Das Kunststoff-Zentrum SB. WMM3MBBSE Forschungsbericht Entwicklung einer innovativen, praxistauglichen Verfahrensvariante zur Herstellung von WPC-Profilen im Direktextrusionsverfahrens
Inhalt 1 Einleitung / Zielsetzung 5 1.1 Markt und Anwendung 5 1.2 Rohstoffe 6 1.2.1 Holz 6 1.2.2 Kunststoffmatrix 8 1.2.3 Additive 9 1.3 Einführung in die WPC-Profilextrusion 10 1.3.1 Maschinen- und Verfahrenstechnik 10 1.3.2 Extrusionswerkzeuge für WPC 12 1.4 Statisches Mischen 13 1.5 Bestimmung der Dispergiergüte 15 1.6 Problemstellung 16 1.7 Zielsetzung 16 2 Experimenteller Teil 17 2.1 Eingesetzte Maschinentechnik 17 2.1.1 Dosiersystem 17 2.1.2 Gegenläufiger Doppelschneckenextruder 18 2.1.3 Extrusionswerkzeug 20 2.1.4 Einschneckenextruder zur Schmelzebeschickung 21 2.1.5 Statische Mischerelemente 22 2.1.6 Herstellung von Vormischungen und Vortrocknung von Holzfasern... 23 2.1.7 Maschineneinstellungen 24 2.2 Eingesetzte Werkstoffe 24 2.2.1 Kunststoffe 24 2.2.2 Holzfasern 24 2.2.3 Additive 24 2.3 Eingesetzte Untersuchungsmethoden 25 2.3.1 Bestimmung der Holzfeuchte 25 2.3.2 Ermittlung der Schlageigenschaften 25 2.3.3 Ermittlung der Biegeeigenschaften 26 2.3.4 Ermittlung der Wasseraufnahme 27 2.3.5 Mikroskopie 28 2.3.6 Oxidations-Induktionszeit OIT 28 1
2.4 Probekörpervorbereitung zy 2.4.1 Proben für mechanische Eigenschaften und Wasseraufnahme 29 2.4.2 Präpäration von Mikroskopieproben 29 2.4.3 Dispergiergütebestimmung mit Fibreshape 30 2.4.3.1 Probenahme am Extruder 30 2.4.3.2 Verdünnung der Proben 31 2.4.3.3 Herstellung von Prüffolien 31 2.4.3.4 Auswertung mit Fibreshape 32 2.5 Versuchsprogramm zur Direktextrusion von WPC 34 3 Darstellung der Ergebnisse und Interpretation 37 3.1 Ergebnisse der Versuchsreihen V1 bis V 5 37 3.1.1 Einfluss des Schneckendesigns auf die Dispergiergüte 37 3.1.1.1 WPC-Schneckendesign (WPCJ) 37 3.1.1.1.1 Mechanische Eigenschaften 37 3.1.1.1.2 Wasseraufnahme 40 3.1.1.1.3 Optische Untersuchungen 40 3.1.1.2 PVC-Schneckendesign 42 3.1.1.2.1 Wasseraufnahme 43 3.1.1.2.2 Optische Untersuchung 44 3.1.2 Einfluss des Holzanteils auf die Dispergiergüte 44 3.1.2.1 Optische Untersuchung 45 3.1.3 Einfluss der Dosierform von Polypropylen auf die Dispergiergüte 47 3.1.3.1 Polypropylen in Pulverform 47 3.1.3.1.1 Mechanische Eigenschaften 47 3.1.3.1.2 Wasseraufnahme 49 3.1.3.1.3 Optische Untersuchung 49 3.1.3.2 Polypropylen in Schmelzeform 51 3.1.3.2.1 Mechanische Eigenschaften 51 3.1.3.2.2 Wasseraufnahme 53 3.1.3.2.3 Optische Auswertung 53 3.1.4 Zusammenfassung der Ergebnisse 56 3.1.4.1 Mikroskopische Untersuchungen 56 3.1.4.2 Mechanische Eigenschaften 3.1.4.3 Wasseraufnahme 57 59 2
3.1.4.4 Optische Untersuchung 59 3.1.4.5 Aufschmelzverhalten und thermische Stabilität 61 3.2 Ergebnisse der Versuchsreihen V 6 bis V 10 63 3.2.1 Einfluss der Viskosität des Polymers auf die Dispergiergüte 63 3.2.1.1 Hochviskoses PP-Granulat (MFR = 2,0 g/10min) 63 3.2.1.1.1 Mechanische Eigenschaften 63 3.2.1.1.2 Wasseraufnahme 65 3.2.1.2 Niederviskoses PP-Granulat (MFR = 18 g/10min) 65 3.2.1.2.1 Mechanische Eigenschaften 66 3.2.1.2.2 Wasseraufnahme 67 3.2.1.3 Vergleich der Polymere 67 3.2.1.3.1 Wasseraufnahme 68 3.2.2 Einfluss der Dosierform des Polypropylens auf die Dispergiergüte 68 3.2.2.1 PP in Pulverform 69 3.2.2.1.1 Mechanische Eigenschaften 69 3.2.2.1.2 Wasseraufnahme 73 3.2.2.2 PP-Schmelzebeschickung 74 3.2.2.2.1 Hochviskoses PP-Granulat (MFR = 2,0 g/10min) 74 3.2.2.2.1.1 Mechanische Eigenschaften 75 3.2.2.2.1.2 Wasseraufnahme 76 3.2.2.2.2 Niederviskoses PP-Granulat (MFR = 18 g/10min) 77 3.2.2.2.2.1 Mechanische Eigenschaften 77 3.2.2.2.2.2 Wasseraufnahme 78 3.2.2.3 Vergleich der PP Dosierformen 79 3.2.2.3.1 Mechanische Eigenschaften 79 3.2.2.3.2 Wasseraufnahme 80 3.2.2.3.3 Mikroskopie 81 3.2.2.4 Weitergehende Beurteilung der Schmelzebeschickung 82 3.2.2.4.1 Mechanische Eigenschaften 82 3.2.2.4.2 Wasseraufnahme 83 3.2.3 Einfluss der statischen Mischerelemente auf die Dispergiergüte 84 3.2.3.1 Vorversuche zur Ermittlung des Druckverbrauchs 84 3.2.3.1.1 Einsatz von zwei Mischerelementen ohne Werkzeug 84 3.2.3.1.2 Einsatz von vier Mischerelementen ohne Werkzeug 86 3
3.2.3.2 Einsatz von vier Mischerelementen mit Werkzeug 87 3.2.3.2.1 Mechanische Eigenschaften 3.2.3.2.2 Wasseraufnahme 3.2.3.3 Vergleich mit Standardversuch 89 3.2.3.3.1 Mechanische Eigenschaften 90 3.2.3.3.2 Wasseraufnahme 91 3.2.3.3.3 Mikroskopie 92 3.2.4 Einfluss der WPC-Rezeptur auf die Dispergiergüte 3.2.4.1 Variierung des Holztyps 3.2.4.1.1 Mechanische Eigenschaften 3.2.4.1.2 Wasseraufnahme 94 3.2.4.1.3 Vergleich der Holzwerkstofftypen 95 3.2.4.1.3.1 Mechanische Eigenschaften 95 3.2.4.1.3.2 Wasseraufnahme 96 88 89 3.2.4.1.3.3 Mikroskopie 97 3.2.4.2 Variierung der Holzfeuchte 98 3.2.4.2.1 Vergleich der mechanischen Eigenschaften 98 3.2.4.2.2 Vergleich der Wasseraufnahme 99 3.3 Vergleich der WPC-Schneckensätze 99 3.3.1 Vergleich der mechanische Eigenschaften 100 3.3.2 Vergleich der Wasseraufnahme 101 4 Zusammenfassung 102 5 Gegenüberstellung der Ergebnisse mit den Zielsetzungen des Antrags. 104 6 Darstellung des wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Nutzens der erzielten Ergebnisse insbesondere für KMU sowie ihres innovativen Beitrags und ihrer industriellen Anwendungsmöglichkeiten 105 7 Zusammenstellung aller Arbeiten, die im Zusammenhang mit dem Vorhaben in Kürze veröffentlicht werden sollen 106 8 Einschätzung zur Realisierbarkeit des vorgeschlagenen und aktualisierten Transferkonzepts 106 9 Literaturverzeichnis 109 4