Polyhydroxy-3-Butyrat (PHB)-basierte Verbundmaterialien, die mit cellulosischen Fasern aus Gerstenabfällen verstärkt sind, zur Herstellung von Stücken für landwirtschaftliche Anwendungen: Produktion, Charakterisierung und Skalierungsanalyse

Cellulosische Fasern aus Gerstenstroh wurden zur Verstärkung von PHB verwendet. Vier verschiedene verarbeitete Fasern wurden als Verstärkungsmaterial eingesetzt: Sägemehl (SW), defibrierte (DFBF), delignifizierte (DBF) und gebleichte (BBF) Fasern. Der Verbund wurde aus zwei verschiedenen Perspektiven verarbeitet: einem diskontinuierlichen (Batch-) und einem Intensivierungsprozess (Extrusion). Nach der Verarbeitung und Umformung zu Endform-Proben wurden die Materialien durch mechanische Prüfungen (Zugmodus), Rasterelektronenmikroskopie und theoretische Simulationen durch finite Elemente Analyse (FEA) charakterisiert. In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften zeigten nur die elastischen Module (Et) Ergebnisse von 37 % bis 170 %, abhängig von der Zusammensetzung der Verstärkung. Im Gegensatz dazu scheinen die Bruchfestigkeiten bei sowohl Zug- als auch Biegetests zu sinken, was auf eine geringe Affinität zwischen den Komponenten hinweist. Aufgrund der mechanischen Behandlung an der Faser erwies sich DFBF als der vielversprechendste Füllstoff, mit mechanischen Eigenschaften, die denen von reinem PHB am nächsten waren. DFBF-basierte Verbundstoffe wurden anschließend durch Prozessintensivierung mithilfe eines Doppelschneckenextruders hergestellt und zu Blumentöpfen geformt. Die mechanischen Ergebnisse zeigten nahezu identische Eigenschaften zwischen den diskontinuierlichen und Intensivierungsprozessen. Die Eignung des Materials für landwirtschaftliche Blumentöpfe wurde durch finite Analysetests (FEA) nachgewiesen, die zeigten, dass die maximalen von Mises-Spannungen (5,38 × 10^5 N/m2) und Deformationen (0,048 mm) weit unter den Grenzen der Verbundmaterialien lagen.