DE60112722T2 - Verfahren zum herstellen von aufprallschutzpaneelen und vorrichtung zum durchführen dieses verfahrens - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aufprallschutzpaneelen, die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und das damit hergestellte Paneel.
  • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass es bei der Herstellung von Aufprallschutzpaneelen notwendig ist, imstande zu sein, innerhalb des Paneels Synthetik- oder Pflanzenfasern anzuordnen, die eine strukturelle Funktion aufweisen und so die mechanische Festigkeit des Paneels vergrößern.
  • Für diesen Zweck wäre es zweckmäßig, relativ lange Fasern zu haben, was selbstverständlich diese Art von Festigkeit vergrößert; mit gegenwärtig verwendeten Lösungen, die es erforderlich machen, das thermoplastische Harz mit den Füllstoffen zu vermischen und dann eine Extrusion durchzuführen, werden die Fasern unvermeidlich zerbrochen und zerhackt, mit einer daraus folgenden merklichen Abnahme der mechanischen Festigkeit.
  • Der Einzelschritt zum Vermischen des thermoplastischen Harzes und des pflanzlichen oder mineralischen Füllstoffs kann gegenwärtig mit körnigem Materialien, wie Holzmehl oder Calciumcarbonat oder Talk ausgeführt werden, womit man ein Produkt erhält, das die gewünschten mechanischen Festigkeitseigenschaften nicht besitzt.
  • Die Dokumente US-A-5 185 117 und EP-A-0 292 584 lehren Mischextruder für thermoplastische Harze. Das Dokument EP-A-0 654 341 lehrt ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Thermoplasten auf einer Formpresse.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Ziel der Erfindung ist es, das oben genannte Problem zu lösen, indem ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit gestellt werden, um dem Wesen nach Verbundstrukturen zu erhalten, die eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke aufweisen und im Wesentlichen eben sind.
  • Derartige Strukturen können nach der Herstellung wieder heißgeformt werden und können als Paneele verwendet werden, um robuste, in struktureller Hinsicht fertige Gegenstände zu formen, wie zum Beispiel die Innenverkleidung von Kraftwagen, Obstkisten, Unterböden für Lastkraftwagen und Behälter und verschiedene Gegenstände.
  • Innerhalb dieses Ziels ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, die es erlauben, relativ lange Pflanzen- oder Mineralfasern, selbst von verschiedener Größe, einzuschließen, ohne dass man beim Beschicken des Extruders auf Probleme stößt.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereit zu stellen, das es erlaubt, eine Schädigung der ursprünglichen faserförmigen Struktur der Fasern zu vermeiden, womit man ein Endprodukt erhält, das besonders wertvoll ist und Aufprallschutzeigenschaften besitzt, mit größerer mechanischer Festigkeit infolge der Überlappung der Fasern.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Paneel bereit zu stellen, das man ausgehend von weithin kommerziell erhältlichen Elementen und Materialien erhalten kann und dass auch unter einem lediglich wirtschaftlichen Gesichtspunkt wettbewerbsfähig ist.
  • Dieses Ziel und diese und andere Aufgaben, die nachfolgend besser ersichtlich werden, werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Aufprallschutzpaneelen gemäß der Erfindung erreicht, wie in den Ansprüchen angegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten aber nicht ausschließlichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Aufprallschutzpaneelen ersichtlich, die lediglich anhand von nicht einschränkender Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht ist, in welchen:
  • 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf die Einzel-Schnecken-Extruderanordnung ist;
  • 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der 2 ist;
  • 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV der 3 ist;
  • 5 eine Draufsicht auf eine Doppel-Schnecken-Extruderanordnung ist;
  • 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI der 5 ist;
  • 7 eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundpaneels ist;
  • 8 eine schematische Schnittansicht eines Paneels ist, das man erhalten kann.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Mit Bezugnahme auf die Figuren, und insbesondere 1, umfasst die Vorrichtung zur Herstellung von Aufprallschutzpaneelen einen Speicher oder Behälter 1 zur Aufnahme von langen Pflanzen- oder Synthetikfasern, die vorzugsweise eine Länge zwischen zum Beispiel 10 und 150 mm aufweisen.
  • Die lange faserförmige Pflanzenfaser (Kokosnuss, Jute, Hanf, Leinen, Baumwolle, Kapok, Zuckerrohr, und so weiter) oder synthetische Mineralfaser (Glasfaser, Kohlenstofffaser und dergleichen) oder natürliche Mineralfaser kann in der Mischung in einem Gewichts-Prozentanteil zwischen 10 und 45 % enthalten sein.
  • Auf dem Boden des Speichers 1 befindet sich ein rotierendes Messer 2, um die Fasern zu einer seitlichen Öffnung 3 hin zu fördern, wo sich ein vertikaler Transportkanal 4 befindet, in dem eine Schnecken-Zufuhrvorrichtung 5 wirkt; die Zufuhrvorrichtung ist angepasst, um eine gesteuerte Zufuhr der langen Fasern vorzunehmen.
  • Der Kanal 4 führt in eine allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnete Extruderanordnung, im Inneren von welcher sich, mit Bezugnahme auf 1, eine Einzel-Schnecken-Zufuhrvorrichtung 11, oder sich optional, mit Bezugnahme auf 5, eine Doppel-Schnecken-Zufuhrvorrichtung 12 mit gegensinnig rotierenden oder gleichsinnig rotierenden Schnecken befindet.
  • Auf der Extruderanordnung 10 ist stromaufwärts vom Zufuhrbereich des Kanals 4 ein Einlass 15 zur Zufuhr von Abfall und Ausschuss aus zuvor hergestellten Paneelen vorgesehen, die durch einen entsprechenden Aufgabetrichter zugeführt werden können.
  • Die Fasern werden, zusammen mit jeglichem Ausschuss, einer Erwärmung mittels einer Heizung 20 unterzogen, und es ist auch eine Entgasungsöffnung 21 vorhanden, die angepasst ist, um ein Entlüften von jeglichen erzeugten Gasen nach außen zu erlauben.
  • Stromabwärts von der freien Entgasungsöffnung 21 befindet sich ein Bereich zur Benetzung der Faser mit thermoplastischem Harz, der mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. In diesem Bereich benetzt in der Praxis eine Mischung von thermoplastischem Harz, vorzugsweise einem Polyolefinharz, die Fasern und jeglichen Ausschuss und schließt die langen Pflanzen- oder Mineralfasern ein, die möglicherweise ungleichförmige Größen und einen verhältnismäßig hohen Feuchtigkeitsgehalt besitzen.
  • In der Praxis wird die lange Pflanzen- oder Mineralfaser, die durch eine erzwungene und gesteuerte Dosierung zugeführt wird, vollständig benetzt und mit thermoplastischem Material bedeckt, das im geschmolzenen Zustand unter Druck über einen langen, kontrollierten und ausgewogenen Bereich mit maximaler Benetzbarkeitsoberfläche injiziert wird, so dass die ursprüngliche faserförmige Struktur praktisch intakt gelassen wird, welche selbst nach dem Benetzungsschritt, der in der Praxis eine Vermischung vornimmt, im Wesentlichen unverändert bleibt; während dieses Schritts steht der Bereich, der vom Extruder betroffen ist, nicht unter Druck, und daher werden die Gase durch die freie Entgasungsöffnung 21 abgeführt.
  • Wie in den 3 und 4 dargestellt, sorgt der Benetzungsbereich 30 für den Transport des thermoplastischen Polyolefinmaterials im geschmolzenen Zustand, mittels eines Extruders 40 für das Kunststoffmaterial, der das besagte Kunststoffmaterial in einen Zufuhrkanal 41 fördert, der es in einen Verteilungskanal 42 zuführt, der wiederum den geschmolzenen Kunststoff mit Hilfe einer Mehrzahl von ringförmigen Kanälen 43 verteilt, die mit Öffnungen 44 enden, welche den Bereich für den Hindurchtritt der vom Einzel- oder Doppel-Schneckenextruder zugeführten Fasern vollständig umgeben.
  • Der Benetzungsbereich besitzt eine gewisse Länge, so dass es in der Praxis möglich ist, das thermoplastische Material auf die vom Extruder geförderten und in einer dosierten Menge verteilten Fasern zuzuführen.
  • Somit wird eine integrale Mischung gebildet, in welcher die Faser benetzt und vollständig vom thermoplastischen Polymer überzogen ist, wobei die Länge der Faser intakt gehalten wird.
  • Vorteilhafterweise findet der Benetzungsprozess in einer Umgebung mit verhältnismäßig niedrigem Druck statt, so dass jegliche Gasbildung gezwungen ist, rückwärts zur freien Entgasungsöffnung 21 hin zu strömen, ohne dass es in der gebildeten Mischung eingebettet wird.
  • Die resultierende Mischung tritt durch einen Unterdruckentgasungsbereich 50 hindurch, der jeglichen Rest von Gasen und Monomeren, die noch vorhanden sein könnten, vollständig beseitigt.
  • Die Mischung in Form eines pastösen Materials wird dann mittels einer Extrusionsdüse 60 extrudiert, die das Material auf einem Kalander platziert, der allgemein mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet ist. Der Kalander 70 ist vorteilhafterweise von der Art mit vier Walzen 71, empfängt das pastöse und weiche Material, das die Extrusionsdüse 60 verlässt, und man erhält eine Schicht 51 mit einer gleichförmigen und regelmäßigen Dicke.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es möglich, auf das resultierende Paneel eine aus Polyolefinmaterial hergestellte Deckschicht aufzubringen.
  • Zu diesem Zweck ist ein Kalander 70' vorhanden, wie in 7 dargestellt, der eine erste Walze 80 und die besagte zweite Walze 81 zum Zusammendrücken der geschmolzenen Masse aufweist, welche das Paneel 51 bildet, sowie eine dritte Walze 82 zur Kalibrierung des Paneels, wobei man die vorgesehene Dicke erhält.
  • Eine Schicht von Polyolefinmaterial 83 wird auf der dritten Walze oder dem dritten Zylinder 82 mittels eines Extrusionskopfs 84 aufgebracht, mit einer anschließenden Kalibrierung mittels des vierten Zylinders 85, womit es ermöglicht wird, ein Paneel zu erhalten, das eine weiche, glatte oder geprägte Außenseite besitzt.
  • Das erhaltene Paneel, wie in 8 dargestellt, ist als Ganzes wiederverwertbar, da man beide der Schichten, die es bilden, d.h. die Schicht 51, die man aus den langen Fasern gemischt mit dem thermoplastischen Harz erhalten hat, und die Deckschicht 83, beide aus Polyolefinharzen erhalten hat.
  • Aus der obigen Beschreibung ist somit ersichtlich, dass die Erfindung die angestrebten Ziele und Aufgaben erreicht, und insbesondere wird die Tatsache betont, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit gestellt werden, die es erlauben, Aufprallschutzpaneele zu erhalten, welche hochgradige mechanische Eigenschaften aufweisen können und weiter eine vollständige Wiederverwertung erlauben.
  • Die so ausgedachte Erfindung ist für zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen empfänglich, von denen sämtliche innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.
  • Sämtliche der Einzelheiten können außerdem durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
  • In der Praxis können die verwendeten Materialien sowie die davon abhängigen Formen und Abmessungen entsprechend den Anforderungen beliebig sein.
  • Dort, wo in irgendeinem Anspruch erwähnte technische Merkmale von Bezugszeichen gefolgt sind, sind diese Bezugszeichen für den alleinigen Zweck einer Verbesserung der Verständlichkeit der Ansprüche aufgenommen worden, und dementsprechend besitzen solche Bezugszeichen keinerlei einschränkende Wirkung auf die Auslegung von jedem Element, das durch solche Bezugszeichen beispielhaft gekennzeichnet ist.

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Herstellung von Aufprallschutzpaneelen, umfassend: eine Extruderanordnung (10) zum Bilden und Extrudieren einer Mischung von langen faserförmigen Fasern und thermoplastischem Material; einen Speicher (1) zum Zuführen von langen faserförmigen Fasern, der mit einem Faserzufuhrbereich der Extruderanordnung (10) verbunden ist; einen Extruder (40) für thermoplastisches Material, der stromabwärts vom Faserzufuhrbereich mit einem mittleren Teil der Extruderanordnung (10) verbunden ist; wobei eine Extrusionsdüse (60) am Ausgang der Extruderanordnung (10) angeordnet ist; einen auf der Extruderanordnung (10) vorgesehenen Benetzungsbereich (30) zum Verbinden des Extruders (40) für thermoplastisches Material mit der Extruderanordnung, wobei der Benetzungsbereich (30) einen Eingabekanal (41) für das thermoplastische Material umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verteilungskanal (42) mit dem Eingabekanal (41) verbunden ist, und eine Mehrzahl von Ringkanälen (43) mit dem Verteilungskanal (42) verbunden sind und mit Öffnungen (44) enden, welche einen Durchtrittsbereich für den Hindurchtritt der Fasern umgeben, um für eine vollständige Benetzung der langen faserförmigen Fasern mit in den Verteilungskanal (42) zugeführtem und durch die Mehrzahl von Ringkanälen (43) verteiltem thermoplastischem Material zu sorgen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (1) im Inneren mit einem rotierenden Messer (2) versehen ist, um die Fasern zu einer seitlichen Öffnung (3) hin zu fördern, wo ein vertikaler Transportkanal (4) angeordnet ist, wobei in dem Kanal eine Zufuhrvorrichtung (5) wirkt, wobei der Kanal (4) in die Extruderanordnung (10) führt.
  3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Extruderanordnung (10) stromaufwärts von dem Bereich zum Zuführen der langen faserförmigen Fasern einen Einlass (15) zum Zuführen von Abfall und Ausschuss von zuvor hergestellten Paneelen umfasst.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Extruderanordnung (10) stromabwärts von dem Bereich zur Verbindung des Kanals (4) eine Heizung (20) zur Steuerung der Feuchtigkeit und Temperatur der Fasern umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderanordnung (10) vom Einzel-Schnecken-Typ ist.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderanordnung (10) vom Typ mit zwei sich gleichsinnig oder gegensinnig drehenden Schnecken (12) ist.
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter eine freie Entgasungsöffnung (21) umfasst, wobei der Benetzungsbereich (30) der Extruderanordnung eine Niederdruckumgebung ist, und die freie Entgasungsöffnung (21) an der Extruderanordnung (10) stromaufwärts in Bezug zum Benetzungsbereich (30) angeordnet ist, um ein Abführen von jeglichem erzeugtem Gas zu erlauben.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Kalander (70, 70') versehen ist, der so angeordnet ist, dass er die durch die Düse (60) extrudierte Mischung empfängt, um eine Schicht (51) von gleichförmiger Dicke zu erhalten.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie stromabwärts vom Benetzungsbereich (30) einen Unterdruckentgasungsbereich (5) auf der Extruderanordnung (10) zur Verbindung mit dem Extruder für das thermoplastische Material (40) umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter mit einem Kopf (84) zum Extrudieren einer aus Polyolefinmaterial bestehenden Deckschicht (83) versehen ist, wobei der Kalander (70') eine erste Walze (80) und eine zweite Walze (81) zum Zusammenpressen der geschmolzenen Mischung aufweist, welche die Schicht (51) liefert, sowie eine dritte Walze (82) zur Kalibrierung der Schicht (51) und eine vierte Walze (85), wobei der Kopf (84) angepasst ist, um vor dem Einführen durch die dritte Walze (82) und eine vierte Walze (85) die Deckschicht (83) mit der besagten Schicht zu verbinden.
  11. Verfahren zur Herstellung von Aufprallschutzpaneelen aus einer Mischung von thermoplastischem Material und langen faserförmigen Fasern, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung umfassend eine Extruderanordnung (10) zum Bilden und Extrudieren einer Mischung von langen faserförmigen Fasern und thermoplastischem Material, die eine am Ausgang angeordnete Extrusionsdüse (60), einen Faserzufuhrbereich mit einem damit verbundenen Faserzufuhrspeicher (1) und einen stromabwärts vom Faserzufuhrbereich angeordneten mittleren Teil aufweist, mit dem ein Extruder (40) verbunden ist, sowie einen Benetzungsbereich (30), mit dem der Extruder (40) für thermoplastisches Material verbunden ist, wobei der Benetzungsbereich (30) mit einem Eingabekanal (41) für das thermoplastische Material versehen ist; b) Fördern einer dosierten Menge von Fasern mit einer langen faserförmigen Struktur aus dem Speicher (1) in die Extruderanordnung (10); c) Fördern von thermoplastischem Material aus dem Extruder (40) durch den mittleren Teil; d) Bilden einer Mischung von langen faserförmigen Fasern und thermoplastischem Material; und e) Extrudieren der Mischung durch eine Düse (60) der Extruderanordnung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen mit dem Einlasskanal (41) verbundenen Verteilungskanal (42) und eine Mehrzahl von Ringkanälen (42) umfasst, die mit dem Verteilungskanal (42) verbunden sind und mit Öffnungen (44) enden, welche einen Bereich für den Hindurchtritt der Fasern der Extruderanordnung umgeben; sowie zwischen den Schritten c) und d) den Schritt: f) vollständiges Benetzen der Fasern am Benetzungsbereich (30) durch Zuführen des vom Extruder (40) geförderten geschmolzenen thermoplastischen Materials in den Verteilungskanal (42) und Verteilen desselben durch die Mehrzahl von Ringkanälen (43), um die Mischung von thermoplastischem Material und Fasern zu erhalten, wobei die Fasern vollständig benetzt und die ursprüngliche lange faserförmige Struktur derselben intakt erhalten wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt eines Zuführens von Abfall oder Ausschuss von zuvor hergestellten Paneelen in die dosierte Menge von Fasern umfasst.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt eines Erwärmens der Fasern und des Abfalls oder Ausschusses umfasst, um Feuchtigkeit und Temperatur zu steuern.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material ein Polyolefinharz ist.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material auf die äußere Oberfläche der von der Extruderanordnung geförderten Fasern zugeführt wird, mit einem Einschluss der Fasern in das thermoplastische Material.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter einen Kalandrierschritt zum Kalandrieren der von der Extruderanordnung extrudierten Mischung umfasst, um ein schichtartiges Element mit einer konstanten Dicke zu erhalten.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es das Aufbringen einer Deckschicht auf das schichtartige Element mit einem konstanten Dicke vorsieht, die aus einem Material hergestellt ist, das mit dem thermoplastischen Harz verträglich ist.
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