DE4432952A1 - Verbundwerkstoff aus Fasern oder Halmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff aus verpreß­ ten Fasern oder Halmen und einem thermisch härtenden Binde­ mittel.

Ein solcher Verbundwerkstoff ist beispielsweise aus DE-PS 25 53 968 bekannt, in der ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffs beschrieben ist.

Der gemäß vorstehend genannten Stand der Technik herge­ stellte plattenförmige Verbundwerkstoff umfaßt zu Partikeln aufgearbeitetes Stroh, das mit einem wärmehärtenden Kunst­ harz gemischt und unter einem Druck von 80 bis 650 kp/cm² (ca. 7840 bis 63700 kPa) und unter Wärmeeinwirkung verpreßt wurde.

Eine in der durch vorstehenden Stand der Technik bekannten Weise hergestellter plattenförmiger Verbundwerkstoff be­ sitzt keine Formbeständigkeit, die ihn zum Beispiel für die Bauindustrie als Werkstoff in Frage kommen ließen. Die man­ gelnde Formbeständigkeit liegt vor allem darin begründet, daß die Strohhalme durch ihre Eigenspannung auch noch nach dem Verpressen bestrebt sind, wieder in die von ihnen vor dem Preßvorgang eingenommene Ausgangslage zurückzukehren. Die auf der Oberfläche der einzelnen Halme befindliche na­ türliche Wachsschicht unterstützt dieses Bestreben, da durch sie ein inniger Kontakt zwischen dem einzelnen Halm und dem diesen umgebenden Bindemittel erschwert oder gar völlig unterbunden wird.

Zudem wurde ermittelt, daß der Restfeuchtigkeitsgehalt des Standes der Technik von 8-10% bei Herstellung größerer Platten negative Reaktionen auf die Festigkeit ausübt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Ver­ bundwerkstoff der oben angegebenen Art zu schaffen, der dauerhaft formbeständig ist und hohe mechanische und ther­ mische Belastungen aushält.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fasern oder Halme zerspannt vorliegen.

Eine Faser bzw. ein Halm wird dadurch zerspannt, daß diese(r) in Längsrichtung aufgerissen und deren Oberflä­ chenspannung gemindert wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff steht der Bauin­ dustrie ein Verbundwerkstoff zur Verfügung, der sich durch eine hohe Druckfestigkeit von bis zu 73550 kPa (750 kp/cm²), eine gute Formbeständigkeit, Abriebsfestigkeit und Schwimmfähigkeit und einer ausgezeichneten Resistenz gegen­ über pflanzlichen und tierischen Schädlingen auszeichnet. Der Verbundwerkstoff ist zudem feuchtigkeitsabweisend und tropenfest, schwer entflammbar, selbstverlöschend, schlag­ fest, je nach Rohdichte äußerst schall- und wärmedämmend, beständig gegen aggressive Chemikalien und Säuren, schraub- und dübelfest, elektrisch nicht leitend und gibt keine toxischen Strahlungen ab, ist altersbeständig, nicht krebs­ erregend, läßt sich gut entsorgen und hat einen sehr guten Wärmedurchgangskoeffizienten.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteran­ sprüchen 2 bis 8 aufgeführt.

Besonders vorteilhaft wirkt sich gemäß Anspruch 2 die Volu­ menverteilung von 80-90 Vol.% Fasern oder Halme und 20-10 Vol.% Bindemittel aus. Durch die erfindungsgemäße Volumen­ verteilung läßt sich das spezifische Gewicht des Verbund­ werkstoffs in Abhängigkeit der bei der Verpressung ange­ wandten Drücke sowie seine Dämmeigenschaften variieren, ohne daß er seine dauerhafte Formbeständigkeit verliert. Der Verbundwerkstoff wird somit vielseitig verwendbar.

Gemäß Anspruch 3 kann zusätzlich zu den Fasern oder Halmen und dem Bindemittel bis zu 8 Vol.% Kalziumdarbonat (Kreide) vor der Verpressung dem Gemisch beigemengt werden. Durch Hinzufügung von Kalziumkarbonat wird Bindemittel einge­ spart. Des weiteren dient es als Füllstoffzusatz für mögli­ cherweise vorhandene Porenräume.

Vorteilhaft gemäß Anspruch 4 ist auch, daß das Bindemittel Kunstharz, feuchtigkeitsreagierenden Härter und Beschleuni­ ger umfaßt. Durch den Härter und den Beschleuniger reagiert das Bindemittel auch bei hohen Feuchtigkeiten.

Entsprechend dem aus DE-PS 25 53 968 bekannten Herstellungs­ verfahren werden bei der Herstellung Preßdrücke zwischen 80 und 650 kp/cm² (ca. 7840-63700 kPa) angewandt, um aus dem oben genannten Volumengemisch aus Fasern oder Halmen den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff herzustellen.

Schon bei einem spezifischen Gewicht von 0,8 g/cm³ hat der so hergestellte Verbundwerkstoff eine Druckfestigkeit von ca. 68600 kPa (700 kp/cm²). Für die meisten Verwendbarkei­ ten des Verbundwerkstoffes ist somit ein spezifisches Ge­ wicht von 0,8 g/cm³ völlig ausreichend.

Im Unterschied zu dem aus der genannten Druckschrift be­ kannten Herstellungsverfahren, wird bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes erst nach der Verpres­ sung eine Temperatur von bis zu 130°C angewendet und nicht gleichzeitig mit der Verpressung. Dadurch wird sicherge­ stellt, daß das sich an der Oberfläche der Halme oder Fa­ sern befindliche Wachs auch tatsächlich mit dem vorzugs­ weise als Bindemittel verwendeten Kunstharz verbindet und sich nicht durch das frühzeitige Erhitzen während des Preß­ vorganges verläuft und verflüchtigt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff können somit Dachpfannen und Dachwellplatten als Ersatz für herkömmliche Dachziegel hergestellt werden. Auch Fußbodenplatten als tragende Unterkonstruktion oder als Parkett mit versiegel­ ter Oberfläche sowie Wandplatten für den Innen- und Außen­ bereich und als Fassadenschutz sind mit dem erfindungsgemä­ ßen Verbundwerkstoff herstellbar.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff weist nicht nur eine ausgezeichnete Druckfestigkeit auf, sondern aufgrund seiner hohen Volumenanteile an zerspannten Fasern oder Halmen auch sehr gute akustische Dämmeigenschaften und kann somit aus­ gezeichnet als Schallschutzplatte für Schallschutzwände an Autobahnen oder dgl. verwendet werden. Weitere Anwendungs­ möglichkeiten für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff liegen in der Herstellung von tragenden Deckenplatten mit oder ohne Bewehrung, von Ablage- und Unterlageplatten für die Bauindustrie, von Formprofilen und von Platten für die Möbelindustrie, wie z. B. für Tische, Bänke und Innentüren.

Wichtig ist, daß der Verbundwerkstoff zerspannte Fasern oder Halme enthält, deren Oberflächen eine Wachsschicht aufweisen, die dann bei der Herstellung des Verbundwerk­ stoffs mit dem Bindemittel, vorzugsweise ein Kunstharz wie z. B. Polyester, eine Verbindung eingeht. Die Zerspannung der Fasern oder Halme bewirkt, daß diese das Bestreben ver­ lieren, in ihre vor der Verpressung eingenommene Ausgangs­ lage zurückzukehren. Die zerspannten Halme oder Fasern greifen in dem Verbundwerkstoff ineinander und werden über deren oberflächige Wachsschicht durch das Bindemittel mit­ einander vernetzt. Diese netzartige Struktur erhöht die Formstabilität und Bruchfestigkeit wesentlich.

Der Begriff Fasern oder Halme im Zusammenhang mit dem er­ findungsgemäßen Verbundwerkstoff ist weit auszulegen und umfaßt faserförmige Gebilde mit gewisser Elastizität, die an ihrer Oberfläche eine künstliche oder natürliche Wachs­ schicht aufweisen. Fasern oder Halme pflanzlichen Ursprungs (Naturfasern oder Strohhalme) weisen gegen äußere Einwir­ kungen und zum Leiten und Führen der Pflanzen- und Zell­ flüssigkeit eine natürliche Wachsschicht an ihrer Oberflä­ che auf.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff soll vorzugsweise in Form von Platten oder plattenähnlicher Gegenständen für un­ terschiedlichste Anwendungsgebiete ausgebildet sein. Im weiteren wird der Verbundwerkstoff daher zusammengefaßt als Platte bezeichnet.

Versuche haben zu dem Ergebnis geführt, daß die Festigkeit einer erfindungsgemäßen Platte unmittelbar von der Dichte, dem Preßprofil im Plattenquer- und längsschnitt, dem wäh­ rend der Herstellung gefahrenen Preßdruck, dem Bindemittel und von Zusätzen abhängt.

Der Grundstoff, wie z. B. Stroh, Reisstroh, Bambus, Kokos, Flachs, Bambusgras, Getreideschrot oder andere nachwach­ sende faserförmige Rohstoffe, wird vorzugsweise bis auf un­ ter 10%, vorzugsweise auf 2 bis 4% Feuchtigkeit getrock­ net, entstaubt und auf eine Partikelgröße von ca. 1 bis 25 mm klein gehäckselt. Gleichzeitig mit der Zerhäckselung muß das Material in Längsrichtung aufgerissen werden.

Dem zerhäckselten und aufgerissenen Grundstoff werden als Bindemittel entweder Polyesterharze, verschiedene Leimharze oder aber polyfunktionelle Isocyanate oder aber Kombinatio­ nen aus Leimharzen und polyfunktionalen Isocyanaten zuge­ fügt. Der Anteil Bindemittel kann bedarfsweise an die funk­ tionale Beanspruchung einer Platte angepaßt werden und schwankt zwischen 4 und 12 Vol.%.

Als Zusätze werden dem vorbearbeiteten Grundstoff wahlweise einzeln oder in Kommbination Härter, Stearate, Füllstoffe, Paraffinemulsionen und Polyolvernetzer zugesetzt. Der An­ teil an Zusätzen ergibt sich aus der Anforderung an das Endprodukt.

Ferner kann durch Zugabe von Katalysatoren die Vernetzung beschleunigt werden. Als Katalysatoren kommen z. B. Polyurethan(PUR)- und PIR-Katalysatoren in Frage. PIR-Kata­ lysatoren sind beispielsweise 1-Methylimidazol, 1,4-Dime­ thylpiperazin, Tris(dimethylaminopropyl)-s-Hexahydrotriazin (HHT) oder auch Salze, wie Kaliumoctoat, Kaliumacetat und Kaliumformiat. Die Zugabemenge ist ebenfalls endproduktab­ hängig.

Das Gemisch aus vorbearbeitetem Grundstoff, Bindemittel und den entsprechenden Zugaben und Katalysatoren wird einem Preßdruck von bis zu 75 kp/cm² unter einer Temperatur von 75°C bis 250°C ausgesetzt. Der Preßdruck wird während des Preßvorganges in einem vorbestimmten Preßprofil variiert. Das Preßprofil wird in Abhängigkeit von einer gewünschten Plattendichte vorbestimmt. Die Plattendichte wiederum hängt von dem geforderten technischen Einsatz ab. So kann die Dichte z. B. bei Dämmplatten etwa 0,20 bis 0,45 betragen.

Unter den oben angegebenen chemischen und physikalischen Bedingungen lassen sich Dämmplatten herstellen, die nach Herstellung je nach Einsatzart mit Papier und/oder Folie beschichtet werden können. Bei der Herstellung der Dämm­ platten wird der Preßdruck auf einen Druck von maximal 20 kp/cm² zurückgeführt während die Temperatur bei ca. bis 250°C konstant gehalten wird. Die Feuchtigkeit wird im Ma­ terial bis auf 8% zurückgetrocknet, und der Bindemittelan­ teil beträgt in diesem Fall bis zu maximal 4 Gew.%.

Unter den oben angegebenen chemischen und physikalischen Bedingungen lassen sich, wie oben bereits erwähnt, auch Verbundplatten herstellen. Solche Verbundplatten werden im Herstellungsprozeß mehrschichtig hergestellt, wobei die einzelnen Schichten, z. B. Deck- und Kernschichten, be­ darfsweise unterschiedliche physikalische und chemische Ei­ genschaften aufweisen.

Eine mehrschichtig ausgebildete Verbundplatte weist eine höhere Festigkeit gegenüber einer solchen Einschichtplatte auf. Dies beruht darauf, daß durch das gefahrene Preßprofil die Dichte in den jeweiligen Deckschichten einer Platte im Verhältnis zu der der Kernschicht(en) erhöht wird.

Zur Verbesserung der Biegefestigkeit und des Querzuges kön­ nen im Deckschichtbereich der Platte Kunststoff- und/oder Glasfasermatten, Rowinggewebe, Glasfilamentmatten und Mat­ ten aus Metall eingearbeitet werden. Die verwendeten Ver­ stärkungsmittel sollten eine Mindesttemperatur von 500°C ohne Verlust ihrer vorbestimmten physikalischen Eigenschaf­ ten aushalten.

Zur Verbesserung der Abriebsfestigkeit werden in den Deck­ schichten Mineralstoffe, z. B. Bauxit, Quarzit o. dgl. ca. 4 bis 5 mm tief eingearbeitet.

Die erfindungsgemäßen Verbundplatten sind von Natur aus schwer entflammbar, da der Grundstoff hochverdichtet ist und die Verbrennungsrückstände die Sauerstoffzufuhr behin­ dern. Weiterhin kann durch Zugabe weiterer feuerhemmender Zusatzstoffe die Entflammbarkeit weiter gesenkt werden.

Ferner lassen sich Sandwich-Platten herstellen, die außen aus den oben genannten Verbundplatten und innen aus einer oben genannten Dämmplatte zusammengesetzt werden. Die ein­ zelnen Platten werden mit einem vorgenannten Kleber ver­ klebt. Zur weiteren Optimierung der durch eine solche Sand­ wich-Platte erreichten Schalldämmung kann die Außenfläche der Verbundplatten mit einer "schallschluckende" Struktur, z. B. Pyramidenstumpf o. dgl., versehen sein.

Claims (9)

1. Verbundwerkstoff aus verpreßten Fasern oder Halmen und einem thermisch härtenden Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Halme zerspannt vorliegen.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 80-90 Vol.% Fasern oder Halme und 20-10 Vol.% Bindemit­ tel enthalten sind.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 8 Vol.% Kalziumkarbonat als Kreide enthalten sind.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Kunstharz, einen feuchtigkeitsrea­ gierenden Härter und Beschleuniger umfaßt.

5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Halme Naturfasern bzw. Strohhalme sind.

6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern oder Strohhalme an Ihrer Oberfläche ei­ ne natürliche Wachsschicht aufweisen.

7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Halme an Ihrer Oberfläche eine künstli­ che Wachsschicht aufweisen.

8. Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein spezifisches Gewicht von 0,8 g/cm³.

9. Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine plattenförmige Ausbildung.