Bestimmung von Materialkennwerten innovativer Naturfaserverbundplatten

Abstract

Im Zuge des Projektes "Entwicklung von Naturfaserverbundplatten mit integrierten Befestigungs- und Spannelementen für Böden von Transportern" wurde ein völlig neuartiger Werkstoff, bestehend aus Hanffasern, Hanfschäben und einem Bindemittelanteil von lediglich 15 % entwickelt. Derzeit werden für die Ladefläche von Transportfahrzeugen Siebdruckplatten eingesetzt, die aus mehreren, mittels umweltschädlichen Phenol-Resorcin-Formaldehyd-Klebern kreuzverleimten Sperrholzschichten bestehen. Diese Platten gilt es, im Rahmen des Projektes durch Naturfaserverbundplatten zu substituieren. Der Fokus dieser Diplomarbeit liegt im Bereich der Materialherstellung und in der Bestimmung von Materialkennwerten anhand von Laborversuchen. Die Herstellung des Naturfaserverbundmaterials umfasst die Faseraufbereitung, das Verfahren der aerodynamischen Vliesbildung, das Aufstreuen sowie Aufschmelzen des Bindemittels und das Pressverfahren, bei dem einzelne Fasermatten unter definierten Einstellungen der Parameter Druck, Temperatur und Zeit zu einer Naturfaserverbundplatte verpresst werden. Da es sich um einen völlig neuartigen Werkstoff handelt, existieren weder Normen, noch Regelwerke, auf deren Basis die Versuche zur Ermittlung von Materialkennwerten durchgeführt werden können. Aus diesem Grund wurden die erforderlichen Laborversuche in Anlehnung an bestehende Normen, die sich auf Holzwerkstoffe bzw. Span- und Faserplatten beziehen, durchgeführt. Es wurden die Rohdichte, die Zugfestigkeit in Plattenebene, die Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene und der achsenparallele Schraubenausziehwiderstand von Naturfaserverbundplatten mit unterschiedlichen Faser- und Schäbenanteilen bestimmt. Diese Kennwerte stellen die Basis für die mittels der 3D-CAD-Software "SolidWorks" durchzuführenden Simulationsstudien dar. Die theoretisch gewonnenen Erkenntnisse sind in der Praxis zu verifizieren, weshalb die Herstellung einer Bodenplatte aus Naturfaserverbundmaterial für einen Prototypen das Projektziel darstellt.<br />

In the course of the project "development of natural fibre composite panels with integrated fixing and clamping elements for floor areas of transporters" a novel material, which consists of hemp fibres, hemp shives and only 15% binding material, was developed. Currently screen print panels are used for the loading platform of transport vehicles. These panels consist of several layers of plywood, which are cross glued laminated with polluting phenol resorcin formaldehyde glue and they should be substituted trough panels out of a natural fibre composite. This diploma thesis is focused on the development of the natural fibre composite and the determination of material constants via laboratory tests. The production of the natural fibre composite includes the conditioning of the fibres, the process of the aerodynamic laying of the web, the strewing and the melting of the binding material and the pressing process where several fibre mats are pressed to natural fibre composite panels. The relevant parameters thereby are pressure, temperature and time. There are no engineer standards or technical guidelines available which can be used for the required laboratory tests to determine the material constants because this is a novel material.<br />This is the reason why the required material tests have been executed at the base of existing engineer standards for wood materials, particle and fibre boards. The density, the tensile strength parallel to the surface of the board, the tensile strength normal to the surface of the board and the paraxial screw pull out resistance for panels with different concentrations of fibres and shives have been determined. These specific values are the base for the required simulation studies which will be done with the 3D-CAD software "SolidWorks". These theoretic results have to be verified in practice and so the aim of the project is to produce a natural fibre composite panel for the floor area of a transport vehicle.