Die Ausbeutung endlicher Ressourcen und der Klimawandel sind wesentliche Folgen der Industrialisierung und führen zu einem dringenden Bedarf an neuen Ansätzen für nachhaltige Werkstoffe. Da industrielle Prozesse und Produkte einen hohen Ressourcen- und Energieverbrauch aufweisen, können neue Entwicklungen in diesem Bereich einen erheblichen Beitrag zur Steigerung der Nachhaltigkeit im Ingenieurwesen leisten. Darüber hinaus ist die Möglichkeit einer ökologischen Kreislaufführung der eingesetzten Ressourcen, sowohl während der Produktion als auch am Ende der Produktlebensdauer, ein wichtiges Thema, um Umweltbelastungen durch nicht abbaubare und umweltschädliche Materialien zu reduzieren.

Zur Bewältigung dieser Herausforderungen stellen cellulosebasierte Biokomposite eine vielversprechende Werkstoffklasse dar. Cottonid ist ein vollständig cellulosebasiertes Biokomposit, das bereits vor der Industrialisierung als erster modifizierter Naturwerkstoff patentiert wurde. Aufgrund der physikalischen und mechanischen Ähnlichkeiten zu technischen Kunststoffen und Leichtmetallen (z. B. Aluminium) besitzt Cottonid ein hohes technologisches Potenzial. Der Werkstoff ist seit dem 19. Jahrhundert bekannt und wurde hauptsächlich als Konstruktions- und Verpackungsmaterial eingesetzt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde es jedoch in den meisten technischen Anwendungen durch synthetische Kunststoffe ersetzt und findet sich heute überwiegend in Nischenanwendungen.

Um das Marktpotenzial dieses vielversprechenden Werkstoffs zu erschließen, ist anwendungsorientierte Forschung erforderlich. Bislang wurde u.a. nicht untersucht, wie sich verschiedene Schneidtechnologien auf die Kantenqualität von Cottonid-Bauteilen und damit auf die Rissinitiierung, Rissausbreitung und das mechanische Verhalten auswirken. Zu möglichen Schneidtechnologien zählen dabei bspw. das Scherschneiden (als kostengünstigstes und industriell am weitesten verbreitetes Verfahren), Laserstrahlschneiden (mit thermischem Einfluss) und Wasserstrahlschneiden (ohne thermischen Einfluss).

Als Referenztechnologie wurde in diesem Forschungsprojekt das Fräsen ausgewählt. Mit den unterschiedlichen Schneidtechnologien hergestellte Cottonid-Probekörper dienten zur Generierung von Kennwerten für quasistatische und zyklische Belastungen, um die Einflüsse der unterschiedlichen Schneidtechnologien auf die mechanische Leistungsfähigkeit von zwei Cottonid-Werkstoffen – homogenem und laminiertem Cottonid – vergleichend bewerten zu können. Das verklebte Material bietet prozessbedingte Vorteile hinsichtlich Energie-, Zeit- und Kosteneffizienz.

Projektlaufzeit: 2024 bis 2026