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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Entwicklungsrichtungen im TITK bei Faserverbundwerkstoffen
VerarbeitungsverfahrenFaserverbundPreßtechnik
Spritzguß
Fließpressen
Sandwichbauweisen
Wickeltechnik
Naturfaserverbunde
Hochleistungsverbunde
Einstoffverbunde
TITK-Neuentwicklungen bei Verbundwerkstoffen
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Naturfaserverbunde Verfahren zur Herstellung von Natur-LangfasergranulatVerfahren zur Direktverarbeitung von Naturfasern Wabenverbunde mit Naturfaserverstärkung (Sandwich)
Fasereigenschaften ausgewählter Naturfasern
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Biegefestigkeit [N/mm²]
Biege-E-Modul [N/mm²]
Epoxydharzmatrix
EP/Glas
EP/Flachs
Schlagzähmodifizierung von formgepressten Naturfaserverbunden
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
02000400060008000
10000120001400016000
0 20 40 60 80
PP/LI/CLY PP/LI/PESPP/LI/PANPP/LI/PEN
Fasergehalt 50 Gew.%
Biege-E-Modul [N/mm²]
Schlagzähigkeit [kJ/m²]
02000400060008000
10000120001400016000
0 20 40 60 80
EP/LI/CLY EP/LI/PES EP/LI/PAN EP/LI/PEN
Biege-E-Modul [N/mm²]
Schlagzähigkeit [kJ/m²]
Fasergehalt 60 Gew.%
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Direktverarbeitung von Naturfasern (LFT-D)
0
1000
2000
3000
4000
5000
LFT-D NMT NMT LFT-D LFT-D
Biege-E-Modul [N/mm²]
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
Biegefestigkeit [N/mm²]
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Unterbodenverkleidung PP/Sisal 30 Gew.-%
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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 ]
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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:
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
PP/LI PPHC5/LI PP/LI (Kurzfaser)PPHC5/LI (Kurzfaser)
Zug-E-Modul [N/mm²]
Fasergehalt [Gew.-%]
Biegeeigenschaften von gespritzten PP/Flachs-Verbunden
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50
PP/LI PPHC5/LI PP/LI (Kurzfaser)PPHC5/LI (Kurzfaser)
Biegefestigkeit [N/mm²]
Fasergehalt [Gew.-%]
0
2000
4000
6000
8000
0 10 20 30 40 50
PP/LI PPHC5/LI PP/LI (Kurzfaser)PPHC5/LI (Kurzfaser)
Fasergehalt [Gew.-%]
Biege-E-Modul [N/mm²]
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Schlagzähigkeit [kJ/m²]
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Musterbauteile aus Natur-Langfasergranulat
Thermoplastmatrix: PP, PA6, PA 6.6
AR-Gehalt: bis 70%
Anwendung: Compounder,Spritzgusssektor
und
Aramid-Recyclingfaser Thermoplastische MatrixfaserLangfasergranulat mit Aramidfaserverstärkung
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
Vorteile von Einstoffverbundensehr gute Faser-Matrix-Haftungsehr hohe Zähigkeithohe Festigkeit effektive Verbundherstellung durchSpinnvliestechnikproblemloses Recycling
Entwicklung von EinstoffverbundenBasis:Polypropylen/Polypropylen
NadelvliesSpinnvliesWabenverbund
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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:
Bereich Textil- und Werkstoff-Forschung
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