VARI-Technologie Charakterisierung von Naturfasergeweben und Einfluss der selektiven Reinigung auf die mechanischen Eigenschaften von

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1 VARI-Technologie Charakterisierung von Naturfasergeweben und Einfluss der selektiven Reinigung auf die mechanischen Eigenschaften von Duromer-NF-Compositen TU Clausthal, Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik Tagung der FNR-Nachwuchsgruppen Nachwuchsgruppen 27. Mai 2010, Fraunhofer UMSICHT, berhausen

2 Gliederung Naturfaseraufbau Charakterisierung des Naturfasergewebes - Faserzusammensetzung - Physikalisch-chemische Eigenschaften - Mechanische Eigenschaften des Naturfasergewebes VARI - Technik Charakterisierung des Faserverbundwerkstoffes - Mechanische Eigenschaften des Verbundwerkstoffes Auswirkungen der selektiven Reinigung Zusammenfassung selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 2

3 Schlößler, Th.; Knothe, J. Entwicklung naturfaserverstärkter Kunststoffbauteile für das Kfz Interieur und Exterieur; In: nline- Proceedings BIRESURCE HEMP 2000, Wolfsburg 2000 selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 3

4 Naturfaseraufbau Fibrillenstrang = µm Makrofibrille = 10-20µm Elementarfaser Mikrofibrille = 0,1-0,3µm Flachsstängel Elementarfibrille = 1-4nm selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 4

5 Naturfaseraufbau Cellulose Lignin / Hemicellulose - Bildet mit Hemicellulose Lignin- Polysaccharid Strukturen - Steifigkeit und Druckfestigkeit - Bindestruktur zwischen den einzelnen Fibrillen CH 3 C H H H 3 C H C H Pektin C H H H H 3 C H C H n H 3 C H Pektin Wachs H 3 C H C H Cellulose H H H H H H H 3 C Hemicellulose H -Festigend und wasserregulierend -Gerüstbaustein der Zellwand -Schutz vor Wasserverlusten Anorganische Bestandteile H H H n n selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 5

6 Charakterisierung des Naturfasergewebes [Taha] Processing and characterization of selected discontinuous natural fibres and their polymer composites, Clausthal, 2007 selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 6

7 Naturfaserverstärktes Thermoplastsystem PP 20 Gew.-% NF : Mechanical Properties of Natural Fibre Thermoplastic Composites: Characterisation of Nettle in Comparison to Sisal, Date Palm and Flax, naro.tech 2009 selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 7

8 Charakterisierung des Naturfasergewebes JGewebe 1 JGewebe 2 JGewebe 3 FGewebe 4 Maschenweite [mm x mm] Flächenbez. Masse [g/m 2 ] 2,7 x 2,0 1,6 x 1,5 1,5 x 1,4 0,6 x 0, selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 8

9 Charakterisierung des Naturfasergewebes Massebezogene Feuchtigkeitsaufnahme von Naturfasergewebe analysiert bei T = 20 C und RH = 65% selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 9

10 Charakterisierung des Naturfasergewebes JGewebe 1 JGewebe 2 JGewebe 3 FGewebe 4 Maschenweite [mm x mm] Flächenbez. Masse [g/m 2 ] Feuchtigkeitsaufnahme [%] Wasseraufnahme [%] 2,7 x 2,0 1,6 x 1,5 1,5 x 1,4 0,6 x 0, ,9/9,6 6,3/9,6 5,1/9,3 4,2/8,4 151,3 96,5 98,7 56,6 selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 10

11 Charakterisierung des Naturfasergewebes 1200 Kettrichtung (KR) 1000 Schussrichtung (SR) 800 Risskraft in N Dehnung in mm Streifen-Zugversuch zur Ermittlung der Höchstzugkraft an Jutegewebe (SR) (M = 385 g/m 2 ) selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 11

12 Charakterisierung des Naturfasergewebes Kettrichtung (KR) Schussrichtung (SR) selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 12

13 Prozess VARI Vacuum Assisted Resin Infusion 2-Komponenten-System aus Epoxidharz WELA 2110 (WELA, Geesthacht, Germany) und Aminhärtern EH 2294 und EH 2295 Amingruppe H Epoxidgruppe H H R NH 2 + H 2C C R' R' C H C N C C R' H 2 H 2 R H Abmaße des Bauteils 200 x 250 mm Faservolumengehalt FVG = 30% Vortrocknung bei T = 70 C und p = 150 mbar Harzinjektion erfolgt bei T = 30 C und niedrigem Vakuum Geschlossene berfläche selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 13

14 Charakterisierung des Faserverbundwerkstoffes selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 14

15 Charakterisierung des Faserverbundwerkstoffes selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 15

16 Selektive Reinigung Flachs Naturfasergewebe Kardenband Selektive Reinigung Wachse und Fette Pektin Hemicellulose Soxhlet-Extraktion mit Hexan als Lösungsmittel Sequ.Extraktion mit wässrigen Extraktionsmitteln Abbau des Xylans durch enzymatischen Angriff Cellulose Lignin Delignifizierung durch Ethanolamin S. Reich, A. ElSabbagh, L. Steuernagel, Macromol. Symp. 2008, 262, selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 16

17 Auswirkung der selektiven Reinigung (Gewebe) Flachsgewebe 4 Jutegewebe 3 selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 17

18 Auswirkung der selektiven Reinigung (Composite) 30% FVG, SR selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 18

19 Zusammenfassung Verfahren übertragen, welches in Industrie breites Anwendungsfeld findet Naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit hohen Steifigkeiten (14 GPa) und Zugfestigkeiten bis zu 100 MPa bei 30% FVG Definierte Eigenschaften durch selektive Reinigung Ausblick Drapierfähigkeit Permeabilität Bauteil Thermoplast/Jute Kombinationen der selektiven Reinigung selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 19

20 Danksagung Wir bedanken uns bei der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. und dem Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz für die finanzielle Unterstützung Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!! selektiven Reinigung auf mech. Eig. von Duromer-NF-Compositen 20