Spritzfähige Naturfasercompounds Dipl. Ing. (FH) Claus Forster
Dipl. Ing. (FH) Claus Forster Verfahrenstechnik zur Herstellung von Naturfasercompounds Typübersicht Verarbeitung Eigenschaften 2
Hauptsitz Breitungen ca. 45 Mitarbeiter Handel und Distribution Vermahlung ca. 4.300 t/a Compoundierung ca. 10.000 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
Stammsitz Siegen 5 Mitarbeiter Material- und Technologieentwicklung Projektakquise Projektbearbeitung Kundensupport Vertrieb Kaufmännische Leitung Produktion Rudolstadt 14 Mitarbeiter Produktionslinie Kapazität 20.000 t/a Herstellung von NFC-Compounds für Spritzguss, Extrusion und Blasverfahren 4
116 04.05.12 97 14.06.12 5
Beispiel : Holz Sisal Hanf Kenaf Kokos Cellulose Flachs Baumwolle Stroh Eigenschaften: Allgemein verfügbar CO2-neutral Ökologisch Günstiger als Ölprodukte Preisstabiler 6
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
Kenaf : (Sub-) Tropisches Malvengewächs Pflanze liefert auch Öl Hohe Festigkeit Geringe Dichte Eigenschaften: Länge 20-200 mm Dichte 1,3 1,5 g/cm³ L/D sehr hoch Foto: Wikipedia 8
Flachs : Regionale Pflanze (Europa) Oft schwankende Qualität Eigenschaften: Länge 20-200 mm Dichte 1,5 1,6 g/cm³ L/D sehr hoch 9
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 200-500 10
Sisal : Faser der Agaven Herkunft: Südamerika Teppichfaser Eigenschaften: Länge 2-4 mm der Einzelfasern als Bündel 50-120mm Dichte 1,3 1,5 g/cm³ hohe Festigkeit 11
Neuentwicklung Langnaturfasern Eigenschaften von Naturfasermaterialien Faser Dichte, g/cm³ Dehnung, % Festigkeit, MPa E-Modul E, GPa Spezifische Steifigkeit, E/ Holzfaser 1,6 1,7 2,5-3,6 250-300 20-40 18,2 Kenaf 1,3-1,46 1,5 1,8 390-800 10 30 14,3 Flachs 1,4 1,5 1,2-1,3 345-1500 27,6-80,0 37,1 Kokos 1,2 15,0-30,0 175-220 4,0-6,0 4,2 Sisal 1,33-1,5 2,0-14 400-700 9,0 38,0 22 Zellulose 1,5-1,6 Glasfaser 2,5 2,8 4570 86,0 28 Aramid 1,4 3,3 3,7 3000-3150 63,0 67,0 46 Stahl 7,8 2,08 500 210 26,9 12
Faserstoffe Naturfasern wie z.b. Holz, Sisal, Hanf, Kenaf, Kokos, Cellulose, Flachs, Baumwolle, Stroh Faserlänge: 150-2500 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
Maleinsäureanhydrid (MAH) Verbund PP MAH - Holzfaser Polypropylen Holzfaser 14
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
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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
Quelle: Nova-Institut, 10. Internationale AVK-Tagung 18
Warum Naturfasercompounds? Ökologische Aspekte Versteifung neue Optik und Haptik 19
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
Neuentwicklung Langnaturfasern [N/mm²] 35 Zugfestigkeit 30 25 20 15 10 5 0 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] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 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 602 21
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 1150 1400 2250 3300,00 3100 Zugfestigkeit Mpa 21 26 39 42,00 35 Bruchdehnung % >50 11 7 3,60 Streckdehnung % 6,00 8,50 6,80 5,30 4,00 Schlagzähigkeit ISO 179-1 1eU / +23 C kj/m² n.b. 32 29 27,00 50 ISO 179-1 1eU / -20 C 22,00 30 ISO 179-1 1eU / -30 C kj/m² 170 24 21 ISO 179-1 1eA/ +23 C kj/m² 45 6 5 3,90 15 ISO 179-1 1eA / -20 C 1 ISO 179-1 1eA / -30 C kj/m² 6 3 2 Cellulose bringt eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht und ist hervorragend für technische Anwendungen geeignet! 22
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
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
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
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
PolyWood verbessert das akustische Dämpfungsverhalten Typische Anwendungen sind Instrumententräger, Türverkleidungen oder Hutablagen. Spritzfähige Naturfasercompounds Dipl. Ing (FH) Claus Forster 27
Optische Erscheinung Kabelführung im Büro / am Schreibtisch Spritzfähige Naturfasercompounds Dipl. Ing (FH) Claus Forster 28
Shampooflaschen 29
Schüsseln 30
Rüttelplatten für Pflastersteine 31
Dachschindeln aus PolyWood 32
Rasenkantensteine aus PolyWood PP Bild: Arburg 33
Kehrschaufel 34
Besenstiel (Detail) 35
Einkaufskorb 36
Serviertablett 37
Weitere mögliche Anwendungen: Verpackungen für Lebensmittel Transportbehälter und -paletten Großspielzeug aus Blasteilen Funktionelle Haushaltsteile Befestigungskomponenten Terrassendielen Blumenübertöpfe 38
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 39