Spritzfähige Naturfasercompounds. Dipl. Ing. (FH) Claus Forster

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1 Spritzfähige Naturfasercompounds Dipl. Ing. (FH) Claus Forster

2 Dipl. Ing. (FH) Claus Forster Verfahrenstechnik zur Herstellung von Naturfasercompounds Typübersicht Verarbeitung Eigenschaften 2

3 Hauptsitz Breitungen ca. 45 Mitarbeiter Handel und Distribution Vermahlung ca t/a Compoundierung ca t/a Eigene Transportlogistik Technikum Verkaufsbüros Fünf mal in Deutschland Weitere in Österreich, Schweiz und Osteuropa Zahlreiche Lager Anwendungstechnik und Produktentwicklung Laborprüfungen und Werkstoffanalysen 3

4 Stammsitz Siegen 5 Mitarbeiter Material- und Technologieentwicklung Projektakquise Projektbearbeitung Kundensupport Vertrieb Kaufmännische Leitung Produktion Rudolstadt 14 Mitarbeiter Produktionslinie Kapazität t/a Herstellung von NFC-Compounds für Spritzguss, Extrusion und Blasverfahren 4

5

6 Beispiel : Holz Sisal Hanf Kenaf Kokos Cellulose Flachs Baumwolle Stroh Eigenschaften: Allgemein verfügbar CO2-neutral Ökologisch Günstiger als Ölprodukte Preisstabiler 6

7 Holzfasern : Fasern aus Nadelholz Regional verfügbar Kurze Transportwege Kein Nahrungsmittel Eigenschaften: Länge 3-6 mm Dichte 1,6 1,7 g/cm³ L/D rund 100 7

8 Kenaf : (Sub-) Tropisches Malvengewächs Pflanze liefert auch Öl Hohe Festigkeit Geringe Dichte Eigenschaften: Länge mm Dichte 1,3 1,5 g/cm³ L/D sehr hoch Foto: Wikipedia 8

9 Flachs : Regionale Pflanze (Europa) Oft schwankende Qualität Eigenschaften: Länge mm Dichte 1,5 1,6 g/cm³ L/D sehr hoch 9

10 Zellulose : Von Lignin gereinigte Holzfasern Regionale Rohstoffquelle Hohe Festigkeit Geringe Dichte Helle Eigenfarbe Eigenschaften: Länge 2-6 mm Dichte 1,5 1,6 g/cm³ L/D

11 Sisal : Faser der Agaven Herkunft: Südamerika Teppichfaser Eigenschaften: Länge 2-4 mm der Einzelfasern als Bündel mm Dichte 1,3 1,5 g/cm³ hohe Festigkeit 11

12 Neuentwicklung Langnaturfasern Eigenschaften von Naturfasermaterialien Faser Dichte, g/cm³ Dehnung, % Festigkeit, MPa E-Modul E, GPa Spezifische Steifigkeit, E/ Holzfaser 1,6 1,7 2,5-3, ,2 Kenaf 1,3-1,46 1,5 1, ,3 Flachs 1,4 1,5 1,2-1, ,6-80,0 37,1 Kokos 1,2 15,0-30, ,0-6,0 4,2 Sisal 1,33-1,5 2, ,0 38,0 22 Zellulose 1,5-1,6 Glasfaser 2,5 2, ,0 28 Aramid 1,4 3,3 3, ,0 67,0 46 Stahl 7,8 2, ,9 12

13 Faserstoffe Naturfasern wie z.b. Holz, Sisal, Hanf, Kenaf, Kokos, Cellulose, Flachs, Baumwolle, Stroh Faserlänge: µm Thermoplast-Matrix PP oder PE PS oder PVC natürliche Harze oder Wachse Modifikatoren Beeinflussung der Festigkeit: Haftungsmodifikatoren Beeinflussung der Wasseraufnahme: Hydrophobe Zuschlagstoffe Beeinflussung der Schlagzähigkeit: Langglasfasern, Modifier Verarbeitungshilfsmittel 13

14 Maleinsäureanhydrid (MAH) Verbund PP MAH - Holzfaser Polypropylen Holzfaser 14

15 Holzrohstoff Holzabfall Sägespäne Hobelspäne Hackschnitzel Faseraufbereitung Schredder Hacker Mühle Sieben Pelletieren Polymer Granulat Pulver Additive Granulat Pulver Definierte (Holz)Faser Compound Granulat oder Extrusionsprodukt 15

16 16

17 Extruder Kontinuierlicher Prozess (begrenzte Verweildauer) Begrenzte Verdampfung des Wassers Begrenzte Homogenisierung des Compoundes Strenge Einhaltung von Prozesstemperaturen Strenge Einhaltung der Rohstoffqualität Schwierige Prozessführung und Automatisierung ACR-Technologie Diskontinuierlicher Prozess (definierte Verweildauer) Hohe Energieeinbringung (Ausnutzung der Reibung im System, keiner oder begrenzter Einsatz der Hilfsstoffe); Unbegrenzte Verdampfung des Wassers Folgereaktionen - somit neuartige Systeme realisierbar Sichere Prozessführung und hoher Automatisierungsgrad Hohe Reproduzierbarkeit des Prozesses Große Produktionsmöglichkeiten Hohes Optimierungspotential Anforderung an die Rohstoffe Niedrige Restfeuchte (<12 %) Definierte Faserlänge und Qualität notwendig Schwierige Handhabung Keine Begrenzung der Restfeuchte (bis zu 50 %) Keine oder nur begrenzte Definition der Faserlänge und Qualität (auch Sägespäne sind verarbeitbar) 17

18 Quelle: Nova-Institut, 10. Internationale AVK-Tagung 18

19 Warum Naturfasercompounds? Ökologische Aspekte Versteifung neue Optik und Haptik 19

20 Für ein Kilogramm Polypropylen benötigt man rund 2 kg Rohöl 2010 wurden weltweit über 400 Mio t Rohöl zu Kunststoff Lange Transportwege brauchen weitere Ressourcen Naturfasern im Kunststoff reduzieren den Rohölbedarf Holzfasern aus heimischen Wäldern haben kurze Transportwege Bei nachhaltiger Forstwirtschaft wird die Ökologie geschont PolyWood enthält nur Holzfasern aus nachhaltiger Forstwirtschaft! PolyWood schont Umwelt und Ressourcen! 20

21 Neuentwicklung Langnaturfasern [N/mm²] 35 Zugfestigkeit S1 30 PP5 A4C 503 SL 30 PP5 A4C 503 SL 15 PP5 A4C 503 SL 15 PP5 A4C 603 SL 15 PP5 A4C 602 Hf 15 PP5 A4C 602 Kf 15 PP5 A4C 602 Bw 15 PP5 A4C 602 Flx 15 PP5 A4C 602 Vis 15 PP5 A4C 602 Zell 15 PP5 A4C 602 [kj/m²] S1 30 PP5 A4C 503 SL 30 PP5 A4C 503 SL 15 PP5 A4C 503 SL 15 PP5 A4C 603 Charpy, ungekerbt SL 15 PP5 A4C 602 Hf 15 PP5 A4C 602 Kf 15 PP5 A4C 602 Bw 15 PP5 A4C 602 Flx 15 PP5 A4C 602 Vis 15 PP5 A4C 602 Zell 15 PP5 A4C

22 PolyWood mit Cellulosefaser CeF Vergleich PP Copo / PP CeF / PP GF PP Copo PP CeF10 PP CeF20 PP CeF30 PP GF10 Faktor E-Modul / Dichte 1,00 1,18 1,87 2,53 2,38 Dichte 0,91 0,94 0,95 1,03 1,03 Zugversuch E-Modul Mpa , Zugfestigkeit Mpa ,00 35 Bruchdehnung % > ,60 Streckdehnung % 6,00 8,50 6,80 5,30 4,00 Schlagzähigkeit ISO eU / +23 C kj/m² n.b ,00 50 ISO eU / -20 C 22,00 30 ISO eU / -30 C kj/m² ISO eA/ +23 C kj/m² ,90 15 ISO eA / -20 C 1 ISO eA / -30 C kj/m² Cellulose bringt eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht und ist hervorragend für technische Anwendungen geeignet! 22

23 Naturfasern verringern die Schwindung Verarbeitung von PolyWood: Standardmäßig mit 50% oder 70% Holzfasern möglich Abmischung mit dem jeweiligen Grundpolymer Dadurch Anpassung an die Prozessform möglich Vortrocknung auf unter 0,1% ist ganz wichtig! WICHTIG: Massetemperaturen unter 200 C beachten! Durch niedrige Temperaturen kürze Zykluszeit möglich 23

24 PolyWood lässt sich wie folgt verarbeiten: Spritzguß mit / ohne Heißkanal Profil-Extrusion Folien-Extrusion Blasverfahren Tiefziehverfahren Die Rezeptur und Verarbeitungsparameter müssen der jeweiligen Anwendung angepasst werden! 24

25 PolyWood kann mit Masterbatches eingefärbt werden mit geeigneten Einstellungen ist laserbeschriften möglich Passenden Farbadditive für PolyWood führt: Das geeignete Know-How zum Belasern hat: 25

26 Aktuell sind folgende Typen lagermäßig verfügbar: Basispolymer Fein -holzfasern Grobholzfasern schlagzäh Füllgrad % PolyWood S3 70 PP7 A1 PP * 70 PolyWood S3 70 PP7 A2 10 PP * * 70 PolyWood P 70 PP7 A2 10 PP * * 70 PolyWood S3 50 PSS A1 PS-HI * 50 PolyWood S3 70 LDPE A1 LDPE * 70 Viele weitere Typen sind möglich fragen Sie uns! Alle PolyWood-Typen können beliebig mit dem Basispolymer gestreckt und angepasst werden! 26

27 PolyWood verbessert das akustische Dämpfungsverhalten Typische Anwendungen sind Instrumententräger, Türverkleidungen oder Hutablagen. Spritzfähige Naturfasercompounds Dipl. Ing (FH) Claus Forster 27

28 Optische Erscheinung Kabelführung im Büro / am Schreibtisch Spritzfähige Naturfasercompounds Dipl. Ing (FH) Claus Forster 28

29 Shampooflaschen 29

30 Schüsseln 30

31 Rüttelplatten für Pflastersteine 31

32 Dachschindeln aus PolyWood 32

33 Rasenkantensteine aus PolyWood PP Bild: Arburg 33

34 Kehrschaufel 34

35 Besenstiel (Detail) 35

36 Einkaufskorb 36

37 Serviertablett 37

38 Weitere mögliche Anwendungen: Verpackungen für Lebensmittel Transportbehälter und -paletten Großspielzeug aus Blasteilen Funktionelle Haushaltsteile Befestigungskomponenten Terrassendielen Blumenübertöpfe 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 39