Naturfaserverstärkte Werkstoffe ante portas

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Zum Beispiel haben Hanffasern eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, weil sie innerhalb der Pflanze den Stängel stabilisieren – alternativ dazu kann sich eine Kokosfaser extrem gut dehnen, weil sie innerhalb der Pflanze diese Funktion auszuüben hat. Auch kann bei den Naturfasern nicht von einer homogenen Struktur ausgegangen werden, denn die Geometrie der Zellen bildet sich je nach Belastungen in der Natur unterschiedlich aus.

Zweischneckenextruder zur Verarbeitung der Naturfasern empfohlen

Die Fasern können aus der Polymermatrix extrahiert werden. Mittels Farbmessung lassen sich dann Aussagen über die thermische Belastung bei der Herstellung treffen. So spalten und brechen speziell Holzfasern beim Verarbeitungsprozess. Dieser Zustand der Fasern im Werkstoff lässt sich mit tomografischen Methoden, ähnlich denen aus der Medizin, untersuchen. Aufgrund der Erkenntnisse empfiehlt Müssig für eine bessere Verarbeitung einen Haftvermittler, der die Festigkeit und Steifigkeit des ganzen Werkstoffsystems steigert.

Die nötige Technik dazu kann der Extruderspezialist Krauss-Maffei-Berstorff liefern. Die Verfahrens- und Anlagentechnik stellte Lars Darnedde in Oberhausen vor: „Naturfasern gibt es in unterschiedlichsten Handelsformen: vom Mehl bis zur langen Faser.“ Um aus Naturfasern mit Feuchtegehalten bis zu 12 % und dem Matrixpolymer zur Weiterverarbeitung taugliche Granulate herzustellen, empfehlen die Kunststoffspezialisten einen gleichlaufenden Zweischneckenextruder. Dieser garantiert durch patentierte Multiprozess-Schneckenelemente eine schonende Dispergierung der Naturfasern.

Naturfaserpellets machen den Einsatz wirtschaftlich

Der 8- bis 12-prozentige Feuchtigkeitsgehalt der Fasern ist ein weiteres Problem. Das kann aber durch die am Markt einzigartigen 6D-Entgasungsöffungen prozesssicher abgeführt werden. Die Kombination von Compounding und Fasertrocknung senkt die Restfeuchte im Granulat und erübrigt das teure Vortrocknen der Fasern. Die fertigen Granulate können dann im herkömmlichen Extrusions- oder Spritzgussprozess zum gewünschten Teil umgeformt werden.

Zudem beschäftigt sich Mona Dune vom Fraunhofer-Institut Umsicht in Oberhausen promotionsbedingt mit dem Thema Faser-Matrix-Wechselwirkung. Sie beobachtet an naturverstärkten Werkstoffen einen größeren Elastizitätsmodul sowie eine größere Zugfestigkeit als bei nicht verstärkten Werkstoffen. Dabei können die Eigenschaften durch das Matrixmaterial, Hilfsmittel sowie Additive variiert werden. Außerdem kann die Faser mit Natronlauge chemisch modifiziert werden. Im Forschungsumfeld registriert die junge Wissenschaftlerin häufiger den Biokunststoff PLA für eine Matrix.

Schon seit einiger Zeit gibt es eine Studie über die Wirtschaftlichkeit des Prozesses durch das Nova-Institut in Hürth. Eine Kernfrage widmet sich der Zufuhr der Naturfaser über Naturfaserpellets für die Prozesse der Kunststoffindustrie, um die Anwendung ökonomisch attraktiv zu machen. Dabei liegt der Zielpreis des Hanffaser-PP-Granulate bei maximal 1,30 Euro pro Kilogramm. Diese Analyse bewertete der Volkswirt Jan Peter Beckmann. Er kam zu dem Schluss: „Die Pelletierungskosten erfüllen im Wesentlichen die Projektanforderungen. Den Preis für die Pellets steuern die Rohstoffkosten.“ Er hält das Pelletierverfahren für die kleinen Kügelchen aus Naturfasern und Biokunststoff grundsätzlich für eine wettbewerbsfähige Lösung. Solche Pellets können bereits bei der Firma BAVE–Badischer Faserveredelung bezogen werden.

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