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Die Erfindung richtet sich auf Holz-Kunststoff-Kombinationen, Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung dergestalt erhaltener Holz-Kunststoff-Kombinationen.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Holz-Kunststoffkombination umfassend ein WPC-Substrat (wood plastic composites Substrat) für die Verwendung als Lärmschutzkomponente im Konstruktions- und Baubereich.
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Das Thema „WPC” hat in den letzten Jahren zunehmend Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Gute Überblicke über den Stand der aktuellen Entwicklungen erhält man unter anderem in „Stadlbauer, Sehnal, Weiermayer, Wood Plastic Composites, Berichte aus Energie- und Umweltforschung 68/2006, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit), Radetzkystraße 2, 1030 Wien, Osterreich” oder auch bei „A. A. Klyosov, Wood-Plastic Composites, Wiley & Sons, 1. Auflage 2007”.
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Historisch betrachtet werden Vollholz und traditionelle Holzwerkstoffe in der Regel als Bau- und Möbelwerkstoffe genutzt. Die WPC-Materialien haben die klassischen Anwendungsbereiche aufgrund von verbesserten Formgebungsverfahren um wesentliche neue Einsatzmoglichkeiten erweitert. WPC entstammt einer Verbindung von Holzfasern oder -partikeln mit einer Kunststoffmatrix (in der Regel aus thermoplastischen Kunststoffen) und wird vorwiegend im Extrusions- aber auch im Spritzgussverfahren hergestellt.
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Bei der ursprunglichen Entwicklung der WPCs in Nordamerika wurde Holz primar als billiger Fullstoff eingesetzt. Die Kosten für die Holzspane liegen bei etwa einem Zehntel der alternativ dafur eingesetzten Kunststoffe, womit der Holzanteil die Materialkosten im Produkt verbilligt. Im Vergleich zu den eingesetzten Kunststoffen (besonders haufig werden Polyolefine eingesetzt) besitzt Holz einen hoheren Elastizitätsmodul, so dass sich bei einer optimierten Holz-Kunststoff-Kombination gegenuber dem reinen Kunststoff auch bessere mechanische Eigenschaften ergeben. Neben einer prozesstechnischen Optimierung ist die derzeitige Weiterentwicklung der WPC sehr stark auf die Optimierung der Produkteigenschaften bzw. auf für bestimmte Einsatzzwecke maßgeschneiderte Eigenschaften ausgerichtet.
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Durch ständig zunehmende Verkehrsdichte werden immer größere Regionen mit immer stärker steigenden Verkehrslarmpegeln konfrontiert. Dies erfordert zunehmend den Einsatz von Lärmschutzwänden oder Larmschutzwällen und Larm mindernden Wand- und Fassadenverkleidungen. Vor allem auf Brücken werden Larmschutzlosungen gefordert, die effizient Schall mindern, standsicher sind, eine hohe Resistenz gegenüber Durchbiegung unter Windlast besitzen und die gleichzeitig ein geringes Flächengewicht besitzen, um die Statik der Brücke nicht zu sehr zu belasten. Sehr häufig werden für solche Lärmschutzwande Komponenten aus absorbierenden Aluminiumkassetten oder transparente Fenster aus mineralischem Glas oder Acrylglas verwendet. Es gibt jedoch Bereiche, in denen transparente Materialien aus akustischen Grunden nicht einsetzbar sind. Andererseits konnen nicht transparente Materialien ebenfalls nachteilig sein. So mussen beispielsweise Aluminiumpaneele unter hohem Energieaufwand hergestellt werden, was ökologische und/oder Kostennachteile mit sich bringt.
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Die bekannten WPC-Materialien lassen sich nicht wirksam im Lärmschutz einsetzen. Aufgrund der verwendeten Materialien unterliegen WPC-Materialien in der Regel im Außenbereich einer Veränderung durch Witterungseinflusse, sofern sie nicht durch eine Oberflachenvergütung geschützt werden. Außerdem sind die Lärmschutzeigenschaften bekannter WPC-Materialien nicht ausreichend.
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Neben den WPC-Materialien existieren außerdem auch Verbundwerkstoffe aus Holzspänen oder -schnipseln, die durch spezielle Beton- oder Zementsorten miteinander verklebt werden, um als poröse, strukturierte Oberflächenlage auf einer gegossenen Betonplatte als Schall absorbierende Lage eingesetzt zu werden. Der Nachteil solcher Elemente ist deren erhebliches Eigengewicht aufgrund des eingesetzten Betons.
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Unter Berücksichtigung des hierin genannten und diskutierten Standes der Technik war es daher eine Aufgabe der Erfindung, in Zeiten knapper werdender Energie- und Rohstoffressourcen, Produkte mit hoher Witterungsbestandigkeit unter geringem Energieaufwand mit möglichst hohem Anteil nachwachsender Rohstoffe oder recycelter Rohstoffe als den Lärmschutzwandsysteme einzusetzen. Zugleich sollten die verwendeten Materialien selbst moglichst gut recyclebar sein. Es soll auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Produkte bereitgestellt werden, ebenso wie die Verwendung dieser Produkte angegeben werden soll.
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Die Losung dieser Aufgabe sowie weiterer nicht einzeln genannter Aufgaben, die sich jedoch ohne Weiteres aus der einleitenden Diskussion des Standes der Technik ergeben oder ableiten lassen, gelingt mit einer Holz-Kunststoff-Kombination, welche alle Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Bevorzugte Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Holz-Kunststoff-Kombination sind Gegenstand der auf den unabhangigen Produktanspruch rückbezogenen Unteranspruche.
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Im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung solcher Holz-Kunststoffkombinationen liefert der Gegenstand des unabhangigen Verfahrensanspruches eine Losung der der Erfindung bezuglich des Verfahrens zugrunde liegenden Ansprüche. Vorteilhafte Verfahrensmodifikationen sind Gegenstand der abhangigen Verfahrensanspruche.
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Die Verwendung der erfindungsgemaßen Produkte sowie der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Produkte findet ihren Ausdruck in den Ansprüchen der entsprechenden Kategorie.
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Dadurch, dass eine Holz-Kunststoff-Kombination ein WPC-Substrat (wood plastic composites Substrat) in Verbindung mit einer Schicht und/oder Füllung aus partikulärem und/oder faserförmigem, verwobenen Material umfasst, gelingt es auf nicht ohne Weiteres absehbare Weise einen Werkstoff bereitzustellen, welcher die zuvor definierten Aufgaben auf hervorragende Art und Weise lost.
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Insbesondere weist die erfindungsgemäße Holz-Kunststoff-Kombination einen einfachen Aufbau auf, ist kostengünstig, kann aus wiederverwertetem Material bestehen und ist selbst wieder verwertbar. Die erfindungsgemaße Holz-Kunststoff-Kombination kann hervorragend zum Schallschutz eingesetzt werden. Je nach Ausfuhrungsform gelingt dies durch eine Kombination von Schall absorbierenden und Schall reflektierenden Eigenschaften der Kombination. Die erfindungsgemäße Holz-Kunststoff-Kombination kann derart ausgestaltet werden, dass Werte für die Absorption von Schall erreicht werden, welche alle einschlagigen Normen erfullen. Die erfindungsgemäße Holz-Kunststoff-Kombination ist dabei vielseitig und variabel an alle Erfordernisse anpassbar, insbesondere hat sie ein geringes Eigengewicht und ist besonders witterungsbeständig. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemaßen Holz-Kunststoff-Kombinationen ist einfach durchfuhrbar und nur mit vergleichsweise geringen Kosten durchführbar. Das Verfahren greift auf vorhandene Maschinen zurück und kann somit schnell und günstig bei den Herstellbetrieben implementiert werden.
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Die erfindungsgemäße Holz-Kunststoff-Kombination umfassen ein WPC-Substrat (wood plastic composites Substrat) in Verbindung mit einer Schicht und/oder Füllung aus partikularem und/oder faserförmigem, verwobenen Material. Hieraus folgt, dass die erfindungsgemaße Holz-Kunststoff-Kombination wenigstens zwei Komponenten aufweist. Zum einen ein WPC-Substrat, zum anderen ein partikuläres oder teilchenförmiges und/oder faserformig, verwobenes Material. Diese beiden Bestandteile stehen im Sinne der Erfindung in einer bestimmten Beziehung zueinander und Verbindung miteinander. Hierbei wird unter dem „Miteinander in Verbindung stehen” im erfindungsgemäßen Sinne verstanden, dass die beiden Komponenten eine Kombination miteinander bilden. Diese kann durch eine feste und dauerhafte Verbindung, beispielsweise in Schichtform, realisiert werden, es ist aber genauso moglich, dass die Komponente des partikulären und/oder faserförmigen, verwobenen Materials von dem WPC-Substrat umfasst, sozusagen eingehullt, wird. Die Verbindung der beiden Komponenten kann dabei fest und dauerhaft ausgebildet sein, die Verbindung kann allerdings auch lose und losbar ausgebildet sein.
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WPC-Substrate im Sinne der Erfindung sind dem Fachmann an sich bekannt. Es handelt sich um eine Kombination eines organischen Biomaterials mit einem als Matrix dienenden Bindemittel.
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Zu mit Erfolg einsetzbaren Materialien für den organischen Biomaterialanteil des WPC-Substrats gehören unter anderem geschreddertes oder gemahlenes Holz, Holzspäne, Holzpellets oder Holzabfalle wie Sägemehl, aber auch andere holzähnliche Biomaterialen, wie Nussschalenmehl, Zellstoff, Chitin, Mehl von Kernen verschiedenster Früchte, faserige, pulverisierbare oder auf beliebige Art gemahlene Biomasse.
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Von den Biomaterialien ist Holz besonders bevorzugt. Holz wird in allen möglichen Formen eingesetzt, die Palette reicht von Holzmehl (leicht dosierbar, hat aber kaum verstarkende Eigenschaften) uber Holzfasern mit unterschiedlichen Geometrien bis hin zu den Pellets (leicht förder- und dosierbar, sie werden jedoch wegen des nicht konstanten Kompaktierungsgrades im Extruder unterschiedlich gut „aufgeschlossen”, d. h. sie konnen zu einer schwankenden Qualität des Endprodukts führen).
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Der Anteil an Biomaterial im WPC-Substrat kann uber einen weiten Bereich variieren. Im Allgemeinen liegt der Anteil an Biomaterial im WPC in einem Bereich zwischen 0,01 und 99,99 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte Gewicht des WPC-Substrats umfassend Biomaterial und Bindemittel. Zweckmaßig wird ein möglichst hoher Biomaterialanteil angestrebt, um die Kosten des Substrats günstig zu gestalten. Bevorzugt sind Bereiche von 10 bis 90 Gewichtsprozent, noch mehr bevorzugt sind Anteile im Bereich von 35 bis 85 Gewichtsprozent.
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Die Art und Große, sowie die Verteilung der Biomaterialien im WPC-Substrat kann dabei die Festigkeit und Elastizität des WPC-Substrats beeinflussen. Die verwendete Biomasse kann pulverformig, irregulär gebrochen, faserig oder plättchenförmig sein. Bevorzugt ist sie faserig und/oder pulverformig. Der Fachmann kann Art, Struktur, Große und Verteilung des Biomaterials im WPC-Substrat ohne unzumutbaren Aufwand mit üblichen Routineversuchen an die gewunschten Zielwerte der Stabilitat und Elastizität anpassen. Wertvolle Hinweise hierzu sowie weitere Literaturverweise erhalt er aus den eingangs erwähnten Monographien. So ist fur Holzmaterialien bekannt, dass beispielweise ein direkter Zusammenhang zwischen Holzart und Festigkeitseigenschaften zu erwarten ist. Weiters ist es absehbar, dass die Geometrie der Spane (Verhältnis Lange/Breite) die Festigkeitseigenschaften entscheidender beeinflusst als etwa die absolute Spangröße.
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Das Biomaterial, vorzugsweise Faser- und/oder Pulvermaterial, des WPC-Substrats wird von einer Matrix aus Bindemittel zusammengehalten. Als Matrixmaterialien eigenen sich grundsätzlich alle der Verarbeitung mittels Extrusions- und Spritzgießtechniken zuganglichen Kunststoffe. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe als Bindemittel eingesetzt. Zu den mit besonderem Erfolg einsetzbaren Bindemitteln gehören unter anderem Polymethyl(meth)acrylate (PMMA), Polycarbonate (PC), Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalate (PET) und (PETG), Polyvinylchloride (PVC), Polyolefine, vorzugsweise Polypropylene (PP) oder Poylethylene (PE), Polystyrole (PS), Styrol-Acrylnitrile (SAN) sowie Acrylnitril-Butadien-Styrole (ABS). Die Thermoplaste kommen als Bindemittel für die Matrix des WPC entweder allein oder in Mischung von zwei oder mehr Sorten zum Einsatz. Für die Zwecke der Erfindung haben sich Bindemittel auf Basis von PMMA, PC, und insbesondere auf Basis von Polyolefinen (PE) sowie (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und Polystyrol (PS) bewahrt. Von ganz besonderem Interesse fur die Erfindung ist der Einsatz eines Bindemittels auf Basis von Polymethyl(meth)acrylat (PMMA).
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Hier sowie in der Beschreibung steht der in Klammern gesetzte Bestandteil (Meth) eines Polymeren für den Einsatz des Methacrylats und/oder Acrylats.
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Von den Bindemitteln sind weiters auch solche besonders bevorzugt, die einen relativ niedrigen Schmelzbereich haben, damit die thermische Schädigung der Biomasse während des Herstellprozesses möglichst vermieden werden kann.
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Neben der Biomasse sowie dem Bindemittel kann das WPC-Substrat optional alle in der Kunststoffverarbeitung bekannten Additive in Mengen von 0 bis zu 300 Gewichtsteilen aufweisen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Biomasse + Bindemittel. Bevorzugt werden Mengen im Bereich von 1 bis 150 Gewichtsteilen, noch zweckmaßiger sind 2 bis 50 Gewichtsteile. Als Additive werden – je nach Anwendung – alle in der Kunststoffindustrie bekannten Zusatzstoffe gebraucht, wie etwa UV-Stabilisatoren, Antioxidantien, Gleitmittel, Schlagzähmodifizierer, Hitzestabilisatoren und dergleichen mehr. Einen Spezialfall stellen die sogenannten „Coupling agents” dar, die eine Verbesserung der Biomasse (vorzugsweise Holzfaser) – Kunststoffmatrix – Haftung bewirken sollen. Diese bestehen im Regelfall aus einer polaren Gruppe und aus einem langen, unpolaren Kettenrest (z. B. Maleinsäureanhydrid gepfropft auf PP).
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Erfindungsgemäß besonders bevorzugte WPC Materialien bestehen aus einem cellulosehaltigen Material, insbesondere Holz, und einem PMMA umfassenden Kunststoff. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich dabei um WPC-Materialien gemäß der
DE 10 2010 030 927 oder der
DE 10 2010 030 926 . Zur Vermeidung reiner Textwiederholungen wird der Gegenstand dieser Patentanmeldungen hiermit explizit und vollumfänglich in den Inhalt der vorliegenden Erfindung mit einbezogen.
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Die Form oder äußere Gestalt des WPC-Substrats sowie sein Erscheinungsbild können leicht an alle Erfordernisse des angestrebten Einsatzgebietes angepasst werden. Grundsätzlich sind alle Formen zugänglich, die auf dem Wege des Extrusions- oder Spritzgießverfahren erhalten werden können. So sind alle Profile aber auch unregelmaßige oder komplexe Formen, die nicht dem Stranggussverfahren sonder gegebenenfalls nur nach dem Spritzgiessverfahren zuganglich sind, herstellbar. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemaßen Holz-Kunststoff-Kombination sieht vor, dass das WPC-Substrat flächig ist. Vorzugsweise ist es plattenformig. Die flachigen WPC-Substrate können massiv sein. Das WPC-Substrat kann bevorzugt auch hohl sein. Im letzteren Fall spricht man von einer so genannten Hohlkammerplatte.
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Hohlkammerplatten bestehen grundsatzlich aus zwei oder mehreren Gurtplatten mit dazwischen liegenden Vertikal- und/oder Diagonalstegen. Diese Struktur verleiht den Platten eine hohe Steifigkeit bei geringem Eigengewicht und gute Wärme dammende Eigenschaften. Aufgrund dieser Eigenschaften finden Hohlkammerplatten, vorzugsweise hergestellt aus den Kunststoffen Polymethylmethacrylat, Polycarbonat oder Polyvinylchlorid, ublicherweise Verwendung im gewerblichen Bereich, z. B. fur Gewachshauser, Industrie- und Sporthallen, und im privaten Bereich, z. B. für Pergolen-, Terrassenüberdachungen und Wintergärten.
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Hohlkammerplatten basierend auf Polyolefinen finden bislang Anwendung als Verpackungsmaterial.
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Hohlkammerplatten werden durch Extrusion mittels eines dem Querschnitt entsprechenden Werkzeuges durch gleichzeitige Ausbildung der Außen- und Mittelschichten (Außen- und Mittelgurte) und der Stege erzeugt.
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Haufigste Ausführungsform sind die Stegdoppelplatte sowie die Stegdreifachplatte, bei welchen die Stege in regelmäßigen Abstanden zueinander senkrecht zur Plattenebene verlaufen, so dass im Querschnitt das Bild von sich aneinanderreihenden rechteckigen Kammern entsteht.
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Im Rahmen der Erfindung sind grundsätzlich alle bekannten Hohlkammerplattengeometrien als WPC-Substrate verwendbar. So können Platten mit zwei, drei oder vier Gurten mit vertikalen Stegen oder schragen Stegen oder Kombinationen davon eingesetzt werden.
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Die Dicke der Gurte ist im Allgemeinen unkritisch. Die Dicke soll jedoch hinreichend groß sein, um zum einen eine ausreichende Gesamtstabilitat der Hohlkammerplatte zu gewährleisten, und zum anderen soll eine Planlage der gesamten Platte erreicht werden. Ist die Dicke der Gurte zu gering, so können Schwankungen der Dicke aus dem Fertigungsprozess der Hohlkammerplatte resultieren, insbesondere in den Bereichen der Stege, welche nach Moglichkeit zu vermeiden sind.
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Aufgrund der Einfachheit der Fertigung und des geringen Preises sind Hohlkammerplatten mit vertikalen Stegen fur die erfindungsgemäße Verwendung als WPC-Substrat ausreichend und besonders bevorzugt. Weiterhin ist besonders die Verwendung einer Hohlkammerplatte bevorzugt, die in Form einer Schragstegdoppelplatte oder einer so genannten Fachwerkplatte ausgefuhrt ist.
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Zusatzlich zum WPC-Substrat weist die erfindungsgemäße Holz-Kunststoff-Kombination als essentiellen Bestandteil so genanntes partikulares und/oder faserformiges, verwobenes Material auf. Unter partikulärem bzw. partikelförmigem bzw. teilchenförmigem Material werden im Rahmen der Erfindung Teilchen oder gleichbedeutend Partikel verstanden. Die mit dem WPC-Substrat in Verbindung befindlichen Partikel konnen eine beliebige Form aufweisen. Sie können regelmäßig oder irregulär geformt sein. Vorzugsweise sind die Partikel im Rahmen der Erfindung regulär geformt, besonders zweckmäßig sind die Partikel sphärisch geformt. Der Begriff sphärisch bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Partikel vorzugsweise eine kugelförmige Gestalt aufweisen, wobei dem Fachmann offensichtlich ist, dass aufgrund der Herstellungsmethoden auch Partikel mit anderer Gestalt enthalten sein können, oder dass die Form der Partikel von der idealen Kugelgestalt abweichen kann. Die Große der Partikel kann über einen weiten Bereich variieren. So können die Partikel eine enge Größenverteilung aufweisen, sie können aber auch uneinheitlicher sein, das heißt uber eine relativ breite oder auch „weite” Größenverteilung verfügen. Bevorzugt für die Erfindung sind enge Großenverteilungen, d. h. Partikel mit einer moglichst einheitlichen Verteilung der Große und Homogenitat der Partikel.
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Die Partikel selbst können massiv oder porös sein. Für die Zwecke der Erfindung werden porose Partikel ganz besonders bevorzugt. Grundsätzlich versteht man unter Porositat von Partikeln im Rahmen der Erfindung ein Maß fur die Dichte eines Stoffes oder Stoffgemisches mit Hohlraumen. Sie ist die relative Dichte in Vergleich zum massiven Stoff. Die Porosität wird als dimensionslose Zahl angegeben und setzt sich zusammen aus der Summe der Hohlräume des partikulären Materials, die untereinander und mit der Umgebung in Verbindung stehen (offene Porosität) und den nicht miteinander verbundenen Hohlraumen (geschlossene Porosität). Die Porosität des fur die Zwecke der Erfindung mit sehr gutem Erfolg einsetzbaren porösen partikulären Materials liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,7, besonders vorteilhaft im Bereich von 0,25 bis 0,65 und noch mehr bevorzugt zwischen 0,3 und 0,6.
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Zu mit gutem Erfolg mit dem WPC-Substrat in Verbindung stehenden, d. h. in Kombination befindlichen, Partikeln gehoren sowohl Teilchen aus anorganischem Material als auch solche Partikel, deren Material organischen Ursprung hat. Auch Mischungen von Partikeln aus anorganischem und organischem Material sind möglich ebenso wie Mischpartikel auf anorganischer und organischer Basis.
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Unter den Partikeln aus anorganischem Material sind beispielsweise solche auf Basis von Siliziumdioxid zweckmäßig. Zu dergestalt einsetzbaren Partikeln gehoren unter anderem Sand, Quarzsand, gemahlenes Recycling-Glas und dergleichen mehr.
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Partikel organischen Ursprungs umfassen bevorzugt Formmassepartikel auf Basis von thermoplastischer Formmasse. Hierzu gehören unter anderem PMMA-Formmasse Partikel oder WPC-Formmasse Partikel. Unter Formmasse wird in diesem Zusammenhang eine thermoplastisch verarbeitbare, d. h. durch Strangguss und/oder Spritzguss uber den thermoplastischen Zustand formbare Masse verstanden. Solche Formmassepartikel sowie Wege zu ihrer Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Eine häufig eingesetzte Methode zur Herstellung von Kunststoffen in Partikelform ist beispielsweise die Suspensions- oder Perlpolymerisation. Bekannt ist ebenfalls das Verfahren der Emulsionspolymerisation. Bei der Perlpolymerisation werden die zu polymerisierenden Monomere (beispielsweise MMA oder Styrol) und ein Vernetzer (beispielsweise Divinylbenzol) zusammen mit geringen Mengen eines Radikalstarters (beispielsweise Azobisisobutyronitril) in eine Flussigkeit, mit der sie sich nicht vermischen, gegeben. Durch starkes Rühren entstehen Flussigkeitsperlen aus dem zu polymerisierenden Gemisch. Die Größe dieser Perlen hangt u. a. von der Rührgeschwindigkeit ab. Durch Erhöhung der Temperatur kommt es zur Polymerisation in diesen Flussigkeitsperlen und man erhalt das bekannte Perlpolymerisat.
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Besonders bevorzugte Beispiele fur faserförmige, verwobene Materialien im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Glaswolle, Steinwolle oder andere witterungsbestandige, faserformig, verwobene Materialien künstlichen oder naturlichen Ursprungs.
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Das partikulare und/oder faserförmige, verwobene Material kann nun im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise mit dem WPC-Substrat kombiniert sein. In jedem Fall ist jedoch darauf zu achten, dass durch die Kombination des partikulären und/oder des faserformigen, verwobenen Materials mit dem WPC-Substrat eine Schallabsorption erreicht wird.
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Dies kann einerseits dadurch geschehen, dass die einer möglichen Schallquelle zugewandte Seite eines WPC-Substrats mit partikulärem Material ausgerüstet wird. So kennzeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der Holz-Kunststoff-Kombination gemaß der Erfindung dadurch, dass das partikulare Material in Form einer Schicht auf eine Oberfläche des WPC-Substrats aufgebracht ist. Das Partikelmaterial dient in diesem Fall als Schallschluckmaterial, wobei es besonders zweckmaßig ist, wenn das Partikelmaterial porös ausgebildet ist. Der Schall wird um so besser vernichtet, je poröser das Material und je großer die Oberflache des Materials. Dieser Effekt kann in noch einer bevorzugten Abwandlung der erfindungsgemäßen Holz-Kunststoff-Kombination dadurch unterstützt werden, wenn die Schicht des partikularen Material zur Vergroßerung der Oberflache selbst strukturiert ist. Dies bedeutet, dass die Schicht selbst wellenförmig ausgebildet ist, Rippen und/oder Noppen umfasst, in Form von Eierkartonstrukturen und dergleichen mehr vorliegt.
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Neben der Anbringung der Schallschluckschicht aus Partikelmaterial auf der Außenseite eines WPC-Substrats ist es in noch einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Holz-Kunststoff-Kombination bevorzugt, dass die Schicht aus partikulärem und/oder faserformigem, verwobenen Material als Fullung im Innern einer Hohlkammerplatte, die als WPC-Substrat fungiert, angeordnet ist. Die Fullung kann bevorzugt als Schüttung in den hohlen Innenraumen einer Platte vorliegen. Die Schuttung kann den Innenhohlraum vollständig ausfullen oder nur partiell. Schon mit einer teilweisen Füllung des Innenhohlraums der Kammern einer hohlen Platten lässt sich ein merklicher Schallschluckeffekt erzielen. Bevorzugt ist es dabei, wenn die zur Vernichtung der Schallwellen im Innern der Hohlkammerplatte angeordneten Partikel über eine möglichst große Oberfläche verfügen. Daher ist auch hier eine möglichst hohe Partikeldichte aus Partikeln mit einer möglichst großen Porosität bevorzugt.
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In einer besonders günstigen Ausführungsform kennzeichnet sich die Holz-Kunststoff-Kombination der Erfindung dadurch, dass als WPC-Substrat eine Hohlkammerplatte dient, wobei die Hohlkammerplatte wenigstens zwei Gurte aufweist, wobei ein die Schicht aus porösem Material nach außen begrenzender Gurt perforiert ist. Dadurch, dass der Außengurt Locher aufweist wird der Zutritt der Schallwellen zu der als Füllung im Innern der Hohlkammerplatte vorliegenden Partikelschicht oder Schicht aus faserförmigem, verwobenen Material ermöglicht und die Absorption und Vernichtung des Schalls wird deutlich gefordert.
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Eine ganz besonders zweckmäßige und wirksame Ausfuhrungsform einer Holz-Kunststoff-Kombiation wird gemaß der Erfindung dadurch erreicht, dass man sowohl die einer potentiellen Schallquelle zugewandte Seite des WPC-Substrats mit einer Schicht aus Partikeln und/oder faserförmigem, verwobenen versieht und zugleich als WPC-Substrat eine Hohlkammerplatte verwendet, deren Innenkammern mit einer erfindungsgemaßen Fullung gefullt sind, wobei der zur Schallquelle gewandte Gurt der Hohlkammerplatte Perforationen aufweist, welche den Schall in die mit der Füllung versehenen Kammern eintreten lässt, die aber zugleich so gestaltet sind, dass ein „Auslaufen” der Füllung im Falle einer Partikelschüttung als Füllung ausgeschlossen ist. Dies kann bevorzugt dadurch geschehen, dass die Öffnungen sich zum Platteninnern verjungend ausgebildet sind – mithin also konisch – und/oder dass die Schuttung nicht lose sondern mittels eines geeigneten Adhäsivs im Innern der Kammern fixiert ist.
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Zur Klarstellung sei an dieser Stelle noch einmal betont, dass die Eignung der erfindungsgemäßen Materialien zum Einsatz im Bereich Schallschutz nicht allein auf deren Schall absorbierenden Eigenschaften beruht bzw. beruhen muss. In Anwendungsgebieten in denen die möglichst vollstandige Schallabsorption notwendig ist, konnen die erfindungsgemäßen Materialien entsprechend wie oben beschrieben ausgestattet werden. Es gibt jedoch auch Einsatzgebiete, in denen es hauptsachlich um Schalldammung geht bzw. die Ausbreitung des Schalls nach einer Richtung möglichst unterbunden werden muss. In diesen Anwendungsgebieten kann man sich neben den oben beschriebenen Schallabsorptionseigenschaften der erfindungsgemäßen Materialien auch die Schall reflektierenden Eigenschaften von WPC-Materialien zu nutze machen. Durch geeignete Kombination von z. B. Schall schluckender erfindungsgemaßen Fullung und Schall reflektierender Oberfläche der WPC-Materialien oder durch teilweise erfindungsgemaß Schall schluckend ausgestaltete Oberflache und teilweise Schall reflektierend belassener Oberflache konnen die erfindungsgemaßen Materialien an das entsprechende Anforderungsprofil der geplanten Anwendung angepasst werden.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Holz-Kunststoff-Kombinationen umfassend ein WPC-Substrat (wood plastic composites Substrat) in Verbindung mit einer Schicht aus partikulärem Material, bei welchem Verfahren man
- a) ein Substrat aus einer Holz-Kunststoff-Kombination (WPC-Substrat) formt; und
- b) das geformte Substrat mit partikularem und/oder faserförmigen, verwobenen Material versieht.
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Gemäß dem Verfahren der Erfindung lassen sich WPC-Substrate beliebiger Form herstellen. So kann man im Spritzguß auch schwierige Geometrien mit (Unterschneidungen oder mit unterschiedlichen Stärken in verschiedenen Bereichen des WPC-Substrats fertigen. Zweckmaßig sind allerdings Verfahrensabwandlungen, die sich dadurch kennzeichnen, dass man im Schritt a) flachige Substrate formt.
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Von besonderem Interesse sind Verfahrensvarianten, die sich dadurch auszeichnen, dass man in Schritt a) eine massive Platte formt.
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Ebenfalls besonders zweckmäßig sind Verfahren, bei denen man in Schritt a) eine Hohlkammerplatte formt.
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Sowohl die massiven Platten als auch beliebige Hohlkammerplatten werden vorzugsweise durch Extrusion geformt.
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Extrusion ist ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von Profilen (Hohlkammer- oder Vollprofile) oder Granulat. Grundsätzlich unterscheidet man die Direktextrusion (einstufiger Prozeß, bei dem das Mischen der Komponenten und die Profilerzeugung in einem Verfahrensgang im Extruder erfolgt) und die Extrusion von Vormischungen (dabei wird in einem ersten Schritt das Granulat erzeugt, welches dann in einem anderen Extruder zum Profil extrudiert wird). Beim Extruder gibt es heute prinzipiell 3 Typen, die fur die WPC-Extrusion eingesetzt werden, nämlich den konischen Doppelschneckenextruder, den parallelen Doppelschneckenextruder und den Einschneckenextruder. Der konische Doppelschneckenextruder ist dabei die bevorzugte Maschine fur die WPC-Extrusion. Der Hauptvorteil der konischen Schnecken – großer Durchmesser im Einzugsbereich und kontinuierliche Kompression durch die konischen Schnecken – favorisiert diese Maschine für hochgefüllte Systeme, da man doch sehr hohe Materialverdichtungen im Extruder bewerkstelligen muss. Die doch relativ kurze Bauweise garantiert eine kurze Verweilzeit der Schmelze im Extruder und reduziert somit die thermische Belastung der Holzspäne. Einschneckenextruder werden dort verwendet, wo man als Rohstoff das fertige Granulat einsetzt, da die Mischwirkung im Vergleich zu den Doppelschneckenextrudern doch wesentlich schlechter ist. Der Hauptvorteil ist der wesentlich niedrigere Preis. Die einzelnen Prozessschritte sind nun eventuell Vortrocknen der Holzfasern, Komprimieren und Plastifizieren im Extruder, Entspannen und Entgasen (entweder atmospharisch oder mit Hilfe von Vakuum), weiteres Plastifizieren und Mischen, Formgebung im Werkzeug, Kalibrieren, Kuhlen, Ablängen und Oberflachenbehandlungen wie Bursten oder Folieren.
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Eine bevorzugte Variante des Verfahrens der Erfindung sieht dabei vor, dass man in Schritt b) auf eine nach außen gewandte Oberflache der Platte thermoplastische Partikel aufbringt und die aufgebrachten Partikel thermisch auf der Oberflache fixiert.
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Eine andere bevorzugte erfindungsgemäße Verfahrensvariante beinhaltet, dass man für den Fall, dass man ein WPC-Substrat in Form einer Hohlkammerplatte in Schritt a) formt, in Schritt b) einen Hohlraum oder den gesamten Hohlraum der Hohlkammerplatte mit einer Füllung aus partikulärem und/oder faserförmigem, verwobenen Material füllt und denjenigen Gurt, welcher die Füllung nach Außen begrenzt, perforiert.
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Noch eine weitere besonders zweckmäßige Variante umfasst die Kombination der beiden zuvor beschriebenen Verfahren, nämlich die Beschichtung der Außenseite des WPC-Substrats, sowie die erfindungsgemaße Fullung der Innenräume der hohlen Kammern des WPC-Substrats.
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Fur das Verfahren der Erfindung lassen sich die Partikel auf der Oberfläche der Außenseite des WPC-Substrats auf jegliche denkbare Weise fixieren. So kann man bei einer Variante dergestalt vorgehen, dass man eine vorher hergestellte Platte erneut bis auf eine Temperatur unterhalb der Vicat-Temperatur des WPC-Substrats erwarmt, die Partikel, vorzugsweise Kunststoffformmasse in Partikelform, vor dem Erwärmen oder während des Erwärmens oder danach aufstreut und die Platte samt der aufgestreuten Formmassepartikel tempert, beispielsweise in einem Temperofen. Während des Temperns kommt es uber den zumindest teilweise fließfähigen Zustand zu einer ausreichend festen Verbindungsbildung (basierend auf physikalischen Bindungsprinzipien, im Gegensatz zu chemischen Bindungen) zwischen Partikeln und WPC-Substrat.
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Grundsätzlich kann man auch so vorgehen, dass man die Partikel auf den noch heißen WPC-Extrusionsstrang aufstreut, so dass die vergleichsweise kalten Partikel in die noch nicht endgültig erstarrte Oberfläche des WPC-Substrats teilweise einsinken konnen und so vom WPC-Substrat nach dessen Erstarrung teilweise eingeschlossen und fixiert werden.
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In noch einer weiteren Alternative ist es moglich, die Partikel und/oder das faserförmige, verwobene Material auf die extrudierte WPC-Platte aufzubringen und die Fixierung der Partikel mit einem Adhäsiv, Klebstoff oder mit Reaktivharz zu bewirken.
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Noch eine andere zweckmäßige Variante umfasst, dass man Partikel auf das WPC-Substrat aufstreut und die Partikel unter Einsatz von Mikrowellenstrahlung fixiert.
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Optional kann die Verbindung zwischen Partikeln und WPC-Substrat auch durch Warme in Verbindung mit Druck erreicht werden.
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Schließlich kann die Verbindung oder Kombination zwischen Partikeln und WPC-Substrat auch durch Coextrusion einer Massivplatte oder Stegplatte/Hohlkammerplatte (schalldichter, nicht-poroser Träger) und einer porösen Coex-Schicht erfolgen.
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Bei einer besonderen Variante des erfindungsgemaßen Verfahrens werden Hohlraume im Innern des WPC-Substrats mit partikularem Material in Verbindung gebracht. Dies geschieht zweckmäßig durch Einbringen einer Partikelschüttung in Hohlräume des Substrats.
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Eine besondere Variante des erfindungsgemaßen Verfahrens ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, dass man als partikuläres Material Kunststoffformmasse rezykliertes gebrochenes oder gemahlenes Silikatglas und als faserformiges, verwobenes Material Steinwolle oder Glaswolle oder eine Kombination von zwei oder mehr Sorten der vorgenannten Materialien einsetzt.
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Dabei geht man außerdem zweckmaßig so vor, dass man die dem Verkehr zugewandte Seite der WPC Hohlkammerprofile mit Lochern versieht und den Innenraum mit Formmassepartikeln, Steinwolle, Glaswolle, einer Schuttung aus rezykliertem gebrochenem oder gemahlenem Silikatglas oder anderen organischen oder anorganischen porösen Materialien befüllt.
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Zur Erfindung gehört auch die Verwendung der beschrieben Holz-Kunststoff-Kombinationen sowie die Verwendung nach dem erfindungsgemaßen Verfahren erhältlicher Holz-Kunststoff-Kombinationen. So erschließen sich zunachst universelle Einsatzmöglichkeiten in allen Bereichen des Lärmschutz. Aufgrund der universellen Formbarkeit des Materials sind der Anwendung praktisch keine Grenzen gesetzt. Hinzu kommt die Witterungsbestandigkeit des WPC-Materials.
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Bevorzugt ist die Verwendung einer Holz-Kunststoff-Kombination wie hierin beschrieben als Schall absorbierendes und/oder schalldämmendes Konstruktionselement.
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Besondere Varianten der Verwendung betreffen den Einsatz als akustische Paneele, Wand-, Decken- oder Fassadenverkleidung, Vorsatzschale vor Betonstutzwanden oder Tunnelwänden, Lärmschutzwandelement oder schalldammende Maschinenverkleidung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010030927 [0025]
- DE 102010030926 [0025]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Stadlbauer, Sehnal, Weiermayer, Wood Plastic Composites, Berichte aus Energie- und Umweltforschung 68/2006, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit), Radetzkystraße 2, 1030 Wien, Osterreich [0003]
- A. A. Klyosov, Wood-Plastic Composites, Wiley & Sons, 1. Auflage 2007 [0003]