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Thüringisches Institut fürTextil- und Kunststoff-Forschung e. V.

Rudolstadt-Schwarza

Textiles Know-how für die Kunststoffverarbeitung –Möglichkeiten des TITK auf dem Gebiet der

Faserverbundwerkstoffe

FunktionspolymereFunktionspolymereEntwicklung von Funktionswerkstoffenmit speziellen elektronischen Eigenschaf-ten und von Mikrotechniken der Polymer-verarbeitung.Modifizierung synthetischer Polymere, vorzugsweise auf Basis PA6/PA6.6, PET, POD und LCPs sowie ihre Verarbeitungzu Filamenten, Fasern und Folien.

StrukturpolymereStrukturpolymereCharakterisierung nativer Polymereund Polymerlösungen. Entwicklung vonalternativen Technologien zur Verfor-mung von natürlichen Polymeren, vor-zugsweise Cellulose und Proteine. Herstellung von Polysaccharidderivaten,funktionellen Celluloseformkörpernund Proteinderivaten

KunststoffcompoundsKunststoffcompoundsund und ihreihre VerarbeitungVerarbeitung- Nanocomposite- faserverstärkte Polymere- leitfähige Polymere- Polymere für EMV-Anwendungen- Polymerkondensation

Entwicklung von Faserverbundstoffenund Verfahren ihrer Herstellung(konventionelle und Naturfasern)- Vliese, Langfasergranulate, Waben-

verbunde, EinstoffsystemeLangfaserrecyling von Aramid- undKohlenstoffgeweben.

VerbundwerkstoffeVerbundwerkstoffe

Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung

S t r a t e g i e f e l d e r


Entwicklungsrichtungen im TITK bei Faserverbundwerkstoffen

VerarbeitungsverfahrenFaserverbundPreßtechnik

Spritzguß

Fließpressen

Sandwichbauweisen

Wickeltechnik

Naturfaserverbunde

Hochleistungsverbunde

Einstoffverbunde

TITK-Neuentwicklungen bei Verbundwerkstoffen


Naturfaserverbunde Verfahren zur Herstellung von Natur-LangfasergranulatVerfahren zur Direktverarbeitung von Naturfasern Wabenverbunde mit Naturfaserverstärkung (Sandwich)

Fasereigenschaften ausgewählter Naturfasern


0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Röstflachs GrünflachsGrünhanf SisalGlas

Faserfestigkeit [N/mm²]

mittlerer Faserdurchmesser [µm]

Dichte: 1,41 – 1,56 g/cm³Feuchte im Normalklima: 11,6%

Faserlänge: ≥ 30mm

Fasereigenschaften ausgewählter Naturfasern


0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

0 20 40 60 80 100

RöstflachsGrünflachsGrünhanfSisal

Faserfestigkeit [N/mm²]

Faser-E-Modul [kN/mm²]

Glas

Reißdehnung 0,5 %

1 %

2 %

Anwendungen von Naturfaserverbunden


Formpressen (Halbzeug: Matte)

Fließpressen (Strangablegen)

(Halbzeug: Granulat)

Spritzgießen (Halbzeug: Granulat)

Armaturentafelträger,Hutablage, Kofferraum-boden, Dachhimmel

Realisierungsgradniedrig hoch

Verfahrenstechnik

AnwendungEntwicklung

Türverkleidungen, Sitzverkleidungen, Kofferraumauskleidungen

Säulenverkleidungen, Türspiegel, Konsolen, Befestigungselemente

UnterbodenverkleidungenTürspiegel, Sitzstrukturen, Handschuhfachklappe

Matte 100% Naturfaser(auch Naturfasermischungen)

Hybridvliesi.d.R. 50/50 Naturfaser/PP

Granulat 30-70%Natur-faser/70-30%PP

In Serie In Serie Noch nicht in Serie

Halbzeuge aus NaturfasernBereich Textil- und Werkstoff-Forschung

Eigenschaftspotenzial von formgepressten Naturfaserverbunden


0

50100

150200

250

300350

400

0 5000 10000 15000

Biegefestigkeit [N/mm²]

Biege-E-Modul [N/mm²]

Polypropylenmatrix

PP/Glas

PP/Flachs0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5000 10000 15000



Epoxydharzmatrix

EP/Glas

EP/Flachs

Schlagzähmodifizierung von formgepressten Naturfaserverbunden


02000400060008000

10000120001400016000

0 20 40 60 80

PP/LI/CLY PP/LI/PESPP/LI/PANPP/LI/PEN

Fasergehalt 50 Gew.%


Schlagzähigkeit [kJ/m²]

02000400060008000

10000120001400016000

0 20 40 60 80

EP/LI/CLY EP/LI/PES EP/LI/PAN EP/LI/PEN



Fasergehalt 60 Gew.%


Direktverarbeitung von Naturfasern (LFT-D)

0

1000

2000

3000

4000

5000

LFT-D NMT NMT LFT-D LFT-D


PP/F

lach

s

PP/G

las

PP/F

lach

s

PP/S

isal

PP/F

lach

s/ha

ftver

mitt

elt

Fasergehalt 30 Gew.-%

Potenzial

0

50

100

LFT-D NMT NMT LFT-D LFT-D


Fasergehalt 30 Gew.-%

PP/F

lach

s

PP/G

las

PP/F

lach

s

PP/S

isal

PP/F

lach

s/ha

ftver

mitt

elt

Potenzial

FaserdosierungAustragsband

Presse

Aufschmelzextruder

Mischextruder

Roboter

DIEFFENBACHER

Plastifikat


Vorteile der Direktverarbeitung

Verfahrensvorteile:Verfahrensvorteile:

Abfallfreie Bauteilherstellung im FliesspressverfahrenEinsparung der Faserverbund-HalbzeugherstellungEntkopplung von Schmelzeaufbereitung und Mischunggeringe thermische Beanspruchung der Naturfasernflexible Rezepturgestaltungeinfache Anpassung an verschiedene Bauteilgrößen


Unterbodenverkleidung PP/Sisal 30 Gew.-%


Wabensandwichverbunde mit NaturfaserdeckschichtenDeckschichten aus Naturfaservliesen- Flachs / Sisal / Hanf u.a. - physiologisch unbedenklich - geringe Dichte

Waben-Sandwich-Verbund- geringes Gewicht

(Bauteildichten ab 0,25 g/cm³- gute mechanische Eigenschaften

(insbesondere hohe Steifigkeiten)

Verbundaufbau:

Abdeckvlies (füroptische Eigenschaftender Oberfläche)

Naturfaservlies

Pappwabe

Wabenkerne aus Pappe- niedriger Preis- gute Verfügbarkeit- sehr geringe Dichte

Duroplastische Matrixmaterialien- Epoxidharzsysteme- Polyurethanharzsysteme

-4

-3

-2

-1

0

Glas Flachs/ Hanf

5 0 N 10 0 N 1 5 0 NB elast ung :

Durchbiegung der Waben-Sandwich-Verbunde in A bhängigkeit vo n der Vers tärkungsfaser und dem M atrixm aterial

D ur c hb i e g ung [ mm]

501 00

1 50

B e l as t ung [ N ]


Pilotanlage zur Herstellung von LangfasergranulatenAnlagenschemaVerfahrensvorteile:

Möglichkeit der Verarbeitung von Stapelfasern Nutzung vorhandener textiler TechnikenKontinuierlicher ProzessEnergetisch günstiger Herstellungsprozess

Produktvorteile:

Sehr homogene FaserverteilungGroße VerstärkungsfaserlängenGeringe Granulathärte

AbzugKrempel

KühlzoneDüseFlorteilung

Speiser

Pilotanlage Krempel

SVOBODAUmformtechnik


Schnittlänge 20 mmSchnittlänge 10 mm

• spiralförmige Faseranordnung (große Faserlängen)• einstellbarer Fasergehalt (20-60 Gew.-%)• homogene Faserverteilung im Granulatquerschnitt• variable Schnittlänge (5-30mm)• Kern-Mantel-Struktur (geringer Energiebedarf)•Modifizierbare Eigenschaften

Granulateigenschaften

Vorteile:


Zugeigenschaften von gespritzten PP/Flachs-Verbunden

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

PP/LI PPHC5/LI PP/LI (Kurzfaser)PPHC5/LI (Kurzfaser)

Zugfestigkeit [N/mm²]

Fasergehalt [Gew.-%]

0

2000

4000

6000

8000

0 10 20 30 40 50


Zug-E-Modul [N/mm²]


Biegeeigenschaften von gespritzten PP/Flachs-Verbunden

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50




0

2000

4000

6000

8000

0 10 20 30 40 50






Schlagzähmodifizierung von gespritzten PP/Flachs-Verbunden

0

10

20

30

40

50

0 2 4 6 8 10 12 14

PP/LI/PAN

PP/LI/PEN


Modifikatoranteil [Gew.-%]

Fasergehalt 30 Gew.%ohne Haftvermittler

3000

4000

5000

6000

0 2 4 6 8 10 12 14

PP/LI/PAN

PP/LI/PEN

Zug-E-Modul [N/mm²]

Modifikatoranteil [Gew.-%]

Fasergehalt 30 Gew.%ohne Haftvermittler


Musterbauteile aus Natur-Langfasergranulat

Thermoplastmatrix: PP, PA6, PA 6.6

AR-Gehalt: bis 70%

Anwendung: Compounder,Spritzgusssektor

und

Aramid-Recyclingfaser Thermoplastische MatrixfaserLangfasergranulat mit Aramidfaserverstärkung



Aktuelle Probleme/Untersuchungen an Naturfaserverbunden

Leistungssteigerung von Naturfaserverbunden bzw.Eigenschaftsmodifizierung

In welchen Grenzen beeinflussen Haftvermittler die Verbundeigenschaftenund wo ist ihr Einsatz sinnvollMöglichkeiten der Schlagzähmodifizierung

Beeinflussung von Geruch, Fogging und Emissionen

Untersuchung der Einflüsse von Faser, Verarbeitung und Additiven


Vorteile von Einstoffverbundensehr gute Faser-Matrix-Haftungsehr hohe Zähigkeithohe Festigkeit effektive Verbundherstellung durchSpinnvliestechnikproblemloses Recycling

Entwicklung von EinstoffverbundenBasis:Polypropylen/Polypropylen

NadelvliesSpinnvliesWabenverbund


Allgemeine Ausstattung Faserverbundherstellung und -prüfung• Laborbrechereinheit für Naturfaseraufschluss –

Bahmer

• Öffner- und Reinigungsanlage für Naturfasern

• Labor-Nadelvliesstoffanlage - DILO

• Laborpresse Polystat 300 S – Schwabenthan

• Laborpresse Pinette

• Plastifiziergerät KMH 60 S - Kannegießer

• Direktanlage ZSG 75-320 zur Einarbeitung von Na-

turfasern in eineThermoplastmatrix/Dieffenbacher

• Zweikomponenten-Verarbeitungsanlage

Eldo-Mix 101/Hilger und Kern

• Spritzgießmaschine Allrounder 520 C 2000 – 675/Ar-

burg

• Gravimix Dosiersystem FGB 2-4/1S/Ferlin

• Filament-Winding-Maschine FWA II/3/1 mit

Spezialschlittenaufbau – Bolenz & Schäfer

• Pulverstreueinrichtung Minicoater 400 –

Cavitec

• Universalprüfmaschine 4505 (100 kN)/Instron

• Universalprüfmaschine 4466 (10 kN)/Instron

• Pendelschlagwerk (50 J)/Zwick

• Fallbolzen Prüfgerät PC 5 (vMax. ~ 6,2 m/s) –

Coesfeld

• Servohydraulische Prüfmaschine 8501 – Instron

(25 kN dynamisch / 50 kN statisch)

• Eplexor 150 N/Gabo

• Rheometer RDA II –

Rheometric Scientific GmbH

Fogging-System N8-FOG/Haake

Xenotest Alpha LM und LMHE/Heraeus

Klimaschränke/Vötsch

• Hochleistungszwirnmaschine Tornado 300 - Roblon

• Pilotanlage zur Herstellung von

Langfasergranulaent/ Svoboda Umformtechnik

Labornassvliesanlage /Neue Bruderhaus

Spinnvliesanlage

Sonnensimulationseinrichtung/ Atlas

Übersicht Allgemeine Werkstoffprüfung

Mikroskopische Mikroskopische Prüfung Prüfung

Mechanische PrüfungenMechanische Prüfungen

VerbundherstellungVerbundherstellung

Klimabehandlung/ Klimabehandlung/ WärmekennwerteWärmekennwerte

LichtechtheitenLichtechtheiten

MaterialkennwerteMaterialkennwerte

BeständigkeitenBeständigkeiten

EmissionsprüfungEmissionsprüfung

-Dichte-Fasergehalt-Gl・r・kstand-Wassergehalt/Materialfeuchte-Bestimmung Faserzusammensetzung

-Klimawechseltest-Temperaturbehandlung bis 300 °C-Wärmedurchgangskoeffizienten

-Vliesherstellung Nadelvlies/Naﾟvlies-Thermoplast- und Duromerverbunde-Form- /Fliess-Pressverfahren-Plastifizier-Pressverfahren-Filament-Winding-Technik-Spritzgieﾟverfahren-LFT-Direktverfahren

-Heiﾟlichtechtheit mit Xenotest Alpha-Lichtbest臈igkeit mit Xenotest Alpha-Künstliche Bewitterung mit Xenotest Alpha

-statische Krafteinwirkung bei -80 bis 350° C-Zugbeanspruchung-Biegebeanspruchung-Druckbeanspruchung-Impactbeanspruchung-Zug-Scher-Versuch

-dynamische Krafteinwirkung bei -80 bis 350°C-Zugbeanspruchung-Biegebeanspruchung-Druckbeanspruchung-Scherbeanspruchung-Impactbeanspruchung

-Foggingverhalten-Geruchspr・ung-Emission organischer Verbindungen-Formaldehyd

-Chemikalienbest舅digkeit-Schimmelbest舅digkeit-Reinigungsmittelbest舅digkeit-Wasser- /Schweiﾟechtheit-Wasseraufnahme /-rückhaltevermögen

Nachweis der Kompetenz nachNachweis der Kompetenz nachDABDAB--PLPL--1397.001397.00

zur Durchführung der aufgeführten zur Durchführung der aufgeführten Prüfungen durch:Prüfungen durch:


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