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Die Vorteile der NFK liegen auf der Hand: Im Gegensatz

zu den für Kunststoffe traditionell eingesetzten Verstär­

kungsfasern, beispielsweise Glasfasern, weisen Natur­

fasermaterialien eine um bis zu 50 Prozent niedrigere

Dichte auf, verbessern gleichzeitig den „CO

2

-Footprint“

und erlauben neben stofflichem Recycling auch eine hun­

dertprozentige thermische Endverwertung des verstärk­

ten Kunststoffes. Damit bieten sich insbesondere auch im

Bereich der Elektromobilität völlig neue Chancen für diese

Art von Leichtbauwerkstoffen.

Die Zielvorgaben aus den Forschungs- und Entwicklungs­

abteilungen verschiedener Automobilhersteller sind ein­

deutig. Naturfaserverstärkte Werkstoffe sind eine hochin­

teressante Alternative für Spritzgussanwendungen, wenn

Materialkennwerte im Bereich von PPGF20 erreichbar

sind, insbesondere für Innenraumanwendungen unange­

nehme Ausgasungen verhindert werden können, Gewicht

und Herstellungskosten niedriger sind als die des zu

substituierenden Bauteils und darüber hinaus der ge­

samte Herstellungsprozess im industriellen Maßstab zu­

verlässig reproduzierbar ist.

Aus diesen Zielvorgaben der Automobilindustrie erge­

ben sich vielfältige Herausforderungen für die Auswahl

geeigneter Verstärkungsfasern und Matrixwerkstoffe so­

wie für die Entwicklung entsprechender Rezepturen. Ein

Problem: Naturfasern sind klimatisch bedingten Qualitäts­

schwankungen unterworfen, welche die Einhaltung enger

Toleranzen hinsichtlich Qualität und Eigenschaftsprofil

erschweren. Darüber hinaus sind die erreichbaren Schlag­

zähigkeiten üblicherweise relativ niedrig. Vor allem der Na­

turfaseraufbereitungsprozess hat einen entscheidenden

Einfluss auf die Materialeigenschaften des naturfaserver­

stärkten Thermoplasten und damit auch auf die späteren

Produkteigenschaften des Bauteils.

Herausforderungen bei der

Naturfaserverarbeitung

Die industrielle Verarbeitung von Naturfasern stellt aber

auch die Verfahrens- und Anlagentechnik vor neue He­

rausforderungen. Die üblicherweise aus der Kunststoff­

verarbeitung bekannten Standardprozesse arbeiten

kontinuierlich und verlangen daher nach kontinuierlich

dosierbaren Rohstoffen. Naturfasern sind aber aufgrund

ihrer niedrigen Dichte und ihrer Oberflächenstruktur übli­

cherweise kaum mit gravimetrischen Systemen dosier­

bar. Auch Maira Magnani von Ford betont: „Langfristig

haben naturfaserverstärkte Kunststoffe und Biomateri­

alien das Potenzial, an Bedeutung für den Einsatz in der

Fahrzeugherstellung zuzunehmen. Dies hängt jedoch stark

von der Weiterentwicklung bei den Verfahrenstechniken für

die Großserienanwendung ab.“

Um die Problematik zu lösen, wurde in den vergangenen

Jahren viel Forschungsaufwand in entsprechende Vor­

behandlungsschritte investiert. Bekannte Verfahren sind

vor allem das Kurzschneiden, Mahlen oder Pelletieren

von Fasern zur Erhöhung von Schüttdichte und Rieselfä­

higkeit. Technisch und wirtschaftlich gesehen, ist das

jedoch kontraproduktiv, da damit nicht nur Verarbei­

tungsaufwand und Herstellungskosten des Compounds

steigen, sondern insbesondere beim Kurzschneiden und

Mahlen der Naturfasern deren Verstärkungspotenzial

stark reduziert wird. Weitere Herausforderungen bei der

Aufbereitung von Naturfasern sind deren Temperatur­

sensitivität und ihr hoher Feuchtigkeitsgehalt. „Eine große

Herausforderung bei Fasercompounds besteht darin, die

Naturfasern für die weitere Verarbeitung aufzubereiten

und genau zu dosieren“, bestätigt Magnani.

Innenmischertechnologie flexibilisiert

die Prozessführung

Diese Herausforderungen rufen nach einer neuartigen

Compoundiertechnologie für die wirtschaftliche Herstel­

lung dieser Art von Leichtbauwerkstoffen im industriellen

Maßstab. Die auf der Innenmischertechnologie basie­

renden Mischsaalsysteme erfüllen dieses Anforderungs­

profil vollständig, da insbesondere keine Vorbehand­

lungsschritte notwendig sind. Die Zugabeform von

Materialien in den Innenmischer ist nahezu beliebig.

Der Innenmischer wird über eine vorgeschaltete Verwie­

ge- und Dosiereinrichtung mit den zu verarbeitenden

Rohstoffen versorgt und entleert nach Abschluss des

Mischzyklus die fertige Mischung in einen Austragsex­

truder. Der Austragsextruder überführt den diskontinu­

ierlichen Mischprozess in einen kontinuierlichen Prozess

und baut den notwendigen Druck auf, um die Mischung

durch die Lochplatte einer Unterwassergranulierung zu

fördern. Nach der Unterwassergranulierung wird das

Granulat getrocknet und gekühlt, anschließend in Lager­

silos gefördert und letztlich an Absack-, Big-Bag- oder

Octabinabfüllstationen für den Versand an den Endver­

arbeiter abgepackt.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der Innenmischer­

technologie ist die diskontinuierliche Arbeitsweise des

Innenmischers und die damit verbundene hohe Prozess­

flexibilität. Diese zeigt sich in den unabhängig voneinan­

der variierbaren Prozessparametern wie Mischzeit, Ro­

tordrehzahl, Zugabezeitpunkte und Zugabereihenfolge

der zu mischenden Rohstoffe, Füllgrad und Anlagentem­

perierung. Auch die Rohstoffdosierung und -zuführung

ist diskontinuierlich, d. h., alle eingesetzten Komponen­

ten werden automatisch portionsweise vorverwogen

und ebenfalls vollautomatisch zum richtigen Zeitpunkt

über eine große Beschickungsklappe oder weitere Öff­

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