Bio-Composites – eine (nach)wachsende Alternative

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Im Baugewerbe und der Automobilindustrie längst etabliert, wachsen Bio-Composites in erst kürzlich erschlossenen Märkten besonders stark.

In jüngster Zeit erobern Bio-Composites verstärkt zusätzliche Märkte. Galt bislang noch der Markt für Terrassendielen, Zäune und Verkleidungen als Hauptabsatzmarkt der Branche, finden sich durch neueste Entwicklungen im Spritzguss, Pressformen und 3D-Druck eine Vielzahl von neuen, differenzierten Anwendungen nicht nur im Automobilbereich sondern auch bei Verpackungen und Konsumgütern. Eine aktuelle Marktstudie, die jetzt bei Brand Essence Research zur Verfügung steht, erwartet, dass allein der Markt für WPC im Jahr 2025 weltweit einen Umsatz von 6,2 Mrd. USD erzielen wird.

Extrusionswerkzeug zur Herstellung eines WPC-Profils Foto: SKZ

Bio-Composites enthalten Holz oder andere Naturfasern und ein Polymer als Matrix. Die meisten Hersteller verwenden nach wie vor Polymere auf fossiler Basis für die Herstellung von Bio-Composites. Inzwischen gibt es auch bio-basierte Polymere auf dem Markt, um teilweise oder vollständig bio-basierte Verbundwerkstoffe herzustellen. Einige Bio-Composites sind biologisch abbaubar.

Die wichtigsten verwendeten Polymere sind: PE (Dielen & Bau, Konsumgüter), PP (Automotive, Bau, Konsumgüter) und PVC (Dielen & Bau) sowie ABS, Epoxy, PA, PMMA, PS, PU, TPE, TPS, TPU. Beispiele für biobasierte Polymere sind PE, PLA, PBS, PHAs, TPE, PU und Epoxide. Auch biobasiertes PP ist seit Kurzem erhältlich.

Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (Wood Plastic Composites, WPC) und (Natural Fibre Composites, NFC) können in verschiedenen Produktionsverfahren wie Extrusion und Spritzguss sowie Pressformen oder 3D-Druck verarbeitet werden. Es werden Naturfasern wie Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal oder auch Abaca verwendet.

Bio-Composites erobern neue Märkte

Der größte Zuwachs wird bei Granulaten und -Filamenten für Möbel, Spielzeug, Konsumgüter und Koffer erwartet, vor allem im Spritzguss und 3D-Druck. Und die Verpackung wird die führende Anwendung für bio-basierte Polymere. In Kombination mit Holz oder Naturfasern bieten sie hervorragende Möglichkeiten für eine ökologische Vermarktung beispielsweise von Biokosmetik. Natürliche Fasern in Kombination mit biologisch abbaubaren Kunststoffen sind optimal für den Einsatz in der Landwirtschaft, im Gartenbau und auch für Spezialanwendungen wie Filterkugeln und Kaffeekapseln.

Holz- und Naturfasern im Automobil

Neues Türverkleidungskonzept aus naturfaserverstärtem Kunststoff. Foto: Johnson Controls

Im Automobilbereich werden Bio-Composites vor allem zur Gewichtseinsparung im Fahrzeuginnenraum eingesetzt. Auch kürzere Zykluszeiten und ein geringerer CO2-Fußabdruck spielen eine Rolle. WPC werden für Böden und Kofferraumverkleidungen eingesetzt, bei NFC liegt der Fokus auf Innenverkleidungen für hochwertige Türen und Armaturenbretter, die entweder mit duroplastischer oder thermoplastischer Matrix verarbeitet werden, wobei sich Thermoplasten zunehmend durchsetzen, da diese sich kostengünstig hinterspritzen lassen.

Naturfasern sind für den Automobilbau so attraktiv, weil sie sehr gute mechanische Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit und Festigkeit mitbringen und mit guten Dämmeigenschaften bei geringer Dichte punkten. Wenn es eine Erfolgsformel für nachhaltigen Leichtbau gibt, dann liegt sie in der Kombination von Naturfasern (NF) mit Polypropylen (PP). NFPP als Composite-Material ist in der Automobilindustrie besonders für die Herstellung von Fahrzeuginnenverkleidungen gefragt.

Alternative zu technischen Kunststoffen

Diese Beispiele zeigen Anwendungen vor allem im semi-strukturellen Bereich. Um weitere neue Märkte zu erobern und neue Zielwerte zu erreichen, müssen Bio-Composites ihre bisherigen technologischen Grenzen überschreiten. Aus diesem Grund entwickelt die AG Bio-Composites beim Verband Carbon Composites gerichtete Textilien aus Naturfasern, die in Verbindung mit einem geeigneten Polymer die Grundlage auch für strukturelle Bauteile mit sehr guten mechanischen Eigenschaften bilden und für die Anwendung in Strukturbauteilen geeignet sein sollen. Das Ziel: Material Performance, sowohl mechanisch als auch ästhetisch. So können neue Märkte erschlossen wurden, so sind bereits Anwendungen für Bio-Composites in Elektrofahrzeugen und sogar Rennwagen zu finden. Hier deutet sich bereits an, dass Bio-Composites eine echte Alternative zu klassischen technischen Kunststoffen werden könnten.

Bio-Composites auf der Composites Europe

Bio-Composites spielen auch auf der Fachmesse Composites Europe (10.-12. September 2019 in Stuttgart) eine wichtige Rolle. So moderiert Dr. Asta Partanen vom Nova-Institut am 11. September nachmittags eine Vortragsreihe zum Thema bio-based Composites im Rahmen des ICC-Kongress, der parallel zur Composites Europe in Stuttgart tagt. Die Themen reichen von Trends für den automobilen Innenraum mit Naturfaserverbundstoffen bis hin zu einer neuen Ära bei thermoplastischen Biokunststoff-Verbundwerkstoffen.

mg

 

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