Die K 2022 bot eine riesige Auswahl an Neuheiten und Anwendungsbeispielen für und mit nachhaltigeren Materialien. Ein Überblick über die vorgestellten Nachhaltigkeits-Highlights.

Aus Abgasen werden Schuhe: Gentechnisch veränderte Bakterien machen aus Abgasen Ethanol, aus dem anschließend Kunststoff etwa für die Schuhe Cloudprime von On hergestellt wird. 

Thermoplastische Elastomere

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Silikone

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Masterbatches

Additive

Polyethylen

Polylactid

Polyamide

Biokunststoffe

Effektpigmente

Polypropylen

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Forschende haben ein neues Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern auf Basis von Holz entwickelt, das sowohl Energie- und Materialkosten spart.

Aus Wasser gesponnene Lignin-Präkursorfasern, stabilisierte und carbonisierte Endlosfasern

16:9

Technik Trend

Neuer Rohstoff ersetzt etabliertes Verfahren

Jedes Jahr entstehen große Mengen an Textilabfällen. Ein Teil davon könnte als kostengünstige und biobasierte Verstärkungsfasern genutzt werden.

Uni Kassel: Aus Textilabfällen werden Kunststoffverbunde

Baumwolle als Faserverstärkung

Fasern

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Aus Textilabfällen werden  Kunststoffverbunde

Die Ökobilanz von FVK-Metall-Bauteilen ist oft mäßig. Durch die Nutzung von Biokunststoffen und Naturfasern lässt sich diese verbessern.

Als Demonstrator für die Hybridbauteile wurde ein Verbundträger mit einem integrierten Metalleinleger mit Omega-Profil gefertigt (links). Dieser wurde mit den biobasierten FVK kombiniert und eine Rippenstruktur aus dem Spritzgießcompound angespritzt (rechts).

Mit biobasierten FVK-Metall-Bauteilen CO2-Emissionen einsparen

Leichtbau

Nachhaltiger durch Bio-Hybride

In diesem Jahr lud die TH Rosenheim zum ersten Mal zu ihrem Kunststoffkolloquium. Die Veranstalter setzten dabei einen sehr spannenden Schwerpunkt.

Der Präsident der TH Rosenheim, Heinrich Köster, begrüßte die Teilnehmer zur ersten Auflage des Rosenheimer Kunststoffkolloquiums und hob die Bedeutung der Kunststofftechnik für die Hochschule hervor.

1. Rosenheimer Kunststoffkolloquium

Streifinger, Florian

Hochschulen

Dienstleistungen

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Premiere gelungen

Die IFAT 2024 zeigte, auch die Recyclingwirtschaft und die Kunststoffindustrie leisten einen wichtigen Beitrag zur Entlastung des Klimas.

IFAT 2024: Spätestens seit die EU in ihrem Green Deal die Kreislaufwirtschaft ausdrücklich als eine der fünf Säulen für die Bekämpfung des Klimawandels definiert hat, ist klar geworden, das Recycling aktiver Klimaschutz ist.

Recycling

Umweltmanagement

Nachhaltigkeit

Ehrhardt, Melanie

Gemeinsam gegen den Klimawandel

Igus präsentiert den ersten im Spritzgießverfahren gefertigten Fahrradrahmen aus Composite-Material für den E-Bike-Hersteller Advanced Bikes.

Der neue Fahrradrahmen ist 3,3 kg leicht, recycelbar und aus einem Teil gespritzt. Igus verwendet dafür einen Verbundwerkstoff in Granulatform, bestehend aus Hochleistungskunststoffen und Carbon-Fasern.

Kreislaufwirtschaft

Igus entwickelt ersten recycelbaren Kunststoff-Fahrradrahmen

Einem Team des Fraunhofer-IAP ist es gelungen, ein flexibles und recycelbares Folienmaterial auf Basis des Biokunststoffs Polylactid (PLA) zu entwickeln. Dafür wurden die Forschenden mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 ausgezeichnet.

Das Forschungsteam im Labor: Dr. Antje Lieske, Dr. Benjamín Rodríguez und André Gomoll vom Fraunhofer IAP (v.l.n.r.)

Folien

Neuartiges Folienmaterial aus dem Biokunststoff PLA

Kreislaufwirtschaft mit CFK: Strategien zum möglichst ganzheitlichen Recycling von Carbonfaserabfällen.

Beispiele für verschiedene Carbonfasermaterialien: Gewebe, Kurzfasern und rCFK Compound.

Carbonfaserverstärkte Leichtbaukomponenten in the Loop

So funktioniert die Kreislaufwirtschaft mit Carbonfasern

Eine starke Klebeverbindung kann für das Recycling eine Hürde darstellen. Lässt sich die Verbindung hingegen gut lösen, erleichtert das das Recycling.

Zurzeit testet Henkel Prototypen, um zu sehen, ob sich aus den Bausteinen marktfähige, biobasierte Klebstoffe herstellen lassen.

Lösbare Klebeverbindungen

Klebstoffe

Verbindungstechnik Verfahren

Chemisches Fügeverfahren

Biobasiert leichter reparieren und  besser recyceln

An der FPP-Technologie zeigen derzeit vor allem zwei Industrien besonderes Interesse: die Luft- und Raumfahrt bei der Automatisierung der Legeprozesse von Multimaterial-Leichtbauteilen mit Sandwichkern, sowie die Hersteller von CFK-Drucktanks für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge (FCEV).

Laminatverstärkung filamentgewickelter Drucktanks. Die Ausprägung der Patches und des Greifers ist an die Größe und Komplexität des Bauteils angepasst.

Neue Anwendungen und Kunden für die automatisierte Produktion von Faserverbundbauteilen

Greifer

Automatisierungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

Composite-Halbzeuge

Kohlenstofffasern / -matten

Verstärkungsstoffe

Inspektionssysteme

Fertigungsautomation

Bildverarbeitung

Industrieroboter

Montagetechnik

Verstärkung im Anflug

 Bausano rüstet seine Extrusionsanlagen für die Verwendung von Kunststoffabfällen (PVC, PE oder PP) und von Naturfasern auf, darunter Holzmehl und Stoffe pflanzlichen Ursprungs wie Reishülsen, Kaffeesatz, Bananenschalen, Algen, Mandelschalen, Avocadokerne, Kork und andere pflanzliche Rückstände.

Gut gemischt: Im Extruder werden die Naturfasern mit aufgeschmolzenem Polymer vermischt.

Kunststoffe, biobasiert

Extruder

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Extrusionsanlagen

Extrusionslinien für Naturfaserabfälle

Kurzfaserverstärkte Kunststoffe werden für viele technisch anspruchsvolle Anwendungen verwendet. Für eine hohe Produktqualität müssen die richtungsabhängigen Materialeigenschaften schon in der Bauteilauslegung mitberücksichtigt werden. Vor- und Nachteile zweier Vorgehensweisen werden in diesem Artikel diskutiert.

Wasserpumpe bFlow C als Beispiel einer mit kurzglasfaserverstärktem Kunststoff hergestellten Komponente.

Berücksichtigung der Faserorientierung in der strukturmechanischen Simulation

Universal-Prüfmaschinen für Zug, Druck und Biegung

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Simulation

Software

Spritzgießsimulation

Analysetools, FEM

Modellierung

Methoden und Werkzeuge

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Anisotrope Simulation kurzfaserverstärkter Kunststoffe

Bei der Zerkleinerung von faserverstärkten Kunststoffen werden Faserbruchstücke freigesetzt, die sich auf Haut und Kleidung absetzen, zu Juckreiz führen und eingeatmet werden können. Im Projekt „Faserstäube“ wurde untersucht, wie toxisch die Faserbruchstücke sind und welche Zerkleinerungstechnik am besten geeignet ist, um die Freisetzung von einatembaren Fasern zu verhindern – oder zumindest zu verringern.

Mechanisches Recycling von faserverstärkten Kunststoffen

Faserstäube beim FVK-Recycling

Das Batteriesystem ist eine der schwersten Komponenten im Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. Durch den bedarfs- und funktionsgerechten Einsatz von Leichtbaumaterialien und großserienfähigen Fertigungsprozessen besteht großes Leichtbaupotenzial.

Leichtbau-Batteriemodul mit Lithium-Ionen-Batteriezellen im Pouch-Zellformat und SMC-Modul-Endplatten.

Traktionsbatteriesystem in Leichtbauweise für die Elektromobilität

Elektromobilität

Mobilität

Harzsysteme für Composite-Herstellung

Polyurethan

Energiespeichersysteme

Leichtbau für Schwergewichte

Isoco und V Frames vereinbaren mit Lehvoss Exklusivität bei Faserverbundwerkstoffen, einschließlich langer Carbonfaser- und Biopolymer-Carbon-Compounds.

Isoco und V Frames vereinbaren mit Lehvoss Exklusivität bei Faserverbundwerkstoffen. Im Fokus der strategischen Zusammenarbeit stehen auch Bio-Carbon-Compounds. Diese sollen die Umweltbilanz der Leichtbau-Fahrradrahmen weiter verbessern.

V Frames ist bereits erfolgreich in die Massenproduktion von spritzgegossenen Carbon-Rahmen, -Gabeln, -Cockpits und anderen Komponenten für mehrere OEMs eingestiegen und strebt aktuell ein Volumen von 1 Mio. Komponenten an, die bis 2027 im Isoco-Werk in Schmiedefeld, Thüringen, produziert werden sollen.

Nun liegt der Hauptfokus auf der Steigerung der Leistungsfähigkeit der Rohstoffe. Mit diesem Schritt sollen zukünftige Rahmen leichter und schlagfester werden. Zum Einsatz kommen dann Werkstoffe deren E-Module von derzeit 32.000 MPa auf langfristig bis zu 50.000 MPa erhöht werden, was die Steifigkeit der Komponenten weiter erhöht.

Das Unternehmen produziert bereits die laut eigener Aussage nachhaltigsten Fahrradrahmen der Welt und reduziert den CO2-Fußabdruck um 64 % im Vergleich zur traditionellen Rahmenproduktion mit Aluminium gemäß einer Lebenszyklusanalyse (LCA) der Universität Linz, Österreich. Darüber hinaus konzentrieren sich V Frames und Werkstoffpartner Lehvoss auf Compounds, die recycelte Fasern aus verschiedenen Branchen enthalten, und recyceln ihre Produkte am Ende ihrer Lebensdauer zu 100 % zu neuen Fahrradkomponentenprodukten. Das macht die Lieferketten unabhängig von Asien, da die gesamte Produktion in Deutschland angesiedelt ist und grundsätzlich just-in-time arrangiert werden kann.

Derzeit liegt die Produktionskapazität von Isoco bei knapp drei Millionen Rahmen pro Jahr. Der reduzierte Transportaufwand von Materialien und Teilen führt zu einer erheblichen Reduzierung des CO2-Fußabdrucks. Die Entwicklungskooperation mit Lehvoss soll die Umweltbilanz weiter verbessern, indem erstmals carbonfaserverstärkte Biopolymere in die Fahrradrahmen- und Komponentenproduktion eingeführt werden.

Geschäftsführer Michael Müller erläutert: „Lehvoss ist ein ausgezeichneter Partner für die Entwicklung, Produktion und Prüfung von Hochleistungsmaterialien. Mit diesen Schritten konnten wir die Grenzen unserer Technologie auf ein neues Niveau verschieben.“ Beispielsweise hat der Buddy Electric / Isoco X1-Rahmen den Fallgewichtstest mit 23 kg bei einer Fallhöhe von 1120 mm bestanden. Das für diese Hochleistungsrahmen verwendete Material ist jetzt auch für Dritte verfügbar. Weitere Materialien werden derzeit entwickelt und getestet, beispielsweise das weltweit erste biobasierte Langcarbonfasermaterial für das Wasserinjektionstechnologie (WIT)-unterstützte Spritzgießen.

„Als weltweit führender Materialentwickler war die Lehvoss-Gruppe schon immer führend bei der Entwicklung von carbonfaserverstärkten Hochleistungsmaterialien für viele verschiedene Branchen. Daher unterstützen wir bereits seit mehreren Jahren die Entwicklung von V-Frames-Technologie und -Produkten und testen kontinuierlich neue Materialien“, sagt Rene Warnick, Leiter Forschung und Entwicklung bei Lehvoss Customized Polymer Materials. Mit Fahrradrahmen und anderen Fahrradkomponenten biete V Frames einige der anspruchsvollsten Produkte in Bezug auf Produktsicherheit und Leistung in diesem Technologiesegment. „Die hohe Geschwindigkeit der Produktverbesserung, die wir bei V Frames sehen, macht sie zum perfekten Partner für uns, um die Grenzen der Materialeigenschaften in den kommenden Jahren weiter zu erhöhen“, so Warnick weiter. Die im Rahmen dieser Kooperation auf den Markt gebrachten neuen Materialien stellen für das Unternehmen laut eigener Aussage eine völlig neue Generation dar:

<ul><li>Biobasierte Langfasermaterialien für das WIT-Spritzgießen</li><li>Biobasierte Polyamide verstärkt mit kurzen Carbonfasern</li><li>Ökonomische, ökologische und leistungsoptimierte Werkstoffe auf Basis von PA, Carbonfaser- und Glasfasercompounds</li></ul>

„Wir freuen uns sehr, nach mehreren Jahren intensiver Zusammenarbeit die Unterzeichnung einer Exklusivitätsvereinbarung für unsere neuen Materialien mit V Frames und ISOCO bekannt geben zu können“, so Eric Folz, Senior Business Development Manager bei Lehvoss. Dazu gehöre die maßgeschneiderte Entwicklung optimierter Materialien in Kombination mit WIT, abgestimmt auf die Anwendungsbereiche und deren exklusive Produktion für V-Frames

Lehmann&Voss&Co. KG Werk Hamburg-Wandsbek 

https://www.lehvoss.de

Nachhaltiges Leichtgewicht: Der CO2-Fußabdruck des X1-Rahmens aus Kohlefaserverbundwerkstoff ist um 68 % geringer als bei der Herstellung eines herkömmlichen Aluminiumrahmens.

Spritzgießwerkzeug für die Fahrradkomponenten von V Frames