Med en sammanlagd personalstyrka på nästan 300, 000 anställda, plast är en av Tysklands största industrisektorer. Branschen har också en stark position på den internationella scenen, till stor del beror på dess produktiva forskningsresultat. På årets "K"-mässa, världens ledande branschevenemang för plast, totalt 11 Fraunhofer-institut kommer att ställa ut innovativa, hållbara och effektiva koncept, utveckling och lösningar för plastindustrin (16–23 oktober; monter SC01, hall 7).

Hållbarhet, effektivitet och bevarande av resurser är några av de viktigaste ämnena som driver social och politisk debatt just nu - och med rätta. I detta sammanhang, strålkastaren har alltmer vänts mot plast. Ändå skulle det dagliga livet vara otänkbart utan plast. Likaså, det är ett material som kommer att spela en nyckelroll i framtida tillverkning och industri. På årets "K"-mässa - som pågår under sloganen "Plastics for Future" - kommer institut från Fraunhofer-Gesellschaft att visa upp sina senaste tekniska innovationer, som är utformade för att bidra till att göra morgondagens plastindustri mer hållbar och effektivare både vad gäller energi och resurser. Bland de ämnen som tas upp på Fraunhofer -båset finns plast med nya egenskaper; nya metoder för produktion, återvinning och återanvändning av plast; och optimera processer.

Minska användningen av resurser i produktionen

Syftet med moderna produktionsmetoder bör vara att minska resursförbrukningen med bibehållen hög produktfunktionalitet. Detta ökar inte bara lönsamheten för produkten i fråga; det ger också ett avgörande bidrag till att stärka hållbarheten i industriproduktionen och därigenom öka dess acceptans.

Detta är den väg som Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS följer med sin utveckling av lätta strukturer gjorda av organo-sandwich halvfabrikat. Fraunhofer IMWS har visat att det är möjligt att producera lätta, färdiga att använda termoplastiska sandwichstrukturer både billigt och effektivt i en innovativ process som lämpar sig för massproduktion.

Lättviktsdesign är också det område där Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP presenterar en ny utveckling. Genom att använda en ny typ av ugn som genererar temperaturer på upp till 2850 °C, forskare från Fraunhofer IAP har lyckats producera biobaserade kolfibrer från förnybara material, vars egenskaper delvis överträffar de för konventionella kolfibrer. Dessutom, denna nya process ger en avsevärd minskning av produktionskostnaderna.

Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI visar också upp en innovation som sparar resurser:en ekologisk och hållbar plastbricka för transport av småsaker. Polypropenbrickor används för att transportera och lagra miljontals föremål varje dag i grossistledet, detaljhandel och industri. Fraunhofer-forskare har nu lyckats ersätta upp till 25 procent av den polypropen som används vid tillverkningen av sådana brickor med träfibrer. Dessutom, de nya brickorna är inte bara mer hållbara utan också starkare och lättare – för samma produktionskostnader.

Nya material som utvecklats av Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT kommer att ge återvinningen ett betydande lyft. De nya självförstärkta PLA-kompositerna från Fraunhofer ICT har en hög mekanisk hållfasthet och styvhet, även vid höga temperaturer. Och, som ren PLA, de är helt biobaserade och är duktila, lätt att återvinna och industriellt biologiskt nedbrytbar. Vidare, energin som förbrukas under PLA-produktionen – och därmed också dess CO ₂ ekvivalent — är ungefär hälften av vad som är involverat i produktionen av konventionella kolfiberförstärkta polymerer som de som innehåller polypropen. Dessutom, den nya processen minskar produktionskostnaderna avsevärt.

Från återvinning till upcycling

Av alla material, det finns kanske ingen som är bättre lämpad för återvinning och återanvändning än plast. Alternativen här är mycket varierande och sträcker sig från en enkel återvinning av plast som material, till dess återanvändning i någon form av upcycling, till en termisk återvinning av energi genom förbränning.

Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy visar hur man designar, för plast, en kedja för återvinning av energi och material i linje med cirkulära principer. Konsortiet bakom klustret utvecklar specialtjänster för, och i samarbete med, plastindustrin, inklusive tillhörande konsumentvaror och handelsföretag samt återvinningsindustrin.

En av de viktigaste utmaningarna som branschen står inför är hur man hanterar vissa typer av plastavfall, såsom folieförpackning. Fraunhofer-institutet för strukturell hållbarhet och systemtillförlitlighet LBF undersöker för närvarande detta problem. I ett projekt med titeln Up-cyclePET, Fraunhofer-forskare har gått samman med företaget EASICOMP GmbH för att utveckla högkvalitativa material från kortlivat plastavfall för vidare användning i långlivade applikationer som lätta bildelar. Som basmaterial används dryckesflaskor gjorda av polyetylentereftalat (PET).

Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB undersöker också användningen av avfall som källa för tillverkning av råmaterial. Sådana källor inkluderar det naturliga ämnet 3-karen, som är en beståndsdel i terpentin och förekommer i denna form som en biprodukt vid framställning av cellulosamassa från ved. Vanlig praxis hittills har varit att kassera den genom förbränning. Dock, använder nya katalytiska processer, forskare från Fraunhofer IGB har nu lyckats omvandla 3-karen till ämnen som kan användas som komponenter för biobaserad plast. Dessa nya organiska polyamider är inte bara transparenta utan har också en hög termisk stabilitet, vilket gör dem lämpliga för ett brett spektrum av applikationer.

Ökad effektivitet från innovativa processer

För att göra plastindustrin mer hållbar och effektiv när det gäller energi och resurser, flera andra nyckelfrågor måste tas upp. Dessa inkluderar en förbättring av befintliga bearbetningsmetoder och utveckling av nya.

Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV uppvisar en intelligent enhet för att testa avskalbara förpackningar. Pack Peel Scan används för att mäta kraften som krävs för att öppna plasttråg och plastfilmsförpackningar. De registrerade uppgifterna kan sedan användas direkt för att utvärdera förseglingens kvalitet. Dessutom, specifika data om variationen i kraften som krävs under förpackningens öppning kan också tillämpas i samband med maskininlärningsmetoder (AI) för att förutsäga processfel.

Mikrofluidsystem används för att transportera, filtrera och blanda små mängder vätska i mikroliter- och picoliterintervallet. Medicin och bioteknik är klassiska tillämpningsområden för denna teknik. Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT har fulländat produktionen av skräddarsydda mikrofluidchip med hjälp av en laserbaserad process som erbjuder en rad fördelar. Till exempel, det finns inget behov av användning av absorbenter. Dessutom, en laserstråle kan användas för att individuellt polera utvalda områden, därigenom uppnås en hög grad av transparens för tillämpningar som spektroskopi.

Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF demonstrerar en förbättrad teknik för atomskiktsdeposition (ALD). Detta är en nyckelbeläggningsprocess, Begagnade, till exempel, för att uppnå enhetliga optiska egenskaper över hela den inre och yttre ytan av plastoptik.

Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM presenterar en ny utveckling inom området sensorteknologi. Den här nya gestigenkänningssensorn från Fraunhofer IFAM är gjord av ett polymerbaserat material och används för att styra Industrie 4.0-applikationer. Sensorn är kostnadseffektiv och väl lämpad för ett brett spektrum av applikationer.

SAMMI är ett nytt system utvecklat vid Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR. Den är utformad för att skanna objekt på ett transportband eller produktionslinje och använder högfrekvent teknik för att upptäcka små främmande föremål eller skador. Detta möjliggör snabb och tillförlitlig identifiering av föroreningar i förpackade livsmedel, till exempel.