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Preßmassen aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen und Holzmehl
Die Herstellung von Preßmassen aus Duroplasten und Holzmehl liefert Formkörper,
die vielseitige Anwendung finden. Die Schlagzähigkeit dieser Massen ist jedoch für
viele Einsatzgebiete unbefriedigend.
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Es ist weiterhin bekannt, thermoplastische Kunststoffe mit Holzmehl
oder Holzspänen zu verbinden.
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Es ist aber bisher nicht gelungen, diese Produkte wirtschaftlich
befriedigend herzustellen. Es wurde nämlich festgestellt, daß die im Holzmehl enthaltenen
Wachse und Harze fast immer unverträglich mit thermoplastischen Kunststoffen sind.
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Holzmehl, das als Füllstoff in plastischen Materialien eingelagert
werden soll, wurde deshalb bisher mit geeigneten Lösungsmitteln behandelt, um diese
Beimischungen daraus zu entfernen. Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt, nach
dem aus bekannten Cellulosefullstoffen alle Verunreinigungen, die in den amorphen
Regionen dieser Stoffe vorhanden sind, durch eine hydrolysierende Saure herausgelöst
und dadurch auf ein Minimum reduziert wurden. Die hierbei erhaltenen Cellulosematerialien
bestanden zu wenigstens 95 °/0 aus Glukosematerial. Unbehandeltes Holzmehl konnte
nur neben diesen sehr reinen Cellulosematerialien als Füllstoff für Kunststoff eingesetzt
werden.
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Es war das Ziel der Erfindung, ohne Vorbehandlung des Holzmehls und
ohne Zusatz weiterer Stoffe Massen aus Holzmehl und Polyäthylen zu erhalten, die
sich auf bekannten Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen plastïfizieren lassen und Erzeugnisse
liefern, deren Schlagzähigkeit weit besser ist als die von Produkten aus bisher
gebräuchlichen Preßmassen, z. B. Phenolharzpreßmassen.
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Gegenstand der Erfindung sind somit Preßmassen in Pulver-oder Granulatform
aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen und Holzmehl zur Herstellung von
Profilkörpern, die a) ein Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 300 000 bis
2 000 000, gegebenenfalls im Gemisch mit 10 bis 40 Gewichtsprozent eines Polyäthylens
mit einem Molekulargewicht von höchstens 100 000, und b) bis 80 Gewichtsprozent
an Holzmehl mit einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 1°/o enthalten.
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Die Molekulargewichte der zum Einsatz kommenden hochmolekularen Polyäthylene
wurden viskosimetrisch festgestellt. Dem Polyäthylen werden Stabilisatoren, Gleit-und
Vernetzungsmittel sowie Pigmente von bekannter Art in der üblichen Weise zugemischt.
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In der Gesamtmischung sollen zweckmäßig 20 bis 70 0/, Holzmehl vórliegen.
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Zweckmäßig wird vorgetrocknetes Holzmehl mit hochmolekularem Polyäthylenpulver
innig gemischt und bei erhöhter Temperatur unter Druck (60 bis
80 kg/cm2) verformt.
Die Preßtemperatur liegt in der Erweichungszone des Polyäthylens, also bei etwa
160 bis 200°C. Der Preßdruck liegt zwischen 50 und 100 kg/cm2. Vorteilhaft hat das
Holzmehl bei der Verarbeitung einen geringen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0,1 bis
0,6 °/o Höhere als die erwähnten Feuchtigkeitsgehalte führen beim Extrudieren zu
Blasenbildung (Lunker), sofern am Extruder keine Vakuumabsaugung vorhanden ist.
Bei Einsatz der Vakuumabsaugung kann der Feuchtigkeitsgehalt jedoch bis zu 5 °/o
betragen, da die preßfertige Mischung hierbei auf den zulässigen Feuchtigkeitsgehalt
von höchstens 1°/o vorgetrocknet wird.
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Bei der Wärmebehandlung nach der Erfindung im Extruder oder in anderen
Verformungsaggregaten treten unerwünschte Zersetzungen des Holzmehls, z. B. Säurebildung,
nicht ein. Die bei der Vakuumabsaugung im Extruder kondensierte Feuchtigkeit reagiert
neutral. Das Trocknen des Holzmehls soll unter Luftabschluß erfolgen. Länger andauerndes
Erhitzen ergibt Farbveränderungen des Holzmehls.
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Sind dunklere Farbtöne erwünscht, so können sie ohne weiteres beim
Trocknungsvolgang eingestellt werden. Wird Holzmehl mit 0,1 bis 0,2 °/o Feuchtigkeit
verwendet, so bleibt dieser Feuchtigkeitsgehalt beim Extrudieren in etwa erhalten.
Die Formkörper nehmen beim Lagern Feuchtigkeit auf ; so steigt sie nach 10 Tagen
bei einer Lagertemperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90°/0,
wenn die Mischung aus 50 °/0 hochmolekularem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht
von etwa 1000 000 und 50 0/, Hartholzmehl bestanden hat, auf etwa 6°/o ; sie steigt
auf etwa 7,5 °/0, wenn die Mischung aus 30°/0 hochmolekularem Polyäthylen mit einem
Molekulargewicht
von etwa 1 000 000 und 70°/o Hartholzmehl bestanden
hat.
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Nach 4tägiger Wasserlagerung gemäß DIN 53472 bei 20°C ändern sich
die mechanischen Werte nicht.
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So beträgt z. B. die Schlagzähigkeit einer Mischung von 60 ° (o hochmolekularem
Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 000 und 40 °/0 Holzmehl vor
und nach der Wasseilagerung 120 kp CM/CM2. Bei einer Mischung von 30°/o hochmolekularem
Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1 000 000 und 70 °/o Holzmehl beträgt
die Schlagzähigkeit vor und nach der Wasserlagerung 35 kp cm/cm2.
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Die Herstellung von Profilkörpern kann vom Pulver oder Granulat in
Strangpressen und Doppelschnecken-Extrudern kontinuierlich erfolgen, um verkaufsgeeignete
Profile mit außerordentlich guter Oberfläche zu erhalten. Vom Granulat ausgehend
ergeben sich sowohl beim Fahren in der Spritzpresse als auch in der Strangpresse
effektvolle Maserungen, wobei die Granulatstruktur weitgehend bestehenbleibt.
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Weiterhin wurde festgestellt, daß sich die nach der Erfindung hergestellten
Preßkörper spanabhebend bearbeiten lassen (bohren, sägen, hobeln, fräsen, drehen).
Sie lassen sich auch beizen, siegeln und lackieren, so daß die Verwendung auch da
möglich ist, wo bisher Holz in nachbehandelter Form benötigt wird. Außerdem ist
das aus den erfindungsgemäßen Preßmassen hergestellte Preßmaterial schweißbar.
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Der Einfluß der Zumischung von Holzmehl zu hochmolekularem Polyäthylen
mit einem Molekulargewicht von 500 000 auf die Reißfestigkeit und Schlagzähigkeit
ist in der Zeichnung dargestellt. Bei einem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht
von etwa 1000 000 liegen Reißfestigkeit und Schlagzähigkeit entsprechend höher.
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Beispiell Polyäthylen mit einem viskosimetrisch festgestellten Molekulargewicht
von etwa 1 000000 mit einer Feinheit bis 500, hauptsächlich zwischen 60 und 150,
a, wurde mit der gleichen Gewichtsmenge Hartholzmehl mit einer Teilchengröße unter
200p, hauptsächlich zwischen 60 und 120 Il, in einem Mischer bei einer Drehzahl
von 750 U/min innig gemischt. Die Mischung wurde gesiebt (<500) und anschließend
bei etwa 90° C im Vakuum so lange getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Mischung
0,20 °/o beträgt.
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Auf einem Doppelschnecken-Extruder wurde dann ein Band von 16 cm
Breite und 3 bis 4 mm Dicke, mit einer Ausstoßleistung von 10 kg/Std. ausgefahren.
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Das extrudierte Band läßt sich durch Ziehpressen in der Wärme bei
160° C gut verformen. Auf einer Holzmatrize wurden kleine viereckige Schalen (12
cm lang, 9 cm breit und 3 cm tief) hergestellt, die auch in kochendem Wasser formbeständig
blieben. Das extrudierte Band ließ sich auch im Bandgranulator zu einem Würfelgranulat
schneiden. Dieses Granulat konnte bei 170 bis 180°C und einem Druck von 80 kg/cm2
zu einer Platte verformt werden, deren Aussehen interessante Effekte aufwies, die
durch die Granulatstruktur bedingt sind und beliebig variiert werden können.
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Das so hergestellte Band von 16 cm Breite und 3 bis 4 mm Dicke wurde
unmittelbar hinter dem Austritt aus dem Extruder in noch heißem Zustand zu
einer
mehrlagigen Rolle aufgewickelt. Diese Rolle wurde dann nach kurzem Nachwärmen auf
170°C auf einer hydraulischen Presse unter einem Preßdruck von 80kg/cm2 quer zur
Längsachse der Rollen zu einer Platte von 21 cm Durchmesser und 1,5 cm Dicke flach
gedrückt und für 10 Minuten unter diesem Druck und unter dieser Temperatur belassen.
Danach wurde die Platte unter Druck bis auf 100°C abgekühlt, 10 Minuten bei dieser
Temperatur belassen und nach weiterem Abkühlen auf Raumtemperatur entformt.
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Die Untersuchung der Platte ergab folgende mechanische Werte : Kerbschlagzähigkeit
mit Spitzkerbe nach DIN 55453 21 kp cm/cm2 Schlagzähigkeit nach DIN 55453..................
90 kp cm/cm" Reißfestigkeit bei 20°C nach DIN 53371 380kplom2 Reißdehnung bei 20°C
nach DIN 53371.... 60°/o Die vorstehend erwähnte, auf einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0,20°/o getrocknete Mischung wurde auf einem Doppelschnecken-Extruder zu einem
Trapez Vollprofil und Trapez-Hohlprofil mit einer Ausstoßleistung von 10 kg/Std.
gefahren. Die Profile hatten folgende Maße : Trapezhöhe 20 mm Grundseiten..............
20 bzw. 15 mm Das Hohlprofil hatte eine Wandstärke von 3 mm.
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Die Profile zeigten, auch bei langdauernder Belastung, eine bemerkenswerte
Steifigkeit.
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Das nach Beispiel 1 hergestellte Würfelgranulat konnte auch im Einschneckenextruder
mit aufsteigender Temperatur von 20 bis 180°C plastifi2iert werden. Der Ausstoß
betrug etwa 18 kg/Std. Mittels geeigneter Formwerkzeuge konnten auf diese Weise
beliebige Profilkörper, wie Bänder, Stäbe, Rohre, erhalten werden.
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Das Granulat konnte auch von Spritzgußmaschinen zu Profilkörpern
verarbeitet werden. Es konnten hierfür Schneckenkolbenmaschinen mit Ein-sowie Doppelschneckenvorplastifizierung
benutzt werden.
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Beispiel 2 42,5 Gewichtsprozent Polyathylen mit einem viskosimetrisch
festgestellten Molekulargewicht von etwa 1000 000 wurden mit 7,5 Gewichtsprozent
Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 100 000 und mit 50 Gewichtsprozent
Hartholzmehl in einem Mischer mit einer Drehzahl von 750 U/min innig gemischt. Der
Feuchtigkeitsgehalt vor dem Extrudieren betrug 5%. Auf einem Doppelschnecken-Extruder
mit Vakuumabsaugung, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt unter 1 °/o verringert wurde,
wurde ein Vollstab mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Ausstoßleistung von
20 kg/Std. gefahren. Der Versuch zeigte, daß mit Extrudern dieser Bauart ein blasenfreies
(lunkerfreies) Produkt hergestellt werden konnte.