Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 3A: Energieeffiziente Verarbeitung von innovativen Konstruktionswerkstoffen auf Basis von Cellulosefaser verstärktem biobasiertem Polyamid - Cellulosische Spinnfaserverstärkung und alternative Füllstoffe

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. rer. nat. Johannes Ganster
Tel: +49 331 568-1706
E-Mail: johannes.ganster@iap.fraunhofer.de
FKZ
22026008
Anfang
01.05.2010
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Verbundmaterialien auf der Basis von biobasiertem Polyamid und cellulosischer Verstärkungsfaser weisen neben guten mechanischen Eigenschaften ökologische und ökonomische Vorteile auf. Ziel des Projekts ist die Erforschung der Potenziale von biobasierten Cellulosefaser verstärkten Polyamiden, um mit den konventionellen technischen Produkten in Konkurrenz treten zu können. Damit die mechanischen Kennwerte und Eigenschaften von faserverstärktem Polyamid 6 erreicht bzw. übertroffen sowie neue Anwendungsgebiete erschlossen werden, sind in dem Projekt Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu den möglichen Beeinflussungen der Verarbeitungseigenschaften als auch der Materialeigenschaften von biobasiertem Polyamid vorgesehen. Ein Ziel der Untersuchungen ist dabei die Ermittlung von grundlegenden und gleichzeitig praxisrelevanten Zusammenhängen zwischen Füllstoffanteil, Füllstoff-Matrix-Haftung, Verarbeitungsparametern und mechanischen Kennwerten. Die Optimierung der Verarbeitungseigenschaften als auch der Materialeigenschaften von Compositen auf der Basis von biobasiertem Polyamid stehen im Mittelpunkt der Forschungs - und Entwicklungsarbeiten der zweiten Projektphase. Weiterhin werden der Einfluss von Temperatur, Feuchte und UV-Exposition auf das Ermüdungsverhalten der Modellwerkstoffsysteme aus verstärkten biobasierten Polyamiden untersucht. Durch eine Optimierung der Verarbeitungstechnologie bei der Extrusion soll die thermische Schädigung speziell der cellulosischen Naturfasern verringert werden.
Ergebnisdarstellung
Zu Beginn des Projektes wurde die Celluloseregeneratfaser Rayon (Cordenka) in verschiedenen biobasierten Polyamiden (PA) zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften eingesetzt. Die cellulosefaserverstärkten PA-Composite konnten erfolgreich im zweistufigen Pultrusionsverfahren bis zu einem Fasergehalt von 30 % compoundiert werden. Die biobasierten Polymere PA 6.10 (63 %) und PA 10.10 (100 %) zeigen in Rayonverstärkten Compositen ein dem erdölbasierten PA 12 vergleichbares Eigenschaftsprofil. Allerdings zeigten Versuche mit PA 11 bzgl. der Zugfestigkeit nicht die übliche Verstärkungswirkung von Rayon. Als Ursache wurden Katalysatorreste (H3PO3) sowie Mono- /Oligomere identifiziert. Ein Lösungsansatz war die Additivierung von PA11 mit Na2CO3 zur Neutralisation der Säurereste. Die additivierten PA11-Composite zeigten ein deutlich verbessertes Eigenschaftsprofil. Verbesserte mechanische Eigenschaften sowie eine Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit konnte in Compositen von PA 6.10 und PA 10.10 mit einem 20%igen Cordenka-CR- Faseranteil erreicht werden. Am Beispiel von PA 6.10- Compositen konnte der Einfluss der Verarbeitung insbesondere der Schneckenkonfiguration aufgezeigt werden. So wurde durch die Verwendung eines Einfachschneckenextruders anstelle eines Zweifachschneckenextruders deutlich höhere Kerbschlag- sowie auch Schlagzähigkeiten erreicht. Als eine sehr erfolgreiche Verstärkungsfaser wurden Carbonfasern in PA 6.10 eingesetzt. PA 6.10-Composite mit einem ansteigenden CFaseranteil von 5 % bis 20 % zeigen eine annähernd lineare Zunahme der Zugeigenschaften sowie der Schlagzähigkeiten. PA 6.10-Composite mit einem C-Faseranteil von 10 % zeigen eine Verdoppelung der Zugfestigkeit sowie eine Verdreifachung des E-Moduls. Die Wärmeformbeständigkeiten von PA 6.10-Compositen mit einem C-Faseranteil von 5 % und 10 %, erreicht Werte von 171°C bzw. 200 °C.

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