Um die Naturfasern widerstandsfähiger zu machen, wird das Vorgarn mit Monomeren getränkt: Die Polymerisation läuft dann innerhalb des Garns ab.
Fraunhofer LBF
Naturfasern stellen aufgrund verschiedener Vorteile eine Alternative zu glas- und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (GFK,CFK) dar: Sie sind nachwachsend, biologisch abbaubar und robust, verbrauchen weniger Energie in der Herstellung, sind leichter und weisen bessere akustische Eigenschaften auf. Ihr Nachteil: Sie nehmen sehr leicht Wasser auf, werden dadurch beschädigt und verlieren ihre sonst guten mechanischen Eigenschaften. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt hat dieses Problem zusammen mit dem Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Sondierungsprojekt "Bastfix" gelöst.
Faserbehandlung und Garntechnik clever kombiniert
"Eine reine Oberflächenbehandlung der Naturfasern mit wasserabweisenden Schichten bringt keinen Fortschritt", erklärt Dr. Roland Klein, Gruppenleiter für Grenzflächendesign im Forschungsbereich Kunststoffe am LBF. "Das Wasser dringt dann nach wie vor über Schnittkanten oder sonstige Beschädigungen in die Naturfaser ein." Aus diesem Grund haben die Wissenschaftler die Fasern so behandelt, dass sie im Innern feuchteabweisend sind. Das gelang ihnen, indem sie Polymere im Innern der Naturfasern erzeugt haben. "Zunächst haben wir die Monomere des Kunststoffs in die Hohlräume der Naturfasern eindringen lassen. Die Polymerisation lief dann direkt im Innern der Fasern ab", beschreibt Klein den Kern der neuen Faserbehandlung. Der Einsatz des Verfahrens ist insbesondere für thermoplastische Faserverbunde interessant, da bei deren Herstellung das geschmolzene Polymer sehr viskos ist, nicht ins Innere eindringt und die Fasern nur oberflächlich benetzt.
Bei ihren Versuchen verwendeten die Forscher Flachsfasern in Form eines Vorgarns. Hierbei können die Fasern vollständig mit dem Monomer getränkt werden, da sie noch einzeln vorliegen. An einem verdrehten Garn oder einem Gewebe wäre die vollständige Tränkung gegebenenfalls nicht gewährleistet. Im Umwindespinnverfahren ordnen die Aachener Wissenschaftler die Naturfasern parallel an und umwinden die parallelen Stränge mit einem Umwindefilament. Dadurch sind die Fasern nicht verdreht, was Ihnen eine erhöhte Festigkeit verleiht. "Indem man beide Verfahren kombiniert, lassen sich die physikalischen Eigenschaften der Naturfasern voll ausschöpfen. Durch diese beiden Entwicklungen wird das Einsatzgebiet für NFK stark erweitert, sodass sie auch in Außenbereichen und hochbeanspruchten Bauteilen eingesetzt werden können", schildert Klein den Mehrwert. Bislang kommen NFK vor allem in Autos vor, zum Beispiel als Innenverkleidung von Türen.