Nachwachsende Rohstoffe allein sind noch keine Innovation. Seit Jahrzehnten werden sie im Automobil eingesetzt. Inzwischen gibt es dazu viel Literatur, umfassende Erfahrungen sowie normierte Standards zu Aufmachung und Eigenschaften. Dennoch stellen sich bei jedem neuen Bauteil, das nachhaltig konzipiert werden soll, immer wieder die gleichen Fragen:

  • Welches Fertigungsverfahren kommt zum Einsatz?
  • Wie erfüllt man die Erwartungen der Kunden?
  • Können die Qualitätsanforderungen eingehalten werden?
  • Ist eine Umsetzung in der Serie möglich?

Waren es früher vor allem ökonomische Gründe, die beispielsweise den Einsatz von Reißbaumwolle für Dämmmatten oder Bastfasern als Verstärkungsfasern begünstigten, so spielen heute auch der Zeitgeist und soziale Trends eine zunehmende Rolle. Stichworte sind hier etwa Energieeinsparung, Nachhaltigkeit, Leichtbau oder CO2-neutrale Rohstoffe. Der Einsatz nachwachsender und rezyklierbarer Materialien ist überall dort, wo es machbar ist, mittlerweile unumgänglich.

Diese Trends beeinflussen die Wünsche an das Fahrzeuginnere. Anforderungen an ein innovatives Interieur sind zum Beispiel ein ganzheitliches Design, das den Menschen mit seinem subjektiven Erleben in den Mittelpunkt stellt, oder eine Funktionalität, die das Fahrzeuginnere in einen sicheren, vielseitigen und vernetzten Raum verwandelt. Auch aktuelle gesellschaftliche Trends, wie etwa Konnektivität, Gesundheit und Wohlbefinden, Individualisierung und Nachhaltigkeit bis hin zu personalisierten Gesundheits- und Wellness-Funktionen, prägen die Entwicklung.

Das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. (TITK) arbeitet an diesen Entwicklungsthemen aktiv mit. Ein Schwerpunkt sind dabei naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK). Seit drei Jahrzehnten – immer praxisnah und mit Industriepartnern – beschäftigt sich das Institut mit sämtlichen Problemen zu Naturfasern im Interieur (Aufschluss des Naturprodukts, Entwicklung von Halbzeugen wie hybride Mattenstrukturen oder spritzgießfähige Granulate, deren Verarbeitung und Prüfung sowie alternative Fertigungstechnologien).

Naturfasern zunehmend auch im Sichtbereich

Oberflächenprüfung textiler Strukturen mittels Martindale-Verfahren. (Bildquelle: alle TITK/OMPG)

Oberflächenprüfung textiler Strukturen mittels Martindale-Verfahren. (Bildquelle: alle TITK/OMPG)

Früher wurden Naturfaserbauteile, meist als Hybridvlies, im nichtsichtbaren Bereich, etwa in Türträgern oder Hutablagen, eingesetzt. Vorteile sind hier vor allem das geringe Gewicht, das „gutmütige“ Versagensverhalten und das Image eines nachwachsenden Rohstoffs. Inzwischen finden Naturfasern aber auch in sichtbaren Bereichen Anwendung. Hier liegt das Augenmerk nicht nur auf mechanischen Parametern, sondern es stehen auch ganz neue Anforderungen, insbesondere hinsichtlich der Oberflächengüte, im Fokus. Entsprechend wandeln sich die Ansprüche an die Material- und Prozessentwicklung und die Qualitätssicherung und Prüfung.

Oberflächenprüfungen sind ein zentrales Gebiet des TITK-Tochterunternehmens OMPG. In diesem akkreditierten Prüflabor werden seit langem Tests an etablierten Systemen auf Basis von lackierten Kunststoffteilen, Slush-Häuten und textilen Strukturen durchgeführt. Der Anteil an Oberflächen, die teilweise oder vollständig NFK enthalten, nimmt jedoch ständig zu. Die Qualität der Oberfläche definiert sich über die Haftfestigkeit von Lacken und Beschichtungen, das Abriebverhalten und die Beständigkeit gegen Medien und Pflegemittel sowie über die mechanische Widerstandsfähigkeit (insbesondere Kratzfestigkeit). Hat die Außenseite einen textilen Charakter, so rücken weitere Parameter, wie etwa das Fadenziehverhalten oder der Abrieb, ins Blickfeld.

Prüfung der Oberflächenbeständigkeit gegen Abrieb – die sogenannte Crockmeter-Prüfung

Prüfung der Oberflächenbeständigkeit gegen Abrieb – die sogenannte Crockmeter-Prüfung

Häufig sind bei diesen Prüfungen Besonderheiten zu beachten, etwa eine „nicht prüfnormgerechte“ Bauteilgeometrie, tief strukturierte, inhomogene Deckschichten oder spezielle Anforderungen. Klären lassen sich solche Probleme über den engen Kontakt zum Kunden, mit dem Wissen um die Prozesse, die bei der Herstellung und bei der Verarbeitung der Bauteile ablaufen, vor allem aber über die Qualifikation und die Erfahrungen der Prüfer und eine damit verbundene Sachkompetenz für die jeweiligen Fragestellungen.

Ein weiterer, sehr wichtiger Punkt beim Interieur ist die Bestimmung von Emissionen aus Bauteilen. Unmittelbar spürt der Fahrer die Emissionen als Geruch und Fogging (Beschlagen der Innenscheiben durch Ausdünstungen). Genauso wichtig sind jedoch analytische Messungen, entweder der integralen Emission – dabei wird der Gesamtkohlenstoffgehalt ermittelt – oder der Einzelstoffbestimmung, einschließlich Formaldehyd. Ganz besonders gilt dies für NFK-Bauteile mit ihren bekannten Eigenheiten und deren Schwankungen, die durch Anbau, Ernte, Aufschluss und Verarbeitung entstehen.

Funktion, Langlebigkeit und Sicherheit im Fokus

Prüfdienstleistungen der OMPG

Prüfdienstleistungen der OMPG

Die lange Nutzungsdauer und die extremen Belastungen eines Kraftfahrzeugs erfordern widerstandsfähige Materialien, gerade auch im Interieur. Um die Langlebigkeit aller Bauteile abzusichern, sind sowohl Kurz- und Langzeittests, wie etwa die Simulation von UV-Strahlung und Klimaschwankungen, als auch Lagerungen in diversen Medien –  angefangen von Kraftstoffen über Öle bis hin zu unterschiedlichsten Reinigungs- und Pflegemitteln – erforderlich. Im Bereich der NFK rückt außerdem zunehmend die mikrobielle Beständigkeit in den Fokus. All diese Prüfungen können sowohl an Ausgangsmaterialien und Halbzeugen als auch an Bauteilen vorgenommen werden.

Ebenso besteht ein großes Interesse der Anwender an den Eigenschaften der Ausgangsmaterialien und Trägerteilen. Häufig werden hier im Kundenauftrag die Projekte von der Einzelfasercharakterisierung (Kraft-Dehnungsverhalten) über die einzelnen Fertigungsschritte unter Nutzung produktionsnaher Verfahren (Form- und Fließpressverfahren, Spritzgießen oder Extrusion) bis zum fertigen Faserverbundbauteil prüftechnisch begleitet.

Darüber hinaus spielen Sicherheitsaspekte eine wichtige Rolle bei der Werkstoffauswahl. So muss zum Beispiel die Brandausbreitung im Auto charakterisiert werden. Grundsätzlich wird an allen Materialien beziehungsweise Bauteilen des Innenraums die Geschwindigkeit der Brandausbreitung bestimmt. Die Vorgaben der Automobilhersteller sind dabei unterschiedlich, so dass gerade auch bei dieser Prüfung für die korrekte Ausführung ein zuverlässiger, akkreditierter Prüfpartner erforderlich ist. Neben der Prüfung nach standardisierten Verfahren und den Vorgaben der OEM stehen aufgrund der Entwicklung immer neuer Materialien und Anwendungen auch Weiterentwicklungen und Modifizierungen bestehender Prüfverfahren auf der Tagesordnung. Diese Prozesse können durch aktive Mitwirkung in Normungsausschüssen begleitet werden.

 

Über die Autoren

Christian Hauspurg

ist Leiter Prüflabor bei der OMPG in Rudolstadt.

Dr. Axel Nechwatal

arbeitet in der Abteilung Textil- und Werkstoff-Forschung im TITK Rudolstadt.