Recyclingmaterial als Dämmung eingesetzt

Bei Alu-Fensterprofilen und Fassaden sind für eine gute Wärmedämmung Dämmstege unerlässlich. Seit Längerem arbeitet ein Empa-Forschungsteam mit Partnern zusammen, um ein neuartiges Sandwich-Produkt zu entwickeln. Nun stehen sie mit der umweltfreundlichen Füllung aus Recyclingmaterial aus PET-Flaschen vor der Markteinführung.

Die Füllung des Alpet-Dämmstegs besteht aus PET recycelten Flaschen.

Foto: Hochuli advanced

Sie sind versteckt im Inneren von Aluminium- und Metallprofilen für Fenster und Fassadenverglasungen: Dämmstege. Dort sind sie der thermische Trenner von Außen- und Innenseite. Die Dämmstege verhindern, dass Kälte oder Wärme ungebremst durch das Material fließt. Mit dieser Aufgabe übernimmt das unscheinbare Bauteil eine Aufgabe, die mit der Erderwärmung immer wichtiger und notwendiger wird: Minimierung von CO₂-Emissionen. Auch wenn der Dämmsteg mit seiner wichtigen Aufgabe etabliert ist, verbirgt sich in ihm ein Verbesserungspotenzial. Dieses hat sich ein Empa-Team um Michel Barbezat und Giovanni Terrasi von der Abteilung „Mechanical Systems Engineering“ angenommen. Zusammen mit dem Metallbauunternehmen Hochuli aus Wigoltingen im Kanton Thurgau, das dazu die Schwesterfirma „hochuli advanced“ gegründet hat, arbeiten sie an der Optimierung der Dämmstege.

Geringe Wärmeleitfähigkeit durch PET-Flaschen

Optimiert wurde das Material, aus dem der „Alpet“-Dämmsteg entsteht durch einen Schaumstreifen aus Polyethylenterephthalat – PET aus recycelten Flaschen. Er steckt im Inneren des glasfaser-verstärkten Kunststoffs. Die effiziente Dämmwirkung entwickelt sich aus den Luftporen in dieser Schicht. Damit wurde bei den Prototypen eine Wärmeleitfähigkeit im Durchschnitt je nach Stegbreite von etwa 0,1 W/mK erreicht. Ein Standard-Dämmsteg aus dem Kunststoff Polyamid erreicht einen Wert von etwa 0,25 W/mK.

Zum Prototypen durch Feinabstimmung

Der Ansatz scheint einfach zu sein, doch der Weg von der Idee bis zum Produkt benötigt viel Konzeptarbeit, die im Rahmen eines Innosuisse-Projektes umgesetzt wurde. Dabei wurde zum Beispiel die richtige Produktionsmethode gesucht. Das Team untersuchte die unterschiedlichsten Verfahren und entschied sich nach den Tests für die sogenannte Extrusion. Dabei wird der erhitzte, geschmolzene Kunststoff als weicher Teig durch einen Schlitz gepresst und um den Streifen aus PET herum geformt. Aus der Entscheidung für dieses Verfahren ergaben sich aber weitere Fragen, wie die nach dem Anteil der Luftporen in der Füllung. Damit eine hohe Dämmwirkung erreicht wird, müssen diese nämlich einen hohen Anteil aufweisen. Doch zu viele Luftporen gefährden die Stabilität des PET-Stranges, da seine Ummantelung mit dem schwarzen Kunststoff bei Temperaturen bis 300 Grad und hohem Druck geschieht. Zudem musste die Kunststoffhülle um den PET-Strang angepasst werden. Diese sollte für eine gute Dämmwirkung möglichst schmal sein, aber dick genug, damit der Steg entsprechende mechanische Belastungen aufnehmen kann, dazu zählt auch die Nachbehandlung des fertigen Gesamtprofils, etwa das Pulverlackieren oder Eloxieren.

Arbeitsschritte reduziert

Sieben Varianten für die Tests hat das Team aus zahlreichen Mustern herausgefiltert. Aus 1.000 Meter Dämmsteg konnte schließlich der Prototyp benannt werden. Diese Tests führten zu einem wichtigen Schritt im Produktionsverfahren. Durch die Hitze verschweißt sich der Steg fast von selbst, wodurch das Verkleben mit einer Naht entfällt. „Das ist schon ein großer Vorteil“, sagt Metallbauingenieur Frank Hochuli vom Industriepartner. „Es gibt keine lokalen Schwachstellen, an denen sich Material ablösen könnte. Und je weniger Arbeitsschritte, umso günstiger das Produkt.“ Auch für Empa-Forscher Barbezat hat sich dieser Prozess hin zum Prototyp gelohnt: „Technisch gesehen haben wir sicher sehr gute Chancen“. Für ihn sind die Messwerte und das Produkt, das sich trotz zweier Materialien einfach recyceln lässt, überzeugend. Die Langzeit-Stabilität über viele Jahre schätze das Forscherteam mit der „Stepped Isostress Methode“ ab und machten sie zuversichtlich.

Test in Deutschland bestätigen Ergebnis

Um Firmen von einer Kooperation zu überzeugen, ließ das Schweizer-Team ihren „Alpet“-Dämmsteg vom Prüfinstitut ift in Rosenheim testen. Dort wiederholte das ift-Team nicht nur die Schweizer Versuche, sondern setzten die Prototypen auch Brandversuchen, Bruchtests und anderen Belastungen wie nicht sichtbare Mikrorisse nach 1000-stündiger Lagerung in Öl oder leichter Säure oder starker Zug in Querrichtung aus. Laut Hochuli liegen mittlerweile offizielle Zertifizierungen zum Brandverhalten und zur statischen Belastbarkeit vor. Was noch fehlt, ist das Attest zur Wärmedämmung. Hier traten geringfügige Differenzen bei einzelnen Messwerten auf, die nach Hochuli aber nichts an den positiven Resultaten ändern würden. Im Gesamtsystem „Fenster“ würde der neue Dämmsteg nach Hochuli in einem Bürogebäude die Wärmedämmung um bis zu einem Fünftel verbessern. Zudem kann mit ihm auch ein Upgrade vorhandener Lösungen umgesetzt werden, da der Steg mit einem „Schwalbenschwanz“ als Montage-Anschluss mit allen gängigen Systemen kompatibel ist.