Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 3B: Energieeffiziente Verarbeitung von innovativen Konstruktionswerkstoffen auf Basis von Cellulosefaser verstärktem biobasiertem Polyamid - Eigenschafts-und Prozessoptimierung von Naturfaser verstärktem biobasiertem PA

Anschrift
Universität Kassel - Fachbereich 15 Maschinenbau - Institut für Werkstofftechnik - Fachgebiet Kunststoff- und Recyclingtechnik
34125 Kassel
Mönchebergstr. 3
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim
Tel: +49 561 804-3670
E-Mail: heim@uni-kassel.de
FKZ
22026108
Anfang
01.05.2010
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Ziel dieses Projektes ist die Modifizierung der Material- und Verarbeitungseigenschaften von biobasiertem Polyamid mit einer Cellulosefaserverstärkung, um deren Potenzial zu erforschen und Möglichkeiten zu erörtern, in denen diese Bioverbundwerkstoffe mit den konventionellen technischen Produkten in Konkurrenz treten können. Dazu wurden Untersuchungen sowohl an den biogenen Ausgangsmaterialien als auch an modifizierten und verstärkten Produkten durchgeführt, wobei als Verstärkungsmaterialien sowohl cellulosische Naturfasern als auch Celluloseregeneratfasern eingesetzt wurden. Ein Ziel der Untersuchungen war die Ermittlung von grundlegenden und gleichzeitig praxisrelevanten Zusammenhängen zwischen Füllstoffanteil, Füllstoff-Matrix-Haftung, Verarbeitungsparametern und mechanischen Kennwerten. Weiterhin wurden der Einfluss von Temperatur und Feuchte auf das Werkstoffverhalten der Verbunde mit biogenen Polyamiden untersucht. Damit die mechanischen Kennwerte und Eigenschaften beispielsweise von glasfaserverstärktem PA 6 erreicht bzw. übertroffen sowie neue Anwendungsgebiete erschlossen werden konnten, wurden im Projekt Forschungsarbeiten zu den möglichen Beeinflussungen der Verarbeitungseigenschaften als auch der Materialeigenschaften des mit cellulosischen Fasern verstärkten, biobasierten PA durchgeführt. In diesem Rahmen wurden Versuche zur Optimierung der Verarbeitungstechnologie durchgeführt, um die thermische Schädigung der Fasern zu vermeiden und damit höhere mechanische Kennwerte der Materialverbunde zu erreichen. Weiterhin wurden Versuche zur Wirkung von Additiven auf die Prozessparameter und die resultierenden mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Weiterhin wurden bei Projektpartnern technische Bauteile aus den biobasierten Verbundmaterialien hergestellt, um die seriennahe Verarbeitbarkeit zu untersuchen und neue Anwendungsgebiete aufzuzeigen.
Ergebnisdarstellung
Bereits zu Beginn des Projektes konnte aufgezeigt werden, dass eine Verbesserung der mechanischen Kennwerte bei biobasiertem PA 6.10 mit Cellulosefasern möglich ist. Die im zweistufigen Pultrusionsverfahren hergestellten Compounds zeigten eine gute Verstärkungswirkung durch die Cellulose-Regeneratfasern und konnten im Vergleich zu glasfaserverstärkten Verbunden bereits höhere Kerbschlagzähigkeiten und ein deutliches Leichtbaupotential aufweisen. Während der Compoundierung im Doppelschneckenextruder wurden eine schonende Schneckenkonfiguration zur Reduzierung der Scherung und ein optimiertes Temperaturprofil zur Minimierung der thermischen Belastung verwendet. Diese zeigten einen erheblichen Einfluss auf die Farbe des Granulats, als Indikator für die geringere thermische Belastung, jedoch nur einen geringen Einfluss auf die mechanischen Kennwerte. Hier zeigte sich eine deutlich stärkere Beeinflussung durch den verwendeten Fasergehalt. Auch hier konnten in der Kerbschlagzähigkeit höhere Werte als mit den GF-Verbunden erreicht werden. Eine Additivierung zur Optimierung der Oberflächeneigenschaften der Materialstränge und der mechanischen Kennwerte wurde durchgeführt, in deren Rahmen auch die Einflüsse der Additive auf die Prozesswerte und die Morphologie ermittelt wurden. Die Prüfung ergab eine Reduzierung der Kerbschlagzähigkeit aufgrund der haftvermittelnden Wirkung einiger Additive. Bei der Bauteilherstellung zeigte sich, dass eine Verarbeitung cellulosefaserverstärkter Bio-Polyamide auf konventionellen Spritzgießwerkzeugen und -maschinen möglich war. Auch lange Fließwege in den Bauteilen und die Verwendung eines Heißkanal-Werkzeugs führten zu keiner signifikanten Faserkürzung oder -schädigung. Bei der Untersuchung des Alterungsverhaltens mithilfe einer künstlichen Alterung zeigte sich das cellulosefaserverstärkte PA 6.10 und PA 10.10 witterungsbeständiger als Compounds mit PA 6, was durch eine größere Resistenz gegen eine Feuchtigkeitsaufnahme der Biopolyamidezu

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