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25.05.2017

Naturfasergefüllte Kunststoffe

Wie die Sonnenblumenkernschalen in Kleiderbügel kommen

„Kaum jemand ist bereit bei Kunststoffen für ‚bio‘ mehr Geld auszugeben“, sagte Sebastian Meyer, Leiter Forschung und Entwicklung der Golden Compound, während des Branchentreffs am 18. Mai 2017 in Lüdenscheid bei seinem Vortrag über die „Sunflower-Power“. Auch wenn er in der Riege der externen Vortragenden auftrat, ist er am Kunststoff-Institut Lüdenscheid kein Fremder, war er dort doch bis 2014 vier Jahre als Projektingenieur tätig.

  • Schalen der Sonnenblumenkerne: im linken Behälter das Original, in der Mitte gemahlen, rechts Pellets (© Hanser/K.Klotz)

    Schalen der Sonnenblumenkerne: im linken Behälter das Original, in der Mitte gemahlen, rechts Pellets (© Hanser/K.Klotz)

  • Vortrag beim „Branchentreff Lüdenscheid“: Sebastian Meyer, Leiter Forschung und Entwicklung der Golden Compound  (© Hanser/K.Klotz)

    Vortrag beim Branchentreff Lüdenscheid : Sebastian Meyer, Leiter Forschung und Entwicklung der Golden Compound (© Hanser/K.Klotz)

  • Bio-gefüllt: Die Eingriffklappe des Behälters lässt sich von vorn öffnen (© Golden Compound)

    Bio-gefüllt: Die Eingriffklappe des Behälters lässt sich von vorn öffnen (© Golden Compound)

  • Weitere Referenzprojekte (© Hanser/K.Klotz)

    Weitere Referenzprojekte (© Hanser/K.Klotz)

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Die nach Meyers Angaben wachsende Nachfrage nach Füllstoffen aus der Natur habe damit zu tun, dass sie auch in ihren Eigenschaften Vorteile bieten können. So ließ sich bei der Produktion von Distanzstücken aus PE-HD für die Fenstermontage die Entformung durch die Füllung mit einem aus Sonnenblumenkernschalen hergestellten Mehl derart verkürzen, dass eine Reduktion der Zykluszeit bis zur Hälfte möglich war. Das Material lasse sich auf konventionellen Kunststoffmaschinen verarbeiten und besitze auch eine geringere Dichte als mineralische Füllstoffe wie Talkum.

Die Golden Compound GmbH vertreibt mit derzeit 12 Mitarbeitern naturfasergefüllte Compounds und ist in Ladbergen am Flughafen Münster/Osnabrück in einer eigenen Produktionshalle angesiedelt und hat nach Meyers Worten ehrgeizige Ziele: Erst bis 2018 die Verfünffachung der Produktionsmenge von derzeit 2500 t/a auf 12500 t/a und in der Folge eine „globale Expansion“. Dabei richtet sich der Blick in Richtung Osteuropa, da große Anbauflächen für Sonnenblumenkerne nicht etwa in Mitteleuropa zu finden sind, sondern beispielsweise in der Ukraine, Bulgarien und Ungarn.

Relativ einfache Anlagentechnik

Von den Schalen der Sonnenblumenkerne führt der Weg in recht einfachen Verfahrensschritten zum Füllstoff: Trocknen, Mahlen, Sieben. Dabei werden die unbehandelten Schalen bei Golden Compound in einer Langspaltmühle zu Mehl aufgemahlen, je nach Bedarf in unterschiedlichen Mahlgraden zwischen meist 200 und 500 µm Korngröße.

Durch das Mahlen auf Korngrößen weit unter 1 mm liegen im Schalenmehl der Sonnenblumenkerne im Gegensatz zu anderen Naturfasern, wie etwa beim Hanf, keine langen Fasern mehr vor. Per Saugförderung gelangt es zur Weiterverarbeitung in einen Doppelschneckenextruder, damit es bei niedrigen Temperaturen mit hohen Drehmomenten verarbeitet werden kann.

Schäumeffekt frei Haus

Durch den Einsatz des Füllstoffs verändert sich nach Aussagen von Meyer die Haptik der Produkte: Sie haben eine etwas weichere Anmutung und wirken optisch stumpfer, was einem aktuellen Designtrend etwa bei Büromöbeln oder Kleiderbügeln entgegenkomme.

Eine Besonderheit ist der intrinsische Schäumeffekt, der ebenfalls neue Märkte erschließe. Er geht darauf zurück, dass Sonnenblumenkernschalen sich unter dem Einfluss der Scherwärme bei ca. 240–250 °C zersetzen und dabei Gase entstehen. Dabei findet der Schaumprozess nur unterhalb der erstarrten Randschicht statt und bewirke eine Dichtereduktion von bis zu etwa 10% am Bauteil – bei Bedarf vielleicht noch mehr.

Dichte reduzieren, Schlagzähigkeit erhöhen

Im Vergleich mit ungefüllten Polymeren berichtete Meyer von einer Reduktion der Verarbeitungstemperatur um bis zu 35%, einer erhöhten Festigkeit und Steifigkeit sowie erhöhter Wärmeformbeständigkeit. Zudem würden sich insbesondere bei dickwandigen Teilen keine Einfallstellen bilden. Des Weiteren lasse sich gegenüber mineralisch gefüllten Polymeren die Dichte um bis zu 10% reduzieren und die Schlagzähigkeit sei erhöht. Gegenüber anderen Naturfasern und Füllstoffen führt Meyer einen hohen Schmelzindex und vor allem die gute Verarbeitbarkeit ins Feld.

Eine der realisierten Anwendungen ist ein von Würth für den Eigenbedarf produzierter PP-Behälter mit ABS-Eingriffklappe, die sich von vorn öffnen lässt, selbst wenn die Behälter aufeinandergestapelt sind. Außer dass durch den Bio-Füllstoff keine Mehrkosten entstehen sollten sei die größte Herausforderung in der Entwicklung gewesen, die Schlagzähigkeit unter Beachtung der Norm einzustellen.

Dr. Karlhorst Klotz, Redaktion

Weiterführende Information
  • 23.05.2017

    Branchentreff mit technischen Leckerbissen

    Kunststoff-Institut Lüdenscheid präsentiert neues Schäumverfahren

    Vier Jahre nach dem ersten „Branchentreff“ in Lüdenscheid wurden die Tore am Kunststoff-Institut Mitte Mai wieder geöffnet und wie beim ersten Mal die 1000er-Besuchermarke geknackt. Die Anzahl der Aussteller hatte sich fast verdoppelt.   mehr

  • Die Nachhaltigkeit steckt im Detail
    Kunststoffe 05/2017, Seite 86 - 89

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    Biobasierte Füllstoffe für Sheet-Molding-Compound-Anwendungen

    In duroplastischen Sheet-Molding-Compound-Halbzeugen kann durch die Substitution etablierter Füllstoffe wie beispielsweise Calciumcarbonat...   mehr

  • Erschienen in Kunststoffe 12/2015

    Kunststoff-Compound S²PC

    Mit Sonnenblumenfasern verstärkt

    Die verwendeten Hüllen entstehen als Nebenprodukt der Sonnenblumkernproduktion und stehen damit nicht in Konkurrenz mit der Nahrungskette. Zusätzliche Anbauflächen sollen ebenfalls nicht benötigt werden.   mehr

    Golden Compound GmbH

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