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Durch Druck und Hitze verformbares Material
Die Erfindung betrifft ein durch Druck und Hitze verformbares Material, das im wesentlichen ein natürliches faseriges Material, insbesondere Holzabfälle bzw. Sägespäne, Schilf, Pflanzenstengel, Kork u. dgl. umfasst, wobei das Material trocken ist und zusätzlich ein thermoplastisches und ein wärmehärtendes Bindemittel, insbesondere Harz enthält und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Material
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teilt sind.
Die allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Nutzung solcher Fasern für
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Platten) geschaffen werden.
Besondere Aufgaben bestehen in der Ausschaltung von schweren, teuren Maschinen bei der Herstellung von Platten gleichförmiger Partikel, der Ermöglichung des Giessens starrer, wärmehärtender Formteile mit einem niedrigen Harzgehalt aus einer trockenen Fasermischung, sowie der Ermöglichung der Erzeugung von Formteilen mit geringer oder hoher Dichte, hoher Begrenzungsschärfe und guter Dimensionsstabilität sowie einer glatten Oberfläche aus verhältnismässig grobem Fasermaterial, und ferner in der Ermöglichung einer Steuerung der physikalischen und chemischen Eigenschaften solcher Formteile entsprechend dem gewünschten Endverwendungszweck, sowie in der Verfügbarmachung eines Bereiches faseriger Gussmaterialien, deren Bearbeitungseigenschaften leicht entsprechend der verfügbaren Herstellungsanlagen eingestellt werden können.
Ein zur Lösung obiger Aufgaben geeignetes Material ist eine Mischung von im wesentlichen trockenen Ausgangsmaterialien, aus welchen Erzeugnisse von im wesentlichen starrer Natur durch Anwendung von Hitze und Druck hergestellt werden können und besteht aus einem grösseren Anteil groben Fasermaterials in verteilter Form und, innerhalb der gesamten Masse des Fasermaterials dispergiert, 1. aus einem thermoplastischen Material von solcher Beschaffenheit und in solcher Menge, dass es das Fasermaterial in die Lage versetzt, bei der Anwendung von Wärme zu fliessen, sowie 2. aus einem wärmehärtenden Material, welches durch die Anwendung von Wärme abgebunden werden kann, um den Erzeugnissen eine Starrheit zu verleihen.
Es ist bekannt, thermoplastische und warm aushärtbare Harze zur Herstellung von in der Hitze formbaren copolymeren Acrylnitrilharzverbindungen miteinander reagieren zu lassen.
Es ist bereits bekannt, die Eigenschaften eines Melamin-Formaldehydharzes durch Einverleibung eines Acrylnitrilpolymers in der Hitze zu verbessern, wobei dem Melaminharz eventuell vorher Füllstoffe zugegeben werden können, worauf das Reaktionsprodukt vermahlen wird.
In ähnlicher bekannter Weise werden die Eigenschaften eines Melamin-Formaldehydharzes durch Einverleibung eines Acrylnitrilpolymers verbessert, wobei das thermoplastische Acrylnitril-Copolymer nach einem Füllstoff, z. B. Asbest, eingebracht werden kann und die Füllstoffe und die beiden plasti-
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sehen Materialien unter Wirkung hitzeerzeugender chemischer Reaktionen in Form einer Platte ausgebildet werden. Die Platte wird dann zerbrochen, um die Formkomposition zu bilden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren hat die Modifizierung von Harnstoff-Formaldehydharz durch Einverleibung eines Copolymers eines Vinylesters und eines äthylenungesättigten Materials zum Gegenstand.
Fernerhin sind Gegenstände aus Holzspänen mit hoher Druckfestigkeit und ein Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben worden. Hiebei werden Holzspäne mit einem Bindemittel, wobei alle Mittel zum Verkleben von Holz in Frage kommen, und einem verschäumten oder verschäumbaren Kunststoff in Form von kleinen Körnern gemischt, wobei sich diese beim nachfolgenden Formprozess ausdehnen und die Zwischenräume zwischen den Holzspänen ausfüllen.
Zum Unterschied von den drei erstgenannten Verfahren wird erfindungsgemäss keine Harzkompo- sition hergestellt, die eventuell Füllstoffe enthalten kann und nach der Herstellung vermahlen wird, sondern es geht darum, mittels separat verwendetem thermoplastischem und aushärtbarem Harz Faserstoffe einerseits zum Fliessen zu bringen bzw. den dadurch formbaren Gegenständen durch das Aushärten Festigkeit zu verleihen, wobei eine Reaktion zwischen den beiden Harzen gar nicht erwünscht ist.
Das letztgenannte bekannte Verfahren sieht zwar wie die Erfindung die Verwertung von Faserstoffen (in diesem Falle Holz) zur Formung von stabilen Gegenständen vor, das zugesetzte verschäumbare Harz dient jedoch nicht als Bindemittel, sondern als porenbildendes und somit die Struktur des gebildeten Fertigteils weitgehend beeinflussendes Element. Erfindungsgemäss ist das thermoplastische Harz ein beim Formvorgang das Fliessen des Materials ermöglichendes Bindemittel, das keinen Einfluss auf die Struktur des Fertigteiles hat.
Als Fasermaterial wird Holz in der einen oder andern Form bevorzugt, obwohl die Verwendung anderer Fasermaterialien, wie Schilf, pflanzliche Stiele und Kork, entweder allein oder in einer Kombination miteinander oder mit Holz nicht ausgeschlossen ist.
Für die Erzeugung von Platten kann das faserige Material zweckmässigerweise aus einer Grundlage von Spänen oder Stückchen beträchtlicher Länge (z. B. in der Grössenordnung von 6,3 mm und darüber) zusammen mit einem Zusatz feineren Holzabfalles, wie Sägemehl, bestehen, von dem wenigstens die Hälfte
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Wenn das Material für Giesszwecke gedacht ist, dann kann das Fasermaterial zweckmässigerweise aus Holzabfall mit einer Korngrösse von 2,0 mm oder feiner bestehen.
Als zweckmässiges, thermoplastisches Material seien die folgenden erwähnt : Polypropylen, Polymethylmethacrylat, Äthylcellulose, Celluloseazetat, Cellulosepropionat, Celluloseazetobutyrat, Cellulosenitrat, Polyäthylen, Polystyrol, Akrylnitrilbutadienstyrol-Terpolymere und Mischungen, Akrylnitrilstyrolkopolymere, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylchloridacetatcopolymere, Cumaronharze, Schellack, Styrolbutadienkopolymere, chlorierte Polyphenyle, Bitumen. Als zweckmässige. wärme- härtende Materialien seien die folgenden genannt : Phenolformaldehyd, Phenolfurfurol, Melaminformaldehyd, Harnstofformaldehyd, Polyacrylester, Polyester, Epoxy, Diallylphthalat, Furanharz. Von diesen werden Phenolformaldehyd, Melaminformaldehyd und Harnstofformaldehyd bevorzugt.
Der Schmelzpunkt des thermoplastischen Bestandteiles des Materials wird im allgemeinen niedriger sein als die Temperatur, welche ein schnelles Abbinden des in der Wärme härtenden Bestandteiles verursacht, so dass dieser Bestandteil in die Lage versetzt wird, die Abmessungen des Erzeugnisses im wesentlichen zu stabilisieren, bis das Abkühlen und die Verfestigung des thermoplastischen Bestandteiles vollendet ist. Jedoch ist die Verwendung eines thermoplastischen Bestandteiles, welcher eine Schmelztemperatur aufweist, die über dieser Temperatur liegt, nicht ausgeschlossen und wird bevorzugt in Fällen, in denen das Abbinden beim Kühlen beendet sein muss, z. B. wenn Partikelplattenin einem kontinuierlichen Verfahren in der zu beschreibenden Weise hergestellt werden.
Die genauen Verhältnisse der drei Bestandteile des Materials sind von den Umständen abhängig, beispielsweise von den erforderlichen Eigenschaften des Enderzeugnisses, jedoch beträgt der Prozentsatz
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in einigen Fällen sogar weniger als 1%. Die Verwendung von Zusätzen zur Erzielung besonderer Eigenschaften ist ebenfalls ins Auge gefasst. Beispielsweise können Farbstoffe und Mittel zur Unterstützung bei der Erlangung einer Wetterbeständigkeit verwendet werden. Wenn das Abbinden des wärmehärtenden Materials nach der Formung des Gegenstandes aus dem Material beendet werden soll, dann kann vor
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oder nach Gebrauch ein Abbindekatalysator zugesetzt werden.
In seinder endgültigen, gebrauchsfertigen Form besteht das Material für viele Verwendungszwecke vorzugsweise aus Partikeln (abgesehen von irgendwelchen vorhandenen langen Fasern, die gut in Schich- ten angeordnet oder willkürlich verteilt sein sollten), deren Korngrösse (im Falle eines faserigen Guss- materials) im Bereiche von 2,5 bis 0, 1 mm liegt, wobei jedoch 80 - 90ego der Partikel in den Korngrö- ssenbereich von 2,0 bis 0,25 mm fallen oder (im Falle eines Präparates für die Herstellung von Platten) im Bereiche von 4,0 bis 0,6 mm liegen.
Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist gering, vorzugswei- se in der Grössenordnung von 5 Gew.-, so dass bei einer Verwendung gemäss der folgenden Beschreibung keinerlei überschüssige Feuchtigkeit vorhanden ist, welche das Abbinden der thermoplastischen Bestand- teile verzögern oder Dampf in einer solchen Menge verursachen würde, die das Abbindeverfahren stören könnte, während sich das Material noch in seinem plastischen Zustand befindet.
Die Erfindung eignet sich für die Verwendung von Abfallmaterialien sowohl für den thermoplast- schen Bestandteil als auch für den wärmehärtenden Bestandteil. Als Beispiele der erstgenannten seien klebriger Schellack und Lignin genannt und als Beispiel des letztgenannten, verunreinigte Harze oder
Harze niedrigen Grades. Da der grössere Teil des Materials in jedem Falle Faserabfall ist, stört die vor- handene Verunreinigung im allgemeinen in keiner Weise die befriedigende Verwendung des Materials, welches solche Abfallstoffe enthält. Somit sind im Vergleich zu den Verfahren, bei denen bekannte Materalien zur Verwendung kommen, die Verfahren, bei denen Materialien gemäss der Erfindung zur Verwendung kommen, welche solche Abfallstoffe enthalten, vom wirtschaftlichen Standpunkt aus anziehender.
Bei Zusatz von Harzen können diese in nur teilweise polymerisiertem Zustand eingeführt werden, entweder als Flüssigkeit oder als Feststoff, vorausgesetzt, dass später dann noch die Polymerisation bis zu dem gewünschten Grad fortgesetzt werden kann.
Dadurch, dass die thermoplastischen Harze bei der Erwärmung auf ihren Schmelzpunkt fliessen sowie sich verhältnismässig schnell beim Kühlen verfestigen, ergeben sich grosse Vorteile. Die schnelle Verfestigung macht es möglich, dass Platten oder gegossene Gegenstände schnell hergestellt werden können, während durch das Fliessen komplizierte Formen leicht gefertigt werden können. Der wärmehärtende Bestandteil, obwohl er bei der Verfahrenswärme nur an den geformten Oberflächen abgebunden oder gehärtet ist, verhindert während des Formprozesses eine Verformung auf Grund der Elastizität der Fasern. Zur schnelleren Fertigung kann ein chemischer Katalysator zugesetzt werden, so dass sich das Abbinden des wärmehärtenden Bestandteiles fortsetzt, nachdem die Formgebung beendet worden ist und keine Wärme mehr zur Anwendung kommt.
Es sind Formtakte in der Grössenordnung von 30 sec bei Verwendung einfacher und bekannter Heizverfahren (beispielsweise ist es nicht nötig, eine Hochfrequenz-oder Induktionswärme anzuwenden) möglich.
Im folgenden sind einige Beispiele beschrieben ; die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Platten gemäss der Erfindung.
Beispiel l : Das Material bestand aus einem faserigen Bestandteil, Holzabfall, einem thermoplastischen Bestandteil, bestehend aus chloriertem Polyphenyl und einem Styrolbutadien-Copolymer, sowie dem wärmehärtenden Bestandteil in Form von Harnstofformaldehydharz mit einem Abbindekatalysator. Es wurden 5 Teile (alle Teile sind Gewichtsteile) des chlorierten Polyphenyl in Form einer Emulsion zubereitet und dieser Emulsion 150 Teile Styrolbutadienlatex mit einem Feststoffgehalt von 25 % zugesetzt. Der Mischung wurden dann 400 Teile Wasser bei Trockengewicht des Holzabfalles zugesetzt, welcher zu einer Partikelgrösse von 4,0 mm vermahlen war, wobei die Teile durch einem Umlaufmischer mit einer Maschenweite von 4,0 mm hindurchgingen, sie wurden 15 min lang gemischt.
Sodann wurden 9 Teile eines Harnstofformaldehydhärters oder Abbindekatalysators der Mischung zugesetzt und im Anschluss daran 30 Teile des Harnstofformaldehydharzes, u. zw. beides in pulverisierter Form. Das Material wurde in demUmlaufmischer 5 min lang gemischt, bevor es in einem Ofen auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5% getrocknet wurde. Die entstehende Mischung bestand aus Partikeln mit einer Grösse zwischen 4,0 und 0,6 mm. Gegebenenfalls könnte es auch lange Fasern in der Grössenordnung von 12,7 mm Länge einschliessen, in diesem Fall müssten jedoch die Fasern gut in Schichten angeordnet oder willkürlich verteilt sein.
Das Material kann bei der kontinuierlichen Herstellung von Platten von 12,7 mm Stärke auf der Vorrichtung, die in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, verwendet werden.
Das Material P wird zunächst in einer Dicke von etwa 50,8 mm auf einem sich absatzweise bewegenden, endlosen Förderer 11 aus Aluminium verteilt und von diesem unter einem sich absatzweise bewegenden, endlosen Band 12 entlanggeführt, dessen unteres Trum von dem Förderer um eine Ent-
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fernung auf Abstand gehalten ist, die der genannten Dicke der verteilten Masse entspricht. Der Förderer 11 und das Band 12 bewegen sich gleichmässig und führen das Material durch einen Ofen 13, dessen
Temperatur 100 -120 C beträgt, in dem das Material vorgewärmt wird, Von dem Ofen wird das Ma- terial in einen Bereich zwischen den Druckplatten 14 einer Presse geführt, die beide bis zu einer Tem- peratur von 1300 Cerwärmt sind.
Der Druck wird jedemal dann wirksam ausgeübt, wenn der Förderer 11 und der Band 12 stillstehen. Wenn sich die Druckplatten zueinander bewegen, dann geben der Förderer 11 und das Band 12 nach, um ein Zusammendrücken des Materials auf eine Dicke von etwa 16 mm zu ermöglichen ; nach einem Zeitzwischenraum von 30 sec wird die Presse geöffnet und der Förderer 11 und das Band 12 bewegen sich wieder weiter, so dass die zusammengedrückte heisse Masse zwischen die
Platten 15 einer weiteren Presse geführt werden kann, wobei diese Platten wassergekühlt sind, so dass die Temperatur der Masse beträchtlich vermindert wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Platten 15 dieser Presse erheblich breiter als die Platten 14.
Auf diese Weise wird einem "Zurückspringen" der Masse durch die Kühlwirkung und demzufolge der Verfestigung des thermoplastischen Bestandteiles sofort entgegengearbeitet und die Masse wird bei fortgesetzter Kühlung in eine feste Platte von gleichmässiger Stärke umgewandelt. Um sicherzustellen, dass die Platte von gleichmässiger Stärke ist, drücken die Platten 15 ferner die Masse auf eine Dicke von 12, 7 mm zusammen. Gegebenenfalls kann eine zusätzliche Kühlwirkung erzielt werden, indem ein Strom kalter Luft auf die Platte hingelenkt wird. Die absatzweisen Bewegungen können ein geringes Ausmass von beispielsweise nur 152mm betragen, wenn es sich um eine kleine Vorrichtung mit begrenzter Leistung handelt, oder können 610 mm betragen, wenn es sich um eine grosse Vorrichtung von erhablicher Leistung handelt.
Der Abfall, der von den Kanten der Platte abgeschnitten wird, kann gemahlen und der ursprünglichen Mischung in geringen Prozentsätzen zur Verwendung wieder zugesetzt werden.
Beispiel 2 : Es wurde aus Holzabfall und verschiedenen Harzen sowie andern Zusätzen ein faseriges Gussmaterial hergestellt.
Der Holzabfall war in Form von Sägemehl vorhanden, sowie Spänen, kleinen Stückchen u. dgl., die zunächst gemahlen wurden, um ihre Gesamtheit auf eine Korngrösse von 4,0 mm zu vermindern.
Sodann wurden 17 Teile eines Phenolnovolakharzes, 5 Teile Cumaronharz, 1 Teil Bitumenemulsion als eine Lösung in Wasser mit einem Teil eines Netzmittels zubereitet und 75 Teilen (Trockengewicht) des vorgemahlenen Holzabfalles in einem umlaufenden Schaufelmischer zugesetzt. Die Gesamtmenge des erforderlichen Wassers, so dass eine angemessene Harzdispersion während des Mischers entstand, betrug 35 Teile zu 100 Teilen der trockenen Harzholzmischung. Es ist somit ersichtlich, dass die dem Harzbrei zugesetzte Wassermenge gemäss dem Wassergehalt des Holzabfalles eingestellt wurde.
Die endgültige Mischung wurde dann auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 5% getrocknet und auf eine Partikelgrösse vermahlen, so dass sie durch ein Sieb mit 2,5 mm Maschenweite hindurchging und hatte die folgende Siebanalyse :
Korngrösse
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<tb>
<tb> - <SEP> 2, <SEP> 5+2, <SEP> 0 <SEP> mm <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> - <SEP> 2, <SEP> 0+0, <SEP> 6 <SEP> mm <SEP> 45, <SEP> 15% <SEP>
<tb> - <SEP> 0, <SEP> 6+0, <SEP> 25 <SEP> mm <SEP> 43, <SEP> 25% <SEP>
<tb> - <SEP> 0, <SEP> 25+ <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> mm <SEP> 9, <SEP> 200/0
<tb> - <SEP> 0, <SEP> 15+ <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 2, <SEP> 250/0 <SEP>
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Die Mischung erwies sich als brauchbar beim Giessen von wasserfesten Gegenständen mit feststehen-
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Formtaktdauer ist von der Stärke sowie der erforderlichen Dichte abhängig und kann zwischen 2 und 5 min schwanken.
Beispiel 3 : In diesem Beispiel wurden 12 Teile Phenolnovolakharz, 5 1/2 Teile Lignin, 5 Teile Cumaronharz und 2 1/2 Teile gemahlener klebriger Schellack miteinander vermischt und dann auf 75 Teile Holzabfall aufgestaubt, die bis zu einer Partikelgrösse von 4,0 mm vorgemahlen waren, und dann mit einer ausreichenden Wassermenge in einem umlaufenden Schaufelmischer vermischt, um das Gewicht der Mischung auf 100 Teile zu bringen. Die Mischung wurde dann bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5% getrocknet und anschliessend bis zu einer Partikelgrösse von 2,5 mm Durchgang und einer Siebanalyse im wesentlichen gleich derjenigen des in Verbindung mit Beispiel 2 beschriebenen Materials vermahlen.
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