18 April 2006

Vergleich unterschiedlicher Compoundierverfahren aus Sicht der Werkstoffeigenschaften

Anlässlich des 6th Global Wood and Natural Fibre Composites Symposiums vom 5. bis 6. April 2006 in Kassel präsentierten das Faserinstitut Bremen e.V. und das Institut für Werkstofftechnik, Kunststoff- und Recyclingtechnik, Kassel, die Ergebnisse einer Studie über die Auswirkungen verschiedener Compoundierverfahren auf Wood Plastic Composites (WPC) und TMP-Hanffasern mit einer Matrix aus Polypropylen (PP).

Bei naturfaserverstärkten Kunststoffen beeinflussen neben den Wachstums- und Erntebedingungen insbesondere der Faseraufschluss, die Verbundaufbereitung sowie die Verarbeitung maßgeblich eine Faserschädigung und damit die physikalischen Verbundeigenschaften.

Aus der Sicht der Verarbeitungsverfahren werden in industriellen Anwendungen Naturfasern zu über 99% in Formpressteilen verarbeitet, die im wesentlichen als unbelastete flächige Innenverkleidungen für Türen und für den Kofferraum ihre Verwendung finden. Erst in den letzten Jahren sind die ersten Ansätze zur technischen Verarbeitung von NFK mit anderen Verarbeitungsverfahren realisiert worden.

Durch die in den letzten Jahren am Markt verfügbaren Polypropylen-Granulate mit Naturfasern konnten serienfähige spritzgegossene Anwendungen in ersten Ansätzen erzielt werden. Verschiedene Compoundiersysteme sind heute für die Herstellung Naturfasern-PP-Granulate am Markt verfügbar. Bei der Spritzgießverarbeitung und Extrusion sind diese Verbundaufbereitungsverfahren aus technischer und ökonomischer Sicht von großer Bedeutung.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden am Beispiel von Holz- und TMP-Hanffaserverstärktem PP die Einflüsse der Aufbereitungsverfahren Kaskadenmischer, Doppelschneckenextruder und Palltruder® auf die mechanischen Kennwerte spritzgegossener PP-Verbunde dargestellt. Hierzu wurden Holzfasern mit unterschiedlichen MAH-PP-Haftvermittlern aufbereitet, zu Probekörpern spritzgegossen und deren mechanischen Kennwerte mit Zug-, Biege- und Schlagzähigkeitsversuchen ermittelt. Die hergestellten Spritzgussprobekörper wurden nach ihren mechanischen Eigenschaften getestet. Als Ergänzung wurden Farbmessungen auf die spritzgegossenen PP-Verbunde durchgeführt, um eine qualitative Aussage über die auftretenden thermischen Beschädigungen treffen zu können.

Da das Werkstoffverhalten von Naturfasern unter Verarbeitungsbedingungen vom Beschädigungsverhalten von Glasfasern sich deutlich unterscheidet, wurden im Rahmen weiterer Untersuchungen die geometrischen Änderungen von Holz- und Hanffasern bei dem Compoundier- und Spritzgussprozess untersucht. Auf der Basis von Scanneraufnahmen wurden mit Hilfe von Bildbearbeitungssystemen die Partikelgröße und –geometrien analysiert. Die Möglichkeiten verschiedener Messalgorithmen für eine Partikelanalyse auf der Basis von Holz- und Hanffasern wurden vorgestellt. Abhängig vom Rohstoff wurde die Veränderung der Fasergeometrie durch die unterschiedlichen Compoundierverfahren (Kaskadenmischer, Doppelschneckenextruder und Palltruder®) und den Einsatz vom Haftvermittler vorgestellt.

Beim Einsatz mikro-mechanischer Modelle konnten Aussagen über die mechanischen Verbundeigenschaften unter Verwendung der gemessenen Faserratio-Messwerte getroffen werden. Eine sehr gute Übereinstimmung mit den gemessenen Werten könnte dabei erzielt werden.

Faserinstitut Bremen e.V.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. G. Cescutti
Abteilung Naturnahe Werkstoffe/ Nachhaltigkeit
Am Biologischen Garten 2
28359 Bremen
Tel.: 0421 / 218 3112
Fax: 0421 / 218 3110
Email: cescutti@faserinstitut.de

(Vgl. Meldung vom 2006-04-10.)

Source: 6th Global Wood and Natural Fibre Composites Symposium, Kassel, April 2006.

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