Hochschule Darmstadt: Grasfaser-Compound mit 30 Prozent Naturfasern erreicht höhere Schlagzähigkeit

Die Hochschule Darmstadt hat im Forschungsprojekt "Gras-to-Plast" ein grasfaserverstärktes Polypropylen-Compound für die Verarbeitung im Spritzgießverfahren weiterentwickelt. Das Team um Prof. Dr.-Ing. Martin Moneke entwickelte eine Rezeptur mit 30 Masseprozent Grasfasern. Gegenüber dem bisherigen Material erhöhte sich die Schlagzähigkeit nach Angaben der Hochschule um rund 20 Prozent. Damit kommen neben Kleiderbügeln auch stärker beanspruchte Formteile wie Stapel- und Transportboxen als Anwendungen infrage.

Rezeptur und mechanische Eigenschaften
Das Compound besteht aus 60 Prozent Polypropylen, 30 Prozent Grasfasern sowie jeweils fünf Prozent Haftvermittler und Fließverbesserer. Der Haftvermittler verbessert die Verbindung zwischen Fasern und Polymermatrix; der Fließverbesserer unterstützt die Verarbeitung. Als Ausgangspunkt diente ein Grasfaser-Kunststoff, den die Cortec GmbH aus Wald-Michelbach bereits für Kleiderbügel verwendet. Das Unternehmen versendet nach eigenen Angaben jährlich mehr als 60 Millionen Kleiderbügel weltweit.

Im Projekt wurden spritzgegossene Bauteile unter anderem Fallversuchen aus fünf Metern Höhe und Durchstoßprüfungen unterzogen. Die höhere Schlagzähigkeit verringert die Anfälligkeit für Rissbildung bei Stoßbeanspruchung. Gleichzeitig gelang eine bessere Einbindung der Fasern in die Kunststoffmatrix. Bei der bisherigen Rezeptur lagen Fasern teilweise an der Bauteiloberfläche und konnten Feuchtigkeit aufnehmen. Dies führte zu Ablagerungen, zusätzlichem Reinigungs- und Wartungsaufwand sowie Ausschuss.

Wiesengras als Faserrohstoff
Anders als beim bisherigen Ausgangsmaterial stammt das Gras für die neue Rezeptur nicht aus eigens angelegten Monokulturen, sondern von bislang ungenutzten beziehungsweise nicht mehr für die Milchwirtschaft benötigten Wiesenflächen. Die dort vorkommenden Gräser und Kräuter unterscheiden sich in Zusammensetzung und Eigenschaften je nach Standort, Jahreszeit und Witterung. Ziel der Forschung war deshalb eine Rezeptur, die trotz wechselnder Faserqualitäten reproduzierbare Werkstoffeigenschaften ermöglicht.

Die Vorbehandlung der Fasern erfolgte beim Projektpartner Biowert Industrie GmbH in Brensbach. Das Gras wird fermentiert, gereinigt, mechanisch aufgeschlossen, getrocknet und zerkleinert. Anschließend werden die Fasern mit dem aufgeschmolzenen Polypropylen und den Additiven compoundiert. Die neue Mischung lässt sich nach Hochschulangaben bei niedrigeren Temperaturen und Drücken verarbeiten und läuft stabiler durch den Spritzgießprozess. Konkrete Zahlen zu den damit verbundenen Energieeinsparungen wurden nicht genannt.

Technologiereife und Einsatzmöglichkeiten
Nach Angaben des Forschungsteams erreichte das Material einen Technologiereifegrad von 8 bis 9 auf der neunstufigen TRL-Skala. Damit ist die Entwicklung weitgehend für die industrielle Anwendung qualifiziert. Ein konkreter Serienanlauf oder Produktionsmengen wurden bislang nicht mitgeteilt. Das Material kann laut Hochschule in geschlossenen Kreisläufen erneut zu Granulat verarbeitet werden.

Der Grasfaseranteil ersetzt einen Teil des Polypropylens und ermöglicht damit einen geringeren Bedarf an Polymerrohstoff. Zugleich bleibt das Compound mit 60 Prozent Polypropylen ein kunststoffbasierter Verbundwerkstoff und kein vollständig biobasierter Kunststoff. Die Ergebnisse sind vor allem für spritzgegossene Bauteile relevant, bei denen Rohstoffsubstitution, Stoßfestigkeit und Prozessstabilität gemeinsam bewertet werden müssen.

Weitere Informationen: h-da.de, cortec-kleiderbuegel.de, biowert.com

Hochschule Darmstadt, Institut für Kunststofftechnik Darmstadt, Darmstadt

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