Projekt 10611/01

Substitution von Glasfasern in Spritzgießteilen durch Pflanzenfasern РAufbau einer technologischen Linie

Projektträger

Westspreng GmbH
Gnaschwitzer Str. 4
02692 GnaschwitzZielsetzung und Anlass des Vorhabens In Spritzgie√üprodukten werden zur mechanischen Verst√§rkung an Stelle von Glasfasern Naturfasern eingesetzt. Als Faserlieferanten dienen √Ėllein, Flachs und Hanf. Es wird eine technologische Linie, be-ginnend mit der landwirtschaftlichen Rohstoffproduktion bis zur Herstellung eines beispielhaften Endproduktes, aufgebaut. Um eine gro√üe Anwendungsbreite der Technologie zu gew√§hrleisten, wird herk√∂mmliche Maschinentechnik eingesetzt, die an die spezifischen Erfordernisse der Verarbeitung von Pflanzen-fasern anzupassen ist. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben umfasst die Teilschritte Rohstoffproduktion, Compoundierung und Spritzgie√üen. Zur Rohstoffproduktion geh√∂rt die gezielte Genotypenwahl, der Anbau, die Bestandesf√ľhrung und die Optimie-rung der Ernte hinsichtlich Faserreife und -homogenit√§t. Aus dem Erntegut werden Fasern mechanisch isoliert. Im Compoundierungsschritt sind thermoplastische Kunststoffe (Polypropylen = PP, Polyamid = PA) zusammen mit dem Fasermaterial zu einem Granulat zu verarbeiten. Haftvermittlung zwischen Kunststoff und Faser, Begrenzung der Temperaturbelastung der Pflanzenfaser und gleichm√§√üige Faserdosierung sind Aspekte, f√ľr die technologische L√∂sungen gesucht werden. Unterschiedliche Granulatchargen kommen im Spritzgie√üprozess zur Verarbeitung, wobei ein marktf√§higes Erzeugnis hergestellt wird. Werkstoffpr√ľfungen geben Aufschluss √ľber das Leistungsprofil im Vergleich zum konventionellen Glasfaserprodukt. Die technologische L√∂sung wird so angelegt, dass sie verallgemeinerungsf√§hig und f√ľr ausgew√§hlte Marktsegmente produktionswirksam ist. Die Arbeiten werden von einer √∂kologischen und √∂konomischen Studie begleitet.Die Umweltrelevanz des Vorhabens ergibt sich aus einer im Vergleich zu Glasfasern ressourcenscho-nenden Faserproduktion (Verbrauch an fossiler Energie, CO2-Bilanz), gesundheitlicher Unbedenklichkeit, geringerer Masse und Abrasivit√§t der Pflanzenfasern sowie der Recyclierbarkeit des Faserverbun-des. Ergebnisse und Diskussion In den Teilprojekten wurden folgende Ergebnisse erzielt: Rohstoffproduktion: Zur Verarbeitung in der Produktionslinie wurden Faserpartien unterschiedlicher Sorten von Flachs, √Ėllein und Hanf nach gro√ütechnischer Faserisolierung bereitgestellt. Die Produktions-technik orientierte sich an der agronomischen Praxis und der Erstverarbeitung. Der Sortenwahl, R√∂ste und Aufbereitungsstufen entsprechend, wiesen, wie umfangreiche Analysen zeigten, die Partien unterschiedliche physikalische Fasereigenschaften auf. An Einzelfaserpartien wurden weiterhin L√§ngenverteilungen, der Pectin-/Hemizellulose-, Zellulose- und Ligningehalt bestimmt. Teilstudien zu Ursachen der Variabilit√§t von Faserqualit√§t in Abh√§ngigkeit vom Erntetermin (√Ėllein, Hanf), von Bestandesfraktionen und R√∂ste (Hanf) wurden angefertigt. Compoundieren: Es wurde eine technologische L√∂sung zur Herstellung von pflanzenfaserverst√§rktem Granulat erarbeitet. Sie beruht verarbeitungstechnologisch auf der Zuf√ľhrung von konfektionierten Pflanzenfasern. Die technologische Entwicklung wurde auf die Verarbeitung von Hanffasern konzentriert. Unter dem Warenzeichen FORPOLEN√íHF wurde ein spritzgie√üf√§higes Hanffaser-Polypropylen-Granulat als marktf√§higes Erzeugnis entwickelt. Es zeichnet sich gegen√ľber einem vergleichbaren Glasfaserprodukt durch eine erh√∂hte Zugfestigkeit und verringerte Schlagz√§higkeit aus. Spritzgie√üen: Es erfolgte die versuchsweise Verarbeitung und Pr√ľfung von Granulatpartien. Generell gilt f√ľr die Spritzgie√üverarbeitung von pflanzenfaserverst√§rkten Granulaten, dass eine individuelle Anpassung der Werkzeuge und Verarbeitungsparameter vorzunehmen, die thermische Belastung der Faserkomponente durch geringe Verweilzeiten so gering wie m√∂glich zu halten ist. Die Gr√∂√üe der Einf√ľllsch√§chte, Tunnelanschnitte und die Art der Angussysteme sind die wesentlichen Komponenten, die einer Adaptation unterliegen. Au√üerdem sollten Formkonturen aus korrosionsbest√§ndigen St√§hlen bestehen und Gravuren kr√§ftig ausgef√ľhrt werden. Aufgrund des Wasserdampfaufnahmeverm√∂gens der Pflanzenfasern sind Trocknungsprozesse in allen Verarbeitungsstufen notwendig. Produktentwicklung: Die Produktentwicklung geht von einer hohen Zugfestigkeit und einem holz√§hnlichen Erscheinungsbild aus, ber√ľcksichtigt aber auch die eingeschr√§nkte Schlagz√§higkeit des Werkstoffs. Designstudien wurden zu translucenten Platten und Knotenverbindungen verschiedener Art angefertigt, aus denen der Entwurf eines l√∂sbaren Verbindungselements f√ľr Holzkonstruktionen als Studienobjekt ausgew√§hlt wurde. Hierzu wurden Prototypen angefertigt. Das Produkt diente als Zielobjekt f√ľr eine √∂kologische und √∂konomische Bewertung. √Ėkologische und √∂konomische Bewertung: Die Analyse des Lebensweges anhand des Kumulierten Energieaufwandes und von luftgetragenen Emission zeigt, dass das Hanffaser-PP-Spritzgie√üprodukt im Vergleich mit einem gleichartigen glasfaserverst√§rkten Produkt √∂kologische Vorteile besitzt. Diese resultieren aus der photosynthetischen Vorleistung, insbesondere aber aus seiner geringeren Masse. Das Hanffaserprodukt besitzt einen Kostenvorteil gegen√ľber dem Glasfaserprodukt. Das Hauptergebnis der Forschungs- und Entwicklungsarbeit besteht in der Etablierung einer technologischen L√∂sung zur Herstellung von pflanzenfaserverst√§rkten Spritzgie√üprodukten unter den Bedingungen der Produktionspraxis. Sie basiert auf der Prozessanalyse und technologischen Optimierung in den o.g. Teilschritten. Der faserverst√§rkte Werkstoff zeichnet sich durch gute Zugfestigkeit aus. Die technologische L√∂sung ist, gemessen an der Leistung vergleichbarer Glasfaserprodukte, √∂kologisch und √∂konomisch sinnvoll. Des weiteren tr√§gt das Vorhaben Modellcharakter zur Erschlie√üung eines Marktsegmentes f√ľr den Einsatz des neuen Materials. werkstoffangepasste Produktentwicklungen erschlie√üen neue Einsatzgebiete. Hierzu liegen Produktentw√ľrfe vor. Auf der Grundlage der Studie ist der Marktdurchbruch f√ľr hanffaserverst√§rkte Spritzgie√üprodukte m√∂glich, zur Optimierung der Produktlinie wurden die Felder weitergehender Forschungs- und Entwicklungsarbeiten identifiziert. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Die Ergebnisse der Projektarbeit wurden auf der Narossa√í 2001 und 2002 in Magdeburg (Messe f√ľr nachwachsende Rohstoffe und Pflanzenbiotechnologie), auf der naro-tech 2001 in Erfurt (Zweite Fachausstellung f√ľr nachwachsende Rohstoffe und Technologien), auf der 44. Jahrestagung der Gesellschaft f√ľr Pflanzenbauwissenschaften 2001 in Bonn, auf dem Innovationsforum Wertsch√∂pfungsketten in der Naturstoffverarbeitung 2001 in Gardelegen und auf dem 5th European Symposium on Industrial Crops and Products 2002 in Amsterdam vorgestellt. Fazit Die technologische Linie zur Herstellung von Hanffaser-PP-Spritzgie√üprodukten ist etabliert. Ein Spritzgie√ügranulat ist am Markt bereits verf√ľgbar. werkstoffangepasste Produktentwicklungen liegen vor. Der n√§chste Schritt besteht in der √úberf√ľhrung von Produkten in den Markt. Die Erschlie√üung und Erweiterung eines Marktsegmentes f√ľr pflanzenfaserverst√§rkte Spritzgie√üprodukte und die Verfahrensoptimierung sollten folgen.

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Telefon

03591/357-415

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Bundesland

Sachsen

Fördersumme

408.445,52 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.03.1999 - 28.02.2002