Verbessertes Füllverhalten naturfasergefüllter Schmelzen

Neues Forschungsprojekt am SKZ

04/04/2019

Das SKZ forscht seit Anfang März 2019 in Zusammenarbeit mit der Kunststofftechnik Paderborn (KTP) für zwei Jahre an Möglichkeiten zur Verbesserung des Füllverhaltens von naturfasergefüllten Schmelzen durch die Beigabe von Schaumbildnern im Spritzgießprozess.

Die Dichte der Naturfasern liegt bei ca. 1 g/cm3. Im Gegensatz dazu weisen mineralische Füllstoffe typischerweise eine Dichte von mehr als 2 g/cm3 auf. Durch die niedrigere Dichte des Füllstoffs eignen sich naturfasergefüllte Kunststoffe, wie etwa Wood-Polymer-Composites (WPC), hervorragend für den Einsatz als leichte Konstruktionswerkstoffe mit hoher Steifigkeit. Bei der Spritzgussverarbeitung von WPC-Materialien mit Füllgraden von mehr als 40 Gewichtsprozent treten häufig Probleme auf, wie die Ausbildung von Fließanomalien oder Entmischungen beim Füllvorgang. Diese Phänomene beeinträchtigen die Bauteilqualität erheblich und erschweren zudem die Vorhersage der Formteilfüllung sowie der sich ergebenden Bauteileigenschaften. Durch gezielte Zugabe von Treibmitteln wollen die beiden Forschungseinrichtungen SKZ und KTP dieser Problematik entgegenwirken und somit innovative Lösungen für den Einsatz von Naturfasern im Spritzgießverfahren entwickeln. Basierend auf den Ergebnissen des Vorläuferprojekts, bei dem WPC bereits erfolgreich als Kernmaterial für das Sandwichspritzgießen eingesetzt wurde, soll nun das Füllverhalten naturfasergefüllter Schmelzen optimiert werden. Durch die Zugabe von Treibmitteln kann die Materialviskosität des WPCs während des Füllvorgangs deutlich herabgesetzt werden. Dieser Effekt soll durch gezielte Anpassung der WPC-Rezeptur und der Treibmittelzugabe dazu genutzt werden, das Fließverhalten maßgeblich zu verbessern. Dabei soll auch die Frage der optimalen Wanddicke für geschäumte, naturfasergefüllte Spritzgussbauteile geklärt werden.

In der Kooperation der beiden Forschungsstellen werden an einem zu entwickelnden Spritzgießwerkzeug experimentelle Untersuchungen mit unterschiedlichen WPC-Rezepturen unter Einsatz chemischer und physikalischer Treibmittel durchgeführt. Um ein tieferes Verständnis für die Vorgänge während des Spritzgießprozesses von geschäumtem WPC zu erlangen, ist zudem eine umfassende rheologische Charakterisierung der eingesetzten Materialien geplant. Die hinsichtlich des Schäumens von WPC erlangten Erkenntnisse sollen schließlich auf die Anwendung im 2K-Sandwichspritzgießverfahren übertragen und angewandt werden. Durch den erfolgreichen Abschluss des Projekts ergeben sich vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz von WPC in vorher noch nicht zugänglichen Anwendungsgebieten, beispielsweise als Leichtbauwerkstoff.

Das IGF-Vorhaben 20365 N der Forschungsvereinigung FSKZ e. V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Unternehmen, die an dem Projekt interessiert sind, können gerne Kontakt mit dem SKZ aufnehmen.

Fließanomalien einer WPC-Schmelze (KTP)

Fließanomalien bei WPC-Schmelzen können die Bauteilqualität erheblich beeinträchtigen.(Quelle: KTP)

 

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