In dieser Arbeit werden alle Aspekte eines naturfaserverstärkten Verbundkunststoffes (NFVK) behandelt. Die Werkstoffentwicklung erfolgt mit der Zielsetzung, diesen Verbundkunststoff möglichst weitgehend auf Basis nachwachsender Rohstoffe darzustellen. Die ermittelten, auf ein spezielles Anforderungsprofil aus der Automobilindustrie maßgeschneiderten Rezepturen werden mit Hilfe eines innovativen Matrizenpressverfahrens zu einem Granulat geformt. Die Formgebung erfolgt dann mittels des etablierten Spritzgieß- oder Strangablegeverfahrens. Abschließend wird das Recycling der Werkstoffe untersucht und diskutiert. Am Anfang der Werkstoffentwicklung steht eine Beschreibung der zur Verbundwerkstoffgenerierung verwendeten Ausgangskomponenten. Nach einer Darstellung der zur Komponenten- und Additivauswahl herangezogenen Kriterien werden auf dieser Basis verschiedene Polypropylene, Cellulosepropionate und Polyamid 11 selektiert. Als Verstärkungsfasern werden Flachs-, Hanf- und Jutefasern herangezogen. Für Rezepturen aus Polypropylen und Naturfasern wird weiterhin maleinsäureanhydridgepfropftes Polypropylen als Additiv zur Verbesserung der Faser-Matrix-Wechselwirkung eingesetzt. Variationen der Verbundkunststoffrezepturen können weiterhin durch die Wahl verschiedener Polypropylen- und Cellulosepropionattypen herbeigeführt werden. Dabei wird der Zusammenhang zwischen Eigenschaften von Ausgangskomponenten und Produkten anhand des Vergleichs verschiedener ausgewählter Rezepturen erarbeitet. Der Zug-Elastizitätsmodul ausgewählter Rezepturen wird mittels einer mikromechanischen Modellierung analytisch beschrieben. Beim Vergleich berechneter und gemessener Werte ergibt sich eine gute Übereinstimmung der Daten. Dieser Vergleich erlaubt weiterhin eine Schlussfolgerung auf maximal mögliche Fasergehalte, wie sie für manche Anwendungsfälle in der Praxis angestrebt werden. Mechanische Kennwerte, die einer analytischen Modellierung nicht ohne Weiteres zugänglich sind, werden für ausgewählte Rezepturen mittels multipler Regression beschrieben. Die Übereinstimmung zwischen Theorie und Praxis kann hier durch Modifikationen der Regressionsgleichungen verbessert werden. Eine Vereinfachung der Gleichungen sichert gleichzeitig ihre praxisgerechte Anwendbarkeit. Als Ergebnis der theoretischen Betrachtungen können Verbundkunststoffrezepturen aus naturfaserverstärkten Thermoplasten im Hinblick auf ein gegebenes Anforderungsprofil bezüglich der mechanischen Kennwerte maßgeschneidert werden. Zum Abschluss der Werkstoffentwicklung werden Rezepturen aus naturfaserverstärktem Polypropylen, Cellulosepropionat und Polyamid 11 einander vergleichend gegenübergestellt. Sie weisen den Weg zu einem Faserverbundkunststoff, der das gegebene Anforderungsprofil erfüllt und überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden kann.
Werkstoff- und Verfahrensentwicklung für Kunststoffbauteile aus naturfaserverstärkten Thermoplasten
2009
162 Seiten, Bilder, Tabellen, 210 Quellen
Theses
German
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