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Leichtbau und ressourcenschonende Herstellungstechnologien sind zentrale Themen des 21. Jahrhunderts. Im Zuge dessen werden vermehrt Naturprodukte in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt. Eine Sparte dabei bilden Holz-Polymer Werkstoffe (WPC), welche seit 2014 eine Verdoppelung in der Produktionsmenge erfahren haben. Dabei werden meist Holzpartikel statt Fasern als Füll- und Verstärkungsstoff eingesetzt.
Der Vortrag befasst sich mit dem Vergleich von verschiedenen Aufbereitungsmöglichkeiten von WPCs mit Holzfaserverstärkung hinsichtlich Mechanik und thermischer Schädigung des temperaturempfindlichen Holzes. Teil der Untersuchung ist die einstufige Verarbeitung mittels eines Injection-Moulding-Compounders sowie die zweistufige Verarbeitung mittels Compounder und Heiz-Kühl-Mischer mit anschließendem Urformen an der Spritzgussmaschine.
The necessity for resource-efficient manufacturing technologies requires new developments within the field of plastic processing. Lightweight design using wood fibers as sustainable reinforcement for thermoplastics might be one solution. The processing of wood fibers requires special attention to the applied thermal load. Even at low processing temperatures, the influence of the dwell time, temperature and shear force is critical to ensure the structural integrity of fibers. Therefore, this article compares different compounding rates for polypropylene with wood fibers and highlights their effects on the olfactory, visual and mechanical properties of the injection-molded part. The study compares one-step processing, using an injection-molding compounder (IMC), with two-step processing, using a twin-scew-extruder (TSE), a heating/cooling mixer (HCM) and an internal mixer (IM) with subsequent injection molding. Although the highest fiber length was achieved by using the IMC, the best mechanical properties were achieved by the HCM and IM. The measured oxidation induction time and volatile organic compound content indicate that the lowest amount of thermal damage occurred when using the HCM and IM. The advantage of one-time melting was evened out by the dwell time. The reinforcement of thermoplastics by wood fibers depends more strongly on the structural integrity of the fibers compared to their length and homogeneity
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.
Holzbasierte Bioökonomie und Kunststofftechnik: Nachwachsende Rohstoffe für technische Bauteile
(2024)
Holzbasierte Bioökonomie und Kunststofftechnik: Nachwachsende Rohstoffe für technische Bauteile
(2024)
Ein Forschungsthema der holzbasierten Bioökonomie sind thermoplastische Kunststoffe mit Holz- oder Cellulosefaserverstärkung. Beide Faserarten werden industriell aus Holz herge- stellt. Der erste Teil der Veröffentlichung befasst sich mit den Eigenschaften der Faser und deren Einsatz zur Schlagzähmodifizierung von Polypropylen in Abhängigkeit des Faseranteils. Mit steigendem Faseranteil können die Faserverbundkunststoffe höhere maximale Kräfte auf- nehmen. Im Fall der Holzfaserverstärkung bleibt die Schlagzähigkeit des Faserverbundes mit steigendem Faseranteil konstant, wohingegen die Cellulosefaserverstärkung zu einer Verdrei- fachung der Schlagzähigkeit des Verbundes führt. Im Rahmen des zweiten Teils der Studie wird gezeigt, wie Versteifungsrippen aus holzfaserverstärkten Kunststoff die Impacteigen- schaften von Polypropylen/Holzfaservliesen verbessern können. Im Durchstoßversuch wird gezeigt, dass die maximal aufgenommenen Kräfte und die absorbierte Energie bei dem Hybrid um ca. 30 bzw. 40 % steigen. Die Hybridisierung der Vliese führt zu einem spröden Bruchver- halten
