DE19852067A1 - Faserverstärkter Werkstoff - Google Patents
Faserverstärkter WerkstoffInfo
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Abstract
Ein aus wenigstens einem thermoplastischen oder thermoelastischen, synthetischen und/oder natürlichen Polymer sowie natürlichen Verstärkungsfasern bestehender Werkstoff zeichnet sich dadurch aus, daß er als natürliche Verstärkungsfasern Hanffasern enthält. Besteht der erfindungsgemäße Werkstoff aus mehreren Polymeren, so kann dieser homogen oder heterogen aufgebaut sein.
Description
Die Erfindung betrifft einen faserverstärkten Werkstoff,
bestehend aus wenigstens einem thermoplastischen oder
thermoelastischen, synthetischen und/oder natürlichen
Polymer sowie natürlichen Verstärkungsfasern.
Derartige Werkstoffe sind seit langem bekannt, wobei die
Faserverstärkung insbesondere der Erhöhung der mechani
schen Festigkeit sowie gegebenenfalls der Verbesserung
weiterer Werkstoffeigenschaften, wie der thermischen.
Beständigkeit dient. Während glasfaserverstärkte Polymer
werkstoffe die größte Bedeutung erlangt haben, werden
andere, beispielsweise mit Mineral-, Metall- oder Kohle
fasern verstärkte Polymerwerkstoffe z. B. für hochfeste
und hochtemperaturbeständige Verbundwerkstoffe in der
Luft- und Raumfahrt oder textilfaserverstärkte Kunststof
fe für Spritz- und Preßmassen oder für die Herstellung
von Kunststoffen, die hohen Zugspannungen unterliegen,
verwendet. Der wesentliche Vorteil faserverstärkter
Werkstoffe liegt in ihren hervorragenden mechanischen Eig
schaften, so daß sie zur Substitution von Metallen ver
wendet werden können, was mit einer erheblichen Gewichts
reduzierung verbunden ist.
Da die Herstellung synthetischer Fasern einen hohen
Energieaufwand erfordert und somit teuer ist und viele
synthetische Fasern, insbesondere Glas- oder Asbestfa
sern, aufgrund ihrer Lungengängigkeit ein gesundheit
liches Gefährdungspotential darstellen, wird seit einiger
Zeit versucht, diese durch natürliche Fasern auf der
Basis nachwachsender Rohstoffe zu ersetzen. Mit Naturfa
sern, wie Flachs-, Sisal-, Miscanthus, Cellulose- oder
Holzfasern verstärkte synthetische oder natürliche Kunst
stoffe weisen jedoch im Vergleich zu beispielsweise
glasfaserverstärkten Kunststoffen eine deutlich geringere
Festigkeit auf.
Die DE 197 00 906 A1 beschreibt einen mit Baumwollfasern
verstärkten Verbundwerkstoff aus Lignin, wobei zwar auf
eine innige Verbindung zwischen der Beschichtung und der
Faser hingewiesen wird, jedoch keine Aussagen zur Festig
keit eines derartigen Werkstoffverbundes gemacht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit
natürlichen Fasern verstärkten Werkstoff der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er als
gleichwertiger Ersatz für mit synthetischen Fasern ver
stärkte Kunststoffe dienen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem faserver
stärkten Werkstoff der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß er als natürliche Verstärkungsfasern Hanffa
sern enthält. Der Vorteil der Verwendung der Hanffaser
liegt in deren im Vergleich mit allen anderen Naturfasern
wesentlich höheren Zug- und Bruchfestigkeit, so daß ein
mit Hanffasern verstärkter Werkstoff annähernd die
gleichen hochwertigen Werkstoffeigenschaften aufweist wie
der entsprechend mit synthetischen Verstärkungsfasern
verstärkte Werkstoff. Ein weiterer Vorteil liegt in der
geringeren Verschleißwirkung der Hanffasern im Vergleich
mit synthetischen Fasern auf entsprechende Verarbeitungs
maschinen, wie Extruder, Mischer oder Spritzgießmaschi
nen. Weiterhin kann die wasserabweisende Wirkung der
Hanffaser insbesondere bei Verwendung in Verbindung mit
natürlichen Polymeren von großem Nutzen sein, da viele
natürliche Polymere, wie Casein, Cellulosenitrate, -ace
tate, -ester oder -ether hygroskopisch sind, was mit
einer mangelnden Formstabilität einhergeht. Die Hanffaser
zeichnet sich ferner gegenüber anderen Naturfasern da
durch aus, daß sie in großen Mengen zur Verfügung ge
stellt werden kann, da sich Hanf als Einjahrespflanze
durch ein außerordentlich schnelles Wachstum auszeichnet.
Der faserverstärkte Werkstoff kann beispielsweise aus
nur einem Polymer, einem Polymer-Blend aus synthetischen
und/oder natürlichen Polymeren oder aus einem mehrschich
tigen Polymerverbund aus synthetischen und/oder natürli
chen Polymeren bestehen. Besteht der Werkstoff bei
spielsweise ausschließlich oder überwiegend aus natürli
chen Polymeren, so ist der mit Hanffasern verstärkte
Werkstoff leicht biologisch abbaubar und weist bei
Verbrennung eine ökologisch neutrale CO2-Bilanz auf,
was bedeutet, daß bei Verbrennung des Werkstoffs der
Atmosphäre nicht mehr CO2 zugeführt wird, als ihr
beim Wachstum der Rohstoffe sowohl für die Polymere als
auch für die Fasern entzogen wurde. Besteht der Werk
stoff beispielsweise aus einem mehrschichtigen Polymer
verbund, so wirken die Hanffasern als zusätzliche Haft
vermittler an der Übergangszone der Polymere. Ein derar
tiger Polymerverbund kann beispielsweise auch lediglich
eine als Träger dienende faserverstärkte Polymerkomponen
te aufweisen, auf die eine weitere Polymerkomponente z. B.
in Form einer Beschichtung aufgebracht ist.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht einen Werkstoff vor,
der als natürliches Polymer Lignin, insbesondere Alkali-
Lignin enthält. Lignin ist ein natürliches Polymer und
zeichnet sich im Vergleich zu anderen Naturpolymeren
durch merklich bessere Werkstoffeigenschaften, wie eine
vergleichsweise hohe Festigkeit, Steifigkeit, Schlagzä
higkeit, sowie UV-Beständigkeit aus. Weiterhin ist Lignin
ein geeignetes Dämmittel zur Wärme- und Schallisolierung.
Lignin ist ein hochmolekulares polyphenolisches Makromo
lekül, das in verholzenden Pflanzen die Räume zwischen
den Zellmembranen ausfüllt und zu Holz werden läßt. Es
fällt in großen Mengen als Nebenprodukt bei der Zell
stoffgewinnung an und ist somit in großen Mengen verfüg
bar. Hierbei entstehen beim Aufschluß des Holzes Lignin
sulfonsäuren als Bestandteil der Sulfitablaugen, in denen
die Ligninsulfonsäuren als Phenolate ("Alkali-Lignin")
gelöst sind. Durch Behandlung mit Schwefelsäure und
Kohlendioxid kann die Ligninsäure ausgefällt werden.
Das mit Hanffasern verstärkte Lignin kann allein, in
einem Blend mit weiteren natürlichen oder auch syntheti
schen Polymeren oder in Form eines mehrschichtigen Poly
merverbunds zur Herstellung unterschiedlichster Formtei
le, wie beispielsweise Fensterrahmenprofile, Türen, Möbel
oder Gehäuse dienen. Hierbei verleiht der Ligninanteil
dem Werkstoff einen für viele Verwendungszwecke erwünsch
ten holzähnlichen Charakter.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkstoffes kann
auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß beispielsweise
die Hanffasern auf einen das Polymer plastifizierenden
Extruder aufgegeben wird. Um eine homogene Mischung des
Polymers und der Fasern zu gewährleisten, sollten die
losen Fasern in einem Bereich der Extruderschnecke aufge
geben werden, in dem das Polymer bereits geschmolzen ist.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoffes kann
folglich auf jeder herkömmlichen, zur Faserverstärkung
mit synthetischen Fasern geeigneten Vorrichtung erfolgen.
Claims (5)
1. Faserverstärkter Werkstoff, bestehend aus wenigstens
einem thermoplastischen oder thermoelastischen,
synthetischen und/oder natürlichen Polymer sowie
natürlichen Verstärkungsfasern, dadurch gekennzeich
net, daß er als natürliche Verstärkungsfasern Hanf
fasern enthält.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus nur einem Polymer besteht.
3. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus einem Polymer-Blend aus synthetischen
und/oder natürlichen Polymeren besteht.
4. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus einem zwei- oder mehrschichtigen Polymer
verbund aus synthetischen und/oder natürlichen
Polymeren besteht.
5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß er als natürliches Polymer
Lignin, insbesondere Alkali-Lignin enthält.
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