25 Mai 2010

Biokunststoff als Konstruktionswerkstoff der Zukunft

Uni Stuttgart plant Entwicklung von Leichtbauplatten aus naturfaserverstärkten Biokunststoffen

Ob naturfaserverstärkte Biokunststoffe die herkömmlichen Kunststoffe im Bauwesen ersetzen können, untersucht das Institut für Tragkonstruktion und konstruktives Entwerfen der Universität Stuttgart in einem seiner Schwerpunkte. Mit einem durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt wollen die Forscher zusammen mit dem Projektpartner Nimbus Group transparente Leichtbauplatten aus Biokunststoffen mit Akustikfunktion entwickeln.

Die Anwendungen für faserverstärkte Kunststoffe sind vielfältig und zeigen somit die enorme Flexibilität des Werkstoffs. Auch im Bauwesen haben besonders die glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK) Einzug erhalten. Das Institut für Tragkonstruktion und konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart befasst sich unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers im Schwerpunkt mit faserverstärkten Kunststoffen sowie der Bionik und der Entwicklung neuer Baumaterialien.

Brücke aus Kunststoff
Die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Laugen sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit ermöglichen den Einsatz von glasfaserverstärktem Kunststoff als Konstruktionswerkstoff. Im gestalterischen Bereich bietet der glasfaserverstärkte Kunststoff zudem eine große Freiheit in der Formgebung sowie eine gute Lichtdurchlässigkeit. Im Jahr 2008 konnte das ITKE im hessischen Friedberg die erste Stahl-GFK-Brücke Europas installieren. Hier machten sich Prof. Knippers und sein Team das geringe Gewicht der faserverstärkten Kunststoffe zu nutze, indem die Brücke weitgehend vorgefertigt und so im Ganzen zur Baustelle transportiert wurde. Ein Ziel der neuen Brückenkonstruktion ist es, die Instandhaltungskosten aufgrund besserer Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit zu verringern. In den Kunststoff integrierte faseroptische Sensoren ermöglichen den Ingenieuren des ITKE eine jahrelange Überwachung der Brücke und somit eine wissenschaftliche Dokumentation des Kunststoffsverhaltens im Einsatz.

Transparente Bauteile aus Biopolymeren
Die Architektin Carmen Köhler untersucht während ihrer Promotion am ITKE die Anwendbarkeit von naturfaserverstärkten Biokunststoffen im Bauwesen. Die im Vergleich zu glasfaserverstärkten Kunststoffen deutlich leichteren naturfaserverstärkten Kunststoffe sind emissionsstabil und atmungsaktiv. “Ein Baustoff, der atmungsaktiv ist und dennoch keine Feuchtigkeit durchlässt, ist auch für die Architektur sehr interessant”, erklärt Carmen Köhler. Die Architektin kann sich daher den Einsatz in Fassaden und Dämmungen vorstellen.

In einem durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt versucht die Wissenschaftlerin transparente Bauteile aus Biokunststoff herzustellen, die einen möglichst hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen enthalten. Gemeinsam mit dem Projektpartner Nimbus Group will das ITKE eine transparente Leichtbauplatte aus Biokunststoff mit Akustikfunktion entwickeln.

“Im Moment prüfen wir die Materialien, die wir für die Platten verwenden können”, erklärt Carmen Köhler. Polylactid, Celluloseacetat und weitere Werkstoffe stehen auf dem Prüfstand. Die Auswahlkriterien sind der Preis, die Temperaturbeständigkeit sowie der mögliche Einsatz von Additiven während der Verarbeitung. “Wir möchten mit dem Werkstoff die Baustoffklasse B2 oder sogar B1 erreichen”, so Köhler, “der Werkstoff soll also möglichst schwer entflammbar sein.” Eingesetzt werden sollen die Leichtbauplatten zum Beispiel in Großraumbüros zur Raumtrennung. Neben den hohen Ansprüchen an das Design, spielt die Akustikfunktion der Platten eine bedeutende Rolle. “Durch die Mikroperforation werden die Schallwellen an den Platten abgebremst”, erklärt Köhler, “so dass eine bedämpfte Raumakustik entsteht.” Aus nachwachsenden Rohstoffen wird somit eine akustische Raumgliederung geschaffen, bei der die optische Durchlässigkeit des Raums erhalten bleibt.

Biokunststoff auch im Außenbereich
Für Biokunststoffe ist jedoch auch ein Einsatz im Außenbereich denkbar. Werkstoffprüfungen zeigen, dass Celluloseacetat und Polylactid sehr UV-beständig sind. Farbveränderungen durch Sonneneinstrahlung waren bei den genannten Biokunststoffen geringer, als bei herkömmlichen transparenten Kunststoffen.
Celluloseacetat wird jetzt schon in transparenten Wärmedämmungen verwendet. “Im Außenbereich wären sehr interessante Anwendungen möglich, hier liegen jedoch völlig andere Anforderungen an die Gebrauchstemperatur vor”, erklärt Köhler. Ziel der Forschungen ist es zu prüfen, ob transparente Biokunststoffe transparente Kunststoffe im Bauwesen ersetzen können.

Source: BIOPRO Baden-Württemberg GmbH, 2010-05-24.

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