DE4337715A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen faserverstärkter Kunststoffprodukte - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen faserverstärkter KunststoffprodukteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Herstellen faserverstärkter, insbesondere glasfaserverstärkter
Kunststoffprodukte (GFK) unter Einsatz von zu faserförmigen
Partikeln zerkleinerten GFK-Recyclaten.
Es ist bekannt, daß sich z. B. glasfaserverstärkte
Kunststoffprodukte - im folgenden GFK genannt - aufbereiten
lassen, um den Wertstoffkreislauf zu schließen und die
Wiederverwertung dieser Stoffe zu ermöglichen. Hierzu werden
beispielsweise die GFK-Recyklate - als Rohstoff hierfür dienen
Bauteile aus der Automobil-, Elektro- und anderen
Anwenderindustrien - mechanisch zu faserförmigen Partikeln
zerkleinert und neuen GFK-Ausgangsmaterialien zugegeben, so
daß sich langfristig wertvolle Rohstoffe einsparen und
gleichermaßen die Abfallprodukte verringern lassen.
Bei der Wiederverwertung von GFK-Recyclaten werden faserförmige
SMC- (sheet moulding compound) Recyclat-Partikel einem
flächenförmigen Prepreg - hierbei handelt es sich um einen
Fachausdruck für flächige Gebilde, bei denen pastenförmige,
aus Harz- und Glasfasern bestehende Stoffe in Fasermatten
eingebracht sind mechanisch durch Streuvorrichtungen, bspw.
Rüttlern, zudosiert. Dabei treten einerseits Verteilungsprobleme
über die Breite auf, die ein exaktes Zumischen erschweren.
Andererseits neigen die Partikel - abhängig von der
Korngrößenverteilung - zur Separation. Schließlich wirken sich,
bedingt durch den mechanischen Transport, wie durch
Vibrationsrinnen, unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten
kleiner und großer Partikel nachteilig auf die Verteilung aus.
Bei einem anderen bekanntgewordenen Verfahren zum Herstellen
von Prepregs werden, um eine bessere Verteilung der Partikel
zu erreichen, Partikel und Harz vorgemischt. Nachteilig ist
hierbei die auf maximal 1 mm begrenzte Länge der Partikel, da
ansonsten Probleme bei der SMC-Herstellung, z. B. Separation
im Rakelkasten, auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit
denen sich die beschriebenen Nachteile vermeiden und
faserverstärkte Kunststoffprodukte mit einem höheren
Recyclatanteil erreichen lassen.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß eine wäßrige Suspension aus Schnittfasern,
GFK-Recyclat-Partikel und einem Bindemittel gemischt und aus
der Suspension ein recyclathaltiger Vliesstoff gewonnen wird.
Es wird auf diese Weise erreicht, daß das der Wiederverwertung
zuzuführende Recyclat, nämlich die GFK-Recyclat-Partikel, dem
Vliesstoff schon gleich eingelagert sind, d. h. die bei den
bekannten Verfahren aufgrund der dort erforderlichen
Dosiervorrichtungen und mechanischen Transportstrecken
auftretenden Verteilungsprobleme sind auf einem Schlage behoben.
Außerdem bereitet es keine Schwierigkeiten, eine Recyclatfraktion
mit einer Teilchengröße über 1 mm einzusetzen. Die Recyclatmenge
wird durch das Vliesgewicht bzw. durch den Recyclatanteil im
Vlies festgelegt.
Es wird vorgeschlagen, daß der Vliesstoff nach dem Trocknen
zu einer Rolle aufgewickelt und vorzugsweise unter Zugabe von
Glasfasern mit einem duroplastischen Harz bzw. SMC-Pasten
imprägniert wird. Der Vliesstoff läßt sich danach beim Abwickeln
kontinuierlich einem an sich bekannten Prepregsystem zuführen.
Das ermöglicht in einfacher Weise einen kontinuierlichen
Fertigungsprozeß bei der Herstellung faserverstärkter,
insbesondere glasfaserverstärkter GFK-Kunststoffprodukte auf
üblichen SMC-Anlagen.
Der Vliesstoff läßt sich in einer vorteilhaften Ausführungsform,
zwischen zwei konventionellen SMC-Prepregs einlegen, wobei die
Lagen des Prepreg/Vlies-Sandwichs anschließend in einer Form
verpreßt und dort zu dem gewünschten Kunststoffprodukt (bspw.
Stoßfänger, Kühlergrill, Autospiegelgehäuse, Schaltkästen, z. B.
für eine Ampelanlage, etc.) geformt werden. Das Verbinden des
recyclathaltigen Vliesstoffes mit den konventionellen
SMC-Prepregs geschieht vorzugsweise nach Art des resin injection
moulding (RIM)-Prozesses. Bei diesem Prozeß bzw. Verfahren wird
das recyclathaltige Vlies in die Preßform eingelegt und das
Harz unter Druck in die Preßform eingepreßt. Die Eigenschaften
des SMC-Bauteils lassen sich durch Zugabe von Glasfasern in
Form von Matten oder Vliesen beeinflussen.
Nach einem bevorzugten Vorschlag der Erfindung wird GFK-Recyclat
auf Basis duroplastischer Harze als faserförmige Partikel
mit einem Anteil bis 90 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.%,
eingesetzt, während der Schnittfaseranteil mindestens 5 Gew.%
und der Bindemittelanteil bis 10 Gew.%, vorzugsweise 0,5 bis
5 Gew.% betragen kann. Als Duroplaste können vorzugsweise
ungesättigte Polyester-Harze, daneben auch Polyurethan-,
Melamin-, Phenol-, Harnstoff- oder Epoxid-Harze mit einem
Glasfaseranteil im GFK-Recyclat bis 70 Gew.% in Frage kommen.
Die Länge der faserförmigen Recyclatpartikel beträgt vorzugsweise
0,5 bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm, die der Schnittfasern
vorzugsweise 5 bis 30 mm.
Als Schnittfasern werden bevorzugt Glasfasern eingesetzt,
daneben sind auch andere Fasern geeignet, z. B. aus Aramid,
Kohlenstoff, Polyester, Polyamid, Sisal oder Cellulose. Diese
Fasern erfüllen bei der Herstellung des recyclathaltigen
Vliesstoffs aus der wäßrigen Suspension eine doppelte Aufgabe.
Erstens dienen sie dazu, die Recyclatpartikel bei der Vliesablage
aus der Suspension zu filtrieren, d. h. die sich bei der
Vliesablage über dem Sieb an die Fasern ablagernden Partikel
werden zunehmend mehr zurückgehalten bzw. gebunden.
Zweitens bewirken sie eine entsprechende Naßfestigkeit und
ermöglichen die Übergabe von der Vlieszone in die Trockenzone.
Es wird vorgeschlagen, daß styrollösliche Bindertypen,
vorzugsweise Acrylate, Silane, Vinylacetate, bei der maschinellen
Herstellung des Laminats und styrolunlösliche Bindertypen,
vorzugsweise Vinylacetate, Aminoplaste, Acrylate,
Polyvinylalkohol, bei der Handlaminierung verwendet werden.
Hierbei sind die styrollöslichen Acrylate und Vinylacetate
niedrig - und die styrolunlöslichen Acrylate und Vinylacetate
hochvernetzt.
Nach einem Vorschlag der Erfindung besitzen faserverstärkte
Laminate bzw. Verbundwerkstoffe ein Flächengewicht bis 2000
g/m² und eine Dicke bis 10 mm. Je nach Herkunft bzw. Aufbereitung
kann im Recyclat ein Glasfaseranteil von 20 bis 50 Gew.%
enthalten sein, der sich positiv auf die mechanischen
Festigkeiten auswirkt. Abgesehen davon ist es möglich, durch
gezielte Zugabe von weiteren Glasfasern die Strukturwerte zu
verbessern. Der Glasfaseranteil läßt sich in dem Vlies zudem
innerhalb des SMC variieren, bspw. kann bei einer
Biegebeanspruchung des Bauteils entlang der Zug/DruckNullinie
der Glasfaseranteil geringer sein als in den zug- bzw.
druckbelasteten Randzonen.
Ein erfindungsgemäß her gestelltes Vlies mit Recyclatfraktion
und einem Anteil von ca. 30 Gew.% Glasfasern wies die folgenden
Eigenschaften auf:
Flächengewicht: 500 g/m²
Dicke: 2,6 mm³
Dichte: 192 kg/m
Recyclatanteil: 80%
Festigkeit: 15 N/15 mm
Schnittfaseranteil: 15%
Bindergehalt: 5%.
Flächengewicht: 500 g/m²
Dicke: 2,6 mm³
Dichte: 192 kg/m
Recyclatanteil: 80%
Festigkeit: 15 N/15 mm
Schnittfaseranteil: 15%
Bindergehalt: 5%.
Aufgrund eines styrollöslichen Acryalt-Binders ergab sich beim
Verpressen mit einem ungesättigten Polyesterharz auf einer
SMC-Prepreg-Anlage eine hinsichtlich des Fließverhaltens gute
Verarbeitung. Die mechanischen Eigenschaften entsprechen denen
eines konventionellen SMC mit einem vergleichbaren
Glasfasergehalt. Demgegenüber betrug der Recyclatanteil im
SMC-Fertigteil allerdings ca. 30 Gew.% und übertrifft damit
bisherige Werte, die im Bereich von lediglich 10 bis 15 Gew.%
liegen, ganz erheblich.
Zur Herstellung des Vlieses bzw. Vliesstoffes wird vorzugsweise
eine für die Papierherstellung an sich bekannte Naßvliesanlage
eingesetzt, die aus einer Faserstoffsuspendierungseinheit, einem
Vliesbildner und einer Trocknungseinheit mit nachgeschaltetem
Aufwickler bestehen kann. Die Faserstoffsuspendierungseinheit
dient zur Mischung einer wäßrigen Suspension aller Komponenten.
Die wäßrige Suspension wird danach in den Vliesbildner gefördert,
der vorteilhaft einen Schräg- oder Rundsiebformer aufweisen
kann. Während der Vliesbildung sammeln sich die Recyclatpartikeln
an den Verstärkungsfasern an und werden somit aus der unterhalb
des Siebes abfließenden Flüssigkeit herausfiltriert und
zurückgehalten.
In der sich anschließenden Trocknungseinheit, die sich
vorteilhaft als beheizter Durchlaufofen, alternativ als Trommel
bzw. Bandtrockner ausbilden läßt, trocknet das Vlies und
verfestigt sich. Im Anschluß an diesen Behandlungsprozeß läßt
sich der Vliesstoff zu einer Rolle aufwickeln und in einem
kontinuierlichen Verfahrensablauf von der Rolle zur
Prepreg-Anlage abziehen, um dort das Laminat bzw. Sandwich durch
Einbetten zwischen zwei konventionellen Prepregs herzustellen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein
in der einzigen Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel
einer - schematisch gezeigten - Naßvliesanlage zur Herstellung
recyclathaltiger Verbundstoffe näher erläutert ist.
Die Naßvliesanlage 1 umfaßt eine Faserstoffsuspendierungseinheit
2, einen Vliesbildner 3 und eine Trocknungseinheit 4 mit
nachgeschaltetem Aufwickler 5. In der
Faserstoffsuspendierungseinheit werden gemäß Pfeil 6 alle zur
Herstellung der Mischung einer wäßrigen Suspension benötigten
Komponenten (Wasser, Schnittfasern, GFK-Recyclat-Partikel,
Bindemittel) in einen ersten, mit einem Rührwerk 7 versehenen
Behälter 8 und danach in einen zweiten, ebenfalls mit einem
Rührwerk 9 versehenen Behälter 10 gegeben; den Transport der
Suspension übernehmen Pumpen. Der Faserstoffsuspendierungseinheit
2 schließt sich die nächste Verfahrensstufe an, nämlich die
Vliesablage und Bildung eines Vlieses mit Hilfe eines in dem
Vliesbildner 3 angeordneten Siebes 11. Das unterhalb des Siebes
11 aus der Suspension abgefilterte Wasser wird gemäß Pfeil 12
im Kreislauf zurückgeführt und der den zweiten Behälter 10 der
Faserstoffsuspendierungseinheit 2 verlassenden Suspension
beigemengt.
Die nicht nur der Anlagerung der Recyclatpartikeln dienenden,
sondern weiterhin auch für eine entsprechende Naßfestigkeit
sorgenden Schnittglasfasern unterstützen es, den Vliesstoff
von dem Vliesbildner 3 in die einen Trommel- bzw. Bandtrockner
13 aufweisende Trocknungseinheit 4 weiterzuleiten, in der der
Vliesstoff verfestigt und getrocknet wird, bevor er auf dem
nachgeschalteten Aufwickler 5 zu einer Rolle aufgewickelt wird.
Von dort läßt sich der recyclathaltige Vliesstoff in eine nicht
dargestellte, bekannte Prepreg-Anlage überführen, um den
Verbundwerkstoff bzw. das Laminat für die zu verpressenden
Kunststoffprodukte herzustellen.
Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen faserverstärkter, insbesondere
glasfaserverstärkter Kunststoffprodukte (GFK), unter Einsatz
von zerkleinerten GFK-Recyclaten,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine wäßrige Suspension aus Schnittfasern,
GFK-Recyclat-Partikeln und einem Bindemittel gemischt und
aus der Suspension ein recyclathaltiger Vliesstoff gewonnen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesstoff getrocknet, zu einer Rolle aufgewickelt,
und vorzugsweise unter Zugabe von Glasfasern mit einem
duroplastischen Harz imprägniert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesstoff, zwischen zwei konventionellen
SMC-Prepregs eingelegt wird und die Lagen des
Prepreg/Vlies-Sandwichs in einer Form verpreßt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Recyclat-Partikel duroplastischen SMC-Bauteilen
in einer Menge von bis 90 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 80
Gew.%, zugegeben werden, und der Schnittfaseranteil
mindestens 5 Gew.% und der Bindemittel-Anteil bis 10 Gew.%
beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß styrollösliche Bindertypen verwendet werden,
vorzugsweise Acrylate, Silane, Vinylacetate.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß styrolunlösliche Bindertypen verwendet werden,
vorzugsweise Acrylate, Vinylacetate, Aminoplaste,
Polyvinylalkohol.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis
6,
dadurch gekennzeichnet,
daß faserverstärkte Laminate bzw. Verbundwerkstoffe ein
Flächengewicht bis 2000 g/m² und eine Dicke bis 10 mm
besitzen.
8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch
eine Naßvliesanlage (1), bestehend aus einer
Faserstoffsuspendierungseinheit (2), einem Vliesbildner
(3) und einer Trocknungseinheit (4) mit nachgeschaltetem
Aufwickler (5).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesbildner (3) ein Schrägsieb aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vliesbildner (3) ein Rundsieb aufweist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis
10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trocknungseinheit (4) als beheizter Durchlaufofen
ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis
10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trocknungseinheit (4) als Trommel-bzw. Bandtrockner
(13) ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337715 DE4337715A1 (de) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen faserverstärkter Kunststoffprodukte |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934337715 DE4337715A1 (de) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen faserverstärkter Kunststoffprodukte |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4337715A1 true DE4337715A1 (de) | 1995-05-11 |
Family
ID=6501831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934337715 Withdrawn DE4337715A1 (de) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen faserverstärkter Kunststoffprodukte |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4337715A1 (de) |
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1993
- 1993-11-05 DE DE19934337715 patent/DE4337715A1/de not_active Withdrawn
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