DE102007057907A1

DE102007057907A1 - Verfahren zum Herstellen von Naturfaserverbundstoffen bzw. von Produkten aus solchen Verbundstoffen

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Publication number: DE102007057907A1
Application number: DE102007057907A
Authority: DE
Inventors: Helmut Hiendl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundstoffes oder eines Produktes aus einem Faserverbundstoff, bei dem (Verfahren) in einer Misch- und Zerkleinerungseinrichtung unter Zugabe wenigstens einer Faserkomponente und wenigstens einer ersten thermoplastischen Kunststoffkomponente durch Mischen, Aufschmelzen und Homogenisieren eine das Fasermaterial in Mischung mit Kunststoff enthaltende Masse erzeugt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Bekannt sind Verfahren zur Naturfaserkompositverarbeitung, beispielsweise als Extrusions-, Spritzguss- oder Pressverfahren, bei denen entweder eine Direktverarbeitung oder Extrusion oder aber eine Compoundverarbeitung erfolgt. Beide Verfahrensweisen haben Vorteile und Nachteile. So bestehen bei der Direktverarbeitung insbesondere Probleme hinsichtlich der erforderlichen Feuchtigkeitsreduktion der Naturfaserkomponente, hinsichtlich des Materialeinzugs, z. B. in dem Extruder, sowie hinsichtlich Korrosion, Verschleiß und Staubentwicklung.
Die Compoundverarbeitung erfordert im Vergleich zur Direktverarbeitung wenigstens einen zusätzlichen Aufheiz- und Abkühlzyklus und hat damit u. a. den Nachteil einer stärkeren thermischen Schädigung des Verwendeten Kunststoffs, insbesondere auch der Naturfaserkomponente. Weiterhin bedingt der zusätzliche Aufheiz- und Abkühlzyklus einen zusätzlichen Energiebedarf und erhöhte Verfahrenskosten. Darüber hinaus verlängert der zusätzliche Aufheiz- und Abkühlzyklus auch die gesamte Verfahrensdauer und bedingt durch die längere Einwirkzeit der erhöhten Temperatur zusätzliche Schädigungen insbesondere der Naturfaserkomponente, wodurch die Qualität und/oder die Eigenschaften des hergestellten Produktes, insbesondere hinsichtlich Geruch, Farbe, mechanische Eigenschaften usw. stark beeinträchtigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet u. a. die Probleme der Direktverarbeitung oder -extrusion, insbesondere auch hinsichtlich Feuchtigkeitsreduzierung, Einzugsverhalten, Korrosion, Verschleiß und Staubentwicklung. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet aber auch die Nachteile der bekannten Compoundverarbeitungsverfahren insbesondere auch hinsichtlich der thermischen Schädigung der Naturfaserkomponente und des erhöhten Energieverbrauchs, d. h. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind eine thermische Schädigung des Naturfasermaterials und ein erhöhter Energieverbrauch wirksam vermieden. Gleichzeitig bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Flexibilität in der Verarbeitung und in der Rezepturgestaltung des Naturfaserverbundmaterials.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Vorphase zunächst eine Vormischung oder ein Vorprodukt hergestellt, dessen Polymer- oder Kunststoffanteil wesentlich geringer ist als der Kunststoffanteil des endgültigen Naturfaserverbundmaterials. Zu der Vormischung bzw. zu dem Vorprodukt wird dann vor oder aber auf der Bearbeitungsmaschine die wenigstens eine zweite thermoplastische Kunststoffkomponente zugegeben und zwar z. B. in einem noch nicht aufgeschmolzenen Zustand, bevorzugt aber in einem aufgeschmolzenen Zustand.
Die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente wird dabei in der jeweiligen Verarbeitungsmaschine mit der Vormischung vermengt, hierbei – soweit nicht bereits geschehen – plastifiziert und homogenisiert. Die Verarbeitungsmaschine ist dabei z. B. eine Maschine oder Einrichtung, in der auch die Vormischung hergestellt wurde oder eine nachgeschaltete Mischeinrichtung aber eine Verarbeitungsmaschine beispielsweise in Form eines Pelletierers, Extruders, einer Spritzgießmaschine, einer Pressanlage usw., in der der Naturfaserverbundstoff oder ein entsprechendes Produkt gefertigt werden.
Durch die Aufteilung in das Vormischverfahren, in dem der Naturfaser oder Naturfaserkomponente die natürliche Feuchtigkeit zumindest größtenteils, d. h. beispielsweise bis auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von 5% oder kleiner entzogen wurde, und in eine nachträgliche Hauptmischphase, in der die Zugabe der wenigstens einen zweiten thermoplastischen Kunststoffkomponente erfolgt, wird u. a. der Energieverbrauch für ein zweifaches Aufheizen und Abkühlen des gesamten Kunststoffanteils vermieden. Hierdurch verringert sich nicht nur die thermische Schädigung des Kunststoffmaterials, sondern auch die thermische Schädigung des Naturfasermaterials, da in ein schnelles Abkühlen der Vormischung wegen der geringen Masse an Kunststoffmaterial möglich ist.
Die Erfindung bietet darüber hinaus auch eine vereinfachte Anpassung der Rezeptur bzw. der verwendeten Kunststoffmaterialien an die jeweiligen Anforderungen, da aus einer Basis- oder Vormischung durch Variation der Art und/oder Menge der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente sich unterschiedlichste Rezepturen für unterschiedlichste Produkte herstellen lassen. Erfolgt die Zugabe der wenigstens einen zweiten Komponente auf einer Maschine, z. B. Verarbeitungsmaschine mit Dosiergerät, so kann die Einstellung in einfacher Weise an diesem Dosiergerät vorgenommen werden.
Probleme hinsichtlich Staubentwicklung und hinsichtlich des Einzugs der Mischung in die Verarbeitungsmaschine lassen sich ebenfalls reduzieren, da die Vormischung durch Bindung von Staubpartikeln im Kunststoffmaterial bereits staubarm eingestellt werden kann.
Da die Vormischung bzw. das Vorprodukt bereits größtenteils von flüchtigen Substanzen befreit ist und abrasive Bestandteile des Vorproduktes bzw. der Vormischung mit der wenigstens einen ersten Kunststoffkomponente umhüllt sind, sind auch Probleme hinsichtlich Korrosion und Verschleiß zumindest weitestgehend behoben. Insbesondere die mechanische Festigkeit des Naturfaserverbundstoffes bzw. der aus diesem Verbundstoff bestehenden Produkte lässt sich z. B. dadurch verbessern, dass als zweite Kunststoffkomponente ein im aufgeschmolzenen Zustand zäher thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, während bei der Herstellung des Vorproduktes bzw. der Vormischung als erste Kunststoffkomponente ein gut benetzender, dünnflüssiger und weicher thermoplastischer Kunststoff eingesetzt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich weiterhin auch die Wirksamkeit haftvermittelnder Additive (bzw. Polymere), wie z. B. die Wirksamkeit von Maleinsäurehydrid gepfropften organischen Verbindungen (z. B. MAH-gepfropftes PP), die sehr feuchtigkeitsempfindlich sind, wesentlich verbessern, da das herbei schädliche Wasser bei der Herstellung der Vormischung bzw. des Vorproduktes bereits zum großen Teil entfernt wird.
Um Energie und Aufwand zu sparen, können die zweite Kunststoffkomponente sowie evtl. Zusatzstoffe noch vor dem Abkühlen in die heiße Vormischung bzw. in das heiße Vorprodukt eingebracht werden. Damit wird ein Teil des Kühleffektes bereits von der zugegebenen zweiten Kunststoffkomponente übernommen.
Verarbeitungsmaschinen im Sinne der Erfindung sind insbesondere auch Extruder, Spritzgießmaschine und Pressanlagen.
Ein Naturfaserverbundstoff im Sinne der Erfindung ist ein Verbundstoff, der aus Naturfasern sowie auch aus anderen Fasern- und Füllstoffen, polymeren Werkstoffen und anderen Additiven besteht.
Polymere Werkstoffe sind beispielsweise auch Doroplaste, Elastomere und Thermoplaste, die teils funktionale Gruppen besitzen können. Diese funktionalen Gruppen können mit Füllstoffen und Fasern vernetzend reagieren.
Naturfasern sind alle pflanzlichen Fasern unterschiedlichster Art und/oder Länge und/oder Darreichungsformen, pulver- oder staubförmig bis langfasrig.
Füllstoffe sind z. B. Mineralien, Glaspartikel oder -kugeln, andere polymere Werkstoffe, aber auch Schmierstoffe, wie z. B. Grafit oder ultrahochmolikulares Polyethylen-Pulver (UHMW-PE).
Faserstoffe sind auch organische und/oder anorganische Fasern, wie z. B. Glasfasern, Carbonfasern, PAN-Fasern, Polyesterfasern.
Die Vormischung bzw. das Vorprodukt ist im Sinne der Erfindung eine Mischung, die zumindest aus einer Naturfaser oder Naturfaserkomponente und mindestens einem thermoplastischen Kunststoff als erste Kunststoffkomponente besteht und z. B. auch noch andere Inhaltsstoffe enthält.
Die Feuchtigkeit oder Restfeuchtigkeit der Naturfaser oder der Naturfaserkomponente in dem Vorprodukt ist wesentlich kleiner als der Feuchtigkeitsgehalt, den die Naturfaser bei offener Lagerung an der Umgebungsluft aufweisen würde, d. h. der Feuchtigkeitsgehalt der Naturfaserkomponente in der Vormischung beträgt beispielsweise 5% (Gewichts% Feuchtigkeit bezogen auf das Gesamtgewicht der Naturfaserkomponente) oder liegt unter 5%.
Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente bevorzugt im heißflüssigen Zustand, d. h. als Schmelz zugegeben wird. Dies hat u. a. den Vorteil, dass diese Komponente als Schmiermittel oder Schmierstoff wirkt, der insbesondere auch bei als Schneckenextruder ausgebildeten Verarbeitungsmaschinen oder schneckenextruderartig ausgeführten Misch- und Zerkleinerungseinrichtungen speziell im Einzugsbereich einem Verschleiß der Funktionselemente, beispielsweise der Schnecken und Zylinder durch trockene Reibung von harten Reibpartnern entgegen wirkt. Weiterhin sorgt die als Schmelze eingebrachte wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente für einen Energieübertrag von einer beheizten Dosiereinrichtung an eine nachfolgende Einheit einer Anlage bzw. an das dortige Naturfaser/Kunststoff-Compount. Die Schmelzenthalpie in der zweiten Kunststoffkomponente unterstützt zugleich auch das Aufschmelzen des gesamten Naturfaser/Kunststoffverbundstoffes.
Zur Erzeugung der Schmelze der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente dient beispielsweise ein extruderartig ausgebildeter beheizter Dosierzylinder mit entsprechender Schnecke, wobei das Dosiergerät so angeordnet ist, dass die Zugabe der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente im schmelzflüssigen Zustand an die die Faserkomponente mit dem Kunststoff verarbeitenden Verarbeitungsmaschine, beispielsweise an einen diese Maschine bildenden Extruder garantiert ist. Die Schmelze der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente wird dabei einem die Verarbeitungsmaschine bildenden Extruder beispielsweise vor oder nach einer Aufgabeeinrichtung (z. B. Trichter) zugegeben, über die (Aufgabeeinrichtung) die Aufgabe der wenigstens einen Faserkomponente und der wenigstens einen ersten thermoplastischen Kunststoffkomponente erfolgen.
Selbstverständlich können die Kunststoffkomponente und dabei insbesondere auch die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente mit unterschiedlichen Zusätzen versehen sein, z. B. mit Gleitmitteln, Haftvermittlern, Effektpigmenten usw.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2, die jeweils in einer schematischen Funktionsdarstellung den Ablauf verschiedener Verfahren gemäß der Erfindung zeigen, näher erläutert.
Die 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die wesentlichen Prozessschritte eines Verfahrens zum Herstellen von Naturfaserverbundstoffen oder entsprechenden Produkten 1, beispielsweise auch als Kunststoffformteile, die aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial in Mischung mit einem Naturfasermaterial bestehen.
Ein wesentliches Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, dass das Naturfasermaterial in einer Vorbehandlungs- oder Vormischphase mit wenigstens einer ersten Kunststoffkomponente derart gemischt und anschließend pelletiert bzw. granuliert wird, dass das so erhaltene Vorprodukt in Form von Pellets bzw. eines Granulats 2 das Naturfasermaterial eingebunden und vollständig abgedeckt in der wenigstens einen ersten Kunststoffkomponente aufweist, und dass dann dieses Granulat 2 in Mischung mit wenigstens einer weiteren Kunststoffkomponente bzw. ein entsprechendem Granulat 3 in der Verarbeitungsmaschine 4 zu dem Produkt 1 verarbeitet wird, so dass der Kunststoffanteil in dem Produkt 1 wesentlich größer ist als der Anteil des Kunststoffes in dem Vorprodukt oder Granulat 2. Als Naturfasermaterial eignen sich beispielsweise Holzfasern, Holz- oder Sägemehl, Holzspäne oder -schnitzel, aber auch andere Naturfasern, wie z. B. Stroh, Fasern aus Maispflanzen, fasrige Abfälle aus der Naturfaserproduktion, wie z. B. Hanfschäben, oder anderes, natürliches Fasermaterial, aber auch modifizierte Naturfasern, z. B. Cellulosefasern. Zur dosierten Zugabe der wenigstens einen ersten Kunststoffkomponente ist eine Dosiereinrichtung 4.1 vorgesehen. Zur dosierten Zugabe der wenigstens einen weiteren oder zweiten Kunststoffkomponente ist eine Dosiereinrichtung 4.2 vorgesehen.
Im Einzelnen erfolgt die Herstellung des Granulats 2 beispielsweise nach einem Verfahren, wie es aus der EP 1483091 bekannt ist. Hierfür werden einer Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5, die beispielsweise von einem mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Mischer, z. B. einem Agglomerator gebildet ist, die Naturfaserkomponente 6 sowie die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente 7 zugeführt, und zwar letztere z. B. als extrudierter Strang über einen Dosierextruder 8. Als Kunststoffkomponente 7 wird ein Kunststoff verwendet, der insbesondere auch unter Berücksichtigung der in der Naturfaserkomponente enthaltenden Feuchtigkeit eine ausreichend gute Verletzung mit der Naturfaser sicherstellt.
In der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 erfolgt dann unter Zertrennen des dieser Einrichtung zufließenden Strangs der ersten Kunststoffkomponente 7 ein inniges Vermischen dieser Komponente mit dem Naturfasermaterial 6, so dass am Ende dieses Mischprozesses bzw. Vormischphase ein Zwischenprodukt vorliegt, welches die Naturfaserkomponente 6 in fein zerkleinerter Form oder als Fasern mit einem Überzug aus der ersten Kunststoffkomponente 7 aufweist. Durch die beim Mischen und Zerkleinern der Komponenten eingebrachte Energie wird, ggf. mit unterstützender Beheizung der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5, auch das erforderliche Trocknen der Naturfaserkomponente erreicht. Durch das ständige Umwälzen der Komponenten während der Behandlung in der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 wird ferner das Austreten von Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf aus dem Mischprodukt wesentlich beschleunigt.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, zumindest einen Teil des Naturfasermaterials durch Kunstfasern oder Kunststofffasern zu ersetzen. Das mit der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 erhaltene Zwischenprodukt, welches aus der zerkleinerten und getrockneten Naturfaserkomponente und aus der auf die Partikel oder Fasern dieser Naturfaserkomponente abgeschiedenen ersten Kunststoffkomponente besteht, wird einem Pelletierer 9 zugeführt zum Herstellen des Kunststoff-Naturfaser-Granulats 2. Bevorzugt erfolgt das Einbringen des Misch- oder Zwischenproduktes aus der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 in den Pelletierer 9 in noch heißem, beispielsweise zähflüssigen Zustand. Das in der vorbeschriebenen Weise hergestellte Granulat 2 kann zwischengelagert und/oder an einen verarbeitenden Betrieb geliefert werden, der dann dieses Granulat 2 zusammen mit dem wenigstens einen weiteren Granulat 3 für die Herstellung des Naturfaserverbundmaterial bzw. der Produkte 1 verwendet.
Das vorbeschriebene Verfahren hat erhebliche Vorteile, so besteht die Möglichkeit, die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente 7 so auszuwählen, dass mit ihr die notwendige Vernetzung mit der Naturfaserkomponente 6 in optimaler Weise erreicht wird, beispielsweise durch Auswahl eines eher hydrophilen Kunststoffs oder durch Zugabe eines die Vernetzung fördernden Zusatzstoffes, beispielsweise eines Füllers und/oder eines Haftvermittlers und/oder durch Zugabe natürlicher Harze oder Holzbestandteile, wie z. B. Tannin und/oder Kollifonium usw.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass für die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente bzw. das Granulat 3 ein Kunststoff verwendet werden kann, der in Bezug auf die für das Produkt 1 angestrebten Eigenschaften optimal ausgewählt ist, so dass sich unterschiedliche Eigenschaftsprofile für das Naturfaserverbundmaterial bzw. für das jeweilige Produkt 1 ehr flexibel einstellen lassen.
Für die zweite Kunststoffkomponente ist insbesondere auch ein mit Maleinsäurehydrid gepfropftes Polypropylen (MAH-PP) in vorteilhafter Weise verwendbar, da eine die Vernetzung von MAH-PP mit dem Naturfasermaterial verhindernde Feuchtigkeit aus dem Naturfasermaterial bei der Herstellung des Vorproduktes bzw. Granulats 2 bereits entfernt ist. Speziell auch bei der Auswahl eines Polymer-Materials als zweites Kunststoffmaterial ergeben sich durch das beschriebene Verfahren die unterschiedlichsten Möglichkeiten. So kann beispielsweise für die zweite Kunststoffkomponente 3 ein sehr zähflüssiges Polymer verwendet werden, um dadurch verbesserte mechanische Eigenschaften für das hergestellte Produkte 1 zu erreichen. Bei der Herstellung des Vorproduktes bzw. Granulates 2 ist hingegen die Verwendung eines sehr zähflüssigen Polymers nicht möglich, zumindest aber nachteilig, weil ein solches Polymer nicht oder nur unzureichend in Poren des Naturfasermaterials eindringen kann und dadurch die notwendige Vernetzung zwischen Kunststoff und Naturfasermaterial nicht erreicht wird.
Ein ganz wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht aber darin, dass ein mehrmaliges, die Materialeigenschaften möglicherweise schädigendes Erhitzen bzw. Aufschmelzen und anschließendes Abkühlen des Kunststoffmaterials im Gesamtverfahren lediglich für einen geringen Anteil bzw. geringe Masse des im Produkt 1 enthaltenen Kunststoffs erforderlich ist, nämlich nur für die Kunststoffkomponente des Granulats 2.
Wie erwähnt, wird die wenigstens eine weitere Kunststoffkomponente der beispielsweise als Extruder ausgebildeten Verarbeitungsmaschine 4 bevorzugt im schmelzflüssigen Zustand, d. h. als Schmelz zugeführt. Die Dosiereinrichtung 4.1 ist in diesem Fall als beheizte Dosierschnecke mit einem beheizten Zylinder ausgeführt, der (Dosierschnecke) die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente z. B. als Granulat zugeführt und die (Dosierschnecke) die zweite Kunststoffkomponente als Schmelze an die Verarbeitungsmaschine 4 abgibt.
Die 2 zeigt wiederum in einer schematischen Darstellung die wesentlichen Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zum Herstellen des Naturfaserverbundmaterials bzw. des Produktes 1 mit der Fertigungsmaschine 4. Das in der 2 dargestellte Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren der 1 dadurch, dass die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente als Granulat ebenfalls in die Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 eingebracht wird und dass demnach das mit dem Pelletierer 9 hergestellte Granulat 10 zumindest die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente sowie auch die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente enthält, so dass dieses Granulat 10 dann ohne Mischung mit einer weiteren Kunststoffkomponente, aber auch in Mischung mit einer weiteren Kunststoffkomponente in der Verarbeitungsmaschine 4 zu dem Naturfaserverbundmaterial bzw. Produkt 1 verarbeitet werden kann.
Eine Besonderheit des Verfahrens der 2 besteht darin, dass in der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 zunächst unter Verwendung der Naturfaserkomponente 6 und der beispielsweise wiederum über den Dosierextruder 8 als Strang zugeführten wenigstens einen ersten Kunststoffkomponente 7 durch intensives Mischen und Zerkleinern ein Vorprodukt hergestellt wird, in welchem die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente in einem reduzierten Anteil enthalten ist, allerdings derart, dass die Naturfaserkomponente bzw. deren Bestandteile jeweils möglichst vollständig mit dem Kunststoff der wenigstens einen ersten Komponente eingebunden bzw. abdeckt sind. Durch die beim Mischen und Zerkleinern in die Mischkomponenten eingebrachte Energie erfolgt wiederum, ggs. mit unterstützender Beheizung der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5, das erforderliche Trocknen der Naturfaserkomponente. Durch das ständige Umwälzen der Komponenten während der Behandlung wird das Austreten von Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf aus dem Misch- oder Zwischenprodukt wesentlich beschleunigt.
Nach Fertigstellung des Vorproduktes bzw. der Vormischung, d. h. nach dem Abschluss der Vormischphase erfolgt die dosierte Zugabe der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente bzw. des Granulats 3 in die Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 und ein Mischen sowie Aufschmelzen des Granulats 3 mit dem Misch- oder Zwischenprodukt aus der zerkleinerten und getrockneten Naturfaserkomponente und der ersten Kunststoffkomponente. Die Vormischphase ist dann abgeschlossen, d. h. die Zugabe des Granulats 3 erfolgt dann, wenn die Naturfaserkomponente 6 ausreichend getrocknet ist, d. h. der Feuchtigkeitsanteil dieser Komponente deutlich unter einem Wert liegt, der sich bei offener Lagerung in Umgebungsluft einstellen würde, und wenn die Temperatur der Vormischung gleich oder annähernd gleich der Schmelztemperatur des Granulates 3 ist. Das Aufschmelzen des Granulats 3 erfolgt dabei u. a. durch den Energieeintrag der schnell umlaufenden Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 sowie durch unterstützende Beheizung. Am Ende der zweiten Mischphase wird das Mischprodukt, welches dann die Naturfaserkomponente in Mischung mit der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente enthält, dem Pelletierer 9 zur Herstellung des Granulats 10 zugeführt.
Das im Zusammenhang mit der 2 beschriebene Verfahren u. a. den Vorteil, dass in der ersten Vormischphase eine Kunststoffkomponente verwendet werden kann, die eine optimale Vernetzung mit der Naturfaserkomponente gewährleistet, insbesondere auch eine Komponente, deren Viskosität im aufgeschmolzenen Zustand wesentlich kleiner ist als die Viskosität, die die wenigstens eine zweite Komponente im aufgeschmolzenen Zustand aufweist. Weiterhin hat das Verfahren den Vorteil, dass durch entsprechende Auswahl der zweiten Kunststoffkomponente wiederum eine sehr flexible Einstellung auf unterschiedliche Eigenschaftsprofile des Naturfaserverbundstoffes bzw. des Produktes 1 möglich ist. Insbesondere ist es auch möglich, zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Naturfaserverbundstoffes bzw. des aus diesem Verbundstoff bestehenden Produktes 1 für die wenigstens eine zweite Komponente ein Material zu wählen, welches im aufgeschmolzenen Zustand zähflüssiger ist als die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente.
Auch bei dem Verfahren nach 2 besteht die Möglichkeit der Verwendung von MAH-PP als zweite Komponente, wobei eine Neutralisation des MAH-PP durch Wasser bzw. eine die Vernetzung mit der Naturfaserkomponente verhindernde Umwandlung des Anhydrid in Hydrid vermieden sind. Hierdurch ergibt sich bei der Verwendung von MAH-PP eine wesentliche Verbesserung der Festigkeit des Naturfaserverbundstoffes bzw. des aus diesem Stoff bestehenden Produktes. Auch kann auf die Verwendung eines teueren Haftvermittlers verzichtet oder aber zumindest die Einsatzmenge eines solchen Haftvermittlers reduziert werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich verbessert wird.
Bei dem in der 2 schematisch dargestellten Verfahren erfolgt bevorzugt ebenfalls die Zugabe der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente als Schmelze. Hierfür ist die Dosiereinrichtung 5.1, über die die zweite Kunststoffkomponente dosiert der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung zugeführt wird, wiederum beheizt, beispielsweise als beheizte Dosierschnecke mit einem beheizten Zylinder ausgeführt, der (Dosierschnecke) die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente als Granulat 3 zugeführt wird und die die zweite Kunststoffkomponente in schmelzflüssiger Form an die Misch- und Zerkleinerungseinrichtung 5 liefert.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, dass der Faserverbundstoff Füllstoffe, z. B. Mineralien, Glaskugeln, polymere Werkstoffe, auch Schmierstoffe, wie Grafit oder ultrahochmolekulares Polyethylen-Pulver (UHMW-PE) enthält.
Obwohl der Erfindung voranstehend an Verfahren zur Herstellung eines Naturfaserverbundstoffes bzw. zum Herstellen eines Produktes aus einem solchen Verbundstoffes beschrieben wurde, kann der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Faserverbundstoff auch andere organische und/oder anorganische Fasern enthalten, beispielsweise Glasfasern, Karbonfasern, PAN-Fasern, Polyesterfasern usw..

1: Produkt aus Faserverbundmaterial
2: Granulat der ersten Kunststoffkomponente
3: Granulat der zweiten Kunststoffkomponente
4: Verarbeitungsmaschine
4.1, 4.2: Dosiereinrichtung
5: Misch- und Zerkleinerungseinrichtung
5.1: Dosiereinrichtung
6: Naturfasermaterial
7: Kunststoff für das Vorprodukt bzw. die Vormischung
8: Dosierextruder
9: Pelletierer
10: Granulat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1483091 [0029]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Naturfaserverbundstoffes oder eines Produktes (1) aus einem Faserverbundstoff, bei dem (Verfahren) in einer Misch- und Zerkleinerungseinrichtung (5) unter Zugabe wenigstens einer Faserkomponente (6) und wenigstens einer ersten thermoplastischen Kunststoffkomponente durch Mischen, Aufschmelzen und Homogenisieren eine das Fasermaterial in Mischung mit Kunststoff enthaltende Verbundmasse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Naturfaserverbundstoffes und/oder das aus diesem bestehende Produkt (1) unter Zugabe wenigstens einer zweiten Kunststoffkomponente derart hergestellt wird, dass der Kunststoffanteil im Naturfaserverbundstoffes bzw. im Produkt (1) größer ist als der Kunststoffanteil in der Verbundmasse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserkomponente auch andere organische und/oder anorganische Fasern enthält, beispielsweise Glasfasern, Karbonfasern, PAN-Fasern, Polyesterfasern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente hinsichtlich Art und/oder Eigenschaften unterschiedlich von der wenigstens einen ersten Kunststoffkomponente gewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im aufgeschmolzenen Zustand die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente dünnflüssiger ist als die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im aufgeschmolzenen Zustand die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente dünnflüssiger ist als die wenigstens eine erste Kunststoffkomponente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Vormischung oder des Vorproduktes und/oder bei der Verarbeitung des Vorproduktes in den Faserverbundstoff bzw. in das jeweilige Produkte (1) zumindest ein haftmodifizierender Zusatzstoff beigemischt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Kunststoffkomponente ein haftmodifizierender thermoplastischer Kunststoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Mischphase oder Vormischphase ein Trocknen der Naturfaserkomponente bis zu einem Restfeuchtigkeitsgehalt von 5% oder kleiner 5% erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Komponente ein gegen Kettenspaltung durch Feuchtigkeit empfindlicher thermoplastischer Kunststoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftungsmodifikation durch Maleinsäurehydrid aufgepfropftes Polymer bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente durch Zumischen dieser Komponente in das noch heiße Vorprodukt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Komponente der Misch- und Zerkleinerungseinrichtung (5) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der zweiten Komponente dann erfolgt, wenn die Vormischung beim Mischen die Messtemperatur oder annähernd die Schmelztemperatur der wenigstens einen zweiten Komponente erreicht hat und/oder der Restfeuchtigkeitsgehalt der Vormischung bzw. der Naturfaserkomponente 5% oder weniger als 5% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Produktes (1) aus dem Naturfaserverbundstoff das Vorprodukt beispielsweise in Form eines Granulats (2), sowie die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente, beispielsweise ebenfalls in Form eines Granulats (3) einer Verarbeitungseinrichtung oder -maschine (4) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Produktes (1) aus dem Naturfaserverbundstoff eine aus dem Vorprodukt oder der Vormischung und wenigstens einer zweiten Kunststoffkomponente bestehende Mischung einer Verarbeitungsmaschine oder Einrichtung (4) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmaschine- oder Einrichtung (4) ein Extruder, eine Spritzmaschine oder eine Pressanlage ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Kunststoffkomponente als Schmelze zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der wenigstens einen zweiten Kunststoffkomponente über eine beheizte Dosiereinrichtung (4.2, 5.1) erfolgt.