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(2016)
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(2016)
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.
This paper presents a method which allows to assess the wettability of thermomechanical pulp (TMP) with thermoplastic. The method is based on the usage of laboratory sheets made of TMP and plastic granules which form drops under heat. The contact angle of the drops after re-solidification on the surface of the laboratory sheets serves as the wetting characteristic. This method enables a direct and evaluable testing of wood fiber thermoplastic combinations. The exemplary results indicate that wood species, pulping temperature and mercerization influence the wettability of TMP with thermoplastic.
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.
Die Zielstellung der Arbeit war es, die Faserstofferzeugung für die Herstellung von Holzfaserdämmstoffen zu untersuchen, um zu einem besseren Verständnis der dort stattfindenden physikalischen Vorgänge beizutragen. Für die Bearbeitung der Zielstellung wurden physikalische Experimente zur Faserstofferzeugung im Labormaßstab mit dem TMP-Verfahren (Thermo Mechanical Pulp) und dem RMP-Verfahren (Refiner Mechanical Pulp) sowie den Holzarten Fichte (Picea abies Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.) durchgeführt. Aus den grundlegenden Untersuchungen zur Prozessführung der labortechnischen Faserstofferzeugung konnte eine Vorgehensweise abgeleitet werden, mit der reproduzierbare Ergebnisse in der Untersuchung von Mahlscheiben erzielt werden. Die Untersuchung der Sorption von Wasserdampf durch Hackschnitzel in Sattdampfatmosphäre mit einem Sattdampfdruck zwischen 1 bar und 9 bar respektive einer Temperatur von 120 °C bis 180 °C wurde mittels einer gravimetrischen Messeinrichtung ermittelt. Mit dieser in situ Bestimmung der Holzfeuchte wurde eine vom Sattdampfdruck und der Ausgangs-Holzfeuchte abhängige Absorption vonWasser nachgewiesen, die mit der berechneten Wärmemenge zur Erwärmung der Hackschnitzel assoziiert ist. Die Holzfeuchte nach Entspannung des Sattdampfdrucks war unabhängig von der Höhe des Sattdampfdrucks und stellte sich oberhalb der Ausgangs-Holzfeuchte ein. Der zeitliche Verlauf derWasseraufnahme und -abgabe erfolgte simultan zum Anstieg und Abfall des Sattdampfdrucks. Die Untersuchungen zur spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme im TMP-Verfahren zeigten ferner, dass signifikante Unterschiede bezüglich der Holzarten, der Aufschlusstemperaturen und der Mahlscheibenmuster bestanden. Die Faserstofferzeugung mit der Holzart Buche zog, im Vergleich zur Holzart Fichte, eine geringere spezifische elektrische Leistungsaufnahme nach sich. Mit steigender Aufschlusstemperatur nahm die spezifische elektrische Leistungsaufnahme bei beiden untersuchten Holzarten ab und die Differenzen zwischen den Mahlscheibenmustern wurden geringer. Im RMP-Verfahren konnte die prinzipielle Machbarkeit der Faserstofferzeugung für Holzfaserdämmstoffe mit einem speziell entwickelten Mahlscheibenmuster belegt werden. Aus den Versuchen zur Faserstofferzeugung wurde die Erkenntnis gewonnen, dass neben dem Erweichungsverhalten der Holzarten, insbesondere die Gestaltung der Mahlscheibe mit der Reduzierung der spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme einherging. Aus den weiteren Untersuchungen zum elektrischen und thermischen Energiebedarf in der Faserstofferzeugung entstand die Erkenntnis, dass neben dem Sattdampfdruck respektive der Aufschlusstemperatur die spezifische elektrische Leistungsaufnahme in Beziehung mit der Konsistenz der Faserstoffe nach dem Aufschluss steht. Die Analyse zur Beschaffenheit der Faserstoffe wurde mit der Kollektivmethode Luftstrahl- Prüfsiebung und der Individualmethode quantitative Bildanalyse durchgeführt. Mit beiden Methoden konnten Unterschiede in den Dispersitätseigenschaften bezüglich der Holzarten, der Aufschlusstemperaturen und der Mahlscheibenmuster nachgewiesen werden. Sowohl mit der Luftstrahl-Prüfsiebung als auch mit der quantitativen Bildanalyse wurde festgestellt, dass die Feinheit der Partikel mit steigender Aufschlusstemperatur zunimmt. Die Wärmeleitfähigkeit wurde im Zweiplattenverfahren an Faserstoffprobekörpern ermittelt, die mit einer aerodynamischen Vlieslegung gebildet wurden. Korrelationstabellen zur Identifizierung von funktionalen Zusammenhängen zwischen Dispersitätseigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit lassen den Schluss zu, dass die Feinheit der faserartigen Partikel in Beziehung mit der Wärmeleitfähigkeit stehen. Insgesamt boten spezielle Mahlscheibenmuster ein hohes Potenzial, um den elektrischen und thermischen Energiebedarf im Prozess der Faserstofferzeugung zu senken und die Beschaffenheit der Faserstoffe für die Herstellung von Holzfaserdämmstoffen zu optimieren.