CH620395A5

CH620395A5 -

Info

Publication number: CH620395A5
Application number: CH1269477A
Authority: CH
Inventors: Rolf Schnause
Original assignee: Rolf Schnause
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1980-11-28
Also published as: US4244903A; DE2647944B1; DK468777A; FR2368349B1; DE2647944C2; AT371062B; FR2368349A1; ATA745677A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen und einem faserigen Werkstoff, der in noch nicht beschichtetem oder noch nicht vollständig beschichtetem Zustand vorliegt und ca. 65 Volumenprozent der Gesamtmasse ausmacht, den man unter Einwirkung von Druck und Hitze mit dem Thermoplastanteil vermischt.

In der DE-AS 2 450 374 ist ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen und einem blattförmigen, geschnitzelten, faserigen, nicht thermoplastischen Werkstoff, vorzugsweise Papier beschrieben wobei die Schnitzelmasse in noch nicht beschichtetem oder noch nicht vollständig beschichtetem Zustand vorliegt und wobei gegebenenfalls Füllstoffe eingemischt werden, bei welchem durch Hitze und Druck auf die faserige Schnitzelmasse und den Kunststoff eingewirkt wird.

Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der blattförmige, geschnitzelte, faserige Werkstoff, der ca. 65 Volumenprozent oder mehr an der Gesamtmasse beträgt, unter Einwirkung von Druck und Hitze mit dem Thermoplastanteil vermischt, dabei vorverdichtet, hierauf extrudiert und bei der Endformung fertig verdichtet wird. Dabei hat sich gezeigt, dass 65 Volumenprozent lediglich einen Mittelwert darstellt. Je nach der Beschaffenheit des faserigen Werkstoffes und dem verwendeten thermoplastischen Kunststoff kann es von Vorteil sein, den Anteil des faserigen Werkstoffes zu vermindern bis auf 50 Volumenprozent oder zu erhöhen auf" maximal 80 Volumenprozent. Die Angabe «ca. 65 Volumenprozent» ist daher so zu verstehen, dass die gewichtsmässige Menge, mit der sich das Verfahren durchführen lässt, nicht starr an den Wert 65 Volumenprozent gebunden ist.

Bei diesem bekannten Verfahren führt das Vermischen und Vorverdichten zu einem Umhüllen der faserigen Schnitzelmasse mit Thermoplast, das für die spätere Qualität des Formkörpers wichtig ist. Der Thermoplast sorgt dafür, dass bei der nachfolgenden Fertigverdichtung der Masse die im faserigen Vlies festgehaltene Luft nicht entweichen kann. Damit ist z.B. die Voraussetzung für die Nagelfähigkeit geschaffen. Denn diese verlangt, wenn man von dem Sonderfall der Elastomeren, wie z.B. Gummi absieht, bei dem infolge der weit über 100%-Dehnung Material über grössere Bereiche verdrängt werden kann, eine Kompressibilität des Materials im Nahbereich. Die eingeschlossene Luft in ihrer mikrofeinen Verteilung weicht beim Nageln dem verdrängten Material und vermag Stossbeanspruchungen elastisch aufzufangen. Beides sind Eigenschaften, wie sie beispielsweise beim Holz geschätzt werden. Beim Fertigverdichten während der Endformung wird der Kunststoff mittels Druck und Temperatur in das Faservlies hineingepresst. Das Fertigverdichten kann unter einem so hohen Druck durchgeführt werden, dass auf der Oberfläche des Formkörpers eine Kunststoffschicht gebildet wird und dass die Oberfläche bis auf Erstarrungs-temperatur des Thermoplasts abgekühlt wird. Das bekannte Verfahren bietet somit je nach Einsatzzweck die Möglichkeit, Formkörper mit und ohne Thermopiast-Obetfläche herzustellen. Durch die allseitig mit Thermoplast umschlossenen Faserblättchen, in die der Thermoplast eingedrungen ist, lässt sich auch erklären, warum der Werkstoff hydrophob ist, obwohl er einen hohen Anteil an faserigem Werkstoff hat, dessen Papiervlies hydrophil ist. Diese Eigenschaft hat der nach dem bekannten Verfahren hergestellte Formkörper nicht nur infolge seiner Thermoplast-Oberfläche, sondern auch im Inneren. Auch ein aufgeschnittener Formkörper bleibt also hydrophob.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formkörper nach einem ähnlichen Verfahren mit verbesserten Werkstoffeigenschaften herzustellen und die Herstellungskosten der Formkörper zu senken. Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, dass man zunächst aus dem faserigen Werkstoff und einem darauf haftfähigen, thermoplastischen Kunststoff ein Zwischenprodukt in Form von rieselfähigem Agglomeratteilchen herstellt, indem man die Masse einer Vorbehandlung unterzieht, bei der sie verdichtet und unter Erwärmen in verklebter Strangform extrudiert wird, wonach die Stränge anschliessend zerkleinert werden und dass man aus diesem Zwischenprodukt durch Extrudieren und anschliessendem Fertigverdichten einen Formkörper herstellt.

Das so hergestellte, rieselfähige Agglomerat besitzt ein Schüttgewicht, das wesentlich über dem der Schnitzelmasse des bekannten Verfahrens liegt. Infolgedessen können die Schneckengänge des Extruders, der bei der Herstellung des Endproduktes, das heisst des Formkörpers Verwendung findet, besser mit dem Ausgangswerkstoff gefüllt werden. Das hat wiederum eine verbesserte Leistungsfähigkeit des Extruders zur Folge. Ferner ist der Wärmeübergang von der Ex5

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truderwandung zur Schnitzelmasse besser. Ein weiterer Vorteil der nunmehr besser füllbaren Schneckengänge liegt darin, dass die Ausstossgeschwindigkeit der plastischen Masse nicht periodisch wechselt (= «Pumpen»). Damit sind folgende Nachteile beseitigt, die sonst aufgrund des pulsierenden, thythmischen Ausstossens des Extruders zu befürchten sind. Es entfällt nämlich die Gefahr des Scherbruchs der Masse und einer unnötigen Verlängerung der Temperaturbelastung der Masse im Extruder und im Formwerkzeug. Eine erhöhte Temperaturbelastung der Masse hat auf die Werkstoffeigen-schaften des Formlings negativen Einfluss, war nunmehr gleichfalls durch die Erfindung vermieden ist. Ferner ist dadurch erreicht, dass die Leistung des Extruders gesteigert und die Plastifizierkosten gesenkt sind.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich demzufolge Formkörper mit gleichbleibenden und verbesserten Werkstoffeigenschaften herstellen und die Herstellkosten der Formkörper senken, weil der Extruder mit einem rieselfähigen Agglomerat mit Schüttgewichten zwischen 200 und 500 g/1 gespeist werden kann. Die Verdichtung im Extruder beträgt hierbei nur noch rund 1: 2 bis 1 : 3,5. Solche Verdichtungen sind auch mit einem Doppelschneckenextruder einwandfrei zu beherrschen. Da die Schneckengänge hierbei in der Mischzone vollgefüllt sind, kann der Extruder mit voller Leistung arbeiten, ohne zu «pumpen».

Die Verwendung des Zwischenproduktes in Form rieselfähiger Agglomerate hat zusammenfassend folgende Vorteile: Das Material wird thermisch durch die schnellere Erwärmung im Extruder als Folge der guten Schneckengangfüllung und der höheren Dichte des Agglomerats mit dem damit verbundenen höheren Temperaturleitwert gegenüber der Schnitzelmasse des bekannten Verfahrens weniger belastet. Damit werden die Werkstoffeigenschaften verbessert.

Das Transportvolumen des Materials zum Extruder beträgt fast nur noch ein Drittel gegenüber dem der Schnitzelmasse des bekannten Verfahrens. Die Herstellkosten der Formkörper werden wesentlich gesenkt. Denn die Agglomerierung entspricht dem Arbeitsaufwand der früheren Schnitze-lung. Die Maschine ist zwar teuerer, jedoch ist das Verfahren nicht lohnintensiver, weil ein und dieselbe Bedienungsperson sowohl die Schnitzelung als auch die Agglomerierung einleitet und überwacht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Agglomeratteilchen in einem Luftstrom gekühlt und etwa noch zusammengebackene Agglomeratteilchen in einzelne Agglomeratteilchen zerlegt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden Füllstoffe, z.B. Sägespäne, zugemischt. Im Einlauftrichter des Extruders können nunmehr auch Zusatzstoffe mit vom herzustellenden Agglomerat abweichendem spezifischen Gewichten zudosiert werden, ohne dass es durch das Rühren im Stopfwerk des Extruders zu einer Entmischung kommt. Die Füllstoffe, z.B. Sägespäne, können entweder dem zu agglomerierenden Material zugesetzt oder auch unmittelbar dem Einlauftrichter der Strangpress-Vorrichtung zudosiert werden. Versuche mit Sägespänen-Zusätzen bis 40% selbst bei Formkörper-Wandstärken von nur 1,5 mm sind erfolgreich gewesen. Das gleiche gilt für Versuche mit Sägespänen-Zusätzen von 60% bei Formkörper-Wandstärken von 5 mm.

Die Erfindung gestattet ferner, dass als Ausgangsmaterial statt eines blattförmigen Werkstoffes ein Faserhaufenwerk eingesetzt wird. Das Schüttgewicht von Faserhaufenwerk kann bekanntlich bis 10 g/1 heruntergehen. Bisher war es praktisch nicht möglich, kleinere Faservliesschnitzel als von

1 bis 10 mm2 Fläche zu verarbeiten, geschweige denn Faser-haufenwerke, da deren geringes Schüttgewicht die Einspeisung in den Extruder nicht mehr erlaubte. Erst durch das erfin-dungsgemässe Verfahren ist auch bei losen Faserhaufenwerken die Verarbeitung im Extruder zu Formkörpern möglich.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung, die eine Vorrichtung zur Herstellung von Agglomeratteilchen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren darstellt,1 beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Strangpress-Vorrichtung im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend A-B in Fig. 1;

Fig. 3 einen Strang aus thermoplastischer Pressmasse und

Fig. 4 das erfindungsgemäss hergestellte Agglomerat.

Die Strangpress-Vorrichtung 1 weist einen Einfülltrichter

2 sowie eine Zuführungsschnecke 3 auf. Unterhalb der Zuführungsschnecke 3 und rechtwinklig zu dieser ist eine Verdichter-Schnecke 4 in einem Mantel 5 der Vorrichtung 1 angeordnet. Der Mantel 5 ist an einer Seite mittels eines Lochwerkzeuges 6 abgeschlossen. Vor dem Lochwerkzeug 6 ist ein Schneidwerkzeug 7 angeordnet.

Der faserige Werkstoff in Schnitzelform oder als Faserhaufenwerk wird zusammen mit dem Anteil aus thermoplastischen Kunststoff im Einfülltrichter 2 der Zuführungsschnek-ke 3 aufgegeben. Diese übergibt die vorverdichtete Mischung der Verdichterschnecke 4, die sie gegen das am Ende des Mantels 5 angeordnete Lochwerkzeug 6 presst. Diese wird dann durch die Bohrungen des Lochwerkzeuges 6 hindurch gedrückt. Dabei wird die Mischung verdichtet und strangen-förmig zusammengepresst. Beim Hindurchpressen der Mischung durch die Bohrungen des Lochwerkzeuges wird der Thermoplastanteil der Mischung durch die dabei entstehende Reibungswärme plastisch und verklebt dabei den Nicht-Thermoplastanteil entsprechend dem Querschnitt der Bohrungen des Lochwerkzeugs 6 miteinander. Es findet kein Wiederaufspringen der Nicht-Thermoplastanteile infolge ihrer Rückstellkraft statt. Auch eine Umhüllung der Nicht-Thermoplastanteile mit Thermoplast findet hierbei noch nicht statt, sondern nur eine Verklebung zu einem Strang.

Beim Austritt aus den Bohrungen des Lochwerkzeugs 6 werden die Stränge etwa in der Länge ihrer Durchmesser abgeschnitten. Die Bohrungsdurchmesser des Ausführungsbeispiels betrugen bei den Versuchen 3 bis 4 mm.

Die Strangpress-Vorrichtung nach Fig. 1 kann auch derart abgewandelt werden, dass das Ende des Mantels 5 völlig abgeschlossen ist und die Bohrungen im Mantel nahe des Endes der Verdichter-Schnecke 4 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform wird dann die verdichtete Masse mittels Schaber durch die Bohrungen gepresst. Das Schneidwerkzeug rotiert in dieser abgewandelten Ausführungsform um den Mantel 5 herum.

Die Plastifizierung des Thermoplasten bei Austritt aus den Bohrungen bewirkt unter Umständen ein Verkleben des Agglomerats noch nach dem Schneiden. In diesem Fall werden die teilweise zusammengebackenen Agglomeratteilchen im Luftstrom gekühlt und durch eine Messermühle wieder in einzelne Agglomeratstücke zerlegt.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpem aus thermoplastischen Kunststoffen und einem faserigen Werkstoff, der in noch nicht beschichtetem oder noch nicht vollständig beschichtetem Zustand vorliegt und ca. 65 Volumenprozent der Gesamtmasse ausmacht, den man unter Einwirkung von Druck und Hitze mit dem Thermoplastanteil vermischt, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst aus dem faserigen Werkstoff und einem darauf haftfähigen, thermoplastischen Kunststoff ein Zwischenprodukt in Form von rieselfähigen Agglomeratteilchen herstellt, indem man die Masse einer Vorbehandlung unterzieht, bei der sie verdichtet und unter Erwärmen in verklebter Strangform extrudiert wird, wonach die Stränge anschliessend zerkleinert werden und dass man aus diesem Zwischenprodukt durch Extrudieren und anschliessendem Fertigverdichten einen Formkörper herstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomeratteilchen in einem Luftstrom gekühlt und etwa noch zusammengebackene Teilchen in einzelne Agglomerat-Teilchen zerlegt werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse aus faserigem, nicht thermoplastischem Werkstoff aus geschnitzeltem Papier besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse aus faserigem, nicht thermoplastischem Werkstoff ein Faserhaufenwerk ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man der Masse Füllstoffe, wie Sägespäne, zumischt, bevor der thermoplastische Anteil des blattförmigen, faserigen Werkstoffes plastifiziert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strangenpress-Vor-richtung (1) mit einem Zufuhrteil mit einem Fülltrichter (2) und einer Zufuhrschnecke (3), einem rechtwinklig dazu angeordneten Verdichterteil mit einer Verdichterschnecke (4) und einem Mantel (5), der hochdruckseitig durch ein Lochwerkzeug (6) abgeschlossen ist, vor dem ein Schneidwerkzeug (7) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochwerkzeug (6) eine Lochplatte ist, die am Ende der Verdichterschnecke und senkrecht zur Längsachse der Schnecke angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochwerkzeug einen Teil des Gehäuses (5) der Verdichterschnecke bildet, indem am Hochdruckende des Gehäuses radial gerichtete Bohrungen angebracht sind, während das Schneidwerkzeug um den Mantel (5) rotiert.