HS Bremen: Optimierung von nachhaltigen biobasierten Verbundwerkstoffen

Faserverbundwerkstoffe (ein Werkstoff aus verstärkenden Fasern in einem Kunststoff) sind aus unserer Lebenswelt nicht mehr wegzudenken. Sie umgeben uns überall im Alltag, sei es im Nah- und Fernverkehr wie im Automobil, im Flugzeug sowie im Fahrrad oder in vielfältigen Anwendungen im Sportbereich in Form von Tennisschlägern, Surfboards oder Segelbootrümpfen. Augenfällig werden Faserverbundwerkstoffe auch im Energiebereich in Form der Rotorblätter von Windkraftanlagen.

Die Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen werden von den Eigenschaften der Faser und des Kunststoffs (Matrix) bestimmt, sind aber vor allem auch von der Haftung zwischen Faser und Kunststoff geprägt. Die Bestimmung der sogenannten Faser-Matrix-Haftung ist nicht trivial. Daher hat sich die Arbeitsgemeinschaft Biologische Werkstoffe von Professor Dr. Jörg Müssig am Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen seit einigen Jahren diesem Thema gewidmet. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich unter anderem mit Fragen der Faser-Matrix-Haftung in biologischen, bionischen und biobasierten Verbundwerkstoffen.

Die Forschung und Entwicklung an der Hochschule Bremen in diesem Bereich hat zu einigen Publikationen in international renommierten Journalen geführt. Insbesondere auch die Arbeiten von Dr. Nina Graupner aus der AG werden international stark wahrgenommen. Insgesamt wurden die Arbeiten zur Faser-Matrix-Haftung (aktuell zehn begutachtete Aufsätze) aus der Hochschule Bremen bereits über 300 mal von anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zitiert (Scopus: Stand Juli 2020).

„Aufgrund der zunehmenden Diskussion über nachhaltige und CO2-reduzierte Werkstoffe sehen wir in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage nach Fasern auf Cellulose-Basis als Verstärkungskomponenten in Verbundwerkstoffen“ erklärt Nina Graupner.

In diesem Zusammenhang ist das Wissen um die Möglichkeiten der Modifizierung von Natur- und Cellulosefasern für eine verbesserte Haftung in der Kunststoffmatrix essentiell. Die Faser-Matrix-Haftung in cellulosefaserverstärkten Polymeren ist für die Auslegung von biobasierten Verbundwerkstoffen von erheblicher Bedeutung.

Jörg Müssig betont: „Leider gibt es für viele Methoden zur Bestimmung der Faser-Matrix-Haftung keine Standards oder Normen. Deshalb stellen wir in dem Übersichtsartikel verschiedene Methoden vergleichend dar und gehen auf die wichtigsten Einflussfaktoren und Unterschiede in den Methoden ein.“ 

Die Forscherin und der Forscher der Hochschule Bremen wollen durch eine systematische Übersicht sowie eine eindeutige Beschreibung und Diskussion der Methoden der internationalen Leserschaft eine breite Wissensbasis und ein besseres Verständnis zur Charakterisierung der Faser-Matrix-Haftung geben.

Foto: Mikrobondtest: Tröpfchen aus dem biobasierten Kunststoff PLA auf einer Regeneratcellulosefaser (Lyocell)
Quelle: Dr.-Ing. Nina Graupner, AG Biologische Werkstoffe, Hochschule Bremen