Lkw-Reifen mit weniger Abrieb

Synthesekautschuk übertrifft Naturkautschuk

Natürlicher Kautschuk aus Kautschukbäumen ist ein begrenzter Rohstoff. Synthetisch hergestellter Kautschuk reicht bisher im Abriebverhalten jedoch nicht an das natürliche Produkt heran und eignet sich daher nicht für Lkw-Reifen. Ein neuartiger Synthesekautschuk erzeugt laut Fraunhofer Institut IAP nun erstmals 30 bis 50 Prozent weniger Abrieb als Naturkautschuk.

Erste Tests von Reifen mit dem naturidentischen, biomimetischen Synthesekautschuk Bisyka zeigen, dass diese etwa 30 bis 50 Prozent weniger Abrieb im Vergleich zu Naturkautschukreifen erzeugen. © Fraunhofer IAP, Till Budde

Lkw-Reifen müssen einiges aushalten, dementsprechend nutzen sie sich stark ab. Die Laufflächen der Reifen sind daher überwiegend aus Naturkautschuk aus Kautschukbäumen hergestellt, der bisher die besten Abriebeigenschaften aufweist. Der künstlich hergestellte Synthesekautschuk reicht zumindest in diesem Punkt bisher nicht an Naturkautschuk heran. Das Problem beim Naturkautschuk: Die Versorgungssicherheit für diesen wichtigen Rohstoff ist gefährdet. In Brasilien, dem Ursprungsland des Kautschuks, vernichtet der Pilz Microcyclus ulei ganze Plantagen. Greift der Pilz auch auf den asiatischen Raum über, wo sich heute wichtige Anbaugebiete befinden, ist die Weltproduktion für Gummi bedroht.

Biomimetischer Synthesekautschuk
Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, für Werkstoffmechanik IWM und für Silicatforschung ISC haben die Eigenschaften von Synthesekautschuk daher nun optimiert. „Unser Synthesekautschuk Bisyka, kurz für Biomimetischer Synthesekautschuk, hat sogar noch bessere Eigenschaften als Naturkautschuk, sagt Ulrich Wendler, der das Projekt am Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau leitet. Das PAZ ist eine gemeinsame Initiative des IAP und des IMWS. „Die Reifen aus Synthesekautschuk verlieren 30 Prozent weniger Masse als das Äquivalent aus Naturkautschuk, der Profilverlust beträgt sogar nur die Hälfte. Zudem lässt sich der Synthesekautschuk mit Bestandsanlagen in großtechnischem Maßstab produzieren. Das heißt: Der Synthesekautschuk bietet eine hervorragende Alternative zum Naturkautschuk – auch im Bereich der Hochleistungs-Lkw-Reifen.“

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Gezielte Analyse von Löwenzahn-Kautschuk
Doch wie haben die Forscherinnen und Forscher diese Steigerung erreicht? Am Fraunhofer IME untersuchten die Wissenschaftler Kautschuk aus Löwenzahn. Dieser besteht wie der Kautschuk aus den Kautschukbäumen zu etwa 95 Prozent aus Polyisopren, die verbleibenden Prozente aus Biokomponenten wie Proteinen oder Lipiden. Der Vorteil gegenüber dem Baum-Kautschuk: Statt sieben Jahren hat der Löwenzahn eine Generationenfolge von nur drei Monaten. Kautschuk aus Löwenzahn bietet somit eine ideale Ausgangsposition, um den Einfluss der Biokomponenten auf die Kautschuk-Eigenschaften zu untersuchen. Dazu schalteten die Fraunhofer-Forschenden die involvierten Schlüsselbiokomponenten gezielt aus.

Nachdem die für das Abriebverhalten wichtigen Biokomponenten identifiziert waren, synthetisierten die Forscherinnen und Forscher den Bisyka-Kautschuk aus den jeweiligen Biomolekülen und funktionalisiertem, hoch mikrostrukturreinen Polyisopren. Die daraus erhaltenen Kautschukvarianten wurden auf ihre Eigenschaften untersucht mit Hilfe der Dehnkristallisation: Dehnt man Naturkautschuk auf die dreifache Länge, bilden sich kristalline Bereiche – der Kautschuk verhärtet sich. „Die Dehnungskristallisation von Bisyka-Kautschuk entspricht der des Naturkautschuks“, erläutert Ulrich Wendler. Für Lkw-Reifen wird der Kautschuk üblicherweise mit Ruß gemischt, daher die schwarze Farbe. Der Trend geht allerdings dazu, statt Ruß Silicate zuzumischen. Hier kommt die Expertise des Fraunhofer ISC ins Spiel: Am Institut wird untersucht, wie neuartige Silicafüllstoffe zu optimalen Alternativen für Naturkautschuk in der Automobilindustrie führen können.

Synthesekautschuk überzeugt in Praxistests
Nach der Entwicklung des neuen Kautschuks von einem externen und somit unabhängigen Partner untersuchen, dem Prüflabor Nord. Dazu wurden vier Pkw-Reifen mit Laufflächen aus Biskya gefertigt und verglichen mit Reifen, deren Lauffläche aus Naturkautschuk gefertigt war. Die Tests wurden direkt an einem Auto durchgeführt, das 700 Kreise in die eine Richtung und 700 Kreise in die andere Richtung fuhr. Das Ergebnis: Während der Naturkautschuk-Reifen nach dem Test um 850 Gramm leichter war und 0,94 Millimeter an Profil verlor, büßte der Biskya-Reifen lediglich 600 Gramm Gewicht und 0,47 Millimeter Profil ein.

Zudem ist der Rollwiderstand beim Synthesekautschuk geringer. Während der Naturkautschuk auf der Rollwiderstandsampel beim Wert C liegt, erreicht die synthetische Alternative den besseren Wert B. „Bisher haben wir nur erste Tests mit der neuen Reifenmischung durchgeführt, die äußerst vielversprechend sind. Als nächsten Schritt möchten sie weiter optimieren. Dies betrifft vor allem den Anteil und die Zusammensetzung der Biokomponenten. Parallel dazu wird die Rezeptur der Laufflächenmischung für Lkw-Reifen auf den neuen Kautschuk angepasst“, so Ulrich Wendler. Aktuell sind der Forscher und sein Team auf der Suche nach Kooperationspartnern, die das Produkt auf den Markt bringen.

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