Regionaler Hanfbast für Leichtbauprofile
Etablierung einer regionalen, biobasierten Wertschöpfungskette für faserverstärkte Kunststoffe
Der Anbau von Faserhanf für die Herstellung von Seilen und Bekleidung hat in Sachsen eine lange Tradition. Aufgrund seiner hervorragenden Fasereigenschaften qualifiziert er sich auch als nachwachsender Rohstoff für die Verstärkung in Faserverbundwerk-stoffen. Am STFI und IWU in Chemnitz erforscht man derzeit im Projekt CannaPul, wie eine regionale Wertschöpfungskette für hanfbasierte Leichtbauprofile umgesetzt werden kann. Dafür werden die prozesstechnische Verarbeitung der Hanffasern zu endlosen Fasersträngen und die Einbettung dieser in eine geeignete biobasierte Matrix untersucht.
Die Ausgangslage
Faserverstärkte Kunststoffe sind Werkstoffe, die aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix bestehen und sich als vielseitige und leistungsfähige Materialien mit hoher Festigkeit und Steifigkeit etabliert haben. Das Pultrusionsverfahren (Stangenziehen) ist ein kontinuierliches Herstellungsverfahren für faserverstärke Kunststoffe, bei dem hochwertige Profile entstehen. Endlose Faserstränge aus Glas-, Carbon- oder Naturfasern, sogenannte Rovings, werden durch ein duroplastisches Harzbad in eine beheizte Form gezogen und thermisch ausgehärtet. Es entstehen hochwertige Profile mit konstantem Querschnitt, hoher Festigkeit und geringem Gewicht, die sich ideal für Anwendungen eignen, die Leichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit erfordern. Die erdölbasierten Komponenten sollen perspektivisch durch biobasierte Rohstoffe substituiert werden.
Das Entwicklungsziel
Die zentrale Herausforderung im Forschungsprojekt CannaPul ist die Entwicklung und die Anwendung von biobasierten, regional verfügbaren Werkstoffen. Ziel ist die Herstellung endlosfaserverstärkter Profilstrukturen aus Hanfbastfasern in Kombination mit biobasierter thermoplastischer Matrix. Voraussetzung dafür ist einerseits die Bereitstellung von geeigneten Naturfasersträngen aus dem nachwachsenden regionalen Rohstoff Hanfbast. Zum anderen erfordert der Prozess das Aufbringen einer thermoplastischen Biopolymermatrix mit niedriger Viskosität und entsprechend hoher Fließfähigkeit sowie einer niedrigen Schmelztemperatur, um eine thermische Schädigung oder ein Verbrennen der Hanffasern zu vermeiden.
Die Kooperation
Projektbeteiligte bei CannaPul sind das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. Chemnitz (STFI) und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz (IWU). Das STFI untersucht die textiltechnische Verarbeitung von hochfesten Hanfbaststreifen zu endlosen Fasersträngen und stellt im Ergebnis biobasierte Bewehrungsfasern für den Pultrusionsprozess bereit. Die abgeschälten Hanfbaststreifen werden durch einen Fibrillierprozess vereinzelt und gleichmäßig als Band abgelegt. Das Band wird durch einen Ummantelungsprozess zugfest stabilisiert und als Garn bereitgestellt. Das IWU kümmert sich um die zahlreichen Herausforderungen beim Prozess der Pultrusion. Hierbei gilt es die Viskosität der Schmelze und die Verarbeitungstemperatur von Thermoplast auf das biogene Fasermaterial abzustimmen.
Der Prozess
Bei der Pultrusion wird die thermoplastische Schmelze aus Granulaten erzeugt. Die Herausforderung besteht dabei in der vollständigen Imprägnierung der Fasern sowie einer gleichmäßigen Faserverteilung. Gleichzeitig soll ein Faservolumenanteil von mindestens 50% erreicht werden, um hohe mechanische Kennwerte, insbesondere eine hohe spezifische (gewichtsbezogene) Zugfestigkeit, sicherzustellen.
Bei einer Warenabzugsgeschwindigkeit von bis zu 1000 mm/min ist während der Pultrusion eine Querschnittsfläche von 20 mm² zuverlässig und vollständig mit der thermoplastischen Schmelze zu imprägnieren.
Heike Metschies, Projektleiterin am STFI, hält fest: „Erste Ergebnisse liegen bereits in Form von rechteckigen Profilen mit Hanfbewehrung und thermoplastischer Matrix vor. Diese konnten wir auf der AGRA 26 in Leipzig u.a. dem Sächsischen Staatsminister für Umwelt und Landwirtschaft Georg-Ludwig von Breitenbuch vorstellen und auf der Techtextil in Frankfurt am Main einem großen Fachpublikum präsentieren.“
Ausblick
Im weiteren Verlauf des Projektes CannaPul wird die Substitution der noch erdölbasierten thermoplastischen Matrix durch eine biogene Thermoplastmatrix untersucht, die Vergrößerung des Profilquerschnittes umgesetzt und weitere Anstrengungen zur Qualitätsverbesserung des Hanffaserrovings unternommen.
Danksagung
Das Projekt wird kofinanziert durch Steuermittel von der Europäischen Union und dem Freistaat Sachsen im Rahmen des Programmes für regionale Entwicklung (EFRE) und dem Just Transition Fund (JTF) im Förderzeitraum 2021 bis 2027.
(Pressemeldung vom 5.5.2026)