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„Wir arbeiten daran, Werkstoffe leistungsfähiger und zuverlässiger zu machen sowie energie- und ressourceneffizientere Bauteile und Prozesse zu entwickeln. Dadurch kann beispielsweise der Energieverbrauch in der Fertigung und beim Einsatz neuer Produkte sinken“, sagt Professor Mario Beiner, wissenschaftlicher Leiter des Bereichs Polymeranwendungen an dem materialwissenschaftlichen Forschungsinstitut. Ein wichtiges Thema seiner Arbeit sind optimierte Materialien für energieeffiziente Autoreifen. Dabei nutzen er und seine Kollegen auch die Infrastruktur des Fraunhofer-Pilotanlagenzentrums PAZ in Schkopau, wo innovative Lösungen im Industriemaßstab entwickelt und erprobt werden können.

Zwei Beispiele stellt das Fraunhofer IWM in Vorträgen auf der Deutschen Kautschuk-Tagung vor.

Am Dienstag, 30. Juni, präsentiert Dr. Anas Mujtaba die Ergebnisse eines Kooperationsprojekts „Zum Verständnis der Viskoelastizität von Füllstoff-Netzwerken in SBR-Silika-Nanokompositen“. Dabei erläutert Mujtaba insbesondere, wie die Zugabe von nanoskaligen Füllstoffen in kautschukbasierte Komposite wichtige mechanische Eigenschaften von Reifen beeinflusst, beispielsweise Härte, Elastizitätsmodul oder Abriebsfestigkeit.

Der Anteil von Füllstoffen in diesen neuen Reifenmischungen ist so hoch, dass sich im Material ein durchgehendes »Füllstoffnetzwerk« bildet, das die mechanischen Eigenschaften des Reifens dominiert. Will man die Komposite optimieren, ist deshalb ein detailliertes Verständnis des Füllstoffnetzwerks von zentraler Bedeutung. Die Arbeiten am Fraunhofer IWM an verschiedenen kautschukbasierten Kompositen haben gezeigt: Das Füllstoffnetzwerk enthält nicht nur die aggregierten Füllstoffpartikel selbst, sondern auch viskoelastische Elemente, die von immobilisierten, glasartigen Kautschuksegmenten an der Füllstoffoberfläche gebildet werden.

Die immobilisierte Kautschukfraktion macht zwar nur etwa 1 bis 3 Volumenprozent des gesamten Kautschuks im Komposit aus, hat aber enormen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. So kann sich bei Erweichung des glasigen Kautschukanteils der Elastizitätsmodul des gesamten Kompositmaterials halbieren. Weiter wird erörtert, wie sich dies auch auf den Rollwiderstand auswirkt, der den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen maßgeblich mitbestimmt.

„Neue Einsichten aus Relaxationsuntersuchungen an Kautschukkompositen und neuartige Ansätze für energieeffiziente Reifenlaufflächen“ stellt Beiner am Mittwoch, 1. Juli, auf der Fachtagung vor. Dazu gehören Erkenntnisse, wie Kautschukkomposite für die Laufflächen von Reifen optimiert werden können, um bei Erhaltung des Nassgriffs den Rollwiderstand und damit den Spritverbrauch zu verringern. Auch die Möglichkeiten des Einbringens von Recyclaten in die Laufflächen zeigt Beiner auf – ein weiterer Ansatz, um den Ressourcenverbrauch in der Reifenproduktion zu senken. „Untersuchungen zur Mikrostruktur haben eine enorme Bedeutung für die Optimierung von Kompositmaterialien. Das Verständnis, wie sie auf kleinster Ebene funktionieren, ist ein entscheidender Schlüssel zur Beantwortung der Frage, wie wir Reifen sicherer, langlebiger und energieeffizienter machen können“, sagt Beiner.

(dw)