Kunststoff ist in unserer modernen Welt allgegenwärtig, doch er ist inzwischen auch zur massiven Bedrohung für Mensch und Umwelt geworden. Bei der Suche nach Alternativen ist unter anderem Zellulose in das Blickfeld der Forschung gerückt: Sie ist die in der Natur am meisten vorkommende organische Substanz und ein nachwachsender, recycelbarer Rohstoff. Der natürliche, auf Zellulose basierende Werkstoff Papier erreicht aufgrund guter Infrastrukturen eine Recyclingquote von 80 Prozent, während Kunststoffe nur auf etwa 35 Prozent kommen. Als Material für dreidimensionale Bauteile ist Zellulose allerdings noch limitiert: Aktuelle Verfahren, um Papier zu dreidimensionalen Bauteilen zu formen, erreichen nur geringe Festigkeiten und bieten wenig Designfreiheiten. Zur Herstellung solcher komplexen Bauteilen eignet sich das Spritzgussverfahren besonders gut, doch es funktioniert bislang nicht für Papiersuspensionen mit hohem Faseranteil.
Im Projekt TecZePro wird ein Prozess zur Herstellung von komplexen dreidimensionalen Papierbauteilen im Spritzgussverfahren entwickelt und untersucht, inwieweit Kunststoff in technischen Bauteilen durch Papier ersetzt werden kann. Dabei forscht das Projektteam nach Möglichkeiten, die rheologischen Eigenschaften der Papiersuspension zu beeinflussen. Zudem wird eine Verarbeitungstechnologie entwickelt, die eine prozesssichere und effiziente Herstellung von Papierbauteilen im Spritzgussprozess ermöglicht. Dafür ist ein innovatives Anlagenkonzept notwendig. Die optimalen Prozessparameter sowie Optimierungspotenziale der Anlage werden ermittelt. Im Anschluss erfolgen eine Parameterstudie zur Herstellung von Papierbauteilen sowie die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften und der potenziellen Anwendungsbereiche.
Das Vorhaben legt den Grundstein zur Verarbeitung von Papierpulpen mit hohen Faseranteilen im Spritzgussverfahren, sodass sich aus den Ergebnissen eine Reihe an möglichen Folgeprojekten ergibt. Weitere Forschungen könnten sich beispielsweise mit Füllsimulationen, Steigerung der Prozesseffizienz, Fasereigenschaften, -ausrichtung und -struktur der Papierbauteile befassen, ebenso wie mit der Integration von Funktionen wie etwa Stromleitung oder Heizelementen. Des Weiteren können die ermittelnden mechanischen Eigenschaften und Kenndaten für FEM-Simulationen genutzt werden. So ließe sich zum Beispiel nachweisen, dass ein spezifisches Papierbauteil ein bisheriges Kunststoffbauteil sicher ersetzen kann. Die Ergebnisse und die im Projekt entstehende Pilotanlage können für anschließende studentische Projektarbeiten, Abschlussarbeiten oder industrielle Projektarbeiten genutzt werden und kommen somit auch der Nachwuchsausbildung zugute.
Weiterführende Informationen zum Projekt auf der Website der TH Rosenheim.