Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

FENAFA-Netzwerkverbund - Teilvorhaben 5b: Entwicklung von Dosiersystemen und Compounderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern

Anschrift
KraussMaffei Technologies GmbH
80997 München
Krauss-Maffei-Str. 2
Kontakt
Dr.-Ing. Stephan Widmayer
Tel: +49 89 8899 2386
E-Mail: stephan.widmayer@kraussmaffei.com
FKZ
22024408
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2012
Aufgabenbeschreibung
Zielstellung des Teilprojekt 5 ist die Entwicklung eines neuen Dosierkonzepts für schwer dosierbare Naturfasern für die Compoundierung in einem Doppelschneckenextruder. Damit soll ein kontinuierlicher und homogener Fasereintrag, der entscheidend für einen gleich bleibende Qualität des Compounds ist, gewährleisten werden. Eine aufwendige Transformation des Faserguts in einer Zwischenstufe, die zu nachteiligen Compoundeigenschaften und hohen Kosten führt, soll vermieden werden. Folgende Arbeitsschritte sind geplant: Entwicklung einer universalen Faserdoserdosiervorichtung für verschiedene Naturfasern vom Holzmehl bis zur hoch aufgeschlossenen Langfaser; Verbesserung der Dispergierung und Homogenisierung, insbesondere der Vermeidung von Faserschädigungen durch thermische Spitzen in den Scher- und Mischbereichen und Fasereinkürzungen; Trocknung oder Entgasung der Naturfaser während der Copoundierung; Entwicklung neuer Schneckenelemente zur Verbesserung der mechanischen Eigen-schaften der Naturfasercompounds; Untersuchung der Integration von flammhemmenden Stoffen und deren Wirkung im Naturfasercomound zur Erzielung bestimmter Brandschutzklassen. Das Teilprojekt bildet eine Brücke vom Kurzfaserrohstoff aus Teilprojekten2 und 3 zum Granulathalbzeug für die Verarbeitung in der Spritzgießtechnik und stellt somit einen wichtigen Prozessschritt in der Verarbeitsungslinie Spritzguss dar. Mit der Dosierung, Compoundierung und weiteren Spritzgießverarbeiten soll eine Technologie entwickelt werden, einheimischen Naturfaserrohstoff für Großserienbauteile zu nutzen und deren Anwendungsgebiete durch eine geschlossenen Prozesskette sowie einer wirtschaftlichen Herstellung erheblich zu erweitern.
Ergebnisdarstellung
Während der Projektlaufzeit wurden Compoundierversuche mit Hanffasern, Holzfasern, Flachsfasern und Juterovings durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass nur Holzfasern und sogenannte Technoflachs-Fasern mit konventionellen Dosiersystemen verarbeitet werden können. Die vorgesehenen Ganzpflanzen-Faserstoffe konnten auch nach Veränderungen an Förderschnecke und Rührwerk nicht dosiert werden. Für eine erfolgreiche Verarbeitung der Ganzpflanzen-Faserstoffe ist daher ein neuartiges Dosiersystem notwendig. Ein solches System wurde im Rahmen des TV von der TU Chemnitz entwickelt und umgesetzt. Anschließende Verarbeitungsversuche haben gezeigt, dass mit dem neu entwickelten Dosiersystem eine prozesssichere Dosierung von feucht konservierten Hanffaserstoffen erzielt wird. In hierauf aufbauenden Untersuchungen mit verschiedenen Rezepturen mit hanffaserverstärktem PP wurde in Verbindung mit geeigneten Additiven eine signifikante Erhöhung der Bruchdehnung um bis zu 200% erreicht. Dabei ist die Bruchdehnung der Prüfkörper mehr als doppelt so hoch wie die Gleichmaßdehnung, daher liegt ein zähes Werkstoffverhalten vor. Im Vorfeld zu diesen Versuchen wurden unterschiedliche Schneckenkonfigurationen getestet. Hierfür konnten jedoch nur rieselfähige Faserstoffe berücksichtigt werden, die nicht fein filamentisiert sind und daher in der Compoundierung noch aufgeschlossen werden müssen. Deshalb wurden Schneckengeometrien eingesetzt, die viel Scherenergie ins Material einbringen und dieses somit zerkleinern. Diese Zerkleinerung/Filamentisierung konnte allerdings mit den verfügbaren Schneckenelementen nicht umgesetzt werden. Die resultierenden mechanischen Eigenschaften sind daher im Vergleich zu holzfaserverstärkten Compounds auf einem ähnlichen Niveau. Darüber hinaus wirken bspw. die unzerkleinerten Flachsstengel-Teilchen als Fremdkörper im Faser-Matrix-System und wirken sich daher negativ auf das Bruchverhalten aus. Es wurden Bauteilmuster (Fittings/Obstkisten) hergestellt.

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