Das Material Naturfaserverstärkter Kunststoff

Naturfaserverstärkter Kunststoff, kurz NFK, ist ein Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff (z. B. Polyesterharz, Epoxidharz oder Polyamid) und Naturfasern. NFK gehört innerhalb der Biowerkstoffe zu den Biokompositen. Er wird sowohl als langfaserverstärkter als auch als kurzfaserverstärkter Kunststoff eingesetzt. Naturfaserverstärkte Kunststoffe erhalten über die eingearbeiteten Naturfasern eine Stabilität, die ohne sie nicht möglich wäre. Der Hauptanwendungsbereich liegt im Fahrzeugbau, vor allem in der Konstruktion von Verkleidungsbauteilen im Fahrzeuginneren.
Ein Vielzahl von verschiedenen Naturfasern können für die Produktion von Naturfaserverbundwerkstoffen eingesetzt werden. Die Fasern unterscheiden sich teilweise drastisch sowohl in Form und Länge, als auch in chemischer Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften. Dies wiederum hat groβen Einfluss auf die Verarbeitungsmöglichkeiten der Fasern und auf die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe. Die am häufigsten für die Produktion von Faserverbundwerkstoffen eingesetzten Fasern sind die heimischen Flachs- und Hanffasern, sowie subtropische und tropische Fasern wie Jute-, Kenaf-, Ramie- oder Sisalfasern. Auch Holzfasern werden als Füll- und Verstärkungsmaterial in Faserverbundwerkstoffen eingesetzt. Zur besseren Abgrenzung zu den anderen Naturfasern und aufgrund ihrer mengenmäßigen Bedeutung werden Verbundwerkstoffe mit Holz als Füll- oder Verstärkungsmaterial als Wood-Plastic-Composites bezeichnet.
Da sich die Naturfasern deutlich von Glas- und Carbonfasern unterscheiden, ist es oftmals nötig die gängigen Herstellungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe den Besonderheiten der Naturfasern anzupassen. Dazu gehören zum Beispiel ihre begrenzte thermische Stabilität, was auch die Auswahl der möglichen thermoplastischen Kunststoffe stark eingrenzt, und ihre starke Hydrophilität. Dennoch ist es heutzutage, durch Anpassungen existierender Herstellungsverfahren und die Entwicklung neuer Prozesse möglich, Naturfaserverbundwerkstoffe mit einer Vielzahl verschiedener Verfahren zu verarbeiten. Eines der wichtigsten Verarbeitungsverfahren für NFK ist das Formpressen, bei dem Fasermatten zur Herstellung der Bauteile verwendet werden und sowohl thermoplastische als auch duroplastische Kunststoffe eingesetzt werden können. Zu den neueren Verarbeitungsverfahren, denen groβe Wachstumschancen eingeräumt werden, zählen der Naturfaser-Spritzguss und das Extrusionsverfahren. Weitere Verfahren für die Verarbeitung von NFK sind Pultrusion, Resin Transfer Moulding oder auch Sheet Molding Compound.
Naturfaserverbundwerkstoffe besitzen eine Reihe von Eigenschaften die sie als Werkstoff interessant machen. So verfügen die Naturfasern in der Regel über eine deutlich geringere Dichte als Glasfasern oder mineralische Füllstoffe, was, bei einem entsprechend hohen Faservolumenanteil, zu einer deutlichen Gewichtsersparnis eines Bauteils führen kann. Da die Naturfasern aber auch hohe Steifigkeiten und Festigkeiten aufweisen, ergibt sich so ein groβes Substitutionspotential für glasfaserverstärkte und gefüllte Kunststoffe. Ein groβes Problem dieser Werkstoffe ist allerdings ihre oft relativ geringe Schlagzähigkeit, welche sich aber durch den Zusatz von Naturfasern mit hoher Dehnfähigkeit verbessern lässt. Des Weiteren sind die Naturfasern und somit auch die Verbundwerkstoffe aus medizinischer Sicht deutlich unbedenklicher, was zu einer verbesserten Arbeitssicherheit führt. Naturfaserverbundwerkstoffe weisen auch eine deutliche geringere Splitterneigung als glasfaserverstärkte Kunststoffe auf. Da Naturfasern unabhängig vom stark schwankenden Erdölpreis und relativ preisstabil sind, ergibt sich eine deutlich bessere Planbarkeit was die Herstellungskosten dieser Werkstoffe angeht. Zu dem benötigen die Naturfasern deutlich weniger Energie in der Herstellung als Glas- oder Carbonfasern, was neben niedrigeren Herstellungskosten auch zu einer deutlich verbesserten CO2-Bilanz der Werkstoffe führt, welche zudem noch dadurch begünstigt wird, dass Naturfasern fast CO2-neutral und rückstandsfrei verbrennen. Neben dem arbeitsmedizinischen Aspekt ergeben sich noch weitere Vorteile bei der Verarbeitung dieser Werkstoffe. So verursachen die Naturfasern eine deutliche geringere Abrasion im Werkzeug und durch die notwendige Reduktion der Verarbeitungstemperaturen verkürzen sich die Zykluszeiten in der Produktion und der Energieverbrauch ist geringer.

Quelle: Wikipedia