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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauplatten, insbesondere Boden-, Wand- oder Deckenplatten.
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Plattenförmige Gebilde, die in letzter Zeit insbesondere als Fußbodenplatten weite Verbreitung gefunden haben, sind sogenannte Laminatpaneele. Es handelt sich um mehrschichtige Laminate, die besonders für den Innenausbau von Gebäuden in großem Umfang eingesetzt worden sind. Platten dieser Art können als einfache Konstruktionsplatten oder auch als Gestaltungselemente mit dekorativen Eigenschaften eingesetzt werden. Die Vorteile derartiger Laminate liegen darin, dass relativ preiswerte Materialien für den nicht sichtbaren Kernbereich verwendet werden können, z. B. Spanplatten, MDF- oder HDF-Platten, und nur für die sichtbare Oberseite höherwertige Materialien herangezogen werden müssen.
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Andererseits haben diese Laminate den Nachteil, dass die einzelnen, miteinander verbundenen Schichten unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, so dass eine ausreichende Formstabilität und Planlage bei Temperaturänderungen oder anderen Einwirkungen nicht gegeben ist.
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Die Einzelschichten der Laminate werden entweder unter Druck verklebt oder thermisch unter hohem Druck verpresst. Dabei werden auch reaktive Harze verwendet. Die beim Schichtaufbau angewandten hohen Drücke und Temperaturen bewirken eine für das physikalische Verhalten ungünstige Anisothopie der Schichten in Bezug auf die Raumrichtungen. Das kann beispielsweise bedeuten, dass das elastische Verhalten der Materialien der einzelnen Schichten in der Ebene abweicht vom elastischen Verhalten in der Vertikalen. Es ist daher schwierig, gewünschte physikalische Eigenschaften, wie z. B. Schalldämpfverhalten, Ausdehnungsverhalten, Druckwiderstand, Festigkeit, etc., für die gewählten Anwendungen ”maßzuschneidern”.
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Die genannten Nachteile ergeben sich insbesondere daraus, dass die Laminate trotz der Verbundbildung nach wie vor aus einzelnen Schichten mit entsprechenden Grenzschichten bestehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Platte der eingangs genannten Art zu schaffen, die durch Beseitigung einzelner, definierter horizontaler Schichten und Grenzschichten verbesserte, kontinuierliche physikalische Eigenschriften in horizontaler und vertikaler Richtung erreicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Bevorzugte Ausgestaltungen desselben ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach diesem Verfahren wird zuerst ein Schichtgebilde erzeugt, indem nacheinander Schichten aus Partikelgemischen auf einer Unterlage gestreut werden. Das Partikelgemisch einer jeweiligen Schicht beinhaltet einen schichtspezifischen Werkstoff und darüber hinaus Partikel eines Füllstoffs, der in allen Schichten des Schichtgebildes gleichermaßen enthalten ist. Die Partikel des Füllstoffs bestehen zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material.
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Der hier verwendete Begriff ”schichtspezifisch” soll bezeichnen, dass der Werkstoff für die wesentlichen physikalischen Eigenschaften der Schicht spezifisch ist, also das Schalldämmverhalten, Ausdehnungsverhalten und dergleichen, wie eingangs bereits genannt. Das Schichtgebilde kann beispielsweise auch identisch aufgebaute Schichten enthalten, die durch eine weitere Kernschicht mit abweichenden physikalischen Eigenschaften getrennt sind. Diesbezüglich besteht eine große Zahl von Gestaltungsmöglichkeiten.
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Das aufgeschüttete Schichtgebilde wird nachfolgend auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials des Füllstoffs. Durch diese thermische Einwirkung werden die Füllstoffpartikel zumindest teilweise aufgeschmolzen und verbinden sich untereinander sowie mit den Werkstoffpartikeln zu einer Struktur, die den Querschnitt des Schichtgebildes durchzieht. Infolgedessen durchdringen sich die einzelnen benachbarten Schichten in vertikaler Richtung in deutlichem Maße und verbinden sich.
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Zum Erhitzen des Schichtgebildes wird insbesondere das sogenannte Thermofix-Verfahren verwendet, bei dem das Material einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, ohne dass nennenswerte mechanische Kräfte einwirken. Auf diese Weise wird ein Verziehen von Mustern in Transportrichtung vermieden, das beispielsweise bei Materialien, die durch einen Walzenspalt geführt werden, unvermeidlich ist. Durch Bildung einer kontinuierlichen Phase über den gesamten Schichtaufbau ergeben sich zwangsläufig Eigenschaften, die eine hohe Biege- und Zugfestigkeit aufweisen und die es erlauben, weniger hochwertige Materialien zu verwenden.
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Dies kann durch Vorvermischung thermoplastischer Granulate mit beliebigem, vorzugsweise anschmelzbarem Fasermaterial erreicht werden. Da das Thermofix-Verfahren drucklos arbeitet, bleibt nach der Verfestigung die vorfabrizierte dreidimensionale Struktur bestehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind die Füllstoffpartikel granulatförmig.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Füllstoffpartikel faserförmig oder haben die Form von Faserbündeln.
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Eine längliche Form der Füllstoffpartikel unterstützt die Bildung einer Struktur aus miteinander verbundenen Partikeln, die von einer kontinuierlichen Phase des schichtspezifischen Werkstoffs umgeben ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Füllstoffpartikel einen Kern auf, der von einem Mantel aus einem thermoplastischen Material umgeben ist, welcher Kern einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der Mantel.
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Bei solchen ummantelten Partikeln wird beim Erhitzen im vorliegenden Verfahren lediglich die äußere Hülle angeschmolzen, während die Partikelstruktur der Kerne erhalten bleibt. Der Kern kann beispielsweise ein duroplastischer Kunststoff sein, während der Mantel ein thermoplastischer Kunststoff ist. Denkbar ist auch, dass die Füllstoffpartikel die Form von Dragees aufweisen, wobei der Kern des Dragees beispielsweise aus einem anorganischen Material besteht.
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Bei dem thermoplastischen Material der Füllstoffpartikel kann es sich vorzugsweise um Polyethylen oder um Polyacryl handeln.
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Die Füllstoffpartikel können bevorzugt in einem elektrostatischen Feld vor dem Erhitzen ausgerichtet werden.
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Die Werkstoffe der Schichten können vorzugsweise aus den folgenden Gruppen ausgebildet sein:
Organische Materialien wie etwa Holz oder Kork;
anorganische Materialien wie etwa Stein, Keramik oder Gips;
sowie sogenannte ”wood plastics composites” (WPC), d. h. Holz-Plastik-Verbundwerkstoffe.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens können die Schichten derart gestreut sein, dass zwischen den Partikeln Hohlräume verbleiben. Diese Hohlräume füllen sich während des Zusammensinterns des Schichtgebildes mit dem aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoffmaterial des Füllstoffs. Auf diese Weise fördern die Hohlräume die Bildung der kontinuierlichen Phase.
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Weiter vorzugsweise kann vor dem Erhitzen eine Färbung der Oberfläche des Schichtgebildes stattfinden, etwa durch einen Pigmentzusatz oder durch ein Düsenauftragsverfahren.
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Das oben erwähnte Thermofix-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von zumeist plattenförmigen Gegenständen, die z. B. aus Naturfasern und Kunststoffgranulaten oder Kunststofffasern hergestellt werden. Die Materialien werden auf ein Band aufgestreut und hier durch ein weiteres Band abgedeckt und im weiteren Verlauf einem relativ begrenzten Druck sowie einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Im Gegensatz zur Herstellung herkömmlicher Laminatplatten ist der anzuwendende Druck wesentlich geringer. Die Kunststoff- und Naturfasermaterialien werden im Zuge der Wärmebehandlung verbunden, verschmolzen oder zusammengesintert.
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Beispielsweise können Partikel eines Naturfaser-Werkstoffs wie etwa Holzmehl mit der gleichen Volumenmenge von gefärbten Polyamidfasern gemischt werden, die hier die Rolle der Füllstoffpartikel einnehmen. Das Partikelgemisch wird in einer Schüttdicke von ca. 1,5 cm auf das Förderband aufgebracht und dem Thermofix-Verfahren unterzogen. Es entsteht dabei eine Platte, bei der die Holz- und Kunststoff-Partikel teilweise miteinander verschmolzen und teilweise durch angeschmolzene Fasern oder Faserbündel miteinander verbunden sind.
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Wenn alternativ Polyethylen-Fasern anstelle von Polyamid-Fasern verwendet werden, erhält man wegen des niedrigeren Schmelzpunktes von Polyethylen ein Gebilde, bei dem die Faserstrukturen weitgehend verschwunden sind und das Polyethylen sich in kontinuierlicher Phase um die Holz- oder Kunststoffkörner legt und mit dieser homogen verbunden ist.
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Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herzustellenden plattenförmigen Gebilde können beispielsweise eine dreischichtige symmetrische Trägerplatte darstellen, die entweder zwei äußere harte Schichten und eine elastische innere Schicht oder zwei äußere elastische Schichten und einen harten Kern besitzt. Dabei durchdringen sich die einzelnen Schichten in deutlichem Maße, so dass eine Trittschallverbesserung erzielt und der Gehkomfort verbessert wird. Die Stabilität ist ausgezeichnet.
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Die plattenförmigen Gebilde werden von einer kontinuierlichen Phase durchzogen, in deren Innerem eine weitgehende Durchdringung der unterschiedlichen Bestandteile erfolgt ist.
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Auf diese Weise kann eine hohe Biegefähigkeit und Zugfestigkeit erreicht werden. Bei Anwendung des Thermofix-Verfahrens, das weitgehend drucklos arbeitet, bleibt nach Verfestigung die dreidimensionale Struktur bestehen. Bei Anwendung von Preßverfahren wäre dies nicht der Fall.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus einer Platte, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist;
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2 zeigt eine zweischichtige Platte als Erzeugnis des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der aus der ersten Schicht in die zweite Schicht vertikale Stützstrukturen eingewachsen sind; und
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3 entspricht 2, zeigt jedoch einen mehrschichtigen Aufbau mit alle Schichten durchdringende Stützstruktur.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Platte, die durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist. Die Platte besteht aus einem Materialgemisch, das einen schichtspezifischen Werkstoff 10 aus Naturfaserteilen wie z. B. Holzmehl und faserförmige Kunststoffpartikel als Füllstoff umfaßt. Im Inneren haben sich im Zuge der Anwendung des Thermofix-Verfahrens vertikale Strukturen 12 ausgebildet, und zwar durch Anschmelzen der faserförmigen Füllstoffpartikel, die miteinander sowie auch mit den Partikeln des schichtspezifischen Werkstoffs 10 eine feste Verbindung eingehen. Das Partikelgemisch der Platte wird somit zusammengesintert. Versuche haben gezeigt, dass die Biegesteifigkeit der Platte auf diese Weise verbessert werden kann. In ihrem Inneren bildet der schichtspezifische Werkstoff 10 eine kontinuierliche Phase, in welcher die Strukturen 12, die aus den Füllstoffpartikeln gebildet werden, eine diskontinuierliche Phase bilden, die die kontinuierliche Phase durchzieht.
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2 zeigt das Ergebnis der Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Vorgesehen sind zwei übereinanderliegende Schichten 14, 16, die im vorliegenden Fall aus unterschiedlichen Materialgemischen gebildet werden. Während die Schicht 14 einen anderen schichtspezifischen Werkstoff enthält als die Schicht 16, enthalten beide Schichten 14, 16 gleichermaßen Partikel eines Füllstoffs, der beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff sein kann. Beispielsweise kann es sich auch um Fasern oder um Faserbündel handeln, die einen duroplastischen Kunststoffkern aufweisen, der mit einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt ist.
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Die Schichten 14, 16 werden gebildet durch sukzessives Aufstreuen der jeweiligen Partikelgemische der einzelnen Schichten. Zunächst wird also die untere Schicht 16, d. h. ein Gemisch eines ersten Werkstoffs mit den Füllstoff-Partikeln auf eine Unterlage gestreut, und anschließend ein Gemisch eines zweiten Werkstoffs mit den Füllstoff-Partikeln zur Bildung der oberen Schicht 14. Im Thermofix-Verfahren wird das Schichtgebilde unter Anwendung eines sehr geringen Drucks auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Kunststoffs der Füllstoffpartikel. Es bilden sich somit vertikale Strukturen aus, die in 2 mit 18, 20 bezeichnet sind. Diese Strukturen verbinden die beiden Schichten 14, 16 zu einer festen Einheit, die eine hohe Stabilität aufweist. Das gesamte Schichtgebilde in 2 ist von der vertikalen Struktur der miteinander verschmolzenen Füllstoffpartikel durchzogen, die eine diskontinuierliche Phase in der Platte bilden.
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3 zeigt eine Platte mit mehrschichtigem Aufbau mit einer alle Schichten 22, 24, 26, 28 durchdringenden Stützstruktur, deren einzelne Strukturelemente nicht im wesentlichen vertikal, sondern hier dreidimensional ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Füllstoffpartikel läßt sich bei Wahl eines geeigneten Materials durch Anlegen eines elektrischen Felds vor Durchführung des Thermofix-Verfahrens verbessern.
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Es ist möglich, durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens Platten mit einer Schichtstruktur zu schaffen, in welcher die Schichten unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Diese lassen sich durch Wahl eines geeigneten schichtspezifischen Werkstoffs für die jeweilige Schicht erreichen. Der Zusammenhalt der Schichten wird durch die Bildung der vertikalen Strukturen erreicht, die durch Verschmelzen der Füllstoffpartikel gebildet werden. Wie insbesondere in 3 angedeutet ist, existieren im Endprodukt keine eindeutigen Trennschichten zwischen den Materialschichten mehr.
