DE10112766A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für das Spritzgußverfahren mit den Schritten: Formen eines Flachsfaserbandes, Schneiden des Flachsfaserbandes auf Stapellänge, Eingeben der geschnittenen Naturstapelfaser in Form des Flachsfaserbandes sowie eines Granulates in eine Preßeinrichtung, die mit Austrittsöffnungen zum Austritt des Halbzeugs versehen ist, und Beaufschlagen der eingegebenen beiden Materialien wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung mit Druck unter Temperaturbedingungen, bei denen der Druck bewirkt, daß das Granulat beim Passierenvorgang der Austrittsöffnungen seinen Schmelzpunkt überschreitet und wenigstens lokal anschmilzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen ei­ nes Halbzeugs.

Generell können Verbundmaterialien aus Naturfasern und synthetischen Fasern oder auch natürliche Matrizes über Pultrusionsverfahren, vliesgebundene Verfahren oder Spritzgussverfahren sowie weitere Verfahren hergestellt werden.

Vliesgebundene Verfahren basieren auf einer aerodynami­ schen oder mechanischen Vliesbildung von Naturfasern und/oder Glasfasern und/oder synthetischen Fasern mit synthetischen oder teilsynthetischen thermoplastischen Fasern oder Matritzes, wie PP, PE oder Copolymeren, an dessen Ende ein thermosensibles Vlies steht.

Dieses Vlies dient als Ausgangsprodukt für einen Preß­ vorgang, an dessen Ende ein annähernd flaches Werkstück steht, da es eben nur in stumpfen Winkel geformt werden kann. Die Beaufschlagung mit Wärme erfolgt in dem Preß­ werkzeug. Das Preßteil muß daher so lange in dem Werk­ zeug bleiben bis eine Abkühlung unter den Fließpunkt der thermoplastischen Komponente stattgefunden hat.

Weiter fallen bei einem solchen Verfahren nicht unbe­ trächtliche Mengen an Verschnitt an.

Pultrusionsverfahren eignen sich vornehmlich für einfa­ che Bauteile wie bsp. Profile mit gleichbleibendem Quer­ schnitt.

Zur Herstellung komplex geformter Gegenstände, wie bei­ spielsweise Teilen der Inneneinrichtung eines Kraftfahr­ zeuges sowie einer Vielzahl von Gegenständen des tägli­ chen Gebrauchs eignen sich insbesondere Spritzgussver­ fahren. Dabei wird aus einem Extruder eine flüssige Mas­ se in eine Form gepresst, die nach dem Abkühlen exakt das gewünschte Werkstück entläßt. Bei diesen Werkstücken können auch sehr spitze Winkel und komplexere Strukturen realisiert werden.

Beim Spritzgussverfahren hat sich nun die homogene Mi­ schung sowie die kraftschlüssige Verbindung von synthe­ tischen aber auch natürlichen Fasern bzw. Matrizes wie PE, PES, Lignin mit festen Naturfasern, wie beispiels­ weise die cellulosischen Naturfasern des Flachses, Hanfes, Sisal, Jutes, Ramie, Kenaf, Baumwolle unmittelbar vor dem Guß - d. h. in dem Extruder - als höchst proble­ matisch erwiesen. Verklumpung und unregelmäßige Faser­ verteilung in der Spritzgußmasse sind nur einige der Schwierigkeiten.

Im Stand der Technik wird versucht, als Lösung Halbzeu­ gen einzusetzen, in denen eine Vormischung von Naturfa­ ser und Matrix in Form von rieselfähigen Pellets bereit­ gestellt wird. Diese sind leicht zu dosieren und einfach einzumischen.

Ein bekanntes Verfahren zu Herstellung eines Naturfa­ ser/Synthetetik Halbzeugs basiert auf der vorgeschalte­ ten Erzeugung von synthetetischen Fasern aus einem PE, PP oder Copolymergranulat. Sodann werden die Mischungs­ partner, wie beispielsweise Flachs und Polypropylen, über Krempeln oder Karden und Band- bzw. Luntenbildung, als intime Fasermischungen oder Faserband hergestellt. Diese Bänder oder Stränge werden in einem Zwischen­ schritt angeschmolzen und sofort wieder durch Abkühlung verfestigt, wonach die abgekühlten Stränge durch Schneideinrichtungen zu einer Art Granulat verarbeitet werden.

Dieses Granulat kann an Extruder gegeben werden, da die Natur und Synthetikfasern im Band bzw. Strang weitgehend parallel liegen, so daß ein Schneiden gewährleisten kann, daß die Naturfasern eine gewisse Stapellänge nicht überschreiten und die nachfolgenden Prozesse durch über­ lange Fasern nicht etwa beinträchtigen.

Sobald eine zu lange Faser in diesen Prozess gerät, er­ gäbe sich das Problem, dass sich diese Faser um drehende Maschinenteile wickeln könnte und damit die Maschine verstopfen würde.

Weiter würden die langen Fasern die Homogenität der Ver­ mischung stören. Eine homogene Vermischung ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung dafür, daß die Fasern ih­ re Verstärkungsfunktion an den mechanisch neuralgischen Punkten des Werkstückes wahrnehmen können. Durch unter­ schiedliche Dichten der flüssigen und festen Phase sowie die Neigung der Naturfasern zur Verklumpung sowie die unterschiedlichen elektrostatischen Eigenschaften der Mischungspartner ist die homogene Durchmischung von Na­ turfaser und Matrix in einem Halbzeug ein technologisch anspruchsvolles Problem.

Die Erfindung schlägt nun vor, daß die Einkürzung der beiden Faserkomponenten nicht gemeinsam stattfindet, sondern die Flachsfaser zunächst allein für sich zu ei­ nem Band geformt wird und auf Stapellänge geschnitten wird.

Anschließend wird die Naturstapelfaser und ein syntheti­ sches Granulat aus z. B. Polyethylen oder Polypropylen oder einem Copolymer über eine Misch- bzw. Dossieranlage einer Kollergangpresse zugeführt. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Haftvermittler zwischen Naturfaser und Matrix beigegeben werden. Die faserige Komponente und das synthetische Granulat werden durch geeignete Mischorgane wie z. B. Rührschnecken in der ge­ wünschten mengenmäßigen Zusammensetzung vermengt und der Preßkammer zugeführt. Durch geeignete Wahl der Durchmes­ ser sowie der Länge der Austrittsöffnungen des Pressgu­ tes aus einer Ring- oder Flachmatrize sowie durch eine geeignete Dimensionierung der Preßvorrichtung und deren Antriebs kann ein derart starker Gegendruck im Bereich des Verdichtungsorgans erzeugt werden, wobei u. U. noch die mechanische Energie der Preßrollen weitere thermi­ sche Energie erzeugt, daß im Ergebnis das synthetische Granulat in einen semiplastischen Zustand übergeht, wäh­ rend die kritische Temperatur oberhalb der es zu einer Beschädigung der Flachsfaser kommt, noch nicht erreicht ist.

Somit wird bis zur Innenseite einer Ring- oder Flach­ matrize (z. B. einem gelochten Ring, durch welche die Na­ turfaser und die Matrix gepresst werden) eine innige Verschmischung von synthetischer Matrix, die kurzzeitig angeschmolzen wurde, und der geschnittenen Naturfaser gewährleistet. Durch ein geeignetes Temperaturregime im Bereich Materialzuführung, Pressrollen und Matrizenaus­ gang kann ein erreicht werden, dass das Material in ei­ nem wiedererstarrten Zustand, der ein Zusammenbacken der Pellets vermeidet, aus der Pressenmatrize in einen Auf­ fangbehälter entlassen wird.

Ein breites Mischungsverhältnis von Naturfasern und syn­ tetischer Matrix ist ohne weiteres möglich, wobei die Fasern in den Pellets als nicht völlig gestreckte, je­ doch auch - allein schon aufgrund der möglichen sehr kleinen Pelletdurchmesser -, nicht verklumpte oder ver­ knäuelte Fasern vorliegen, sondern in der gewünschten Weise in allen Raumrichtungen auftreten und auch damit ein für das Spritzgußverfahren gut geeignetes Halbzeug bieten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für das Spritzgußverfahren, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Formen eines Flachsfaserbandes,
• - Schneiden des Flachsfaserbandes auf Stapellänge,
• - Eingeben der geschnittenen Naturstapelfaser in Form des Flachsfaserbandes sowie eines Granulates in ei­ ne Preßeinrichtung, die mit Austrittsöffnungen zum Austritt des Halbzeugs versehen ist, und
• - Beaufschlagen der eingegebenen beiden Materialien wenigstens im Bereich der Austrittsöffnung mit Druck unter Temperaturbedingungen, bei denen der Druck bewirkt, daß das Granulat beim Passierenvor­ gang der Austrittsöffnungen seinen Schmelzpunkt überschreitet und wenigstens lokal anschmilzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vormischung der geschnittenen Naturfaser und eines syn­ thetischen Granulates vor dem Eingeben in die Preßein­ richtung.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Zugabe eines Haftvermittlers während des Vormisch­ schrittes.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Schneiden des Halbzeuges nach Aus­ tritt aus den Austrittsöffnungen der Preßeinrichtung zur Herstellung eines rieselfähigen Halbzeugs.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kühlen der Presseinrichtung zur Herstellung eines rieselfähigen Halbzeugs.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kühlen des Halbzeuges nach Aus­ tritt aus der Preßeinrichtung.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßeinrichtung eine Matrizenpresse ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßeinrichtung eine Kollergangpresse ist.