Unser Highlight
Das Highlight des Instituts für Kreislaufwirtschaft der Bio:Polymere (ibp) ist die Möglichkeit, die gesamte Prozesskette der Kunststoffverarbeitung im Technikumsmaßstab abzubilden und gezielt für innovative, nachhaltige Produkte weiterzuentwickeln. Aus lokal aufbereiteten biogenen Rohstoffen entstehen in unserem gleichläufigen Doppelschneckenextruder (Bild links) maßgeschneiderte Kunststoffcompounds in Granulatform. Dieses Granulat dient anschließend als Ausgangsmaterial für die Herstellung unterschiedlichster Bauteile im Spritzguss (Mitte) oder für die Produktion von Ein- und Mehrschichtfolien auf unserer Blasfolienanlage (rechts). So verbinden wir Materialentwicklung, Verfahrenstechnik und Produktfertigung und schaffen die Grundlage, neue Werkstoffe praxisnah zu erproben und nachhaltige Lösungen für die industrielle Anwendung zu entwickeln.
Kunststoffverarbeitung und Werkstoffentwicklung
1. Aufbereitung
- Mahlen (z.B. Kugelmühle, Schneidmühle, Zentrifugalmühle, Scheibenmühle))
- Trocknen (z.B. Trockenlufttrockner, Vakuumtrockenofen, Gefriertrocknung)
2. Compoundierung
- Diverse Dosierungsmöglichkeiten (z.B. gravimetrische Dosiersysteme, Seitenbeschickung, Flüssigdosierungen)
- Verschiedene Schneckenkonfigurationen (z.B. Misch-, Scher-, und Knetelemente)
3. Formgebung
- Blas- und Castfolien
- 3D-Druck und Filamentherstellung
- Extrudieren
- Spritzguss
- Faserspinnen
- Pressen
Technikum – Verarbeitung und Werkstoffentwicklung
Unsere Technikumsausstattung erlaubt die praxisnahe Umsetzung und Optimierung von Verarbeitungsprozessen sowie die Herstellung von Mustern und Prototypen.
Technikumsausstattung Kunststoffverarbeitung
- 20 mm + 28mm Compounder
- 5 gravimetrische Dosierer & Flüssigdosierungen
- Seitenbeschickung
- Einhausung zur Verarbeitung von Pulvern o.Ä.
- Portfolio im Bereich 19 - 30 mm
- ca. 30 – 350 mm flachgelegte Breite
- Mono & Coex bis 3 Schichten
- ca. 30- 180 mm Folienbreite
ARBURG 420C
- 1000 kN Schließkraft
- max. Teilgewicht ca. 97g
Boy XS
- 100 kN Schließkraft
- max. Teilgewicht ca. 5g
- Herstellung von Kleinstmengen bis 200 g Fasern
Unsere 3D-Filamentanlage basiert auf einer Anlage des Herstellers QiTech aus Darmstadt, von dem insbesondere die Wickeleinheit und die Luftkühlung stammen. Der eingesetzte Extruder wurde hingegen institutsintern bereitgestellt und technisch an die Anlage angepasst. Da der ältere Extruder ursprünglich nicht mit der Steuerung der Filamentanlage kompatibel war, haben unsere Techniker eine entsprechende Schnittstelle zur Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten realisiert. Dadurch können die Prozessparameter bei der Filamentherstellung automatisiert gesteuert und nachgeregelt werden.
Bei der Herstellung plastifiziert und homogenisiert der Extruder das zuvor hergestellte Kunststoff-Compound, drückt es durch eine Düse und formt dadurch einen kontinuierlichen Filamentstrang. Nach dem Austritt aus der Düse wird das Filament über die Luftkühlung abgekühlt und anschließend zur Wickeleinheit geführt. Dort erfasst ein integrierter Laserscanner kontinuierlich den Filamentdurchmesser. Die gemessenen Werte dienen der Prozessüberwachung und können zur Regelung der Anlage genutzt werden. Weicht der Durchmesser vom vorgegebenen Sollwert ab, lässt sich der Prozess entsprechend nachregeln, um einen möglichst konstanten Filamentdurchmesser und eine gleichbleibende Qualität des 3D-Druck-Filaments sicherzustellen.
Die Anlage ermöglicht es uns, selbst entwickelte und compoundierte Materialien automatisiert zu 3D-Druck-Filamenten zu verarbeiten. Diese können anschließend direkt auf unseren institutseigenen 3D-Druckern eingesetzt werden. Damit können wir am Institut den gesamten Prozessweg vom Ausgangsmaterial über die Compoundierung und Filamentherstellung bis hin zum fertigen 3D-gedruckten Bauteil abbilden und untersuchen.
- Herstellung von Kleinstmengen
- Filament bis max. 3 mm oder Faserherstellung mit Verstreckung
- 50 mm Einschnecke
- Kombination einer Koronabehandlung (DBD) mit zuführbaren Aerosolnebel zur Funktionalisierung
- Kombinierbar mit jeder Folienanlage oder im Einzelprobenbetrieb
- Granulattrockner
- Scheibenmühle
- Schneidmühle
- Kreuzschlagmühle
- Kugelmühle
- Pelletpresse
- Rührwerke
- Gefriertrocknung
- Ultra-Tiefkühlbox (-85°C)
- Klimaprüfkammern
- Laborpresse
- Mobile Absaugung
- Hochpräzise Laborsäge
Technikum - Mahl- und Zerkleinerungstechnik
Die aufbereiteten Materialien können als biogene Füll- und Zusatzstoffe in Kunststoffe eingearbeitet werden. Ziel ist es, den Einfluss dieser Rohstoffe auf die Verarbeitbarkeit und die Eigenschaften der resultierenden Kunststoffcompounds und Bauteile zu untersuchen und Potenziale für die Nutzung nachwachsender Rohstoffe und industrieller Reststoffe in der Kunststoffverarbeitung zu erschließen.
Unsere Kugelmühle von Retsch wird zur Zerkleinerung und Feinvermahlung biogener Rest- und Rohstoffe eingesetzt. Dazu zählen beispielsweise Weintrester, verschiedene Kerne, Biertreber und Lignin.
Durch die gezielte Anpassung der Partikelgröße können die Voraussetzungen für eine gute Einarbeitung in eine Kunststoffmatrix geschaffen und die Auswirkungen verschiedener Partikelgrößen auf die Materialeigenschaften systematisch untersucht werden.
In unserer Schneidmühle von Retsch werden verschiedene Materialien wie Kunststoffe und biogene Rest- und Rohstoffe zerkleinert, um diese anschließend weiter verarbeiten zu können.
Die neueste Mühle ist unsere Zentrifugalmühle von Retsch. Mit dieser lassen sich biogene Rest- und Rohstoffe sehr fein vermahlen.
Mit der Scheibenmühle können wir ebenfalls sehr feine Mahlergebnisse erzielen.
Verknüpfung der verschiedenen Anlagen - 3D-Filamentanlage und Mahltechnik
Besonders interessant ist aus unserer Sicht die Kombination beider Anlagen, da sich damit eine komplette Prozesskette darstellen lässt:
Biogener Reststoff → Feinvermahlung → Compoundierung mit Biokunststoff → Filamentherstellung → 3D-Druck → fertiges Bauteil
Als konkretes Beispiel könnten Weintrester, Hanfpulver oder Biertreber zunächst fein aufbereitet, anschließend in einen Biokunststoff eingearbeitet und zu einem 3D-Druck-Filament verarbeitet werden. Dieses Filament kann dann direkt auf unseren 3D-Druckern zu einem Bauteil verarbeitet werden.
Labore – Analytik, Charakterisierung und Materialprüfung
Die Labore sind mit modernen Analyse- und Prüfsystemen ausgestattet, die eine umfassende Charakterisierung physikalischer, chemischer und struktureller Eigenschaften ermöglichen.
Technikumsausstattung Labore
- DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie)
- TGA (Thermogravimetrische Analyse)
- FTIR – Spektrometer (ATR, Transmission)
- GPC (Gel-Permeations-Chromatographie) in HFIP
- UV-VIS-Spektrometer (Spektralphotometrie UV bis sichtbares Licht)
- Partikelgrößenbestimmung mittels Laserbeugung
- Wasserdampfpermeation (gravimetrisch)
- Digitalmikroskope – 20 – 2000x Vergrößerung
- 3D-Profilometer
- Rasterkraftmikroskop (AFM)
- Rasterelektronenmikroskop(REM)
- Rotationsrheometer
- Universalprüfmaschinen inkl. Videoextensometrie
- Pendelschlagwerk (instrumentiert)
- Heat-Flow-Meter für Platten
- Schmelzflussmessgerät (MFR/MVR)
- Dart-Drop-Prüfgerät
Einsatz und Mehrwert für Forschung und Industrie
Unser Institut verfügt über ein modern ausgestattetes Technikum und Labor, das eine durchgängige Prozesskette von der Materialentwicklung über die Verarbeitung bis hin zur Produktprüfung abbildet. Damit bieten wir optimale Voraussetzungen für anwendungsnahe Forschung, technologische Entwicklung und industrielle Kooperationen.
Unsere moderne Ausstattung ermöglicht:
- Entwicklung und Optimierung biobasierter und recyclingfähiger Polymerwerkstoffe, Compounds und Folien
- Analyse und Verbesserung von Verarbeitungs- und Recyclingprozessen
- Bewertung von Materialeigenschaften und Prozessparametern unter praxisnahen Bedingungen
- Mikro- und Nanostrukturanalysen sowie mechanische und thermische Prüfungen
- Unterstützung beim Technologietransfer, bei Skalierungsprozessen und in der nachhaltigen Produktentwicklung