Projekt 06895/01

Die Fasernessel Urtica dioica L. als nachwachsender Rohstoff zur Substitution von Glasfasern bei verstÀrkten Kunststoffteilen

ProjekttrÀger

Fa. Julius Heywinkel GmbHTextil- und Kunststoffwerk
Gesmolder Str. 51
49084 OsnabrĂŒckZielsetzung und Anlass des Vorhabens Ausgehend vom derzeitigen Kenntnisstand ĂŒber die Fasereigenschaften der Nesselfaser wird die Eignung dieser Faser als natĂŒrliche VerstĂ€rkungsfaser in Einsatzgebieten nachgewiesen, die derzeit von der Glasfaser abgedeckt werden. Dazu ist es notwendig, Anbau und Pflege der vorhandenen ZuchtstĂ€mme der Nessel fĂŒr eine industrielle Nutzung weiterzuentwickeln und das angebaute Material hinsichtlich des erreichbaren Faseraufschlusses, der FaserqualitĂ€t, der Verarbeitung zum FlĂ€chengebilde und Einlagerung in Kunststoffe sowie die VerbundqualitĂ€t zu untersuchen. Die Testung der neuentwickelten VerstĂ€rkungsfaser soll im Bauteil Heckklappenverkleidung im Vergleich zu dem derzeit aus glasfaserverstĂ€rktem Polypropylen bestehendem Bauteil erfolgen. Die ganzheitliche Betrachtungsweise vom Anbau der Fasernessel (Institut fĂŒr Angewandte Botanik) ĂŒber die Vliesherstellung (TITK) bis zur Produktion (Fa. Heywinkel) ist die Erfolgsgrundlage. Ziel dieses Vorhabens ist es, einen Großserienauftrag fĂŒr diesen nesselfaserverstĂ€rkten Formstoff zu akquirieren. WeiterfĂŒhrend wird an eine Substitution der PP-Matrix mittels abbaubarer Polymere gearbeitet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenGroßflĂ€chiger Anbau (1 ha mit einer Sorte und 1 ha mit 2 - 3 weiteren Sorten) verschiedener Hochleistungssorten der Fasernessel auf stillgelegten landwirtschaftlichen FlĂ€chen zur Produktion von Nesselstroh zur industriellen Weiterverarbeitung. Die Anlage und Pflege dieser AnbauflĂ€chen erfolgt unter wissenschaftlicher Begleitung. Hierdurch ist eine fachgerechte Auswahl der Sorten sowie eine wissenschaftliche Bonitierung des Nesselbestandes gegeben. DarĂŒber hinaus werden Boden- und Pflanzanalysen und Klimadaten erfasst. Stecklingsvermehrung, Auspflanzung-, Erntemethodik und EntblĂ€tterung der Nesselstengel werden optimiert. Um ein optimales Vlieshalbzeug aus PP und der VerstĂ€rkungsfaser Nessel zu erhalten, werden folgende Schritte durchgefĂŒhrt. - Entwicklung einer wirtschaftlichen mechanischen Faseraufschlusstechnologie unter Einbeziehung vorhandener Maschinentechnik. - Beurteilung der Fasereigenschaften in AbhĂ€ngigkeit vom Aufschlussverfahren. - Beeinflussung der Faser-Matrix-Haftung durch Modifizierung der Faser oder des Matrixmaterials. - Vliesbildungstechnologie zur Herstellung von Verbunden mit optimalen Eigenschaften. - Herstellung von 100 % Nesselvliesen, Herstellung von Hybridvliesen mit Polypropylen. - Kalkulation des Halbzeugproduktpreises. - Auswahl einer Vorzugsvariante in Zusammenarbeit mit der Firma Heywinkel als Technologievorgabe. Im weiteren Verlauf wird das Halbzeug zu Versuchsbauteilen verarbeitet, welche im Hinblick auf den Einsatz im Automobil-Innenraum untersucht und charakterisiert werden Basis fĂŒr die Untersuchung sind technische Lieferbedingungen fĂŒr Innenverkleidungsteile. Diese beinhalten mechanische, optische und organoleptische Eigenschaften. Weiterhin wird die Verarbeitbarkeit, Verformbarkeit und Kaschierbarkeit ĂŒberprĂŒft. Anhand der Ergebnisse aus diesen PrĂŒfungen wird das Halbzeug ggf. vom TITK und von der Uni Hamburg verbessert. Ist das Material bis zur Serienreife und auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimiert, wird es zu dem Serienbauteil Heckklappenverkleidung verpresst und beim Kunden zur Erstbemusterung vorgestellt. BewĂ€hrt sich die Nesselfaser als Serienmaterial, kann eine Großserie angedacht werden. Ergebnisse und Diskussion Es konnte nachgewiesen werden, dass eine industrielle Nutzung der Nesselfasern zur VerstĂ€rkung von Innenausbauteilen von Automobilen möglich ist. Sowohl beim Faseraufschluß als auch bei der Vliesherstellung und bei der Bauteilherstellung im Formpressverfahren werden außer Technologieanpassungen keine Anforderungen an Anlagen, Verfahren und Technologien gestellt. Es entstehen Bauteile gegenĂŒber dem Flachs mit Ă€hnlichen mechanischen KenngrĂ¶ĂŸen. Die Verarbeitungskosten vom Faseraufschluss bis zum Bauteil sind mit denen anderer Naturfasern vergleichbar. Zur Erhöhung der Faserausbeute sind weitere zĂŒchterische Arbeiten unumgĂ€nglich. Die Projektbearbeitung erbrachte folgende Ergebnisse: 1. Das vom Aufschluss anderer Naturfasern (Flachs, Hanf) bekannte Verfahren des rein mechanischen Faseraufschlusses ist zur Gewinnung technisch verwertbarer Nesselfasern anwendbar. Dabei ist in jeder fĂŒr Hanf konzipierten mechanischen Faseraufschlussanlage bei geringen technologischen Optimierungen der Nesselfaseraufschluss durchfĂŒhrbar. 2. Unter Beachtung der entwickelten Technologie hinsichtlich · Fasergehalt · Stichdichte und · Stichtiefe ist das Verfahren der Hybridvliesherstellung aus Nesselfaser/Polypropylen anwendbar. Die Fertigung kann bei jedem naturfaserverarbeitenden Vlieshersteller erfolgen. 3. Unter Beachtung der entwickelten Technologie hinsichtlich · Vorheiztemperatur · Heizzeit · Vorverdichtung · Presstemperatur · FlĂ€chenpressung und · Preßzeit ist das Formpressverfahren zur Verbundherstellung anwendbar. Die Fertigung kann bei jedem nach dem Formpressverfahren arbeitenden Bauteilhersteller erfolgen. Insbesondere ist die Firma Julius Heywinkel GmbH technisch/technologisch fĂŒr eine Verarbeitung von Nessel/Polypropylen-Vliesen zu Bauteilen in der Lage. 4. Aus Nessel-Polypropylen-Hybridvliesen sind Verbunde herstellbar, die gegenĂŒber flachsfaserverstĂ€rkten Kunststoffen bessere Biegeeigenschaften bei gleichen anderen mechanischen KenngrĂ¶ĂŸen besitzen. 5. Das vom Aufschluß anderer Naturfasern (Flachs, Hanf) bekannte Verfahren des rein mechanischen Faseraufschlusses ist zur Gewinnung technisch verwertbarer Nesselfasern anwendbar. Dabei ist in jeder fĂŒr Hanf konzipierten mechanischen Faseraufschlussanlage bei geringen technologischen Optimierungen der Nesselfaseraufschluss durchfĂŒhrbar. 6. Das anvisierte Bauteil Heckklappe A8 ist aus Nessel-Polypropylen herstellbar. Die Forderungen entsprechend den Technischen Lieferbedingungen der Automobilindustrie sind erfĂŒllbar. Noch notwendige technologische Optimierungen können sowohl beim Vlies- als auch beim Bauteilhersteller nur mit grĂ¶ĂŸeren Mengen Nesselfaser durchgefĂŒhrt werden. Im Rahmen des Projektes war das auf Basis des durchgefĂŒhrten Versuchsanbaus nicht möglich. Die Verarbeitungskosten der Nessel sind bei Faseraufschluß, Vlies- und Verbundherstellung mit denen anderer Naturfasern vergleichbar. Zur Erzielung gleicher Kosten im landwirtschaftlichen Vorfeld ist eine Fasergehaltserhöhung um ca. 10 % unumgĂ€nglich. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Das Fasernesselprojekt wurde wĂ€hrend der Projektlaufzeit bei folgenden Gelegenheiten vorgestellt: 1. Meeting of WG Alternative fibre crops vom 9. - 10. April 1997 at IACR Rotham- ste, United Kongdom: Potential of Stinging Nettle (Urtica dioica L.) as Industrial Fibre Crop 2. International Conference: Sustainable Agriculture for Food, Energy and Industry vom 22. - 28. Juni 1997 in Braunschweig mit dem Poster: Potentials of Stinging Nettle (Urtica dioica L.) as Industrial Fibre Crop. 3. Kontaktkreis Naturwissenschaft, Technik und Politik der Konrad Adenauer Stif- tung, am 27. Juni in OsnabrĂŒck, Poster und Referat: Biologie und Anbau der Fasernessel Urtica dioica L. 4. VDI/MEG Kolloquium Agrartechnik am 6. - 7. August 1997 in Bonn: Erzeugung technischer Naturfasern aus Fasernesseln (Urtica dioica L.). Anbausystem und ProduktivitĂ€t im Raum Hamburg 5. Internationales Symposium Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen vom 9. bis 4. September 1997 in Rudolstadt-Schwarza: Die Fasernessel Urtica dioica L. als nachwachsender Rohstoff zur Substitution von Glasfasern bei verstĂ€rkten Kunststoffteilen 6. 1o th European Conference and Technology Exhibition: Biomass for Energy and Industry, 8. - 11. Juni 1998 in WĂŒrzburg: Fibre Nettle (Urtica dioica L.) as an Industrial Fibre Crop for Composites (PMCs)? 7. Dies Academicus, UniversitĂ€t Hamburg am 24 Juni 1998: Nachwachsende Rohstoffe : Fasernesselprojekt Fazit Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte bestĂ€tigt werden, dass die Nesselfaser fĂŒr die VerstĂ€rkung von Kunststoffteilen im Anwendungsbereich Innenverkleidungen fĂŒr die Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie einsetzbar ist. Um eine ausreichende Wirtschaftlichkeit zu erreichen, muss der Fasergehalt durch ZĂŒchtung und Auslese auf 20 % erhöht werden.

Übersicht

Telefon

0541/58491-10

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Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

742.994,53 €

Förderzeitraum

01.07.1996 - 30.06.1999