neue ergebnisse der fnr-nachwuchsgruppe...
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Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Dr. Leif SteuernagelDr. Leif Steuernagel
Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik
Technische Universität Clausthal
Nachwuchsgruppentreffen 2010Nachwuchsgruppentreffen 2010Nachwuchsgruppentreffen 2010Nachwuchsgruppentreffen 2010
Oberhausen, 27. Mai 2010
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Themenübersicht
� Warum Naturfasern?
� Einfluss der (Extruder-)Schneckenauslegung
� Fließweglängenbestimmung an Naturfaser-Kompositen
� Einfluss des Haftvermittlers (Maleinsäureanhydrid bei PP)
� Recycling von Naturfaser-Kompositen
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 2Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
� Einfluss von Flammschutzmittel
� Selektive Reinigung von Naturfasern
� Struktureller Aufbau der Naturfasern
� Quellversuche – Wasser- und Lösungsmittelrückhaltevermögen
� Intrinsisch leitfähige Naturfasern
� Oberflächenmodifikation mittels Veresterung
� Oberflächenmodifikation mittels Etherbildung
� Oberflächenmodifikation mit bifunktionellen Reagenzien
� Entwicklung von Materialmodellen…
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Beweggründe für Naturfaserverwendung…
Vorteile:Vorteile:Vorteile:Vorteile:• Geringe Dichte• Geringe Kosten• Gutes Recycling• Neue Prozesse und Werkstoffe• Nicht abrasives Verhalten• Ökologische Aspekte (CO -Neutralität)
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 3Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
• Ökologische Aspekte (CO2-Neutralität)
Nachteile:Nachteile:Nachteile:Nachteile:• Schwankende Qualität• Geringe mechanische Eigenschaften• Geringe thermische Stabilität• Hohe Wasseraufnahme• Geringe Dimensionsstabilität• Geringe Faser-Matrix-Haftung
Quellen: baumann-online.dehero-hessen.de
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Bisherige Anwendungen
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 4Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Quellen: atb-potsdam.de atzonline.debiowerkstoffe.infode.academic.rudiettrichvliesstoffe.dedirectindustry.de
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Mechanische Eigenschaften von Naturfasern
EEEE----ModulModulModulModul [[[[GPaGPaGPaGPa]]]] ZugfestigkeitZugfestigkeitZugfestigkeitZugfestigkeit[[[[MPaMPaMPaMPa]]]]
DichteDichteDichteDichte [g/cm³][g/cm³][g/cm³][g/cm³]
Sisal 10 - 22 530-640 1,5
Baumwolle ~ 27 200-800 1,55
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 5Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Jute ~ 60 ~ 860 1,3
Hanf ~ 70 ~ 920 1,47
Flachs 85 900 1,4
E-Glasfaser ~ 72 2000 – 2500 2,5
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Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 6Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Quelle: nova-Institut
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Vorgehensweise
„Vom Werkstoff
zum Bauteil“
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 7Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Thermoplastische Systeme:Extrusion / Spritzguss
Duroplastische Systeme:VVVVacuum AAAAssisted RRRResin IIIInfusion (VARI)-Prozess
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Einfluss der Schneckenauslegung
Förderelemente
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 8Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
KnetelementeMulti Prozess-ElementeMischelemente
Quelle: berstorff.com
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Einfluss der Schneckenauslegung – Versuchsplan
ParameterParameterParameterParameter BezeichnungBezeichnungBezeichnungBezeichnung BesonderheitenBesonderheitenBesonderheitenBesonderheiten
Schneckenauslegung
VKEErhöhte Anzahl an Knetelementen
WKEGeringe Anzahl an Knetelementen
ME Mischelemente
Multi-Prozess-
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 9Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
MPEMulti-Prozess-Elemente
Fördergeschwindig-keit [U/min]
100
200
300
Fasergehalt [Gew.-%]
10
20
30
-
Mikroskopische Aufnahmen der Extrudate
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 10Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
-
3
4
5
6x 10
-4
Norm
al pdf
Wah
rsch
einlichkeitsd
ichtefunktion
Aufnahme von
Histogrammen
=> Ausbildung einer
Normalverteilung
Fasern werden zunehmend kürzer und homogener
Einfluss der Schneckenauslegung – Variante VKE
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 11Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000
1
2
3
Fibre length [um]
Norm
al pdf
Wah
rsch
einlichkeitsd
ichtefunktion
Normalverteilung
Tendenz:
Verstärkungscharakter
lässt nach
Faserlänge [µm]
-
Aspect Ratio
20
25
30
35
40
Einfluss der Schneckenauslegung – VKE
Aspektverhältnis (= L/D)
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 12Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
5
10
15
ABCDEFGHI
-
Einfluss der Schneckenauslegung
SchneckeSchneckeSchneckeSchnecke AspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnis AspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnis
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 13Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Beispiel: 30 % Flachsfasern in Polypropylen bei 200 U/min
SchneckeSchneckeSchneckeSchnecke AspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnisFEFEFEFE AspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnisAspektverhältnisAAAAVKE 24 31
WKE 27 22
ME 29 22
MPE 35 28
-
Polypropylen
ExtruderPolylab
Flachsfaserbündel 20 g/m(Sachsenleinen)
Einfluss der Schneckenauslegung - mechanische Eigenschaften
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 14Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Zerkleinern
Spritzguss800 bar /185-190-195-200°C
KonditionierenDIN 291
Bestimmung der mech. Eig.DIN 527-1, DIN 179
-
Zusammenfassung Schneckenauslegung
SchneckeSchneckeSchneckeSchnecke AspektAspektAspektAspekt----verhältnisverhältnisverhältnisverhältnis
VKE +
WKE -
ME -
SchneckeSchneckeSchneckeSchnecke FördergeschFördergeschFördergeschFördergesch----windigkeitwindigkeitwindigkeitwindigkeit
VKE 200
WKE 300
ME 300
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 15Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
MPE +
FasergehaltFasergehaltFasergehaltFasergehalt FördergeschFördergeschFördergeschFördergesch----windigkeitwindigkeitwindigkeitwindigkeit
ZugfestigkeitZugfestigkeitZugfestigkeitZugfestigkeit
10 max. 200 +
20 300 +
30 300 +
MPE 300
-
Naturfaser (hydrophil) Thermoplast (hydrophob)
Faserverbund
Kompatibilität60
Haftvermittler
Einfluss des Haftvermittlers
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 16Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Kompatibilität
Gute Adhäsion0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50
Zu
gfe
sti
gkeit
[M
Pa]
Fasergehalt [Gew.-%]
30% Flachs, 3%MAPP
-
Problemdefinition
Literaturstelle System MA Pfropfung Haftvermittler-gehalt [Gew.-%]
Anmerkung
2004, R. Bos [8] PP/Flachs MAPP Pulver 3,5% Kneterverarbeitung
2004, T. Keener
[13]
PP/Agrofibre MAPP Epolene 3% Molekulargewicht ↓
Säurezahl ↑
2004 M. Sain [17] PP/Holzfaser MAPP E-43 2.5% Experimente zur
Entflammbarkeit
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 17Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Entflammbarkeit
2005, Arbelaiz et al.
[14]
PP/ Flachs Epolene E-43 MAPP:Flachs =
1:20
Kneterverarbeitung
2007, Zampaloni et
al. [18]
PP/Kenaf MAPP Epolene wax
G-3015, Eastman
Chemical Comp.
3% Formpress-Verfahren
2006, H.L. Bos et
al. [19]
PP/Flachs Epolene TM G-
3015
MAPP:Flachs =
1:10
Kneterverarbeitung
2008, M.B. Pimenta
[20]
PP/Sisal MAPP G-3015 6% Extrusion
-
Arbeitsplan
0% 5% 10%NaOH-
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 18Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0% 5% 10%NaOH-Vorbeh.
-
5000
5500
6000
6500
[MP
a]
Einfluss des Haftvermittlers – optimale Eigenschaften
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 19Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
3000
3500
4000
4500
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
E-M
odul [
MAPP/Faser [%]
Flax Hemp Sisal
Bsp.: 30 % Naturfasern
Flachs Hanf Sisal
Reines Polypropylen: 1500 MPa
-
2 %3 %2 %Schlägzähig-keit
2 %2 %2 %Festigkeit
2 %2 %3 %E-Modul
SisalHanfFlachsNF [30 %]
Einfluss des Haftvermittlers – optimale Eigenschaften
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 20Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
3,35 %3,35 %3,35 %Schlägzähig-keit
3,35 %6,65 %3,35 %Festigkeit
3,35 %5 %6,65 %E-Modul
SisalHanfFlachsNF [50 %]
Mischungsverhältnis: 30 % NF-Verstärkung = 30 % NF + x % MAPP + (70-x) % PP50 % NF-Verstärkung = 50 % NF + x % MAPP + (50-x) % PP
-
Einfluss des Haftvermittlers – REM-Aufnahmen
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 21Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0% 2 % 4 %
Bsp.: 30% Flachs
MAPP Typ A
-
Einfluss von Flammschutzmitteln
PP + MAPP+Mg(OH)2
EingekürzteFasern
50 U/min
170°CPP+MAPP+Mg(OH)2
Drehmomen
t
Fasern30/50 wtwtwtwt%%%%
1. Knetvorgang:30 % NF:50 U/min//15 min50 % NF:100 U/min//10 min
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 22Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Schneiden
Drehmomen
t
Zeit
2. Knetvorgang:50 U/min//10 min170 °C
-
Bestimmung des LOIBestimmung des LOIBestimmung des LOIBestimmung des LOI
• Einstellen der Sauerstoffkonzentration
• Verbrennen der Probe bis Flamme
selbständig ausgeht
-> t > 3 min = brennbar
-> t < 3 min = nicht brennbar
Einfluss von Flammschutzmitteln
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 23Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
-> t < 3 min = nicht brennbar
-
15
20
25
30
Limited Oxygen Index
30 % flax
VA
LU
E
21
Einfluss von Flammschutzmitteln
30 % Flachs
Oxygen
Index
17171717 reines PP
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 24Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0 % Mg(OH)2 20 % Mg(OH)2 30 % Mg(OH)2
0
5
10
15 30 % flax
50 % flax
SAMPLE
VA
LU
E
30 % Flachs
50 % Flachs
30 % Mg(OH)220 % Mg(OH)20 % Mg(OH)2
LimitingOxygen
Index
-
40
50
60
stress
no recycling
strength
(M
pa)
Einfluss von Flammschutzmitteln – mechanische Eigenschaften
Zugfestigkeit [MPa
]
neu1. Zyklus
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 25Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
30 / 0 30 / 20 30 / 30 50 / 0 50 / 20 50 / 30
0
10
20
30 1st cycle
2nd cycle
strength
(M
pa)
Zugfestigkeit [
1. Zyklus
2. Zyklus
x % NF / y % Mg(OH)2
-
Oberflächenmodifizierung von Naturfasern – Ansatz
� Grundlegende Betrachtung: Cellulose-Molekül
OH
OH
OH
OH
AGU
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 26Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
OO
O
OH
4
1
O
OO
OH
OH
HOO
HO
OH
HO
OH
HO
OH
HO
OH
Cellobiose
n
-
Oberflächenmodifizierung von Naturfasern – Synthesen
� Esterbildung
OO
O
OH
HO
OH *
*
OO
O
O
O
O *
*
OO
nn O
O
O
+
- CH3COOH
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 27Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
� Etherbildung
O
O
O
O
OO n
R
R
R
Na
R-OH R-O-Na
+
Cellulose
-
Oberflächenmodifizierung von Naturfasern – Etherbildung
� Darstellung der Natrium-Alkoholate:
Umsetzung der aliphatischen n-Alkohole- Methanol (C1)
- Butanol (C4)
- Heptanol (C7)
- Decanol (C10)
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 28Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
- Tetradecanol (C14)
- Octadecanol (C18) [Stearylalkohol]
- Docosanol (C22)
mit Natrium
� Nachfolgende Reaktion mit α-Cellulose-Fasern (Sigma Aldrich)
- Faser-L: 200 µm
- Faser-D: 20 µm => L/D ~10
-
Etherbildung – Grenzviskosität der modifizierten Cellulosen
0,6
0,7
0,8
0,9
1
rel. Intensität
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 29Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
400 1000 1600 2200 2800 3400 4000
Wellenzahl [1/cm]
rel. Intensität
reine Cellulose C7-Modifikation
-
Etherbildung – Grenzviskosität der modifizierten Cellulosen
400
500
600Grenzviskositätszahl [ml/mg]
Grenzviskositätszahl [ml/mg]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 30Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
100
200
300
Cellulose rein C1 C4 C7 C10 C14 C18 C22
Substituent
Grenzviskositätszahl [ml/mg]
Grenzviskositätszahl [ml/mg]
-
Etherbildung – Reaktionen an Cellulose/PP
• Bestätigung der allgemeinen Modifikationsmöglichkeit
• Synergie zwischen Laugenbehandlung (Mercerisierung) der Fasern und
Kettenlängeneinfluss des Substituenten
• Aufgrund Vorgabe guter Handhabbarkeit keine Substituenten > C10
• Faserzugabe weist Verstärkungseffekt auf
• Chemische Modifikation ergibt im Fall der Cellulose Kurzfasern keine
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 31Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
• Chemische Modifikation ergibt im Fall der Cellulose Kurzfasern keine
signifikanten Effekte für das Kunststoff-Compound
Frage:Frage:Frage:Frage: Rühren die nicht-signifikanten Effekte von der extremen Kürze derCellulose-Fasern her?
Folgeversuch:Folgeversuch:Folgeversuch:Folgeversuch: Chemische Modifikation an „Endlos“-Naturfasern (Flachs)
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PP (E-Modul)
2500
3000
3500
4000
4500E-Modul [MPa]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 32Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
500
1000
1500
2000
2500
Flachs/PP C1 C2 i-C3 C4 C7 C10
Probe
E-Modul [MPa]
PP rein: 1500 MPa
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PP (Zugfestigkeit)
40
50
60Zugfestigkeit [MPa]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 33Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
10
20
30
Flachs/PP C1 C2 i-C3 C4 C7 C10
Probe
Zugfestigkeit [MPa]
PP rein: 33 MPa
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PP (Dehnung)
8
10
12
Dehnung [%]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 34Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
2
4
6
Flachs/PP C1 C2 i-C3 C4 C7 C10
Probe
Dehnung [%]
PP rein: 700 %
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PP
• Modifizierte Flachsfasern ergeben signifikante Veränderungen in den
mechanischen Eigenschaften des Compounds
• Flachsfasern ergeben höheren E-Modul und Zugfestigkeit als Cellulosefasern
• Dehnungswerte der Flachsfaser-Compounds sind erheblich niedriger
• Bei einer mittleren Substituentenlänge (C7) werden signifikant schlechtere
Eigenschaftswerte erhalten als bei kurz- oder langkettigen Resten
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 35Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Eigenschaftswerte erhalten als bei kurz- oder langkettigen Resten
Frage:Frage:Frage:Frage: Können die Effekte aus dem hydrophoben PP-System auch bei anderen Systemen beobachtet werden?
Folgeversuch:Folgeversuch:Folgeversuch:Folgeversuch: Compoundierung mit anderen Polymer-Matrices
-
Etherbildung – Reaktionen an anderen Matrices
Polypropylen (PP)
unpolar• niedrige Nebenvalenzkräfte• wenige Verhakungen (kurzer Rest)
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 36Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Polylactid (PLA) Polystyrol (PS)
• wenige Verhakungen (kurzer Rest)
polar• Ausbildung von Wasserstoffbrücken• wenige Verhakungen (kurzer Rest)
unpolar• niedrige Nebenvalenzkräfte• höhere Verhakung (großer Rest)
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PLA (E-Modul)
3000
3500
4000
4500
5000E-Modul [MPa]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 37Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
500
1000
1500
2000
2500
Flachs/PLA C2 C10 C22
Probe
E-Modul [MPa]
PLA rein: 3600 MPa
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PLA (Zugfestigkeit)
50
60
70
80
90Zugfestigkeit [MPa]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 38Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
10
20
30
40
50
Flachs/PLA C2 C10 C22
Probe
Zugfestigkeit [MPa]
PLA rein: 70 MPa
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PLA (Dehnung)
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0Dehnung [%]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 39Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Flachs/PLA C2 C10 C22
Probe
Dehnung [%]
PLA rein: 2,4 %
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PS (E-Modul)
3000
3500
4000
4500
5000E-Modul [MPa]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 40Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
500
1000
1500
2000
2500
Flachs/PS C2 C10 C22
Probe
E-Modul [MPa]
PS rein: 3200 MPa
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PS (Zugfestigkeit)
50
60
70
80
90Zugfestigkeit [MPa]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 41Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
10
20
30
40
50
Flachs/PS C2 C10 C22
Probe
Zugfestigkeit [MPa]
PS rein: 55 MPa
-
Etherbildung – Reaktionen an Flachs/PS (Dehnung)
2,5
3
3,5
4
4,5Dehnung [%]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 42Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Flachs/PS C2 C10 C22
Probe
Dehnung [%]
PS rein: 3 %
-
Etherbildung – Zusammenfassung
• Unabhängig von der chemischen Struktur der Matrix führen langkettige
Substituenten zu niedrigen mechanischen Eigenschaften
• Im Fall des im Vergleich polaren Polylactids sind die Abhängigkeiten
von der Kettenlänge signifikanter als beim PP oder PS
• Kurzkettige Substituenten an der Flachsfaser verbessern die mechanischen
Eigenschaften im PLA-Compound
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 43Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Eigenschaften im PLA-Compound
=> je länger die Kette, desto schlechter ist die Anbindung
• Im Fall des Polystyrols rühren die niedrigen mechanischen Eigenschaften
von der sterischen Hinderung aufgrund des aromatischen Restes
-
Beweggründe für Naturfaserverwendung…
Vorteile:Vorteile:Vorteile:Vorteile:• Geringe Dichte• Geringe Kosten• Gutes Recycling• Neue Prozesse und Werkstoffe• Nicht abrasives Verhalten• Ökologische Aspekte (CO -Neutralität)
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 44Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
• Ökologische Aspekte (CO2-Neutralität)
Nachteile:Nachteile:Nachteile:Nachteile:• Schwankende Qualität• Geringe mechanische Eigenschaften• Geringe thermische StabilitätGeringe thermische StabilitätGeringe thermische StabilitätGeringe thermische Stabilität• Hohe WasseraufnahmeHohe WasseraufnahmeHohe WasseraufnahmeHohe Wasseraufnahme• Geringe Dimensionsstabilität• Geringe Faser-Matrix-Haftung
Quellen: baumann-online.dehero-hessen.de
-
Modifikation – Feuchtigkeitsaufnahme in Abhängigkeit des Substitutionsgehaltes
4
5
6
7
8
Fe
uc
hti
gk
eit
sa
ufn
ah
me
[%
]
Reine Flachsfaser: ~ 8.5 %
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 45Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
0
1
2
3
00:00:00 00:14:24 00:28:48 00:43:12 00:57:36 01:12:00 01:26:24 01:40:48 01:55:12 02:09:36 02:24:00
Zeit [min]
Fe
uc
hti
gk
eit
sa
ufn
ah
me
[%
]
Flax 2 (47) Flax 1 (43) Flax 6 (33) Flax 5 (26) Flax 4 (25) Flax 3 (18)
-
Modifikation – TGA-Analyse
21 % SubstitutionsgehaltFlachsfaser unbehandelt
Ma
ss
en
än
de
run
g [
%]
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 46Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Ma
ss
en
än
de
run
g [
%]
Temperatur [°C]
-
Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!
Dr. Leif SteuernagelInstitut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik 47Neue Ergebnisse der FNR-Nachwuchsgruppe „Naturfasern“
Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!
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