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S-Profil mit Flachs-Polylactid-Kern und Aluminium-Decklage, mit einem neu entwickelten, temperierbaren Tauchkantenwerkzeug heißgepresst und durch Thermoforming umgeformt.  Guido Flüchter  Foto: Fraunhofer IPT
S-Profil mit Flachs-Polylactid-Kern und Aluminium-Decklage, mit einem neu entwickelten, temperierbaren Tauchkantenwerkzeug heißgepresst und durch Thermoforming umgeformt. Guido Flüchter Foto: Fraunhofer IPT

Recyclingfähigkeit und Kompostierbarkeit sind heute besonders bei
Baumaterialien sehr gefragt, um am Ende des Produktlebenszyklus die
Umweltbelastung zu reduzieren. Für die Herstellung moderner
Fassadenelemente sowie Luftfracht- und Wohncontainer entwickelt das
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen jetzt
gemeinsam mit drei Partnern aus Industrie und Wissenschaft ein
Produktionssystem, mit dem sich vollständig recycelbare Faser-Metall-
Laminate mit kompostierbaren Biomaterialien herstellen lassen.

Biologisch abbaubare Naturfasern und Kunststoffe aus nachwachsenden
Rohstoffen bieten vielversprechende Alternativen zu konventionellen
Halbzeugen und etablierten Matrixmaterialien in Faserverbundwerkstoffen.
Zum Einsatz kommen diese sogenannten thermoplastischen Biowerkstoffe
jedoch bisher eher selten, da verschiedene technische Voraussetzungen
fehlen, um diese kostengünstiger zu produzieren. Dabei wären gerade Faser-
Metall-Laminate mit einem Kern aus Naturfaser-Verbundkunststoffen nicht
nur aufgrund ihrer mechanischen Belastbarkeit, sondern auch aufgrund ihrer
isolierenden Eigenschaften und ihrer Recyclingfähigkeit prädestiniert für
Anwendungen im Bau- und Transportsektor.

Gemeinsam mit der Delcotex Delius Techtex GmbH & Co. KG aus Bielefeld, dem
Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) der RWTH Aachen und der
Dirkra Sondermaschinenbau GmbH aus Stolberg entwickelt das Fraunhofer IPT
deshalb nun ein effizientes Fertigungssystem für die Serienherstellung
eines vollständig recycelbaren und teilweise biologisch abbaubaren
Laminats aus Naturfasern und Metall: Textile Halbzeuge aus Naturfasern
verstärken einen thermoplastischen Biokunststoff und werden beidseitig von
metallischen Decklagen ummantelt. Der Metallmantel des Faserverbundkerns
dient vor allem dazu, die biologisch bedingte Varianz der Naturfasern
auszugleichen und die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zu
verbessern. Außerdem ermöglicht es die spezielle Struktur der Faser-
Metall-Laminate klassische metallverarbeitende Prozesse einzusetzen, die
effizient in die Wertschöpfungskette integriert werden können.

Kostengünstig und recycelbar: Das Werkzeug verbleibt im Bauteil

Das kostengünstige Produktionssystem der vier Partner im Forschungsprojekt
»Bio-FML« wird für eine kontinuierliche Herstellung des nachhaltigen
Hybridwerkstoffs konzipiert: Während des Imprägnier- und Fügeprozesses
dient die beidseitige Metallummantelung bereits als Werkzeug zur Wärme-
und Druckübertragung auf den Faserverbundkern. Auf diese Weise lässt sich
der Einsatz kostspieliger Imprägnier-Pressen umgehen. Um eine feste
Verbindung zwischen dem Kern und dem umgebenden Metall zu erzielen,
integrieren die Aachener Forscher einen laserbasierten Strukturierprozess
zur Oberflächenbehandlung des Metalls in die Produktionslinie, der teure
und umweltschädliche Haftvermittler zwischen den Schichten überflüssig
macht. So wird sichergestellt, dass sich das Verbundmaterial am Ende des
Produktzyklus allein durch Wärmezufuhr trennen und recyceln lässt.

Günstige, stabile Bauteile mit individueller Oberflächengestaltung

Der neue Werkstoff erhält durch die Sandwichbauweise eine robuste,
lackierbare Metalloberfläche und lässt sich leicht an Kundenwünsche,
beispielsweise für neue Fassadendesigns, anpassen. Das Verbundmaterial
kann zudem in herkömmlichen Pressen, wie sie bisher in der
Metallverarbeitung eingesetzt werden, zu 3D-Bauteilen und Profilen
umgeformt werden.

Mit einem neu entwickelten temperierbaren Tauchkantenwerkzeug hat das
Fraunhofer IPT im Projekt bereits erste Bauteile im stationären
Heißpressversuch hergestellt und durch Thermoforming beispielhaft zu einem
S-Profil umgeformt. Als Decklage diente Aluminium, als Kern wurde ein
kompostierbares Flachs-Polylactid-Verbundmaterial (FPL) eingesetzt.

Das Projekt »Bio-FML« erhält Förderung durch das Förderprogramm EFRE.NRW
im Leitmarkt NeueWerkstoffe.NRW der Europäischen Union (Förderkennzeichen
EFRE-0801475).