Aus der Branche

Gemeinsam mit den Projektpartnern CG TEC, Cordenka, ElringKlinger, Fiber Engineering und Technikum Laubholz entwickeln die DITF einen neuen Faserverbundwerkstoff (CELLUN) mit Verstärkungsfasern aus Cellulose. Die Matrix des Werkstoffs ist ein thermoplastisches Cellulosederivat, das sich in industriellen Verarbeitungsverfahren wie Heißpressen oder Pultrusion verarbeiten lässt. CELLUN aus nachwachsenden Biopolymeren ermöglicht den Ersatz von Glas- oder Carbonfasern in der Herstellung industrieller Formteile.

Innerhalb des schnell wachsenden Segments des Faserverbund-Leichtbaus werden zunehmend Organosheeets eingesetzt. Organosheets sind vorkonsolidierte Platten-Halbzeuge mit einer Matrix aus thermoplastischen Kunststoffen und verschiedenen Verstärkungsfasern in unterschiedlichster textiler Ausführung. Die Thermoplastmatrix erlaubt die Verarbeitung der Organosheets mit in der Industrie etablierten „schnellen“ Verfahren wie Heißpressen, Thermoformen, Spritzgießen mit Organoblech-Einlegern oder Pultrusion. Die Verfahren erzeugen sehr gut recycelbare, hoch funktionalisierte Bauteile mit reproduzierbarer Qualität.

Die textile Verstärkung der Organosheets besteht vor allem aus Glas-, Carbon-, Basalt- oder Aramidfasern. Diese Fasern besitzen hohe Steifigkeiten und Zugfestigkeiten, sind jedoch in ihrer Herstellung und im Recycling energieintensiv und können nur in einem zunehmend minderwertigen Zustand recycelt werden.

Im Gegensatz dazu ist der an den DITF entwickelte CELLUN-Verbundwerkstoff eine wesentlich nachhaltigere Alternative. Für die Herstellung von CELLUN wird die Verstärkungskomponente aus nicht schmelzbaren Cellulosefasern sowie thermoplastischen, derivatisierten Cellulosefasern als Matrix zu einem Hybridroving kombiniert. Als cellulosische Verstärkungsfasern kommen Regeneratfasern der Firma Cordenka und die an den DITF entwickelten HighPerCell®-Cellulosefasern zum Einsatz.

CELLUN wird nun im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Verbundprojekts zur industriellen Reife weiterentwickelt. Die Aufgaben der DITF im CELLUN-Verbundprojekt sind vor allem die Herstellung von geeigneten Verstärkungsfasern auf Basis von Cellulose und die Einbettung der Fasern in die thermoplastische Cellulose-Derivat-Matrix. Das Material wird in den hauseigenen Technika zu technischen Hybridrovingen und zu Hybridtextilien weiterverarbeitet. Über Pultrusions- und Thermoformverfahren oder im Spritzguss können schließlich Formteile hergestellt werden, die die technischen Einsatzmöglichkeiten des neuen Materials veranschaulichen.

Im weiteren Projektverlauf liegt der Fokus auf der vollständigen Kreislaufführung des CELLUN-Materials nach dem End of Life (EOL). Dazu werden zwei unterschiedliche Ansätze erforscht. Einerseits besteht die Möglichkeit, CELLUN-Formteile ohne Qualitätsverlust thermisch umzuformen. Ein zweiter möglicher Weg besteht darin, das CELLUN-Material wieder chemisch in die einzelnen Komponenten zu trennen. Diese können dann erneut wieder zu 100% als neue Ausgangsmaterialien eingesetzt werden.

CELLUN-Werkstoffe werden als umweltfreundliche, ressourcenschonende und kostengünstige Alternative zu etablierten Verbundwerkstoffen im Leichtbau- und Automotivsektor Vorteile im Markt der technischen Halbzeuge bieten. Durch die Verwendung nachwachsender Biopolymere soll ein wesentlicher Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz geliefert werden: Einerseits können herkömmliche Kunststoffe auf Rohölbasis substituiert werden, andererseits können CELLUN-Verstärkungs- und Matrixfasern mit nur geringem Energieeinsatz und aus natürlichen Rohstoffen hergestellt werden.

Um den akustischen Anforderungen von Elektrofahrzeugen gerecht zu werden, hat Autoneum seine Konzepte für lärmreduzierende Motorkapselungen auf neue Anwendungen rund um den Elektroantrieb erweitert. Hybrid-Acoustics PET und die schaumbasierten Alternativen Hybrid-Acoustics FLEX und Fit FLEX sorgen für optimalen Lärmschutz im E-Auto und verbessern damit den Fahrkomfort. Alle drei Technologien zeichnen sich durch eine hohe, auf die spezifischen Kundenbedürfnisse zugeschnittene akustische Leistung und eine abfallfreie Produktion aus.

Störende Geräusche wie die hochfrequenten Töne von E-Motoren und anderen elektrischen Geräten oder das Heulen des Getriebes stellen Fahrzeughersteller weltweit vor neue akustische Herausforderungen. Autoneum hat die steigende Nachfrage nach lärmreduzierenden Komponenten sowohl im Front- als auch im Heckbereich von E-Autos frühzeitig erkannt und seine Technologien für den Lärmschutz im Motorraum auf neue, massgeschneiderte Anwendungen für Elektrofahrzeuge erweitert.

Mit der Fasertechnologie Hybrid-Acoustics PET und den beiden Schaumalternativen Hybrid-Acoustics FLEX und Fit FLEX bietet das Unternehmen drei standardisierte Technologien an, die Lärm direkt an der Quelle reduzieren und damit den Fahrkomfort verbessern. Alle drei Technologien werden abfallfrei produziert und ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Grössen und Formen ermöglicht ein breites Spektrum von Anwendungen in Elektrofahrzeugen: von der Verkapselung von E-Motoren bis hin zur Reduzierung von Lärm und Vibration von Wechselrichtern, Getrieben, Pumpen und Kompressoren. Durch das Angebot von sowohl faser- als auch schaumbasierten Varianten ist Autoneum in der Lage, flexibel auf individuelle Kundenbedürfnisse und -präferenzen in Bezug auf Material, Akustikkonzept, Nachhaltigkeit und Kosten einzugehen.

In Sachen nachhaltiger Lärmschutz im Motorraum gibt Autoneums patentierte Innovation Hybrid-Acoustics PET den Ton an: Sie besteht zu 100 Prozent aus PET mit bis zu 50 Prozent rezyklierten Fasern; die bei der Produktion anfallenden Abfälle werden zurückgewonnen, aufbereitet und wiederverwendet, und das Material kann am Ende der Produktlebensdauer vollständig rezykliert werden. Die Textiltechnologie, die Teil des unternehmenseigenen Nachhaltigkeitslabels Autoneum Pure ist, eignet sich besonders zur Dämpfung hochfrequenter Geräusche des Elektroantriebs und bietet ein optimales Verhältnis von Absorption und Isolation. Zudem sind Komponenten aus Hybrid-Acoustics PET um bis zu 40 Prozent leichter als herkömmliche Isolationen.

Um den unterschiedlichen Präferenzen der Fahrzeughersteller Rechnung zu tragen, hat Autoneum seine leichte Textiltechnologie durch zwei schaumbasierte Alternativen ergänzt. Da der Schaum bei beiden Technologien gespritzt wird, fällt bei der Produktion ebenfalls kein Abfall an. Hybrid-Acoustics FLEX basiert auf demselben akustischen Konzept wie Hybrid-Acoustics PET, der Entkoppler besteht jedoch aus Schaum anstelle von Filz. Autoneums Fit FLEX hingegen kombiniert den Schaum-Entkoppler mit einer spritzgegossenen Schwerschicht. Dank der hohen geometrischen Anpassungsfähigkeit von Schaum an selbst komplexe Formen überzeugen beide Technologien mit einer hervorragenden akustischen Leistung bei der Isolierung von E-Motoren und anderen Geräuschquellen im Elektroauto. Darüber hinaus kann die absorbierende oder isolierende akustische Qualität des Schaums flexibel auf spezifische Kundenbedürfnisse abgestimmt werden.

Bei Aufforstungen müssen die Setzlinge geschützt werden. Sogenannte Wuchshüllen hindern Wild daran, von den jungen Pflanzen zu fressen und helfen, dass sie nicht von anderen Pflanzen am Wachstum gehindert werden. Bisher gebräuchliche Hüllen aus Kunststoff und Metall werden häufig nicht rechtzeitig entfernt und belasten die Umwelt. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben aus nachwachsenden Rohstoffen ein biologisch abbaubares Garn für Wuchshüllen entwickelt.

Wiederaufforstungen sind nicht nur nach Stürmen und Bränden nötig. Generell muss der Wald durch Mischbestände und seltene Baumarten gegen den Klimawandel gewappnet werden. Wuchshüllen sind in den ersten Jahren ein wichtiger Bestandteil der Waldbewirtschaftung.

Auf dem Markt verfügbare Hüllen müssen nach drei bis fünf Jahren entfernt und eingesammelt werden. Dies wird wegen Personalmangel häufig nicht erledigt oder ist durch Überwucherung, oder weil die Hülle in den Baum eingewachsen ist, nicht mehr möglich. Somit verbleiben jährlich zahlreiche Wuchshüllen in deutschen Wäldern bis sie verrosten oder durch äußere Einflüsse in umweltschädliche Kunststoffbestandteile zerkleinert werden. Derzeit erhältliche Varianten aus Biokunststoffen basieren zwar auf nachwachsenden Rohstoffen, sind jedoch nicht biologisch abbaubar, zersetzen sich bereits während der Nutzungsphase und belasten die Natur mit Klein- und Mikroplastik.

Die Firma Buck GmbH & Co. KG beauftragte die DITF deshalb, ein Garn aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln, das auch biologisch abbaubar ist. Dieses Garn sollte sich mit einer Strickmaschine zu einem Schlauch verarbeiten lassen, um anschließend zu einer steifen, aber gleichzeitig nachgiebigen Röhre konsolidiert zu werden.

Als Ausgangsmaterialien für die Entwicklung eines Hybridgarnes wurden nachwachsende Naturfasern und Polylaktid (PLA) genutzt, die die Firma Trevira für die Forschung kostenlos bereitgestellt hat. PLA besteht aus chemisch aneinander gebundene Milchsäuremolekülen und stellt aktuell den einzigen im industriellen Maßstab verfügbare biologisch abbaubare Thermoplast dar. Besonderes Augenmerk wurde auf eine besonders hohe Reinheit des PLA gelegt, um eine Umweltschädigung durch Weichmacher oder andere Inhaltstoffe zu vermeiden.

Als nachwachsende Naturfasern wurden zunächst Flachsfasern verwendet. In mehreren aufeinander folgenden Prozessen der Spinnvorbereitung wurden sie mit den PLA-Stapelfasern geöffnet, gemischt und zu einem Faserband verarbeitet. Anschließend wurde in Voruntersuchungen eine geeignete Garnstruktur für das biobasierte Hybridgarn ermittelt. Gesucht war ein einfaches, weitverbreitetes Spinnverfahren, das eine schnelle Umsetzung in den industriellen Maßstab gewährleistet. Es wurden Spinnversuche an einer Rotorspinnmaschine, am Flyer, einem dem Ringspinnen vorgelagerten Prozess, und an einem an den DITF entwickelten Umwindespinntester durchgeführt. Schließlich wurde die Vorgarnherstellung mittels Flyer gewählt, da dieses Verfahren ein voluminöses sowie gleichzeitig festes Hybridgarn mit ausreichend flexiblen Einstellparametern erzeugt und zudem bei vielen Spinnereien verbreitet ist. Anschließend wurde das Hybridgarn bei der Firma Buck GmbH & Co. KG zu einem Gestrick verarbeitet und daraus eine Baumhülle gefertigt.

Aus materialtechnischen und wirtschaftlichen Gründen wurden zur Optimierung des Hybridgarns die Flachsfasern durch Baumwollfasern ersetzt. Die Baumwollfaser ist quer zur Faserlängsachse biegsamer als die Flachsfaser. Dadurch erweist sie sich im Gestrick und in der in der anschließenden Anwendung als Baumhülle flexibler gegenüber von außen wirkenden Kräften wie zum Beispiel Tieren oder Wind. Baumwollfasern sind im Vergleich zu Flachsfasern in Baumwollspinnereien verfügbar, was die Anzahl an potentiellen Lieferanten für das Hybridgarn steigert.

Stark steigende Baustoffpreise, immer knapper werdende Rohstoffe sowie steigende Preise für CO2-Zertifkate und Strom erhöhen den Druck, klimafreundliche und doch wettbewerbsfähige Produkte zu verwenden und innovative Produkte, Verfahren und Prozesse dafür zu entwickeln.

Für diese Herausforderungen im Bauwesen bietet der Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen neue Lösungen und ein enormes Anwendungspotential. Bisher sind diese Werkstoffe im Bauwesen noch nicht in ausreichendem Umfang etabliert und bei vielen Entscheidern noch nicht Teil der Lösung. Deshalb treibt das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e.V. (CU) als nationale und internationale Plattform dieses Thema für seine Mitglieder aus Industrie und Wissenschaft voran.

Hybride Bauweisen
Roy Thyroff, im Netzwerk Composites United e.V. Geschäftsführer CU Bau: „Unser Ziel ist, dass die gesamte Bauwirtschaft – Architekten, Planer, Bauingenieure, Zulassungsstellen sowie Bauunternehmen – Bauprodukte mit faserverstärkter Beton- und Polymermatrix mit entsprechenden Zulassungen einsetzen kann.“ Dabei geht es nicht nur um Bauweisen mit faserverstärkten Kunststoffen und textilbewehrtem Beton, sondern darüber hinaus auch um hybride Bauweisen, wie z.B. Hybridbauwerke aus Holz und Carbonbeton. Denn faserbasierter, hybrider Leichtbau führt die besten Eigenschaften verschiedener Materialien klimafreundlich zusammen, bietet somit gegenüber herkömmlichen Baustoffen große Vorteile für den Klimaschutz und ermöglicht völlig neue Bauweisen.

Vorteile von Faserverbundwerkstoffen
Faserverbundwerkstoffe sind sowohl im Neubau als auch in der Sanierung dank ihrer umwelt- und ressourcenschonenden Eigenschaften im Vorteil. Neben der CO2-Reduktion liegen die wesentlichen Vorteil:

• in der Geschwindigkeit der Ausführung,
• dem geringeren Materialeinsatz,
• der Kostenreduktion,
• der Leistungsfähigkeit wie hoher Druck- und Biegezugfestigkeit,
• dem einfacheren Handling
• den geringeren Transportlasten,
• der Beständigkeit gegen Korrosion,
• der Flexibilität bei unterschiedlichen Schädigungsgraden eines Sanierungsfalls und
• der deutlich verlängerten Nutzungsdauer.

• Die beiden Fachmessen Techtextil und Texprocess schauen positiv nach vorn und laden die Branche vom 21. bis 24. Juni 2022 auf das Frankfurter Messegelände ein.
• Wer frühzeitig seinen Standplatz bucht, profitiert vom Frühbücherrabatt.

Der Termin für die kommenden Veranstaltungen steht nun fest: Vom 21. bis 24. Juni 2022 locken mit der Techtextil und der Texprocess die internationalen Leitmessen für technische Textilien und Vliesstoffe sowie für die Verarbeitung textiler und flexibler Materialien Aussteller und Fachbesucher aus aller Welt nach Frankfurt am Main. Somit verlegen die Messen ihren Zwei-Jahres-Rhythmus von den ungeraden in die geraden Jahre, was den internationalen Messekalender der Branchen ideal ergänzt. Unternehmen, die bis spätestens 31. August 2021 einen Standplatz auf einer der beiden Fachmessen buchen, profitieren vom Frühbucherrabatt. „Wir blicken positiv in die Zukunft und sind optimistisch, dass wir der Branche im Juni 2022 endlich wieder die Gelegenheit geben können, sich persönlich zu treffen und auszutauschen. Denn der Wunsch nach persönlicher Begegnung, direktem Austausch und neuen Eindrücken wird immer größer“, sagt Olaf Schmidt, Vice President Textiles and Textile Technologies.

Auch Elgar Straub, Geschäftsführer beim VDMA TFL betont: „Die Texprocess und Techtextil sind für unsere innovative Branche weltweit gesehen die absoluten Leitmessen. Beide Messen bieten den Kunden einen einzigartigen Überblick über Innovationen und technologische Entwicklungen, aber auch darüber hinaus. Gerade mit Blick auf die neuesten Trends für Nachhaltigkeit und Digitalisierung sind die Texprocess und Techtextil in Frankfurt der wichtigste Zukunftsmarktplatz. Umso wichtiger ist es daher für die Branche auf Aussteller- und Besucherseite, dass wir endlich wieder eine Perspektive haben, uns einen Überblick über aktuelle Marktgegebenheiten zu verschaffen, untereinander auszutauschen und Geschäfte anzustoßen. Wir sind darüber sehr erleichtert und hoffen, dass wir im kommenden Jahr wieder die Chance haben, unserer Branche im internationalen Umfeld neuen Auftrieb zu geben.“

Erstmals belegen die Techtextil und die Texprocess mit insgesamt vier Hallen das Westgelände der Messe Frankfurt. Die beiden Messen bieten zudem im kommenden Jahr mit einem hybriden Event-Format das Beste aus zwei Welten: persönlichen Austausch, virtuelle Vernetzungsmöglichkeiten und eine maximale digitale Reichweite. Die Messe Frankfurt trägt mit einem umfassenden Hygiene- und Sicherheitskonzept dazu bei, dass alle Besucher und Aussteller sicher und mit gutem Gefühl an den Veranstaltungen teilnehmen können.