ISBN 978-3-8439-0099-7

978-3-8439-0099-7, Reihe Verfahrenstechnik

Stephan Andreas Widmayer
Generierung und Optimierung von Jutefasercomposites im Einstufenverfahren mittels eines Spritzgießcompounders

160 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2011), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Nachfrage nach alternativen kostengünstigen Werkstoffgruppen mit Leichtbaupotenzial wird sich in den nächsten Jahren noch weiter verschärfen. Ein möglicher Ansatzpunkt besteht dabei in der Verwendung von naturfaserverstärkten thermoplastischen Verbundkunststoffen.

Vor diesem Hintergrund war das Primärziel dieser Arbeit die Optimierung der Gene-rierung naturfaserverstärkter Kunststoffe entlang der gesamten Prozesskette. Neben der Faserwahl und der Faseraufmachungsform waren dabei vor allem die Composi-teaufbereitung und –formgebung die entscheidenden Einflussfaktoren

Die Optimierung der Compositeaufbereitung gliedert sich dabei in zwei Arbeitsberei-che auf. Neben einer strukturiert durchgeführten Optimierung der eingesetzten Schneckenkonzepte zur effektiven Naturfaserinkorporierung wurde im Anschluss der Einfluss einer innovativen Faserpräparation durch Befeuchtung bzw- Tränkung der Fasern mit Wasser untersucht. Nach deutlichen Kennwertsteigerungen durch eine erfolgreiche Schneckenkonzeptoptimierung konnte eindrucksvoll gezeigt werden, dass sich eine einfach zu realisierende, zusätzliche Faserbefeuchtung ausgespro-chen positiv auf die resultierenden mechanischen Kennwerte auswirkt. Ursache dafür ist eine signifikante Verbesserung der bei der Naturfaserverstärkung primär qualitäts-entscheidenden Faserfilamentisierung, hin zu einer perfekten Elementarfaservertei-lung im Bauteil. Auch die resultierenden Restfaserlängen konnten hierdurch gestei-gert werden, sodass infolge der Faserbefeuchtung Kennwertsteigerungen bei quasi-statischer und dynamischer Beanspruch von mehr als 20 % resultierten.

Im Rahmen der Compositeformgebung wurde der Spritzgießcompounder (IMC) als Direktverarbeitungsaggregat gewählt. Durch einen Verfahrensvergleich mit markt-gängigen Standardverfahren konnten die Vorteile des einstufigen IMC-Verfahrens auch bei der Naturfasercompositeherstellung verifiziert werden.

Im Weiteren wurde ein auf den Spritzgießcompounder zugeschnittenes, eigens entwickeltes Qualitätserfassungssystem mit Hilfe einer implementierten, rheologi-schen Messdüse vorgestellt. Hiermit wird dem Betreiber einer IMC-Anlage ein Werkzeug zur kontinuierlichen und prozesszeitkonformen Qualitätsüberwachung an die Hand gegeben.

Das Ergebnis dieser Arbeit und der bereichsübergreifenden Optimierung ist die Definition eines Konzepts und einer Vorgehensweise zur Generierung von Jutefaser-composites mit herausragenden mechanischen Eigenschaften.