====== Structural Correlation Coefficient for Polymer Structural Composites—Reinforcement with Hemp and Glass Fibre ====== **Authors:** Mieczyslaw Scheibe, Magdalena Urbaniak, Andrzej Bledzki **Year:** 2025 **DOI:** [[https://doi.org/10.3390/polym17243295|10.3390/polym17243295]] **Source:** [[https://www.mdpi.com/2073-4360/17/24/3295|MDPI Polymers]] **PubMed:** [[https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41470970/|PMID 41470970]] **PMC (Volltext):** [[https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12736950/|PMC12736950]] **Tags:** cannabis, non-medical, environmental, industrial-hemp, composites ===== Stand: 2026-05-28 ===== ===== Hintergrund ===== Weltweit wächst das Problem der Entsorgung glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFRP). Allein in der EU waren 2025 rund 6 Millionen Freizeitfahrzeuge (Yachten, Motorboote) aus GFRP registriert – mit einer Lebensdauer von 35–50 Jahren, nach denen sie entsorgt werden müssen. Die globale GFRP-Abfallmenge wird bis Ende 2025 auf **2,58 Millionen Tonnen** geschätzt (DMR Report 2023). Das Problem: Glasfaserverbundstoffe sind extrem schwer zu recyceln. Deponierung (USA), »Anchorage«-Verwahrung (Kanada) oder Verbrennung auf See (Nordische Länder) sind die aktuellen »Lösungen« – keine davon ist umweltverträglich. **Industriehanf (''Cannabis sativa'' L.)** als Naturfaser-Alternative bietet hier einen vielversprechenden Ausweg: Hanffasern (HF) sind nachwachsend, CO₂-neutral im Anbau und am Ende des Lebenszyklus nahezu vollständig energetisch verwertbar. **Ziele der Studie:** * Mechanische und physikalische Eigenschaften von Hanffaserverbundwerkstoffen (HFRP) vs. Glasfaserverbundwerkstoffen (GFRP) vergleichen * Einen **strukturellen Korrelationskoeffizienten** bestimmen, der die Austauschbarkeit quantifiziert * Brand- und Entsorgungstests zur Bewertung der Kreislauffähigkeit durchführen * Anwendungspotenzial im Boots- und Schiffsbau aufzeigen ===== Methodik ===== ==== Materialien ==== * **Hanffasern (HF):** Industriehanf, verarbeitet zu Geweben und Matten (Multilayer-Verstärkung) * **Glasfasern (GF):** E-Glasgewebe (industrieller Standard) * **Matrix:** Polymerharz (EP – Epoxidharz) * **Herstellung:** Laminate im Handlaminierverfahren, vergleichbare Verstärkungs-Grammatur ==== Versuchsaufbau ==== Fünf verschiedene Umgebungsbedingungen für mechanische Tests: ^ Umgebung ^ Beschreibung ^ | (0) | Normalklima (Luft) | | (1) | Entmineralisiertes Wasser | | (2) | Süßwasser (Lake Miedwie) | | (3) | Brackwasser (Ostsee, 7,8‰ Salzgehalt) | | (4) | Salzwasser (Adriatisches Meer, 38‰ Salzgehalt) | ==== Durchgeführte Prüfungen ==== * **Zugversuch** – Maximale Zugkraft, Bruchdehnung * **Biegeversuch** – Maximale Biegekraft, Biegedurchbiegung * **Schlagzähigkeit (Charpy)** – In allen 5 Umgebungen * **REM-Mikromorphologie** – Rasterelektronenmikroskopie der Bruchstrukturen * **Brandprüfung** – Reaktion auf Feuer, Verbrennungsrückstände * **Bestimmung Korrelationskoeffizient WK** – Verhältnis der mechanischen Kennwerte HFRP zu GFRP ===== Ergebnisse ===== ==== Struktureller Korrelationskoeffizient WK ==== Der zentrale Wert der Studie: **WK = 1,66 (6)** – unter der Bedingung vergleichbarer Verstärkungs-Grammatur von HFRP zu GFRP. Das bedeutet: Hanffaserverbundwerkstoffe erreichen mindestens **60 % der mechanischen Leistungsfähigkeit** von Glasfaserverbunden. Durch Anpassung der Faserarchitektur (mehr Lagen, optimierte Webmuster) kann die Lücke weiter geschlossen werden. ==== Mechanische Eigenschaften (Auswahl) ==== ^ Eigenschaft ^ GFRP ^ HFRP ^ Verhältnis (HFRP/GFRP) ^ | Maximale Zugkraft | Referenz | ~60–65 % | 0,60–0,65 | | Biegefestigkeit | Referenz | ~55–62 % | 0,55–0,62 | | Schlagzähigkeit (Luft) | Referenz | ~58–64 % | 0,58–0,64 | | Schlagzähigkeit (Süßwasser) | Referenz | ~55–60 % | 0,55–0,60 | | Schlagzähigkeit (Salzwasser 38‰) | Referenz | ~50–58 % | 0,50–0,58 | **Umwelteinfluss:** Die Schlagzähigkeit beider Materialien nahm mit steigendem Salzgehalt ab – der relative Abstand blieb jedoch weitgehend stabil. ==== Brand- und Entsorgungstests ==== * **HFRP** verbrannte nahezu vollständig (∼100 % Massenverlust) – Rückstand: feine Asche * **GFRP** hinterließ intakte Glasfasermatten als Verbrennungsrückstand – nicht weiter verwertbar * Energetische Verwertung von HFRP ist realistisch und umweltverträglich **Fazit:** Hanffaserverbunde sind am Ende ihres Lebenszyklus vollständig thermisch verwertbar – Glasfaserverbunde nicht. ==== REM-Mikromorphologie ==== Die Rasterelektronenmikroskopie zeigte grundlegend unterschiedliche Bruchmechanismen: * **HFRP:** Faserauszug, Faserbruch, plastische Verformung – duktiles Versagen * **GFRP:** Sprödbruch, saubere Trennflächen – katastrophales Versagen ohne Vorankündigung Das duktilere Bruchverhalten von HFRP ist sicherheitstechnisch vorteilhaft (Vorwarnzeit vor Versagen). ===== Diskussion & Bedeutung ===== ==== Umweltpolitische Implikationen ==== Das EU-Kreislaufwirtschaftspaket (2015), die EU-Kunststoffstrategie (2018) und das H2020-Rahmenprogramm fordern die Ablösung nicht-recycelbarer Materialien. Hanffaserverbundstoffe adressieren diese Anforderungen direkt: * **Produktionsenergie:** Hanffasern: ∼4 GJ/t vs. Glasfasern: ∼30 GJ/t (Faktor 7,5) * **CO₂-Bilanz:** Hanf bindet CO₂ während des Wachstums (negativer CO₂-Fußabdruck möglich) * **End-of-Life:** Vollständige energetische Verwertung ohne Sondermüll ==== Anwendungspotenzial ==== Die Studie fokussiert auf den **Boots- und Schiffsbau** – eine Industrie mit Millionen von Einheiten allein in der EU. Hanffaserverbunde könnten hier perspektivisch einen signifikanten Anteil der Glasfasern ersetzen, insbesondere bei: * Innenausbauten und nicht-strukturellen Komponenten * Kleineren Bootsrümpfen mit moderaten mechanischen Anforderungen * Pontons, Bojen und Schwimmkörpern ==== Methodische Einordnung ==== **Stärken:** * Umfassende mechanische Prüfung unter 5 verschiedenen Umgebungsbedingungen * REM-gestützte Bruchanalyse * Praxisnahe Brand- und Entsorgungstests **Limitationen:** * Laborbedingungen – Serienfertigungstests stehen aus * Nur ein Fasertyp (EP-Matrix) – andere Matrixsysteme (PP, Vinylester) wurden nicht getestet * Korrelationskoeffizient gilt bei vergleichbarer Grammatur – Optimierungspotenzial durch Faservolumengehalt nicht ausgeschöpft ===== Fazit für die Praxis ===== * Hanffaserverbundstoffe (HFRP) können Glasfaserverbunde (GFRP) für bestimmte Anwendungen ersetzen – mit einem Strukturkoeffizienten von 1,66 * Die mechanischen Eigenschaften liegen bei 50–65 % von GFRP, was für viele Anwendungen ausreicht * Der entscheidende Vorteil: HFRP ist am Ende des Lebenszyklus vollständig thermisch verwertbar * Politik und Regulierung sollten die Subventionierung von Hanffaser-Research und die Anpassung von Bauvorschriften für Naturfaser-Verbundstoffe prüfen ===== Quellen ===== * [[https://doi.org/10.3390/polym17243295|Scheibe M et al. (2025) – Structural Correlation Coefficient for Polymer Structural Composites—Reinforcement with Hemp and Glass Fibre – Polymers 17(24):3295]] * [[https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12736950/|PMC Volltext (Open Access)]] * [[https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41470970/|PubMed Abstract]] * [[https://doi.org/10.3390/polym17030276|Scheibe M et al. (2025) – Polymer Structural Composites Reinforced with Hemp Fibres — Impact Tests and Fire Tests – Polymers 17(3):276]] * [[https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11821226/|PMC Volltext (Open Access) – 2. Studie]] * [[https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2012.04.003|Faruk O et al. (2012) – Biocomposites reinforced with natural fibers – Progress in Polymer Science]] ===== Verwandte Artikel ===== * [[cannabis:anbau:faserhanf|Faserhanf – Anbau & Verarbeitung]] * [[cannabis:non-medical:industriehanf|Industriehanf – Einsatzgebiete]] * [[cannabis:non-medical:bau|Hanf im Bauwesen]] * [[cannabis:non-medical:umwelt|Umweltaspekte des Hanfanbaus]] ---- **Lizenz:** CC BY-NC-SA 4.0 | **Quelle:** Polymers (MDPI), 2025 – Open Access