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Holzbasierte Bioökonomie und Kunststofftechnik: Nachwachsende Rohstoffe für technische Bauteile
(2024)
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.
Mit steigender Nachfrage nach energieeffizienten Verkehrsmitteln hat sich die Nachfrage nach Leichtbaukomponenten stetig verstärkt. Faserverstärkte thermo-plastische Kunststoffe substituieren zunehmend metallische Komponenten. (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 daher 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. Dabei wurden verschie-dene Zerkleinerungsverfahren für die Verschnitte und die direkte Verarbeitung des Mahlguts im Spritzguß untersucht. Anhand von mechanischen Untersuchungen wurden die Materialeigenschaften der Rezyklate mit denen der Neuware verglichen. Darüber hinaus werden der Faserlängenabbau durch den Spritzgussprozess und der Einfluss des Wasserstrahlschneidens auf die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundes untersucht. Die Untersuchungen wurden mit einer Ökobilanz vervollständigt.
Bei der Planung von Produktionsumgebungen, insbesondere in der Reinraumtechnik, spielt die erwartete Kühllast eine entscheidende Rolle bei der Auslegung der Anlagen. Aufgrund unzureichender Datenbasis werden Klimaanlagen oft nur mit groben Schät-zungen dimensioniert. Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, sind konser-vative Schätzungen und Sicherheitsfaktoren unerlässlich. Allerdings führen diese Maßnahmen oft zu überdimensionierten Anlagen, die weit außerhalb des energeti-schen Optimums operieren und somit den Energieverbrauch unnötig in die Höhe trei-ben. Im Folgenden soll deshalb eine Möglichkeit betrachtet werden, um die im Betrieb anfallende Abwärme von Spritzgussmaschinen quantifizieren zu können.
Es wird eine Massenstrombilanz der Spritzgussmaschine einschließlich Temperierung und Automatisierung erstellt. Darauf aufbauend wird eine detaillierte Energiebilanz ab-geleitet. Hierbei wird das Gesamtsystem in die Bestandteile Spritzgussmaschine (ein-schließlich Antriebe, Steuerung und Plastifiziereinheit), Spritzgusswerkzeug, Temperiergerät und Automatisierung geteilt. Da die Wärmeverluste nicht direkt gemes-sen werden können, werden diese bilanziell auf Basis der Energiebilanz bestimmt. Dazu werden die restlichen Bilanzgrößen durch detaillierte Messungen bestimmt. Da neben der Abwärme weitere Energieströme nicht durch Messungen erfasst werden können sind teilweise Näherungsrechnungen notwendig. Die Abwärme wird exempla-risch an einer hydraulischen und einer elektrischen Spritzgussmaschine bestimmt. Auf dieser Datenbasis werden Vereinfachungen abgeleitet, um die Abwärme ähnlicher Spritzgussmaschinen gezielter abschätzen zu können.
Cellulosefaserverstärktes Polypropylen – Eigenschaftsbeeinflussung durch die Schmelzeaufbereitung
(2023)
Verarbeitungstemperaturen, Verweilzeit und Scherkräfte sind entscheidend, um die strukturelle Integrität von cellulosebasierten Fasern zu gewährleisten.
In dieser Studie wurden die Einflüsse durch die Schmelzeaufbereitung eines cellulosefaserverstärkten Polypropylens auf die Faser und den Faserverbund untersucht. Die Schmelze wurde in einem Plastographen mit verschiedenen Rotordrehzahlen, Schmelzetemperaturen und Verweilzeiten aufbereitet. Um die Auswirkung der Einspeisungsmethode auf den Faserabbau zu analysieren, wurden die Fasern entweder direkt der thermoplastischen Schmelze oder zusammen mit dem Kunststoffgranulat dem Plastographen zugeführt. Die Zugabe der Fasern in die Schmelze geht mit einer erhöhten thermischen und verminderten mechanischen Belastung der Fasern einher.
Bei der Prüfung der mechanischen Eigenschaften der verschieden aufbereiteten Compounds zeigten sich signifikante Unterschiede. Wurden die Fasern direkt der Schmelze hinzugefügt, so führte dies zu einer deutlich reduzierten Zugfestigkeit. Optische Unterschiede in den Schliffbildern der spritzgegossenen Prüfstäbe sowie in den Faserlängen nach Compoundierung konnten nicht festgestellt werden. Die verminderte Festigkeit wird folglich auf die unterschiedliche thermische Belastung der Faser während der Verarbeitung zurückgeführt.