Ob im Fahrzeugbau, in der Luftfahrt, in der Möbelindustrie oder in der Medizintechnik: Verbundwerkstoffe kommen überall dort zum Einsatz, wo leichte und tragfähige Elemente benötigt werden. Durch die Kombination verschiedener Materialien entstehen so Werkstoffe, die bestimmte Eigenschaften bedienen und Ansprüche erfüllen. Herkömmliche Verbundwerkstoffe bestehen jedoch meist aus fossilen Rohstoffen wie Beton und sind nicht nachhaltig. Nicht nur die Herstellung verursacht erhebliche CO₂-Emissionen. Auch das Recycling ist energieintensiv. Nun haben Forschende vom Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP) der Universität Stuttgart einen Verbundwerkstoff entwickelt, der aus natürlichen Materialien besteht, biologisch abbaubar ist und nur einen geringen CO₂-Fußabdruck hinterlässt.

Konkurrenz zu fossilen Verbundwerkstoffen

Für die Herstellung des Bio-Verbundwerkstoffes wurden Flachsfasern und das Biopolymer Chitosan kombiniert. Dabei wurde die Pflanzenfaser als verstärkendes Element eingesetzt. Das Chitosan wiederum wurde aus Chitin gewonnen und hält die Flachsfasern zusammen. „Wir haben in ausführlichen experimentellen Untersuchungen den Herstellungsprozess geprüft und optimiert, um mechanische Eigenschaften zu erzielen, die mit denen von Verbundwerkstoffen auf fossiler Basis konkurrieren können“, erklärt Linus Stegbauer, der die Forschungsarbeit zusammen mit Stefan Carosella vom IFB initiiert hat.

Chitosan verleiht Flachsfasern hohe Steifigkeit

Die Untersuchungen ergaben, dass Chitosan mit kurzer Polymerkettenlänge am besten dafür geeignet ist, die Flachsfasern zu imprägnieren, schreiben die Forschenden. Die Porosität der Verbundwerkstoffe sei hier am geringsten gewesen. Der Bio-Verbundwerkstoff ist aufgrund seiner natürlichen Materialien aber nicht nur biologisch abbaubar. Bezogen auf die Dichte, habe er auch eine höhere Steifigkeit und somit ein größeres Leichtbaupotenzial, verglichen mit Verbundwerkstoffen mit Epoxidharz. „Damit hat unser biobasierter Werkstoff sogar einen Wettbewerbsvorteil, etwa wenn es darum geht, im Automobilbau den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren“, sagt Stegbauer.

Breites Einsatzspektrum

Das Einsatzspektrum geht  weit über den Fahrzeugbau hinaus. Der Chitosan-Flachs-Verbundwerkstoff könnte auch zu Sperrholz- und Faserplatten, Möbelfächern, in Sport- und Freizeitgeräten und in Frachtkisten verarbeitet werden und damit künftig fossile Verbundwerkstoffe ersetzen.

bb