Bachelorarbeit
Bachelorarbeit im ISB in der Arbeitsgruppe Biologische Werkstoffe
Optimierung von Verbundwerkstoffen mittels unidirektionaler Textilstrukturen
Wie Pflanzenstrukturen zu neuen Werkstoffen führen: Die Untersuchung des Papiermaulbeerbaums ermöglichte die Entwicklung eines belastbaren, biologisch abbaubaren Hanfverbundmaterials.
Naturfasern wie Hanf haben oft das Problem, dass sie nicht als endlose Fasern vorliegen, was die Nutzung bestehender Wickeltechniken erschwert. Durch die Untersuchung der Struktur des Papiermaulbeerbaums, dessen Fasern durch eine spezielle Schichtanordnung stabilisiert sind, konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden, die halfen, einen belastbaren, leichten und biologisch abbaubaren Hanffaserverbundwerkstoff zu entwickeln. Dieser neue Werkstoff könnte beispielsweise in der Möbel- und Konsumgüterindustrie eingesetzt werden.
Die Problematik von Naturfasern besteht darin, dass sie im Gegensatz zu industriell hergestellten Fasern nicht mit einer endlosen Faserlänge vorliegen und bestehende Wickeltechniken, wie sie für Glas- oder Carbonfasern zum Einsatz kommen, nicht angewendet werden können. Zur Lösung dieses Problems wurde die Struktur des asiatischen Papiermaulbeerbaumes Broussonetia papyrifera vent. genauer untersucht. Die längenbegrenzten Bastfasern ummanteln den zylindrischen Stamm. Der Aufbau des Bastes folgt einer Kombination von innerhalb einer Ebene orientierten und zueinander versetzen Schichten, die durch lokale Klebepunkte zusätzlich lagestabil fixiert sind.
Mit Hilfe der aus der Charakterisierung des Bastes B. papyriferas gewonnen Erkenntnisse, wie der lagestabilen Fixierung der Fasern sowie der Ausrichtung der Fasern, wurde ein Hanffaserverbundwerkstoff entwickelt. Dieser Verbundwerkstoff war dazu geeignet, zu einem hohen Belastungen standhaltendem, leichten und biodegradierbaren Rohr verarbeitet zu werden (siehe Abb. oben).
Der Werkstoff könnte in höher belastbaren Bauteilen, wie z. B. in der Möbel- und Konsumgüterindustrie, eingesetzt werden.
Proben von Verbundwerkstoffen mit asymmetrischer Schichtung.
Quelle: Dentel A. (2011): Der Papiermaulbeerbaum Broussonetia papyrifera als Vorbild für die Entwicklung unidirektionaler Textilstrukturen für optimierte Verbundwerkstoffe. Bachelorarbeit, Internationaler Studiengang Bionik, Hochschule Bremen, unpubliziert.