DE4116025C2 - Verfahren zum Herstellen von gefüllten Thermoplastformkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gefüllten Thermoplastformkörpern durch Herstellen eines Gemisches aus einem thermoplastischen Matrixmaterial und Zusatzkomponente aus einem zerkleinerten Duroplasten und durch Formgebung des Gemisches mittels Thermoplastverarbeitungsmaschinen.

Thermoplaste werden heute für die Herstellung von Gebrauchsgütern eingesetzt, für deren Eigenschaften die mechanischen und/oder chemischen Kennwerte der eingesetzten Plasttypen in bestimmten Fällen unnötig hoch oder in anderen Fällen als unzureichend erscheinen können.

Mit Hilfe des Einsatzes von Füllstoffen, die neben der teilweisen Substitution der thermoplastischen Komponente auch ein Ausprägen gewünschter Eigenschaften der gefüllten Thermoplaste zur Folge haben können, werden Lösungen zur Bereitstellung billiger und für bestimmte Einsatzzwecke besonders geeigneter Konstruktionswerkstoffe gesucht. Für die Entwicklung von verfahrenstechnischen Lösungen kann es auch von Interesse sein, verfügbare Stoffe mit ausreichender Eignung als Zusatzkomponente für gefüllte Thermoplaste einer wirtschaftlichen Nutzung zuzuführen.

Es ist allgemein bekannt, als Füllstoffe für thermoplastische Polymere anorganische Stoffe, wie Kreide, Kalk, Kaolin, Tonmineralien, Asbest, Ruß, Glimmer, Talkum, Glasmehl, Aluminiumoxid, Titandioxid oder Magnesiumoxid einzusetzen. Diese Stoffe werden in fein verteilter Form, vorzugsweise aus stoffwirtschaftlichen Überlegungen, zum Magern der Polymeren eingesetzt, wobei in vielen Fällen ein deutlicher Rückgang bestimmter Polymereigenschaften, insbesondere der mechanisch-physikalischen Eigenschaften zu beobachten ist.

Füllstoffe, die üblicherweise in einem Kornbereich zwischen 0,0001 und 0,03 mm Anwendung finden, begrenzen die möglichen Füllstoffkonzentrationen in Thermoplastformkörpern häufig bereits wegen der bestehenden Compoundierungsprobleme. Die feinstkörnigen Füllstoffe zeigen oft eine stark ausgeprägte Agglomerisationsneigung und führen zu Schwierigkeiten bei der angestrebten homogenen Einarbeitung und vollständigen Benetzung der Füllstoffpartikel durch das polymere Matrixmaterial.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die nachteiligen Wirkungen von feinstteiligen Füllstoffen in Füllstoff- Polymer-Verbundmaterialien auszuschalten. In den DD-PS 2 05 925 und 2 05 926 werden Lösungen beschrieben, mit deren Hilfe anorganische mineralische Füllstoffe durch Feinstkornentzug und gegebenenfalls durch den Zusatz oberflächenaktiver organischer Substanzen in höheren Konzentrationen und bei Verminderung der bekannten nachteiligen Wirkungen von Füllstoffen auf die Materialkennwerte der eingesetzten Polymer-Werkstoffe zum Einsatz gebracht werden sollen.

Ebenso wurde bereits versucht, duroplastische Materialien mit thermoplastischem Matrixmaterial gemeinsam zum Einsatz zu bringen, wie es beispielsweise in den DE 37 44 727 C2 und DE 39 25 029 C1 beschrieben wird. Die vorgenannten Vorschläge berücksichtigen, daß das Zusammenführen von thermoplastischen und duroplastischen Mischungsbestandteilen in der eigentlichen Thermoplast- Verarbeitungstechnik, wie Extrusions- oder Formpreßapparaten, zwangsläufig zu Verschleißerscheinungen an den Plastifizier- und/oder Formwerkzeugen führt, was einer praktischen Nutzung der vorgeschlagenen Lösungen für das Herstellen von gefüllten Thermoplast-Formkörpern direkt entgegensteht.

Folgerichtig beziehen sich die bisher bekannten Lösungen auf das Herstellen von thermoplastgebundenen Halbzeugen bzw. auf das Herstellen derartig grob dimensionierter Bauteile, die üblicherweise auf typischen Thermoplast- Verarbeitungsmaschinen, wie Spritzgieß-, Kalandrier- und Extrusionsanlagen, nicht hergestellt werden.

Sie berücksichtigen damit auch die bisher gültige Erkenntnis, daß es sowohl aus technischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen unzulässig ist, die Werkzeugoberflächen von Thermoplast-Verarbeitungsmaschinen mit möglicherweise metallisch oder anorganisch gefüllten Duroplastkörpern in direktem Kontakt zu bringen.

Trotz der vielfältigen Bemühungen stehen aus den genannten Gründen praktikable technische Lösungen für das Herstellen von mit zerkleinerten Duroplasten gefüllten Thermoplast- Formkörpern nicht zur Verfügung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, gefüllte Thermoplast-Formkörper mit Hilfe solcher Füllstoffe herzustellen, die ohne nennenswerten Schwierigkeiten in die Matrix aus Polymeren einarbeitbar sind und zugleich durch ihre besondere Beschaffenheit die Erzielung von Gebrauchswert-Verbesserungen oder das zumindest teilweise Kompensieren von nachteiligen Wirkungen hoher Füllstoffgehalte in den gefüllten Thermoplast-Formkörpern ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gemäß des Patentanspruchs 1 als Zusatzkomponente eine unter Verzicht auf vorangehende Sortierung aus der selektiven Zerkleinerung mittels Wälztechnik in Mahlaggregaten und nachgeschalteter Dichtesortierung gewonnene feinstkorn- und metallabgereicherte Leichtgutfraktion gefüllter und/oder ungefüllter Duroplaste eingesetzt und diese Fraktion in Masseanteilen von 0,05 bis 0,7 mit 1 Masseteil eines pulverförmigen und/oder granulierten Primär- und/oder Sekundär- Thermoplasten mittels Heißmischtechnik vermischt und vorgranuliert wird, worauf das Vorgranulat plastifiziert und die Formgebung bei Werkzeugtemperaturen vorgenommen wird, die bis zu 20K unter den für die verwendeten Thermoplasttypen bekannten Normaltemperaturen liegen.

Als Primär- oder Sekundär-Thermoplaste können dabei Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polystyrol und/oder zerkleinertes Material aus erfindungsgemäß gefüllten Thermoplasten zum Einsatz gebracht werden.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß als Zusatzkomponente metallabgereicherte Fraktionen gefüllter und/oder ungefüllter Duroplaste verwendet werden. Diese Duroplaste können mittels anorganischer und/oder organischer Stoffe gefüllt und/oder verstärkt sein, beispielsweise durch Papiere, Glas- oder Kohlenstoffasern. Sie können aus dem Auto-, Elektrotechnik- oder aus dem Elektronik-Schrottrecycling stammen und werden im Kornband zwischen 0 und 4 mm, vorzugsweise im Kornband zwischen 0,05 und 0,8 mm, verwendet.

Im Falle der Gewinnung der Zusatzkomponente aus duroplasthaltigen Verbundwerkstoffen, beispielsweise unbestückten oder bestückten Leiterplatten aus phenolharzgetränkten und Bromverbindungen enthaltenden Papieren oder aus bromierten Epoxydharzen mit Glasfasermatten als Basismaterial, wird die Herstellung durch selektive Zerkleinerung stückigen Aufgabematerials mittels Schlag-Prall-Beanspruchung vorgesehen. Dabei wird die Zerkleinerung auf ein Kornband von 0 bis 5 mm, vorzugsweise auf ein Kornband von 0 bis 2 mm, vorgenommen. Anschließend wird mittels Dichtesortierung neben einer metallabgereicherten Feinstkornfraktion im Kornband von 0 bis 0,1 mm, vorzugsweise im Kornband von 0 bis 0,05 mm, und einem Metallkonzentrat die feinstkornarme Leichtgutfraktion gewonnen und als Zusatzkomponente zum Einsatz gebracht.

Es gehört außerdem zum Wesen der Erfindung, daß die Formgebung der gefüllten Thermoplast-Elemente unter Einsatz von Werkzeugen vorgenommen wird, mit deren Hilfe das Erstarren der plastifizierten Gemische unter weitgehender Beibehaltung der Fließrichtung des Einsatzgemisches durchgeführt wird. Da die Zusatzkomponente als metallabgereicherte Fraktion gefüllter und/oder ungefüllter Duroplaste aus dem Auto-, Elektrotechnik- oder Elektronik-Schrottrecycling einen Anteil von wenigstens 10 Masseprozent an nadeligen und/oder plattigen Körnern enthält, kommt es beim Fließen der plastifizierten Einsatzgemische zum Ausrichten dieser im wesentlichen zweidimensionalen Komponenten und ermöglicht damit die Erschließung zielgerichteter Verstärkungswirkungen.

Solche Wirkungen lassen sich insbesondere mit Hilfe von an sich bekannten Thermoplastverarbeitungstechniken, wie Spritzgieß-, Kalandrier- oder Extrusionsmaschinen zufriedenstellend realisieren.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer neuen Klasse von Füll- und Verstärkungsstoffen für Thermoplaste Anwendungsbereiche erschlossen werden können, die für gefüllte Thermoplaste bisher aus qualitativen und/oder aus Preisgründen nicht erreichbar erschienen.

Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung den Einsatz und damit die vorteilhafte stoffliche Nutzung von Schrottbestandteilen, die anderenfalls nur unter Inkaufnahme von erheblichen Kostenaufwendungen umweltverträglich entsorgt werden könnten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, den erforderlichen Energieeinsatz für das Plastifizieren der erfindungsgemäß gefüllten thermoplastischen Einsatzgemische deutlich verringern zu können. Unter Ausschöpfung der installierten Maschinenleistung lassen sich erhöhte Durchsätze realisieren, die zu einer Senkung des spezifischen Energieverbrauches führen.

Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Aus einem Gemisch aus kupferkaschierten Leiterplattenabfällen, bestückten und unbestückten Leiterplatten, deren Basismaterial teilweise aus phenolharzgebundenem Hartpapier und teilweise aus glasfaserverstärktem Epoxydharz bestand, wurde mittels Wälzmahltechnik ein Zerkleinerungsprodukt im Kornband von 0 bis 5 mm erzeugt. Aus dem metallabgereicherten Produkt wurde die Fraktion 0,05 bis 1,0 mm gewonnen und als Zusatzkomponente für die Herstellung von Compounds aus gefüllten Thermoplasten bereitgestellt. Im Gemisch von 1 Masseteil PVC-H-Primärmaterial und 0,17 Masseteilen der Zusatzkomponente wurde das Einsatzmaterial einer Heiß-/Kalt- Mischerkombination aufgegeben und vorgranuliert. Das Vorgranulat wurde einem Einschneckenextruder mit einem Zylinder-Innendurchmesser von 60 mm und einem L/D- Verhältnis von 25 aufgegeben. Es wurde ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 40 mm erzeugt.

Im Vergleich mit der ungefüllten PVC-Mischung ergaben sich die nachfolgend aufgeführten Einstellwerte:

An gewonnenen Materialproben ließ sich die Ausrichtung der plattigen und stengeligen Einzelkörner, die zu etwa 25% im Zusatzstoff ermittelt wurden, nachweisen.

Die gefundenen Werte für die Zugfestigkeit, die Druckfestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit hatten keinen signifikanten Abfall zu verzeichnen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen von gefüllten Thermoplastformkörpern durch Herstellen eines Gemisches aus einem thermoplastischen Matrixmaterial und einer Zusatzkomponente aus einem zerkleinerten Duroplasten und durch Formgebung des Gemisches mittels Thermoplastverarbeitungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzkomponente eine unter Verzicht auf vorangehende Sortierung aus der selektiven Zerkleinerung mittels Wälztechnik in Mahlaggregaten und nachgeschalteter Dichtesortierung gewonnene feinstkorn- und metallabgereicherte Leichtgutfraktion gefüllter und/oder ungefüllter Duroplaste eingesetzt und diese Fraktion in Masseanteilen von 0,05 bis 0,7 mit 1 Masseanteil eines pulverförmigen und/oder granulierten Primär- und/oder Sekundär-Thermoplasten mittels Heißmischtechnik vermischt und vorgranuliert wird, worauf das Vorgranulat plastifiziert und die Formgebung bei Werkzeugtemperaturen vorgenommen wird, die bis zu 20 K unter den für die verwendeten Thermoplasttypen bekannten Normaltemperaturen liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Primär- oder Sekundär-Thermoplaste Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polystyrol und/oder zerkleinertes Material aus erfindungsgemäß hergestellten gefüllten Thermoplasten zum Einsatz gebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzkomponente metallabgereicherte Fraktionen gefüllter und/oder ungefüllter Duroplaste aus dem Auto-, Elektrotechnik- oder Elektronik-Schrottrecycling mit einem Anteil von wenigstens 10 Masseprozent nadeliger und/oder plattiger Körner im Kornband zwischen 0 und 4 mm, vorzugsweise im Kornband zwischen 0,05 und 0,8 mm, verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feinstkornarme und metallabgereicherte Leichtgutfraktion durch selektive Zerkleinerung stückigen Ausgangsmaterials bei Normaltemperatur auf ein Kornband von 0 bis 5 mm, vorzugsweise auf ein Kornband von 0 bis 2 mm, und durch anschließende Dichtesortierung neben einer metallabgereicherten Feinstkornfraktion im Kornband von 0 bis 0,1 mm, vorzugsweise im Kornband von 0 bis 0,05 mm, und einem Metallkonzentrat gewonnen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung der gefüllten Thermoplastformkörper unter Einsatz von Werkzeugen vorgenommen wird, mit deren Hilfe das Erstarren der plastifizierten Gemische unter weitgehender Beibehaltung der Fließrichtung durchgeführt wird.