DE102016015486A1

DE102016015486A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Extrudats

Info

Publication number: DE102016015486A1
Application number: DE102016015486.1A
Authority: DE
Inventors: Marc Oliver Eckert; Ulrich Spohde
Original assignee: Bulthaup GmbH and Co KG
Current assignee: Bulthaup GmbH and Co KG
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Extrudats, wobei in dem Verfahren: wenigstens ein Matrixmaterial, das aus wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff besteht oder wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, und wenigstens ein Füllstoff, der teilweise oder vollständig in dem Matrixmaterial eingebettet ist, entlang einer Förderrichtung eines Extruders in Richtung Austrittsöffnung des Extruders gefördert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Extrudats.
Das Verfahren zum Erzeugen eines Extrudats beeinflusst maßgeblich dessen Eigenschaften, sodass die Haptik und Wertigkeit eines Extrudats maßgeblich durch das Verfahren zur Erzeugung beeinflusst werden können. Insbesondere in der möbelverarbeitenden Industrie ist es von hoher Wichtigkeit, ein Extrudat zu schaffen, das einfach verarbeitet werden kann und dennoch in seinem Anwendungsbereich einer Vielzahl von Möglichkeiten offen steht. Dabei ist es insbesondere ein Ziel in der möbelverarbeitenden Industrie Oberflächen mit einem Extrudat abzudecken oder zu beschichten, da die Qualitätsanmutung eines Möbelstücks zu großen Teilen von dessen Optik und Haptik ausgeht.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Extrudats fortzubilden, um die vorstehend aufgeführten Probleme zu überwinden bzw. den oben aufgeführten Umständen Rechnung zu tragen.
Dies gelingt mit einem Verfahren, zum Erzeugen eines Extrudats, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Demnach ist vorgesehen, dass in einem solchen Verfahren wenigstens ein Matrixmaterial, das aus wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff besteht oder wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, und wenigstens ein Füllstoff, der teilweise oder vollständig in dem Matrixmaterial eingebettet ist, entlang einer Förderrichtung eines Extruders in Richtung Austrittsöffnung des Extruders gefördert wird.
Das Vorsehen des thermoplastischen Kunststoffs, in dem teilweise oder vollständig ein Füllstoff eingebettet ist, erzeugt ein Extrudat, welches für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen herangezogen werden kann.
Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial und der Füllstoff beim Fördern in Richtung Austrittsöffnung erwärmt werden, um das Matrixmaterial in einen fließfähigen Zustand zu überführen. Vorzugsweise soll das Material und der Füllstoff auf eine Temperatur im Bereich von 150°C bis 340°C, bevorzugterweise auf eine Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C erwärmt werden. Durch das Erwärmen des Matrixmaterials geht dieses in einen fließfähigen Zustand über und ermöglicht somit ein Umschließen eines Füllstoffs, bzw. eines Partikels eines Füllstoffs. Da vorzugsweise in dem erwärmten Temperaturbereich nur das Matrixmaterial in einem fließfähigen Zustand vorliegt und der Füllstoff seinen festen Aggregatszustand beibehält, wird der Füllstoff von dem Matrixmaterial umströmt und bettet sich somit in dem Matrixmaterial ein.
Gemäß einer Fortbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Extrudat in Form von Granulat durch wenigstens einen dem Extrudieren nachgelagerten Arbeitsschritt erhalten wird oder dass das Extrudat in granularer Form extrudiert wird, vorzugsweise durch Luftheißabschlaggranulierung im Bereich der Austrittsöffnung des Extruders. Für eine spätere Verarbeitung kann es von Vorteil sein, wenn das Extrudat in granularer Form vorliegt. So kann damit beispielsweise zentral an einem Ort eine große Menge des Extrudats hergestellt und in granularer Form aufbewahrt oder verpackt werden. Ist es dann erforderlich, das Granulat seinem Bestimmungszweck zuzuführen, beispielsweise zum Beschichten eines Möbelstücks, kann das in Granulatform vorliegende Extrudat einem Extruder zugeführt werden, der die zugeführte Mischung des Matrixmaterials und des Füllstoffs entsprechend ausbringt.
Ferner kann nach dem Verfahren vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Matrixmaterial dem Extruder über wenigstens eine erste Zufuhr zugeführt wird, der Füllstoff dem Extruder über wenigstens eine zweite Zufuhr zugeführt wird, wobei die erste Zufuhr stromaufwärts der zweiten Zufuhr das eingeführte Matrixmaterial auf die Extruderschnecke führt und die zweite Zufuhr stromabwärts der ersten Zufuhr den eingeführten Füllstoff auf die Extruderschnecke führt.
Es wird also in Förderrichtung der Förderschnecke stromaufwärts erst das Matrixmaterial auf die Förderschnecke gegeben bevor stromabwärts davon der Füllstoff hinzugefügt wird.
Vorzugsweise erfolgt die Zufuhr des Füllstoffs auf die Extruderschnecke (=Förderschnecke) erst, wenn das zugeführte Matrixmaterial auf einen Temperaturbereich von 150° bis 340°, vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als 200°, erhitzt worden ist. Beim Fördern eines Matrixmaterials durch die Extruderschnecke kann das Matrixmaterial durch Durchmesservariation der Extruderschnecke in den gewünschten Temperaturbereich versetzt werden. Da das Matrixmaterial in einem solchen Temperaturbereich typischerweise den fließfähigen Zustand erreicht wird der Füllstoff sofort mit dem fließfähigen Matrixmaterial vermischt. Dies sorgt für eine gute Durchmischung und den gewünschten Effekt eines Einbettens des Füllstoffs in das Matrixmaterial. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Füllstoff in den Temperaturbereich von 150°C bis 340°C in seinem nicht fließfähigen Zustand verbleibt.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung des Verfahrens erfolgt die Zufuhr des Matrixmaterials und des Füllstoffs über eine gemeinsame Zufuhr, wobei in dem Matrixmaterial der Füllstoff bereits eingebettet ist, vorzugsweise wird das Matrixmaterial, in dem der Füllstoff bereits eingebettet ist, in Granulatform der gemeinsamen Zufuhr zugeführt.
Nach dem Verfahren kann ebenfalls vorgesehen sein, dass eine Förderschnecke des Extruders nach der Zugabe des Füllstoffs für ein homogenes Durchmischen des Füllstoffs in dem Matrixmaterial sorgt. Die Förderschnecke dient demnach nicht nur zum Fördern der hinzugegebenen Bestandteile, sondern auch zum Durchmischen des Füllstoffs in dem typischerweise im fließfähigen Zustand vorliegenden Matrixmaterial.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Matrixmaterial wenigstens ein thermoplastisches Elastomer ist oder umfasst.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Matrixmaterial ein Zellulosematerial ist oder umfasst, insbesondere Celluloseacetat (CA), Cellulosebutyrat (CB) und/oder Cellulosepropionat (CP).
Vorzugsweise zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das Matrixmaterial mindestens einen Bestandteil aus den Stoffen der nachfolgenden Gruppe umfasst oder aus wenigstens einem dieser Stoffe besteht: Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC), thermoplastische Elastomere (TPE), Celluloseacetat (CA), Cellulosebutyrat (CB), Cellulosepropionat (CP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Thermoplastische Polyesterelastomere (TPE-E), Thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis (TPU), Styrol-Blockcopolymere (TPS), Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyphenylenether (PPE), Styrol-Butadien (SB), Styrol-Butadien-Blockcopolymer (SBS).
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung ist der Füllstoff ein Feststoff, der vorzugsweise pulverförmig ist. Dadurch ist auch die Verarbeitung des Feststoffs, insbesondere bei der Erzeugung des Extrudats, besonders einfach.
Zudem kann vorgesehen sein, dass der Füllstoff als sphärischer Körper, als stäbchenförmiger Körper oder als Plättchen oder als Kombination der vorgenannten Geometrien vorliegt.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist der Füllstoff dazu ausgebildet, dass er während des Extrusionsvorgangs keine seiner Eigenschaften ändert.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Füllstoff ein keramisches Material und/oder ein metallisches Material ist oder umfasst.
Dabei kann das keramische Material mindestens einen Bestandteil der nachfolgenden Gruppe umfassen oder hieraus bestehen: Marmor, Dolomit, Travertin, Kalkstein, Sandstein, Gibbsit, Vulkanit, Serpentinit, Tonschiefer.
Vorzugsweise umfasst oder besteht das metallische Material aus mindestens einem Bestandteil der nachfolgenden Gruppe: Messing, Bronze, Aluminium, insbesondere Reinaluminium, Stahl, insbesondere rostfreien Stahl, Edelstahl, Kupfer.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Füllstoff Graphit und/oder Ruß umfasst oder aus einem dieser Bestandteile oder der Kombination hieraus besteht.
Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist das Matrixmaterial teilweise oder vollständig transparent oder transluzent ist.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung wird das aus der Austrittsöffnung geförderte Extrudat in eine Spritzgussform geleitet, um ein Spritzgussteil zu erzeugen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Es zeigen:

1: ein Schaubild zum Erläutern des erfindungsgemäßen Verfahrens mithilfe eines Extruders,
2: eine schematische Darstellung, bei der das erzeugte Extrudat durch eine Extrusionsdüse direkt in ein Endprodukt überführt wird, und
3: eine schematische Darstellung eines Extruders, der mit dem erzeugten Extrudat zu befüllen ist und dazu dient, ein Spritzgussteil herzustellen.

1 zeigt einen Extruder 10, der über eine erste Zufuhr 11 und eine zweite Zufuhr 12 verfügt. Jede dieser Zufuhren 11, 12 ist dazu ausgelegt, ein in die Zufuhr 11, 12 eingebrachtes Material auf eine Förderschnecke 13 des Extruders 10 zu bringen. Die erste Zufuhr 11 ist dabei von der Extrusionsdüse des Extruders 10 in Förderschneckenrichtung weiter entfernt als die zweite Zufuhr 12. In die erste Zufuhr 11 wird das Matrixmaterial 2 eingefüllt, wohingegen in die zweite Zufuhr 12 der Füllstoff 3 eingefüllt wird. Dadurch gelangt das Matrixmaterial 2 in einen stromaufwärtigeren Bereich auf die Förderschnecke 13.
Durch eine Variation des Förderschneckendurchmessers und/oder einer Variation des Abstands zwischen den Spiralelementen der Förderschnecke wird das Matrixmaterial auf eine gewünschte Verarbeitungstemperatur gebracht. Bevor das Matrixmaterial in dem durch die Förderschnecke 13 geschaffenen Förderstrom die zweite Zufuhr 12 des Füllstoffs 3 erreicht, befindet sich das Matrixmaterial in einem fließfähigen Zustand und weist vorzugsweise eine Temperatur auf, die im Bereich von 150° bis 340° liegt.
Dann kommt es zur Beimischung des Füllstoffs 3, so dass der Füllstoff 3 mit dem im fließfähigen Zustand befindlichen Matrixmaterial durchmischt wird. Durch das weitere Fördern der Förderschnecke 13 ergibt sich neben der gewünschten Durchmischung auch das gleichmäßige Einbetten des Füllstoffs 3 in das Matrixmaterial 2. An der Ausgabedüse des Extruders 10 liegt dann das Extrudat 1 vor, bei dem der Füllstoff 3 in das Matrixmaterial 2 eingebettet ist. Eine Granulierung des Extrudats 1 kann durch einen Luftheißabschlag vorgenommen werden.
2 zeigt ebenfalls einen Extruder 10 mit der Förderschnecke 13 und den zwei verschiedenen Zufuhren 11, 12. Im Unterschied zu dem in der 1 betrachteten Extruder ist an der Austrittsöffnung des Extruders 13 eine Walzenanordnung 14 vorgesehen, die für ein kontinuierliches Ausführen des Extrudats 1 aus der Düsenöffnung des Extruders 10 sorgt. Dadurch ist es möglich, das Extrudat rollenförmig aufzuwickeln oder in Plattenform bzw. Strangform zu erhalten.
3 zeigt ebenfalls einen Extruder 10, dieser weist im Unterschied zu den vorgenannten Extrudern jedoch nur eine einzelne Zufuhr 11 auf, mit der ein Material auf die Förderschnecke 13 befördert werden kann. Mit einem solchen Extruder 10 ist die Herstellung des Extrudats nicht möglich, jedoch kann dieser dazu verwendet werden beispielsweise in Granulatform vorliegendes Extrudat 1 weiterzuverarbeiten. Das in Granulatform vorliegende Extrudat 1 wird hierzu in die einzige Zufuhr 11 gefüllt, so dass über die Austrittsöffnung des Extruders 10 ein Spritzgussteil mithilfe einer Spritzgussform 15 erstellt werden kann.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Extrudats, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren: wenigstens ein Matrixmaterial, das aus wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff besteht oder wenigstens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, und wenigstens ein Füllstoff, der teilweise oder vollständig in dem Matrixmaterial eingebettet ist, entlang einer Förderrichtung eines Extruders in Richtung Austrittsöffnung des Extruders gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial und der Füllstoff beim Fördern in Richtung Austrittsöffnung erwärmt werden, um das Matrixmaterial in einen fließfähigen Zustand zu überführen, wobei vorzugsweise die Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von 150°C bis 340°C, bevorzugterweise im Bereich von 150°C bis 200°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudat in Form von Granulat durch wenigstens einen dem Extrudieren nachgelagerten Arbeitsschritt erhalten wird oder dass das Extrudat in granularer Form extrudiert wird, vorzugsweise durch Luftheißabschlaggranulierung im Bereich der Austrittsöffnung des Extruders.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren das wenigstens eine Matrixmaterial dem Extruder über wenigstens eine erste Zufuhr zugeführt wird, der Füllstoff dem Extruder über wenigstens eine zweite Zufuhr zugeführt wird, wobei die erste Zufuhr stromaufwärts der zweiten Zufuhr das eingeführte Matrixmaterial auf die Extruderschnecke führt, und die zweite Zufuhr stromabwärts der ersten Zufuhr den eingeführten Füllstoff auf die Extruderschnecke führt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Füllstoffs auf die Extruderschnecke erst erfolgt, wenn das zugeführte Matrixmaterial auf einen Temperaturbereich von 150°C bis 340°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als 200°C, erhitzt worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Matrixmaterials und des Füllstoffs über eine gemeinsame Zufuhr erfolgt, wobei in dem Matrixmaterial der Füllstoff bereits eingebettet ist, vorzugsweise wird das Matrixmaterial, in dem der Füllstoff bereits eingebettet ist, in Granulatform der gemeinsamen Zufuhr zugeführt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderschnecke des Extruders nach der Zugabe des Füllstoffs für ein homogenes Durchmischen des Füllstoffs in dem Matrixmaterial sorgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial wenigstens ein thermoplastisches Elastomer ist oder umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial ein Cellulosematerial ist oder umfasst, insbesondere Celluloseacetat, Cellulosebutyrat und/oder Cellulosepropionat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial mindestens einen Bestandteil aus den Stoffen der nachfolgenden Gruppe umfasst oder aus wenigstens einem dieser Stoffe besteht: Polypropylen, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, thermoplastische Elastomere, Celluloseacetat, Cellulosebutyrat, Cellulosepropionat, Polyethylen, Polyamid, Polyoxymethylen, Styrol-Acrylnitril-Copolymer, Polyethylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Thermoplastische Polyesterelastomere, Thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis, Styrol-Blockcopolymere, Acrylester-Styrol-Acrylnitril, Perfluoralkoxylalkan, Polyetherimid, Polyethersulfon, Polyphenylenether, Styrol-Butadien, Styrol-Butadien-Blockcopolymer.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein Feststoff ist, der vorzugsweise pulverförmig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff als sphärischer Körper, als stäbchenförmiger Körper oder als Plättchen oder als Kombination der vorgenannten Geometrien vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ausgebildet, so dass er während des Extrusionsvorgangs keine seiner Eigenschaften ändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein keramisches Material und/oder ein metallisches Material ist oder umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material mindestens einen Bestandteil der nachfolgenden Gruppe umfasst oder aus diesem/diesen besteht: Marmor, Dolomit, Travertin, Kalkstein, Sandstein, Gibbsit ,Vulkanit, Serpentinit, Tonschiefer.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material mindestens einen Bestandteil der nachfolgenden Gruppe umfasst oder aus diesem/diesen besteht: Messing, Bronze, Aluminium, insbesondere Reinaluminium, Stahl, insbesondere rostfreien Stahl, Edelstahl, Kupfer.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Graphit und/oder Ruß umfasst oder aus diesem/diesen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial teilweise oder vollständig transparent oder transluzent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aus der Austrittsöffnung geförderte Extrudat in eine Spritzgussform geleitet wird, um ein Spritzgussteil zu erzeugen.