Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 6B: Modifizierung von Cellulosefaserprodukten mit Polyvinylacetat und Derivaten und ihre Anwendung in Biokunststoffen - Spritzguss und Simulation

Anschrift
Technische Universität Clausthal - Fakultät für Natur- und Materialwissenschaften - Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik
38678 Clausthal-Zellerfeld
Agricolastr. 6
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Ziegmann
Tel: +49 5323 72-2090
E-Mail: ziegmann@puk.tu-clausthal.de
FKZ
22026808
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Innerhalb des Teilvorhabens wurde ein Projekt bearbeitet, bei dem mit Hilfe chemisch-angepasster Haftvermittlersysteme das verbesserte Anwendungspotenzial von Cellulose-Endlosfasern zur Herstellung von Naturfaser-verstärkten Kunststoffverbunden auf Basis thermo- oder duroplastischer Matrixsystemen untersucht werden sollte. Da eine gute Haftvermittlung zwischen Faser und Matrix die mechanischen Kennwerte des resultierenden Verbundes verbessert, sollten die Cellulosefasern kontinuierlich und qualitativ gleichmäßig durch entsprechende Haftvermittlersysteme beschlichtet werden. Daran anschließend wurden die beschlichteten Fasern sowohl durch kunststofftechnische Prozesse in entsprechende thermoplastische als auch mittels VARI-Technologie in eine duroplastische Matrix eingebracht. Gerade im Bereich der thermoplastischen Matrices wurden bislang Cellulose-Kurz- oder Langfasern (< 30 mm) verwendet. Diese wurden dazu diskontinuierlich den verwendeten Haftvermittler- Suspensionen hinzugegeben, in diesen gerührt und zum Trocknen entnommen. Dieses zeit- und energieintensive Verfahren eignet sich jedoch ausschließlich zur Modifizierung kurzer Fasern für den Extrusion- und Spritzgussprozess, ist jedoch für Endlosfasern ungeeignet. Daher war eines der Ziele des betrachteten Projektes die Optimierung des Beschlichtungsprozesses zur Gewährleistung eines homogenen Haftvermittlerauftrags auf die Faser. Ebenfalls galt es, den für die Weiterverarbeitung der beschlichteten Fasern notwendigen nachgeschalteten Trocknungsprozess direkt in den Prozessablauf einzubringen, um eine erneute thermische Behandlung und damit potenzielle Schädigung der Fasern zu verhindern. In dem Vorhaben wurden acht verschiedene Haftvermittlersysteme kontinuierlich auf die Cellulosefaser aufgebracht. Anschließend erfolgte das Einbringen in die jeweilige Matrix sowie die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Compounds bzw. Komposits.
Ergebnisdarstellung
Auf Grundlage der Wickeltechnologie, einer im Bereich der Faserverbundherstellung industriell weit verbreiteten Technik, wurde der Prozessablauf so optimiert, dass die Herstellung kontinuierlich beschlichteter Cellulosefasern ermöglicht wurde. Hierzu wurde ein entsprechendes Tränkbad konzipiert, in dem der Auftrag des Haftvermittlersystems stattfand. Dieses Bad wurde im Verlauf des Projektes weiter optimiert, so dass unterschiedliche Faserführungsstrecken realisierbar wurden. Durch die Optimierung des Führungsweges unter Betrachtung der sich ergebenden Fadenspannung konnten maximale Beschlichtungsbelegungen erhalten werden. Auch wurde in den Verfahrensablauf nach dem Tränkbad eine Trockenstrecke integriert, die die mit wässriger Haftvermittlersuspension versehenen Cellulose-Endlosfasern vor dem Aufwickeln auf den Transport- und Lagerkern auf einen definierten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet hat. Alle diese Untersuchungen gingen einher mit der Sicherstellung einer gleichbleibenden Haftvermittlerkonzentration im Tränkbad, um eine gleichmäßige Beschlichtung der Cellulosefaser sicherstellen zu können. Diese Qualitätskontrolle erfolgte über die Bestimmung der Viskosität. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wurden die Cellulose-Endlosfasern mittels Wickeltechnik zu unidirektionalen Platten gewickelt, die nachfolgend im VARI-Verfahren mit einem Epoxidharzsystem imprägniert wurden. An diesen Faserverbunden wurden neben Zug-, Druck- und Impactbelastungen auch Peel-Tests durchgeführt. Bei dem letztgenannten Test wird die Kraft bestimmt, die aufgebracht werden muss, um einen in der Struktur eingebrachten Riss um eine vorgegebene Strecke fortschreiten zu lassen. Somit kann hierdurch eine Aussage zur Faser-Matrix-Haftung erhalten werden. Bei der Herstellung der imprägnierten Platten traten keine Auffälligkeiten zu Tage, allerdings zeigte sich in den mechanischen Prüfungen, dass die Haftvermittlungssysteme keine signifikant besseren Eigenschaften hervorbrachten.

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