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Mit steigenden Verbrauchs- und CO2-Anforderungen, aber auch dem Wandel zur Elektrifizierung des Antriebs verändert sich durch Leichtbauweise die werkstoffliche Zusammensetzung der Fahrzeuge. Faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe substituieren zunehmend metallische Komponenten. Diese Hochleistungswerkstof-fe (sog. Organobleche) erfüllen nicht nur die steigenden Anforderungen an Leichtbau, sondern auch an die Wirtschaftlichkeit von Produktionsprozessen, sowie an die Designfreiheit einzelner Bauteile. Das Hybrid-Spritzguss-Verfahren in Verbindung mit Organoblechen hat sich in den vergangenen Jahren für die Herstellung von Funktionsbauteilen und Leichtbaustrukturen durchgesetzt.
Der Vortrag befasst sich mit der werkstofflichen Rezyklierbarkeit von endlosglasfa-serverstärkten thermoplastischen Kunststoffen (Organobleche). Sortenreine Indust-rieabfälle werden dabei in einem Closed-Loop-Recyclingprozess zum Anspritzen von Funktionselementen in einem Serienbauteils genutzt. Die technische Machbarkeit als auch eine erste wirtschaftliche und ökologische Bewertung des Prozesses wird vorgestellt.
Die Verstärkung von Spritzgussteilen mit Faserhalbzeugen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Für die Einsatztauglichkeit derartiger Bauteile ist die Verbundhaftung zwischen den angespritzten Strukturen und den Faserhalbzeugen essentiell. Der Vortrag befasst sich mit den äußeren und prozesstechnischen Einflüssen zu Erhöhung der Verbundhaftung auf Faserhalbzeugen. Zudem wird ein Einblick in die Prüf und Anlagentechnik in diesem Bereich gegeben.
Aufgrund ihres Leichtbaupotentials und der vorteilhaften Ökobilanz werden thermoplastische Hybridverbunde mit Naturfaserverstärkung (z. B. Flachs, Hanf und Kenaf) seit langem in der Au-tomobilindustrie eingesetzt. Holzfasern (z. B. Fichte) wurden in diesem Zusammenhang bisher nicht untersucht. Die mechanischen Eigenschaften von Holzfasern sind vergleichbar mit Naturfa-sern. Darüber hinaus bieten Holzfasern Vorzüge wie lokale Verfügbarkeit und eine vorteilhafte Ökobilanz. Bei Hybridverbunden kann zudem die gleiche Holzfaser sowohl im Anspritzmaterial als auch in flächigen Halbzeugen als Verstärkungsfaser genutzt werden. So wird ein unnötiger Materialmix vermieden.
Im Rahmen dieser Arbeit werden thermoplastische Faserverbundkunststoffe mit Holzfasern un-tersucht. Hierzu werden Fichtefasern über ein thermo-mechanisches Aufschlussverfahren im La-bormaßstab hergestellt. Diese Fichtefasern werden einerseits über einen Spritzgusscompounder mit Polypropylen und Haftvermittler direkt compoundiert, andererseits werden sie mit Polypro-pylenfasern über ein Airlay-Verfahren zu einem Vlies gelegt. Bei der direkten einstufigen Com-poundierung werden verschiedene Holzfaseranteile von bis zu 30 Gew.-% untersucht. Mit einem steigenden Holzfaseranteil wurde eine Erhöhung der Zugeigenschaften, der Viskosität und der Dichte festgestellt. Die Holzfasern haben somit eine Verstärkungswirkung. Die Kerbschlagzähig-keit bleibt bei steigendem Holzfaseranteil im Rahmen der Standardabweichung konstant, ist je-doch im Vergleich zum unveränderten Grundpolymer geringer.
Eine charakteristische Eigenschaft von direkt angespritzten Strukturen bei Hybridverbunden ist die Verbundhaftung. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verbundfestigkeit von angespritzten Rip-pen aus Polypropylen und Fichtefasern mit verschiedenen Vliesstoffen verglichen. Die Vliese be-stehen aus Holzfasern (Fichte) oder alternativ aus Naturfasern (Kenaf und Hanf), jeweils mit einer Polypropylenmatrix. Im Kopf-Zug-Versuch zeigt sich, dass die Kerntemperatur der Vliese und die Rippengeometrie einen signifikanten Einfluss auf die Verbundhaftung haben. Ein Direkt-Com-pound und ein Wood-Plastic-Composite als Anspritzmaterial unterscheiden sich hinsichtlich der Verbundhaftung nicht signifikant voneinander. Natur- und Holzfaser-Hybridverbunde weisen vergleichbare Tendenzen in der Verbundfestigkeit und Mechanik auf. Weitere Tests mit Compu-tertomographie und Durchstoßversuchen bestätigen die Ergebnisse. Holzfaserverstärkte thermo-plastische Hybridverbunde können somit bezüglich ihres mechanischen Verhaltens mit Naturfa-serverbundwerkstoffen konkurrieren und stellen eine geeignete Alternative dar.
Leichtbau und Ressourcenschonung sind zentrale Themen des 21. Jahrhunderts. Hybridverbunde mit Naturfasern (z.B. Flachs, Kenaf) sind Stand der Technik und werden v.a. im Automobilbau verwendet. Durch Hybridverbunde lassen sich die Vorteile von Spritzguss und Pressverfahren kombinieren (Funktionalisierung bei hoher Eigensteifigkeit). Obwohl Holzfasern diverse Vorteile gegenüber Naturfasern bieten (z.B. geringere Rohstoffrisiken), sind sie in diesem Bereich noch nicht umfassend untersucht.
Gewichtsreduktion ist eine der entscheidenden Herausforderungen, um nachhaltige Fahrzeuge zu entwickeln. Der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen in Form von Naturfasern, wie Flachs, Kenaf, Hanf, ist Stand der Technik und findet vor allem in der Automobilindustrie Anwendung. Die Gründe sind zahlreich. Naturfasern sind wesentlich kostengünstiger als Carbonfasern und leichter als Glasfasern. Dadurch ergeben sich Kosten- und Gewichtsvorteile. Es lassen sich zudem hervorragende mechanische Eigenschaften erzielen. Schließlich bietet die Verwendung von Naturfasern einen deutlichen ökologischen Vorteil. Häufig kommen dabei Hybridverbunde zum Einsatz. Durch Hybridverbunde lassen sich die Vorteile von Spritzguss und Pressverfahren kombinieren (Funktionalisierung bei hoher Eigensteifigkeit).
Leichtbau und ressourcenschonende Herstellungstechnologien sind zentrale Themen des 21. Jahrhunderts. Thermoplastische Hybridverbunde mit endlosfaserverstärkten Einlegern spielen dabei eine große Rolle, sogenannte Organobleche. Auch Hybridverbunde mit Naturfaserverstärkung sind seit langem Stand der Technik und werden vor allem in der Automobilindustrie verwendet. Holzfasern sind in diesem Bereich jedoch noch nicht umfassend untersucht.
Der Vortrag befasst sich mit dem Potenzial von Holzfasern für thermoplastische Hybridverbunde im Vergleich zu Naturfasern. Dabei wird ein Einblick auf prozess- und materialtechnische Untersuchungen gegeben. Bei den Versuchen kommen diverse Technologien zum Einsatz. Holzfasern werden über ein Air-Lay-Verfahren mit Kunststofffasern zu einem Vlies gelegt. Bei der Weiterverarbeitung der konsolidierten Vliese zu Hybridverbunden, werden diese mit direkt compoundierten Holzfasern über einen In-Mould-Compounder angespritzt. Es zeigt sich, dass Faserverbunde mit Holzfasern vielversprechende Eigenschaften haben. Weitere Untersuchungen sind nötig, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Werkstoffe und die Prozesse zu entwickeln.