Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 3C: Energieeffiziente Verarbeitung von innovativen Konstruktionswerkstoffen auf Basis von Cellulosefaser verstärktem biobasiertem Polyamid - Prozessvalidierung und Up-scaling der Prozesskette bei Compoundherstellung

Anschrift
Zeppelin Systems GmbH - HENSCHEL Mixing Technology
34127 Kassel
Henschelplatz 1
Kontakt
Dipl.-Ing. Markus Brunkau
Tel: +49 561 801-6859
E-Mail: markus.brunkau@zeppelin.com
FKZ
22026208
Anfang
01.05.2010
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Ein wesentliches Ziel des Projekts ist es, zu erforschen, welche Potenziale in den biobasierten Cellulosefaser verstärkten Polyamiden liegen, 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 im Projekt Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu den möglichen Beeinflussungen der Verarbeitungseigenschaften als auch der Materialeigenschaften des biobasierten PA vorgesehen. Wesentliche Zielsetzung ist dabei die Verstärkung des Polyamids mit biobasierten Fasern. Die Optimierung der Verarbeitungstechnologie zur Vermeidung von thermischen Schädigungen der Fasern ist hier ebenfalls vorgesehen. Die Abmusterung von Bauteilen bei den Industriepartnern stellt einen wichtigen Schwerpunkt der 2. Projektphase dar. Immer noch haben viele mittelständische Unternehmen eine große Hemmschwelle biobasierte Materialien einzusetzen. Die Bemusterungsversuche tragen erheblich dazu bei, dass genau diese Hemmschwelle abgebaut wird und der Markt sich den neuen Produkten auf Basis nachwachsender Rohstoffe öffnet. Bei der Bemusterung der diversen Teile sind verschiedene Industriebranchen sowie unterschiedliche Verarbeitungsverfahren abgedeckt, so dass ein breiter Markt abgedeckt wird. Bei der Herstellung von Demonstratoren aus biobasiertem Polyamid sollen geeignete Prozessparameter gefunden und optimiert werden.
Ergebnisdarstellung
Der Extruder wurde gemäß den Anforderungen an die Compoundierung in einem großen Maße flexibel konfiguriert. Durch den Einsatz diverser Seitenfütterungen wurden unterschiedliche Verfahrenslängen simuliert. Die Verweilzeit konnte auf ein Minimum reduziert werden, um thermische Schädigung der Fasern zu vermeiden. Die Qualitäten der auf dem Laborextruder produzierten Compounds bestätigten die optimalen Verarbeitungsparameter insbesondere hinsichtlich Verweilzeit, Temperaturprofil und Schneckenkonfiguration. Der spezifische Energiebedarf konnte um mehr als 50% reduziert werden. Das Up-scaling auf die Produktionsmaschine wurde erfolgreich realisiert. Somit lassen sich heute Aussagen treffen, die den Maschinendurchsatz bei definierten Produktqualitäten definieren. In der Kombination mit den ausgewählten Naturfasern wurden Compounds mit nahezu 100% biobasiertem Anteil verarbeitet. Bei den mechanischen Eigenschaften dieser Compounds beträgt die Differenz zu glasfaserverstärkten Compounds naturgemäß bis zu 30%. Je nach Anwendungsfall sind die erreichten Materialeigenschaften jedoch ausreichend beim Einsatz bestimmter Bauteile. Es lassen sich Bauteile sowohl im Spritzguss- als auch im Extrusionsprozess herstellen. Neben der höheren Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit zeichnen sich diese Produkte durch ihre geringere Wasseraufnahme im Vergleich zu erdölbasierten Polyamiden als auch durch bis zu 25% Gewichtsersparnis im Vergleich zu glasfaserverstärkten Compounds aus. Die Untersuchungen zum Alterungsprozess im Klimaschrank haben gezeigt, dass die biobasierten Polyamide PA6.10 und PA10.10 sich deutlich witterungsstabiler zeigen als das erdölbasierende PA6.

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