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Fokusthema Kunststofftechnik: Kunststoff, ein Zukunftsstoff für Industrie und Unternehmen

Kunststoff ist Teil unseres Alltags, denn er ist Grundstoff für unzählige Produkte und Geräte. Auch in relevanten Branchen wie der Medizintechnik, der Mobilitätsbranche oder der Bauindustrie ist Kunststoff ein relevanter Werkstoff, der tagtäglich zum Einsatz kommt. Die Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW forscht und entwickelt im Kanton Aargau zum Thema Kunststoff. Sie zeigt Unternehmen neue Lösungswege und Methoden auf, setzt sich kritisch mit der Problematik des Recyclings und Entsorgens von Kunststoff auseinander. Prof. Dr. Markus C. Grob (Leiter Institut für Kunststofftechnik FHNW) und Prof. Dr. Per Magnus Kristiansen (Leiter Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen FHNW) haben in einem Gespräch mit der Standortförderung Aargau Services erläutert, in welchen Bereichen Kunststoffe eine grosse Rolle spielen und an welchen neuen Einsatzmöglichkeiten die FHNW forscht.

Kunststoff: Ein zentraler Grundstoff für viele Industriebereiche.

Kunststoff ist aus dem Industriealltag nicht mehr wegzudenken. Viele Anwendungen und Geräte sind überhaupt erst mit dem Einsatz von Kunststoff möglich. Daher wird Kunststoff auch in Zukunft in vielen Branchen eine zentrale Rolle spielen. Zum einen in alltäglichen Produkten wie Waschmaschinen, Hygiene-Artikeln, mobilen Geräten oder bei der Verpackung von Lebensmitteln, zum anderen wird er in der Medizintechnik (insbesondere in der Diagnostik), der Mobilitätsbranche (Automotive, Aero & Space), im Baubereich (Dämmmaterialien, welche helfen, die Energieziele der Schweiz und der EU zu erreichen) und der Energieindustrie (flexible Photovoltaik-Paneele, Isolationsmaterialien, Solaranlagen für Heisswassererzeugung) eingesetzt.
Gerade weil Kunststoff trotz seiner zentralen Rolle in vielen Branchen zunehmend auch kritisch gesehen wird, geht das Bestreben dahin, Kunststoffe stetig weiter zu entwickeln, um den Kriterien Klimaschutz, Nachhaltigkeit und Recycling mit innovativen und zukunftsweisenden Lösungen zu begegnen oder alternative Materialien zu finden, die dieselbe Qualität wie Kunststoff aufweisen. Kunststoff als Wertstoff zu betrachten, gewinnt daher an Bedeutung und stellt das Ein-Weg-Kurzzeit-Produkt infrage. Das Ziel, Kunststoff kontrolliert einzusetzen und dafür zu sorgen, dass dieser nicht unkontrolliert in die Umwelt ausgeschieden wird, wird momentan intensiv diskutiert.

In den vergangenen Jahren sind daher spezifische Lösungen entwickelt worden, um den Einsatz von Kunststoff nachhaltig zu gestalten: Sammel- und Wiederverwertungssysteme wie sie heute beispielsweise für PET-Produkte Standard sind, haben sich im Alltag bereits durchgesetzt. Idealerweise sind Recycling-Konzepte weltweit einsatzfähig und damit für den Einzelnen verständlich und leicht im Alltag umsetzbar.

Zukunftslösungen aus Kunststoff: Memory-Effekt oder selbstheilende Kunststoffe prägen die Forschung.

Auch die Beeinflussung von Kunststoffoberflächen gewinnen für verschiedene Branchen an Bedeutung. Mithilfe des sogenannten Memory-Effekts ist eine Methode entwickelt worden, durch die sich der Kunststoff an seine ursprüngliche Form erinnert. Trotz zwischenzeitlich starker Umformung ist der Kunststoff somit in der Lage, seine ursprüngliche Form wieder anzunehmen. Zudem ist es der Forschung gelungen, selbstheilende Kunststoffe zu entwickeln, die in Anwendungen wie Leichtbau-Faserverbund oder Lackierungen längere Lebensdauern erreichen. Der kommerzielle Einsatz von Kunststoff mit Memory-Effekt findet in der Medizintechnik seinen Einsatz, bei der metallische Formgedächtnis-Werkstoffe auch heute schon eine Rolle spielen. So können im Körper vor Ort gefaltete Kunststoffteile entfaltet oder expandiert werden.

Forschung, die in Produktinnovationen fliesst.

Die Forschungsschwerpunkte der beiden Kunststoffinstitute an der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW sind breit gefächert. Das Institut für Kunststofftechnik FHNW beschäftigt sich mit neuen, hochwertigen Anwendungen wie beispielsweise dem Leichtbau für die Mobilitätsbranche. Das Institut forscht zudem an neuen Verbindungstechniken, innovativen Herstellungsverfahren, Verknüpfungen von digitalen und realen Abläufen bis hin zur Entwicklung eines digitalen Zwillings. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der hochwertigen Wiederverwertung von Kunststoffabfällen. Wann immer möglich, wird Kunststoffabfall für weitere, neue Anwendungen wiederverwendet und als Teil der Kreislaufwirtschaft eingesetzt. Das Thema Aufbereitung und Wiederverwertung von Kunststoff ist nicht nur für die Industrie eine grosse Herausforderung, sondern für die gesamte Gesellschaft. Der Aspekt der Wiederverwertung wird daher häufig bereits in den Entwicklungsprozess mit eingebunden.

Am Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen FHNW widmen sich die Forscher insbesondere der Entwicklung von gezielt modifizierten Kunststoffoberflächen. Einerseits beschäftigt sich das Institut mit unterschiedlichen Beschichtungstechnologien wie UV-härtenden Lacken, Atmosphären-Plasma bis hin zur E-beam Technologie. Damit können sogenannte funktionale Aussenschichten realisiert werden, mit denen Kunststoffoberflächen eine antibakterielle oder schmutzabweisende Eigenschaft verliehen werden kann. Die Effekte auf Basis von Mikro- und Nanostrukturen sind ein weiteres Forschungsgebiet des Instituts. Damit lässt sich die Eigenschaft einer Kunststoffoberfläche modifizieren. Mithilfe dieser speziell entwickelten Kunststoffoberflächen lassen sich unter anderem die Benetzbarkeit, das Reibungsverhalten oder die Haptik einer Oberfläche beeinflussen. Diese Methodik kommt bei Oberflächen zum Einsatz, die stark aneinander reiben, wodurch der Abrieb minimiert wird. Eine längere Lebensdauer des Materials ist die Folge und wird beispielsweise bei Motoren oder Kompressoren eingesetzt, in denen sich Zahnradantriebe befinden und sich unterschiedliche Werkstoffe gegeneinander bewegen.

Forschung und Wirtschaft im Einklang.

Bei praktisch jedem Projekt sind mindestens ein oder mehrere Industriepartner involviert. Das Ziel der Forschung ist, neuartige Produkte oder Prozesse zu entwickeln, mit deren Hilfe den Industriepartnern ein kompetitiver Vorsprung verschafft werden kann, um die Haltbarkeit von Produkten in ihrer Anwendung zu erhöhen oder neue Anwendungen in anspruchsvolleren Umgebungsbedingungen zu ermöglichen. Da sind zum Beispiel Verklebungen zu nennen, die auch bei 300 °C Dauergebrauchstemperatur halten oder die Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Kunststoff mit Blick auf Benetzungsphänomene, Tribologie (Reibung) und Haftung.

Um marktorientierte Werkstoffe mit besseren Eigenschaften oder gar Zusatzfunktionen zu entwickeln, müssen interdisziplinäre Forschungsgruppen zusammenarbeiten. Die Anforderungen der Endanwender, respektive die Bedürfnisse des Marktes, müssen verstanden und in die “Ingenieurs-Sprache” übersetzt werden, damit die Innovationen zielgerichtet angegangen werden können. Genau aus diesem Grund ist die Zusammenarbeit über verschiedene Fachbereiche sowie über die Grenzen des Instituts hinaus so wichtig, was an der FHNW auch aktiv gelebt wird.

Zusammenarbeit zwischen der FHNW und dem KATZ

Die FHNW arbeitet mit der unabhängigen Organisation Kunststoff- Ausbildungs- und Technologiezentrum (KATZ) in verschiedenen Bereichen zusammen. In der angewandten Forschung und Entwicklung gibt es immer wieder Projekte, bei denen beide Parteien als Entwicklungspartner auftreten. Das KATZ, das ebenfalls im Kanton Aargau angesiedelt ist, engagiert sich für die Aus- und Weiterbildung von Fachleuten sowie den Technologietransfer von Kunststoffprodukten. In diesem Rahmen bietet das KATZ zudem diverse Praktika für Studierende der FHNW in ihren Räumlichkeiten an.

Markus Grob

Prof. Dr. Markus C. Grob

Leiter Institut für Kunststofftechnik
Fachhochschule Nordwestschweiz

Prof. Dr. Per Magnus Kristiansen

Leiter Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen
Fachhochschule Nordwestschweiz

(Blogbeitrag vom 10. März 2021)


Projektleiterin Standortmarketing

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