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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft im wesentlichen aus Kunststoffabfällen bestehende
Formkörper und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Ein außerordentlich hoher Anteil des heutzutage anfallenden Mülls
besteht aus Verpackungsmitteln. Die Verwendung von Verpackungsmitteln ist insbesondere
nach Beginn der Verwendung von Verpackungsmitteln aus Kunststoff ständig angewachsen
und hat inzwischen einen solchen Umfang angenommen, daß große Probleme durch die
anfallenden Verpackungsmittelabfälle entstanden sind. Während man früher Müll im
wesentlichen auf Mülldeponien zwecks Verrottung lagerte, ist man heute mehr und
mehr dazu gezwungen, den Müll in Müllverbrennungsanlagen zu beseitigen oder, wenn
möglich, einer Wiederverwendung zuzuführen.
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Die Beseitigung des Mülls hat nicht nur den Nachteil, daß die Umwelt
durch Verbrennungsprodukte äußerst stark belastet wird, sondern auch den weiteren
Nachteil, daß eigentlich noch brauchbare Rohstoffe vernichtet werden.
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Dementsprechend hat die Wiederverwendung von Abfallmaterialien, daß
sogenannte Recycling, auf vielen Gebieten bereits großes Interesse gewonnen, bisher
aber nur auf wenigen Gebieten auch wirtschaftliche Bedeutung. Besonders schwierig
ist das Recycling auf dem Gebiet der Kunststoffe. Es hat sich nämlich gezeigt, daß
thermoplastische Kunststoffe wie das auf dem Verpackungsmittelsektor besonders häufig
eingesetzte Polyethylen nur dann einem Recycling zugänglich sind, wenn sie praktisch
frei von anderen Bestandteilen sind. Dementsprechend war bisher insbesondere mit
Polyethylen oder Polyethylen enthaltenden Thermoplastengemischen beschichtetes Papier
für ein Recyling völlig ungeeignet. Das gleiche gilt für feste
Thermoplastabfallprodukte
wie Polyethylenabfallprodukte, die verfärbt oder bedruckt sind oder Papieranhaftungen
aufweisen. Alle diese Materialien werden deshalb heute entweder verbrannt oder auf
Mülldeponien vergraben.
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Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bisher überhaupt
nicht wiederverwendbare Kunststoffabfälle wie mit Polyethylen beschichtetes Papier
unter Erhalt von Produkten mit hohem Gebrauchswert einem Recycling zuzuführen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden im wesentlichen aus Kunststoff abfällen
bestehende Formkörper und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß den Patentansprüchen
vorgeschlagen.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Ausgangsmaterialien sind mit Thermoplasten
und insbesondere Polyethylen beschichtetes Papier einerseits und auf Thermoplastenfolien
und insbesondere Polyethylenfolien basierenden Produkte oder feste Thermoplastenprodukte
und insbesondere Polyethylenprodukte andererseits. Mit Polyethylen beschichtetes
Papier findet in der Verpackungsindustrie weit verbreitete Anwendung, wobei die
Beschichtung allerdings häufig aus einem Gemisch von Polyethylen mit anderen Thermoplasten,
die zur Einstellung bestimmter gewünschter Eigenschaften wie Sauerstoffundurchlässigkeit
dienen, besteht. Insbesondere verwenden Molkereien für die Verpackung von Milchprodukten,
die Futtermittelindustrie in Form von Tüten und Säcken und ganz allgemein Betriebe,
die ihre Waren verpacken müssen, mit Polyethylen beschichtetes Papier. Dabei fallen
bereits in den verpackenden Betrieben sehr große Mengen Abfall in Form von Verschnitt,
Fehlpackungen und beim Verpackungsprozeß beschädigten Verpackungen an. Diese Abfälle
werden gewöhnlich gesammelt
und zu Ballen gepreßt. Es ist leicht
vorstellbar, daß dieser Abfall außer Papier und Polyethylen je nach Herkunft viele
weitere Bestandteile wie z.B. Milch- und Molkereste, Zucker (im Falle von Zuckertüten)
usw. enthält. Außer dem Papier tragen auch alle diese zusätzlichen Bestandteile
dazu bei, daß eine Wiederverwendung bzw.
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Wiederaufarbeitung derartiger Abfälle bisher nicht möglich gewesen
ist. Entsprechender Müll wird selbstverständlich auch von der Müllabfuhr als Haushaltsmüll
gesammelt.
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Allerdings ist dieser Müll noch mit vielen anderen Materialien wie
Glas, Metall usw. verunreinigt, so daß er einem Recycling im Sinne der Erfindung
nur nach vorhergehender Sortierung zugänglich ist. Dies ist allerdings aufgrund
der hohen Sortierkosten heutzutage noch unwirtschaftlich.
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Die zweite erfindungsgemäße Ausgangsmaterialkomponente sind im wesentlichen
aus Polyethylenfolie bestehende Abfallprodukte wie Planen, Folien usw., wobei auch
gilt, daß viele Folien aus Thermoplastgemischen und zwar häufig in Form von Laminaten
bestehen. Es können auch feste Thermoplastenprodukte wie insbesondere Polyethylenprodukte
eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Chemikalienbehälter, Wasch- und Spülmittelbehälter,
Motorenölbehälter, Benzinkanister usw.. Das Problem bei all diesen Produkten hinsichtlich
ihrer Wiederverwendung besteht darin, daß sie beispielsweise mit Papieretiketten
versehen sind. Papier schmilzt jedoch bei der üblichen Wiederaufarbeitung durch
Erweichen und anschließendes Extrudieren nicht und macht dadurch die Verarbeitung
dieser Abfallprodukte unmöglich, indem es die üblichen Düsen mit einem Durchmesser
von bis zu 2 mm beim Extrudieren sofort verstopft. Außerdem sind die zu der zweiten
Ausgangsmaterialkomponente gehörenden Materialien häufig bedruckt oder eingefärbt,
was
ebenfalls die Qualität des zurückgeführten und extrudierten
Produktes beeinträchtigt. Besondere Probleme entstehen weiterhin dadurch, daß auch
hier Reste der verpackten Materialien wie beispielsweise Ölreste oder Tenside an
den Verpackungsmaterialien haften. Dadurch wird die Qualität des bei der Wiederverarbeitung
gewonnenen extrudierten Materials stark beeinträchtigt, da sich diese Restbestandteile
sowohl qualitativ als auch quantitativ ständig ändern und dadurch vorausbestimmbare
bzw. reproduzierbare Materialeigenschaften verhindern.
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Erschwerend für das Recycling der beschriebenen Polyethylenabfälle
ist weiterhin, daß der von den oben genannten Betrieben angelieferten Müll in der
Regel mindestens 10 % Polystyrol enthält, wobei insbesondere die aus Polystyrolschaum
bestehenden Verpackungselemente äußerst problematisch sind, da sie einerseits sehr
viel Raum einnehmen und andererseits praktisch nicht abbaubar sind. Es ist deshalb
um so überraschender und vorteilhafter, daß diese Materialien erfindungsgemäß offensichtlich
nicht stören. Polystyrolbeimischungen von bis zu 20 % ergaben jedenfalls keine Probleme.
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In einer ersten Verfahrensstufe werden die beschriebenen Ausgangsmaterialienkomponenten
erfindungsgemäß zerkleinert. Die weitere Verarbeitung der Ausgangsmaterialien kann
nämlich nur dann erfolgreich durchgeführt werden, wenn beide Ausgangsmaterialkomponenten
bzw. deren Mischung in rieselfähiger Form vorliegen. Zu diesem Zweck wird das normalerweise
in Ballen angelieferte mit Polyethylen beschichtete Papier in einer Stanzanlage
zerkleinert.
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Für diesen Zweck können übliche Stanzanlage wie z.B.
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eine Exzenterpresse eingesetzt werden. Das Stanzen muß so durchgeführt
werden, daß die zerkleinerten Teile
des Endprodukts Abmessungen
von nicht mehr als 2,5 x 2,5 cm und vorzugsweise von nicht mehr als 2 cm x 2 cm
aufweisen. Dabei ist es wichtig, daß die Streuung hinsichtlich dieser Abmessungen
insbesondere nach oben hin nicht zu groß ist, da dann kein rieselfähiges Produkt
mehr erhalten wird. Aus diesem Grunde hat sich auch nur die Zerkleinerung in einer
Stanzanlage als geeignet erwiesen, während beispielsweise Schneidevorrichtungen
zu sehr viel unregelmäßigeren Abmessungen der zerkleinerten Teilchen und damit zu
einem in der Regel ungeeigneten Produkt führen.
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Sofern es sich bei der zweiten Ausgangsmaterialkomponente um Abfallprodukte
handelt, die im wesentlichen aus Polyethylenfolie bestehen, wird auch diese in einer
Stanzanlage auf eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 2,5 cm x
2,5 cm und vorzugsweise nicht mehr als 2 cm x 2 cm zerkleinert. Auch hier bestehen
die zuvorgenannten Probleme, so daß erfindungsgemäß zur Zerkleinerung praktisch
nur Stanzanlagen verwendet werden können. Wenn die zweite Ausgangsmaterialkomponente
auch feste Polyethylenprodukte enthält oder sogar aus diesen besteht, wird dieses
Material in üblicher Weise zu einem rieselfähigen Produkt zerkleinert. Als besonders
geeignet für diesen Zweck haben sich herkömmliche Schlagmühlen erwiesen, wobei im
allgemeinen Teilchengrößen von 2 cm oder weniger angestrebt und erzielt werden.
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Da die Qualität des angestrebten geformten Endproduktes auch davon
abhängt, wie gut die beiden Ausgangsmaterialkomponenten miteinander vermischt worden
sind, ist es bevorzugt, daß die beiden Ausgangsmaterialkomponenten gleichzeitig
in derselben Stanzanlage zerkleinert werden.
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Zu diesem Zweck werden die beiden Ausgangsmaterialkompo-
nenten
in dem unten angegebenen Mengenverhältnis der Stanzanlage zugeführt.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird das erfindungsgemäße Ausgangsmaterial
einer Trocknungsbehandlung unterworfen.
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Diese dient dazu, Flüssigkeitsreste und Anhaftungen wie Sand zu entfernen.
Insbesondere letzterer ist ein Bestandteil von Müll, der die Wiederverarbeitung
sehr erschwert. So muß Sand bereits deshalb möglichst vollständig entfernt werden,
weil er für die Extruderschnecke äußerst schädlich ist. Ferner dient die Trocknungsbehandlung
dazu, die Durchmischung der beiden Ausgangsmaterialkomponenten weiter zu verbessern.
Dementsprechend erfolgt die Trocknungsbehandlung unter kräftiger Durchwirbelung
des zu behandelnden Materials.
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In der Praxis hat sich für die Trocknungsbehandlung folgendes Vorgehen
als günstig erwiesen. Die bereits in der Stanzanlage gemischten Ausgangsmaterialkomponenten
oder die in einer der Trocknungsbehandlung vorgelagerten Stufe vermischten Ausgangsmaterialkomponenten
werden mittels eines Gebläses mit Warmluft in ein langes Rohr geblasen, wobei die
Temperatur der Luft in der Regel etwa 70 bis 80 0C beträgt. Beim weiteren Durchgang
durch den rohrförmigen Heiz- oder Trockentunnel kühlt sich die Luft dann schnell
wieder ab, so daß ihre Temperatur beim Austritt noch geringfügig über der Umgebungstemperatur
liegt. Vorzugsweise ist die Rohrwandung an einer oder mehreren Stellen durch Siebe
unterbrochen, damit der von den Abfallteilchen abfallende Sand austreten kann. Um
zu vermeiden, daß sich die Siebe zusetzen, empfiehlt es sich, die Siebe mechanisch
zu rütteln.
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Das aus dem Heiz- bzw. Trockentunnel für die Trocknungsbehandlung
austretende Gemisch, das vorzugsweise einen
Feuchtigkeitsgehalt
von etwa 0,5 % aufweist, ohne daß die in der Praxis meist höheren Feuchtigkeitsgehaltteinen
negativen Einfluß auf das fertige Produkt haben, ist jetzt soweit vorbereitet, daß
es extrudiert werden kann. Praktischerweise endet der Trocken- bzw. Heiztunnel in
einer Vorratsvorrichtung wie einem Vorratsboden oder -behälter.
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Aus diesem gelangt die Mischung dann direkt in den Trichter des Extruders,
wobei im allgemeinen die Einwirkung der Schwerkraft ausreicht. Im Schneckenextruder
wird die Mischung dann auf die gewünschte Temperatur erwärmt, die in der Regel bei
etwa 175 - 180 0C liegt, aber natürlich vom Fachmann gegebenenfalls in Abhängigkeit
vom Einsatzmaterial und angestrebten Produkt variiert werden kann. Die erweichte
Mischung wird dann durch eine Düse mit einem Durchmesser von 20 mm oder mehr direkt
in eine Form hinein extrudiert. Die jeweilige Düsengröße hängt von der verwendeten
Form ab und ist nach oben hin durch die Schließfähigkeit begrenzt.
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Die Form, in die die Mischung hineinextrudiert bzw.
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gedrückt wird, richtet sich selbstverständlich nach den herzustellenden
Formkörpern. Als besonders geeignet hat sich die Erfindung für die Herstellung von
Pfählen, insbesondere Zaunpfählen erwiesen. Grundsätzlich können jedoch erfindungsgemäß
beliebige geformte Gegenstände hergestellt werden, sofern sie relativ dickwandig
sind, so daß durch Papiereinschlüsse und Gasblasen bedingte Inhomogenitäten im Kunststoffmaterial
nicht von schwerwiegendem Nachteil sind. So können erfindungsgemäß beispielsweise
Drainagerohre, bei denen Unregelmäßigkeiten bzw. Durchlässe in den Wandungen sogar
erwünscht sind, Bohlen für Ställe usw. anstelle von Holzbohlen (beständiger gegenüber
der Einwirkung von Jauche) und Futtertröge anstelle von heutzutage üblichen Holz-
und Tontrögen hergestellt
werden. Ein ganz entscheidender Vorteil
gegenüber entsprechenden Holzprodukten liegt darin, daß das erfindungsgemäße Material
nicht giftig ist und keinerlei Konservierungsbehandlung bedarf, da es nicht verrotet.
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Das erweichte Material tritt also aus der Extruderdüse direkt in die
Form bzw. Hohlform ein, die vorzugsweise aus Stahlblech besteht. Wenn diese gefüllt
ist, wird sie vorzugsweise mittels eines dafür vorgesehenenen Hahnes geschlossen,
damit kein noch nicht erstarrtes Material abfließt. In der sich anschließenden Abkühlphase,
deren Länge sich selbstverständlich je nach der Größe der Form richtet, sollte die
Form vorzugsweise senkrecht stehen, da dann die gleichmäßigsten Produkte erhalten
werden. Am Ende der Abkühlphase beispielsweise nach 8 Stunden wird der geformte
Gegenstand aus der Form entfernt und ist dann sofort einsatzbereit.
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Wie bereits oben erwähnt, hat sich die Erfindung als besonders günstig
für die Herstellung von Zaunpfählen erwiesen. Der erfindungsgemäß hergestellte Pfahl
ist bearbeitungsfähig wie Holz, d.h. er kann gesägt, gebohrt, geschraubt und genagelt
werden. Bei Elektrozäunen (z.B.
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Weidezäunen) können die Isolatoren eingespart werden.
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Außerdem ist der Pfahl nahezu unbegrenzt haltbar, da er vollkommen
witterungsunempfindlich ist. Er ersetzt die Verwendung von Holz oder anderen hochwertigen
Stoffen und besteht aus Abfallstoffen, deren Beseitigung nicht nur einen erheblichen
finanziellen Aufwand erfordert, sondern auch mit einer starken Schadstoffbelastung
für die Umwelt verbunden ist. In Deutschland werden für Weidezäune im wesentlichen
Eichenspaltpfähle eingesetzt, die eine Haltbarkeit von etwa 8 Jahren besitzen. Wenngleich
Eichenholz schon seit einiger Zeit nur noch in beschränktem
Umfang
zur Verfügung steht, gehen die Eichenbestände in Deutschland stetig zurück. Dementsprechend
kann die Erfindung ganz abgesehen von den offensichtlichen wirtschaftlichen Vorteilen
hier dazu beitragen, den Umfang des Einsatzes von Eichenholz zu verringern und dadurch
den Rückgang des Eichenbestandes zumindest zu verlangsamen.
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Bei der Herstellung von Pfählen ist es allerdings erforderlich, daß
man vor dem Einspritzen des erweichten Kunststoffmaterials in die Hohlform eine
Armierung einbringt.
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Als Armierungsmaterial eignet sich insbesondere Stahl (Baustahl).
Es können aber auch andere Materialien verwendet werden. So wurde bei Versuchen
ein Strohstrang eingesetzt, der zu Pfählen mit ausgezeichneter Festigkeit führte.
Besonders geeignet sind jedoch Dreipunkt- oder Vierpunktarmierungen aus Baustahl.
Eine geeignete Dreipunktarmierung ist schematisch in Figur 1 dargestellt.
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Die Notwendigkeit der Einbringung einer Armierung ergibt sich dadurch,
daß Thermoplaste wie insbesondere Polyethylen bei intensiver Sonneneinstrahlung
erweichen. Da die Sonneneinstrahlung immer einseitig erfolgt, treten Spannungen
auf und der Pfahl würde sich ohne geeignete Armierung verbiegen.
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Das Verhältnis in dem die beiden erfindungsgemäß verwendeten Ausgangsmaterialkomponenten
eingesetzt werden können, hängt im wesentlichen von den gewünschten Produkteigenschaften
ab. Es hat sich allerdings herausgestellt, daß die aus mit Thermoplasten und insbesondere
Polyethylen beschichtetem Papier bestehende Komponente kaum in einer größeren Menge
als 25 Gew.% eingesetzt werden kann, da sonst die Gefahr besteht, daß sich im extrudierten
Material Papiernester bilden, die die Haltbarkeit beeinträchti-
gen.
In der Regel beträgt der Anteil der Papierkomponente deshalb 15 bis 25 Gew.% und
insbesondere 20 Gew.%, wobei selbstverständlich auch geringere Mengen eingesetzt
werden können. In entsprechender Weise wird die zweite Ausgangsmaterialkomponente
in der Regel in einer Menge von 85 bis 75 Gew.% und vorzugsweise 80 Gew.% eingesetzt.
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In der obigen Erfindungsbeschreibung ist im wesentlichen von Polyethylen
die Rede, da dies das in Verpackungsmitteln am meisten verwendete Material darstellt,
so daß sich auch die praktischen Anwendungen der Erfindung hauptsächlich auf dieses
Material konzentriert haben.
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Dennoch sei aber darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch auf andere
Thermoplaste bzw. Thermoplastengemische anwendbar ist. Der Begriff "Thermoplast"
wird dabei in der herkömmlichen Weise verwendet und bezeichnet neben Polyethylen
u. a. weitere Polyolefine wie Polypropylen und Polyisobutylen, PVC, Polyfluorolefine,
Polystyrol, Polyacrylate und -methacrylate, Polycarbonate, Polyamide, Polyphenylether,
Polyphenylester, Celluloseester und ABS-Polymerisate, um nur die wichtigsten zu
nennen.
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Neben Polyethylen kommt in der Praxis zur Zeit Polypropylen und Polystyrol
auf dem Verpackungsmittelsektor sehr häufig vor. Darüber hinaus bestehen Folien
häufig aus mehreren verschiedenen Thermoplasten, beispielsweise aus Laminaten, die
Schichten aus Polyethylen, EVA und Polyvinylidenchlorid enthalten. Wichtig ist ferner,
daß die in der Praxis anfallenden Verpackungsmaterialbfälle häufig mindestens etwa
10% Polystyrol, meist in Form von Polystyrolschaum enthalten. Dies ist jedoch erfindungsgemäß
unschädlich. Ebenso ist es unschädlich, wenn die erfindungsgemäß verwendeten Abfallprodukte
nicht thermoplastische Kunststoffe enthalten, solange sich die Gesamtmischung noch
ausreichend gut extrudieren läßt.
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Beispiel Insgesamt etwa 200 kg Müll, die sich aus etwa 40 kg mit Polyethylen
beschichtetem Papier, etwa 60 kg Abdeckfolien für landwirtschaftliche Zwecke und
etwa 100 kg Gleitleistenresten zusammensetzten, wurden in einer Exzenterpresse auf
Abmessungen von 2,5 x 2,5 cm und weniger zu einem rieselfähigen Produkt zerkleinert,
was etwa 30 bis 40 Minuten erforderte. Das zerkleinerte Material wurde mittels eines
Gebläses mit etwa 70 0C heißer Warmluft durch ein 20 m langes Stahlblechrohr mit
einem Innendurchmesser von 200 mm geblasen. In der Rohrwandung befanden sich zwei
Siebzonen (1 mm Maschenweite), mit Hilfe derer der Sand abgetrennt wurde. Die Siebe
wurden mechanisch gerüttelt. Das aus dem Rohr austretende Material wurde direkt
in den Trichter eines Schneckenextruders eingeleitet.
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Das im Extruder plastifizierte Material wurde bei einer Temperatur
von 1800C durch eine Düse mit einem Durchmesser von 20 mm in 2 m lange Stahlblechformen
gedrückt. Die Stahlblechformen besaßen ein rundeckiges Dreiecksprofil mit 14 cm
Kantenlänge. Außerdem waren sie mit einer Stahleinlage von 3 x 6 mm Stahldraht als
Armierung versehen. Die Abkühlung erfolgte in senkrechter Stellung der Formen und
sehr langsam, um Spannungen auf ein Minimum zu beschränken.
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Die nach dem vollständigen Abkühlen aus den Formen entnommenen Pfähle
waren von schlierig grau-brauner bis schwarzer Farbe und besaß eine außerordentlich
gute Festigkeit. So ergab ein Biegefestigkeitstest, bei dem die erhaltenen Pfähle
in waagerechter Stellung auf zwei sich im Abstand von 1 m befindlichen Unterstützungen
gelagert und genau in der Mitte zwischen
den beiden Unterstützungen
mit 200 kg belastet wurden, daß keinerlei Verbiegung nach 24 Stunden Belastungsdauer
festgestellt werden konnte. Bei dem entsprechenden Test mit einer Belastung von
250 kg ergab sich nach 24 Stunden eine Durchbiegung von 2 cm.