Der Neue Wiesentbote

Für die gemeinsame Entwicklung eines neuartigen temperaturbeständigen Kunststoffs sind die Universität Bayreuth und die Neue Materialien Bayreuth GmbH mit einem MATERIALICA Design & Technology Award ausgezeichnet worden.

Diese seit 2003 von einer Jury aus Industrie und Forschung vergebenen Preise sind eine richtungsweisende Auszeichnung für innovative Produkte, die direkt oder indirekt auf den Eigenschaften und Funktionalitäten der eingesetzten Werkstoffe beruhen. Im Rahmen der ‚eMove360° Europe 2016‘ – einer internationalen Fachmesse für e-Mobilität in München – nahm ein Team aus Bayreuth vor kurzem den Silver Award 2016 in der Kategorie „Material“ entgegen.

Partikelschäume – ein attraktives Material für den Leichtbau

Bei dem preisgekrönten Material handelt es sich um einen neuartigen Partikelschaum, der eine besonders gute Temperaturbeständigkeit hat. Partikelschäume bestehen aus einzelnen Kunststoff-Schaumperlen und zeichnen sich durch sehr gute spezifische mechanische Eigenschaften, hohe thermische Isolierfähigkeit und ein enormes Leichtbaupotenzial aus. Im Vergleich mit anderen Schaumkunststoffen bietet die Partikelschaumverarbeitung einen wesentlichen Vorteil: Sehr komplexe, dreidimensionale Strukturen lassen sich bei geringsten Kunststoff-Dichten von bis zu 20 g/Liter direkt in Endkontur (d.h. ohne zusätzliche Arbeitsschritte wie Sägen, Schleifen, Bohren) herstellen. Aufgrund dieses Eigenschaftsprofils sind Partikelschäume in sehr unterschiedlichen Bereichen einsatzfähig: zum Beispiel im Verpackungssektor, im Sport- und Freizeitbereich, vor allem aber auch im Automobilsektor.

Beständig bei hohen Temperaturen, niedrige Dichte

Die heute in der Industrie am weitesten verbreiteten Partikelschäume stoßen allerdings an Grenzen, sobald es um höhere Temperaturen geht. Oberhalb von 90 °C fallen ihre mechanischen Eigenschaften drastisch ab. Den Forschern aus Bayreuth gelang es jedoch, einen neuartigen, temperaturbeständigen Partikelschaum auf Basis von Polybutylenterephthalat (E-PBT) herzustellen. Auch bei erhöhter Temperatur und einer Dauergebrauchstemperatur bis etwa 180 °C hat dieses neue Material exzellente mechanische Eigenschaften. Damit konnte die Einsatzgrenze von Partikelschäumen um rund 100 °C nach oben verschoben werden. Die niedrige Dichte (150g/Liter) kann beispielsweise beim Einbau in Flugzeuge oder Automobile zu deutlichen Energieeinsparungen führen.

Der Bayreuther Forschungserfolg öffnet daher die Tür zu zahlreichen Anwendungen, in die bisher bekannte Partikelschäume – auf der Basis von Polypropylen (EPP) oder Polystyrol (EPS) – aufgrund mangelnder Temperaturbeständigkeit nicht vordringen konnten. So lässt sich E-PBT künftig beispielsweise für steife und gleichzeitige leichte Wärmeisolationslösungen in Motorräumen einsetzen. Ein weiteres Anwendungsfeld sind thermoplastische Strukturbauteile. Hier können die neuen Schäume in Verbindung mit faserverstärkten, thermoplastischen Deckschichten zu recycelbaren und damit umweltfreundlichen Verbundwerkstoffen weiterverarbeitet werden.

Enge Kooperation in Forschung und Entwicklung

Die neue Entwicklung wäre ohne die enge Kooperation der beiden prämierten Bayreuther Einrichtungen nicht möglich gewesen. Am Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe gelang es unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt, PBT so zu modifizieren, dass Schaumperlen in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden konnten. Gemeinsam mit der Neue Materialen Bayreuth GmbH wurden diese Schaumperlen in einem weiteren Schritt zu Formteilen verschweißt. Der neuartige temperaturbeständige Partikelschaum zeigt auf diese Weise beispielhaft, wie eine Verzahnung von Material- und Prozessentwicklung zu erfolgreichen Innovationen führt.