Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben gemeinsam mit dem Industriepartner Elantas einen bahnbrechenden Faserverbundwerkstoff entwickelt, der sowohl flammhemmend als auch vollständig recycelbar ist. Diese Innovation könnte die Sicherheitsstandards in der Luftfahrt und im Schienenverkehr erheblich verbessern und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck reduzieren.
In der Luftfahrt und im Transportwesen sind Materialien gefragt, die hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, insbesondere wenn es um den Brandschutz geht. Gleichzeitig müssen diese Materialien leicht, stabil und zunehmend auch umweltfreundlich sein. Sabyasachi Gaan, ein Forscher bei Empa, erklärt die Herausforderung: „Es ist schwierig, ein Material zu entwickeln, das all diese Eigenschaften vereint. Wenn man beispielsweise die Flammschutzmittel hinzufügt, beeinflusst das oft die anderen physikalischen Eigenschaften des Materials.“
Die Forscher von Empa haben sich im Rahmen eines von Innosuisse geförderten Projekts dieser Herausforderung angenommen. Im Fokus stand ein spezieller Verbundwerkstoff, der für die Innenausstattung von Flugzeugen und Zügen konzipiert ist, insbesondere für die Fußböden von Passagierkabinen. Dieser Verbundwerkstoff besteht aus einer Wabenstruktur aus Aramid, einem hitzebeständigen Kunststoff, der von mehreren Schichten aus Glas- oder Kohlenstofffasern umgeben ist. Diese Struktur wird mit einem Epoxidharz verbunden, das traditionell nicht recycelbar ist und oft nur durch Deponierung oder Verbrennung entsorgt werden kann.
Das Team von Empa hat jedoch eine innovative Lösung gefunden: Sie entwickelten einen speziellen Zusatz für das Epoxidharz, der nicht nur die Flammschutz-Eigenschaften verbessert, sondern auch eine thermomechanische Wiederverwertbarkeit ermöglicht. Das bedeutet, dass das Epoxidharz nach der Aushärtung unter bestimmten Bedingungen wieder weich gemacht und umgeformt werden kann – eine technologische Errungenschaft, die für Epoxidharze bislang als unmöglich galt.
Das Hauptziel des Projekts war es, einen Ansatz für das vollständige Recycling des Verbundwerkstoffs zu schaffen. Durch den Einsatz eines geeigneten Lösungsmittels und Wärme können die verschiedenen Komponenten des Sandwichmaterials getrennt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Aramidwaben und Kohlenstofffasern kostspielig sind und ihr Recycling daher wirtschaftlich sinnvoll ist. Gaan bemerkt: „Es ist grundsätzlich auch denkbar, das Epoxidharz selbst aus der Lösung zurückzugewinnen, was wir in zukünftigen Projekten weiterverfolgen möchten.“
Die neu entwickelte Variante des Epoxidharzes erfüllt nicht nur die Brandschutzanforderungen, sondern erreicht auch nahezu die gleichen mechanischen Eigenschaften wie herkömmliches Epoxid. Dies ermöglicht es, einen vollständig recycelbaren Verbundwerkstoff zu schaffen. Fiorenzo Lenzi, Leiter der Produktlinie Aerospace/Ballistic bei Elantas, betont die Bedeutung dieser Entwicklung: „Für die Luftfahrtindustrie ist es entscheidend, Brandschutz, Leichtbau und Rezyklierbarkeit zusammenzubringen. Dieses Epoxid-Verbundsystem zeigt, dass dies jetzt erstmals möglich ist.“
Die Partner sind mit dem Verlauf des Projekts sehr zufrieden. Der nächste Schritt besteht darin, die Herstellungs- und Recyclingprozesse weiter zu skalieren. Neben der Anwendung in der Luftfahrt beschäftigt sich Gaan mit seinem Team auch mit potenziellen Einsatzmöglichkeiten des recycelbaren, flammhemmenden Materials in anderen Bereichen, wie im Energiesektor oder im Bauwesen.
Abschließend hebt Gaan die Bedeutung von Grundlagenforschung hervor: „Um anwendungsorientierte Lösungen entwickeln zu können, müssen wir ein tiefes Verständnis für die Materialeigenschaften haben.“ Diese Erkenntnis spiegelt sich in der Innovationskraft wider, die in der Schweiz durch herausragende Materialforschung und Technologieentwicklung gefördert wird. Die Empa steht hier als Vorreiter und treibt die Vision einer nachhaltigen Zukunft durch neue Materialien voran.
