DE69322948T2

DE69322948T2 - Verfahren zum Extrudieren eines Granulats

Info

Publication number: DE69322948T2
Application number: DE69322948T
Authority: DE
Inventors: Michael J. Deaner; Kurt E. Heikkila; Giuseppe Puppin
Original assignee: Andersen Corp
Current assignee: Andersen Corp
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2013-10-05
Also published as: DK0610619T3; US5695874A; EP0610619B1; US5518677A; CA2107434C; EP0610619A1; DE69322948D1; US5441801A; CA2107434A1; GR3029821T3; ATE175377T1; ES2129500T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionsverfahren zur Herstellung eines Pellets aus Polymer/Holz-Verbundwerkstoff. Das Pellet kann bei der Herstellung von Konstruktionselementen von Fenster- und Türkomponenten eingesetzt werden.
Bei der herkömmlichen Herstellung von Türen und Fenstern wurden üblicherweise für Konstruktionselemente Holz- und Metallkomponenten eingesetzt. Fenster für Wohnungen werden üblicherweise aus gefrästen Holzprodukten hergestellt, in die Scheiben eingesetzt und so Doppelschiebefenster oder Doppelflügelfenster erhalten werden. Holzfenster sind zwar konstruktionsmäßig solide, nützlich und beim Wohnungsbau gut eingeführt, können sich aber unter gewissen Bedingungen verschlechtern. Holzfenster benötigen auch einen Anstrich und eine regelmäßige Wartung. Bei Holzfenstern entstehen auch Kostenprobleme, die mit der Verfügbarkeit von geeignetem Bauholz im Zusammenhang stehen. Eindeutig werden Holzprodukte allmählich immer seltener und mit zunehmender Nachfrage immer teurer. Metallkomponenten werden oft mit Glasscheiben zu Einfachschiebefenstern verarbeitet. Metallfenster haben in den Wintermonaten den Nachteil eines erheblichen Energieverlustes.
Zur Herstellung von Fenstern und Türen wurden extrudierte thermoplastische Materialien verwendet. Es wurden gefüllte und ungefüllte Thermoplasten zu geeigneten Dichtungen, Leisten, Außenabdichtungen, Beschichtungen und anderen Konstruktionskomponenten für Fenster extrudiert. Thermoplastische Materialien, wie z. B. Polyvinylchlorid, wurden mit Holzelementen bei der Herstellung von Fenstern kombiniert, die von der Andersen Corporation jahrelang unter dem Markennamen Permashield verkauft wurden. Die bei der Herstellung solcher Fenster eingesetzte Technik ist in den US-Patenten 2 926 729 und 3 432 883 offenbart und wird beim Einsatz von Kunststoffbeschichtungen oder Kunststoffumhüllungen auf Holz oder auf anderen Konstruktionselementen eingesetzt. Allgemein umfaßt die bei der Herstellung solcher Fenster eingesetzte Technik des Umhüllens oder Beschichtens das Extrudieren einer dünnen Beschichtung oder Umhüllung aus Polyvinylchlorid, die ein Konstruktionselement aus Holz umgibt.
Polymermaterialien wurden mit Cellulosefasern zur Herstellung von extrudierten Materialien kombiniert. Solche Materialien konnten jedoch nicht erfolgreich in Gestalt von Konstruktionselementen eingesetzt werden, die ein unmittelbarer Ersatz für Holz gewesen wären. Übliche extrudierte thermoplastische Verbund- bzw. Kompositmaterialien führen nicht zu thermischen und konstruktiosmäßigen Eigenschaften ähnlich denen von Holz oder von anderen Baustoffen. Diese extrudierten Materialien genügen nicht ausreichend in Bezug auf den Modul, die Druckfestigkeit und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, mit denen Holz erreichbar und ein unmittelbares Ersatzmaterial herzustellen wäre. Polymere und organische Materialgemische dieser Art, die keine konstruktionsmäßigen Eigenschaften geben, sind in der FR-A- 2 270 311 und JP 92 086 042 typisiert. Die FR- A- 2 270 311 stellt einen Verbundwerkstoff aus einem Thermoplasten wie PVC und einem organischen Material wie Sägemehl zu Verfügung. Es ist ein Anteil von 10 bis 90% des Volumens des Sägemehls für den Thermoplasten vorgesehen. Für den Verbundwerkstoff wird eine Vielzahl von Anwendungen vorgeschlagen, die nicht im Bereich des Bauwesens liegen.
Außerdem müssen viele extrudierten Verbundwerkstoffe des Standes der Technik nach dem Extrudieren gefräst werden, damit sie ihre endgültige Gebrauchsgestalt erreichen. Typische Gebrauchsgegenstände aus Kunststoff haben ein Modul von nicht größer als etwa 500.000 psi (3440 MPa) erreicht. Eine Klasse von Verbundwerkstoffen, ein Polyvinylchlorid/Holzmehl-Material, führt zu dem weiteren Problem, daß sich bei der Herstellung angesammeltes Sägemehl bei bestimmten Konzentrationen von Holzmehl in Luft zu Explosionen neigt. Für solche Produkte wurden am häufigsten Polyvinylchlorid-, Polystyrol- und Polyethylenthermoplasten eingesetzt.
Es besteht deshalb ein erheblicher Bedarf für einen Verbundwerkstoff, der aus einem Polymer und aus Holzfasern hergestellt werden kann, wobei wahlweise und planmäßig ein Abfallrecycling stattfindet. Außerdem besteht ein Bedarf für einen Verbundwerkstoff, der in eine Form extrudiert werden kann, die einen unmittelbaren Ersatz für die entsprechend gefräste Form bei einem Konstruktionselement aus Holz oder Metall führt. Dieser Bedarf erfordert einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der dem von Holz nahekommt, ein Material, welches reproduzierbar in stabile Abmessungen extrudiert werden kann, eine hohe Druckfestigkeit, eine niedrige Wärmeübertragung, eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Schädlingsbefall und Verrottung beim Einsatz, sowie eine Härte und Festigkeit, die Sägen, Fräsen und eine sichere Befestigung ähnlich wie bei Holzteilen erlaubt.
Firmen, die Fenster- und Türprodukte herstellen, sind außerdem äußerst empfindlich gegenüber Abfall geworden, der bei der Herstellung solcher Produkte anfällt. Größere Mengen an Holzabfall wie z. B. Holzbearbeitungsstücke, Sägemehl, Abfall beim Fräsen von Holz, das Recyceln von Thermoplasten wie Polyvinylchlorid führen bei Fensterherstellern zu erheblichen Kosten. Diese Materialien werden wegen ihres Heizwertes bei der Stromerzeugung entweder normalerweise verbrannt, oder sie werden zur Entsorgung zu zugelassenen Deponien versandt. Solche Abfälle sind verunreinigt mit erheblichen Anteilen von Hot-Melt-Klebern und von Klebern auf Lösungsmittelbasis, Thermoplastabfällen wie Polyvinylchlorid, Anstrichfarben, Konservierungsmitteln und anderen organischen Stoffen. Es besteht ein erheblicher Bedarf für ein produktives, umweltverträgliches Verfahren, bei dem solche Abfälle für geeignete Konstruktionselemente eingesetzt werden können und bei dem die Materialien der Umwelt zugeführt werden können, ohne das diese geschädigt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kombinieren von Cellulosefasern und thermoplastischen Polymermaterialien, beispielsweise Holzfasern und Polyvinylchlorid, bei der Herstellung eines Pellets aus einem Verbundwerkstoff, der später bei der Herstellung von Konstruktionselementen eingesetzt werden soll. Der Verbundwerkstoff kann umgeschmolzen und extrudiert werden, um damit Konstruktionselemente herzustellen, mit denen Holz, Aluminium und andere Materialien ersetzt werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Pellet aus einem Verbundwerkstoff zur Verfügung gestellt, welches mindestens 30 Gew.-% eines thermoplastischen Polymers und mindestens 30 Gew.-% einer Cellulosefaser pro Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs enthält, wobei das Verhältnis der Dichte des physikalischen Gemisches aus den Fasern und dem Polymer zur Dichte des Pellets kleiner als 0,8 ist und wobei die Polymerzusammensetzung mehr als 50% des Innenvolumens der Zellen der Fasern einnimmt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Pellet-Verbundwerkstoffs zur Verfügung gestellt, der ein thermoplastisches Polymer und Cellulosefasern enthält, wobei man bei dem Verfahren
(a) ein Blend aus mindestens 30% einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung und mindestens 30% einer Cellulosefaser in einen Extruder einbringt, der eine Einlaßzone, eine zweite Zone, einen Zylinder und eine Pelletdüse aufweist, wobei die Mengen gewichtsbezogen als Anteil am Gesamtgewicht der Fasern und des Polymers angegeben sind;
(b) die Polymerzusammensetzung in dem Zylinder schmilzt und die Polymerzusammensetzung zur Bildung eines Polymer/Faser-Verbundwerkstoffs mit Fasern bei Temperatur-, Druck- und Scherbedingungen vermengt, daß sich die Polymerzusammensetzung mit den Fasern in einem Ausmaß vermischt, daß die Zellen der Fasern bersten und die Polymerzusammensetzung mehr als 50% des Innenvolumens der Zellen der Fasern einnimmt;
(c) den Verbundwerkstoff durch die Pelletdüse zu einem Pellet extrudiert;
wobei das Verhältnis der Dichte eines physikalischen Gemisches aus den Fasern und dem Polymer zur Dichte des Pellets kleiner als 0,8 ist.
Es wurde gefunden, daß bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Pellet hergestellt wird, bei dem das Verhältnis der Dichte eines einfachen physikalischen Gemisches aus Fasern mit nicht geborstenen Zellen und Polymer im Vergleich zur Dichte des Pellets erhalten wird, bei dem das Polymer in das Innenvolumen der Zelle eingeführt ist; die Dichte des physikalischen Gemisches dividiert durch die Dichte des Pellets beträgt weniger als 0,8, bevorzugt weniger als 0,7.
Das zur Herstellung der Pellets eingesetzte Material umfaßt ein beliebiges Polyolefin, Polystyrol, Polyacryl oder Polyester. Das am meisten bevorzugte System ist Polyvinylchlorid und Holzfasern, wobei die Dichte des Pellets größer als etwa 0,6 g · cm³ ist. Bevorzugt ist die Dichte der Pellets größer als 0,7 g · cm³, und aus Gründen von verbesserten thermischen Eigenschaften, Festigkeitseigenschaften, Modul der Druckfestigkeit etc. ist die Schüttdichte größer als 0,8 g · cm&supmin;³
Es wurde gefunden, daß das Temperaturprofil des Extruders zum Erreichen der verbesserten physikalischen Eigenschaften der Erfindung wichtig ist. Es wurde gefunden, daß der Einsatz einer hohen Anfangstemperatur in der Einlaßzone des Extruders wichtig ist, wobei die Temperatur entlang der Extruderzonen vermindert wird, während das Material von der Einlaßzone durch die inneren Zonen zur Düsenzone unter Bersten der Faserzellwände läuft und während das Polymer in das Innenvolumen der Zelle eingeführt wird. Dementsprechend ist die Temperatur der Eingangszone wesentlich höher als der Schmelzpunkt des Polymers, die Temperaturen der Innenzonen des Extruders werden höher gehalten als der Schmelzpunkt des Polymers, jedoch niedriger als die Temperatur der Einlaßzone. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Temperaturprofil des Extruders eine hohe Einlaßtemperatur, eine schrittweise Verminderung der Temperatur in dem Maß, wie das Material durch die Innenzonen des Extruders läuft, wobei die Temperatur der Pelletdüsenzone jedoch größer ist als die der Innenzone jedoch kleiner als die der Einlaßzone. Bei den am meisten bevorzugten Pelletzusammensetzungen der Erfindung besetzt Polyvinylchlorid mehr als 65% des Innenvolumens der Holzfaserzelle, am meisten bevorzugt mehr als 70% des Innenvolumens der Holzfaserzelle.

Thermoplastische Polymere

Das erfindungsgemäße Pellet umfaßt einen Verbundwerkstoff, der durch Kombinieren eines thermoplastischen Polymers mit einer Cellulosefaser bei hohen Temperatur-, Druck- und Scherbedingungen hergestellt wird. Das Pellet enthält eine erstaunlich hohe Dichte im Vergleich zu Materialien des Standes der Technik, was zu verbesserten physikalischen und Konstruktionseigenschaften führt.
Für die Erfindung einsetzbare thermoplastische Polymere umfassen bekannte Klassen von thermoplastischen Polymeren, beispielsweise Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Poly(ethylencopropylen), Polyethylen-co-alfaolefin) und andere. Es können Poylstyrolpolymere eingesetzt werden, z. B. Polystyrolhomopolymere, Polystyrolcopolymere und -terpolymere; Polyester wie z. B. Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat etc. und halogenierte Polymere wie Polyolefinchlorid, Polyvinylchlorid und andere.
Das erfindungsgemäße Pellet verwendet eine Cellulosefaser. Die Cellulosefaser umfaßt üblicherweise Fasern mit hohem Seitenverhältnis, die aus Zellen mit Cellulosezellwänden aufgebaut sind. Während des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zellwände geborsten und Polymere in das Innenvolumen der Zellen bei hoher Temperatur und hohem Druck eingeführt. Das Cellulosematerial kann aus vielen Quellen stammen, beispielsweise aus Produkten und Nebenprodukten aus Hart- und Weichholz, Zuckerrohr, Baumwolle, Flachs und aus anderen bekannten Quellen für Cellulosefasern. Die bevorzugte erfindungsgemäße Quelle für Cellulosefasern sind Holzfasern, die das Produkt oder Nebenprodukt bei der Herstellung von Schnittholz oder anderen Holzprodukten sind.

Polyvinylchloridhomopolymer, -copolymere und Polymerelegierungen

Polyvinylchlorid ist ein übliches thermoplastisches Polymer für Gebrauchswaren. Vinylchloridmonomer wird mit vielen unterschiedlichen Verfahren hergestellt, wie beispielsweise Umsetzen von Acetylen und Chlorwasserstoff und direktes Chlorieren von Ethylen. Polyvinylchlorid wird typischerweise hergestellt durch Polymerisation von Vinylchlorid durch freie Radikale, was zu einem geeigneten thermoplastischen Polymer führt. Nach der Polymerisation wird Polyvinylchlorid üblicherweise kombiniert mit Thermostabilisatoren, Schmiermitteln, Weichmachern, organischen und anorganischen Pigmenten, Füllstoffen, Bioziden, Verarbeitungshilfstoffen, Flammschutzmittel und anderen üblicherweise verfügbaren Zusatzstoffen. Polyvinylchlorid kann bei der Herstellung von Polyvinylchloridcopolymeren auch mit anderen Vinylmonomeren kombiniert werden. Solche Copolymere sind z. B. lineare Copolymere, verzweigte Copolymere, gepfropfte Copolymere, statistische Copolymere, Copolymere mit regelmäßigen Wiederholungseinheiten, Blockcopolymere und dergleichen. Mit Vinylchlorid kombinierbare Monomere zur Bildung von Vinylchloridcopolymeren sind z. B. ein Acrylnitril; alpha-Olefine wie Ethylen, Propylen und dergleichen; chlorierte Monomere wie Vinylidendichlorid; Acrylatmonomere wie Acrylsäure, Methylacrylat, Methylmetacrylat, Acrylamid, Hydroxyethylacrylat und andere; Styrolmonomere wie Styrol, Alphamethylstyrol, Vinyltoluol und dergleichen; Vinylacetat; sowie andere üblicherweise verfügbare ethylenisch ungesättigte Monomerzusammensetzungen.
Solche Monomere können in einer Menge von bis zu etwa 50 mol-% eingesetzt werden, wobei der Rest Vinylchlorid ist. Polymerblends oder Polymerlegierungen können beim erfindungsgemäßen Pelletverfahren eingesetzt werden. Solche Legierungen umfassen typischerweise zwei mischbare Polymere, die zu einer einheitlichen Zusammensetzung gemischt sind. Der wissenschaftliche und wirtschaftliche Fortschritt auf dem Gebiet von Polymerblends hat dazu geführt, daß wichtige Verbesserungen in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften nicht durch Entwicklung neuer Polymermaterialien realisiert wurden, sondern durch die Herstellung von Blends oder Legierungen aus mischbaren Polymeren. Eine Polymerlegierung im Gleichgewichtszustand umfaßt ein Gemisch aus zwei amorphen Polymeren, die als einzelne Phase von innig gemischten Segmenten der zwei makromolekularen Komponenten existiert. Mischbare amorphe Polymere bilden bei ausreichender Kühlung Gläser, und ein homogenes oder mischbares Polymerblend zeigt eine einzelne, von der Zusammensetzung abhängende Glasübergangstempera tur (Tg). Ein nicht mischbares oder nicht legiertes Blend von Polymeren zeigt typischerweise zwei oder mehr Glasübergangstemperaturen, die mit den nicht mischbaren Polymerphasen im Zusammenhang stehen. In den einfachsten Fällen spiegeln die Eigenschaften von Polymerlegierungen das nach Zusammensetzung gewichtete Mittel der Eigenschaften wieder, die die Komponenten besitzen. Im allgemeinen ändern sich die von der Zusammensetzung abhängigen Eigenschaften jedoch auf komplexe Weise mit einer bestimmten Eigenschaft, der Natur der Komponenten (glasartig, gummiartig oder semikristalin), dem thermodynamischen Zustand des Blends und seinem mechanischen Zustand in Bezug auf die Orientierung der Moleküle und der Phasen. Polyvinylchlorid bildet eine Anzahl von bekannten Polymerlegierungen wie z. B. Polyvinylchlorid/Nitril-Gummi; Polyvinylchlorid und damit verwandte chlorierte Copolymere und Terpolymere von Polyvinylchlorid oder Vinylidendichlorid, Polyvinylchlorid/alpha-Methylstyrol/Acrylnitril-Copolymerblends; Polyvinylchlorid/Polyethylen; Polyvinylchlorid/chloriertes Polyethylen und andere.
Das Haupterfordernis für das im wesentlichen thermoplastische Material besteht darin, daß es ausreichende thermoplastische Eigenschaften behält, die es zulassen, daß es mit Holzfasern schmelzgemischt wird, daraus lineare extrudierte Pellets hergestellt werden und das Material der Zusammensetzung oder der Pellets in einem thermoplastischen Verfahren extrudiert oder spritzgegossen wird, wobei ein festes Konstruktionselement entsteht. Polyvinylchloridhomopolymerecopolymere und Polymerlegierungen sind bei einer Reihe von Herstellern erhältlich, wie z. B. F. Goodrich, Vista, Air Products, Occidental Chemicals und dergleichen. Bevorzugte Polyvinylchloridmaterialien sind Polyvinylchloridhomopolymer mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 90.000 ± 50.000, am meisten bevorzugt etwa 88.000 ± 10.000. Das bevorzugte Polyvinylchlorid hat eine Schüttdichte von etwa 0,71 ± 0,10 g · cm&supmin;³.

Holzfasern

In Bezug auf Verfügbarkeit und Eignung können Holzfasern entweder von Weichhölzern oder immergrünen Hölzern oder von Harthölzern stammen, die üblicherweise als breitblättrige Laubbäume bekannt sind. Weichhölzer sind für die Herstellung der Fasern im allgemeinen bevorzugt, weil die entstehenden Fasern länger sind, höhere Prozentanteile an Lignin und kleinere Prozentanteile an Hemicellulose enthalten als Harthölzer. Obwohl Weichholz die Hauptquelle für die erfindungsgemäßen Fasern darstellen, kann zusätzliches Faser-Make-up aus vielen anderen oder durch die Rückgewinnung von Fasern entstehenden Quellen stammen, bei spielsweise aus Bambus, Reis, Zuckerrohr und aus Recyclingfasern aus Zeitungen, Schachteln, Computerausdruck und dergleichen.
Die Hauptquelle für Holzfasern zum Einsatz für das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt jedoch Holzfaserabfälle beim Sägen und Fräsen von Weichholz, welches üblicherweise als Sägemehl oder Fräsabfall bezeichnet wird. Solche Holzfasern sind regelmäßig und reproduzierbar in Bezug auf Gestalt und Seitenverhältnis. Fasern auf der Grundlage einer Zufallsauswahl aus etwa 100 Fasern haben im allgemeinen eine Länge von mindestens 3 mm, eine Dicke von 1 mm und üblicherweise ein Seitenverhältnis von mindestens 1,8. Bevorzugt haben die Fasern eine Länge von 1 bis 10 mm, eine Dicke von 0,3 bis 1,5 mm, sowie ein Seitenverhältnis zwischen 2 und 7, bevorzugt 2,5 bis 6,0.
Bevorzugte Fasern für die Erfindung sind solche aus üblichen Prozessen für die Herstellung von Fenstern und Türen. Holzteile werden normalerweise quer zur Faser geschnitten oder gesägt und so geeignete Längen und Breiten von Holzteilen hergestellt. Als Abfall beim Sägen entsteht eine erhebliche Menge an Sägemehl. Bei der Formgebung eines regelmäßig gestalteten Holzteiles zu einer geeignet gefrästen Gestalt wird Holz normalerweise durch Maschinen geleitet, die Holz von dem Stück abtrennen, welches die Maschine in der geeigneten Gestalt verläßt. Bei diesen Fräsarbeiten entstehen erhebliche Mengen an Sägemehl oder Fräsabfall. Wenn geformte Materialien schließlich auf Maß geschnitten und aus vorgeformten Holzteilen Gehrungsverbindungen, stumpfe Verbindungen, überlappende Verbindungen, Zapfenverbindungen und Schlitzverbindungen hergestellt werden, entstehen erhebliche Abfallmengen. Solche großen Abfälle werden normalerweise geschnitten und bearbeitet, um größere Teile in Holzfasern mit Abmessungen umzuwandeln, die Sägemehl oder Fräsabfall nahe kommen. Die erfindungsgemäßen Quellen für Holzfasern können unbesehen der Teilchengröße gemischt und zur Herstellung des Verbundstoffs eingesetzt werden. Der Faserfluß kann bezüglich eines bevorzugten Größenbereichs selektiert oder nach dem Mischen in die gewünschte Größe gebracht werden. Außerdem kann die Faser vorpelletiert werden, ehe sie bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs eingesetzt wird.
Solches Sägemehl kann erhebliche Anteile an Abfallprodukten enthalten. Solche Abfallprodukte umfassen Polyvinylchlorid oder andere Polymermaterialien, die verwendet wurden zum Beschichten, Ummanteln oder Umhüllen von Holzteilen, als Kontruktionselemente aus Recyclingmaterial aus thermoplastischen Materialien, als Polymermaterialien von Beschichtungen, als Klebstoffkomponenten in Form von Hot-Melt-Klebern, Lösungsmittelklebstoffe, pulverförmige Klebstoffe und dergleichen, Anstriche wie z. B. Anstriche auf der Basis von Wasser, Alkylanstriche, Epoxyanstriche und dergleichen, Konservierungsmittel, Pilzbekämpfungsmittel, Bakterienbekämpfungsmittel, Insektizide und dergleichen und andere bei der Herstellung von Türen und Fenstern aus Holz übliche Abfälle. Der gesamte Abfallgehalt der Holzfasern beträgt normalerweise weniger als 25 Gew.-% der beim Produkt aus Polyvinylchlorid/Holzfasern eingesetzten Holzfasern. Etwa 10 Gew.-% des recycelten Abfalls kann ein Vinylpolymer umfassen, üblicherweise Polyvinylchlorid. Normalerweise liegt der beabsichtigte Bereich innerhalb von etwa 1 bis etwa 25 Gew.-%, bevorzugt etwa 2 bis etwa 20 Gew.-%, am meisten bevorzugt etwa 3 bis etwa 15 Gew.-% an Verunreinigungen, bezogen auf das Sägemehl. Das Sägemehl hat bevorzugt eine Dichte von 0,15 ± 0,30 g · cm&supmin;³

Extruder

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Extruders, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann.
Der bevorzugte Extruder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Mehrschraubenextruder Cincinnati Milacron 80 (CM-80), der in Fig. 1 allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnet wird. Andere Extruder, wie beispielsweise der Moldavia 70, könne ebenfalls eingesetzt werden, jedoch ist der CM-80 bevorzugt. Der CM-80 stellt eine nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Pumpe für den gesteuerten Transport von Material durch eine Düse dar. Hauptkomponenten der Einheiten sind die folgenden:
(a) ein Zylinder 18 und zwei Schnecken zum Transport, zum Mischen und zum Komprimieren des Materials;
(b) ein Heizungs- und Kühlungssystem zum Steuern der für die Verarbeitung erforderlichen Wärme;
(c) ein Antrieb für die Schnecken; und
(d) eine Steuerung für den Betrieb des Extruders mit Instrumenten für die Prozeßüberwachung und die Anzeige von möglichen Störungen.
Der Zylinder 18 hat eine eingreifende, zweifach konisch verjüngte Bohrung. Die Kombination von Zylinderverjüngung und Steigung der Schnecke führt zu richtiger Kompression des Verbundwerkstoffs. Der Zylinder 18 ist aus drei Abschnitten aufgebaut, hat jedoch vier Arbeitszonen.
Der größere Außendurchmesser der Schnecken im Bereich der Einlaßzone 1 des Zylinders gestattet eine gute Materialzuführung und ergibt eine große wirksame Oberfläche für die Wärmeübertragung in das Material. Zwischen den Zonen 2 und 3 ist eine Entlüftung zum Ablassen von Feuchtigkeit und anderen Gasen aus dem Zylinder 18. Zone 4 ist eine Dosierzone, in der das Material komprimiert und in eine Düse 22 dosiert wird. Zwischen der Düse 22 und dem Extruderzylinder 18 befindet sich ein Adapter 20 mit zwei Zonen, die in Fig. 1 als Zonen 5 und 6 bezeichnet sind. Die Düse 22 hat eine Zone, die in Fig. 1 als Zone 7 bezeichnet ist.
Die Schnecken haben jeweils einen Hohlkern, in dem Wärmeaustauschflüssigkeit umgewälzt wird. Dies gestattet die Übertragung von unerwünschter Reibungswärme von der Zone 4 zurück zur Zone 1. Die vier Heizzonen am Zylinder 18 werden unabhängig voneinander durch elektrische Heizbänder und Wärmetauscher gesteuert, die die Betriebstemperaturen exakt stabilisieren. In ähnlicher Weise werden die Zonen 5 und 6 des Adapters 20 und die Zone 7 der Düse 22 unabhängig voneinander durch Heizbänder und Wärmeaustauscher gesteuert, um die Temperatur exakt zu steuern. Auch die Temperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit in den Schnecken wird unabhängig gesteuert. Die bevorzugten Schnecken sind Cincinnati Milacron Pelletizing Screws, die bevorzugte Düse ist eine Cincinnati Pelletizing Die Modell GK120.
Auf die vier Zylinderzonen wird durch die elektrischen Heizungsbänder Wärme übertragen. Die Wärmeabfuhr vom Zylinder 18 erfolgt durch Umwälzen von Öl in Rohrschlagen, die bei den Zonen 2, 3 und 4 um die Zylinder gewunden sind. Das Öl wird mit einer Pumpe durch einen Wärmetauscher geführt, der im Sockel des Extruders angeordnet ist. Das Kühlsystem des Zylinders ist mit Durchflußanzeigern ausgerüstet, mit denen in jeder Kühlzone die Kühlleistung visuell überwacht werden kann. Das Kühlen/Heizen des Schneckenkerns wird mit einer unabhängigen Temperatursteuerung bzw. -regelung erreicht.
Der Antrieb beginnt mit einem stufenlos einstellbaren Motor mit konstantem Drehmoment, der mit einem Reduktionsgetriebe gekoppelt ist. Nach dem Reduktionsgetriebe mündet der Antrieb in ein Verteilergetriebe mit zwei Wellen. Weil sich die Antriebswellen bei den Mittelpunktslinien der entsprechend verjüngten Schnecken befinden, ist es möglich, für die Drehmomentübertragung große Getriebe einzusetzen sowie große Lager zur Aufnahme der Axialkräfte (Rückdruck), die beim Betrieb des Extruders erzeugt werden. Zum Erreichen einer gleichbleibenden Produktqualität werden die Geschwindigkeit und die Motorbelastung des Antriebs und die Axiallast in den Drucklagern gemessen.
Die Holzfasern werden in den Zylinder 18 bei Zone 1 durch ihr eigenes Gewicht über einen Holzfaser-Trichter 12 eingeführt. Die Zufuhr an Holzfasern wird bevorzugt mit einer Beschickungsschnecke dosiert. Das Polyvinylchlorid wird in Zone 1 des Zylinders 18 über einen Polyvinylchlorid-Trichter 14 durch sein eigenes Gewicht eingeführt. Der Fluß des Polyvinylchlorids vom Trichter 14 wird bevorzugt mit einer Beschickungsschnecke dosiert. Außerdem kann von einem Ruß-Trichter 16 auch Ruß in den Beschickungsstrom aus Holzfasern und Polyvinylchlorid eingeführt werden. Der Ruß wird in den Einlaßstrom bevorzugt mit einer Beschickungsschnecke dosiert. Die dem Zylinder 18 zugeführte Menge an Holzfasern, Polyvinylchlorid und Ruß wird von einem Steuerpult aus gesteuert.
Am jenseitigen Ende der Düse 2 ist eine Schneidvorrichtung 24 angebracht. Die Schneidvorrichtung weist bevorzugt zwei einander gegenübergestellte Schneidmesser auf. Die Schneidmesser sind betriebsmäßig mit einem Achsbolzen verbunden, so daß mit jeder Umdrehung des Achsbolzens jedes der Schneidblätter jede der Öffnungen der Düse 22 passiert. Die Zeitspanne zwischen jedem Passieren des Messers durch eine gegebene Öffnung in der Düse 22 sollte ungefähr die gleiche sein, damit eine konstante Länge der Pellets erhalten wird.

Pellets

Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert Polyvinylchlorid und Holzfasern zur Herstellung eines Pellets unter Einsatz der thermoplastischen Extrusion. Die Holzfasern können dem Verfahren zur Herstellung der Pellets auf unterschiedliche Art zugeführt werden. Es wird angenommen, daß die Holzfasern eine Mindestlänge und Mindestbreite von mindestens 1 mm aufweisen sollten, weil Holzmehl bei bestimmten Holz/Luft-Verhältnissen zur Explosion neigt. Holzfasern von geeigneter Größe mit einem Seitenverhältnis von größer als 1 führt auch zu einer Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des extrudierten Konstruktionselement. Jedoch können brauchbare Konstruktionselemente mit einer Faser von sehr hoher Größe hergestellt werden. Es können Fasern bis zu einer Länge von 3 cm und einer Dicke von 0,5 cm für die Materialzufuhr des Verfahrens zur Herstellung der Pellets oder des linearen Extrudats eingesetzt werden. Teilchen dieser Größe ergeben jedoch keine Konstruktionselemente mit Höchstqualität oder maximaler Konstruktionsfestigkeit. Die am besten erscheinenden Produkte mit maximalen Konstruktionseigenschaften werden mit einem Bereich der Teilchengröße hergestellt, der nachfolgend angegeben wird. Holzfasern mit hoher Teilchengröße können außerdem durch Schleifen oder andere ähnliche Verfahren verkleinert werden, die eine Faser ähnlich Sägemehl mit den erwähnten Abmessungen und dem erwähnten Seitenverhältnis hat. Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung von Sägemehl der gewünschten Größe besteht darin, daß das Material vorgetrocknet werden kann, bevor es dem Prozeß zur Herstellung der Pellets bzw. des linearen Extrudats zugeführt wird. Die Holzfasern können außerdem mit geringen Mengen an Bindemittel, falls erforderlich, zu Holzfaserpellets vorpelletiert werden.
Während des Pelletierungsprozesses für die Pellets aus Verbundwerkstoff werden das Polyvinylchlorid und die Holzfasern bei hohen Temperaturen und Drucken in innigem Kontakt miteinander gebracht, um sicherzustellen, daß die Holzfasern und das Polymermaterial benetzt sind, und werden dann gemischt und in einer Form extrudiert, daß das Polymermaterial - auf mikroskopischer Basis - beschichtend wirkt und in die Poren, Hohlräume und dergleichen hineinfließt, und zwar unter Einschluß der Lehrräume der Fasern.
Bevorzugt werden die Fasern beim Extrusionsprozeß in der Extrusionsrichtung weitgehend orientiert. Diese weitgehende Orientierung führt zu einer Überlappung von benachbarten parallelen Fasern mit der Polymerbeschichtung der orientierten Fasern, was ein Material ergibt, welches sich für die Herstellung von verbesserten Konstruktionselementen mit verbesserten physikalischen Eigenschaften eignet. Das Ausmaß der Orientierung beträgt etwa 20%, bevorzugt 30%, mehr als die Zufallsorientierung, die etwa 45 bis 50% beträgt. Die Konstruktionselemente sind wesentlich besser in Bezug auf Festigkeit und Zugmodul und haben einen thermischen Ausdehungskoeffizienten und einen Elastizitätsmodul, der für Fenster und Türen optimal ist. Die Eigenschaften stellen einen brauchbaren Kompromiß zwischen Holz, Aluminium und dem reinen Polymer dar.
Bei der Herstellung eines geeigneten linearen Extrudats oder Pellets stellt die Kontrolle der Feuchtigkeit ein wichtiges Element dar. Die Konzentration an Wasser, das im Sägemehl während der Herstellung der Pellets oder linearen Extruder vorhanden ist, kann bei Erhitzung augenblicklich von der Oberfläche des neu extrudierten Konstruktionsglieds verdampfen und als Ergebnis der schnellen Verflüchtigung eine tief in das Innere des extrudierten Elements hineinreichende Dampfblase bilden, die vom Inneren durch das heiße thermoplastische Extrudat reichen und eine erhebliche Fehlstelle bilden kann. Auf ähnliche Weise kann Oberflächenwasser zu Blasenbildung und im extrudierten Element Risse, Blasen oder andere Oberflächenfehlstellen führen.
Bäume enthalten beim Fällen in Abhängigkeit von der relativen Feuchte und der Jahreszeit 30 bis 300 Gew.-% Wasser bezogen auf den Fasergehalt. Nach dem Rohschnitt und dem Zurichten zu Bauholz kann Saisonholz einen Wassergehalt von 20 bis 30 Gew.-% bezogen auf den Fasergehalt aufweisen. In Länge geschnittenes, maschinengetrocknetes Bauholz kann einen typischen Wassergehalt im Bereich von 8 bis 12% aufweisen, üblicherweise von 8 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Fasern. Holz aus einigen Quellen - wie Pappel oder Espe - kann mehr Feuchtigkeit enthalten, wogegen einige Harthölzer einen kleineren Wassergehalt aufweisen können. Aufgrund der Unterschiede im Wassergehalt bei den Quellen für Holzfasern und der Empfindlichkeit des Extrudats gegenüber Wassergehalt ist das Einstellen von Wasser auf einen Gehalt von weniger als 8 Gew.-% im Pellet - bezogen auf das Pelletgewicht - wichtig.
Die erfindungsgemäß hergestellten und durch Extrusion durch eine Düse gebildeten Pellets ergeben ein lineares Extrudat, welches in eine Pelletform geschnitten werden kann. Der Querschnitt des Pellets kann in Abhängigkeit von der Düsengeometrie von beliebiger Gestalt sein. Es wurde jedoch gefunden, daß eine regelmäßige geometrische Form des Querschnitts nützlich sein kann. Solche regelmäßige Querschnittformen sind z. B. ein Dreieck, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Sechseck, ein Oval, ein Kreis und dergleichen. Die bevorzugte Gestalt des Pellets ist ein regulärer Zylinder mit etwa kreisförmigen oder geringfügig ovalem Querschnitt. Die Cincinnati Pelletizing Die Modell GK120 erzeugt ein Pellet von ungefähr kreisförmigem Querschnitt.
Das bevorzugte Pellet ist ein gerader Kreiszylinder, wobei der bevorzugte Radius des Zylinders mindestens 1,5 mm beträgt und eine Länge von mindestens 1 mm hat. Das Pellet hat bevorzugt einen Radius von 1 bis 5 mm und eine Länge von 1 bis 10 mm. Am meisten bevorzugt hat der Zylinder einen Radius von 2,3 bis 2,6 mm, eine Länge von 6,4 bis 8,5 mm und eine Schüttdichte von etwa 0,7 bis 0,8 g · cm&supmin;³
Es wurde gefunden, daß die Wechselwirkung - auf mikroskopischer Basis - zwischen der Masse des Polymers und den Holzfasern ein wichtiges Element der Erfindung ist. Es wurde gefunden, daß die physikalischen Eigenschaften eines extrudierten Elements verbessert werden, wenn die Polymerschmelze bei der Extrusion des Pellets oder linearen Elements die Holzfaserteilchen benetzen und in sie eindringt. Das thermoplastische Material umfaßt eine äußere kontinuierliche Phase aus organischem Polymer, wobei die Holzteilchen als diskontinuierliche Phase in der kontinuierlichen Polymerphase dispergiert sind. Beim Mischen und Extrudieren erhält das Material ein Seitenverhältnis von mindestens 1, 1 und bevorzugt zwischen 2 und 4, optimiert die Orientierung auf mindestens 20 Gew.-% bevorzugt 30% der Fasern sind in der Richtung des Extruders orientiert - und werden gründlich gemischt und vom Polymer benetzt, so daß die gesamte äußere Oberfläche der Holzfasern in Kontakt mit dem Polymermaterial gerät. Dies bedeutet, daß alle Poren, Spalten, Risse, Durchgänge, Vertiefungen und dergleichen vollständig von dem thermoplastischen Material ausgefüllt werden. Ein solches Eindringen erreicht man durch Sicherstellen einer niedrigen Viskosität der Polymerschmelze durch Arbeiten bei hoher Temperatur und durch Einsatz von genügend Druck, um das Polymer in das Porengefüge und die Oberflächenrisse und -spalten der Holzfaser hineinzudrücken.
Während des Extrusionsprozesses wird erhebliche Arbeit geleistet, um eine einheitliche Dispergierung von Holz im Polymermaterial zu erreichen. Diese Arbeit erzeugt eine weitgehende Orientierung, die bei der Extrusion zum endgültigen Konstruktionselement eine größere Orientierung der Fasern in Extrusionsrichtung im Konstruktionselement ergibt, was zu verbesserten Konstruktionseigenschaften führt.
Die Abmessungen der Pellets werden sowohl unter dem Gesichtspunkt einer einfachen Herstellung als auch einer Optimierung der endgültigen Eigenschaften des extrudierten Materials ausgewählt. Ein Pellet, welches Abmessungen hat, die wesentlich unter den vorstehend beschriebenen Abmessungen liegen, ist schwer zu extrudieren, zu pelletieren und bei der Lagerung zu handhaben. Größere Pellets als der angegebene Bereich sind in die Extrusionsanlage oder Spitzgußanlage schwierig einzuführen und schwierig zu schmelzen und schwierig zum fertigen Konstruktionsglied zu verarbeiten.

Extrusionsverfahren

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden das Polymer und die Holzfasern durch hohe Scherwirkung innig miteinander vermischt, wodurch die Komponenten mit Recyclingmaterial unter Bildung eines Polymer/Holz-Verbundwerkstoffs gemischt werden, wobei das Polymergemisch eine kontinuierliche organische Phase umfaßt und die Holzfasern mit den Recyclingmaterialien eine diskontinuierliche Phase bildet, die überall in der Polymerphase suspendiert oder dispergiert ist. Die Herstellung der dispergierten Faserphase innerhalb einer kontinuierlichen Polymerphase erfordert erheblichen mechanischen Aufwand. Dieser Aufwand kann erreicht werden durch Einsatz einer Vielzahl von Mischeinrichtungen, bevorzugt beispielsweise Extrudermechanismen, bei denen die Materialien unter hohen Scherbedingungen gemischt werden, bis man Benetzung und innigen Kontakt im erforderlichen Umfang erreicht hat. Nach dem vollständigen Mischen der Materialien kann der Feuchtegehalt an einer Station zur Entfernung von Feuchte gesteuert werden. Die erwärmte Zusammensetzung wird solange Atmosphärendruck oder vermindertem Druck bei erhöhter Temperatur ausgesetzt, bis soviel Feuchte entfernt ist, daß sich ein endgültiger Feuchtegehalt von etwa 8 Gew.-% oder weniger ergibt. Zum Schluß werden die Polymerfasern ausgerichtet und in die gewünschte Form extrudiert.
Die in den Extruder eingespeisten Materialien können - unter Einschluß von Recycleabfall - etwa 30 bis 50 Gew.-% Sägemehl enthalten und außerdem etwa 50 bis 70 Gew.-% Polyvinylchloridpolymerzusammensetzungen. Bevorzugt etwa 35 bis 45 Gew.-% Holzfasern oder Sägemehl mit 65 bis 55 Gew.-% Polyvinylchloridhomopolymer kombiniert. Bei Einsatz der CM-80 beträgt die bevorzugte Beschickungsrate etwa 600 lbs/h Polyvinylchloridzusammensetzung und etwa 400 lbs/h Holzfasern.
Die Beschickung aus Polyvinylchlorid befindet sich normalerweise in Gestalt von kleinen Teilchen, die die Form von Flocken, Pellets, Pulver und dergleichen haben können. Jede Form des Polymers kann eingesetzt werden, bei der Polymer mit den Sägemehl trocken gemischt werden kann, so daß ein im wesentlichen einheitliches Vorgemisch entsteht. Die Beschickung aus Holzfasern kann aus einer Reihe von Betrieben stammen und kann beispielsweise Sägemehl sein, welches beim Längsschneiden oder quer zur Faser Sägen oder beim Fräsen von Holzprodukten entsteht, oder bei der planmäßigen Umwandlung oder Faserherstellung aus Holzabfall. Solche Materialien können direkt so eingesetzt werden, wie sie in den Betrieben entstehen, d. h. das Nebenprodukt oder die Nebenprodukte der Holzfasern können zu einem Mischprodukt gemischt werden. Außerdem kann Holzfasermaterial alleine oder in Kombination mit anderen Holzfasermaterialien mit den Abfallprodukten der vorstehend erwähnten Fensterhersteller gemischt werden. Die Holzfasern oder das Sägemehl können mit anderen Fasern kombiniert und in üblicherweise verfügbaren Anlagen zum Behandeln von teilchenförmigen Material recycelt werden.
Das Polymer und die Holzfasern werden dann in geeigneten Anteilen trocken gemischt, bevor sie der Mischeinrichtung zugeführt werden. Dieses Mischen kann in getrennten Anlagen zur Behandlung von pulverförmigen Material erfolgen, oder die Polymer/Faser-Ströme können gleichzeitig mit geeigneten Beschickungsverhältnissen in die Mischstation eingebracht werden, um eine geeignete Produktzusammensetzung sicherzustellen. Das letztere Verfahren wird bei Einsatz des CM-80 bevorzugt. Das mechanische Mischen von Polymer und Holz beginnt in Zone 1 des Zylinder 18.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Holzfasern in den Trichter 12 gegeben und die Beschickungsrate zum Zylinder 18 mit einer Beschickungsschnecke gesteuert. Das Polymer wird in den Trichter 14 eingeführt und die Beschickungsrate zum Zylinder 18 mit einer Beschickungsschnecke. Die Pelletierungsschnecke dreht sich bevorzugt mit 35 ± 5 min&supmin;¹.
Jede Zone des CM-80-Extruders 10, der Adapter 20, die Düse 22 und das Schneckenöl haben ein ausgewähltes Wärmeprofil, was zu einem geeignete Produkt führt. Die folgende Tabelle zeigt die bevorzugten Betriebstemperaturen der Zonen 1 bis 7 und die Temperatur des Schneckenöls.
Zone Temperatur
1 235ºC ± 10ºC
2 235ºC ± 10ºC
3 235ºC ± 10ºC
4 195ºC ± 10ºC
5 180ºC ± 10ºC
6 185ºC ± 10ºC
7 190ºC ± 10ºC
Schneckenöl 190ºC ± 10ºC
Die normalen Temperaturen für die Zylinderzone und das Schneckenöl für die Extrusion von Polyvinylchlorid alleine getragen 170 bzw. 175ºC. Es wurde festgestellt, daß zum Erreichen der gewünschten Produkteigenschaften des Verbundmaterials höhere Temperaturen erforderlich sind. Es wird angenommen, daß die höheren Temperaturen notwendig sind, um die Feuchtigkeit aus den Holzfasern zu entfernen und die Leerräume bzw. das Porengefüge der Holzfasern mit Polyvinylchlorid zu füllen.
Beim Fluß des Materials durch Zone 1 beginnt das Polyvinylchlorid zu schmelzen und wird durch die CM-Pelletierungsschnecken mit den Holzfasern gemischt. In Zone 2 wird das Polyvinylchlorid geschmolzen und mischt sich weiter mit den Holzfasern. Zwischen den Zonen 2 und 3 wird aus den Holzfasern austretende Feuchtigkeit aus dem Zylinder 18 abgelassen. In den Zonen 3 und 4 erfolgt ein weiteres Mischen und verdichten des Materials, was dazu führt, daß Polyvinylchlorid in die Oberflächenporen, Risse und Spalten der Holzfasern und in die Leerräume innerhalb der Holzfasern eindringt.
Beim Verlassen der Zone 4 läuft das Material durch den Adapter 20 und in die Düse 22, wo der Materialstrom des Verbundwerkstoffs durch das jenseitige Ende der Düse 22 in eine Anzahl von zylindrischen Strömen aufgeteilt wird. Die Düse kann eine kreisförmige Verteilung (Durchmesser 6" bis 8") von 10 bis 500 oder mehr Öffnungen enthalten, bevorzugt 20 bis 250, die einen Querschnitt aufweisen, der zur Erzeugung eines regelmäßig zylindrisch gestalteten Pellets führt. Beim Austreten des Materials aus dem Düsenkopf wird es von einem zweischneidigen Messer mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 100 bis 400 min&supmin;¹ geschnitten, was zur gewünschten Länge der Pellets führt.
Merkmale von Polymer/Holz-Verbundwerkstoffen und von aus solchen Materialien hergestellten Komponenten und Teilen sind offenbart in den US-Patentanmeldungen 07/938 604, 07/938 364 und 07/938 365 und in den europäischen Patentanmeldungen 93 306 843.9, 93 306 844.7 und 93 306 845.4, die die Priorität aus den Anmeldungen beanspruchen, und in den US-Patentanmeldungen 08/016 963 und 08/017 240 sowie der europäischen Patentanmeldung, die die Priorität aus den Anmeldungen beansprucht, die mit dieser Anmeldung eingereicht werden. Für Informationen in Bezug auf diese Merkmale muß auf die Beschreibungen dieser Anmeldungen hingewiesen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Pellet-Verbundwerkstoffs, der ein thermoplastisches Polymer und Cellulosefasern enthält, wobei man bei dem Verfahren

(a) ein Blend aus mindestens etwa 30% einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung und mindestens etwa 30% einer Cellulosefaser in einen Extruder einbringt, der eine Einlaßzone, eine zweite Zone, einen Zylinder und eine Pelletdüse aufweist, wobei die Mengen gewichtsbezogen als Anteil am Gesamtgewicht der Fasern und des Polymers angegeben sind;

(b) die Polymerzusammensetzung in dem Zylinder schmilzt und die Polymerzusammensetzung zur Bildung eines Polymer/Faser-Verbundwerkstoffs mit Fasern bei Temperatur-, Druck- und Scherbedingungen vermengt, daß sich die Polymerzusammensetzung mit den Fasern in einem Ausmaß vermischt, daß die Zellen der Fasern bersten und die Polymerzusammensetzung mehr als 50% des Innenvolumens der Zellen der Fasern einnimmt;

(c) den Verbundwerkstoff durch die Pelletdüse zu einem Pellet extrudiert;

wobei das Verhältnis der Dichte eines physikalischen Gemisches aus den Fasern und dem Polymer zur Dichte des Pellets kleiner als 0,8 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis kleiner als 0,7 ist, bevorzugt kleiner als 0,5.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Polymer Polyvinylchlorid ist und die Fasern Holzfasern sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schüttdichte des Pellets größer als etwa 0,6 g · cm&supmin;³ ist, bevorzugt größer als 0,7 g · cm&supmin;³, insbesondere größer als 0,8 g · cm&supmin;³.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Blend mindestens etwa 35% der Fasern enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Blend nicht mehr als etwa 50% der Fasern enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Blend mindestens etwa 45% des Polymers enthält, bevorzugt mindestens etwa 50%.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Blend nicht mehr als 70% des Polymers enthält, bevorzugt nicht mehr als etwa 65%.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Temperatur des Polyvinylchlorid/Holzfaser-Verbundwerkstoffs im Extruder größer ist als die Schmelztemperatur der Polyvinylchlorid-Polymerzusammensetzung und die Temperatur des Polyvinylchlorid/Holzfaser-Verbundwerkstoffs herabgesetzt wird, wenn der Verbundwerkstoff von der Einlaßzone zur Pelletdüse geleitet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Temperatur der Einlaßzone größer als 210ºC und die Temperatur der Pelletdüse kleiner als 210ºC ist, jedoch größer als 200ºC.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Temperatur der Einlaßzone größer als 210ºC ist, die Temperatur der Zone vor der Pelletdüse kleiner als 195ºC und die Temperatur der Pelletdüse größer als 195ºC ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Polymer mehr als 65% des Innenvolumens der Zellen der Holzfasern einnimmt, bevorzugt mehr als 70%.

13. Pellet, welches mindestens 30 Gew.-% Cellulosefasern und mindestens 30 Gew.-% eines thermoplastischen Polymers pro Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs enthält, wobei das Verhältnis der Dichte des physikalischen Gemisches aus den Fasern und dem Polymer zur Dichte des Pellets kleiner als 0,8 ist und wobei die Polymerzusammensetzung mehr als 50% des Innenvolumens der Zellen der Fasern einnimmt.

14. Pellet nach Anspruch 13, bei dem das Pellet 30 bis 50 Teile Fasern und 50 bis 70 Teile Polymer pro jeweils 100 Teile des Verbundwerkstoffs enthält, wobei die Länge der Fasern im Bereich von 1 bis 10 mm liegt, die Faser ein Seitenverhältnis von mindestens 1,8 aufweist und das Pellet ein gerader Kreiszylinder ist, der eine Länge von 1 bis 10 mm und einen Radius von 1 bis 5 mm hat.

15. Pellet nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Verhältnis kleiner als 0,7 ist, bevorzugt kleiner als 0,5.

16. Pellet nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Polymer Polyvinylchlorid ist und die Fasern Holzfasern sind.

17. Pellet nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Dichte des Pellets größer als etwa 0,6 g · cm&supmin;³ ist, bevorzugt größer als 0,7 g · cm&supmin;³, insbesondere größer als 0,8 g · cm&supmin;³.

18. Pellet nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem das Gemisch mindestens etwa 35% der Fasern enthält.

19. Pellet nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem das Gemisch nicht mehr als etwa 50% der Fasern enthält.

20. Pellet nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem das Gemisch mindestens etwa 45% des Polymers enthält, bevorzugt mindestens etwa 50%.

21. Pellet nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem das Gemisch nicht mehr als etwa 70% des Polymers enthält, bevorzugt nicht mehr als etwa 65%.

22. Pellet nach Anspruch 13, bei dem das Polymer mehr als 65% des Innenvolumens der Zellen der Holzfasern einnimmt, bevorzugt mehr als 70%.

23. Konstruktionselement, hergestellt aus einem Pellet gemäß einem der Ansprüche 13 bis 22 oder aus einem Pellet, welches mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.