Bio-FML – Entwicklung und Herstellung nachhaltiger Faser-Metall-Laminate (FML) auf Basis natürlicher und recycelbarer Ausgangsmaterialien

Forschungsprojekt »Bio-FML«

Projektlaufzeit: Mai 2019 bis April 2022

Kunststoffe finden aufgrund ihrer flexibel einstellbaren Eigenschaften eine Vielzahl an Einsatzbereichen. Das breite Anwendungsspektrum reicht von Lebensmittel­verpackungen und Einwegartikeln bis hin zu hochbeanspruchten Leichtbaukomponenten wie z.B. in Form von faserverstärkten Strukturbauteilen für die Luft- und Raumfahrt. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts haben sie sich zu einem Technologietreiber in unterschiedlichsten, zukunftsrelevanten Industrien und einem festen Bestandteil im alltäglichen Leben entwickelt. Einhergehend mit breitem Nutzen, hoher Ergiebigkeit bei der Produktion und Energieeffizienz in vielen Anwendungen, stellt die Produktentsorgung am Ende des Lebenszyklus eine zunehmende Herausforderung dar, um eine Umweltbelastung zu vermeiden.

Im Projekt »Bio-FML« wird ein vollständig recycelbares und teilweise biologisch abbaubares Faser-Metall-Laminat (FML) entwickelt, das sich zum Beispiel zur Produktion von Luftfracht- oder Wohncontainern eignet. Die Entwicklung eines effizienten Fertigungssystems soll außerdem sicherstellen, dass der ökologische Hybridwerkstoff in Serie hergestellt und der Bedarf für eine kommerzielle Nutzung gedeckt werden kann.

Wettbewerbsfähige und nachhaltige Hybridwerkstoffe aus NFK und Metall

Thermoplastische Biowerkstoffe bieten aufgrund ihrer Rezyklier- und Kompostierbarkeit hohes Potential, die Umweltbelastung zu reduzieren, konnten sich aufgrund preislicher und technischer Defizite gegenüber konventionellen Materialien jedoch nicht etablieren. Ein neues Fertigungssystem, das im Projekt »Bio-FML« entwickelt wird, soll Hybridwerkstoffe aus Bio-Material kostengünstig und in Serie herstellen können: Dabei wird ein Bio-Kunststoff mithilfe textiler Halbzeuge aus Naturfasern mechanisch verstärkt (NFK) und in Sandwichbauweise von metallischen Decklagen ummantelt. Die physikalischen Eigenschaften von Naturfasern haben eine natürliche Varianz, die durch die Metalldecklagen ausgeglichen werden. Die metallische Kaschierung des Faserverbundkerns ermöglicht darüber hinaus eine Wertschöpfung mittels klassischer Verfahren der metallverarbeitenden Industrie. Das neue Herstellungsverfahren zeichnet sich durch den Verzicht auf teure Imprägnier-Pressen aus. Das spart Investitionskosten ein und senkt die Fertigungskosten der Bauteile. Zudem zeichnet sich der neue Werkstoff durch wettbewerbsfähige Eigenschaften aus, wie bspw. eine robuste, lackierbare Oberfläche.

Verbindungsfester Formschluss zwischen Faserverbundkunststoff und Metall

Gemeinsam mit drei Projektpartnern entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ein kostengünstiges Produktionssystem zur kontinuierlichen Herstellung des nachhaltigen Hybridwerkstoffs. Während des Imprägnier- und Fügeprozesses dient das metallische Ausgangsmaterial als Werkzeug zur Wärme- und Druckübertragung und bildet abschließend die beidseitige Decklage im Hybridwerkstoff. Um einen verbindungsfesten Formschluss zwischen NFK-Kern und Metall zu realisieren, wird ein Laserprozess zur Oberflächenbehandlung entwickelt und die Systemtechnik in das Produktionssystem integriert. Ein solcher Mikroformschluss erlaubt es, auf umweltschädliche Haftvermittler zu verzichten und das Material am Ende des Produktzyklus mittels Wärmezufuhr zu recyceln.

Konsortium

  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen (Projektkoordinator)
  • Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) der RWTH Aachen
  • DIRKRA Sondermaschinenbau GmbH, Stolberg
  • Delcotex Delius Techtex GmbH & Co. KG, Bielefeld

Fördergeber

  • Projektträger Jülich (PtJ), Ausschreibung NeueWerkstoffe.NRW
  • Dieses Projekt erhält Förderung durch das Förderprogramm EFRE.NRW im Leitmarkt NeueWerkstoffe.NRW der Europäischen Union. Förderkennzeichen EFRE-0801475