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BayWISS-Kolleg Ressource Efficiency and Materials www.baywiss.de

Projekte im Verbundkolleg Ressourceneffizienz und Werkstoffe

© Nathan Anderson / unsplash.com

Cellulosefaserverstärkung - Zusammenhänge zwischen Verarbeitung und Struktur

Holz gilt in Deutschland als wichtigster heimischer, nachwachsender Rohstoff. Durch seine
Vielseitigkeit liefert Holz, vor allem als Werkstoff, multiple Ansatzpunkte für eine wirtschaftliche
Betrachtung und Nutzung.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Strukturveränderungen von holzbasierten Fasern, Regenerat-Cellulosefasern und Holzstofffasern, unter thermischer und mechanischer Beanspruchung in kunststoffverarbeitenden Prozessen herauszuarbeiten. Aus den Ergebnissen sind prozess- technische und materialtechnische Anpassungen für einen vorteilhaften Einsatz abzuleiten. Es soll eine technische, ökologische und ökonomische Einschätzung zur Substitution von
Glasfasern durch holzbasierte Fasern gegeben werden.

Dabei sind folgende Forschungsfragen zu beantworten:
• Wie kann eine Verarbeitung und Herstellung von holzbasierten, faserverstärkten
thermoplastischen Kunststoffbauteilen mit geringst möglicher thermischer Schädi-
gung und damit besten Eigenschaften umgesetzt werden und können die Eigen-
schaften von glasfaserverstärkten Thermoplasten im Kurzfaser- und im Endlosfaser-
bereich erzielt werden?
Für kurzfaserverstärkte Kunststoffe werden verschiedene Compoundierverfahren hinsicht-
lich der auftretenden thermischen und strukturellen Schädigung und damit den resultieren-
den Bauteileigenschaften untersucht. Unter Einsatz des schonendsten Verfahrens werden
verschiedene Faseranteile compoundiert, verarbeitet und durch mechanische und rheolo-
gische Untersuchungen charakterisiert. Endlosfaserverstärkte Thermoplaste werden in
Form von Organoblechen im Pressverfahren hergestellt und anhand variabler Verarbei-
tungsparameter (z.B. Temperatur, Druck und Zeit) als auch Prüfparameter (z.B. Prüftem-
peratur, Prüfklima) auf Eigenschaftsänderungen untersucht.Exposé des Promotionsvorhabens
• Welche Strukturveränderungen treten an den Fasern während der Verarbeitung auf,
welche Eigenschaftsänderungen hat dies am thermoplastischen Kunststoffbauteil
zur Folge und wie können diese positiv beeinflusst werden?
Die holzbasierten Fasern werden thermisch und mechanisch belastet. Die Fasern werden
auf geometrische und strukturelle Veränderungen geprüft und Wirkzusammenhänge zur
Verarbeitung herausgearbeitet. Insbesondere tiefe Temperaturen sollen hier betrachtet
werden, da dieser Bereich aufgrund der Eigenschaften der Faser tieferes Verständnis von
Energiedissipation, Steifigkeit und Bruchverhalten liefern kann. [8]
• Ist der Einsatz von Regenerat-Cellulosefasern gegenüber Glas- und Holzfasern öko-
logisch vorzuziehen?
Die Frage soll mit einem Life Cycle Assessments der gesamten Prozesskette beantwortet
werden und auf spezifisch geforderte Mechanik-Kennwerte (Steifigkeit, Festigkeit, Schlag-
zähigkeit) bezogen werden. Dabei sollen neben der CO2-Äquivalente weitere Wirkungska-
tegorien in Betracht gezogen werden.

MEMBER IN THE JOINT ACADEMIC PARTNERSHIP

since

Supervisor Rosenheim Technical University of Applied Sciences:
Supervisor University of Bayreuth:
Sebastian Wiedl

Sebastian Wiedl

Rosenheim Technical University of Applied Sciences

Coordination

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Laura Rosenkranz

Laura Rosenkranz

Koordinatorin BayWISS-Verbundkolleg Ressourceneffizienz und Werkstoffe

Universität Bayreuth
Lehrstuhl Metallische Werkstoffe
Prof.-Rüdiger-Bormann-Str. 1
95447 Bayreuth

Telephone: +49 092155 6635
ressourceneffizienz-werkstoffe.vk@baywiss.de