011_Vortrag_HahlPedex_Group

3. Fachsymposium zur Biokunststoffverarbeitung
Chemnitz
Biobasierte Filamente
Möglichkeiten / Probleme im Prozess
Hahl-Pedex – your global filament supplier
Affolterbach (GER)
Munderkingen (GER)
Lexington (SC)
Plant
Agent
© Hahl Pedex Group
2
Key Facts Hahl-Pedex Group
•
•
Revenue:
Employees:
55 Mio. Euro
364
Revenue sites
Lexington
24%
Revenue segment
Affolterbach
27%
Bristle
30%
Recytec
1%
Dental
20%
Abrasive
21%
Monofilaments
28%
Munderkingen
49%
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3
Key Facts – Pedex GmbH Affolterbach
•
•
•
Revenue:
14,8 Mio. Euro
Employees:
121
Competence Center for Dental Care and Personal Care
Filaments as well as for 3 D Printing Filaments
Revenue by segment
Active Segments
Synthetic Brush
Filaments
28%
Dental Care
Filaments
72%
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Function principle of an extrusion line
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5
Principle workflow
Extrusion
Online-Prüfung
Filamentprozess
Konfektion
Laboreinheit
Entwicklung
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Übersicht verschiedener
Biopolymere in Filamenten
Einsatz von:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
PLA in 3D FDM (3D Printing)
PA 1010 und PA610 in Dentalfilamenten
Polyamide 4.10 in Dentalfilamenten
Polyamide 4.10 in Abrasiven Filamenten
PA 11 in Kosmetikfilamenten
PHB Versuch
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PLA für 3D FDM (3D Printing)
Was ist 3D Printing mit Monofilamenten?
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PLA für 3D FDM (3D Printing)
Ausgewähltes PLA:
Molekulargewicht: 130,000 g/mol / medium flow / geeignet für Faser –u. Filamentextrusion
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PLA für 3D FDM (3D Printing)
Kriterien:
o Eventuelle Verstreckung im Filamentprozess
o Gut druckbares PLA für Kapillare mit 0,3mm / 0,4mm
o Druckbar auf beheiztem Druckbett (50-60°C)
Warum PLA:
o Geringe Schwindung im Druckprozess
o Bioaspekte
Problematik:
Extrusion
o Rundheit der Filamente (Wasserbad - Korbtiefe, Abzug)
o Schwankungen Viskosität (Melt Index 5-9 g/10min (190℃/2.16kg))
3D Printing:
o Bei einzelnen Farben bzw. Pigmenten => defizitäre Schichthaftung
o Nicht jedes Ruß / Pigment druckt gleich
o Nachkristallisation
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Anforderungen an Dentalfilamente
seitens
Filamenthersteller
o Wiederaufrichtung
 Luft
 Wasser
o Biegesteifigkeit
o Schrumpf
seitens
An das Fertigteil (Zahnbürste)
o Endrundung (Schleifen/Polieren)
o Auszugskräfte aus der Zahnbürste
o Avivage (Spin Finish) auf den Filamenten
=> PA 4.10 / PA 6.10 / PA 10.10
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Polyamide 610 / 1010 Dentalfilamente
Polykondensation von 1,6-Hexamethylendiamin (H) und
1,10-Decandisäure (Sebazinsäure - S), wobei die
Sebazinsäure aus Rizinusöl gewonnen wird.
o
o
o
Eigenschaftsprofil nah an einem PA 6.12
Geringe Wasseraufnahme (3%)
62% Castor oil basierend
Polykondensationsprodukt aus 1,10Decamethylendiamin (D) und 1,10-Decandisäure
(Sebazinsäure - S), die beide aus Rizinusöl gewonnen
werden.
o
o
o
o
Technisch zwischen den langkettigen
Hochleistungspolyamiden PA 12 und kurzkettigeren
PA 6
Gute Transparenz
Noch geringere Wasseraufnahme (1,8%)
100% Castor oil basierend
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Polyamide 610 / 1010 Dentalfilamente Ergebnisse
Materialkennwerte
PA 10.10
PA 6.10
0,155
0,157
Eigenschaften
Ø mm
Biegesteifigkeit [1mm/30°] mN
49
59
Wiederaufrichtung in Luft °
134
145
- Werte des PA610 noch etwas höher
- Beide Typen absolut verwendbar als
Zahnbürstenfilament
- Verkauf eher schleppend => Marktakzeptanz nicht
vorhanden, trotz guter Kennwerte
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Polyamid 10.10
Dentalfilamente – Projekt der TIO Care
TIO Care - Münchner Mundhygiene Start-up
Crowdfunding-Kampagne
Filamente mit PA1010
http://www.sebastianbackhaus.de/2015/05/26/nachhaltigezahnbuerste-von-tio-care-jetzt-bei-kickstarter-unterstuetzen/
Im Mittelpunkt:
o
o
o
Wegwerfkopf (Auswechselbar)
100% biobasierte Filamente
166% CO2 Ersparnis
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Polyamide 4.10 (Dental-Einsatz)
Familie der langkettigen Polyamide
o
o
o
o
Geringe Wasseraufnahme
Gute Chemikalienbeständigkeit
70% Castor Oil basierend
Sehr hoher Schmelzpunkt für biobasierte Polymere (250°C)
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Polyamide 4.10 (Dental-Einsatz);
Ergebnis
Filamentkennwerte für Einsatz in Zahnbürste
Vergleich mit Standard PA6.12 Zahnbürstenfilament
Material
Bending stiffness Bend recovery air
[mN]
[°]
Shrinkage [%]
Bend recovery
water [°]
Tensile strength
[N/mm2]
Elongation [%]
Max
Ist
Min
target
actual
target
actual
target
actual
target
actual
target
actual
Medex S (PA
6.12)
2
-0,20
-2
50
75
130
142
135
146
340
494
30
45
PA 4.10
2
0,26
-2
50
80
130
142
135
147
340
574
30
47
o
o
o
o
Erstaunlich hohe Wiederaufrichtung
Schrumpf kann mit Filamentprozess ausreichend reduziert werden
Zugfestigkeit erreicht sehr gutes Level
Dehnung als Kennwert für UV-Alterung auf guten Niveau
 Verarbeitung in Zahnbürsten absolut empfehlenswert
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Polyamide 4.10 (Dental-Einsatz);
Ergebnis Verschleißtest
PA 6.12
Standard
PA 4.10
Biobased
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Polyamide 4.10 (Abrasive)
o Höher viskoseres Polymer
o Abrasiv Benchmark mit 3000 U/min
o Dauergebrauchstemperatur Von 150°C erreicht => vielen Standard
Polymeren überlegen
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Polyamide 11 Kosmetikfilamente
(11-Aminoundecansäure)
Einsatz in Kosmetikfilamenten mit Nylon 11
o Keinerlei Probleme in der Filamentverarbeitung
o Verstreckprozess sehr gut durchführbar
o 100% biobasiert (Rizinusöl)
o Eher geringe Wasseraufnahme
PA 11 = 1,9 % und PA 12 = 1,6 %
o gute Chemikalienbeständigkeit
o Läuft in größeren Mengen seit 1998
o wird bis 0,10mm Durchmesser
verarbeitet
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PHB
Polyhydroxybuttersäure
Versuche mit PHB
o
o
o
o
Hochkristallines PHB (60 bis 70%)
Bioabbaubar
MFR 180°C (2,16 kg) – 10 g/10min
Schmelzetemperatur 150°C
o
o
o
o
Hoher Druckanstieg
Sieb/Werkzeug verstopft
Sehr enges Prozessfenster +/- 2°C
Nur in Schmelze leicht verstreckbar
=> direkt Abrisse
o Einsatz in 3D FDM – PLA Alternative?
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Fazit / Ausblick
 Ideen: Tierabfälle aus nichtverwertbaren tierischen Abfällen & Gelatine => Polymer
 Preisschwankungen durch äußere nicht kalkulierbaren Einfluss in der Natur
 Flächenverbrauch bei Anbau mit Rizinusöl eventuell problematisch
 Oftmals wenig Information von Biopolymer Herstellern zur Verarbeitung
 Der Preis der Rohstoffe noch das größte Problem (gerade im Dentalbereich)
 Forderung des Verbrauchers (sollte es Fordern, kennt sich mit
Kunststoffen nicht aus) / Politik sollte es anstreben
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21
Thank you for your attention!
24/09/2015
24/09/2015
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