Biobasierte Polyamide mit Cellulosefasern

Technische Kunststoffe mit cellulosischen Verstärkungsfasern bieten gegenüber den bekannten Polyolefinen als Matrix höhere thermo-mechanische Eigenschaften. DesWeiteren ist es möglich durch Verwendung biobasierter Polyamide einen Verbund vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. In der Literatur sind bisherjedoch nur Untersuchungen mit dem niedrigschmelzenden PA 11 zu finden. Höherschmelzende (Bio-)Polyamide in Verbindung mit cellulosischen Verstärkungsfasernwurden bisher nicht beschrieben und finden derzeit noch keine Verwendung. Die thermische Beständigkeit cellulosischer Fasern limitiert den Einsatz als Verstärkungsfasern in technischen Kunststoffen.In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl Naturfasern als auch Regenerat Cellulosefasern als Verstärkungsfasern verwendet. Als Matrixpolymere wurde ein vollständig biobasiertes PA 10.10, ein zu ca. 62% biobasiertes PA 6.10 und ein auf Basis von fossilen Rohstoffen hergestelltes PA 6 untersucht. Die Schmelztemperatur liegt bei diesen Polyamiden zwischen 200 und 220 °C. Die schonende Einarbeitung der cellulosischen Fasern wurde mittels eines in dieser Arbeit neu entwickelten Imprägnierverfahrens erreicht, womit das Endlosgarn mit Schmelze getränkt wird. Gegenüber dem bekannten zweistufigen Pultrusionsverfahren und der konventionellen Compoundierung mittels Doppelschneckenextruder ergeben sich bei den mechanischen Eigenschaften der hergestellten Verbunde signifikante Verbesserungen. So konnte die Kerbschlagzähigkeit von PA 6.10 mit 30 Gew.-% Regenerat-Cellulosefasern um das 2,5-fache gesteigert werden, was auf die längeren Fasern im Bauteil als auch auf die geringere thermische und mechanische Schädigung der Fasern zurückzuführen ist. Die Wärmeformbeständigkeit (HDT-A) wurde mittels DMA bestimmt und liegt mit über 200 °C bei 30 Gew.-% Faseranteil auf gleichem Niveau wie die der glasfaserverstärkten Polyamide. Es wurde ebenfalls nachgewiesen, dass die Steifigkeit von Polyamidverbunden sowohl mit Naturfasern als auch mit Regenerat-Cellulosefasern gesteigert werden kann. Die Festigkeit kann insbesondere mit Regenerat-Cellulosefasern gesteigert werden, wobei gegenüber glasfaserverstärkten Polyamiden eine um ca. 12% geringere Dichte vorliegt. Es wurde weiterhin gezeigt, dass Compounds aus PA 10.10 mit 20 Gew.-%Regeneratfasern geeignet sind um vollständig biobasierte Bauteile mit guter Qualität und höherer Schlagzähigkeit als PA GF-Bauteile herzustellen. Die Wahl der cellulosischen Verstärkungsfaser, der Herstellungsprozess sowie die Verarbeitung im Spritzguss haben einen wesentlichen Einfluss auf die mechanischenEigenschaften des Verbunds. Diese Arbeit zeigt die Potentiale von biobasierten Polyamiden mit cellulosischen Verstärkungsfasern auf und stellt damit eine wesentliche Grundlage zur Etablierung vollständig biobasierter technischer Verbundwerkstoffe für die Serienfertigung dar. von Feldmann, Maik