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Chancen und Möglichk. für neue Produkte nach dem
Chancen und Möglichkeiten für neue Produkte nach dem Nassvliesverfahren - Natur- und Holzfasern - Kohlenstofffasern aus dem Recycling - Aramid-Pulpen Dipl.-Chem. C. Knobelsdorf, Dr.-Ing. R. Lützkendorf Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. (TITK), Rudolstadt Abteilung Textil- und Werkstoff-Forschung Dr. M. Schmitt TEIJIN Aramid GmbH, Wuppertal Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 1. Nassvliesverfahren und Nassvliesstoffe Ausgangsmaterial Nassvliesherstellung Faserstoffe: • Synthesefasern (PES, PA, PP,...) • Bindefasern (PVA, Co-Polyester, Bikomponentenfasern) • High-Tech-Fasern (Aramide, Carbon, Keramik,...) • Mineralfasern (Glasfasern, Microglas, Steinwolle) • Metallfasern (Titan, Stahl) • Zellstoffe • Abfall- und Recyclingfasern (Leder, Teppichfasern, Scherstäube) • Naturfasern (Flachs, Nessel, Hanf, Sisal...,) • Chitosanfasern Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Nassvliesanlage Technische Daten: Vliesbreite: 300 mm Geschwindigkeit: 1 – 10 m/min Wasserumsatz: ab 500 l/min 2. Produktionsmengen und Einsatzgebiete Herstellungsprinzip Nordamerika Spunbond Drylaid Airlaid Wetlaid Westeuropa 633 585 118 551 580 821 87,5 150 Nord/Ostasien 507 766 43 166 Prognose der Anteile der Hauptverfahren an der Vliesproduktion 2010 in t Quelle: Prognose Chemical Fibers Int. (2005)4,S.210 Einsatzgebiete: Hygiene, Medizin, Haushalt, Reinigung,Filtration, Bau, Beschichtung, Kunststoffverstärkung, Batterieseparatoren, Automobil, Spezialfasern: Bikomponeten-Bindefasern aus Co-Polyamiden und Co-Polyestern High-Tech-Fasern aus Carbon, Aramid, PEEK, PPS Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 3. Vorzüge von Nassvliesstoffen für technische Anwendungen Hohe Konstanz in der Flächenmasse über die gesamte Materialbreite und -länge bei gleichzeitig niedrigen Flächengewichten und Materialdicken Einstellbare Porosität für optimale Durchströmung in Filtrationsprozessen und gute Drapierfähigkeit mit Flüssigharzen Die Zugabe von Additiven im Vliesbildungsprozess oder in nachgelagerten Verfahrensstufen ermöglicht die gezielte Anpassung an anwendungsspezifische Anforderungen Durch Zusatz von Zweitfasern mit thermoplastischen Eigenschaften sind thermisch umformbare Vliese mit hohen Freiheitsgraden in der Formgestaltung herstellbar. Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 4. Faserbasis Natürliche Kurzfasern Holzfasern, Naturfasern, Zellstoff........ Synthetische Kurzfasern PA, PP, PE, PES, PAN,....... Mineral- und Metallfasern Glas-, Basalt-, Stahlfasern....... Kurzfasern aus Recyclingprozessen Lederfasern, Teppichfasern, Carbonfasern....... Pulpen Lyocell, PE, PP, Aramid........ Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 5. Holzfasern Flachskurzfasern Nassvliesherstellung Holzfasern Pressen Nassvlies aus Holzfasern Beeinflussung der Umformeigenschaften Formteile höhere Designfreiheit Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 6. Recycling-Carbonfasern Faseraufbereitung Carbon-Faser-Abfälle Schneiden/Aufbereiten Recycling Carbon-Faser Vliesherstellung Faser/Wasser-Dispersion Nassvlies Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Nassvliesanlage 7. Recycling-Carbonfasern Vorteile des Nassvliesverfahren für die Verarbeitung von Carbon-Fasern Schonendes Vliesbildungsverfahren keine Einkürzung der Fasern Die Nassverarbeitung verhindert den Faserflug erhöhte Arbeitssicherheit beim Umgang mit C-Fasern Wirrlage der Fasern anisotrope Vlieseigenschaften Halbzeuge für die Faserverbundherstellung Verarbeitung im LFT-D – Verfahren rieselfähige Flakes für Spritzgussanwendungen Laminieren mit Harz oder Harzinjektionsverfahren Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 8. Pulpe Fibrillierte Fasern - Pulpe sehr große Faseroberflächen durch erzeugte Fibrillen Zellstoff-Pulpe Gestiegene Anforderungen • Beständigkeiten • mechanische Eigenschaften 8. Pulpe Polyacrylnitrilpulpe Aramidlpulpe Basis: Polyethylen Polypropylen Polyacrylnitril Aramid Lyocell Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Lyocellpulpe 9. Aramid-Pulpe - Herstellung und Eigenschaften Twaron Filament Schneiden auf 6 mm Schneidmaschine Spulengatter Kurzfasern Verpacken oder Pulpe-Herstellung Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 10. Aramid-Pulpe - Herstellung und Eigenschaften Twaron Filament Schneiden auf 6 mm Suspendieren H2O Fibrillieren und Schneiden Stationäre Scheibe Refiner plates Rotationsscheibe Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 11. Aramid-Pulpe - Herstellung und Eigenschaften Twaron Filament Schneiden auf 6 mm H2 O Suspendieren Fibrillieren und Schneiden H2O Entwässern auf 65 % H2O Trocknen auf 6% H2O Verpacken Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Verpacken als Nass-Pulpe 12. Aramid-Pulpe - Fibrillierung Fibrillierungsgrad 50 Einzelfilament Twaron-Pulpe 1094 Twaron-Pulpe 1097 Refinerbedingungen Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 13. Jet Spun Pulpe Jet-Spinning-Prozess Neue Type einer Aramid-Pulpe zur Herstellung von technischen Papieren mit hoher Chemikalien- und Hitzebeständigkeit für den Einsatz als elektrische und thermische Isolation, Dichtung und Filtrationsanwendungen. Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung 14. Aramid-Pulpe -Adsorptionseigenschaften Pigmentfarbstoff Fibrillierungsgrad Einzelfilament Adsorptionseigenschaften Pulpe 1097 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Pulpe 1094 15. Aramid-Pulpe - Farbeffekte Muster Farbkoordinaten L* Kurzfaser 62,36 Pulpe 1097 77,27 Pulpe 1094 76,87 Jet Spun Pulpe 70,46 a* -33,05 -20,38 -19,71 -21,05 b* 2,62 4,12 -10,05 -10,97 Beispiele für Fibrillierungsgrad die Funktionalisierung sind: • Farbgebung mit Pigmenten Filtrat Flotte • Leitfähige Pulpe für Applikationen in der elektromagnetischen Abschirmung / Dämpfung • Adsorption von markierenden Farbstoffen zur Herstellung von Farbdetektoren •Adsorptive für Filtrationsanwendungen Kurzfaser -> Pulpe fibrillierte Pulpe -> Jet Spun Pulpe Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Kein Ausbluten des Farbstoffes 16. Zusammenfassung Ausweitung des Nassvliesverfahrens auf Hochleistungsfasern wie Carbon und Aramid bietet die Möglichkeit zur Herstellung von High-tech-Vliesstoffen. Carbon-Fasern aus dem Recycling von Gewebe- und Gelegeabfällen können mit Hilfe der Nassvliestechnik zu Halbzeugen für die Kunststoffindustrie verarbeitet werden. Die Nassvliese können im LFT-D-Verfahren direkt zum Bauteil verpresst, zu rieselfähigen Flakes oder in der Harzlaminierung verarbeitet werden. Hochfibrillierte Aramidpulpe sowie die Jet-Spun Pulpe besitzen hohes Adsorptionsvermögen für Partikel. Bei der Verarbeitung im Nassvliesverfahren ist durch die Zugabe ausgewählter Substanzen eine gezielte Funktionalisierung möglich. Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung
