Fraunhofer ICT: Themen und Exponate im Bereich Nachhaltigkeit

Das Fraunhofer ICT präsentiert sich auf der K 2022 auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer Gesellschaft am Science Campus unter anderem mit dem Schwerpunkt "Nachhaltigkeit" mit einer Vielzahl von Einzelthemen.

Isocyanatfreie Polyurethane für die Medizintechnik - (Bild: Fraunhofer IAP).

Isocyanatfreie Polyurethane - Vorteile in der Medizintechnik
Konventionelle Polyurethane werden in der Regel aus giftigen Isocyanaten hergestellt und weisen häufig Schwankungen in den Materialeigenschaften auf. Beides kann besonders in sensiblen Einsatzbereichen wie der Medizintechnik für Probleme sorgen. Fraunhofer-Forscher haben eine Herstellungsweise für Polyurethane entwickelt, die auf toxische Isocyanate verzichten und gleichzeitig Kohlendioxid (CO2) als Ausgangsmaterial nutzen soll. Sie sollen die Anforderungen ebenso wie konventionelle Polyurethane erfüllen und darüber hinaus auch reproduzierbare Materialeigenschaften haben.

Performance Upgrade für Biopolymere
Gemeinsam mit Partnern entwickelt das Fraunhofer ICT Rezepturen zur Herstellung maßgeschneiderter Biopolymersysteme für die Verarbeitung im Spritzgieß- oder Schmelzspinnverfahren. Zudem werden schäumbare und extrudierbare Rezepturen für einen vielseitigen Einsatz beispielsweise im Bausektor, der Automobilindustrie oder für die Textilbranche entwickelt. Wo möglich nutzen die Experten Kombinationsmöglichkeiten von selbstverstärkten Biocompositen oder biobasierten Sandwichstrukturen.

Hybride und kreislauffähige Leichtbaulösungen
Die hergestellten hybriden Materialverbundsysteme bestehen aus einer PLA-Matrix und Basaltfasern. Die zugrundeliegende optimierte und recyclingfähige PLA-Rezeptur und die integrierten basaltfaserverstärkten UD-Tapes sollen sich mittels eines enzymatischen Recyclingprozesses wieder zurückgewinnen lassen, als Basaltfasern und monomere Milchsäure. Die Verbundeigenschaften dieser nachhaltigen Leichtbaustruktur soll auf einem vergleichbaren Niveau wie beim Referenzsystem Polypropylen/Basaltfaser liegen.

Nachhaltige Sandwich-Strukturen
Ein vielversprechender Ansatz für eine nachhaltige Sandwichbauweise sind Monomaterial-Sandwichsysteme, die aus selbstverstärkten Deckschichten und geschäumten Kernen auf der Basis desselben Polymers bestehen. Am Messestand werden Demonstratoren gezeigt auf der Basis der Polymere Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat und des biobasierten Polymers Polylactid.

Leichtpalette auf Basis von geschäumten PLA-Partikelschaum - (Bild: Fraunhofer ICT / Mona Rothweiler).

Leichtpalette auf Basis von Bioschäumen
Im Projekt "BioFLiP" wird aufgezeigt, wie sich mit biobasierten Polymeren (PLA) und Naturstoffen leichte und trotzdem hochwertige Anwendungen umsetzen lassen. Speziell für das Transportwesen wurde diese Leichtpalette mit modularen Elementen und integrierten Funktionskomponenten entwickelt. Das geringere Gewicht und die ausgewählten Materialien der Palette wirken sich insgesamt positiv auf die Ökobilanz aus. Die Palette besteht aus einem geschäumten Kern. Die Belastbarkeit wird durch eine entsprechende Oberflächenveredelung und Verstärkungsstrukturen erreicht.

Reaktive Extrusion mit reduziertem C02-Fußabdruck
Der einfache Austausch von Komponenten auf Erdölbasis durch erneuerbare Alternativen in einem gut etablierten Prozess der reaktiven Extrusion gilt als vielversprechender Weg zu umweltfreundlichen thermoplastischen Polyurethan-Elastomeren (TPU). Untersucht werden hier die Wechselwirkungen zwischen chemischen Reaktionen und dem Materialfluss innerhalb eines Extruders sowie die Auswirkungen von Wärme und Scherung auf die Polymerisation und die Schmelzeverarbeitung.

Mehr Leichtigkeit für die Elektromobilität
Nichts bleibt unversucht, um das Gewicht von elektrischen Fahrzeugen zu senken und die Effizienz beim Fahren zu steigern. In diesem Fall geht es um die Optimierung des Elektromotors. Beim Herstellungsprozess wird hierbei der vormontierte Stator mit den montierten Spulen umspritzt mit einer wärmeleitfähigen, mineralgefüllten Epoxidharz-Formmasse. Dieses Spritzgießverfahren erzeugt die komplexe Kühlkanalgeometrie und kapselt den Stator ein. Die Struktur wurde mithilfe von Finite-Elemente-Simulationen entworfen, um die Drehmomentübertragung durch den umspritzten Stator zu gewährleisten und die Abdichtung der Kanäle sicherzustellen. In Simulationen zur Wärmeübertragung wurde die Strömung in den Kanälen analysiert, das Kühlpotenzial abgeschätzt und der Druckverlust ermittelt, der trotz der engen Kanäle in einem für Automobilanwendungen akzeptablen Bereich liegen soll.

Recyclingfähige Pultrusionsprofile
Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz gelten neben den Kosten als die wesentlichen Treiber für die Wettbewerbsfähigkeit neuer Produkte. Großes Potenzial sieht das ICT hier in leistungsfähigen, kontinuierlich faserverstärkte Kunststoffen mit thermoplastischer Matrix aus Polyamid 6. Ein neuartiges Verfahren, solche Hochleistungsverbunde herzustellen, bietet die "in- situ-Pultrusion" (Pultrusion = Strangziehverfahren) mit dem Monomer e-Caprolactam. Das niederviskose Monomer e-Caprolactam soll entscheidende Vorteile gegenüber vergleichbaren Matrixsystemen bieten und polymerisiert bei der Verarbeitung zu Polyamid 6. Somit sollen sich mit diesem kontinuierlichen Verfahren leistungsfähige Profile auf Basis eines kreislauffähigen thermoplastischen Materials kosteneffizient und hochproduktiv herstellen lassen.

K 2022, 19.-26. Oktober 2022, Düsseldorf,
Halle B7, Stand SC01/SC01-3 (Science Campus)

Weitere Informationen: www.ict.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Pfinztal

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