AT507757B1

AT507757B1 - CELLULOSIC FORM BODIES WITH NON-CIRCULAR CROSS-SECTION AND THEIR USE IN COMPOSITE MATERIALS

Info

Publication number: AT507757B1
Application number: ATA2006/2008A
Authority: AT
Original assignee: Chemiefaser Lenzing Ag
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2015-06-15
Also published as: WO2010071906A1; AT507757A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft cellulosische Formkörper, die sich gut dosieren lassen sowie, deren Verwendung zur Herstellung von Verbundmaterialien durch Einmischen in eine Polymerschmelze. ln einer möglichen Ausführungsform werden zur erfindungsgemäßen Verwendung zunächst Presslinge aus solchen cellulosischen Formkörpern hergestellt.The present invention relates to cellulosic moldings which can be well metered and their use for the production of composite materials by incorporation into a polymer melt. In one possible embodiment, for the use according to the invention, first compacts are produced from such cellulosic molded bodies.

Description

Beschreibungdescription

CELLULOSISCHE FORMKÖRPER MIT NICHTRUNDEM QUERSCHNITT UND DEREN VERWENDUNG IN VERBUNDWERKSTOFFENCELLULOSIC FORM BODIES WITH NON-CIRCULAR CROSS-SECTION AND THEIR USE IN COMPOSITE MATERIALS

[0001] Die Erfindung betrifft gut dosierbare cellulosische Formkörper mit nichtrundem Querschnitt und deren Verwendung in Verbundwerkstoffen, wobei sie insbesondere mittels Mischaggregaten in Schmelzen eindosiert werden.The invention relates to readily meterable cellulosic molded body with non-circular cross-section and their use in composite materials, wherein they are metered in particular by means of mixing units in melts.

[0002] Cellulosische Fasern werden in zunehmendem Maße zur Verstärkung von Matrixmaterialien wie Polypropylen oder anderen Polymeren in Verbundwerkstoffen verwendet und ersetzen dort beispielsweise Glasfasern. Die Vorteile von cellulosischen Fasern gegenüber Glasfasern liegen in deren geringerem spezifischen Gewicht sowie in der verbesserten Entsorgbarkeit, da sie sich beispielsweise zusammen mit dem Matrixmaterial leicht verbrennen lassen oder im Falle biologisch abbaubarer Matrixmaterialien zusammen mit diesen abgebaut werden.Cellulosic fibers are increasingly being used to reinforce matrix materials such as polypropylene or other polymers in composites, replacing glass fibers, for example. The advantages of cellulosic fibers over glass fibers are their lower specific gravity and improved disposability, since they can easily be burned together with the matrix material, for example, or degraded together with the latter in the case of biodegradable matrix materials.

[0003] Geeignete cellulosische Fasern können auf unterschiedlichem Wege hergestellt werden. Am einfachsten ist die Verwendung von Baumwolle und anderen Naturfasern wie Hanf oder Flachs, die bereits von Natur aus faserförmig vorliegen. Problematisch ist dabei jedoch die den Naturprodukten inhärente Ungleichmäßigkeit der Fasern bei Dicke, Länge und Oberflächenbeschaffenheit. Diese Ungleichmäßigkeiten verursachen eine aufwendigere Verarbeitung. So müssen sie gegebenenfalls auf eine gleichmäßige Länge geschnitten werden. Abgesehen von der Baumwolle sind die Naturfasern für Hochleistungsverbundwerkstoffe außerdem zu grob, so dass sich keine einheitliche Verteilung im Matrix-Werkstoff und keine ausreichende Oberfläche zwischen Faser und Matrix ergibt. Viele der Naturfasern neigen zusätzlich zu starkem Vergilben oder weisen einen unangenehmen Geruch auf.Suitable cellulosic fibers can be prepared in different ways. The easiest way is to use cotton and other natural fibers such as hemp or flax, which are already fibrous by nature. The problem, however, is the natural products inherent unevenness of the fibers in thickness, length and surface finish. These irregularities cause a more complex processing. So they may need to be cut to a uniform length. Apart from cotton, the natural fibers for high performance composites are also too coarse, so there is no uniform distribution in the matrix material and no adequate surface between fiber and matrix. Many of the natural fibers are also prone to severe yellowing or have an unpleasant odor.

[0004] Ebenso ist die Verwendung von Zellstofffasern möglich, die auf bekanntem Wege mittels Zellstoffkochverfahren aus Holz hergestellt werden.Likewise, the use of pulp fibers is possible, which are prepared in a known way by Zellstoffkochverfahren from wood.

[0005] Handelsübliche Zellstoffe werden jedoch nach der Herstellung in Blätter bzw. Rollen verpreßt und getrocknet. Die Fasern lassen sich anschließend sehr schlecht aus dem verpreß-ten Blatt vereinzeln. Zudem hängt die Reinheit des Zellstoffes von der Art der Kochung ab sowie davon, ob Papier- oder Chemiezellstoff verwendet wird. Dies wiederum wirkt sich auf die Festigkeiten sowohl der Einzelfaser als auch des fertigen Verbundwerkstoffs aus. Lignin als Begleitstoff insbesondere in billigen Zellstoffen stört, da sich ein so hergestellter Verbundwerkstoff dunkelbraun verfärben kann. Weiterhin zersetzt sich das Lignin, das thermisch nur bis etwa 150°C im Verformungsprozess stabil ist, und führt zu Emissionen, welche diese Verbundwerkstoffe von vielen Anwendungen, z.B. im Automotive Innenraum, ausschließen.However, commercially available pulps are pressed into sheets or rolls after production and dried. The fibers can then be very poorly isolated from the pressed-sheet. In addition, the purity of the pulp depends on the type of cooking and whether paper or chemical pulp is used. This in turn affects the strengths of both the single fiber and the finished composite. Lignin as a companion disturbs especially in cheap pulps, since a composite material produced in this way can discolour dark brown. Furthermore, the lignin, which is thermally stable only up to about 150 ° C in the deformation process, decomposes and gives rise to emissions which make these composites of many applications, e.g. in the automotive interior, exclude.

[0006] Durch ebenfalls bekannte Spinnverfahren lassen sich dagegen besser definierte und in ihren Eigenschaften verbesserte und an den Verwendungszweck angepasste cellulosische Kunstfasern wie Viskose oder Lyocell hersteilen.By well-known spinning process, however, can be better defined and improved in their properties and adapted to the intended use cellulosic synthetic fibers such as viscose or lyocell.

[0007] Die cellulosischen Fasern werden üblicherweise über eine Dosierschnecke in einen Extruder eingebracht und dort mit dem Polymer gemischt. Aufgrund der guten Faser-Faser-Haftung sind die einzelnen Fasern jedoch nur schlecht rieselfähig und es kann beispielsweise zur sogenannten Brückenbildung im Dosiertrichter der Dosierschnecke und nachfolgender Verstopfung kommen. Das hat zur Folge, dass die Fasern nur sehr ungleichmäßig dosiert werden können, was wiederum zur Folge hat, dass es erhebliche Qualitätsschwankungen beim faserverstärkten Polymer gibt.The cellulosic fibers are usually introduced via a metering screw in an extruder and mixed there with the polymer. Due to the good fiber-fiber adhesion, however, the individual fibers are poorly free-flowing and, for example, so-called bridge formation in the metering funnel of the metering screw and subsequent blockage can occur. This has the consequence that the fibers can be dosed only very unevenly, which in turn has the consequence that there are significant quality variations in the fiber-reinforced polymer.

[0008] Es gab daher bereits Ansätze zur Verbesserung der Dosierfähigkeit dieser cellulosischen Fasern. So beschreibt beispielsweise die WO 2006/032406 die Behandlung eines Spinnfaserstrangs mit einer wässrigen Dispersion zum Aufbringen einer Schlichte. Mit dieser Schlichte wird ein Zusammenhalt der einzelnen Fasern geschaffen. Anschließend wird dieser schlichtehaltige Strang zu rieselfähigen Faserbündeln zerkleinert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass mit den Faserbündeln ein zusätzlicher Stoff, nämlich die Schlichte, in die Verbundwerk-There were therefore already approaches to improve the metering of these cellulosic fibers. For example, WO 2006/032406 describes the treatment of a spun fiber strand with an aqueous dispersion for applying a size. With this sizing a cohesion of the individual fibers is created. Subsequently, this simple strand is crushed into free-flowing fiber bundles. This method has the disadvantage that with the fiber bundles, an additional substance, namely the size, in the composite

Stoffe eingebracht wird. Dort kann sie die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Fa-ser-Matrix-Wechselwirkungen, die für die Wirksamkeit der Faserverstärkung wesentlich sind, in unerwünschtem Maß beeinflussen. Zudem erfordert das Verfahren der WO 2006/032406 umfangreiche Eingriffe direkt an der Spinnmaschine wie beispielsweise das Aufbringen und Trocknen der Schlichte oder das Zusammenführen und Verdrillen mehrerer Spinnfaserstränge vor der Schneidemaschine. Durch das Verdrillen verschlechtert sich die Öffnungswilligkeit der Bündel.Substances is introduced. There, it may undesirably affect the mechanical properties, in particular the fiber-matrix interactions which are essential for the effectiveness of the fiber reinforcement. In addition, the method of WO 2006/032406 requires extensive intervention directly on the spinning machine, such as the application and drying of the size or the merging and twisting of several spun fiber strands in front of the cutting machine. Twisting degrades the ability of the bundles to open.

[0009] Die EP 1436130 sowie die WO 03/016011 offenbaren sogenannte Pultrusionsverfahren, in denen ein Spinnfaserstrang zunächst gemeinsam mit dem Matrixpolymer durch eine Düsenöffnung austritt, dabei mit dem Matrixpolymer ummantelt wird und der erstarrte Strang anschließend zu Granulat zerkleinert wird, das sich gut dosieren lassen soll. Diese Pultrusionsverfahren erfordern neben einem erheblichen Aufwand für die Pultrusionseinheit auch eine frühe Festlegung auf das Matrix-Polymer, dem die cellulosische Faser zugemischt werden soll.EP 1436130 and WO 03/016011 disclose so-called pultrusion processes in which a spun-fiber strand initially exits together with the matrix polymer through a nozzle opening, is encased with the matrix polymer and the solidified strand is then comminuted into granules, which dose well should let. These pultrusion require in addition to a considerable effort for the pultrusion and an early determination of the matrix polymer to which the cellulosic fiber is to be added.

[0010] Eine weitere Variante zur Herstellung von leicht dosierbaren Granulaten, die sowohl Verstärkungsfasern als auch ein thermoplastisches Matrix-Polymer enthalten, ist in EP 1097033 beschrieben. Hierbei wird ein Strang, der sowohl das Verstärkungsfasermaterial, beispielsweise cellulosische oder auch mineralische Fasern als auch das Matrixpolymer jeweils in Form endloser Filamente enthält, durch eine beheizte Öffnung gezogen, so dass die Matrixfilamente (teilweise) schmelzen und die Verstärkungsfasern in die geschmolzene Masse eingebunden werden. Gleichzeitig wird der Faserstrang beim Durchziehen verdreht, so dass die Verstärkungsfasern spiralförmig in dem anschließend zu Granulat geschnittenen Strang vorliegen. Diese spiralförmige Lage bewirkt, dass die Verstärkungsfasern eine größere Länge aufweisen als die einzelnen Granulatteilchen selbst. Dieses Verfahren soll im Vergleich zum einfachen Pultrusionsverfahren energetisch günstiger sein, hat aber ansonsten die gleichen prinzipiellen, oben bereits genannten Nachteile.Another variant for the preparation of easily metered granules containing both reinforcing fibers and a thermoplastic matrix polymer is described in EP 1097033. Here, a strand which contains both the reinforcing fiber material, for example cellulosic or mineral fibers and the matrix polymer each in the form of endless filaments, pulled through a heated opening, so that the matrix filaments (partially) melt and the reinforcing fibers are incorporated into the molten mass , At the same time, the fiber strand is twisted when pulled through, so that the reinforcing fibers are present in a spiral shape in the strand subsequently cut into granules. This spiral-shaped layer causes the reinforcing fibers have a greater length than the individual granules themselves. This method should be energetically cheaper compared to the simple pultrusion process, but otherwise has the same principal, already mentioned above disadvantages.

[0011] In der Literatur finden sich auch Erwähnungen von cellulosischen Kunstfasern mit bändchenförmigem, also vermutlich rechteckigem Querschnitt. So betrifft beispielsweise die Erfindung gemäß DD 247 928 eine Großspinneinrichtung zum Verspinnen von Viskose zur Herstellung von Fäden, Fasern und Bändchen. Ein Ausführungsbeispiel für ein Bändchen oder ein anderer konkreter Hinweis darauf, dass dies jemals realisiert wurde, ist jedoch nicht enthalten. In der DE 0969389 wurde im Beispiel 4 ein Bändchen nach dem Viskoseverfahren hergestellt. Formkörper nach dem Lyocell-Verfahren werden darin nicht beschrieben. Auch die DE 33 19 603 beschreibt die Herstellung von Celluloseregeneratstreifen mit verschiedenen Kantenverhältnissen, nicht aber solche, die nach dem Lyocell-Verfahren hergestellt wurden.In the literature, there are also mentions of cellulosic synthetic fibers with ribbon-shaped, so probably rectangular cross-section. For example, the invention according to DD 247 928 relates to a large-size spinning device for spinning viscose for the production of threads, fibers and tapes. However, an embodiment for a ribbon or other specific indication that this has ever been realized is not included. In DE 0969389 a ribbon was produced by the viscose process in Example 4. Shaped bodies according to the lyocell method are not described therein. Also, DE 33 19 603 describes the production of cellulose regenerate strips with different edge ratios, but not those produced by the lyocell method.

[0012] In den Lenzinger Berichten 76/1997 ist auf S. 127, die Möglichkeit erwähnt, bändchenförmige Filamente nach dem Lyocell-Verfahren herzustellen. Diese sollen für Bindegarne und Netzverpackungen eingesetzt werden. In Chemiefasern/Textilindustrie, 44./96. Jahrgang, 1994, S. 701 werden ebenfalls Bändchenfasern aus Lyocell als mögliche Entwicklung erwähnt. Bei den in diesen beiden Artikeln genannten Bändchen handelt es sich jedoch um solche, die um mehrere Größenordnungen gröber sind als die in der vorliegenden Patentanmeldung beanspruchten. Abb. 6 des Artikels Lenzinger Berichte 76/1997, S. 127 nennt als Titer ausdrücklich 3500 dtex. Auch Wierach P., Schönecker A., Bauweisen und Anwendungen von Piezokompo-nenten in der Adaptronik, Adaptronic Congress 2005, 31. Mai/1. Juni, Göttingen offenbart bändchenförmige Lyocell- Formkörper, die ebenfalls um mehrere Größenordnungen gröber als die in der vorliegenden Patentanmeldung beanspruchten sind: Aus den in Bild 4 dieser Veröffentlichung genannten Mindestabmessungen von 100 x 400 pm ergibt sich ein Titer von ca. 1100 dtex.In the Lenzinger reports 76/1997 is mentioned on page 127, the possibility to produce ribbon-like filaments according to the lyocell method. These should be used for binding yarns and net packaging. In chemical fibers / textile industry, 44./96. Vintage, 1994, p. 701, ribbon fibers from lyocell are also mentioned as possible developments. However, the bands mentioned in these two articles are those which are several orders of magnitude coarser than those claimed in the present patent application. Fig. 6 of the article Lenzinger Berichte 76/1997, p. 127 explicitly mentions 3500 dtex as the titer. Also Wierach P., Schönecker A., Construction Methods and Applications of Piezo Components in Adaptronics, Adaptronic Congress 2005, 31 May / 1. June, Göttingen discloses ribbon-shaped lyocell-shaped bodies, which are also coarser than those claimed in the present patent application by several orders of magnitude: From the minimum dimensions of 100 × 400 μm mentioned in Figure 4 of this publication, a titer of about 1100 dtex results.

[0013] Sonstige Anwendungen für cellulosische Kunstfasern mit rechteckigem Querschnitt finden sich in der Literatur jedoch nicht.However, other applications for cellulosic synthetic fibers of rectangular cross-section are not found in the literature.

[0014] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, cellulosische Formkörper in einer solchen Art und Weise zur Verfügung zu stellen, dass die cellulosischen Formkörper im Vergleich zum bekannten Stand der Technik besser dosierbar sind und gleichzeitig die Verstär- kungseigenschaften dieser Formkörper im Verbundmaterial verbessert werden.The object of the present invention was therefore to provide cellulosic shaped bodies in such a manner that the cellulosic shaped bodies can be better dosed in comparison with the known prior art and at the same time improve the reinforcing properties of these shaped bodies in the composite material become.

[0015] Diese Aufgabe konnte überraschend gelöst werden durch cellulosische Formkörper mit nichtrundem Querschnitt, bevorzugt mit rechteckigem Querschnitt zur Verstärkung in Verbundmaterialien, wobei das Kantenverhältnis a/b des Querschnitts mindestens 2:1, bevorzugt mindestens 4:1 beträgt und diese Formkörper einen Titer im Bereich 0,1 bis 15,0 dtex, bevorzugt zwischen 1,3 und 9,0 dtex und eine Schnittlänge im Bereich 0,5 bis 15,0 mm, bevorzugt zwischen 3,0 und 10,0 mm auf.This object has surprisingly been achieved by cellulosic molded bodies with non-circular cross-section, preferably with rectangular cross-section for reinforcement in composite materials, wherein the edge ratio a / b of the cross section is at least 2: 1, preferably at least 4: 1 and these moldings a titer in Range 0.1 to 15.0 dtex, preferably between 1.3 and 9.0 dtex and a cut length in the range 0.5 to 15.0 mm, preferably between 3.0 and 10.0 mm.

[0016] Die Formkörper können vor der weiteren Verwendung mit einer Gleitavivage überzogen werden. Dabei ist auf einen möglichst geringen Avivagegehalt zu achten, um wie oben beschrieben die späteren Verbundmaterialeigenschaften möglichst wenig zu beeinflussen. Im Allgemeinen sollte ein Avivagegehalt von 0,2 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der avivierten Formkörper nicht überschritten werden. Außerdem richtet sich die Art der Gleitavivage nach dem jeweils vorgesehenen Matrixpolymeren. So ist beispielsweise eine apolare Avivage für die Verwendung in apolaren thermoplastischen Matrixpolymeren sehr gut geeignet. Insbesondere zur Herstellung von Verbundmaterialien mit einer Matrix aus Polyolefinen ist als Gleitavivage ein Silikonöl gut geeignet.The moldings can be coated with a Gleitavivage before further use. It is important to pay attention to the lowest possible Avivagegehalt in order to influence as little as possible the later composite material properties as described above. In general, an emery content of 0.2 to 2.5 wt .-%, based on the total mass of the refined molded body should not be exceeded. In addition, the type of Gleitavivage depends on the respectively provided matrix polymer. For example, an apolar lubricant is very well suited for use in apolar thermoplastic matrix polymers. In particular for the production of composite materials with a matrix of polyolefins, a silicone oil is well suited as Gleitavivage.

[0017] Die cellulosischen Formkörper können grundsätzlich nach jedem der hierfür allgemein bekannten Verfahren ersponnen werden, wobei je nach gewünschter Querschnittsform geeignete Düsen verwendet werden müssen. Nach den jeweils erforderlichen Koagulations-, Wasch-und eventuell weiteren Nachbehandlungsschritten wird der Formkörperstrang mittels dem Fachmann bekannter Schneidmaschinen auf die gewünschte Länge geschnitten und auf den erforderlichen Feuchtegehalt getrocknet. Je nach den Gegebenheiten vor Ort werden die Formkörper, beispielsweise für einen Transport, auch auf geringe Feuchtegehalte getrocknet und vor dem Verpressen wieder auf den notwendigen Wert befeuchtet, beispielsweise durch Besprühen. Je nach Erfordernis wird auf die Formkörper eine Gleitavivage aufgebracht.The cellulosic shaped bodies can be spun in principle by any of the methods generally known for this purpose, wherein suitable nozzles must be used depending on the desired cross-sectional shape. After the required coagulation, washing and possibly further post-treatment steps, the molded body strand is cut to the desired length by means of cutting machines known to the person skilled in the art and dried to the required moisture content. Depending on the conditions on site, the moldings, for example, for transport, dried to low moisture contents and moistened again before pressing to the necessary value, for example by spraying. Depending on requirements, a Gleitavivage is applied to the moldings.

[0018] Bevorzugt werden die cellulosischen Formkörper nach dem Viskose-, Modal- oder Lyocell-Verfahren hergestellt. Auch Mischungen aus mindestens zwei dieser Faserarten können beispielsweise gemeinsam zu Presslingen verarbeitet werden.The cellulosic moldings are preferably prepared by the viscose, modal or lyocell process. Mixtures of at least two of these types of fibers can also be processed together into compacts, for example.

[0019] Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufgrund der guten Verteilung der Einzelformkörper in Matrix-Polymeren eine geringere Menge an Einzelformkörpern notwendig ist, um die gleichen mechanischen Eigenschaften zu erzielen.An additional advantage of the present invention is that due to the good distribution of the individual shaped bodies in matrix polymers, a smaller amount of individual shaped bodies is necessary in order to achieve the same mechanical properties.

[0020] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der oben beschriebenen cellulosischen Formkörpern zur Verstärkung in polymerhaltigen Verbundmaterialien, wobei die Formkörper mittels einer Dosiervorrichtung in eine Schmelze des Polymeren eingebracht und anschließend mit der Polymerschmelze vermischt werden. Bevorzugt erfolgt diese Einmischung in einem entsprechend ausgerüsteten Extruder oder Kneter. Geeignete Apparate hierfür sowie geeignete Dosiereinrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Als Dosiereinrichtungen eignen sich vor allem gravimetrisch arbeitende, für Granulate ausgelegte Geräte, beispielsweise gravimetrische Schneckendosierer.The present invention is also the use of the above-described cellulosic moldings for reinforcement in polymer-containing composite materials, wherein the moldings are introduced by means of a metering device in a melt of the polymer and then mixed with the polymer melt. This admixing preferably takes place in a suitably equipped extruder or kneader. Suitable apparatuses for this purpose as well as suitable metering devices are known to the person skilled in the art. Particularly suitable metering devices are gravimetrically operating devices designed for granulates, for example gravimetric screw feeders.

[0021] Insbesondere die mit einer Gleitavivage versehenen erfindungsgemäßen Formkörper lassen sich wesentlich besser in einer üblichen Dosiereinheit dosieren als ansonsten vergleichbare Fasern, die aber einen runden Querschnitt aufweisen. Eine Pelletierung ist für die erfindungsgemäßen Formkörper nicht zwingend notwendig.In particular, provided with a Gleitavivage shaped body according to the invention can be much better dose in a conventional metering unit than otherwise comparable fibers, but have a round cross-section. Pelleting is not absolutely necessary for the shaped bodies according to the invention.

[0022] In einer weiteren, bevorzugten Form der erfindungsgemäßen Verwendung werden die cellulosischen Formkörper vor dem Einfüllen in die Dosiereinheit zu Presslingen, sogenannten Pellets, geformt.In a further, preferred form of the use according to the invention, the cellulosic molded bodies are shaped into pellets before they are introduced into the dosing unit.

[0023] Die Länge der Presslinge ist für den Erfolg der Erfindung nicht entscheidend. Bei dem unten beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Presslinge entstehen diese jedoch meist in einer Länge von 1,0 - 30,0 mm. Da sie nicht durch Bindemittel oder Schlichte zusammengehalten werden, können sie sogar zu Stäbchen kürzerer Länge zerbrechen, ohne dass dies die spätere Dosierfähigkeit beeinträchtigt.The length of the compacts is not critical to the success of the invention. In the method for producing the compacts described below, however, these usually arise in a length of 1.0 - 30.0 mm. Because they are not held together by binders or sizing agents, they can even break into shorter length rods without compromising subsequent metering capability.

[0024] Die Stabilität der Pellets kann, falls gewünscht, insbesondere durch das Zumischen von etwa 0,01 bis 25 Gew.-% eines handelsüblichen Schmelzklebers zu den Fasern erhöht werden. Der Schmelzkleber kann in Pulverform vor dem Pelletieren mit den Fasern vermischt werden. Im späteren Verbundwerkstoff wirken sich diese geringen Mengen an Schmelzkleber erfahrungsgemäß nicht negativ aus.The stability of the pellets can, if desired, in particular be increased by adding about 0.01 to 25 wt .-% of a commercially available hot melt adhesive to the fibers. The hot melt adhesive can be mixed with the fibers in powder form before pelleting. In the later composite material, these small amounts of hot melt adhesives do not have a negative effect according to experience.

[0025] Für spezielle Anwendungen kann bereits vor oder während der Herstellung der Presslinge ein Anteil eines Polymeren und/oder auch eines oder mehrerer anderer Additive wie beispielsweise Haftvermittler zugegeben werden. Auch wenn die erfindungsgemäßen Formkörper ohne zwischenzeitliche Pelletierung in das Matrixpolymer eingemischt werden sollen, können sie mit einem Haftvermittler versehen werden.For special applications, a portion of a polymer and / or one or more other additives such as adhesion promoters may be added before or during the production of the compacts. Even if the moldings according to the invention are to be mixed into the matrix polymer without intermediate pelleting, they can be provided with an adhesion promoter.

[0026] Als Haftvermittler zwischen Cellulose und Polypropylen eignet sich unter anderem MAPP (Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen). Weitere Beispiele für mögliche Additive sind alle in der Kunststoffverarbeitung üblichen Zusatzstoffe, wie z.B. Stabilisatoren, Farbstoffe, UV-Schutz, Pigmente und Eigenschaftsverbesserer wie z.B. Schlagzähigkeitsmodifikatoren.Suitable adhesion promoters between cellulose and polypropylene include MAPP (maleic anhydride-grafted polypropylene). Further examples of possible additives are all additives customary in plastics processing, such as e.g. Stabilizers, dyes, UV protection, pigments and property enhancers such as e.g. Impact modifiers.

[0027] Hauptsächlich betrifft die Erfindung jedoch Presslinge, die noch keinen Anteil eines Matrixpolymeren enthalten.Mainly, however, the invention relates to compacts that do not contain a proportion of a matrix polymer.

[0028] Dieses Verfahren besteht darin, dass cellulosische Formkörper mit einem Titer im Bereich 0,1 bis 15,0 dtex und einer Schnittlänge im Bereich 0,5 bis 15 mm in einer Formgebungseinrichtung durch Formgebungskanäle gepresst werden. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das L/D-Verhältnis dieser Formgebungskanäle. Es sollte zwischen 1:1 und 4:1, bevorzugt zwischen 1:1 und 3:1 betragen, wobei L die Länge und D der Durchmesser des zylindrischen Teils eines Formgebungskanals ohne Einlauf- und Entlastungskonus ist. Dieses L/D- Verhältnis beeinflusst wesentlich die Verdichtung, die die Formkörper im Pressling erfahren. Dies hat Auswirkungen auf die Wiederauflösbarkeit der Presslinge sowie auf die beim Pressen stattfindende Formkörperschädigung. Die erhaltenen Presslinge weisen einen Durchmesser von 2,0 bis 10,0 mm sowie eine Länge von meistens 1,0 - 30,0 mm auf.This method consists in that cellulosic molded bodies having a titre in the range 0.1 to 15.0 dtex and a cut length in the range 0.5 to 15 mm are pressed in a shaping device through shaping channels. An essential feature of the method according to the invention is the L / D ratio of these shaping channels. It should be between 1: 1 and 4: 1, preferably between 1: 1 and 3: 1, where L is the length and D is the diameter of the cylindrical part of a forming channel with no inlet and relief cone. This L / D ratio significantly affects the compaction experienced by the molded bodies in the compact. This has an effect on the re-dissolvability of the compacts as well as the molding damage occurring during pressing. The resulting compacts have a diameter of 2.0 to 10.0 mm and a length of mostly 1.0 to 30.0 mm.

[0029] Um die Schädigung der Formkörper gering und die Wiederauflösbarkeit beim Einmischen in das Matrix-Polymer hoch zu halten, ist in den Formkörpern vor dem Pelletiervorgang eine Feuchte von 30 bis 80 Gew.-% Wasser einzustellen. Das Wasser wird nur zur Herstellung der Pellets verwendet. Es dient sozusagen als Weichmacher für die Fasern. Das Wasser trocknet teilweise beim Pelletiervorgang, der aufgrund der wirkenden mechanischen Kräfte und Reibung Wärme entwickelt, wieder ab. Die Pellets werden im Anschluß auf Konditionierfeuchte getrocknet.In order to keep the damage of the moldings low and the re-solubility when mixing in the matrix polymer high, a moisture content of 30 to 80 wt .-% water is set in the moldings before the pelleting process. The water is only used to make the pellets. It acts as a plasticizer for the fibers. The water partially dries up during the pelleting process, which develops heat due to the mechanical forces and friction acting on it. The pellets are subsequently dried to conditioning moisture.

[0030] Wenn die Formkörper vor dem Pelletiervorgang mit einer Gleitavivage, insbesondere einem Silikonöl, versehen wurden, ist eine derartige Befeuchtung nicht notwendig, da bereits die Avivage die Formkörperschädigung gering und die Wiederauflösbarkeit hoch hält.If the moldings were provided before the pelleting with a Gleitavivage, in particular a silicone oil, such humidification is not necessary, since even the lubrication holds the mold body damage low and the Wiederauflösbarkeit high.

[0031] Die Kurzschnittformkörper können mit einer grob arbeitenden Dosiereinrichtung, deren Genauigkeit und Gleichmäßigkeit nicht für die Herstellung von Verbundwerkstoffen geeignet wäre, die aber gegen Verstopfungen durch die Formkörper nicht empfindlich ist, in die Formgebungseinrichtung eindosiert werden. Als Formgebungseinrichtung ist beispielsweise eine Flachmatrizenpresse geeignet, wobei die Formkörper, zum Beispiel mittels eines Kollergangs durch eine Matrize, d. h. eine Platte mit regelmäßig angeordneten Formgebungskanälen gepresst werden.The short-cut molded articles can be metered into the shaping device with a coarse-working metering device whose accuracy and uniformity would not be suitable for the production of composite materials, but which is not sensitive to blockages by the molded articles. As a shaping device, for example, a flat die press is suitable, wherein the shaped body, for example by means of a muller through a die, d. H. a plate with regularly arranged shaping channels are pressed.

[0032] In einer solchen Flachmatrizenpresse werden die zu pelletierenden Formkörper in den Pressenraum gegeben und bilden auf der Matrize eine Materialschicht. Durch die Rollen des Kollergangs wird die Formkörperschicht vorverdichtet und in die Formgebungskanäle gedrückt. In diesen Formgebungskanälen findet die Verdichtung zu den Pellets statt. Der Abstand zwischen den Rollen des Kollergangs und der Matrize sollte verstellbar sein, um eine Anpassung auf unterschiedliche Formkörper sowie einen Ausgleich der Materialabnutzung zu ermöglichen.In such a flat die press, the shaped bodies to be pelletized are placed in the press room and form a layer of material on the die. Through the rollers of the pug mill, the shaped body layer is precompressed and pressed into the shaping channels. In these shaping channels, the compression takes place to the pellets. The distance between the rollers of the muller and the die should be adjustable in order to allow adaptation to different moldings and a compensation of the material wear.

In den Formgebungskanälen werden die Formkörper weiter verdichtet und zu zylindrischen Strängen geformt, die unterhalb der Matrize austreten. Dort wird der Strang, beispielsweise durch ein rotierendes Messer auf die gewünschte Länge abgeschnitten und die so erhaltenen Pellets aus der Formgebungseinrichtung ausgetragen.In the shaping channels, the moldings are further compressed and formed into cylindrical strands which emerge below the mold. There, the strand is cut off to the desired length, for example by a rotating knife, and the pellets thus obtained are discharged from the shaping device.

[0033] Um größere Mengen der erfindungsgemäßen Pellets herzustellen, ist eine sogenannte Ringmatrizenpresse noch besser geeignet als die Flachmatrizenpresse.To produce larger quantities of the pellets according to the invention, a so-called ring die press is even better suited than the flat die press.

[0034] Die aus der Formgebungseinrichtung austretenden Presslinge können unmittelbar oder nach geeigneter Zwischenlagerung, Transport etc. mittels bekannter Dosiereinrichtungen für Granulate etc. in einen Schmelzextruder eindosiert und dort mit dem jeweiligen Matrixpolymer gemischt werden. Durch die in einem solchen Extruder auftretenden Scherkräfte werden die Presslinge schnell vollständig zerteilt und die Einzelfasern können dadurch sehr homogen im Matrixpolymer verteilt werden.The emerging from the molding compacts can be metered directly or after appropriate intermediate storage, transport, etc. by means of known metering devices for granules, etc. in a melt extruder and mixed there with the respective matrix polymer. Due to the shear forces occurring in such an extruder, the compacts are quickly completely divided and the individual fibers can be distributed very homogeneously in the matrix polymer.

[0035] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern umfasst auch alle anderen Ausführungsformen, die auf dem gleichen erfinderischen Konzept beruhen.In the following the invention will be described by way of example. However, the invention is expressly not limited to this example, but includes all other embodiments based on the same inventive concept.

[0036] Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel): [0037] Lyocellfasern mit einem Titer von 6,7 dtex wurden auf die bekannte Weise ersponnen und im Faserkabel gewaschen, nachbehandelt, mit einer Silikonavivage behandelt und getrocknet. Erst im getrockneten Zustand wurden diese Fasern mit einer Guillotine-Schneidmaschine auf eine Stapellänge von 6 mm geschnitten. Dadurch wurden sogenannte Stapel erhalten. Das sind Faserbündel, die an der Schnittstelle durch die Schneidmaschine so weit verpresst sind, dass sich ein gewisser Zusammenhalt der Einzelfasern ergibt. Diese Stapel ließen sich zwar deutlich schlechter dosieren als die erfindungsgemäß hergestellten Pellets, aber eine Dosierung war mit der eingesetzten Versuchsvorrichtung immerhin grundsätzlich möglich. Diese Stapel wurden daher ohne zwischengeschaltetes Verpressen bei ansonsten gleichbleibenden Versuchsbedingungen in den Schmelzextruder dosiert, unter Zugabe eines von 3 Gew.-% Haftvermittler, bezogen auf die Gesamtmasse des Verbundwerkstoffs, mit einer Schmelze eines handelsüblichen Polypropylens vermischt und Probekörper für Zugversuche hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse („Faser“).Example 1 (comparative example): Lyocell fibers having a denier of 6.7 dtex were spun in the known manner and washed in the fiber cable, after-treated, treated with a silicone avivage and dried. Only when dried these fibers were cut with a guillotine cutter to a staple length of 6 mm. As a result, so-called stacks were obtained. These are fiber bundles that are so far compressed at the interface by the cutting machine, that results in a certain cohesion of the individual fibers. Although these stacks could be dosed significantly worse than the pellets produced according to the invention, metering was possible in principle with the experimental device used. These stacks were therefore metered into the melt extruder without intervening compression under otherwise constant experimental conditions, mixed with a melt of a commercial polypropylene while adding one of 3% by weight of adhesion promoter, based on the total mass of the composite material, and prepared test specimens for tensile tests. Table 1 shows the measurement results ("fiber").

[0038] Beispiel 2 (erfindungsgemäß): [0039] Unter ansonsten gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung von schlitzförmigen Düsen mit einem Kantenverhältnis von 1000 : 80 Lyocellformkörper mit einem Titer von 6,7 dtex, einer Schnittlänge von 6 mm und rechteckigem Querschnitt hergestellt (a= 61 pm, b= 8 pm, d. h. Kantenverhältnis a:b = 7:1) ersponnen und Probekörper für Zugversuche hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse („Bändchen“).Example 2 (according to the invention): Under otherwise identical conditions as in Example 1 were using slot-shaped nozzles with an edge ratio of 1000: 80 Lyocellformkörper with a titer of 6.7 dtex, a cut length of 6 mm and rectangular Cross-section produced (a = 61 pm, b = 8 pm, ie edge ratio a: b = 7: 1) spun and prepared specimen for tensile tests. Table 1 shows the measurement results ("Ribbon").

[0040] Tabelle 1Table 1

Claims

1. Cellulosic molded body produced by the Lyocell method, characterized in that it has a non-circular cross section, preferably rectangular cross section with an edge ratio a / b of the cross section of at least 2: 1, preferably at least 4: 1, a titer in the range 0.1 to 15.0 dtex, preferably between 1.3 and 9.0 dtex and a cut length in the range 0.5 to 15.0 mm, preferably between 3.0 and 10.0 mm.

2. Cellulosic molded body according to claim 1, characterized in that it contains a Gleitavivage, preferably in an amount of 0.2 to 2.5 wt .-%, based on the total mass of the refined molded body.

3. Cellulosic molded body according to claim 2, characterized in that the Gleitavivage is a silicone oil.

4. Use of cellulosic shaped bodies for reinforcement in polymer-containing composite materials, wherein the shaped bodies are introduced by means of a metering device into a melt of the polymer and then mixed with the polymer melt, characterized in that the shaped bodies are cellulosic shaped bodies according to claims 1 to 3.

5. Use according to claim 4, wherein the cellulosic molded bodies are shaped into pellets before being introduced into the dosing unit.

6. Use according to claim 5, wherein the cellulosic molded bodies are mixed with an adhesion promoter before or during the production of the compacts.

7. Use according to claim 5 wherein the cellulosic molded bodies are mixed before or during the production of the compacts with a commercially available powdered hot melt adhesive.

8. Use according to claim 7, wherein the compacts contain between 0.01 and 25.0 wt .-% hot melt adhesive.

9. Use according to claim 5, wherein the compacts have a diameter of 2.0 to 10.0 mm.

10. Use according to claim 5, wherein the moldings are brought to a moisture content of 30 to 80 wt .-% water before pressing.

11. Use according to claim 4, wherein the mixing of the shaped bodies into the polymer melt takes place in an extruder.

12. Use according to claim 4, wherein the mixing of the shaped bodies into the polymer melt takes place in a kneader. No drawings for this