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Die Erfindung betrifft einen Werkstoff, beispielsweise geeignet zur Bildung von Platten, Schichten und Formteilen, sowie ein Verfahren zu Herstellung eines Werkstoffs.
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Moderne Werkstoffe müssen heute eine Vielzahl von geforderten Eigenschaften aufweisen und oft gleich eine ganze Reihe von Anforderungen gleichzeitig erfüllen. Für viele Werkstoffe, wie sie beispielsweise in der Verpackungstechnik, im Gebäude-, Geräte- oder Maschinenbau Anwendung finden, können entsprechende Eigenschaften, wie die Stabilität, Festigkeit, Biegesteifigkeit, Masse und Dichte, oder auch thermische Eigenschaften von wesentlicher Bedeutung sein. Auch sind oft zusätzliche Eigenschaften wichtig, wie z. B. eine Brand- und Feuerfestigkeit.
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Des Weiteren setzt auch eine zunehmende Rohstoff-Knappheit zusätzliche Beschränkungen hinsichtlich der einsetzbaren Grund- und Ausgangsstoffe. Eine Wiederverwertung bereits benutzter Werkstoffe und Teile, sowie die Möglichkeit der Widerverwertung neu erzeugter Werkstoffe und Teile sind immer öfter wünschenswert. So sind heute bereits aufgepuffte Getreidekörner in der Verpackungs- und Dämmtechnik üblich. Hierbei vereint man also bereits die Verwendung nachhaltig nachwachsender Rohstoffe mit einer inhärenten Umweltfreundlichkeit der aus den Rohstoffen hergestellten Werkstoffe.
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Aus der
AU 2005 200 282 A1 ist ferner ein Werkstoff bekannt, der beispielsweise zur Bildung von Platten oder Paneelen dient. Der Werkstoff weist Körner eines Schaumglasgranulats auf, die von einem Bindemittel zusammengehalten werden. Zum Erreichen bestimmter Materialeigenschaften können dem Werkstoff zusätzliche Partikel oder Fasern beigemischt werden.
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Jedoch erzielen derartige, bekannte Werkstoffe, wie beispielsweise Holzersatzstoffe, oft nur eine unbefriedigende Festigkeit, Dichte, oder Schüttdichte, bzw. ein unbefriedigendes Verhältnis zwischen Schüttdichte und Festigkeit.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Werkstoff, sowie ein verbessertes Schüttgut, eine verbesserte Platte bzw. Spanplatte, und ein verbessertes Formteil bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Werkstoffes bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden durch den Werkstoff gemäß Anspruch 1, das Schüttgut gemäß Anspruch 10, die Platte gemäß Anspruch 11, die Spanplatte gemäß Anspruch 12, das Formteil gemäß Anspruch 13, sowie das Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Werkstoff bereitgestellt, der Körner eines Granulats, Fasern und ein Bindemittel umfasst, wobei das Bindemittel einen Teil der Fasern an die Oberfläche der Körner des Granulats bindet. Der Werkstoff kann geeignet sein zur Bildung von Platten, Schichten oder Formteilen.
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Dieser Werkstoff kann in vorteilhafter Weise eine verbesserte oder gewünschte Festigkeit aufweisen. Ferner kann der Werkstoff in vorteilhafter Weise leicht sein, d. h. gegenüber vergleichbaren Materialien leichter sein bzw. eine geringere Massendichte, definiert durch das Verhältnis von Masse zu Volumen, aufweisen. Daher kann der Werkstoff ein günstiges bzw. verbessertes Verhältnis zwischen Gewicht oder Dichte und der Festigkeit bereitstellen. Des Weiteren sind durch eine Beschichtung der Körner mit den Fasern und dem Bindemittel die mechanische Festigkeit eines einzelnen Korns und damit auch des Werkstoffes verbessert. Dabei sind weiterhin die Körner des Granulats für die Dichte des Werkstoffes wesentlich bestimmend. Wesentlich in diesem Zusammenhang kann bedeuten, dass die Körner des Granulats mehr als 50%, mehr als 75% oder mehr als 90% des Volumens des Werkstoffes bereitstellen. Ferner kann der Gewichtsanteil der Fasern und des Bindemittels gegenüber den Körnern des Granulats weniger als 50%, weniger als 25% oder weniger als 10% betragen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Korn des Granulats einen porösen Grundstoff auf, wobei die Poren mit Luft oder mit einem Gas gefüllt sind. Beispiele für entsprechende Körner sind hierfür aufgepuffte Körner eines Getreides, wie z. B. Mais, Weizen, Hafer, oder Amaranth; Poppkorn; Körner aus einem aufgeschäumten Kunststoff, aus einem expandierten Kunststoff, aus einem extrudierten Kunststoff oder aus einem flexiblen Stoff; Körner eines Schaumstoffs; Styropor-, Styrodur-, oder Styrofoam-Körner; Körner eines gepufften Extrudats, Körner bzw. Partikel eines zerkleinerten Teppichs, oder anderer, wiederverwertbarer oder recycelter Materialien, wie Verpackungsmaterial, Textilien oder dergleichen. Als Grundstoff können dem gemäß Naturstoffe oder Kunststoffe zum Einsatz kommen, wie z. B. Latex, Kautschuk, Gummi, organisches Material, Getreidematerial, Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyurethan (PU). Als Gase kommen Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, halogenierte Kohlenwasserstoffe und dergleichen zum Einsatz. Ferner sind auch aufgeschäumte Metalle, wie bespielsweise Körner aus Aluminiumschaum, einsetzbar. Körner im Sinne der vorliegenden Erfindung können also Partikel, Schnitzel, Späne oder Teile eines zerkleinerten Materials sein.
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In vorteilhafter Weise können daher bereits benutzte bzw. recycelte, unter Umständen auch sonst nicht anderweitig verwertbare, Materialien als Grundstoffe für einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Einsatz kommen. Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Weise die Verwendung nachwachsender, umweltfreundlicher und umweltverträglicher Grundstoffe ermöglicht werden. Des Weiteren können aber auch, unabhängig von den genannten Stoffen, Grundstoffe verwendet werden, deren Eigenschaften speziell für den Werkstoff ausgewählt bzw. angepasst sind. Ein weiterer Vorteil kann in einer kostengünstigen Herstellung des Werkstoffes liegen.
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In einer weiteren Ausführungsform liegt eine mittlere Dichte der Körner unterhalb von 0,1 kg/l, unterhalb von 1 kg/l, oder unterhalb von 2 kg/l. Diese mittlere Dichte, wobei die Dichte über eine repräsentative Vielzahl von Körner gemittelt wird, kann der Dichte von Styropor, Poppkorn entsprechen und niedriger sein als die mittlere Dichte von Massivholz, wie z. B. Fichtenholz, Pressspanplatten oder Platten aus mitteldichter Faser (MDF). In vorteilhafter Weise kann daher ein Werkstoff erzielt werden, dessen Dichte in einem Bereich einer Dichte von Leichtmaterialien liegt. Des Weiteren kann ein mittlerer Durchmesser einer Korngröße der Körner gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, oder auch über 10 mm liegen. Eine Kornform kann dabei möglichen oder üblichen Formen entsprechen, wie z. B. einer Kugelform, einer Ellipsoidform, Granulatformen, Schnitzelformen, Spanformen, Blasen- oder Tropfenformen, oder einer anderen, unter Umständen auch unregelmäßig geformten, Form.
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Des Weiteren kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein mittlerer Durchmesser der Fasern in einem Bereich von 10 µm bis 100 µm, in einem Bereich von 100 µm bis 500 µm, oder über 500 µm liegen. Ferner kann eine mittlere Länge der Fasern gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem Bereich von 100 µm bis 1 mm, in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, oder auch über 10 mm liegen. Beispiele für einsetzbare Fasern umfassen Holzfasern, Stapelfasern, mitteldichte Fasern, Fasern nachwachsender Rohstoffe, Naturfasern, Hanf, Flachs, Stroh, Textilfasern, Glasfasern, Metalldrähte oder Metallspäne, Kunststofffasern, und dergleichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Bindemittel einen ausgehärteten Klebstoff, einen teilweise ausgehärteten Klebstoff oder einen aushärtbaren Klebstoff. Eine Aushärtung bzw. eine teilweise Aushärtung des Klebstoffes kann dabei durch ein Verdampfen bzw. ein teilweises Verdampfen eines Lösungsmittels, eine Wärmebehandlung oder eine Polymerisierung erfolgen. Hierzu kann dem Bindemittel ein Härter beigemischt sein. Ferner kann eine umfassende Aushärtung durch spezielle Lagerung bzw. Handhabung, wie z. B. einer gekühlten Lagerung, zunächst noch unterdrückt sein. Somit können in vorteilhafter Weise die Fasern bereits fest bzw. abschließend fest an die Oberfläche der Körner gebunden sein, während eine weitere Verarbeitung, eine Umformung des Werkstoffes oder eine Bindung der Körner aneinander noch möglich ist.
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Als Beispiele für Bindemittel seien in diesem Zusammenhang Duroplaste, Harnstoff-Formaldehyd (Ures-Formaldehyde, UF), Melamin-Formaldehyd (MF), Phenol-Formaldehyd (PF), Isocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Epoxydharz, Acrylharz, Dispersionsleime, Leime, Klebstoffe, Stärke, Proteine, Polymere und dergleichen genannt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Werkstoff Körner eines weiteren Granulats, wobei die Körner des Granulats mit den Körnern des weiteren Granulats vermischt sein können. Ferner kann das Mischungsverhältnis der Körner des Granulats zu den Körnern des weiteren Granulats innerhalb des Werkstoffes oder einer daraus gefertigten Einheit variieren, um beispielsweise die mechanischen Eigenschaften in vorteilhafter Weise zu beeinflussen oder zu bestimmen. Ferner können durch Zusetzung von Körnern eines weiteren Granulats die mechanischen, chemischen oder physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs in vorteilhafter Weise unabhängig von den Eigenschaften des Granulats, der Fasern oder des Bindemittels verändert oder angepasst werden.
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Beispielsweise kann die Festigkeit weiter erhöht, das Gewicht weiter verringert oder auch eine Brandfestigkeit, zum Beispiel durch ein Zumischen von Flammhemmern, erhöht werden. Ferner ist auch eine Erhöhung des Gewichts bzw. der Dichte des Werkstoffs durch Zumischung von einem entsprechend schweren weiteren Granulat möglich, soweit erforderlich und/oder vorteilhaft. Beispiele für ein weiteres Granulat umfassen Holzspäne, Partikel, Körner von bestimmten aktiven chemischen Substanzen, wie beispielsweise Flammhemmer oder hydrophobe oder hydrophile Stoffe, Gesteins- oder Metallpartikel, Natur- oder Kunstoffkörner oder dergleichen. Auch kann der Werkstoff noch einmal die Fasern umfassen, mit denen die Körner des Ausgangs-Granulats beschichtet sind, d. h. die Fasern sind dem Werkstoff noch einmal zusätzlich, unabhängig von der Bindung an eine Oberfläche eines Korns des Granulats, im Sinne eines weiteren Granulats beigefügt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Werkstoff ein weiteres Bindemittel, wobei das weitere Bindemittel die beschichteten Körner des Granulats und/oder die Körner des weiteren Granulats aneinander bindet. Das weitere Bindemittel kann dabei dem Bindemittel entsprechen, das die Fasern an die Körner bindet, sodass in vorteilhafter Weise nur ein Bindemittel zum Einsatz kommen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Schüttgut vorgesehen, das einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Körner des Granulats bzw. der Granulate sind dabei untereinander nicht gebunden, d. h. das Schüttgut kann einerseits die vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffs bereitstellen und andererseits in einer vorteilhaften Weise noch unabhängig von einer Einsatz- bzw. Verwendungsform vorliegen. Hierbei kann der Transport, die Herstellung und/oder die Handhabung in vorteilhafter Weise einfacher und/oder kostengünstiger ausfallen. Fernen lässt sich das Schüttgut in fast beliebige Formen bringen oder auch in Öffnungen, Formen, bzw. Hohlräume einbringen, bevor eine Stabilisierung der Form des Werkstoffs erfolgt. Diese Stabilisierung kann durch ein vollständiges Aushärten der verwendeten Bindemittel oder auch durch Zugabe eines weiteren Bindemittels erfolgen.
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Ein nächster Aspekt stellt eine Platte bereit, die einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst oder aus diesem Werkstoff gefertigt ist. Dabei sind die Körner des Granulats bzw. der Granulate aneinander gebunden, sodass sie einen festen, zusammenhängenden und stabilen Werkstoff bilden. Eine entsprechende Platte kann gemäß einer Ausführungsform eine Dämmplatte oder eine Bauplatte im Gebäude- oder Gerätebau darstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Spanplatte vorgesehen, die eine erste Spanplattenschicht, eine zweite Spanplattenschicht und eine Werkstoff-Schicht umfasst. Die Werkstoff-Schicht weist dabei einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf und ist zwischen der ersten Spanplattenschicht und der zweiten Spanplattenschicht angeordnet. Eine dem gemäße Spanplatte kann in vorteilhafter Weise die Festigkeit der Platte erhöhen, wobei gleichzeitig das Gewicht und/oder die Plattenstärke gegenüber einer Spanplatte mit vergleichbarer Festigkeit in vorteilhafter Weise reduziert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt stellt ein Formteil bereit, das einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist oder aus diesem Werkstoff gefertigt ist. Die Körner des Granulats, gegebenenfalls mit Körnern eines weiteren Granulats vermischt, sind dabei aneinander gebunden, und können so ein stabiles Formteil mit den vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffes bilden. Ein dem gemäßes Formteil kann als Bauteil im Geräte- oder Maschinenbau oder in der Verpackungstechnik vorgesehen sein. In vorteilhafter Weise kann das Formteil einen stabilen Kraftübertrag oder eine Wärme-, Stoß- oder Vibrationsdämmung bei gleichzeitiger Minimierung der Dichte und des Gewichts bereitstellen. Ferner kann ein leichtes und stabiles Formteil als Verpackungshilfe vorgesehen sein, dem der Werkstoff seine vorteilhaften Eigenschaften verleiht, und auch ggf. eine Widerverwertung oder eine umweltfreundliche Entsorgung gewährleistet.
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Gemäß einem nächsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Granulats; Beschichten der Körner des Granulats mit Fasern und einem Bindemittel; Stabilisieren des Bindemittels, sodass die Fasern stabil an eine Oberfläche der Körner gebunden werden. Mit dem Verfahren kann ein Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit seinen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt und bereitgestellt werden. Ein mit diesem Verfahren hergestellter Werkstoff ist dabei neu und vorteilhaft.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Bereitstellen des Granulats ein Zerkleinern eines Ausgangsmaterials auf eine vorbestimmte mittlere Korngröße und/oder eine vorbestimmte Kornform. Korngröße und Form entsprechen dabei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Somit kann in vorteilhafter Weise ein Granulat unabhängig vom Ausgangsmaterial oder Grundstoff Verwendung in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung finden. Ferner kann in vorteilhafter Weise auch undefiniertes Ausgangsmaterial, wie beispielsweise wiederzuverwertende Wertstoffe und Recyclingmaterialen, wie z. B. Teppiche, Textilien oder gebrauchtes Verpackungsmaterial, im Sinne der vorliegenden Erfindung verwertbar sein.
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Gemäß einer nächsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Beschichten der Körner ein Benetzen der Oberfläche der Körner mit dem Bindemittel und ein Aufbringen der Fasern auf eine Oberfläche der Körner. Ferner kann jedoch auch, im Sinne einer umgekehrten Reihenfolge, das Beschichten der Körner ein Benetzen der Fasern mit dem Bindemittel und ein Aufbringen der benetzten Fasern auf die Oberfläche der Körner umfassen. Das Beschichten kann ferner ein Faserspritzen, eine Beschichtungstechnik, wie sie bei der Herstellung und/oder Verarbeitung von mitteldichten Fasern (MDF) verwendet wird, oder eine Co-Extrusion umfassen. Die beleimte Faserhülle kann sich so armierend um ein Korn legen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Stabilisieren ein zumindest teilweises Aushärten des Bindemittels. Somit können in vorteilhafter Weise eine Weiterverarbeitung des Werkstoffes ermöglicht werden, obwohl die Fasern stabil auf der Oberfläche der Körner gebunden sind. Eine abschließende Aushärtung kann daher erst nach Mischung mit anderen Granulaten, Fasern oder Bindemitteln, oder nach einer endgültigen Formgebung erfolgen. Das mit den Fasern beschichtete Granulat kann hierfür mit einem weiteren Granulat während der Herstellung vermischt werden und/oder mit einem weiteren Bindemittel vermischt werden, das die Körner untereinander bindet.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend näher erläutert.
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Zunächst wird ein Schüttgut gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Demgemäß umfasst ein Schüttgut beschichtete Körner. Die Körner umfassen dabei Körner eines Granulats, die auf ihrer Oberfläche, zumindest teilweise, mit Fasern und einem Bindemittel beschichtet sind. Die einzelnen Körner können dabei sowohl in Form als auch in Größe variieren, und sind gemäß dieser Ausführungsform nicht aneinander gebunden, sodass das Schüttgut, auch bei Berührung der Körner untereinander, frei verformbar bzw. umformbar ist bzw. verbleibt.
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Es folgt eine Erläuterung eines Werkstoffes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demgemäß umfasst ein Werkstoff die beschichteten Körner, die untereinander mit einem weiteren Bindemittel aneinander gebunden sind. Dieses weitere Bindemittel kann dabei dem Bindemittel entsprechen, wie es im Zusammenhang mit dem Schüttgut beschrieben wurde und demgemäß die Fasern an die Oberfläche eines Korns bindet.
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Es folgt eine Erläuterung eines Werkstoffes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demgemäß umfasst ein Werkstoff die beschichteten Körner, sowie Körner eines weiteren Granulats und weitere Fasern, die untereinander mit dem weiteren Bindemittel aneinander gebunden sind. Darüber hinaus sind auch erfindungsgemäße und vorteilhafte Werkstoffe möglich, bei denen entweder die Körner des weiteren Granulats oder die weiteren Fasern fehlen.
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Es folgt eine Erläuterung einer Platte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demgemäß umfasst eine Platte einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den beschichteten Körnern und dem weiteren Bindemittel. Die Platte kann in Form einer Einschichtplatte vorliegen, sodass sie z. B. in kostengünstiger Weise im Geräte-, Maschinen- oder Gebäudebau Anwendung Verwendung finden kann, so etwa als Dämmplatte oder tragende Platte. Möglich sind aber auch Mehrschichtplatten oder eine beschichtete Platte, um weitere gewünschte oder vorteilhafte Eigenschaften bereitzustellen.
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Es folgt eine Erläuterung einer Dämmplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demgemäß weist eine Dämmplatte einem Werkstoff mit den beschichteten Körnern und dem weiteren Bindemittel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf oder ist aus diesem Werkstoff gefertigt. Die Dämmplatte weist ferner Noppen auf, die in vorteilhafter Weise eine Oberfläche der Dämmplatte erhöhen und/oder Schall, Vibrationen, Stöße oder auch Wärme absorbieren, abfangen bzw. dämmen.
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Schließlich folgt eine Erläuterung einer Spanplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demgemäß umfasst eine Spanplatte eine erste Spanplattenschicht und eine zweite Spanplattenschicht, zwischen denen eine Werkstoff-Schicht angeordnet ist, die einen Werkstoff gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.
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Die Werkstoff-Schicht kann in vorteilhafter Weise die mechanischen, physikalischen oder auch sonstigen Eigenschaften gegenüber einer normalen Spanplatte verbessern, wobei eine normale Spanplatte ohne einer Werkstoff-Schicht oder einem Werkstoff-Einschluss vorgesehen wäre. Durch die Anordnung der Werkstoff-Schicht zwischen den Spanplattenschichten kann gemäß dieser Ausführungsform ferner ein optischer Eindruck einer Span-, Holz- oder Furnierplatte gewahrt bleiben, auch wenn zwar vorteilhafte Eigenschaften des Werkstoffes erwünscht, aber z. B. die optischen Eigenschaften und/oder dessen ästhetischer Eindruck der Werkstoff-Schicht nicht erwünscht sind.