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Forschungsarbeiten: Nachwachsende Rohstoffe

Betrachtung der Faser-Faser-Bindung von Naturfasern zur Halbzeugherstellung für den Stanzprägeprozess

Themenbeschreibung

Im Zuge der öffentlich geführten Diskussion über sinnvolle Kunststoffsubstitute gewinnt die „grüne Branche“ permanenten Zuwachs. Durch eine gezielte Materialaufbereitung ist die Herstellung formstabiler Körper aus Naturfasern ohne eine Bindematrix möglich geworden.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen einerseits die mechanischen Potenziale der Presskörper aus solchen hochfibrillierten Fasern untersucht und andererseits die Halbzeugherstellung für den ebenfalls zu evaluierenden Stanzprägeprozess  betrachtet werden.

Um die Bandbreite der Anwendungsgebiete der so erzeugten Körper zu erhöhen, können Beschichtungen einen ergänzenden Themenaspekt darstellen.

Arbeitsumfang

  •  Literatur Recherche
  •  Erstellung von Prüfkörpern im Pressvorgang
  •  Analytische Bestimmung mechanischer Kennwerte
  •  Schriftliche Ausarbeitung

Betreuer: M.Sc. Heinrich Lux, Dr. Leif Steuernagel

Naturfaser-basierte Kunststoff-Hybride

Themenbeschreibung

Hybride als Kombination von Thermo- und Duroplasten eröffnen eine Vielzahl neuer Anwendungen, bei denen der außen befindliche Partner die Weiterverarbeitung zum finalen Produkt vorgeben kann.

In dem hier vorliegenden Fall ist geplant, mittels eines Thermoplasten die Anbindung an ein Naturfasertextil zu realisieren, wobei dieses in einem nachgelagerten Schritt mittels VARI imprägniert wird.

Im Fokus der Forschungsarbeit steht die Bestimmung der mechanischen Kennwerte, die Korrelation dieser Werte mit den angelegten Prozessparametern sowie die Beschreibung des Hybridsystems.

Arbeitsumfang

  •  Naturfaser-Thermoplast-Verbundherstellung mittels Presstechnik
  •  Evaluation der Umformbarkeit des Hybrid-Halbzeuges
  •  Imprägnierung des Faserverbundhalbzeuges im VARI-Verfahren
  •  Bestimmung der mechanischen Eigenschaften
  •  Mikroskopische Aufnahmen und Beschreibung der Fügefläche

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Effekt der Prozessabfolge auf die mechanischen Eigenschaften von Flachs-PP-Compounds

Themenbeschreibung

Das mechanische Eigenschaftspotenzial von Naturfaser-verstärkten Compounds kann über den Einsatz von Haftvermittlern eingestellt werden.

Hierbei spielt neben der eingesetzten Menge des Haftvermittlers auch seine Reaktionsfreudigkeit während des Verarbeitungsprozesses und die Verfügbarkeit von funktionellen Gruppen auf der Naturfaser-Oberfläche eine entscheidende Rolle.

Diese Verfügbarkeit kann auch durch den Verarbeitungsprozess selber beeinflusst werden, da die entstehenden Scherkräfte die Fasern einerseits einkürzen, andererseits aber auch fibrillieren lassen, wodurch eine neue, aktive Oberfläche entsteht. Mit dieser Oberfläche muss der Haftvermittler reagieren, um den Krafttransfer in das Compound und die finale Struktur zu gewährleisten.

Arbeitsumfang

  •  Extrusionsprozesse mit Naturfaser-verstärkten Polypropylen-Compounds
  •  Spritzguss von Probekörpern
  •  Evaluierung der Faserdimensionen (Länge/Durchmesser) in Abhängigkeit der Extrusionsprozessparameter
  •   Bestimmung der mechanischen Eigenschaften
  •  Korrelation der Verarbeitungsparameter, der Materialzugabe und der Faserabmessungen mit den mechanischen Eigenschaften

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Evaluation des Spritzgusspotenzials von Naturfaserlanggranulaten

Themenbeschreibung

Naturfaserverstärkte Kunststoffe für Spritzgussanwendungen finden aufgrund der Kurzfaserverstärkung in den Kunststoffen noch keinen optimalen Anwendungsbereich.

Die rührt ursächlich einerseits von der Granulatgröße nach dem Granulierprozess, andererseits auch aus den Scherbeanspruchungen innerhalb des Compounders her.

Durch Einsatz einer eigens für diese Untersuchung angefertigten, scherbeanspruchungslosen Düsenform kann nun die Naturfaser als Faserbündel der Kunststoffschmelze zugeführt werden, was einer prozessbedingten Faserverkürzung entgegenwirkt.

Nach Granulierung zu Langfasermaterial wird der Faserverbund-Werkstoff im Spritzgussprozess eingesetzt und die resultierenden Eigenschaften bestimmt.

Arbeitsumfang

  • Herstellung von Naturlangfaser-verstärkten Thermoplasten im Extrusionsprozess unter Haftvermittlereinsatz
  •  Optimierung des Granulierprozesses im Hinblick auf Faserlänge
  •  Spritzguss von Materialproben
  •  Bestimmung von mechanischen Eigenschaften an Spritzgussproben
  •  Visuelle Bestimmung der Faserlänge entlang des Gesamtprozesses im Vergleich zum Pressprozess

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Flammschutzausrüstung von Naturfasern

Themenbeschreibung

Kunststoffsysteme können generell durch Zusatz entsprechender (meist fester) Additive flammgeschützt ausgerüstet werden. Dies geht allerdings immer mit der Reduktion der mechanischen Eigenschaften einher.

Bei Verwendung flüssiger Flammschutzmittel ist es gerade bei Naturfasern möglich, Techniken und Wissen aus der Textilindustrie anzuwenden und Zusätze aus dieser Industrie mittels thermischer Behandlung auf die cellulosische Faser aufzubringen.

Bei der Prozessierung der Naturfasern im Extruder mit gleichzeitigen Zusatz des Additives ist es möglich, einerseits der Fixierprozess auszulösen und andererseits die modifizierte Faser in die Thermoplastmatrix einzubringen.

Arbeitsumfang

  •  Online-Compoundierung von Naturfaser-verstärkten Thermoplasten mit Flammschutzmittel
  •  Verarbeitung des Materials im Spritzgussprozess
  •  Bestimmung der thermischen und mechanischen Eigenschaften des thermoplastischen Verbundmaterials
  •  Bestimmung des Limiting-Oxygen-Indexes (LOI) als Maß für die Flammschutzausrüstung
  •  Beschreibung der optimalen Werkstoffzusammensetzung in Hinblick auf mechanische Eigenschaften und Flammschutz

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Naturfaser-verstärkte Thermoplast/Duromer-Hybride mittels Direktextrusion

Themenbeschreibung

Aufgrund der noch nicht optimierten Prozess- und Materialbedingungen sind Naturfaser-verstärkte Thermoplaste für Extrusions- und Spritzgussanwendungen noch nicht in vollem Umfang verfügbar.

Durch die gezielte Kombination von Harzsystemzusätzen zu den Naturfaser-Compounds wird eine Verbesserung des Eigenschaftspotenzials greifbar, wobei die Harzsysteme zusätzlich auch die Matrixanbindung an die Naturfaser verbessern können.

Hierzu werden flüssige Harzsysteme in-situ den thermoplastischen Compounds während des Extrusionsvorganges zugesetzt und die verwendete Energie aus dem Prozess genutzt, um die Aushärtereaktion durchzuführen.

Nach Granulierung des Hybridwerkstoffes kann dieser im Spritzguss eingesetzt und dessen mechanische Kennwerte bestimmt werden.

Arbeitsumfang

  •  Extrusion von Naturfaser-verstärkten Compounds mit und ohne eigenem Haftvermittlungssystem
  •  Erzeugung von intrinsischen Hybridwerkstoffen durch Zugabe von reaktionsfähigen Harzsystemen während der Extrusion der Naturfaser-Compounds
  •  Spritzguss der erhaltenen Materialsysteme
  •  Bestimmung der mechanischen und thermischen Eigenschaften

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Einfluss der Vorbehandlung von Naturfaser-Textilien auf das Eigenschaftspotential der Composite

Themenbeschreibung

In Abhängigkeit der Naturfaserart enthalten diese ein verfügbares freies Volumen, das sowohl die mechanischen Fasereigenschaften als auch das physikalische Potential bestimmt. Ebenso schlägt sich das in den resultierenden Eigenschaften von Naturfaser-verstärkten Kunststoffcomposite wider.

In dieser Forschungsarbeit werden flächige Fasertextilien mittels einem zweistufigen Prozess vorbehandelt. Mittels mechanischen Untersuchungen werden die Veränderungen im textilen Halbzeug analysiert und, durch nachfolgende Herstellung von Compositen mittels VARI-Technik, auch die Auswirkungen auf den Faserverbund betrachtet.

Arbeitsumfang

  • Vorbehandlung von Naturfasertextilien
  •  Bestimmung ausgewählter Textileigenschaften
  •  Herstellung von Composite-Platten mittels VARI
  •  Analyse der mechanischen Eigenschaften des Composites
  •  Beschreibung der optimalen Präprozessstrategie für Naturfasertextilien

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Einfluss der chemischen Modifikation von Naturfaser-Textilien auf das Eigenschaftspotential der Composite

Themenbeschreibung

Die Feuchtigkeitsaufnahme-Tendenz der Naturfaser und die damit häufig verbundene negative Veränderung in den resultierenden Eigenschaften des Kunststoffverbundes kann durch chemische Oberflächenmodifikation minimiert werden. Hierbei spielen Umsetzungen mit organischen Säurechloriden oder -anhydriden eine wichtige Rolle.

In der geplanten Forschungsarbeit werden flächige Fasertextilien mittels ausgewählten Reaktionssystemen behandelt und nachfolgend zu Compositen prozessiert. Anschließend werden die mechanischen Eigenschaften bestimmt und eine Aussage zu der Korrelation von Oberflächenmodifikation und mechanischen Eigenschaften getroffen.

Arbeitsumfang

  •  Chemische Oberflächenmodifikation von Naturfasertextilien
  •  Bestimmung ausgewählter Textileigenschaften
  •  Herstellung von Composite-Platten mittels VARI
  •  Analyse der mechanischen Eigenschaften des Composites

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

 

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