Entwicklung einer Technologie zur Verarbeitung von Papierpulpen zu komplex-dreidimensionalen ökologischen und recyclebaren Bauteilen im Spritzgussverfahren

Hintergrund des Projekts

Der zunehmende Druck durch Klimawandel, sinkende Rohstoffverfügbarkeiten und die Belastung der Umwelt durch Kunststoffe erfordern neue nachhaltige Werkstofflösungen. Gleichzeitig wächst die Nachfrage nach ressourcenschonenden und recyclingfähigen Produkten. Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt die Entwicklung eines innovativen Papierwerkstoffs und einer neuartigen Spritzgusstechnologie zur Herstellung hochwertiger technischer Papierbauteile.

Papier auf Zellulosebasis bietet hierfür großes Potenzial. Es basiert auf heimischen und nachwachsenden Rohstoffen, verfügt über etablierte Recyclingstrukturen und ist biologisch abbaubar. Bisherige Papierformgebungsverfahren stoßen jedoch bei komplexen Geometrien sowie hohen Anforderungen an Festigkeit und Maßhaltigkeit an ihre Grenzen. Zudem erreichen bestehende papierbasierte Spritzgussprodukte häufig nicht die gewünschten Eigenschaften oder enthalten Kunststoffanteile, die ihre Recyclingfähigkeit einschränken.

Projektziel

Im Rahmen des Projekts soll ein innovativer, nachhaltiger Papierwerkstoff sowie ein neuartiges Spritzgussverfahren entwickelt werden, um hochwertige und fehlerfreie Papierbauteile mit komplexer Geometrie herzustellen. Ziel dabei ist die Validierung des neuen Werkstoffs anhand eines technischen Demonstratorbauteils, das bislang ausschließlich aus Kunststoff gefertigt wird und mit klassischen Papierformgebungsverfahren nicht realisierbar ist.

Darüber hinaus soll durch den Einsatz nachhaltiger Rohstoffe und die Integration in bestehende Papierkreisläufe ein Beitrag zur Kreislaufwirtschaft geleistet werden. Neben der Entwicklung leistungsfähiger Werkstoff- und Werkzeuglösungen stehen die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Papierbauteilen sowie die Untersuchung ökologischer und wirtschaftlicher Vorteile gegenüber konventionellen Kunststofflösungen im Fokus.

Projektablauf

Im Projekt werden zunächst papierbasierte Werkstoffe entwickelt und durch gezielte Rezepturanpassungen an technische Anforderungen angepasst. Anschließend werden geeignete Dosier- und Spritzgussprozesse sowie ein innovatives Werkzeug zur effizienten Trocknung der Bauteile entwickelt und erprobt.

Die hergestellten Papierbauteile werden hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und Prozessqualität untersucht und schrittweise optimiert. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen erfolgt die Entwicklung und Herstellung eines Demonstratorbauteils. Abschließend werden die ökologischen und wirtschaftlichen Potenziale des neuen Werkstoffs und Verfahrens im Vergleich zu Kunststofflösungen bewertet.

Innovation

Das Projekt verfolgt einen neuartigen Ansatz zur Herstellung technischer Papierbauteile. Statt Papier lediglich für einfache Formteile einzusetzen, werden erstmals anwendungsspezifische Papierbauteile im Spritzgussverfahren entwickelt, die hohe Anforderungen an Festigkeit, Maßhaltigkeit und Funktion erfüllen können.

Die Innovation liegt in der Kombination eines hochfaserigen Papierwerkstoffs mit biologischen Festigkeitsadditiven, der gezielten Anpassung der Materialrezeptur an konkrete Anwendungen sowie der Entwicklung eines innovativen Spritzgusswerkzeugs zur effizienten Trocknung und prozesssicheren Herstellung komplexer Bauteile. Mithilfe von Materialcharakterisierung und Simulation können Geometrie und Werkstoffeigenschaften gezielt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden.

Im Unterschied zu bestehenden papierbasierten Spritzgusslösungen kommen keine Kunststoffmatrizen zum Einsatz und der Additivanteil bleibt gering. Dadurch entstehen hochwertige Papierbauteile, die vollständig im bestehenden Papierrecyclingstrom verwertet werden können. 

Gleichzeitig ermöglicht der hohe Faseranteil verbesserte mechanische Eigenschaften und einen geringeren Energiebedarf bei der Herstellung.

Mit erfolgreichem Projektabschluss entsteht eine neue Technologieplattform für nachhaltige technische Bauteile. Diese kann Kunststofflösungen in verschiedenen Branchen wie Haushalt, Elektrotechnik, Medizin oder Automobilindustrie ersetzen. Wirtschaft und Gesellschaft profitieren dadurch von ressourcenschonenden, recyclingfähigen und leistungsfähigen Alternativen zu konventionellen Kunststoffen.