Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie; Teilvorhaben 1: Untersuchung und Charakterisierung der Naturfasern

Anschrift
Hochschule Bremen - Bionik-Innovations-Centrum Bremen (B I C)
28199 Bremen
Neustadtswall 30
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Jörg Müssig
Tel: +49 421 5905-2747
E-Mail: joerg.muessig@hs-bremen.de
FKZ
22005511
Anfang
01.07.2011
Ende
30.06.2014
Aufgabenbeschreibung
Durch die erfolgreiche Umsetzung des Projektes soll der Naturfasereinsatz in der Automobilindustrie am Beispiel Ford stark gesteigert werden. Hierfür müssen die Prozesse des Spritzgießens und das Verhalten der Naturfasern in der polymeren Schmelze genau analysiert werden. Hilfsmittel hierfür stellt die numerische Simulation dar. Die Hochschule Bremen wird im Rahmen des Projektes umfangreiche mechanische und morphologische Charakterisierungen der als Verstärkungsfasern eingesetzten Naturfasern vornehmen. Diese Kenndaten werden maßgeblich in den Simulationsprozess einfließen. Zudem wird durch die Analyse der Faserorientierung im Verbundwerkstoff unumgängliches Wissen zur Aufklärung des Werkstoffverhaltens und der Prozesssimulation ermittelt. Für die Erlangung der Projektziele werden von der Hochschule Bremen mechanische und morphologische Fasercharakterisierungen (Zugeigenschaften, Bildanalyse, Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie) sowie Fasermorphologie und Faserorientierungen im Verbundwerkstoff mittels eines neuartigen Messsystems (THz Spektroskopie) untersucht. Nebeneffekte durch verschiedene Klimatisierungsstufen der Fasern und die Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften sowie die Untersuchungen der Faser/Matrix Interaktionen werden mittels Fragmentationstests durchgeführt.
Ergebnisdarstellung
Im Verbundvorhaben wurden für unterschiedliche Naturfaser-Compounds belastbare Informationen für die Verarbeitung und Konstruktion von Bauteilen erarbeitet, die umfangreiche morphologische Charakterisierungen sowie alle Aspekte der Werkstoffprüfung und Modellierung, bis zur Visualisierung von Ergebnissen beinhalten. Beispielhaft konnte für ein Bauteil die vollständige Konstruktionskette bis hin zur Crash-Simulation nach Richtlinien der Automobilindustrie erfolgreich ausgeführt werden. Für weitere Werkstoff-Kombinationen wurden die Grundlagen geschaffen. Im betreffenden Teilvorhaben 1 wurden insbesondere die mechanischen und morphologischen Untersuchungen der Naturfasern durchgeführt. Es wurden die Zugeigenschaften, Zugfestigkeiten, Bruchdehnungen und Elastizitätsmodule für die Celluloseregeneratfasern, Hanf, Flachs, Sisal und Kenaf ermittelt. Bei der Faserverarbeitung wurde nachgewiesen, dass die Naturfasern beim Compoundieren stark eingekürzt werden, während eine weitere Einkürzung beim Spritzgießen deutlich geringer bzw. komplett ausfällt. Für die Faserbündelbreiten konnte ebenfalls während des Compoundierungsprozesses eine starke Verringerung beobachtet werden, während eine weitere Verringerung beim Spritzgießen ausbleibt. Die geplanten Fasermassenanteile von 10 %, 20 % und 30 % konnten auch im Vergleich zu kommerziellen Glas / PP-Compounds sehr gut reproduzierbar realisiert werden. Die Platten zeigen angussnah geringere Fasermassenanteile als angussfern. Dieses Phänomen lässt sich, mehr oder weniger stark ausgeprägt, bei allen Platten feststellen. Es ist gelungen, die Faserorientierungsverteilung aus den beiden sehr unterschiedlichen Methoden der Lichtmikroskopie und den CT-Aufnahmen vergleichbar zu machen. Die Faserorientierungen stimmen gut mit den Ergebnissen der Spritzgusssimulation überein.

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