DE10301817B4 - Verfahren zur Herstellung geschäumter Bauteile - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung geschäumter Bauteile unter Verwendung von Wasser als physikalisches Treibmittel, wobei partikelförmige flüssigkeitshaltige wasserabsorbierende zellulosehaltige Produkte einem Kunststoff untergemischt werden und danach unter Druck Wärmeenergie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Kunststoffmasse und partikelförmigem, zellulosehaltigem Material bestehende Gemisch in einer Aufheizstrecke aufgeschmolzen und unter hohem Druck Wasser eingedüst wird, wobei das Wasser von den Partikeln absorbiert und gleichzeitig innerhalb der entstandenen Schmelze ein Druck aufgebaut wird, der bei Verlassen der Schmelze aus der zugeordneten Düse durch Druckabfall zu einer Schaumbildung führt, wobei die zellulosehaltigen Produkte durch Schäben aus Einjahrespflanzen gebildet werden, die in einem Bereich von 0,01 bis 1 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 mm und weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,01 bis 0,05 mm vorzerkleinert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Bauteile unter Verwendung von Wasser als physikalisches Treibmittel, wobei partikelförmige flüssigkeitshaltige wasserabsorbierende zellulosehaltige Produkte einem Kunststoff untergemischt werden und danach unter Druck Wärmeenergie zugeführt wird.
• Bei der Herstellung von Bauteilen aus thermoplastischen Werkstoffen erlangt neben den mechanischen Eigenschaften die Gewichtsreduzierung, besonders in der Kfz-Industrie, immer größere Bedeutung. Seit Jahren werden deshalb Herstellverfahren eingesetzt, bei denen durch chemische oder physikalische Treibmittel eine Schaumstruktur bei derartigen Bauteilen erzielt werden kann, wobei über die Dosiermenge der Treibmittel die Schäumung in einem gewissen Umfang beeinflußbar ist. Die chemischen Treibmittel werden dabei in geringen Mengen dem Kunststoffmaterial zugemischt und bei einer bestimmten Temperatur aktiviert, so daß durch Spaltprodukte, wie z. B. CO₂, die Schaumstruktur entsteht. Die physikalischen Treibmittel werden di rekt in eine Schmelze eingebracht und führen ebenfalls zu einer Schaumstruktur. Neben der Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften durch die Schaumstruktur führt bei dem chemischen Treibmittel die nötige Trägersubstanz, mit der derartige Treibmittel in den Kunststoff eingebracht werden, zu einer Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften, da diese Trägersubstanz bzw. ihre Reaktionsprodukte im Kunststoff verbleiben.
• Aus der DE 44 24 946 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung geschäumter stärkehaltiger Materialien unter Verwendung eines wasserhaltigen unbehandelten Stärkeausgangsmaterials mit einem Gehalt an einem oder mehreren thermoplastischen Zusätzen in einem Extruder bekannt. Dem stärkehaltigen Ausgangsmaterial kann ein gasbildendes oder entwickelndes Treibmittel zugesetzt werden. Bei der Herstellung des geschäumten stärkehaltigen Materials wird das stärkehaltige Ausgangsmaterial in dem Extruder thermisch/mechanisch durch Kneten und Scheren behandelt, wobei das stärkehaltige Ausgangsmaterial in Lösung geht. Anschließend erfolgt das Auspressen bei hoher Temperatur und Druck, was zur Aufschäumung führt.
• Aus der DE 100 26 757 A1 ist es bekannt, daß durch flüssigkeitshaltige pflanzliche Partikel die Möglichkeit besteht, diese einem Kunststoff unterzumischen und nach Zuführung von Wärmeenergie in der Dampfphase ebenfalls Schaumstrukturen zu erzeugen. Hierzu werden in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt diese partikelförmigen zellulosehaltigen Produkte mit Wasser angereichert, wobei die Schaumbildung über Wassermenge und Zugabemenge der Vorprodukte beeinflußt werden kann. Dieses Verfahren hat sich bewährt und wird bereits in Serie eingesetzt. Bei der weiteren Entwicklung hat sich jedoch gezeigt, daß zusätzliche Kosten für eine homogene Zudosierung für entsprechende Aggregate entstehen und die zugegebene Wassermenge unter Umständen bei negativen Voraussetzungen zu einer Verklumpung der Pflanzenpartikel führen kann. Diese Verklumpung kann dann schwer innerhalb der Produktionsmaschine aufgelöst werden, so daß die Anhäufung der zellulosehaltigen Produkte unter Umständen zu einer Schwächung des Bauteils führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der zellulosehaltigen Produkte bezüglich einer schnellen Absorbierung des physikalischen Treibmittels zu nutzen, ohne daß eine Verklumpung zu befürchten ist und daher die Gewähr besteht, daß die Bauteile eine homogene Struktur aufweisen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
• Es wurde gefunden, daß bestimmte zellulosehaltige Produkte, zum Beispiel Schäben von Einjahrespflanzen, über die Eigenschaften verfügen, Flüssigkeiten, die zu einer Schaumbildung führen, wie beispielsweise Wasser, sehr schnell zu absorbieren und im späteren Produktionsablauf unter der Bildung eines Schaumes wieder abzugeben. Hierzu werden die Vorprodukte zunächst feinkörnig in einem Bereich von 0,01 bis 1 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 mm und weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 0,05 mm vorzerkleinert. Derartige zellulosehaltige Produkte verfügen über eine schwammartige Zellstruktur, wobei der wesentliche Vorteil gegenüber Holzpartikel und Holzmehl darin besteht, daß Feuchtigkeit bedeutend schneller und in größerer Menge absorbiert werden kann. Derartige feuchtigkeitsabsorbierende Stoffe werden aus Einjahresplanzen, wie beispielweise Flachs, Hanf, Kenaf usw., gewonnen.
• Die zerkleinerten partikelförmigen Bestandteile werden in variablen Mischungsverhältnissen einem Kunststoffmaterial zugemischt und in einer Aufheizstrecke, beispielsweise innerhalb eines Plastifizierzylinders einer Spritzgießmaschine, eines Extruders, einer Blasextrussionsmaschine usw., aufgeschmolzen und das Gemisch, bestehend aus Kunststoffmasse und partikelförmigen wasserabsorbierenden Produkten, an einem oder mehreren Injektionspunkten vorbeigeführt und wobei Wasser unter hohem Druck eingedüst wird. Hierbei wird das Wasser von den Partikeln absorbiert und gleichzeitig innerhalb der Schmelze ein Druck aufgebaut, der bei Verlassen der Schmelze aus der Maschinen- oder Konturdüse durch schlagartigen Druckabbau zu einer Schaumbildung führt. Nach den verschiedenen Verfahrensmöglichkeiten kann sowohl ein geschäumtes Profil oder beispielsweise innerhalb der Kavität eines Spritzgießwerkzeuges ein geschäumtes Bauteil hergestellt werden. Die Zellgröße und Zellstruktur kann dabei beeinflußt werden, in dem neben dem Wasser zusätzlich ein Gas als physikali sches Schäummittel injiziert wird. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften können alternativ Verstärkungsmaterialien, wie Holzfasern, Glasfasern, Naturfasern, Talkum, Glimmer, aber auch höhere Anteile von Schäben sowie auch akustisch wirksame Füllstoffe wie Schwerspat, Magnetit, Molybdän und Wolfram zugemischt werden.
• Eine weitere Verbesserung der Schaumstruktur kann erzielt werden, in dem Nukleierungsmittel in Form von beispielsweise Talkum und/oder Glimmer und/oder Kreide prozentual beigemischt wird. Als Nukleierungsmittel dient auch eine geringe Zugabemenge von 0,1 bis 1% eines chemischen Treibmittels.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung geschäumter Bauteile unter Verwendung von Wasser als physikalisches Treibmittel, wobei partikelförmige flüssigkeitshaltige wasserabsorbierende zellulosehaltige Produkte einem Kunststoff untergemischt werden und danach unter Druck Wärmeenergie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einer Kunststoffmasse und partikelförmigem, zellulosehaltigem Material bestehende Gemisch in einer Aufheizstrecke aufgeschmolzen und unter hohem Druck Wasser eingedüst wird, wobei das Wasser von den Partikeln absorbiert und gleichzeitig innerhalb der entstandenen Schmelze ein Druck aufgebaut wird, der bei Verlassen der Schmelze aus der zugeordneten Düse durch Druckabfall zu einer Schaumbildung führt, wobei die zellulosehaltigen Produkte durch Schäben aus Einjahrespflanzen gebildet werden, die in einem Bereich von 0,01 bis 1 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 mm und weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,01 bis 0,05 mm vorzerkleinert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Wasser ein zusätzliches gasförmiges physikalisches Schäummittel injiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Verstärkungsmaterialien zugemischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmaterialien durch Holzfasern, Glasfasern, Talkum, Glimmer oder Naturfasern gebildet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß akustisch wirksame Füllstoffe wie Schwerspat, Magnetit, Molybdän, Wolfram oder Mischungen hieraus zugemischt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Schaumstruktur Nukleierungsmittel zugemischt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Nukleierungsmittel Talkum und/oder Glimmer und/oder Kreide und/oder geringe Mengen eines chemischen Treibmittels zugemischt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Treibmittel in der Größenordnung von 0,1 bis 1% zugemischt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein synthetisches und/oder biologisches Material verwendet wird.