Projekt 27717/01

Entwicklung einer industriellen Naturfaser-Pellet-Produktion zur Nutzung von Naturfasern als Verstärkung von (Bio)-Kunststoffen in Spritzguss und Extrusion

Projektträger

nova-Institut für politische und ökologische Innovation GmbH Chemiepark Knapsack
Industriestr. 300
50354 Hürth
Telefon: 02233-48-1442

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes ist es, den wichtigsten Flaschenhals („bottle neck“) in der Prozesskette von heimi-schen Naturfasern zum naturfaserverstärkten Kunststoff zu überwinden: Die Zufuhr der Naturfasern über technisch und ökonomisch geeignete Naturfaser-Pellets in die Prozesse der Kunststoffindustrie.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit Hilfe von vorwettbewerblicher Entwicklung und industrieller Forschung wurden die NF-Pellets auf der Demonstrationsanlage produziert und in einem iterativen technischen und ökonomischen Prüf- und Feedbackprozess optimiert. Hierzu wurden die NF-Pellets bei am Projekt beteiligten KMU und Instituten (Unterauftragnehmer) auf verschiedenen Kunststoffmaschinen getestet und NF-Pellets, Granulate und Probekörper von den Projektpartnern technisch und ökonomisch untersucht.
Arbeitsschritt 1: Festlegung der technisch-ökonomischen Eigenschaftsprofile für die Naturfaser-Pellets
Arbeitsschritt 2: Aufbau einer seriennahen Demonstrationsanlage für Naturfaser-Pellets
Arbeitsschritt 3: Produktion und Bereitstellung der Naturfaser-Pellets bei fortlaufender Optimierung der Produktionstechnik
Arbeitsschritt 4: Wissenschaftlich-technische und ökonomische Untersuchung der Naturfaser-Pellets
Arbeitsschritt 5: Compoundierversuche mit den produzierten NF-Pellets und die Untersuchung der resultierenden Kunststoff-NF-Granulate
Arbeitsschritt 6: Herstellung von Probekörpern und deren Untersuchung
Arbeitsschritt 7: Ökonomische Analyse der gesamten Prozesskette von der Naturfaser bis zum Endprodukt (Probekörper)
Arbeitsschritt 8: Projektabschluss und Verbreitung der Ergebnisse



Ergebnisse und Diskussion

Nachdem die industrienahe Demonstrationsanlage aufgebaut und auf halbautomatischen Betrieb einge-stellt war, wurden verschiedene Fasertypen und Einstellungen in der Pelletierung getestet. Die Pelletier-anlage verfügt über verschiedene Möglichkeiten der Zudosierung von Additiven, Hilfsstoffen oder weite-ren Fasern und es werden spezifische Tests mit Interessenten durchgeführt. Bei den Versuchen der ein-gebundenen Verarbeitern stellte sich zunächst heraus, dass die erste Charge zu große und zu harte Pel-lets hervorbrachte. Daraufhin wurden sowohl Einstellungen an der Anlage vorgenommen als auch Ver-suche mit eingebrachten Additiven, insbesondere Zugabe des späteren Matrixwerkstoffs gefahren. Es zeigte sich, dass bereits bei der Pelletierung bis zu 40% Kunststoff automatisiert zugegeben werden kann, was die Auflösbarkeit in den meisten Verarbeitungsprozessen verbessert. Es konnte sogar ein Compoundierschritt durch diese vorgezogene Kunststoffzugabe eingespart werden.
Bei drei der vier eingebundenen Kunststoffverarbeitern zeigte sich bei den Versuchen mit den optimier-ten Pellets eine deutliche Verbesserung der Auflösbarkeit und eine Verbesserung der technischen Ei-genschaften. Lediglich eine problemlose Verarbeitung im Heiz-Kühl-Mischer konnte nicht erreicht werden, im Gespräch mit anderen Experten ergaben sich jedoch auch hier Ansätze zur Verbesserung. Bei den Pelletierversuchen konnte ein Durchsatz von bis etwa 900kg/Stunde erreicht werden. Der Zielpreis von 1,10 – 1,30 €/kg konnte entsprechend der vorgenommenen ökonomischen Berechnungen von den meisten der getesteten Pellet-Chargen eingehalten werden, der Rest lag nur knapp darüber. In den öko-logischen Betrachtungen zeigte sich ein erhebliches Energiesparpotential durch die Einbringung von Hanffasern in Kunststoffe gegenüber unverstärkten Kunststoffen, die durch den Prozessschritt der Pelletierung nur marginal verringert wurden. Insbesondere bei Einbringen von Additiven und Matrixmaterial bereits beim Pelletierprozess, so dass ein Compoundierschritt eingespart werden kann, eröffnen sich große Einsparmöglichkeiten, ökonomisch wie ökologisch.
Bei den fortwährenden Gesprächen mit Experten und potentiellen Interessenten für die Faserpellets zeigte sich großes Interesse der Industrie, so dass weitere Versuche außerhalb des Projekts bereits stattfanden.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Über Projektstart, -fortschritt und -abschluss wurde sowohl durch die Fachpresse als auch auf Vorträgen auf Fachveranstaltungen berichtet. Eine Publikationsliste wurde der DBU vorgelegt. Außerdem wurden Projekt und Zwischenergebnisse auf der K 2010, der FAKUMA 2011, der Composite Europe 2011 sowie der Projektabschlussveranstaltung 2012 im persönlichen Gespräch potentiellen Interessenten aus der Kunststoffindustrie vorgestellt und Feedback für das Projekt eingeholt.
Die Präsentationen der Abschlussveranstaltung (Projektberichte) sind online verfügbar unter http://www.bio-based.eu/technology/index.php



Fazit

Die reibungslose sowie teilautomatische Produktion konnte mit anvisiertem Durchsatz erreicht werden. Die Verarbeitbarkeit der Pellets wurde gezeigt und erste Optimierungsversuche der technischen Eigen-schaften waren erfolgreich. Ansätze für die weitere Optimierung im konkreten Einzelfall wurden erfasst und aufgezeigt. Die Anlage steht für weitere Versuche und kundenspezifische Bestellungen zur Verfü-gung und ist bereits für mehrere andere Projekte im Einsatz, sowohl öffentlich geförderte als auch für Industrieentwicklung.