Composites mit Faser und Matrix aus Polymilchsäure

Neuartige biobasierten Fasern aus Polymilchsäure (PLA) machen es möglich, einen Composite-Werkstoff komplett aus PLA herzustellen. Foto: Fraunhofer IAP

Fraunhofer-Forscher entwickeln recyclingfähigen, faserverstärkten Compositse-Werkstoff aus 100 % biobasierter Polymilchsäure.

Das Fraunhofer IAP will einen Composites-Werkstoff entwickeln, bei dem sowohl die Fasern als auch die Kunststoffmatrix vollständig aus biobasierter Polymilchsäure (PLA) bestehen.

Einfacheres Recycling von Composites

PLA gehört zu den besonders vielversprechenden biobasierten Werkstoffen. Der weltweite Markt für dieses Polymer wächst jährlich um rund 10 %. PLA kommt u. a. auch als Matrix in faserverstärkten Kunststoffen zum Einsatz. Bei diesen mechanisch belastbaren Kunststoffen sind Verstärkungsfasern in eine Kunststoffmatrix eingebettet.

Im Projekt des Fraunhofer IAP stehen nun diese Verstärkungsfasern im Fokus: „Wir entwickeln unsere PLA-Fasern weiter, um diese gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft in den Industriemaßstab zu überführen. Diese Fasern eignen sich hervorragend zur Verstärkung von PLA-Kunststoffen. Der so entstehende, sich selbst verstärkende Einkomponenten-Verbundwerkstoff verspricht große Vorteile beim Recycling. Da die Faser und die Matrix aus PLA chemisch identisch sind, sind aufwändige Trennschritte nicht nötig“, erklärt Dr. André Lehmann, Experte für Fasertechnologie am Fraunhofer IAP.

Neuartige Fasern aus Polymilchsäure sind thermisch stabiler

Bislang stand diesem Ansatz die relativ geringe Temperaturbeständigkeit von herkömmlichem PLA im Wege. Technische Fasern lassen sich am wirtschaftlichsten im Schmelzspinnverfahren herstellen. Das Team des Fraunhofer IAP verwendet nun thermisch stabilere Stereokomplex-PLA (sc-PLA) für die Fasern.

Eigenverstärkte Polymilchsäure (PLA) als Composite-Werkstoff. Sowohl die Verstärkungsfasern als auch die Kunststoffmatrix sind aus PLA. Foto: Fraunhofer ICT

Der Begriff Stereokomplex bezeichnet dabei eine spezielle Kristallstruktur, die die PLA-Moleküle bilden können. Sc-PLA-Fasern besitzen einen um 40 bis 50 °C höheren Schmelzpunkt und überstehen damit den Einarbeitungsprozess in eine Matrix aus herkömmlichem PLA.

Schmelzspinnprozess für sc-PLA-Filamentgarne

Im Projekt entwickeln und optimieren die Forscher einen Schmelzspinnprozess für sc-PLA-Filamentgarne. Partner in diesem Arbeitspaket ist das Unternehmen Trevira, ein Hersteller von Faser- und Filamentgarnspezialitäten. Zudem ist die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für sc-PLA-verstärkte Flachfolien geplant. An dieser Aufgabe beteiligt sich der Klebeband-Hersteller Tesa, der die Eignung der sc-PLA-Folien als Klebefolie prüfen wird. In einem dritten Arbeitspaket wird das Fraunhofer IAP die Filamente schließlich im Doppelpultrusionsverfahren zu einem Granulat verarbeiten, das sich zum Spritzguss eignet.

Biobasierte Lösungen für Automobil- und Textilindustrie

Die Wissenschaftler um Dr. André Lehmann sind sicher, dass der selbstverstärkte PLA-Werkstoff viele neue Anwendungsgebiete erobern kann. Schon heute signalisieren die Automobil- und die Textilindustrie Interesse an biobasierten Materialien, die sich zudem auch besser recyceln lassen. Preislich wäre PLA hier schon jetzt wettbewerbsfähig, nun soll das Material auch technisch fit für die neuen Aufgaben gemacht werden.

Professor Alexander Böker, Leiter des Fraunhofer IAP, sagt: „Die stetig wachsende Nachfrage der Industrie nach nachhaltigen Lösungen unterstreicht, wie wichtig die Entwicklung biobasierter und zugleich hoch leistungsfähiger Materialien ist.“

Informationen zum Vorhaben stehen auf fnr.de unter dem Förderkennzeichen 2220NR297X zur Verfügung.

mg