nova-Institut: Durchbruch beim Naturfaser-Spritzgießen

Hanffasern und Faserpellets

Das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück, geförderte Projekts "Entwicklung einer industriellen Naturfaser-Pellet-Produktion zur Nutzung von Naturfasern als Verstärkung von (Bio-)Kunststoffen in Spritzguss und Extrusion" (AZ: 27717-34) konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Compoundeure, Spritzgießer, Extrudeure und Anwender aus der Kunststoff- und Automobilindustrie zeigen sich den Angaben zufolge angetan von den Hanffaser-Pellets.

Zufuhr als Faserpellets löst Dosierprobleme
Mit der Produktion und Optimierung der Faserpellets sei es dem Projektpartner BaFa GmbH gelungen, das Problem der Dosierung von Naturfasern in die Prozesse der Kunststoffindustrie zu lösen. Die umfassenden Versuche der Industriepartner FKuR Kunststoff GmbH, Linotech GmbH & Co. KG und H. Hiendl GmbH & Co. KG sowie des Fraunhofer WKI, die an der Hochschule Bremen ausgewertet wurden, hätten gezeigt, dass die Hanffaser-Pellets nicht nur gut dosierbar seien, sondern sich zudem gut und gleichmäßig in der Schmelze auflösen. Prof. Dr. Jörg Müssig (HS Bremen, Bionik) untersuchte mit seinem Team die Eigenschaften der Hanffasern vor der Pelletierung, nach der Pelletierung, im Granulat und im Endprodukt ebenso wie die mechanischen Werte der Teststäbe und Endprodukte. Nur so sei eine fortschreitende Verbesserung der Naturfaser-Pellets im Projekt möglich gewesen.

Grundsätzlich verbessern Naturfasern Steifigkeit und Festigkeit. Naturfasern in Form optimierter Pellets zuzuführen, bringe zusätzliche Vorteile, wie eine homogenere Verteilung der Fasern, geringere Faserschädigung und auch mehr längere Fasern. Fasereinkürzungen treten hauptsächlich bei der Compoundierung und nicht bei der Pelletierung auf. Insgesamt zeige sich: Je höher der Faseranteil und je besser das Ausgangsmaterial, desto besser die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs.

Projektleiter Michael Carus von der nova-Institut GmbH (www.nova-institut.eu) zeigte sich sehr zufrieden: "Endlich konnte der Flaschenhals der Naturfaser-Zuführung überwunden werden. Nun können auch Unternehmen mit wenig Erfahrung Naturfasern in Form von Pellets zuführen. Die Naturfaserpellets sind gerade hart genug, um Transport und Lagerung zu überstehen und weich genug, um sich in der Schmelze gut aufzulösen."

Produzent BaFa bietet sowohl reine Hanffaser-Pellets an, als auch Pellets, bei denen bereits während der Pelletierung bis zu 40% Kunststoffe wie PP oder PLA sowie auf Wunsch Additive mit den Naturfasern gemischt werden. Ein überraschendes Ergebnis im Projekt: Pellets aus 60% Naturfasern und 40% PP konnten sogar ohne Compoundierung direkt in der Extrusion eingesetzt werden, was erhebliche Kosten und auch Prozessenergie sparen soll.

Das nova-Institut untersuchte die Pellets in Hinblick auf die eingesetzte Prozessenergie und die zu erwartenden Marktpreise und kam zu folgenden Ergebnissen:

Ökologie

Primärenergiebedarf zur Herstellung von Hanffaser-Pellets nach einzelnen Prozessschritten

Der Primärenergiebedarf zur Produktion der Hanffaser-Pellets liegt mit 5,2 GJ/t verglichen mit anderen Materialien sehr günstig. Typische Kunststoffe liegen demnach bei mindestens dem Zehnfachen. Interessant sei zudem, dass der Schritt der Pelletierung nur 0,2 GJ/t (4%) ausmache. Die größten Anteile kommen von der Düngung (38%), von Landmaschinen (25%) und von der Faseraufbereitung (17%). Pestizide sollen beim Hanfanbau nicht zum Einsatz kommen; bei anderen Kulturen tragen auch sie relevant zum Energiebedarf bei.

Dies bedeute für den Einsatz der Hanffaser-Pellets: Der Energiebedarf zur Produktion von Hanffaser-Pellets ist nur geringfügig höher als der zur Produktion der Hanffasern. Unter ökologischen Gesichtspunkten könne daher "grünes Licht" für den Einsatz der Pellets gegeben werden. Dabei sei noch zu bedenken, dass der zusätzliche technische Aufwand, die nicht-pelletierten Hanffasern zuzuführen, zusätzliche Energie benötige und sich dann die Bilanz sogar zu Gunsten der Pellets verschieben könne. Werden die Pellets zusätzlich mit Kunststoffen und Additiven ausgerüstet, werden weitere spätere Prozessschritte ersetzt.

Ökonomie

Relative Kostenanteile für Hanffaser-Pellets.

Hier habe sich gezeigt, dass die Marktpreise zu über 70% (bei Hanffasern, sofern bereits im Pellet mit Kunststoff gemischt, liegt der Anteil noch höher) von den Materialkosten abhängen. Je nach Zusammensetzung liege die Preise für die Hanffaser-Pellets zwischen 1,00 und 1,20 €/kg - für die meisten industriellen Teilnehmer ein attraktiver Preis für die Lösung des Zufuhrproblems.

Bernd Frank, Geschäftsführer der BaFa GmbH, freue sich seit Bekanntwerden der Projektergebnisse über eine rege Nachfrage. Die Pelletanlage produziere bereits eifrig auf Kundenwünsche zugeschnittene Hanffaser-Pellets, mit und ohne Kunststoffe oder Additive.

Die umfangreichen Berichte zum Projekt, die eine Vielzahl an Prozess-Details und Materialprüfungen aller Projektpartner enthalten, sind kostenlos erhältlich unter:
www.bio-based.eu/technology

Weitere Informationen: nova-institut.eu, www.bafa-gmbh.de, fkur.com, www.linotech.de, www.hiendl-kunststofftechnik.de, www.wki.fraunhofer.de, www.bionik.hs-bremen.de

nova-Institut für politische und ökologische Innovation GmbH, Hürth

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