DE60014256T2

DE60014256T2 - Verfahren zur Behandlung von Fasern zum Herstellung von Verbundwerkstoffen wie Asphalt und Beton, und dadurch Hergestellte Verbundwerkstoffe

Info

Publication number: DE60014256T2
Application number: DE60014256T
Authority: DE
Inventors: Alain Marion; Stephane Lambert
Original assignee: Mixt Composites Recyclables SAS
Current assignee: Mixt Composites Recyclables SAS
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: FR2795669B1; EP1066939A1; ATE277730T1; FR2795669A1; ES2226749T3; EP1066939B1; DE60014256D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Fasern, die zur Herstellung von Verbundmaterialien bestimmt sind, um deren Handhabung und Dosierung zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft insbesondere Glasfasern, aber sie betrifft gleichermaßen alle anderen Fasertypen, beispielsweise Kohlenstoff-, Aramidfasern oder auch Fasern pflanzlichen Ursprungs.
Diese Fasern finden vielfältige Anwendungen. Beispielsweise werden sie direkt in eine Matrix eingebracht, die ein thermoplastisches Harz enthält, um Verbundgranulat zu bilden.
In praktischer Hinsicht verfügt das Bedienungspersonal über Fasern, die in Form eines Agglomerats vereinigt sind und die direkt in das Material, das die Fasern empfangen soll, eingebracht werden.
Die Verwendung eines solchen Agglomerats bietet bestimmte Nachteile, weil es sich als schwierig handzuhaben und zu dosieren erweist. Auf diese Weise weist das hergestellte Verbundmaterial eine ungleichmäßige Faserdichte auf, d.h. es enthält Zonen, in denen die Fasermenge kleiner oder größer ist. Dadurch können den Verbundmaterialien nicht die erforderlichen Eigenschaften verliehen werden.
Von US-A-3,712,776 wird ein Verfahren zur Behandlung von Glasfasern vorgeschlagen, bei dem letztere mit einem thermoplastischen Harz in einer Knetvorrichtung gemischt werden. Das so erhaltene Gemisch wird anschließend über eine Beschickungsvorrichtung in einen Extruder überführt. Das entsprechende Produkt wird anschließend zu einem Bad geleitet und dann mithilfe einer Schneidevorrichtung in Granulat umgewandelt.
Ebenso wird in EP-A-0 610 619 ein Verfahren zur Herstellung von Granulat durch Extrusion vorgeschlagen, bei dem thermoplastische Verbindungen mit Cellulosefasern gemischt werden.
US-A-5,028,266 beschreibt ein Granulat, welches das Einbringen eines Faserfüllmaterials in das Innere einer flüssigen Bitumenmasse erlaubt.
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Bd. 1998, Nr. 06, 30. April 1998 (1998-04-30) und JP 10 053451 A (SEKISUI CHEM CO LTD., U G KIZAI KK), 24. Februar 1998 (1998-02-24) hat die Behandlung Glasfasern enthaltender Industrieabfälle zur Aufgabe.
DATABASE WPI, Abschnitt Ch, Woche 199616, Derwont Publications Ltd., London, GB; Klasse A26, AN 1996-157342 XP002148819 und JP 08 041442 A (WATANABE S), 13. Februar 1996 (1996-02-13) offenbart das Formen einer Zusammensetzung, die aus einem Gemisch von Sand, Keramikgranulat, faserverstärktem Harzgranulat, Eierschalen, einem Material des Kautschuktyps und einem Harz des Silikontyps hergestellt ist.
Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Lehre von US-A-3,712,776, das den am nächsten verwandten Stand der Technik darstellt, indem sie die Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung von Fasern zur Verfügung stellt, das in ökologischer und ökonomischer Hinsicht vorteilhaft ist und gleichzeitig eine zufriedenstellende Beständigkeit der so erhaltenen Füllelemente gewährleistet.
Zu diesem Zweck hat sie ein Verfahren gemäß dem Wortlaut des Anspruchs 1 zur Aufgabe.
Mit einem gegenüber den Fasern neutralen Additiv ist ein Additiv gemeint, das keine wesentliche Modifikation der Eigenschaften des Verbundmaterials induziert, das mithilfe dieser Fasern gefüllt ist.
Das zu Beginn feste Additiv wird in einen flüssigen Zustand überführt, in dem das Additiv, das eine hohe Viskosität besitzen kann, verformbar ist, so dass ein inniges Mischen mit den Fasern möglich ist.
Die Erfindung ermöglicht das Erzielen der vorstehend genannten Aufgaben.
Die erfindungsgemäß erhaltenen getrennten Elemente lassen sich leicht handhaben und besitzen eine kleinere Größe. Diese getrennten Elemente lassen sich in dem Maße leicht dosieren, in dem das Bedienungspersonal in der Lage ist, sie auf homogene Weise, insbesondere im Inneren von Beton oder Bitumen, die diese Fasern verstärken sollen, zu dispergieren.
Es sollte beachtet werden, dass im Inneren eines einzelnen getrennten Elements die Faserdichte im Wesentlichen unterschiedlich vom nominellen Gehalt an Fasern des hergestellten Verbundmaterials sein kann, ohne dass dies nachteilig für die Eigenschaften des Letzteren ist. Tatsächlich werden diese getrennten Elemente ausgehend von einem Halberzeugnis hergestellt, in dem die Fasern homogen verteilt sind.
Die Verwendung dieser getrennten Elemente, die im festen Zustand vorliegen, verursacht im Wesentlichen keinen Staub, was hinsichtlich der Umwelt und der Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal vorteilhaft ist.
Durch Verwendung von Fasern, die in Form erfindungsgemäß erhaltener, getrennter Elemente veredelt worden sind, können gefüllte Materialien mit kleiner Dichte erhalten werden, deren mechanische Beständigkeit zufriedenstellend ist. Außerdem ist der Selbstkostenpreis dieser Materialien weniger hoch.
Das erfindungsgemäße Behandlungsverfahren gewährleistet eine Umhüllung von Fasern durch das Additiv im festen Zustand. Dies verleiht diesen Fasern vor ihrer Verwendung eine gute Beständigkeit in aggressivem Medium.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Additiv einen erheblichen Anteil an thermoplastischen Verbindungen. Beispielsweise lassen sich Polyolefine, insbesondere Polyethylene oder Polypropylene, Styrolverbindungen, wie Styrol-Butadien-Acetat oder ABS, Polyamide, Polyvinylchloride oder PVC, Polyvinylalkohole oder PVA, Polybutadienterephthalate oder PBT oder auch Polyethylenterephthalate oder PET, verwenden.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das Additiv ein Polyethylen niedriger Dichte. Die Verwendung des Letzteren ist in dem Maße vorteilhaft, in dem das Polyethylen niedriger Dichte eine erhöhte Schmelztemperatur besitzt und eine große Fließfähigkeit aufweist, so dass es in der Lage ist, die Fasern auf zufriedenstellende Weise zu umschließen. Außerdem besitzt es eine niedrige Dichte sowie einen vorteilhaften Reibungskoeffizienten. Ferner wurde von der Anmelderin festgestellt, dass es beim Kontakt mit Betonen oder Bitumen eine sehr zufriedenstellende Verteilung und Diffusion der getrennten Elemente im Inneren des Betons oder Bitumens induziert.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Additiv in Anteilen zwischen 20 und 80%, vorzugsweise zwischen 20 und 50%, bezogen auf das Gesamtgewicht der hergestellten getrennten Elemente, zugegeben.
Die Fasern können im Inneren des flüssigen Additivs durch thermo-mechanische Wirkung, insbesondere durch Extrusion, verteilt werden. Man kann jedoch jedes andere geeignete Verfahren verwenden.
Ein Füllelement kann mit einer Matrix derart verbunden werden, dass ein Verbundmaterial hergestellt wird. Es kann auch zu Betonen oder zu Bitumen hinzugefügt werden, um diesen verbesserte Eigenschaften zu verleihen, insbesondere hinsichtlich der Verhinderung von Rissbildung.
Die vorstehenden Verstärkungsfasern stammen vorteilhafterweise aus der Recyclingindustrie. Sie besitzen vorteilhafterweise eine Länge von mehr als 10 mm, vorzugsweise mehr als 15 mm. Diese Abmessungen verleihen dem so hergestellten Füllelement eine sehr zufriedenstellende Beständigkeit und bewirken insbesondere eine Erhöhung der grundlegenden mechanischen Eigenschaften des Elements.
Das Füllelement besitzt eine hauptsächliche Abmessung zwischen 20 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 25 und 35 mm.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal besitzt dieses Füllelement eine Querabmessung zwischen 3 und 7 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 6 mm.
Durch diese verschiedenen Abmessungen kann das Füllelement leichter gehandhabt sowie gelagert werden.
Schließlich ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verbundbitumen oder -beton, der eine Matrix umfasst, die mithilfe von Füllelementen, wie vorstehend definiert, verstärkt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die ausschließlich als Beispiele und nicht als Beschränkung gegeben werden und in denen:
1 ein Wirkschema ist, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Fasern veranschaulicht;
2 eine schematische Seitenansicht eines getrennten Elements ist, das gemäß der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird.
Die in der 1 veranschaulichte Vorrichtung zur Behandlung von Fasern umfasst einen Extruder 12 des herkömmlichen Typs.
Dieser Extruder ist mit einem Einlass 14 in Form eines Trichters, einem Hauptkörper 16, in dem sich eine Schnecke 18 befindet, sowie mit einem Auslass 20 ausgestattet, in dessen Nähe Kühlvorrichtungen 22 vorgesehen sind.
Der Auslass 20 des Extruders 12 steht in Verbindung mit einer Granuliervorrichtung 24 des herkömmlichen Typs. Der Auslass 26 dieser Granuliervorrichtung 24 mündet in ein Konditionierungsbad 28.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Fasern wird nachstehend anhand der 1 beschrieben.
Am Einlass 14 des Extruders 12 werden Glasfasern 30, die ein Agglomerat bilden, sowie Granulat 32 aus Polyethylen niedriger Dichte zugeführt. Diese Fasern 30 und dieses Granulat 32 werden in gleichen Gewichtsanteilen eingebracht.
Die Glasfasern werden im betrachteten Beispiel durch Recycling gemäß der Lehre von FR-A-2 765 123 erhalten. Man kann auch Aramidfasern, Kohlenstofffasern, pflanzliche oder metallische Fasern verwenden. Als Ersatz für Polyethylen niedriger Dichte kann man jedes andere Additiv einsetzen, das gegenüber den Fasern 30 neutral ist, wie thermoplastische Verbindungen.
Letztere können neu sein oder aus der Recyclingindustrie stammen, d.h. sie werden somit von Flaschenstücken oder auch Spritzabfällen oder Fetzen von Gegenständen gebildet, die ursprünglich aus thermoplastischer Substanz hergestellt wurden. Die letzte Maßnahme ist in ökologischer sowie ökonomischer Hinsicht vorteilhaft.
Im Körper 16 des Extruders 12 geht das Granulat 32 aus dem Polyethylenadditiv niedriger Dichte vom festen Zustand in einen plastischen Zustand über, in dem sie leicht flüssig sind. Durch die Einwirkung der Schnecke 18 können die Fasern 30 homogen im Inneren des Polyethylens in seinem flüssigen Zustand verteilt werden.
Die Kühlvorrichtungen 22 gewährleisten das Zurückführen des Polyethylens in einen im Wesentlichen festen Zustand. Auf diese Weise wird stromabwärts des Auslasses 26 des Extruders 12 ein Massestrang 34 gebildet, der ein Halberzeugnis bildet, das aus dem in seinem festen Zustand beschichteten Polyethylen und den Fasern 30 besteht, die homogen im Inneren des Massestrangs 34 verteilt sind. Letzterer wird dann in die Granuliervorrichtung 24 überführt, aus der er in Form von Granulat austritt, welche die getrennten Elemente 36 ausmachen, die sich in das Bad 28 ergießen.
2 zeigt auf genauere Weise ein getrenntes Element 36, das gemäß dem Verfahren, wie vorstehend beschrieben, erhalten wird. Dieses getrennte Element 36 besitzt eine längliche, ungefähr zylindrische Form. Seine hauptsächliche Abmessung oder Länge beträgt beispielsweise 30 mm, und seine Querabmessung oder sein Durchmesser beträgt zum Beispiel 5 mm.
Das Element 36 umfasst eine Umhüllung 38, die aus Polyethylen niedriger Dichte besteht, in dessen Inneres die Fasern 30 eingebettet sind. Man sollte beachten, dass die Fasern sich nicht über die gesamte Länge des getrennten Elements 36 erstrecken, das die Form eines Granulats hat.
Das getrennte Element 36 bildet ein Füllelement, das mit einer Matrix vereinigt werden kann, um einen Verbundbitumen oder – beton mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Verhinderung von Rissbildung, herzustellen.

Claims

Verfahren zur Behandlung von Fasern (30), die zur Herstellung von Verbundmaterialien bestimmt sind, wobei: – ein Agglomerat der Fasern hergestellt wird, – ein Additiv (32) mittels Erhitzen (in 12) in einen flüssigen Zustand überführt wird, das bei Umgebungstemperatur fest und gegenüber den Fasern neutral ist, – das Additiv in flüssigem Zustand zu dem Agglomerat (in 16) zugegeben wird, – die Fasern (30) (mittels 18) auf homogene Weise im Inneren des flüssigen Additivs verteilt werden, – das Additiv in den festen Zustand zurücküberführt wird, um ein Halberzeugnis (34) zu erhalten, das durch das feste Additiv und die Fasern (30) gebildet wird, wobei im Inneren des Halberzeugnisses die Verteilung der Fasern homogen ist, – das Halberzeugnis (34) (in 24) zu getrennten Elementen (36) zerschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus der Recyclingindustrie stammen und von Verbundmaterialien herrühren und dass die getrennten Elemente (36) als Füllelemente zu Betons oder Bitumen zugegeben werden, um Verbundbetons oder Verbundbitumen herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (30) eine Länge von mehr als 10 mm, vorzugsweise mehr als 15 mm, besitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (32) einen erheblichen Anteil an thermoplastischen Verbindungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (32) ein Polyethylen niedriger Dichte ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (32) aus der Recyclingindustrie stammt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv (32) in Anteilen zwischen 20 und 80%, vorzugsweise zwischen 20 und 50%, bezogen auf das Gesamtgewicht der einmal hergestellten getrennten Elemente, zugegeben wird.
Verbundbitumen oder Verbundbeton, welche (s/r) mittels Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche erhalten wird.