Intrinsische Steuerung des Bindungsverhaltens von Fasernetzwerken und deren Umformungsprozesse für formstabile und komplexe Packmittelgeometrien
Um den Anteil von Papier und Karton auf dem deutschen Verpackungsmarkt weiter zu erhöhen, soll in diesem Forschungsvorhaben die industrielle Einsetzbarkeit des Tiefziehens von Faserwerkstoffen weiter vorangetrieben werden.
Einer industriellen Anwendung des Tiefziehens stehen noch eine Reihe Defizite im Weg. Erstens verhindern Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Fasern ein plastisches Verhalten bzw. eine Fließfähigkeit, zweitens liegt der Schmelzpunkt der Cellulose über der Zersetzungstemperatur, weshalb thermoplastische Verarbeitungsprozesse nur bedingt machbar sind und drittens erschweren die bei maschinell hergestelltem Papier vorhandene Anisotropie und das Quellverhalten die Herstellung von maßhaltigen Packprodukten.
Diesen Hindernissen soll auf drei Arten begegnet werden. Erstens ist bekannt, dass je stärker das Papier während der Trocknung geschrumpft ist, desto weiter lässt es sich beim Umformen dehnen. Die Schrumpfung soll erhöht werden durch Auftrag von Hydrogelen auf die feuchte Papierbahn, die adhäsiv mit dieser verbunden sind und selbst eine höhere Trockenschrumpfung aufweisen als das Papier. Zweitens beruht die Festigkeit im Papier auf Faser-Faserbindungen. Werden diese durch zu hohe Spannungen beim Umformen einmal gelöst, ist es fast unmöglich, sie wieder herzustellen und es kommt zum Riss. Es sollen deshalb lösbare Bindungen durch Additive, die die Faser ummanteln, geschaffen werden. Der Zusammenhalt kann durch hohe Temperaturen gelöst werden und sich beim Abkühlen wieder schließen. Und drittens sollen größere Zwischenräume zwischen den Fasern geschaffen werden, die bei Druckbeanspruchung als Puffer dienen. Das Papier kann dadurch stärker komprimiert werden, bevor es durch Faltenbildung ausweicht. Hierzu sollen Stützfasern und verlängerte Fasern in das Papier eingebracht werden.
Projektfinanzierung:
Das IGF-Vorhaben 18877 BR der Forschungsvereinigung Papiertechnische Stiftung (PTS) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Projektlaufzeit:
01.10.2015 – 30.09.2018
Projektbearbeitung und Kontakt:
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Jens-Peter Majschak
Projektmitarbeiter: Dipl.-Ing. Albrecht Löwe
Kooperationspartner:
Papiertechnische Stiftung (PTS)