Für die Herstellung von Bindemittel- und Kunststofffreien Naturfaserformteilen stehen die Prozesse Faserguss und Pressspan zu Verfügung. Beide sind durch klare Nachteile geprägt. Außerdem besteht zur Herstellung von Naturfaserformteilen eine Entwicklungslücke. Ua. diese bedingt, dass Naturfaserformteile wenig angewendet werden.
Das in dieser Arbeit entwickelte Verfahren der Vakuumpresstrocknung ermöglicht es auf eine neuartige Weise Naturfaserformteile herzustellen. Neben der Entwicklung selbst, werden Vergleiche zu herkömmlichen Herstellungsmethoden gezogen, die Prozessparameter untersucht, Trocknungsspezifiken diskutiert und ein Umweltwirkungsvergleich durchgeführt.
Als Demonstrationsobjekt wird ein Freischwinger Panton Chair als Faservariante hergestellt.:Abkürzungsverzeichnis vii
1 Einleitung 1
1.1 Werkstoff des 19. Jahrhunderts 1
1.2 Motivation und Zielsetzung 3
1.3 Struktur der Arbeit 4
2 Stand der Technik 7
2.1 Nachhaltiges Wirtschaften und Werkstoffe 7
2.1.1 Ziele und Strategie der Bioökonomie 7
2.1.2 Vergleich der Naturfaserstoffe zu Kunststoffen 9
2.2 Materialien und Methoden zur Herstellung von Formteilen 13
2.2.1 Rohstoffe für Faserformteile 13
2.2.2 Urformender Fasergussprozess und dessen Trocknung 15
2.2.3 Presstrocknung sogenannter Pressspanerzeugnisse 19
2.2.4 Weiterentwicklung der Faserformverfahren 21
2.3 Trocknung relevanter Naturstoffe 24
2.3.1 Begriffe Feuchte, Wassergehalt und Trockengehalt 24
2.3.2 Trocknungsarten 24
2.3.3 Trocknung hygroskopischer kapillarporöser Stoffe 26
2.4 Zusammenfassung des Standes der Technik 29
3 Entwicklung der Vakuumpresstrocknung 31
3.1 Ideenentwicklung 31
3.1.1 Verfahrensanforderungen 31
3.1.2 Technischer Widerspruch 33
3.1.3 Lösungsprinzip Vakuum 35
3.2 Umsetzung der Vakuumpresstrocknung 37
3.2.1 Technische Veränderungen 37
3.2.2 Aufbau und technische Materialien 38
3.2.3 Ablauf der Vakuumpresstrocknung 40
4 Untersuchung der Vakuumpresstrocknung 43
4.1 Test der Funktion 43
4.1.1 Referenz Rapid-Köthen-Prozess 43
4.1.2 Materialien und Methoden des Funktionstests 43
4.1.3 Ergebnisse des Rapid-Köthen-Vergleiches 46
4.2 Priorisierung der Einflussgrößen 50
4.2.1 Einflussgrößen der Vakuumpresstrocknung 50
4.2.2 Material und Methode der Einflussgrößenuntersuchung 51
4.2.3 Ergebnisse der Priorisierung 53
4.3 Berechnung der Trocknungszeit 56
4.3.1 Material und Methode der Trocknungszeitberechnung 56
4.3.2 Versuchsdurchführung zur Bestimmung der Trocknungszeit 57
4.3.3 Ergebnisse der Trocknungszeitbestimmung 58
4.3.4 Beurteilung der Güte des Regressionsmodells 60
4.4 Charakteristik der Vakuumpresstrocknung 61
4.4.1 Grundprinzip der Reduzierung des Systemdruckes 61
4.4.2 Phasen der Vakuumpresstrocknung 62
4.4.3 Trocknungsgeschwindigkeit 66
4.4.4 Wärme- und Stofftransport der Vakuumpresstrocknung 69
4.5 Zusammenfassung der Verfahrensuntersuchungen 75
5 Materialspezifische Effekte bei der Vakuumpresstrocknung 77
5.1 Verwendete Fasermaterialien 77
5.2 Verarbeitungs- und Untersuchungsmethoden der Fasermaterialien 79
5.2.1 Untersuchung der chemischen Zusammensetzung 79
5.2.2 Morphologische Untersuchungen 80
5.2.3 Untersuchung der Entwässerungseigenschaften 80
5.2.4 Herstellung und Untersuchung von Blättern und -Platten 81
5.3 Ergebnisse der Fasermaterialvariation 84
5.3.1 Faser- und Faserstoffeigenschaften 84
5.3.2 Eigenschaften der Materialproben 89
5.3.3 Beeinflussung der Trocknung durch Materialart und -formation 96
5.4 Zusammenfassung der Fasermaterialvariation 102
6 Anwendung der Vakuumpresstrocknung 105
6.1 Auswahl des Objektes 105
6.2 Herstellung des Panton Chair als Demonstrator 105
6.3 Trocknungstemperatur in Theorie und Praxis 108
7 Ökonomische Einordnung der Vakuumpresstrocknung 111
7.1 Ziel und Durchführung der Untersuchung 111
7.2 Kostenvergleich 113
7.2.1 Vergleich zur Pressspan-Bandagentrocknung 113
7.2.2 Vergleich zu 3D Druck und Spritzguss 115
7.2.3 Maßnahmen der Kostensenkung 117
8 Umweltwirkung des Demonstrators 121
8.1 Ziel und Untersuchungsrahmen 121
8.1.1 Zielstellung 121
8.1.2 Untersuchungsrahmen 122
8.2 Sachbilanz und Wirkungsabschätzung 125
8.2.1 Verarbeitung Kunststoff 125
8.2.2 Recycling 127
8.3 Zusammenfassung der Umweltwirkung 132
9 Zusammenfassung 133
Literaturverzeichnis 137
Abbildungsverzeichnis 147
Tabellenverzeichnis 151
Anhang 155
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:88976 |
| Date | 11 January 2024 |
| Creators | Siwek, Sebastian |
| Contributors | Wagenführ, André, Biesalski, Markus, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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