Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Untersuchungen zur Anwendung eines neuartigen Schneckenverarbeitungsverfahrens zur Herstellung von geometrisch komplexen Papierbauteilen ohne polymeren Binder

Anschrift
Westsächsische Hochschule Zwickau (FH) - FB Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik - Institut für Produktionstechnik
08056 Zwickau
Dr.-Friedrichs-Ring 2 a
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Lars Frormann
Tel: +49 375 536-1721
E-Mail: lars.frormann@fh-zwickau.de
FKZ
22028405
Anfang
01.09.2007
Ende
31.08.2009
Aufgabenbeschreibung
Gesamtziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung der grundlegenden Verfahrenstechnik zur Herstellung von geometrisch komplexen Papierbauteilen in einem Verarbeitungsschritt ohne polymeren Binder. Dabei werden Papiersuspensionen bei der Schneckenverarbeitung charakterisiert und das erzielbare Eigenschaftsspektrum sowie der Komplexitätsgrad von gespritzten Papierbauteilen untersucht. Das Forschungsvorhaben wird von Beginn an innerhalb eines erfolgs- und phasenorientierten Modells bearbeitet, es ist dabei in die vier Teilpakete unterteilt: Weiterentwicklung der Verfahrenstechnik, Charakterisierung des Werkstoffs, Entwicklung und Optimierung. Um die Vorteile dieses Werkstoffs auch in weiteren neuartigen Anwendungen nutzen zu können, ist ein erweitertes Wissen zwingend notwendig. Die besseren Kenntnisse über den Werkstoff, seine Verarbeitung und neue Techniken können direkt umgesetzt werden.
Ergebnisdarstellung
Papier wird konventionell durch das Ablegen von Faserstoffsuspensionen auf Sieben hergestellt. Eine Möglichkeit der Herstellung von 3-dimensionalen Teilen aus Papier ist das Kontursiebverfahren oder das Scheiden, Falten und Kleben aus eben Papierzuschnitten. Die genannten Verfahren bestehen aus mehreren Arbeitsschritten und haben damit den Nachteil langer Zykluszeiten, was höhere Kosten für das Endprodukt nach sich zieht. Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung der grundlegenden Verfahrenstechnik zur Herstellung von geometrisch komplexen Papierbauteilen in einem Verfahrensschritt ohne Polymeren Binder. Eine Matrix ist notwendig, um Zellstoffe in einen fließfähigen Zustand zu überführen und im Spritzgießverfahren zu verarbeiten. Dazu wurden Zellstoffen oder Altpapier mit verschiedenen Stärkeprodukten zu spritzgießfähigen Granulaten extrudiert und dieses im Spritzgießen verarbeitet. Neben der Bestimmung des Schmelzvolumenindexes und der Fließeigenschaften konnten mit Hilfe eines Fließspiralwerkzeuges die Fließweglängen direkt im Spritzgießprozess untersucht werden. Abgeschlossen wurden die Untersuchungen mit der Analyse der Schwindungseigenschaften und der Bestimmung mechanischer Kennwerte. Aus dem Papiercompound (50% Altpapier + 50% Stärke) konnten erfolgreich verschiedene Bauteile in einem stabilen Prozess hergestellt werden. Das Verarbeitungsverhalten ist stark abhängig vom Feuchtegehalt im Compound. Beste Ergebnisse sind bei einer Feuchtigkeit von 15% im Material und einer Verarbeitungstemperatur von 160°C im Spritzgießprozess zu erwarten. Im Feuchtegleichgewichtszustand bei Raumbedingungen weisen die Bauteile sehr sprödes Bruchverhalten auf. Das untersuchte Papiercompound lässt sich wie ein Standardpolymer auf Spritzgießmaschinen verarbeiten. Für einfache nicht anspruchsvolle Bereiche z.B. mit kurzer Anwendungsdauer ist dieses Compound heute bereits gut geeignet.

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