Die Suche nach neuen M\u00f6glichkeiten der Polymerwiederverwertung und nach neuen Entsorgungswegen ist aufgrund des steigenden Umweltbewusstseins und des schwindenden Deponieraumes f\u00fcr nicht verwertbare Abfallstoffe hoch aktuell.<\/p>\n
F\u00fcr biologisch abbaubare Werkstoffe bietet sich mit der Kompostierung eine Alternative in der Entsorgungsproblematik, weshalb in den letzten Jahren verschiedene biologisch abbaubare Polymere bis zur Marktreife entwickelt wurden. Die vorliegende Arbeit beleuchtet die gesamte Prozesslinie vom landwirtschaftlichen Anbau einer Bastpflanze \u00fcber die Faserextraktion, die Compoundierung von Naturfasern mit biologisch abbaubaren Matrices zu einem Spritzgusswerkstoff bis zu dessen biologischen Abbau. Dabei werden die Grundlagen f\u00fcr die Entwicklung eines biologisch abbaubaren, polymeren Konstruktionswerkstoffes erarbeitet, der f\u00fcr lasttragende Bauteile eingesetzt werden kann.<\/p>\n
Die Verst\u00e4rkung der Polymere mit Pflanzenfasern verbessert deren mechanischen Eigenschaften und er\u00f6ffnet damit neue Anwendungsfelder. Das Verst\u00e4rkungspotenzial bisher eingesetzter Hanffasern wurde nicht ausgesch\u00f6pft, da die Fasern als B\u00fcndel vorlagen und damit keine homogene Faser-Matrix-Verteilung m\u00f6glich war. F\u00fcr die in dieser Arbeit verwendeten Verbundwerkstoffe wurden die Faserb\u00fcndel daher durch biologische und Dampfdruck-Verfahren aufgeschlossen (Degummierung). Der optimale Erntezeitpunkt der Hanfpflanzen hinsichtlich dieser Degummierprozesse liegt beim Beginn der Bl\u00fctenbildung der Pflanze. Bei diesem fr\u00fchen Erntezeitpunkt ist der Ligningehalt des Bastes noch niedrig, sodass Sch\u00e4digungen der Fasercellulose bei der Degummierung vermieden werden.<\/p>\n
Die bis zur Einzelzelle aufgeschlossenen Fasern wurden in die spr\u00f6de Poly(3hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat)-Matrix und in die duktile Co-Polyesteramid-Matrix mit einem gleichlaufenden Zweischneckenextruder eingearbeitet. Dank der Modifikation des D\u00fcseneinlaufes des Extruders konnten Verbundwerkstoffe mit bis zu 42 % vol. Faseranteil realisiert werden. Die Zugfestigkeit des duktilen Werkstoffes wurde durch die Verst\u00e4rkung mit 27 % vol. Fasern auf 30 MPa nahezu verdoppelt, der E-Modul auf 3,5 GPa vervierfacht. Aufgrund des matrixdominierten Verhaltens des Verbundes geht die Faserverst\u00e4rkung mit einem Absinken der Schlagz\u00e4higkeit einher.<\/p>\n
Ein zunehmender Fasergehalt bewirkt eine Beschleunigung des biologischen Abbaus des Verbundwerkstoffes in Erdumgebung. Mit einem neuen Modell kann die Abbaukinetik eines cellulosefaserverst\u00e4rkten, biologisch abbaubaren Polymers vorausgesagt werden. Im Kompostmilieu hingegen, beeinflusst der Fasergehalt die Abbaukinetik kaum.<\/p>\n
Die Arbeit analysiert den Kreislauf vom landwirtschaftlichen Anbau von Faserpflanzen \u00fcber die Verwendung der Fasern als Verst\u00e4rkung in biologisch abbaubaren Spritzgusswerkstoffen bis zur Bauteilentsorgung mit dem Ziel der Entwicklung eines neuen, halbzeugtauglichen Verbundgranulates, der wesentlichen Verbesserung der mechanischen Verbundeigenschaften sowie der zugeh\u00f6rigen Modellbildung f\u00fcr die Decortisierung der Pflanzenstengel und f\u00fcr die Degradationskinetik der Verbundwerkstoffe.<\/p>\n
Die ausgef\u00fchrte Thematik ist als Buch erschienen:<\/p>\n
Keller A., Biodegradable Hanffaser-Verbundwerkstoffe, Einfl\u00fcsse der Faserzelle auf strukturelle, mechanische und degradationskinetische Verbundeigenschaften. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 5, Nr. 628. VDI-Verlag, D\u00fcsseldorf, 2001. pp. 160.<\/p>\n