Biobasierter Hochleistungskunststoff für die Elektroindustrie

In der Elektro- und Elektronikindustrie dominieren bislang fossilbasierte Kunststoffe. Ein neues Forschungsprojekt will das ändern und entwickelt ein biobasiertes Hochleistungscompound auf PLA-Basis, das technische Anforderungen wie Flammschutz, Wärmeformbeständigkeit und mechanische Robustheit vereint.

Kunststoffe sind aus der Elektroindustrie nicht wegzudenken. Sie isolieren stromführende Bauteile, schützen empfindliche Elektronik vor mechanischen Belastungen und müssen zugleich hohe thermische und brandschutztechnische Anforderungen erfüllen. Bislang kommen dafür vorwiegend fossilbasierte Materialien wie Polyamide oder Polycarbonate zum Einsatz. Biobasierte Alternativen sind im industriellen Masseneinsatz kaum etabliert.

Genau hier setzt das neu gestartete Verbundprojekt «HighTechPLA» an. Unter der Leitung von Fraunhofer Umsicht entwickelt ein Konsortium aus Forschung und Industrie ein biobasiertes Hochleistungscompound auf Basis von Polymilchsäure, kurz PLA .

Hoher Kunststoffbedarf im Elektroniksektor

Allein in Deutschland werden jährlich rund eine Million Tonnen Kunststoffe im Elektro- und Elektronikbereich verarbeitet. Der Anteil fossiler Rohstoffe ist dabei nach wie vor hoch, Rezyklate spielen bislang eine untergeordnete Rolle .

Vor dem Hintergrund ambitionierter Klimaziele rückt die Frage nach CO₂-reduzierten Materiallösungen zunehmend in den Fokus. Eine biobasierte Alternative, die technisch mit etablierten Werkstoffen konkurrieren kann, würde einen substanziellen Beitrag zur angestrebten Klimaneutralität bis 2050 leisten .

Die Herausforderung liegt allerdings im Detail. Biobasierte Kunststoffe müssen mehrere, sich teilweise gegenseitig beeinflussende Eigenschaften gleichzeitig erfüllen. Dazu zählen ein kontrolliertes Kristallisationsverhalten, hohe Schlagzähigkeit, zuverlässiger Flammschutz sowie eine wirtschaftliche Verarbeitbarkeit im konventionellen Spritzguss.

Zielkonflikte systematisch lösen

Im Projekt «HighTechPLA» verfolgt das Konsortium deshalb einen systematischen Ansatz. Zunächst soll ein vertieftes Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in PLA-Compounds erarbeitet werden .

Gerade bei technischen Anwendungen stehen Materialentwickler häufig vor Zielkonflikten. Verbesserte Schlagzähigkeit kann beispielsweise das Brandverhalten beeinflussen, während Flammschutzadditive wiederum Auswirkungen auf die Kristallisation und die mechanische Stabilität haben. Diese Wechselwirkungen sollen im Rahmen eines Struktur-Eigenschaftsmodells analysiert und gezielt optimiert werden.

Ein solches Modell erlaubt es, Rezepturen und Prozessparameter praxisnah zu simulieren. In einem weiteren Schritt werden die entwickelten Compounds auf realen Produktionsanlagen validiert . Die enge Verzahnung von Materialentwicklung und Verfahrenstechnik ist dabei zentral. Ziel ist es, Zykluszeiten zu erreichen, die mit konventionellen Prozessen vergleichbar sind.

Von der Forschung zur industriellen Anwendung

Das Projekt ist auf zwei Jahre angelegt und vereint Expertise aus Werkstoffentwicklung, Spritzguss und Produktionsentwicklung. Neben Fraunhofer Umsicht sind mehrere Industriepartner beteiligt .

Christina Eloo von Fraunhofer Umsicht betont den Transfergedanken: «Wir zielen darauf ab, dass Projektergebnisse schnell in marktreife Produkte transferiert werden können. Die Ergebnisse haben zudem das Potenzial, auf andere Branchen ausgeweitet zu werden» .

Damit adressiert das Projekt nicht nur den Elektroniksektor. Anwendungen in der Gebäudetechnik, der industriellen Automation oder weiteren technischen Branchen erscheinen perspektivisch möglich, sofern die geforderten Materialkennwerte erreicht werden. Konkrete Einsatzfelder über die Elektroindustrie hinaus sind derzeit jedoch nicht näher spezifiziert.

Gefördert wird «HighTechPLA» aus Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt .

Einordnung: Biopolymere im industriellen Kontext

Polymilchsäure gilt als einer der vielversprechendsten biobasierten Kunststoffe. Bislang findet PLA vor allem in Verpackungen oder kurzlebigen Konsumgütern Verwendung. Der Schritt in langlebige, technisch anspruchsvolle Anwendungen stellt deutlich höhere Anforderungen an Materialperformance und Prozessstabilität.

Genau deshalb ist die systematische Kopplung von Werkstoffdesign und industrieller Verarbeitung entscheidend. Erst wenn biobasierte Compounds ohne signifikante Mehrkosten oder Prozessanpassungen in bestehende Spritzgusslinien integriert werden können, entsteht ein realer Markthebel.

Fazit

Mit «HighTechPLA» adressiert das Konsortium eine zentrale Fragestellung der industriellen Transformation: Wie lassen sich biobasierte Kunststoffe so weiterentwickeln, dass sie in sicherheits- und funktionskritischen Anwendungen bestehen?

Ob PLA-basierte Hochleistungscompounds künftig einen festen Platz in der Elektro- und Elektronikindustrie einnehmen, hängt von der erfolgreichen Lösung materialtechnischer Zielkonflikte und der wirtschaftlichen Skalierbarkeit ab. Das Projekt legt dafür die wissenschaftlich-technische Grundlage.