WO2005012399A1 - Verfahren zur herstellung von leichtbauteilen sowie mit dem verfahren herstellbare leichtbauprofile - Google Patents

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WO2005012399A1
WO2005012399A1 PCT/DE2004/001701 DE2004001701W WO2005012399A1 WO 2005012399 A1 WO2005012399 A1 WO 2005012399A1 DE 2004001701 W DE2004001701 W DE 2004001701W WO 2005012399 A1 WO2005012399 A1 WO 2005012399A1
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fiber
fibers
thermoplastic
lightweight
agglomerates
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PCT/DE2004/001701
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Klaus Gehrmann
Steffen Meinicke
Michael Busch
Rainer Starke
Günther Wilczek
Frank Nagel
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
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    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing lightweight components from a fiber composite material, in which fibers are processed with a thermoplastic to form meterable fiber agglomerates and the fiber agglomerates are extruded to form the lightweight component.
  • the invention further relates to lightweight profiles that can be produced by the method.
  • Fiber composites so-called composites
  • composites are increasingly being used as a replacement for wood in the manufacture of flat components.
  • decking materials that are used in the field of building construction.
  • the fiber composite materials essentially consist of a thermoplastic, into which fibrous fillers are introduced for reinforcement.
  • fibrous fillers As expected, the consistency of the fibrous fillers has a major influence on the mechanical properties of the component made from the fiber composite material. Examples of mechanical parameters are tensile and bending properties as well as impact strength.
  • EP 1172404 AI is a method for producing a component from a
  • Fiber composite material specified in which fibrous particles made of a wood material, in particular softwood or hardwood, are mixed with a thermoplastic in order to obtain a base material for the production of the lightweight component.
  • WO 97/30838 AI it is known to mix a natural cellulose fiber material with the thermoplastic and to extrude this mixture directly to the component.
  • WO 02/083824 AI also describes a process for the production of components made of a thermoplastic, to which cellulose fibers made of wood or other vegetable products are added.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing lightweight components which have a lower weight and comparable or better mechanical characteristics compared to components made of glass fiber composite materials. DESCRIPTION OF THE INVENTION The object is achieved with the method according to claim 1. Claim 16 enters Lightweight profile that has the desired properties and can be produced with the method.
  • the fibers are processed with a thermoplastic to form meterable fiber agglomerates and the fiber agglomerates are extruded to form the lightweight component.
  • the present method is characterized in that regenerated cellulose fibers are used as fibers, which are provided as a short fiber cut and processed into the fiber agglomerates.
  • the regenerated cellulose fibers used have reproducible properties due to their manufacturing process. They are commercially available in various defined qualities and have so far been used in other technical areas, in particular processed into tire cord.
  • the fibers spun from the corresponding solutions in the manufacturing process are distinguished by a 5- to glass fibers
  • cellulose Regenerated fibers are commercially available as rovings (continuous fiber filament) or as a so-called short fiber cut with different cutting lengths.
  • a fundamental problem with longer fibers is their processability in an extruder.
  • this problem is solved by using staple fibers, which can surprisingly be converted into a metered form by agglomeration without impairing the fiber geometry necessary for the reinforcing effect or to reduce the mechanical parameters through thermal damage.
  • the regenerated cellulose fibers with a thermoplastic can advantageously be processed into free-flowing agglomerates in a two-stage process without the fiber structure changing. The fiber agglomerates can then be easily heated to a homogeneous fiber-melt mixture in an extruder and shaped into the desired lightweight components using special tools.
  • the fibers and the thermoplastic are preferably mixed in a hot mixer with a special tool in a ratio of 1: 1 to 1:10, preferably 1: 5 to 1: 3 with slow heating, ie 10 -16 degrees / min.
  • the decisive factor is the final rapid temperature rise to 150 to 180 ° C caused by increasing friction, through which the thermoplastic melts and envelops the fibers. Too long dwell times of the fibers at temperatures> 150 ° C should be avoided in order to avoid thermal damage to the fibers.
  • the resulting composite is immediately cooled in a cooling mixer to a temperature of 80 to 20 ° C., preferably to 50 to 30 ° C., the thermoplastic solidifying and the free-flowing agglomerate being formed ,
  • the design and mode of operation of the mixers used ensure that the lowest possible shear forces act on the fibers and thus the fibers with their high reinforcement potential are not destroyed during agglomeration.
  • the resulting meterable regenerated cellulose fiber agglomerates are then extruded in an extruder to form the lightweight component. Also the resulting meterable regenerated cellulose fiber agglomerates are then extruded in an extruder to form the lightweight component. Also the resulting meterable regenerated cellulose fiber agglomerates are then extruded in an extruder to form the lightweight component. Also the resulting meterable regenerated cellulose fiber agglomerates are then extruded in an extruder to form the lightweight component. Also the
  • the extruder is designed in such a way that the materials introduced are dispersed well with the lowest possible shear forces so that the fibers are not shredded by shearing.
  • the tool geometry is preferably designed so that the in the
  • thermoplastic reinforcing fibers preferably in the direction of extrusion.
  • a high reinforcement effect is achieved in the longitudinal direction, which makes it possible to reduce the required wall thickness of the component to a minimum of 1 to 2 mm. This creates an essential requirement for a reduced basis weight compared to profiles with wall thicknesses of 3 to 4 mm.
  • Thermoplastics can be used for the process according to the invention, such as those mentioned in the publications WO 97/30838 AI and WO 02/083824 AI mentioned at the beginning.
  • Recycled material from the substances mentioned can also be used.
  • the polyolefins must be selected in such a way that sufficient and rapid heat generation by friction is achieved and that the melt completely envelops the fibers.
  • melt indexes MFI
  • the present process can be used particularly advantageously with high-viscosity polypropylene with melt indexes (MFI) of 0.1 to 10.0 g / lOmin, preferably of 0. 5 to 3.0 g / 10 min.
  • MFI melt indexes
  • the use of polypropylene powders has an advantageous effect on agglomeration that meets the requirements.
  • adhesion promoters such as those mentioned, for example, in WO 02/083824 AI should also be used. These adhesion promoters accumulate at the interface between the fiber and the encapsulating thermoplastic and, due to their functionality, lead to firm chemical and / or physical bonds, through which an improved transmission of the forces acting on the component to the cellulose regenerate fibers is made possible.
  • Proven adhesion promoters are carboxylated polyolefins.
  • Polyolefins grafted with acrylic or maleic anhydride are preferably used as adhesion promoters in the present process. These adhesion promoters are preferably added in concentrations of 0.5 to 5% by mass, in particular in the range of 1 to 3% by mass, of the composite.
  • the fiber contents are preferably 10 to 50% by mass, in particular 20 to 30% by mass, of the composite.
  • the lightweight construction profiles produced with the present process are characterized above all by a higher impact strength with the same fiber content compared to glass fiber reinforced material with a similar tensile strength. Combined with the lower weight, the recyclability and better processability of the composites according to the invention made of thermoplastic and cellulose regenerated fiber, this results in new possibilities for replacing glass fiber reinforced plastics with these materials even in high-quality fields of application.
  • the lightweight profiles that can be produced with the present method have a basis weight of 1 to 8 kg / m 2 , preferably 2 to 5 kg / m 2 and web and belt widths of 1 to 3 mm, preferably of 1 to 1.5 mm.
  • the fiber short cuts used here have preferred fiber lengths of 3-10 mm, in particular fiber lengths in the range between 4 and 5 mm and fiber diameters of 15-50 ⁇ m (1-30 dtex).
  • two process variants are specified, which are essentially: differentiate in the proportion of cellulose regenerated fiber agglomerate in the total fiber composite or composite.
  • 20% cellulose regenerated fiber (Danufil ® 1.7 dtex, 5 mm long) is mixed with 78% polypropylene (MFI 10) and 2% of a maleic anhydride-grafted polypropylene as an adhesion promoter in a hot blender with a sickle tool until the polypropylene is at 185 ° C completely melted and wetted the fibers.
  • the melt mixture is then transferred to a cooling mixer and cooled to 40 ° C. within 10 minutes.
  • the agglomerates form in the process.
  • the resulting free-flowing agglomerate is metered into a conical twin-screw extruder, worked up to a homogeneous melt and one
  • Extruded twin-wall sheet The screw geometry is designed in such a way that the materials entered are dispersed well with the lowest possible shear forces so that the fibers are not shredded by shearing.
  • the extrusion takes place at a melt temperature of 185 ° C, a melt pressure of 21 MPa and a melt throughput of 120 kg / h.
  • the special extrusion tool for multi-wall sheets has a dry calibration unit from 250 to 500 mm in length and a 4000 mm long wet calibration unit with vacuum tank. The dry calibration is carried out at 60 ° C.
  • a second process variant 10% of the cellulose regenerate fiber agglomerate is mixed in the extruder with 88% polypropylene and 2% of the same coupling agent and extruded at the same values as is indicated in the first process variant.
  • the twin-wall sheet made with the method is shown in the figure. It has 13 chambers with wall thicknesses in the range from 1.5 to 3 mm. The component thickness is 37 mm, the component width is 425 mm.
  • the mechanical characteristics of the composites produced according to the examples described above can be found in the following table, which shows a comparison between the two process variants. This table shows in particular the high flexural strength and impact strength of the hollow panel produced.
  • the present method can also be used to produce other lightweight components, in particular lightweight profiles, with good mechanical characteristics.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff sowie mit dem Verfahren herstellbare Leichtbauprofile. Bei dem Verfahren werden Fasern mit einem Thermoplast zu dosierfähigen Faser-Agglomeraten verarbeitet und die Faser-Agglomerate zur Formung des Leichtbauteils extrudiert. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass als Fasern Celluloseregeneratfasern eingesetzt werden, die als Stapelfaser bereitgestellt und zu den Faser-Agglomeraten verarbeitet werden. Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Herstellung von Leichtbauteilen bei einem im Vergleich zu Leichtbauteilen aus Glasfaser-Verbunden geringeren Gewicht bei gleichen oder besseren mechanischen Kennwerten.

Description

Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen sowie mit dem Verfahren herstellbare Leichtbauprofile
Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, bei dem Fasern mit einem Thermoplast zu dosierfähigen Faser-Agglomeraten verarbeitet werden und die Faser-Agglomerate zur Formung des Leichtbauteils extrudiert werden. Die Erfindung betrifft ferner Leichtbauprofile, die mit dem Verfahren herstellbar sind.
Faserverbundwerkstoffe, so genannte Komposite, werden in zunehmendem Maße als Ersatz für Holz bei der Herstellung von flächigen Bauteilen eingesetzt. So gibt es bereits einen großen Markt für sogenannte Decking- Materialien, die im Bereich des Gebäudebaus zum Einsatz kommen. Die Faserverbundwerkstoffe setzen sich dabei im Wesentlichen aus einem Thermoplast zusammen, in den faserartige Füllstoffe zur Verstärkung eingebracht sind. Die Konsistenz der faserartigen Füllstoffe hat erwartungsgemäß einen großen Einfluss auf mechanische Kennwerte des aus dem Faserverbundwerkstoff hergestellten Bauteils. Beispiele für mechanische Kennwerte sind Zug- und Biegeeigenschaften sowie die Schlagzähigkeit .
Stand der Technik Für hochbelastbare Bauteile aus einem Faser- Verbundwerkstoff auf Basis eines Thermoplasten sind Glasfasern heutzutage noch immer das gebräuchlichste Verstärkungsmaterial. Zunehmend werden an Stelle von Glasfasern jedoch auch organische Fasermaterialien, beispielsweise aus Holz oder Einjahrespflanzen, zur Verstärkung der Thermoplaste eingesetzt. Diese Füllstoffe führen zu einer verbesserten Recyklier- bzw. Entsorgbarkeit der Verbundwerkstoffe, durch das geringere Gewicht der organischen Fasern im Vergleich zu Glasfasern zu einer Gewichtseinsparung bei den Bauteilen und durch die geringere Abrasivität zu deutlich verbesserten Standzeiten der Verarbeitungs- maschinen für die Herstellung der Bauteile.
So ist beispielsweise in der EP 1172404 AI ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem
Faserverbundwerkstoff angegeben, bei dem faserartige Partikel aus einem Holzmaterial, insbesondere aus Weich- oder Hartholz, mit einem Thermoplast vermischt werden, um ein Basismaterial für die Herstellung des Leichtbauteils zu erhalten. Aus der WO 97/30838 AI ist es bekannt, ein natürliches Cellulose-Fasermaterial mit dem Thermoplast zu vermischen und diese Mischung direkt zum Bauteil zu extrudieren. Die WO 02/083824 AI beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus einem Thermoplast, dem Cellulosefasern aus Holz oder anderen pflanzlichen Produkten beigemischt werden.
Den positiven Effekten beim Einsatz von organischen Fasermaterialien als Füllstoffe stehen allerdings bisher schlechtere mechanische Kennwerte dieser Verbundmaterialien im Vergleich zu Glasfaser- Verbundwerkstoffen gegenüber. Höhere Füllgrade der Verbundmaterialien im Vergleich zu Glasfaser-Verbünden verbessern zwar die mechanischen Kennwerte, verringern jedoch den Vorteil der Gewichtseinsparung. Ein weiteres Risiko beim Einsatz von Naturfasern, wie beispielsweise Flachs oder Hanf, liegt in der schwankenden Qualität der zur Verfügung stehenden Produkte. Das Verstärkungs- potential der Fasern wird u.a. durch Herkunft, klimatische Bedingungen und die verschiedenen Faser- Gewinnungstechnologien beeinflusst. Grundsätzlich ist die Verwendung von Fasern mit einem größeren Aspekt-
Verhältnis hinsichtlich der mechanischen Kennwerte zwar von Vorteil, allerdings lassen sich derart lange Fasern bisher nicht oder nur unter erheblichem Aufwand mit einem Thermoplast extrudieren, so dass in der Regel lediglich kürzere Fasern oder Faserpartikel als
Füllstoffe eingesetzt werden. Aufgrund der genannten Nachteile der Verbundmaterialien mit organischen Verstärkungsfasern werden diese heutzutage nur in Bauteilen mit geringen mechanischen Ansprüchen, wie Türverkleidungen oder Hutablagen im Automobilbau, verwendet .
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen anzugeben, die gegenüber Bauteilen aus Glasfaser-Verbundwerkstoffen ein geringeres Gewicht sowie vergleichbare oder bessere mechanische Kennwerte aufweisen. Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 16 gibt ein Leichtbauprofil an, das die gewünschten Eigenschaften aufweist und mit dem Verfahren herstellbar ist.
Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff werden die Fasern mit einem Thermoplast zu dosierfähigen Faser-Agglomeraten verarbeitet und die Faser- Agglomerate zur Formung des Leichtbauteils extrudiert. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass als Fasern Celluloseregeneratfasern eingesetzt werden, die als Faser-Kurzschnitt bereitgestellt und zu den Faser-Agglomeraten verarbeitet werden.
Durch den vorliegenden Einsatz von synthetischen Cellulosefasern, die maßgeschneidert herstellbar sind, lassen sich hochbelastbare Formteile aus dem Faserverbundwerkstoff herstellen, die in ihren mechanischen Kennwerten dem Vergleich mit Glasfaser-Verbünden standhalten und dabei zusätzliche Vorteile wie Recyklierbarkeit, Gewichtsreduzierung und geringere
Abrasivität an den Ausrüstungen bei der Herstellung zeigen. Die hierbei eingesetzten Celluloseregeneratfasern weisen aufgrund ihres Herstellungsprozesses reproduzierbare Eigenschaften auf. Sie sind kommerziell in verschiedenen definierten Qualitäten verfügbar und werden bisher in anderen technischen Bereichen eingesetzt, insbesondere zu Reifencord verarbeitet. Die beim Herstellungsprozess aus den entsprechenden Lösungen versponnenen Fasern zeichnen sich gegenüber Glasfasern vor allem durch eine 5- bis
6-fach höhere Reißdehnung aus, so dass bei Einbindung dieser Fasern in Verbundmaterialien neue vorteilhafte Eigenschaften erzielt werden können. Cellulose- regeneratfasern sind kommerziell als Rovings (Endlos- faserfilament) oder als sogenannter Faser-Kurzschnitt mit unterschiedlichen Schnittlängen verfügbar. Ein grundsätzliches Problem bei längeren Fasern stellt deren Verarbeitbarkeit in einem Extruder dar. Beim vorliegenden Verfahren wird dieses Problem durch den Einsatz von Stapelfasern gelöst, die sich überraschenderweise durch Agglomerierung in eine dosierbare Form überführen lassen, ohne die für die Verstärkungs- Wirkung notwendige Fasergeometrie zu beeinträchtigen oder die mechanischen Kennwerte durch thermische Schädigung zu reduzieren. Dabei wurde herausgefunden, dass sich die Celluloseregeneratfasern mit einem Thermoplast vorteilhaft in einem zweistufigen Verfahren zu rieselfähigen Agglomeraten verarbeiten lassen, ohne dass sich die Faserstruktur ändert . Die Faser- Agglomerate können dann problemlos zu einem homogenen Faser-Schmelzegemisch in einem Extruder erhitzt und mit den speziellen Werkzeugen zu den gewünschten Leichtbauteilen geformt werden.
Vorzugsweise werden die Fasern und der Thermoplast in einem Heißmischer mit einem speziellen Werkzeug in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10, vorzugsweise 1:5 bis 1:3 bei langsamer Aufheizung, d.h. 10 -16 grd/min, gemischt. Entscheidend ist der durch zunehmende Friktion erzeugte abschließende schnelle Temperaturanstieg auf 150 bis 180°C, durch den der Thermoplast in eine Schmelze übergeht und die Fasern umhüllt. Zu lange Verweilzeiten der Fasern bei Temperaturen > 150°C sollten hierbei vermieden werden, um eine thermische Schädigung der Fasern auszuschließen. In einem zweiten, nachfolgenden Schritt wird das entstandene Komposit bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens unmittelbar danach in einem Kühlmischer auf eine Temperatur von 80 bis 20°C, vorzugsweise auf 50 bis 30°C abgekühlt, wobei sich das Thermoplast verfestigt und das rieselfähige Agglomerat entsteht. Die Konstruktion und Arbeitsweise der eingesetzten Mischer gewährleistet, dass möglichst geringe Scherkräfte auf die Fasern wirken und somit die Fasern mit ihrem hohen Verstärkungspotential während der Agglomerierung nicht zerstört werden.
Die erhaltenen dosierfähigen Celluloseregenerat- faser-Agglomerate werden anschließend zur Formung des Leichtbauteils in einem Extruder extrudiert. Auch der
Extruder ist so ausgelegt, dass eine gute Dispergierung der eingetragenen Materialien bei geringst möglichen Scherkräften erfolgt, um die Fasern nicht durch Scherung zu zerkleinern. Die Werkzeuggeometrie ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sich die in das
Thermoplast eingebrachten Verstärkungsfasern bevorzugt in Extrusionsrichtung ausrichten. Dabei wird eine hohe Verstärkungswirkung in Längsrichtung erzielt, die es ermöglicht, die erforderlichen Wanddicken des Bauteils auf ein Minimum von 1 bis 2 mm zu reduzieren. Damit wird eine wesentliche Voraussetzung für ein reduziertes Flächengewicht im Vergleich zu Profilen mit Wandstärken von 3 bis 4 mm geschaffen. Für das erfindungsgemäße Verfahren können Thermoplaste eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in den eingangs genannten Druckschriften WO 97/30838 AI und WO 02/083824 AI angeführt sind. Insbesondere sind Poly- olefine, Polyvinylchlorid, Polyester oder Polystyren, vorzugsweise aber Polyolefine und bevorzugt Polypropylen oder Polyethylen für das vorliegende Verfahren geeignet. Auch Recyclingmaterial der genannten Stoffe ist nutzbar. Die Auswahl der Polyolefine muss so erfolgen, dass eine ausreichende und schnelle Wärmeerzeugung durch Friktion erreicht wird und dass die Schmelze die Fasern vollständig umhüllt. Obwohl anzunehmen ist, dass die vollständige Umhüllung gerade mit niederviskosen Thermoplasten erreicht wird, wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich das vorliegende Verfahren besonders vorteilhaft mit hochviskosem Polypropylen mit Schmelzindizes (MFI) von 0,1 bis 10,0 g/lOmin, vorzugsweise von 0,5 bis 3,0 g/10 min, durchführen lässt. Überraschenderweise wurde weiterhin festgestellt, dass sich die Verwendung von Polypropylenpulvern vorteilhaft auf eine anforderungs- gerechte Agglomerierung auswirkt . Die notwendige Verarbeitungstemperatur wurde deutlich schneller erreicht, so dass die thermische Belastung der Fasern minimiert werden konnte. Der Einsatz dieser Thermoplasten führt zu Leichtbauteilen mit sehr guten mechanischen Kennwerten. Um das Verstärkungspotential der Fasern vollständig nutzen zu können, sollten auch Haftvermittler, wie sie beispielsweise in der WO 02/083824 AI genannt sind, eingesetzt werden. Diese Haftvermittler lagern sich an der Grenzfläche von Faser zu umhüllendem Thermoplast an und führen aufgrund ihrer Funktionalität zu festen chemischen und/oder physikalischen Bindungen, durch die eine verbesserte Übertragung der auf das Bauteil einwirkenden Kräfte auf die Celluloseregenerat- fasern ermöglicht wird. Bewährte Haftvermittler sind carboxylierte Polyolefine. Bevorzugt werden beim vorliegenden Verfahren mit Acrylsäure- oder Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polyolefine als Haftvermittler eingesetzt. Diese Haftvermittler werden vorzugsweise in Konzentrationen von 0,5 bis 5 % Massenanteil, insbesondere im Bereich von 1 bis 3 % Massenanteil des Komposits zugegeben. Die Fasergehalte betragen bevorzugt 10 bis 50 % Massenanteil, insbesondere 20 bis 30 % Massenanteil des Komposits.
Die mit dem vorliegenden Verfahren hergestellten Leichtbauprofile zeichnen sich bei gleichem Faseranteil gegenüber Glasfaser-verstärktem Material bei ähnlicher Zugfestigkeit vor allem durch eine höhere Schlagzähigkeit aus. Verbunden mit dem geringeren Gewicht, der Recyklierbarkeit und besseren Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Komposite aus Thermoplast und Celluloseregeneratfaser ergeben sich daraus neue Möglichkeiten, glasfaserverstärkte Kunststoffe durch diese Materialien auch in hochwertigen Einsatzfeldern zu ersetzen. Die mit dem vorliegenden Verfahren herstellbaren Leichtbauprofile weisen ein Flächengewicht von 1 bis 8 kg/m2, vorzugsweise 2 bis 5 kg/m2 und Steg- und Gurtbreiten von 1 bis 3 mm, vorzugsweise von 1 bis 1,5 mm auf. Die hierbei eingesetzten Faser-Kurzschnitte weisen bevorzugte Faserlängen von 3-10 mm, insbesondere Faserlängen im Bereich zwischen 4 und 5 mm und Faserdurchmesser von 15-50 μm (1 - 30 dtex) auf.
Wege zur Ausführung der Erfindung Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwei Verfahrensvarianten angegeben, die sich im Wesentlichen im Anteil des Celluloseregeneratfaser-Agglomerats am gesamten Faserverbundwerkstoff bzw. Komposit unterscheiden. Für die Herstellung werden 20% Celluloseregeneratfaser (Danufil® 1,7 dtex, 5mm Länge) mit 78% Polypropylen (MFI 10) und 2% eines Maleinsäureanhydrid- gepfropften Polypropylens als Haftvermittler in einem Heißmischer mit Sichelwerkzeug gemischt, bis bei 185°C das Polypropylen vollständig geschmolzen ist und die Fasern benetzt hat. Anschließend wird die Schmelze- mischung in einen Kühlmischer überführt und innerhalb von 10 Minuten auf 40°C abgekühlt. Dabei bilden sich die Agglomerate aus .
Das hierbei entstandene rieselfähige Agglomerat wird in einen konischen Doppelschneckenextruder dosiert, zu einer homogenen Schmelze aufgearbeitet und zu einer
Hohlkammerplatte extrudiert. Die Schneckengeometrie ist so ausgelegt, dass eine gute Dispergierung der eingetragenen Materialien bei geringst möglichen Scherkräften erfolgt, um die Fasern nicht durch Scherung zu zerkleinern. Die Extrusion erfolgt bei einer Massetemperatur von 185°C, einem Massedruck von 21 MPa sowie einem Massedurchsatz von 120 kg/h. Das spezielle Extrusionswerkzeug für Stegplatten weist eine Trockenkalibriereinheit von 250 bis 500 mm Länge sowie eine 4000 mm lange Nasskalibriereinheit mit Vakuumtank auf. Die Trockenkalibrierung wird bei 60°C durchgeführt.
In einer zweiten Verfahrensvariante werden 10% des Celluloseregeneratfaser-Agglomerats im Extruder mit 88% Polypropylen und 2% des gleichen Haftvermittlers vermischt und bei den gleichen Werten extrudiert, wie dies bei der ersten Verfahrensvariante angegeben ist . Die jeweils mit dem Verfahren hergestellte Hohlkammerplatte ist in der Figur dargestellt. Sie weist 13 Kammern mit Wandungsdicken im Bereich von 1,5 bis 3 mm auf. Die Bauteildicke beträgt 37 mm, die Bauteilbreite 425 mm. Die mechanischen Kennwerte der nach den oben beschriebenen Beispielen hergestellten Composites können der folgenden Tabelle entnommen werden, die einen Vergleich zwischen den beiden Verfahrensvarianten zeigt. Aus dieser Tabelle ist insbesondere die hohe Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit der hergestellten Hohlkammerplatte ersichtlich. Selbstverständlich lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren auch andere Leichtbauteile, insbesondere Leichtbauprofile, mit guten mechanischen Kennwerten herstellen.
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Claims

Patentansprüche
1. Verf hren zur Herstellung von Leichtbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, bei dem Fasern mit einem Thermoplast zu dosierfähigen Faser- Agglomeraten verarbeitet werden und die Faser- Agglomerate zur Formung der Leichtbauteile extrudiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern Celluloseregeneratfasern eingesetzt werden, die als Faser-Kurzschnitt bereitgestellt und zu den Faser-Agglomeraten verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Faser-Kurzschnitt zur Bildung der Faser- Agglomerate in einem ersten Schritt in einem Heißmischer bei kontrollierter Aufheizung mit dem Thermoplast vermischt wird, wobei ein durch zunehmende Friktion hervorgerufener, schneller abschließender Temperaturanstieg auf ca. 150 - 180°C ausgenutzt wird, bei dem das Thermoplast in eine Schmelze übergeht und die Fasern umhüllt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung im Heißmischer mit einem Werkzeug erfolgt, mit dem eine Beibehaltung der Faserlängen während der Vermischung erreicht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze mit den Fasern in einem zweiten Schritt in einem Kühlmischer abgekühlt wird, so dass sich der Thermoplast unter Bildung der Faser- Agglomerate verfestigt, wobei der Kühlmischer so betrieben wird, dass sich die Faser-Agglomerate in rieselfähiger Form bilden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit dem Thermoplast in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 zu den Faser- Agglomeraten verarbeitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit dem Thermoplast in einem Verhältnis von 1:3 bis 1:5 zu den Faser- Agglomeraten verarbeitet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplaste Polyolefine, Polyvinyl- chlorid, Polyester, Polystyren oder Recyclingmaterial dieser Stoffe eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplaste Polypropylen oder Polyethylen oder Recyclingmaterial dieser Stoffe eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass hochviskoses Polypropylen als Thermoplast eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Polypropylen-Pulver als Thermoplast eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verarbeitung der Fasern mit dem Thermoplast zu den Faser-Agglomeraten oder bei der anschließenden Extrusion zusätzlich Haftvermittler zugegeben werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftvermittler carboxylierte Polyolefine, insbesondere mit Acrylsäure- oder Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polyolefine, zugegeben werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittler in Konzentrationen von 0,5-5 % Massenanteil, vorzugsweise in Konzentrationen von 1-3 % Massenanteil, zugegeben werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Faser-Kurzschnitt mit einer mittleren Faserlänge von 3-10 mm, vorzugsweise mit einer mittleren Faserlänge im Bereich von 4 bis 5 mm und mit Faserdurchmessern von 15-50 μm (1-30 dtex) , eingesetzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Agglomerate mit einem Doppel- Schneckenextruder in eine homogene Schmelze überführt und mit einem Werkzeug für Stegplatten extrudiert werden, an das sich eine Trockenkalibriereinheit von 0,25-50 cm Länge mit einer Temperierung im Bereich von 20-100°C, vorzugsweise 40-60°C, sowie eine ca. 400 cm lange Nasskalibriereinheit mit Vakuumtank anschließen.
16. Leichtbauprofil, herstellbar nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 15, aus einem Faserverbund- Werkstoff, der Celluloseregeneratfasern enthält.
17. Leichtbauprofil nach Anspruch 16 mit einem Flächengewicht von 1-8 kg/m2 und Steg- und Gurtbreiten von 1-3 mm.
18. Leichtbauprofil nach Anspruch 16 mit einem Flächengewicht von 2-5 kg/m2 und Steg- und Gurtbreiten von 1-1,5 mm.
19. Leichtbauprofil nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Faserverbundwerkstoff 5-30% Celluloseregeneratfasern, 0-5% Haftvermittler und 70-95% Thermoplaste enthält.
20. Leichtbauprofil nach Anspruch 19, bei dem der Faserverbundwerkstoff 70-95% Polypropylen als Thermoplast enthält.
21. Leichtbaupro il nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem die Celluloseregeneratfasern eine mittlere Faserlänge von 3-10 mm, vorzugsweise im Bereich von 4 bis 5 mm und einen Faserdurchmesser von 15-50 μm (1-30 dtex) , aufweisen.
22. Verwendung von Celluloseregeneratfasern in Faserverbundwerkstoffen für die Herstellung von Leichtbauteilen.
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