Halteelemente angebracht und Kaschierung aufgelegt werden, Folgearbeiten entfallen daher.

Seit vielen Jahrzehnten werden Holzfaserformteile in der Automobilindustrie im Innenraum eingesetzt. Aktuell verbraucht die deutsche Automobilindustrie jährlich knapp 40.000 Tonnen Holzfaserwerkstoffe, deren Holzfaseranteil meist bei 70 Prozent liegt. Als weiterer Biorohstoff spielt Reißbaumwolle aus alten Baumwolltextilien und Produktionsabfällen eine Rolle. Mit Phenolharz gebunden entsteht daraus ein universeller und weit verbreiteter Werkstoff, der früher für Personenkraftwagen (z.B. im Trabi) genutzt wurde und heute noch in LKW-Fahrerkabinen zum Einsatz kommt.

Nutzung von Naturfasern in der Automobilindustrie

Nutzung von Naturfasern im Automobilbau 2005
(nova-Institut, Daten für 2005) (Quelle: FNR)

Naturfaserverstärkte Werkstoffe aus Flachs, Hanf oder exotischen Fasern haben derzeit ein Marktvolumen von 20.000 t. Sie werden sowohl zu thermound duroplastischen Formteilen als auch im Naturfaser-Propylen-Spritzguss verarbeitet. Im Automobilbau etablieren sich Formpressteile für Türinnenverkleidungen, Hutablagen oder Kofferraumauskleidungen.

Während Flachs, Hanf und exotische Fasern den Automobilbau erst nach und nach erobern, haben sich Holzfasern und Baumwolle dort längst etabliert. Im Jahr 2005 wurden so in Deutschland insgesamt 91000 t Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen verarbeitet.

Der Marktanteil von Biokunststoffen, d. h. Kunststoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe, liegt in Deutschland unter 1 Prozent des Gesamtmarktes von 12,9 Mio. t (Verbrauch lt. VKE, 2005). Während Stärke und Stärkeblends (-mischungen) mit 85 Prozent überwiegen, sind Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxyfettsäuren (PHA), thermoplastische Cellulose und andere Biokunststoffe mengenmäßig noch eher unbedeutend.

Biokunststoffe werden vor allem im Verpackungsbereich benötigt. Rund 35 Prozent der jährlich rund 750.000 m³ hergestellten LooseFill-Verpackungschips sind aus Stärke.

Fette und Öle werden im chemischindustriellen Bereich – neben den bereits genannten oleochemischen Anwendungen – insbesondere zur Herstellung von Polymeren und Polymeradditiven sowie Lösungsmitteln eingesetzt. Etwa 35.000 t Rizinusöl und 35.000 t chemisch modifiziertes Sonnenblumenöl gehen in die Herstellung von Polyurethanen und Polyestern. Außerdem finden Pflanzenöle als Polymeradditive zur Verbesserung der Einsatzeigenschaften von Kunststoffen eine breite Anwendung. In diesem Bereich werden jährlich ca. 80.000 t Sojaöl und ca. 40.000 t erucasäurereiches Rapsöl als Weichmacher in petrochemisch basierten Kunststoffen wie beispielsweise PVC verwendet.

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