Optimierung in Serie: Moderne Lösungspolymerisation ermöglicht verbesserte Reifen
Das EU-Reifenlabel hat für die Verbraucher die Wahl des richtigen Reifens vereinfacht. Für die Reifenhersteller bringt das Label allerdings noch höhere Anforderungen und entsprechende Entwicklungskosten mit sich. Das Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau, eine Gemeinschaftsanlage des Fraunhofer IAP in Potsdam-Golm und des Fraunhofer IWM in Halle, entwickelt Kautschuke für diese optimierten Reifen in moderner Lösungspolymerisation und überträgt sie mithilfe von Skalierungsprozessen in die Serienreife. Die Auftragsforschung bringt nicht nur Vorteile für die Kunden, sondern auch für die Umwelt.
Moderne Mobilität und Umweltschutz müssen sich nicht ausschließen. Im Gegenteil: Besonders im Bereich von Pkw-Reifen ergänzen sie sich gegenseitig. Die Einsparpotenziale optimierter Reifen unterstreicht auch der Abteilungsteiler Polymersynthese am PAZ, Dr. Ulrich Wendler: »Bekannte Umweltschützer wie Jürgen Resch von der Deutschen Umwelthilfe gehen hierzulande von einer Reduktion der verkehrsbedingten CO2-Emissionen von jährlich bis zu sieben Millionen Tonnen durch verbesserte Reifen aus.« In moderner Auftragsforschung nimmt sich das Fraunhofer PAZ deshalb diesem Zukunftsthema an. Hier werden für Unternehmen Kautschuke für Laufflächenmischungen in Lösungspolymerisation hergestellt. Dabei gibt es zwei Spielarten: den koordinativen Mechanismus sowie die anionische Initiierung. Beide Formen haben sich in den vergangenen Jahren technologisch und kommerziell stark entwickelt. Heute werden moderne Hochleistungsreifen nahezu ausschließlich in diesen Verfahren hergestellt.
Ziel dabei ist die Verbesserung der Eigenschaften der Reifen innerhalb des magischen Dreiecks aus Nassgriff, Rollwiderstand und Abrieb. Den Forschern am Fraunhofer PAZ ist es gelungen, Nassgriff und Rollwiderstand zu optimieren, ohne den Abrieb negativ zu beeinflussen. Dies ist die Grundlage für ein Reifenlabeling der Effizienzklasse A und B, das die enormen Einsparungen bei Kraftstoffverbrauch und Emissionen unter Beibe-haltung der Langlebigkeit belegt. Zusätzlich wurde durch eine Verbesserung der Bremseigenschaften des Reifens die Sicherheit für den Autofahrer erhöht.
Das Fraunhofer PAZ kann in seinen Anlagen Lösungspolymerisationsverfahren sowohl satzweise als auch kontinuierlich darstellen. Hochgenaue Coriolis-Mengenmessungen zusammen mit einem modernen Prozesskontrollsystem ermöglichen eine exakte, re-produzierbare Reaktionsführung in den 600 Liter fassenden Edelstahl-Reaktoren (bis 25 bar, bis 200 °Celsius, Material 1.4571). Die entstehenden Reaktionswärmen können über die Reaktorwand oder über eine Loop-Kühlung wie auch über eine hocheffiziente Verdampfungskühlung abgeführt werden. »Die Zielprodukte fallen dabei bis in den unteren Tonnenmaßstab an. So wird es möglich, schon frühzeitig die Relevanz der erzielten Materialverbesserungen im Praxistest auf der Lauffläche eines realen Reifens zu testen«, erklärt Wendler einen der Vorteile der Anlage.
Die Materialentwicklung ist dabei nur eine Fragestellung. Ein ebenso wichtiger Schritt bei der Herstellung eines optimierten Kautschuks ist dessen Überführung in die Produktion. Das PAZ hilft dabei, neue Rezepturen in den industrienahen Maßstab zu übertragen. Als Partner der Kautschukindustrie optimieren die Forscher in Schkopau das konkrete Verfahren auch unter Kostenaspekten. Durch diese Pilotierung von neuen Prozessen wird das spätere Prozessrisiko für die Industrie deutlich verringert.
Je nach Anfrage des Kunden wird die Anpassung vom Synthesemaßstab in den Pilot- beziehungsweise industrienahen Maßstab möglich gemacht. »Mit den Materialentwicklungen aus dem Labor können zwar analytische Grundaussagen getroffen, aber keine anwendungsrelevanten Versuche durchgeführt werden. Genau hierfür bieten wir Lösungen: In bis zu sieben verschiedenen Linien bestimmen wir am Fraunhofer PAZ zunächst den Prozess, prüfen die Bedingungen der Polymerisation und entwickeln dabei eine kundenspezifische Linie zur Skalierung des Laborprodukts in den industrienahen Maßstab«, erklärt Wendler. Am Ende einer Kampagne mit vielen Versuchen, die in der Regel innerhalb eines Monats abgeschlossen wird, übergibt das Fraunhofer PAZ nicht nur umfassende Forschungsmuster, sondern gibt auf Anfrage zusätzliche Empfehlungen hinsichtlich der Verfahrensoptimierung.
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