14 Oktober 2008

Haftung von Naturfasern in Polymerwerkstoffen

PP bei Faseranbindung an die Matrix gegenüber PLA im Vorteil

Naturfasern erzielen im Verbund mit Polypropylen unter Einsatz eines Haftvermittlers gute Haftungsergebnisse, ihre Grenzflächenscherfestigkeit jedoch ist auch stark von den Eigenschaften der Faser beeinflusst. Die Untersuchung der Fasern in PLA dagegen zeigt eine kaum vorhandene Anbindung der Fasern an die Matrix und somit deutlich schlechtere Kraftübertragungsmechanismen.

Der im Journal “Composite Interfaces” erschienene Aufsatz “Fibre matrix adhesion of natural fibres cotton, flax and hemp in polymeric matrices analyzed with the single fibre fragmentation test” der Autoren Tim Huber und Jörg Müssig zeigt auf, wie mit einer relativ einfachen Messmethode, dem Einzelfaser-Fragmentationstest, zuverlässig die Haftung und die daraus resultierende Grenzflächenscherfestigkeit unterschiedlicher Naturfasern in Polymerwerkstoffen bestimmt werden kann. Die beiden an der Hochschule Bremen (Fakultät 5, BIONIK – Professur Biologische Werkstoffe) forschenden Wissenschaftler analysierten die Haftung der gängigen Verstärkungsfasern Flachs, Hanf und Baumwolle zum einen in Polypropylen mit Haftvermittler und zum anderen in einer PLA-Matrix.

Englischsprachiger Abstract
In this research the adhesion and the resulting interfacial shear strength (IFFS) between the natural fibres flax, hemp and cotton and the polymer matrices polypropylene with coupling agent (MAPP) and polylactide acid (PLA) was surveyed with the single fibre fragmentation test (SFFT).

The adhesion between MAPP and the fibres was good enough to produce fragments, whereas the adhesion between PLA and flax was too weak to transmit enough tension for fibre cracks which is clearly visible on SEM-photographs. Comparing the IFFS values of the fibres in MAPP with an equal fibre diameter shows that the IFFS value of flax is highest with 7.09 N/mm2 followed by hemp 6.13 N/mm2. The IFFS of cotton is a lot smaller (0.664 N/mm2).

The critical fragmentation or fragmentation length of the bast fibres flax (3.16 mm) and hemp (3.20 mm) in MAPP is smaller than the critical fragmentation length of cotton (5.03 mm).

The adhesion between the lignocellulosic fibres and MAPP is much better than between the lignin and pectin free cellulose fibre and MAPP. Possible reasons for this — the surface structure of the cotton fibre and its different chemical composition being made up of only cellulose, hemi-cellulose and wax with no pectin or lignin present are discussed.

Weitere Informationen
Huber, T. und Müssig, J., 2008: Fibre matrix adhesion of natural fibres cotton, flax and hemp in polymeric matrices analyzed with the single fibre fragmentation test. In: Composite Interfaces (ISSN 0927-6440), Vol. 15, No. 2–3, pp. 335–349 (2008).

Source: Hochschule Bremen, Fakultät 5, BIONIK – Professur Biologische Werkstoffe, 2008-10-14.

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