Naturfaser-verstärkte Kunststoffe (NFC)

Natural Fiber Composites (NFC)

Über Jahrtausende waren natürliche Materialien die primären Werkstoffe der Menschen. Holz diente zum Haus- und Schiffbau, Flachs- und Hanffasern wurden zu Tauen und technischen Textilien wie Segeln und Getreidesäcken verarbeitet. In der Neuzeit und während der industriellen Revolution kamen neue Anwendungsgebiete hinzu. Chemiker entwickelten Bindemittel, mit deren Hilfe Naturfasern zu stabilen Bauteilen verarbeitet und für verschiedene Industrien zugänglich gemacht werden konnten.

Typische Anwendungen von Naturfaser-verstärkte Kunststoffe

Die spezifischen Eigenschaften von Naturfasern sind damals wie heute die treibenden Kräfte diese Werkstoffe zu wählen: Die guten mechanischen Festigkeitswerte wie Zug- und Schlagfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul gepaart mit geringem Gewicht. Die nachwachsende Rohstoffbasis, die hervorragenden CO2- und Energiebilanzen und nicht zuletzt auch der konkurrenzfähige Preis liessen die Anwendungen und entsprechend die Volumen in die Höhe schnellen. Zu den wichtigsten Anwendungsfeldern gehören die Fahr- und Flugzeugindustrie sowie die Bauindustrie.

Anforderungen an die Compoundierung

Für die Systeme der NFC Compounds werden als Matrix thermoplastische oder duroplastischen Polymere eingesetzt. Dies können bei den Thermoplasten PE, PP, PS, PVC oder auch PLA sein. Bei den Duroplasten sind es hauptsächlich Acrylat-, Epoxid- und Phenolharze. Die wichtigsten Vertreter bei den Fasern sind Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal, Abaca und Baumwolle. Holzfasern, Holzmehl oder auch Reishülsen sind weitere Materialien, die breit eingesetzt werden. In vielen Fällen kommen massgeschneiderte Haftvermittler zum Einsatz, um den optimalen Verbund von Matrix und Faser sicherzustellen.

Für den Compoundiervorgang von Naturfaser-verstärkte Kunststoffe sind hervorragende dispersive und distributive Mischvorgänge bei tiefen Produkttemperaturen die Voraussetzung, um die hohen Anteile von typischerweise 30-70% an Naturfasern und die Additive anforderungsgerecht aufzubereiten und die Naturfasern nicht thermisch zu schädigen. Eine Mehrfachaufteilung der Dosierströme und gegebenenfalls auch die Flüssigkeitsinjektion von Haftvermittlungsadditiven an definierten Positionen gehören zum Anforderungsprofil.

Der BUSS Ko-Kneter kann seine spezifischen Fähigkeiten in diesen Anwendungen hervorragend zur Geltung bringen: Die durch das Wirkprinzip bei der Compoundierung von Naturfaser-verstärkte Kunststoffe gegebene enorm hohe Anzahl von Mischzyklen bei moderaten und gleichmässigen Schergeschwindigkeiten erlaubt höchste Mischeffizienz und dadurch Produktqualität bei maximalen Durchsätzen. Ein Nebeneffekt der moderaten Schergeschwindigkeit ist der deutlich niedrigere Verschleiss im Vergleich mit alternativen Schneckenmaschinen.

Synthetische Holzterrassen-Dielen werden mit Rohmassen aus Naturfaserverbundwerkstoffen aus Compoundieranlagen von BUSS hergestellt.

Der Prozessraum ist bausteinförmig aufgebaut und wird von den hauseigenen Experten anwendungsspezifisch ausgelegt. Mit dem zweistufigen System des BUSS Ko-Kneters werden das Compoundieren und der Druckaufbauschritt konsequent voneinander entkoppelt. So können die Verfahrensschritte des BUSS-Ko-Kneters in der Compoundierung von Naturfaser-verstärkte Kunststoffe unabhängig optimiert werden. Das aufklappbare Gehäuse des BUSS Ko-Kneters bzw. abfahrbare Gehäuse des Austragsextruders sichert einen schnellen Zugang und hohe Verfügbarkeit des Systems.

Der modulare und dadurch anpassbare Aufbau der ganzen Anlage und die breit abgestützte BUSS Verfahrensexpertise machen den BUSS Ko-Kneter zur ersten Wahl für das Compoundieren von NFC Compounds.

Typisches Anlagenlayout für die Compoundierung von Naturfaser-verstärkte Kunststoffe

Typisches Anlagenlayout für die Compoundierung von Naturfaserverbundwerkstoffen

BUSS Compoundiersysteme bieten für NFC Compounds folgende spezifische Vorteile

  • Gleichförmige, moderate Scherraten
    Gleichförmige Scherraten ermöglichen ein kontrolliertes Mischen in der Compoundiermaschine bei tieferen Temperaturen, während nur die erforderliche Scherenergie für die anliegende Verfahrensaufgabe eingeleitet wird. Die enge Scherratenverteilung, im Vergleich zu alternativen Systemen, gewährleistet gleichförmige Scherverläufe für jedes einzelne Partikel. Dies führt zu einer hochwertigen Aufbereitung bei geringerer Energieeinleitung.

  • Präzise Temperaturführung
    Der BUSS Ko-Kneter erlaubt eine präzise Temperaturführung aufgund einer kontrollierten Energieeinleitung und gleichförmigen, moderaten Scherraten, sowie deren Temperaturüberwachung durch Thermoelemente, die in von Polymer umgebenen, hohlgebohrten Knetbolzen an relevanten Positionen entlang des Verfahrensteils montiert sind.

  • Geringere Beanspruchung von Polymer, Fasern und hochstrukturierten Füllstoffen
    Die moderaten Scherraten des BUSS Ko-Kneters gewährleisten eine kontrollierbare Scherung und niedrige Temperaturprofile und beanspruchen die Struktur von Fasern und hochstrukturierten Füllstoffen wie Russ deutlich weniger als andere Systeme. Dies führt zu besseren mechanischen und elektrischen Eigenschaften, verbessertem Fließverhalten und einem niedrigeren Verbrauch an teuren Additiven.

  • Hohe Füllgrade erreichbar
    Die BUSS Technologie der Compoundiermaschinen erlaubt Füllstoffanteile von bis zu 90%, durch das Aufteilen auf 2-3 Zuführpositionen, nutzen von Einspeiseorganen wie Seitenzuführschnecken, gravimetrischer Zuführung von Füllstoffen, Rückwärtsentlüftung und einer hervorragenden Fördereffizienz. Die moderaten Scherraten des Ko-Kneters erlauben eine mühelose Handhabung der hohen Viskositäten, die bei hohen Füllstoffgraden entstehen.

  • Niedrige Prozesstemperaturen
    Die getrennte Ausführung des Compoundierens im Buss Ko-Kneter und des Druckaufbaus in der Austragseinheit erlaubt ein Aufbereiten bei niedrigen Drücken und tiefen Temperaturen. So kann durch die Konfiguration anwendungsspezifischer Schneckengeometrien in jeder Prozesszone ein optimiertes Temperaturprofil sichergestellt werden.

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