15 März 2004

Naturfasern auf dem Vormarsch: Einsatzbereich der LFI-Technik auf Naturfasern erweitert

Wer die mechanischen Eigenschaften von Polyurethan-Formteilen verbessern will, ist heute bei weitem nicht mehr nur auf Verstärkungen aus Glas- oder Kunstfasern angewiesen: Naturfaser-verstärkte Polyurethan-Bauteile bieten Eigenschaftsprofile, die denen ihrer Pendants mit Glasfaser-Innenleben durchaus vergleichbar sind. Ihre Fertigung wird jetzt deutlich vereinfacht: Die Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, München, hat die bereits lange etablierte LFI-Technik unter der Bezeichung ”NFI” – Natural Fiber Injection – nun auch für den Einsatz von Flachs, Hanf oder Sisal fit gemacht.

Beim bekannten LFI-Verfahren von Krauss-Maffei – aktuelle Einsatzgebiete sind zum Beispiel die Instrumententafelträger der 5er- und 7er-BMWs sowie des Mercedes SL – wird das Polyurethan-Rohgemisch bereits im Mischkopf mit Glasfasern vermischt. Dadurch wird im Vergleich zum umständlicheren Imprägnieren von Glasfaser-Mattenware nicht nur deren umständliches Handling vermieden: Die direkte Benetzung der Fasern sorgt auch für eine optimale Haftung der Polyurethan-Matrix am Verstärkungsmaterial. Fasermenge bzw. Länge können zudem je nach Bedarf eingestellt werden und somit – zum Beispiel für die Verstärkung mechanisch besonders beanspruchter Stellen – auch im Formteil variieren.

Diese Vorteile lassen sich nun auch für die Herstellung Naturfaser-verstärkter Formteile nutzen. Denn diese Verstärkungsstoffe helfen nicht nur, Marktanteile bei umweltbewussten Kunden zu sichern: ihre E-Module und Höchstzugkraftdehnungen liegen in der Größenordnung von Glas, ihre Festigkeiten sind zum Teil denen von Polyester und Polyamid 6 ebenbürtig. Im Vergleich zu glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen sind daher mit den leichten und auch kostenseitig konkurrenzfähigen Naturfasern nach Expertenansicht zusätzliche Gewichtseinsparungen um 15% möglich – bei ansonsten vergleichbarem Eigenschaftsprofil.

Zentrale Innovation des NFI-Verfahrens von Krauss-Maffei ist das von Grund auf neu entwickelte Naturfaser-Schneidwerk. Denn Naturfasern können – anders als Glasfasern – nicht gebrochen werden. Im NFI-Schneidwerk geschieht das Ablängen der Naturfasern (auf 5, 10, 15 und 20 Millimeter) daher durch eine speziell entwickelte Anordnung aus zwei ineinandergreifenden Zahnrädern, die auch den Transport des Rovings vornehmen. Der NFI-Mischkopf selbst arbeitet nach dem effektiven Hochdruck-Gegenstrominjektionsprinzip: Nachdem die PUR-Komponenten vermischt wurden, werden die Fasern luftunterstützt in das Zentrum des PUR-Stroms befördert. Die hierbei eingebrachte Luft expandiert und sorgt für eine besonders feinteilige und effektive Benetzung der Naturfasern, die simultan mit dem PUR-Gemisch in das offene Werkzeug eingetragen werden. Zur effektiveren Flächenabdeckung kann der Sprühstrahl der Prozesseinheit auch oszillieren.

Die PUR-Austragsleistungen der aktuellen LFI/NFI-Mischköpfe von Krauss-Maffei liegen bei rund 80 bis 300 g/s (LFI/NFI-22/28-MK8) bzw. 250 bis 500 g/s (LFI/NFI-30/36-MK12); der Naturfaser-Anteil kann etwa 40% erreichen. Die Naturfaser-Austragsleistungen liegen beim derzeitigen Entwicklungsstand – bedingt durch die Zugfestigkeit des natürlichen Materials – bei rund 80 g/s. Damit lassen sich bereits heute Formteile, die bislang im LFI-Verfahren mit Glasfaserhilfe hergestellt wurden, in vergleichbarer Qualität auch in NFI-Technik produzieren. Bei einer charakteristischen Bauteilmasse von 4.000 Gramm beträgt die typische NFI-Austragszeit rund 20 Sekunden (Zykluszeit pro Werkzeug: zwei bis vier Minuten). Die mit dem Naturfaser-Aufbau erzielbaren Zugfestigkeiten, E-Module und Kerbschlagzähigkeiten liegen bei ca. drei bis vier Millimeter dicken Bauteilen (Dichtebereich von 700 bis 1.100 kg/m3 ) in der Größenordnung von 32 bis 38 N/mm2 , (Zugfestigkeit), 3.000 bis 4.500 N/mm2 (E-Modul) und 10 bis 30 kJ/m2 (Schlagzähigkeit). Die Umstellung von LFI auf NFI ist dank der Modulbauweise der Krauss-Maffei-Anlagentechnik jederzeit möglich.

(Vgl. Meldung vom 2003-11-13.)

Source: Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH Aktuelle Presse vom 2004-02-25.

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