Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWSZum Fahrkomfort gehört in modernen Autos ein geringer Geräuschpegel. Um diesen zu erreichen, werden Schalldämpfungssysteme im Inneren des Fahrzeugs eingesetzt. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt wollen die ECOPOX GmbH & Co. KG und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS einen neuartigen, ökologischen Flüssigkunststoff für diese Anwendung einsetzbar machen. Er soll leicht zu verarbeiten, kostengünstig und deutlich umweltverträglicher als die bisher am Markt üblichen Lösungen sein.
Die Freunde von Oldtimern schätzen das außergewöhnliche Design dieser Autos, die mit ihrer oft massiven Bauweise und beständigen Materialien den Charme vergangener Zeitalter verströmen. Sitzt man während der Fahrt in einem Oldtimer, bemerkt man aber schnell einen Nachteil gegenüber heutigen Fahrzeugen: Es ist ungewohnt laut. Moderne Autos werden, anders als die Modellgenerationen vergangener Tage, mit ausgetüftelten Schalldämpfungssystemen ausgestattet, damit die Geräusche von Motor, Reifen oder Karosserie den Reisekomfort möglichst wenig beeinträchtigen.
Gängige Lösungen für die dabei im Innenraum des Fahrzeugs eingesetzten Schalldämpfungsmassen (LASD; Liquid Applied Sound Deadener) sind Kunststoffe, die in fester (Bitumenmatten oder Epoxid-Systeme) und flüssiger Form (in der Regel als Acrylat-Dispersionen) genutzt werden. Diese Kunststoffe haben aber in der Herstellung, im Verarbeitungsprozess, bei der Lagerung oder beim Einsatz im Auto ihre Nachteile, beispielsweise ein hohes Gewicht, den Einsatz umweltschädlicher Stoffe oder Geruchsemissionen. Die ECOPOX GmbH & Co. KG aus Bitterfeld-Wolfen will deshalb neue Schalldämpfungsmassen für den Automobilbau auf den Markt bringen und wird dabei in einem bis 30. April 2022 laufenden Forschungsprojekt vom Fraunhofer IMWS unterstützt. Die Besonderheit des neuen Ansatzes: Bei der Entwicklung wird, soweit möglich, auf den Einsatz besonders nachhaltiger Rohstoffe gesetzt. Auch im Herstellungsprozess und im Einsatz stehen Umweltfreundlichkeit, Ressourceneffizienz, hervorragende Verarbeitbarkeit und gesundheitliche Verträglichkeit im Fokus.
»ECOPOX hat bereits das Material entwickelt und zum Patent angemeldet, das weitestgehend aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen besteht. Dieser ökologische Flüssigkunststoff zeigt ein vielversprechendes Materialverhalten für den Einsatz in Schalldämpfungssystemen insbesondere in Bezug auf das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten. Im Projekt wollen wir die Zusammenhänge zwischen chemischem Aufbau, den Verarbeitungsverfahren, der Mikrostruktur und den anwendungsrelevanten physikalischen Eigenschaften genauer erforschen. Damit ebnen wir den Weg für die Übertragung in die Großserie und die Anwendung im Automobilbau. Denn die Hersteller machen sehr genaue Vorgaben zu den Eigenschaften und der Qualität solcher Werkstoffe«, erläutert Prof. Mario Beiner, der das Projekt am Fraunhofer IMWS leitet.
Das Forschungsinstitut aus Halle (Saale) bringt dabei seine umfangreiche Expertise auf dem Gebiet der materialspezifischen Struktur-Verarbeitungs-Eigenschaftsbeziehungen ein, einschließlich der Entwicklung von Materialmodellen. Für das Projekt besonders relevant sind die Kompetenzen zu Fließeigenschaften komplexer Flüssigkeitssysteme (wie Polymerschmelzen und -Lösungen, die mit Mikro- und Nanopartikeln gefüllt sind) sowie zur Beschreibung, Vorhersage und Steuerung von Strukturbildungsprozessen bei der Aushärtung flüssiger Mehrphasensysteme, die auch beim Applikations- und Trocknungsprozess der Schalldämpfungsmassen eine entscheidende, die Produkteigenschaften bestimmende Rolle spielen. Ebenso bedeutend sind die Möglichkeiten des Fraunhofer IMWS zur Aufklärung der Mikrostruktur von Materialien, wofür im Projekt beispielsweise spektroskopische und elektronenmikroskopische Verfahren eingesetzt werden.
Die bereits bestehende ECOPOX-Rezeptur soll hinsichtlich der eingesetzten Füllstoffe, der Verarbeitbarkeit, der thermischen Stabilität sowie der Vernetzungseigenschaften untersucht und optimiert werden. Die hinsichtlich Materialgefüge und Materialkomposition weiterentwickelte Rezeptur soll Vorteile in Bezug auf Spritzbarkeit, Pumpbarkeit, Einbrenntemperatur und mechanisches Verhalten bringen. Die vertieften Erkenntnisse es möglich machen, die Dämpfungseigenschaften gezielt gemäß der Vorgaben von Endanwendern zu steuern, Taktzeiten in der Produktion zu verkürzen oder längere Lebensdauern zu ermöglichen.
»Unsere Kenntnisse zu Strukturbildungsprozessen bei der Mischung und Aushärtung von hoch gefüllten Polymersystemen können wir im Projekt einbringen und weiterentwickeln. Dies soll dabei helfen, eine neue, umweltfreundliche Lösung für einen wichtigen Automotive-Anwendungsbereich zu etablieren, welche die Schwächen bisheriger Schalldämpfungssysteme überwindet«, sagt Beiner.