DE102007054549A1 - Producing natural fiber plastic composite material by drying the natural material such as hemp and/or wood in the form of fiber, shred or flour, crushing the wood raw materials and then compounding with a plastic melt and/or additives - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen, bei dem natürliche Werkstoffe wie Hanf, Heu, Flax, Stroh und Reisschalen sowie insbesondere Holz in Form von Fasern, Spänen, Schnitzeln oder Mehl getrocknet, der Holzrohstoff zerkleinert und mit einer Kunststoffschmelze sowie nach Bedarf mit einem oder mehreren Additiven zu einem Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoff zur Herstellung unterschiedlicher Produkte compoundiert wird.The The invention relates to a method and an apparatus for the production of natural fiber-plastic composites, using natural materials such as hemp, hay, flax, straw and rice husks, and especially wood in the form of fibers, shavings, chips or dried flour, crushed the wood pulp and with a Plastic melt and as needed with one or more additives to a natural fiber-plastic composite material is compounded to produce different products.
Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC) sind thermoplastisch verarbeitbare Werkstoffe auf der Basis von Naturfasern, insbesondere Holzfasern, synthetischen Polymeren und Biopolymeren sowie Additiven. Zu den Polymeren gehören Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchloride (PVC) sowie Biokunststoffe auf der Basis von Stärke und Lignin mit einer Schmelz- beziehungsweise Verarbeitungstemperatur unter 200°C, da Temperaturen über 200°C zu Schädigungen der Holzbestandteile Lignin und Hemicellulosen führen können. Die genannten synthetischen Polymere gehören zur der Gruppe der preisgünstigen Standardkunststoffe; andere Kunststoffe wie zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS-Kunststoffe) werden derzeit vor allem aus Kostengründen nicht verwendet. Neben den genannten Polymeren werden noch thermoplastisch verarbeitbare Duroplaste in geringen Mengen für die Herstellung von Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen verwendet.Natural fiber-plastic composites (WPC) are thermoplastically processable materials based on Natural fibers, in particular wood fibers, synthetic polymers and Biopolymers and additives. The polymers include polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyvinylchloride (PVC) as well as bioplastics on the basis of strength and Lignin with a melting or processing temperature below 200 ° C, because temperatures above 200 ° C too damage of wood components lignin and hemicelluloses. The mentioned synthetic ones Include polymers to the group of cheap ones Standard plastics; other plastics such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS-plastics) are currently not used mainly for cost reasons. Next The polymers mentioned are still thermoplastically processable Thermosets in small quantities for the production of natural fiber-plastic composites used.
Zur Herstellung von WPC-Werkstoffen sind Additive unerlässlich, auch wenn sie in der Regel lediglich einen Anteil von 2 bis 4% der zur WPC-Produktion benötigten Komponenten ausmachen.to Production of WPC materials, additives are essential even if they usually only account for 2 to 4% of needed for WPC production Make up components.
Die
Hauptfunktionen von Additiven lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Verbesserung
der mechanischen Eigenschaften: Haftvermittler wie Maleinsäureanhydrid
zur besseren Bindung zwischen Holz und Kunststoffmatrix sowie Calciumcarbonat,
Talkum und Glimmer für
verbesserte Biegefestigkeit, Hitzestabilität und vermindertes Kriechen.The main functions of additives can be summarized as follows:
Improvement of mechanical properties: Adhesion promoters such as maleic anhydride for better bonding between wood and plastic matrix as well as calcium carbonate, talc and mica for improved flexural strength, heat stability and reduced creep.
Verbesserung der Compoundierbarkeit und des Fließverhaltens der Rohmaterialien und Gleitmittel.improvement the compoundability and the flow behavior of the raw materials and lubricants.
Erhaltung der chemischen Stabilität während der Herstellung und des Gebrauchs.conservation the chemical stability during the Manufacture and use.
Pigmente und Licht- beziehungsweise UV-Stabilisatoren, um die optischen Eigenschaften zu beeinflussen beziehungsweise zu erhalten.pigments and light or UV stabilizers to the optical properties influence or maintain.
UV-Stabilisatoren und Fungizide, um – gerade bei hochholzgefüllten WPC-Werkstoffen – die Haltbarkeit des Materials zu gewährleisten.UV stabilizers, and fungicides, um - just in high wood filled WPC materials - the durability of the material.
Feuerhemmende Additive zum Brandschutz.fire retardant Additives for fire protection.
Ein typisches WPC-Produkt ist zum Beispiel ein extrudiertes Profil aus Holzmehl, Polyethylen oder Polypropylen und den vorgenannten Additiven, das zur Verlegung auf einer Terrasse oder für eine Außentreppe verwendet wird.One For example, typical WPC product is an extruded profile Wood flour, polyethylene or polypropylene and the aforementioned additives, the used for laying on a terrace or for an outside staircase.
Gegenüber Vollholzprodukten und üblichen Holzwerkstoffen weisen WPC-Werkstoffe die Vorteile einer freien Formbarkeit und der größeren Feuchteresistenz sowie der damit verbundenen guten Witterungsbeständigkeit ohne Nachbehandlung auf. Diesen Vorteilen stehen höhere Herstellungskosten gegenüber.Compared to solid wood products and usual wood materials WPC materials have the advantages of a free formability and the greater moisture resistance and the associated good weather resistance without aftertreatment on. These advantages are higher Compared to production costs.
Gegenüber synthetischen Kunststoffen haben WPC-Werkstoffe die Vorteile niedrigerer Herstellungskosten aufgrund des hohen Holzanteils von 60 bis 90% und der dadurch bedingten Unabhängigkeit von den steigenden Ölpreisen, einer haptischen Wahrnehmbarkeit, eines natürlichen Erscheinungsbildes sowie verbesserter technischer Eigenschaften wie eine höhere Steifigkeit und ein deutlich geringerer thermischer Ausdehnungskoeffizient.Compared to synthetic Plastics, WPC materials have the advantages of lower production costs due to the high wood content of 60 to 90% and the resulting independence of the rising oil prices, a haptic perceptibility, a natural appearance as well as improved technical properties such as a higher rigidity and a significantly lower thermal expansion coefficient.
Die
wichtigste Maschine zur Produktion von WPC-Werkstoffen ist der Extruder,
der in der Kunststoffindustrie weit verbreitet ist. Extruder werden
sowohl für
die Vermischung der Bestandteile Holz, Kunststoff und Additive verwendet
als auch zur eigentlichen Produktion der WPC-Teile. Entsprechend kann
man die WPC-Herstellungsverfahren in zwei Stufen unterteilen:
Stufe
1, Compoundierung: Herstellung des WPC-Materials aus den Bestandteilen
Holz, Kunststoff und Additiven. Hier gibt es grob unterteilt drei
Linien: konische, gegenläufige
Doppelschneckenextruder und parallele, gleichlaufende Doppelschneckenextruder sowie
Heiz-Kühl-Mischer.
Stufe
2, Produktion: Produktion der WPC-Teile aus dem WPC-Werkstoff. Häufigste
Verfahren sind Extrusion und Spitzgießen, möglich sind aber auch thermische
Pressverfahren, die derzeit praktisch keine Rolle spielen, jedoch
in der Zukunft durchaus an Bedeutung gewinnen können.The most important machine for the production of WPC materials is the extruder, which is widely used in the plastics industry. Extruders are used for the mixing of wood, plastic and additives as well as for the actual production of WPC parts. Accordingly, one can divide the WPC manufacturing process in two stages:
Stage 1, compounding: production of WPC material from the components wood, plastic and additives. Here are roughly divided three lines: conical, counter-rotating twin-screw extruder and parallel, co-rotating twin-screw extruder and heating-cooling mixer.
Stage 2, Production: Production of WPC parts from WPC material. The most common processes are extrusion and injection molding, but thermal pressing processes are also possible, which at present play virtually no role, but which may become increasingly important in the future.
Unter WPC-Compoundierung versteht man das Mischen von Kunststoff, Holz und Additiven zu einer homogenen Masse. Der Vorgang der Compoundierung bildet die erste Stufe eines WPC-Herstellungsprozesses.Under WPC compounding is the mixing of plastic and wood and additives to a homogeneous mass. The process of compounding forms the first stage of a WPC manufacturing process.
Für die Herstellung von WPC-Werkstoffen wird heute an erster Stelle das Extrusionsverfahren verwendet, bei dem gegenläufige Doppelschneckenextruder mit einer konischen Form und parallele, gleichlaufende Doppelschneckenextruder zum Einsatz kommen.For the production of WPC materials today, the extrusion process is used in the first place, in the opposite double-screw extruders with a conical shape and parallel, co-rotating twin-screw extruder are used.
Konisch geformte, gegenläufige Doppelschneckenextruder eignen sich insbesondere zur Direktextrusion von linearen Profilen als bislang wichtigste Produktgruppe für WPC-Werkstoffe. Diese Doppelschneckenextruder zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise, niedrige Drehzahlen und kurze Verweilzeiten des Materials im Extruder aus, wodurch die thermische Belastung und das Risiko einer Schädigung des Holzmaterials gering ausfallen. Allerdings haben diese Extruder eine schlechte Mischwirkung.Conical shaped, opposing Twin-screw extruders are particularly suitable for direct extrusion of linear profiles as the most important product group for WPC materials so far. These twin screw extruders are characterized by a compact design, low speeds and short residence times of the material in the extruder, whereby the thermal stress and the risk of damage to the wood material low fail. However, these extruders have a poor mixing effect.
Der Doppelschneckenextruder mit zwei parallel gerichteten, gleichlaufenden Schnecken ist der klassische Extruder für die Verarbeitung von Massenkunststoffen wie Polypropylen, wenn diese Kunststoffe mit Füllstoffen wie Talkum und Additiven vermischt werden müssen. Bei der Herstellung von WPC-Werkstoffen werden derartige Extruder vor allem zur Compoundierung und anschließenden WPC-Granulat-Produktion eingesetzt. Soll eine Direktextrusion oder ein Direktspritzgießen erfolgen, muss auf den gleichlaufenden Doppelschneckenextruder zum Druckaufbau ein Einschneckenextruder, der bei der Kunststoffverarbeitung Standard ist, oder eine Pumpe folgen.Of the Twin-screw extruder with two parallel, co-rotating Snails is the classic extruder for the processing of bulk plastics like polypropylene, when using these plastics with fillers like talc and additives must be mixed. In the production of WPC materials, such extruders especially for compounding and subsequent WPC granule production used. If a direct extrusion or direct injection molding is required, must on the synchronous twin-screw extruder for pressure build-up a single-screw extruder, standard in plastics processing is, or follow a pump.
Vorteile der gleichlaufenden Doppelschneckenextruder sind die gute Mischwirkung und die Produktionsgeschwindigkeit. Nachteilig bei diesem Extruder ist die längere Verweilzeit des Materials im Extruder, durch die eine längere thermische Einwirkung auf die Holzmaterialien stattfindet.advantages the co-rotating twin-screw extruder are the good mixing effect and the production speed. A disadvantage of this extruder is the longer one Residence time of the material in the extruder, through which a longer thermal Influence on the wood materials takes place.
Schließlich wird zur Compoundierung von Holzrohmaterial, Kunststoff und Additiven zu einem homogenen Werkstoff ein Heiz-Kühl-Mischverfahren eingesetzt. Aufgabe des nach diesem Verfahren arbeitenden Heiz-Kühl-Mischers, der vor allem für die Verarbeitung von PVC-Kunststoffen eingesetzt wird, ist es, Kunststoffe, Füllstoffe wie Holz, Stabilisatoren, Haftvermittler, Gleitmittel, Pigmente und weitere Modifizierungsmittel homogen zu verteilen und diese Mischung in einen möglichst staubfreien, trockenen und rieselfähigen Zustand zu überführen. Dabei werden im Heiz-Kühl-Mischer der Kunststoff und die Komponenten 5 bis 10 Minuten vermischt und gleichzeitig auf 110 bis 130°C erwärmt. Dadurch werden die Komponenten an die Kunststoffpartikel gebunden. Bei dieser Temperatur neigt das entstandene Compound zum Verpressen. Um dieses zu vermeiden, wird das Mischgut aus dem Heizmischer in einen Kühlmischer entleert und in diesem auf ungefähr 40°C abgekühlt.Finally will for compounding of wood raw material, plastic and additives to a homogeneous material, a heating-cooling mixing method used. Object of the working according to this method heating-cooling mixer, especially for the processing of PVC plastics is used, it is plastics, fillers such as wood, stabilizers, adhesion promoters, lubricants, pigments and to distribute further modifiers homogeneously and these Mix in one as possible Dust-free, dry and free-flowing condition to convict. there be in the heating-cooling mixer the plastic and the components are mixed for 5 to 10 minutes and simultaneously at 110 to 130 ° C heated. This binds the components to the plastic particles. at At this temperature, the resulting compound tends to be pressed. To avoid this, the mix is removed from the heating mixer a cooling mixer deflated and cooled in this to about 40 ° C.
Frisch geschlagenes Holz kann einen Feuchtigkeitsgehalt von über 100% haben. Um es zur Produktion von WPC-Werkstoffen einsetzen zu können, muss das Holz vorgetrocknet werden. Abhängig von der jeweiligen Extruderkonstruktion kann mit verschieden feuchtem Holz gearbeitet werden. In jedem Fall sollte der Feuchtigkeitsgehalt unter 12% liegen, einige Extruderkonstruktionen verlangen sogar Werte unter 0,5%.Fresh beaten wood can have a moisture content of over 100% to have. In order to use it for the production of WPC materials, must the wood to be pre-dried. Depending on the particular extruder design can be worked with different damp wood. In any case should the moisture content be below 12%, some extruder designs even require values below 0.5%.
Grundsätzlich wird ein möglichst geringer Feuchtigkeitsgehalt angestrebt, da Feuchtigkeit die Compoundierung mit Kunststoffen stört und im Prozess entfernt werden muss. Da das Vortrocknen aber mit erheblichen Kosten verbunden ist, gilt es einen Kompromiss zwischen Technik und Ökonomie zu finden.Basically one possible low moisture content, since moisture compounding interferes with plastics and must be removed in the process. Since the predrying but with considerable cost, there is a tradeoff between Technology and economy to find.
Das
vorbeschriebene Extrusionsverfahren zur Herstellung von Holz-Kunstoff-Verbundwerkstoffen
nach dem Stand der Technik hat folgende Nachteile:
Die wichtigste
Anforderung bei der Herstellung von WPC-Werkstoffen ist die Kombination von
hydrophilen sowie hydrophoben Eigenschaften der beiden Werkstoffkomponenten
Holzrohstoff und Kunststoff zu einem festen Verbund, damit die Wasseraufnahme – einer
der wichtigsten Kennwerte – auf
einem niedrigen Niveau gehalten werden kann.The above-described extrusion process for the production of wood-plastic composites according to the prior art has the following disadvantages:
The most important requirement in the production of WPC materials is the combination of hydrophilic and hydrophobic properties of the two material components wood raw material and plastic in a solid composite, so that the water absorption - one of the most important characteristics - can be kept at a low level.
Allen Extrudern ist gemeinsam, dass diese kontinuierlich arbeiten. Die Verweilzeit des Materials ist damit durch die Länge des Extruders begrenzt und bestimmt letztendlich neben der Energieeintragung die Qualität des hergestellten Werkstoffs, die durch den Einsatz von chemischen Hilfsstoffen beeinflusst werden kann.all Extruders have in common that they work continuously. The Dwell time of the material is thus limited by the length of the extruder and ultimately determines the quality of the produced next to the energy input Material that is influenced by the use of chemical additives can.
Die Durchmischung der Werkstoffkomponenten entlang des Weges ist allerdings nicht immer in der notwendigen Qualität gegeben, so dass solche Phänomene wie Aglumorate, Entmischungen sowie unterschiedliche Ausrichtungen der Strukturen auftreten.The Mixing of the material components along the way is however not always given in the necessary quality, so that such phenomena Aglumorate, segregation and different orientations of Structures occur.
Weiterhin ist die Gesamthomogenität des Werkstoffs nicht immer konstant; in einem Extruder werden Materialien nur im Querschnitt gemischt, die Masse wird dann nach vorne gefördert. Wenn bei der Beschickung mit Werkstoffkomponenten nicht richtig dosiert wird und das Material befördert wird, ist ausgeschlossen, dass dieses nachträglich verbessert werden kann.Farther is the total homogeneity of the material is not always constant; in an extruder become materials mixed only in cross-section, the mass is then conveyed forward. If not properly dosed when feeding with material components and the material is transported is excluded, that this can be subsequently improved.
Die für den Verbund notwendigen Voraussetzungen werden also durch die chemischen Hilfsmittel wie Haftvermittler, verknüpft mit der thermischen sowie der mechanischen Energiezufuhr erzielt. Eine Energieaufbringung liegt bei solchen Prozessen bei ca. 200 W/kg, so dass die Herstellung des WPC-Werkstoffs entsprechend teuer ist.The for the Verbund necessary conditions are therefore determined by the chemical Aids such as adhesion promoters, linked to the thermal as well achieved the mechanical energy supply. An energy application is at such processes at about 200 W / kg, so that the production the WPC material is correspondingly expensive.
Der Rohstoff Holz darf dabei einen Feuchtegehalt von 15% nicht übersteigen, denn dadurch wird die Wasserentweichung deutlich erschwert. Dies bedeutet, dass der Holzrohstoff vorgetrocknet werden muss, wodurch zusätzliche Herstellungskosten durch die erforderliche Wärmeenergie für den Trocknungsprozess entstehen.Of the Raw material wood must not exceed a moisture content of 15%, because this makes the water leakage significantly more difficult. This means that the wood raw material must be pre-dried, which additional Production costs due to the required heat energy for the drying process arise.
Der zu verarbeitende Holzfaserrohstoff muss eine bestimmte Höchstlänge haben, denn es findet keine Faserzerkleinerung während des Compoundierprozesses statt, bedingt durch die Extruderkonstruktion.Of the to be processed wood fiber raw material must have a certain maximum length, because there is no fiber shredding during the compounding process instead, due to the extruder design.
Weiterhin sind bei solchen kontinuierlichen Prozessen die schlecht kontrollierbare Verweilzeit des Materials entlang des Transportweges sowie eine sehr schwierige Prozessführung stets gegeben. Dies führt dazu, dass solche Eigenschaften wie Wasseraufnahme, Festigkeit und Schlagzähigkeit nur bedingt den erforderlichen Ansprüchen genügen.Farther are the poorly controllable in such continuous processes Dwell time of the material along the transport path and a very difficult litigation always given. this leads to to have such properties as water absorption, strength and impact strength only conditionally meet the required requirements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen, insbesondere Holzfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen zu entwickeln, die sich gegenüber den bekannten Werkstoffen dieser Art durch eine verbesserte Qualität und niedrigere Herstellungskosten auszeichnen.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus for the production of natural fiber-plastic composites, in particular wood fiber-plastic composites to develop, facing each other the known materials of this kind by improved quality and lower Distinguish manufacturing costs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung nach Patentanspruch 5.These The object is achieved by the manufacturing method having the features of the claim 1 and working according to this method device according to claim 5th
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung.The under claims contain advantageous and expedient developments of the method and the device.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung, die als Kneter ausgebildet ist, zeichnen sich durch die nachfolgend aufgeführten Vorteile aus: Durch die Nutzung der Reibungswärme, die durch den Knet- und Pressvorgang beim Compoundieren des natürlichen Werkstoffs, insbesondere des Holzrohstoffs, des Kunststoffs und der Additive zu einem homogenen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff erzeugt wird, zum Verdampfen des Wassers aus dem Holzrohstoff, zur Aktivierung der Oberfläche des Holzrohstoffs und zur Steigerung des Reaktionsvermögens des Holzmaterials sowie zum Aufschmelzen der Kunststoffkomponente kann der Energieeintrag von 200 W/kg bei den herkömmlichen Compoundierverfahren auf bis zu 2 bis 10 kW/kg wesentlich gesteigert werden. Aufgrund des hohen Energieeintrags können die Verarbeitungszeiten verkürzt werden, so dass eine Verbilligung der Herstellungskosten erreicht wird. Ferner können durch die Nutzung der Reibungswärme Holzfaserstoffe mit einem Wassergehalt von über 15% verarbeitet werden, wodurch die Herstellungskosten für den WPC-Werkstoff aufgrund der entfallenden Kosten für die Vortrocknung des Holzmaterials weiter sinken. Der diskontinuierliche Ablauf der Compoundierung der WPC-Werkstoffe in einem Kneter ermöglicht eine exakte Einstellung der Bearbeitungszeiten des Materials je nach Materialqualität und eine exakte Temperaturführung, die eine Verarbeitung von Polymeren wie beispielsweise Polyamid und Polystyrol mit einem Schmelzpunkt über 200°C ermöglicht. Dadurch können völlig neue WPC-Werkstoffe hergestellt werden, die mit den bekannten Compoundierverfahren, vornehmlich dem Extrusionsverfahren und dem Spritzgießverfahren, nicht gefertigt werden können. Die Compoundierung von Holzrohstoff, Kunststoff und Additiven durch einen steuerbaren Knet- und Pressvorgang, der in einem geschlossenen System abläuft, zu einem homogenen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff gewährleistet eine gleichbleibend gute Werkstoffqualität und ermöglicht eine reaktionsbezogene chemische Verarbeitung neben der reinen Compoundierung, indem einzelne Reagente entweder direkt oder zeitverzögert bei dem Compoundierprozess zugeführt werden, derart, dass beliebige chemische Reaktionen in einer vorgegebenen Reihenfolge ablaufen und gewünschte Werkstoffeigenschaften erreicht werden können. Der kombinierte Knet- und Pressvorgang in einem geschlossenen System unter Ausnutzung der Reibungswärme gewährleistet eine optimale Durchmischbarkeit der zu verarbeiteten Materialien und verhindert eine Agglomeratbildung der Materialen, die zu einer Schädigung des WPC-Werkstoffs führen kann, und sorgt ferner dafür, dass die Qualität des Holzrohstoffs, die durch die Faserlänge, den Feuchtigkeitsgehalt und die Zusammensetzung des Holzmaterials bestimmt wird, kaum Auswirkungen auf den Compoundierprozess und die Qualität des hergestellten Verbundwerkstoffs hat. Schließlich ermöglichen das neue Compoundierverfahren und der nach diesem Verfahren arbeitende Kneter die Herstellung von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, nämlich der Biegefestigkeit und der Kerbschlagzähigkeit, einer erhöhten Wärmestabilität und einem verminderten Kriechverhalten.The inventive method and working by this method device used as a kneader is formed, characterized by the advantages listed below By: By using the frictional heat generated by the kneading and Pressing process when compounding the natural material, in particular of the wood raw material, the plastic and the additives to a homogeneous Wood-plastic composite is produced, to vaporize the Water from the wood raw material, to activate the surface of the wood Holzrohstoffs and to increase the reactivity of the Wood material and melting the plastic component can the energy input of 200 W / kg in conventional compounding be significantly increased to up to 2 to 10 kW / kg. by virtue of of high energy input the processing times shortened become, so that a cheapening of the manufacturing costs reached becomes. Furthermore, can through the use of frictional heat Processed wood pulp with a water content of over 15%, whereby the manufacturing costs for WPC material due to the cost of pre-drying of the wood material continue to sink. The discontinuous course of the Compounding the WPC materials in a kneader allows a exact adjustment of the processing times of the material depending on material quality and an exact temperature control, the processing of polymers such as polyamide and polystyrene having a melting point above 200 ° C allows. This can be completely new WPC materials are produced, which are produced by the known compounding methods, mainly the extrusion process and the injection molding process, can not be made. The compounding of wood raw material, plastic and additives through a controllable kneading and pressing operation, in a closed System expires, guaranteed to a homogeneous wood-plastic composite a consistently good material quality and allows a reaction-related chemical processing in addition to pure compounding by individual Reagents either directly or with a time delay in the compounding process supplied Be such, that any chemical reactions in a given order expire and desired Material properties can be achieved. The combined kneading and pressing in a closed system under utilization the frictional heat guaranteed optimal mixability of the processed materials and prevents agglomeration of the materials resulting in a damage lead the WPC material can, and also ensures that the quality of the wood raw material due to the fiber length, the moisture content and the composition of the wood material is determined to have little effect on the compounding process and the quality of the composite material produced Has. After all enable the new compounding process and the process according to this method Kneader the production of wood-plastic composite materials with improved mechanical properties, namely the bending strength and impact strength, an elevated one Thermal stability and a reduced creep behavior.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen, insbesondere von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen, bei dem Holzrohstoff in Form von Fasern, Spänen, Schnitzeln oder Mehl getrocknet, der Holzrohstoff zerkleinert und mit einer Kunststoffschmelze sowie nach Bedarf mit einem oder mehreren Additiven zu einem Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff zur Herstellung unterschiedlicher Produkte compoundiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem diskontinuierlichen Herstellungsverfahren der Holzrohstoff, insbesondere Holzfaser, fester oder flüssiger Kunststoff und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive durch Kneten und gleichzeitiges Verpressen in einem geschlossenen System vermischt werden, wobei der Holzrohstoff beim Mischvorgang zerkleinert wird und durch die beim Knet- und Pressvorgang durch Reibung erzeugte Wärmeenergie das in dem Holzrohstoff enthaltene Wasser verdampft wird und danach durch eine weitere Einleitung von Reibungswärme die Oberfläche des Holzrohstoffs aktiviert sowie dessen Reaktionsvermögen gesteigert wird und wobei bei Verwendung von festem Kunststoff dieser durch die Reibungswärme aufgeschmolzen wird und der Holzrohstoff mit der durch die Reibungswärme erzeugten Kunststoffschmelze oder mit einer zugeführten Kunststoffschmelze sowie gegebenenfalls mit einem oder mehreren Additiven zu einem homogenen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff compoundiert wird.The inventive method for the production of natural fiber-plastic composite materials, in particular of wood-plastic composite materials, dried in the wood raw material in the form of fibers, shavings, chips or flour, the wood pulp crushed and with a plastic melt and, if necessary, with one or more additives is compounded to a wood-plastic composite material for the production of different products, is characterized in that in a discontinuous production process, the wood raw material, in particular wood fiber, solid or liquid plastic and optionally one or more Additives are mixed by kneading and simultaneous pressing in a closed system, wherein the wood pulp is crushed during the mixing process and is evaporated by the heat energy generated during the kneading and pressing process by friction, the water contained in the wood raw material and then by another introduction of frictional heat the surface the wood raw material is activated and its reactivity is increased, and when using solid plastic, this is melted by the frictional heat and the wood raw material with the generated by the frictional heat plastic melt or with a supplied plastic melt and optionally with one or more additives to a homogeneous wood-plastic Compound compounded.
Die verarbeiteten Kunststoffe sind Polymere, insbesondere Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylchlorid, thermoplastisch verarbeitbare Duroplaste, Biokunststoffe auf der Basis von Stärke und Lignin sowie hochschmelzbare Kunststoffe wie Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere und Polycarbonat.The processed plastics are polymers, in particular polyethylene, Polypropylene and polyvinyl chloride, melt processable Thermosets, bioplastics based on starch and lignin, as well as refractory Plastics such as polyamide, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers and polycarbonate.
Der bei dem Compoundierverfahren in festem Zustand zugeführte Kunststoff, der bei dem Verfahren aufgeschmolzen wird, kann die Form von Granulat, Würfeln oder Pulver aufweisen.Of the Plastic supplied in solid state in the compounding process which is melted in the process, the form of granules, roll the dice or powder.
Als Additive kommen bevorzugt Haftvermittler, UV-Schutzzusätze und Farbpigmente zum Einsatz.When Additives are preferably used adhesion promoters, UV protection additives and color pigments.
Der
nach dem vorbeschriebenen Verfahren zur Herstellung von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen
arbeitende Kneter ist nachfolgend anhand der schematischen
Der Kneter
The kneader
Die
Rotoren
Zweckmäßigerweise
dient die Einschiebeöffnung
Bei
einer abgeänderten
Ausführungsform des
Kneters
Die
Rotoren
In
Abänderung
des vorbeschriebenen Kneters können
das Knetergehäuse
In
der in
Danach
wird in der zweiten Betriebsstufe gemäß
Anschließend können in
der dritten Betriebsstufe gemäß
Schließlich wird
in der in
- 11
- Knetercompounder
- 22
-
Gehäuse von
1 Housing of1 - 33
-
Mischkammer
von
2 Mixing chamber of2 - 3a3a
-
oberer
Bereich von
3 upper area of3 - 3b3b
-
unterer
Bereich von
3 lower area of3 - 4-44-4
-
Längsachse
von
2 Longitudinal axis of2 - 55
- Presskolbenplunger
- 5a5a
-
ausgefahrene
Position von
5 extended position of5 - 66
- Rotorrotor
- 77
- Rotorrotor
- 88th
-
Komprimierspalt
von
6 ,7 Compression nip of6 .7 - 99
-
Einfüllöffnung von
2 in3a Filling opening of2 in3a - 1010
-
Entleeröffnung von
2 in11 Emptying opening of2 in11 - 1111
-
Gehäuseboden
von
2 Caseback of2 - 1212
-
Einschiebeöffnung von
2 für5 Sliding opening of2 For5 - 1313
-
Wand
von
2 Wall of2 - a, ba, b
-
Hubbewegung
von
5 Lifting movement of5
Claims (11)
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8131 | Rejection |