Analyse des Emissions- und Geruchsverhaltens von naturfaserverstärkten Polyamiden in Korrelation mit den Prozessbedingungen während der Verarbeitung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden Komposite mit Celluloseregeneratfasern basierend auf Biopolyamid als Matrixmaterial auf einem Doppelschneckenextruder hergestellt und hinsichtlich der mechanischen und thermo-mechanischen Kennwerte, Emissionen und der Geruchseigenschaften charakterisiert. Besondere Beachtung fand die Optimierung der Verarbeitungsprozesse hinsichtlich der Emissionsminderung und Verbesserung der Geruchseigenschaften, um die entsprechende Materialkombinationen im Fahrzeuginnenraum einsetzten zu können. Bei der Untersuchung unterschiedlicher Cellulosefasern konnte hinsichtlich der Geruchsbewertung ermittelt werden, dass die Celluloseregeneratfaser Cordenka (CRF) am besten abschneidet. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass sich die Geruchseigenschaften (Geruchsnote, Geruchspegel) bei steigendem CRF-Fasergehalt verschlechtern und von der Temperatur der Schmelze abhängig sind. Beim Geruchspegel konnte ein signifikanter Zusammenhang mit dem Drehmoment festgestellt werden. Durch die Reduzierung des Drehmoments kann mittels einer Temperaturerhöhung bei kleineren Drehzahlen eine Senkung des Geruchspegels erreicht werden. Es konnte bezogen auf die Geruchseigenschaften für Cellulosefaser (CRF) und Glasfaser (GF) Komposite ein Verarbeitungsfenster mit Drehzahlbereich, Temperaturbereich, Durchsatz festgelegt werden. Im Projekt wurde eine Methode zur Ermittlung der VOC-Emissionen von Bio-PA entwickelt und validiert, da herkömmliche Methoden nicht zu Ergebnissen führten. Durch Vergleichsmessungen konnte ermittelt werden, dass die VOC-Emissionen von Bio-PA Verbunden im Gegensatz zu anderen Materialverbunden wie z.B. PP-GF auf einem deutlich niedrigen Niveau liegen, allerdings die Ergebnisse der Geruchsprüfungen meist über den geforderten Grenzwerten liegen. Nach der Compoundierung kann durch weitere Verarbeitungsschritte (z.B. thermische Belastung durch Spritzgießprozess) der Geruch weiter verbessert werden, allerdings nehmen dabei die VOC- Emissionen bei PA-CRF-Kompositen mit steigendem Fasergehalt zu. Durch Variation der Schneckenkonfiguration konnten keine signifikanten Zusammenhänge zu mechanischen Kennwerten, Geruch und VOC-Emissionen festgestellt werden. PA 6.10 und PA 10.10 verhalten sich aufgrund des Verhältnisses der CH2/CO-NH-Gruppen unterschiedlich, insbesondere bezüglich der Schmelztemperatur und der Wasseraufnahme. Feuchtigkeit führt insbesondere bei CRF-Kompositen zu schlechteren Geruchsnoten und zu erhöhtem Geruchspegel und erhöhten VOC-Emissionen. Bei Verwendung von PA 6.10 als Matrixwerkstoff konnte festgestellt werden, dass die VOC-Emissionen bei GF-Kompositen höher sind als bei den CRF-Kompositen. Bei PA 10.10 als Matrixwerkstoff waren die VOC-Emissionen bei den CRF-Kompositen höher. Im Rahmen des Projekts wurde eine Emissionskammer entwickelt, mit der direkt im Extrusionsprozess Emissionen entnommen werden können, auf Absorbens überführt oder in Probenbeuteln gesammelt werden können. Damit können Geruchs und Emissionsproben direkt ohne weitere Probenpräparation gemessen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Project Presentation - Emission and Odor Analysis of Natural Fiber reinforced bio-based Polyamide, In: 20th Conference Odour and Emissions of Plastic Materials, 20-21 March 2018, Kassel
Wolff, S. & Heim, H.-P.
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Influence of Processing Parameters on Odor Characteristics of Compounds produced from renewable Raw Materials, In: 22nd Conference Odour and Emissions of Plastic Materials, 2-3 March 2020, Kassel
Wolff, S.; Dörr, C. & Heim, H.-P.
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Odor and Emission Characteristics of cellulose Bio-Polyamide Compounds, In: 23nd Conference Odour and Emissions of Plastic Materials, 23-24 March 2021, Kassel
Wolff, S.; Dörr, C.; Schulz, G. & Heim, H.-P.
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Influence of Processing Glass-Fiber Filled Plastics on Different Twin-Screw Extruders and Varying Screw Designs on Fiber Length and Particle Distribution. Polymers, 14(15), 3113.
Rüppel, Annette; Wolff, Susanne; Oldemeier, Jan Philipp; Schöppner, Volker & Heim, Hans-Peter
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The impact of accelerated aging on the mechanical and thermal properties and VOC emission of polypropylene composites reinforced with glass fibers. International Polymer Processing, 38(1), 111-125.
Rüppel, Annette; Wolff, Susanne & Heim, Hans-Peter
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Emission and Mechanical Properties of Glass and Cellulose Fiber Reinforced Bio-Polyamide Composites. Polymers, 15(12), 2603.
Wolff, Susanne; Rüppel, Annette; Rida, Hassan Ali & Heim, Hans-Peter
