Naturfaserverstärkte Kunststoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften

Verarbeitung naturfaserverstärkter Kunststoffe mit Betrachtung der Verarbeitungs- und Haftungsaspekte sowie Ermittlung deren Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften

Fragestellung

Naturfasern eignen sich aufgrund der geringen Dichte in Kombination mit thermoplastischen Kunststoffen als Leichtbaumaterial. Besonders für gering belastete Verkleidungselemente im Interieur von Fahrzeugen bieten naturfaserverstärkte Thermoplaste deutliche Vorteile in der mechanischen und akustischen Dämpfung gegenüber herkömmlich verwendeten Materialien. Damit diese Eigenschaften genutzt werden können und eine Materialsubstitution erfolgen kann, ist auch die mechanische Belastbarkeit des gefertigten Bauteils von besonderem Interesse. Diese ist abhängig von der Verbindung zwischen Naturfasern und Kunststoff, die über die jeweiligen Oberflächen im Materialverbund erzeugt wird.

Lösung

Bei der Einarbeitung von Naturfasern, wie Flachs, Hanf, Sisal oder Kenaf, in thermoplastische Kunststoffe, wie Polypropylen oder Polyamid, ermöglicht die Zugabe von Haftvermittlern eine zusätzlich chemische Anbindung der Materialien. Die Auswahl eines geeigneten Haftvermittlers wird unter Berücksichtigung der zu kombinierenden Materialpaarung und der vorgesehenen Bauteileigenschaften durchgeführt.

Nach der Wahl des Haftvermittlers werden die Verarbeitungsbedingungen ermittelt. Dazu erfolgt die Einarbeitung des Haftvermittlers in den Kunststoff im Extruder. Die verwendeten Fasermaterialien bestimmen, wie maschinelle Komponenten, beispielsweise Mischelemente und Austrittsdüsen anzupassen sind, damit ein optimierter Materialverbund erreicht wird. Für die nachfolgende Bauteilfertigung, beispielsweise im Spritzgießverfahren, werden Vorgaben für die Verarbeitung entwickelt, um die geschaffene verbesserte Haftvermittlung in das Bauteil zu übertragen. Die Überprüfung der Wirksamkeit des angewendeten Haftvermittlers erfolgt durch die Bestimmung charakteristischer Materialeigenschaften. Neben der mechanischen Prüfung zur Ermittlung von beispielsweise Festigkeiten und Schlagzähigkeiten können auch thermo-physikalische Verfahren, wie die dynamisch-mechanische Analyse, für die Charakterisierung der Haftvermittlung angewendet werden.

Entwicklungsstand

Anwendung verschiedener Haftvermittler im Technikumsmaßstab für industrielle Anforderungen nach Kundenwunsch realisiert

Vorteile

Durch die vollständige Betrachtung von der Materialanalyse bis zur Charakterisierung der erreichbaren Eigenschaften ist eine spezifische Empfehlung zur Anwendung von Haftvermittlern für naturfaserverstärkte Kunststoffe möglich. Die individuelle Ermittlung einer bauteilspezifischen Materialmischung mit den dazu gehörigen Prozessbedingungen erlaubt die schnelle Übertragung in die Serienanwendung. Aufgrund der vorhandenen maschinellen und analytischen Ausstattung können anwendungsbezogene Problemstellungen umfassend betrachtet und gelöst werden.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

• Verbundmaterial bestehend aus Holz mit Polypropylen
• Wood Polymer Composites (WPC) mit Naturfaserverstärkung für Exterieur im Baubereich
• Ausbauelemente in der Gebäudeinnenarchitektur
• Innenverkleidungselemente für Schienenfahrzeuge, Flugzeuge, Lastkraftwagen und Automobile

Schlagworte

Kunststoffverarbeitung, Kunststoffe, Thermoplast, Naturfasern, Haftvermittlung, Spritzgussparameter, Bauteilfertigung, Materialanalyse, Verbundmaterialien

03.05.2021