Holzwerkstoff- und Naturfaser-Technologien

Forschungsprojekt

BioProfile – Extrudierte und co-extrudierte Profile aus pflanzenreststoffverstärkten Biokunststoffen für Fassaden, Fenster und weitere architektonische Anwendungen

Fenster- und Fassadenprofile aus Kunststoff finden aufgrund ihrer Langlebigkeit, Pflegeleichtigkeit und guten Recyclingfähigkeit großen Absatz. In Kooperation mit der Universität Stuttgart entwickeln wir Profile aus Biokunststoff, in denen regional verfügbare Pflanzenreststoffe wie Weizenstroh als Füllstoff eingesetzt werden. Dank der guten Formbarkeit im Extrusionsverfahren lassen sich die Bio-Profile nicht nur für Fenster und Fassaden, sondern für diverse architektonische Anwendungen einsetzen. Mit diesem Projekt tragen wir dazu bei, den Anteil nachwachsender Rohstoffe in der Bauindustrie zu erhöhen. 

Schnitt durch ein pflanzenreststoffverstärktes und flammgeschütztes Kunststoffprofil
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Kunststoffprofile für Fassaden und Fenster mit Weizenstroh als Füllstoff schonen die Ressourcen

Während der Schwerpunkt der Arbeiten an der Universität Stuttgart auf der Implementierung der entwickelten Materialien in der Architektur liegt, befassen wir uns am Fraunhofer WKI mit der Compoundierung und Profilextrusion sowie Charakterisierung der Bio-Profile. Wir erforschen, wie das Material zusammengesetzt sein muss und welche Zusatzstoffe man braucht, damit die Profile sich gut extrudieren lassen. Außerdem sorgen wir dafür, dass die Bio-Profile  Bauteilanforderungen wie Brandschutz, UV-Stabilität, Wärmeschutz und Langlebigkeit erfüllen.

Um die Brandschutzklasse »schwer entflammbar« zu erreichen, verfolgen wir den Ansatz, Flammschutzmittel mittels Co-Extrusion in die Außenschicht der Profile einzubringen. Die Flammschutzwirkung untersuchen wir mit der UL94-Testmethode, dem Kleinbrennertest und dem Cone Calorimeter. Um die Langlebigkeit der flammgeschützten Profile einzuschätzen, führen wir alle Untersuchungen vor und nach künstlicher Bewitterung durch.

Vier Proben von Weizenstroh in verschiedenen Zerkleinerungsstufen
© Fraunhofer WKI | Richard Deetz
Aufbereitung von Weizenstroh für die Compoundierung

Im Hinblick auf Langlebigkeit, Wärmeschutz und UV-Stabilität prüfen und optimieren wir die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Bio-Profile, darunter Biegeeigenschaften, Wasseraufnahme und Quellung, Verhalten im Kugelfalltest, thermische Ausdehnung und Wärmeleitfähigkeit.

Die Herstellung der Bio-Profile erfolgt gemäß DIN EN 15534-1 für Verbundwerkstoffe aus cellulosehaltigen Materialien und Thermoplasten, üblicherweise Holz-Polymer-Werkstoffe (WPC) oder Naturfaserverbundwerkstoffe (NFC) genannt. Als Füllstoff eignen sich nicht nur Holzfasern und Holzfasermehle, sondern je nach Anwendungsbereich und regionaler Verfügbarkeit auch Naturfasern und Naturfasermehle aus anderen pflanzlichen Quellen, z. B. Hanf, Flachs, Sisal, Kokosnuss, Baumwolle, Kenaf, Jute, Manilahanf, Blattfasern der Banane, Bambus, Reis und Weizenstroh. Als Matrix kommen verschiedene Arten von petrochemischen oder pflanzlichen Polymeren zum Einsatz, die aus wiederverwerteten Kunststoffen gewonnen oder aus neuen Rohstoffen hergestellt werden. Das Fraunhofer WKI ist spezialisiert auf die Entwicklung von ressourcenschonenden Bioverbundwerkstoffen. Wir finden passgenaue Lösungen für verschiedenste Anwendungsbereiche.

Extrusionsanlage mit einer Fassadenplatte, die auf Förderbandrollen transportiert wird
© Fraunhofer WKI | Bastian Weiß
Extrusion von flammgeschützten Fassadenplatten auf Basis von Weizenstroh und Polyethylen
Probestück eines pflanzenreststoffverstärkten Kunststoffprofils, das in einen Ständer eingespannt ist und mithilfe eines Kleinbrenners beflammt wird
© Fraunhofer WKI | Jan Dannenberg
Kleinbrennertest
Kleine Anlage zur Freibewitterung auf einem Hausdach, bestückt mit zwölf Profilstücken
© © Foto Fraunhofer WKI | Jan Dannenberg
Freibewitterung der co-extrudierten Profile zur Ermittlung der Dauerhaftigkeit der Flammschutzwirkung

Projektpartner

  • Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (IKTE) der Universität Stuttgart (Koordinator)
  • Profine GmbH
  • ETS Extrusionstechnik Mathias Stange

Förderung

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)

FNR-Förderkennzeichen: 22021516

Laufzeit: 1.10.2017 bis 31.3.2020