Biopolymernetzwerk Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Spritzgießen

Nahezu alle Größen und Formen von Kunststoffformteilen können im Spritzgießverfahren hergestellt werden. Ein Schnecken-Plastifizieraggregat sorgt für die Plastifizierung der Kunststoffmasse, wobei sich die Schnecke während des Aufschmelzvorgangs langsam nach hinten bewegt und vor der Schneckenspitze ein Schmelzepolster bildet. Ist die für einen Schuss benötigte Menge erreicht, fährt die Schnecke vor und presst die Schmelze durch die erwärmte Düse und durch Angusskanäle unter Druck in den Hohlraum der kalten Form, des so genannten Werkzeugs. Der Kunststoff kühlt nun im Werkzeug ab und wird als gebrauchsfertiges Formteil ausgestoßen.

Die Anwendungsmöglichkeiten für das Spritzgießen sind vielzählig. Beispiele sind Kugelschreiber, Lineale und andere Büroutensilien, Einwegbestecke, Gartenmöbel, Stoßstangen, Getränkekästen, Knöpfe, mechanische Kleinteile und vieles mehr.

Prinzipiell weisen Biokunststoffe für das Spritzgießen vergleichbare Verarbeitungseigenschaften wie ihre erdölbasierten Gegenstücke auf. Zu beachten ist, dass, genau wie bei der Umstellung von einem zu einem anderen petrochemischen Polymerwerkstoff, die Prozess- und Werkzeugparameter an den Biokunststoff angepasst werden müssen. Generell zu beachten ist, dass Biokunststoffe (außer Drop-In-Biokunststoffe) sensibler auf thermische Belastung reagieren, und daher ein kleineres Prozessfenster haben, als petrochemische Kunststoffe.

Naturfaserspritzguss

Wurden im Jahr 2004 nahezu 99 Prozent aller NFK über das Formpressen hergestellt, könnte die nun serienreife Naturfaserspritzgießtechnik daran bald etwas ändern. Ein Großteil der kleineren und mittleren Kunststoffprodukte wird mittels Spritzgießen produziert.  

Spritzgießgranulat

Das thermoplastische Kunststoffgranulat wird in der Regel mit Additiven und Füllstoffen versetzt, die die Kunststoffe steifer, UV-beständiger oder auch farbig machen. Hierzu eignen sich neben synthetischen Chemikalien auch Mineralien wie Talkum oder nachwachsende Rohstoffe wie Holzfasern und Holzmehl. Sollen die Kunststoffe auch höheren Belastungen standhalten, kommen Glasfasern oder auch Naturfasern als Verstärkungsfasern hinzu.

Naturfasergranulat

Das typische Naturfasergranulat besteht aus ca. 40 Prozent Naturfasern, 55 Prozent Polypropylen (PP) und fünf Prozent Haftvermittler. Statt eines mineralölbasierten Polymers können auch thermoplastisch verarbeitbare Biopolymere wie Lignin Verwendung finden. Im Extruder werden die Einzelkomponenten bei maximal 180 °C vermischt, granuliert und abgekühlt. Als Herausforderung erweist sich dabei die gleichmäßige Zufuhr preiswerter Naturfasern bzw. Naturfaserbänder oder -pellets. Auch wenn hier inzwischen Lösungen existieren, besteht noch Bedarf an weiterer Forschung und Entwicklung. Nur wenn Naturfasergranulat auf bestehenden Spritzgießmaschinen ohne oder nur mit geringen Modifikationen verarbeitet werden kann, lässt es sich wirtschaftlich vermarkten.

Auswahl an BMEL/FNR geförderten Projekten zu diesem Thema
Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung von WPC - VuV-WPC (01.07.2012 bis 30.06.2013) (Link)
Verbundvorhaben: Einsatz von Kunststoffcompounds aus biobasierten Rohstoffen, deren Herstellung und Eigenschaftsparameter (NAWARO 70) (01.12.2011 bis 30.11.2013)
  • Teilvorhaben 1: Praktische Umsetzung (Link)
  • Teilvorhaben 2: Modifikatoren (Link)
  • Teilvorhaben 3: Optimierung der Verarbeitung (Link)
Verbundvorhaben: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie (01.07.2011 bis 30.06.2014)
  • Teilvorhaben 1: Untersuchung und Charakterisierung der Naturfasern (Link)
  • Teilvorhaben 2: Untersuchungen zum Faser-Matrix-Verhalten (Link)
  • Teilvorhaben 3: Herstellung der Faser-Polymer-Compounds und Prüfkörper (Link)
  • Teilvorhaben 4: Untersuchungen der NF-Compounds und Prüfkörper (Link)
  • Teilvorhaben 5: Werkstoffprüfung (Link)
  • Teilvorhaben 6: Bauteilberechnungen (Link)
  • Teilvorhaben 7: Scale-up und Erprobung im Serienmaßstab (Link)
  • Teilvorhaben 8: Bauteilprüfung (Link)
  • Teilvorhaben 9: Spritzgießen von Bauteilen (Link)
FENAFA-Netzwerkverbund (01.06.2009 bis 31.05.2014)
  • Teilvorhaben 5a - 5d: Entwicklung von Dosiersystemen und Compounderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern (5a, 5b, 5c, 5d)
  • Teilvorhaben 6a - 6c: Neuartige Bauteilkonzepte unter Nutzung von Holzfaserwerkstoffen mit Thermoplastmatrix in serientauglichen Verfahren (6a, 6b, 6c)
  • Teilvorhaben 7a - 7c: Oberflächenendbearbeitete naturfaserverstärkte Bauteile unter Verwendung komplexer Spritzgießtechnologien (7a, 7b, 7c)
  • Teilvorhaben 9a - 9c: IMC basierte Technologien für den Einsatz von Natrufasern in innovativen Spritzgießbauteilen am Beispiel von Transportsystemen (9a, 9b, 9c)
Forschungsverbund Biopolymere (01.06.2009 bis 31.05.2014)
  • Teilvorhaben 6B: Modifizierung von Cellulosefaserprodukten mit Polyvinylacetat und Derivaten und ihre Anwendung in Biokunststoffen - Spritzguss und Simulation (Link)
Entwicklung neuartiger PLA-basierter Verbundwerkstoffe und Nanocomposite (01.09.2008 bis 28.02.2011) (Link)
Verbundvorhaben: Entwicklung von feinkleiegefüllten Polymeren (01.02.2008 bis 31.01.2010)
  • Teilvorhaben 1: Trockenchemische Modifizierung des Getreidevollmehls (Link)
  • Teilvorhaben 2: Entwicklung der feinkleiegefüllten getreidepolymerhaltigen Biocomposite und die Optimierung der Materialeigenschaften (Link)
Verbundvorhaben: Pflasterschalung aus nachwachsenden Rohstoffen (01.10.2006 bis 31.03.2008)
  • Teilvorhaben 1: Entwicklung von spritzgussfähigem Biopolymer (Link)
  • Teilvorhaben 2: Entwicklung eines naturfaserverstärkten Biopolymerwerkstoffs im Produktionsmaßstab für den Einsatz im Spritzgußsektor (Link)
Entwicklung eines neuartigen Transfer-Spritzgießverfahrens und einer Werkstoffrezeptur zur Herstellung stoßabsorbierender Strukturschaum-Formteile auf Basis nachwachsender Rohstoffe (01.08.2006 bis 31.07.2009) (Link)
Verbundvorhaben: Erstellen von Konstruktionsregelwerken für das Spritzgießen und Formpressen von naturfaserverstärkten Kunststoffen (01.08.2006 bis 31.10.2009)
  • Teilvorhaben 1 (Link)
  • Teilvorhaben 2 (Link)
  • Teilvorhaben 3 (Link)
  • Teilvorhaben 4 (Link)
Enzymatische Vernetzung von Proteinen in nachwachsenden Rohstoffen für thermoplastisch verarbeitbare Werkstoffe (01.04.2004 bis 30.06.2005) (Link)