WO2012107053A1 - Formkörper auf basis von rohrkolben-blattfasern mit hochglatter oberfläche - Google Patents

Formkörper auf basis von rohrkolben-blattfasern mit hochglatter oberfläche Download PDF

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WO2012107053A1
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cattail
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PCT/EP2011/000563
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Robert Schwemmer
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Naporo Klima Dämmstoff Gmbh
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    • Y02A30/244—Structural elements or technologies for improving thermal insulation using natural or recycled building materials, e.g. straw, wool, clay or used tires

Definitions

  • the invention relates to a molded body based on cattail leaf fibers with high surface smoothness and to a process for producing this shaped body.
  • the vegetable raw materials are crushed, wets the bed with an adhesive and pressed again into a compact body.
  • wood-based boards such as chipboard, so-called MDF (Oriented Strand Board) boards (medium-density fiberboard).
  • MDF Oriented Strand Board
  • plates of cork, straw, hemp fibers and from the leaves of cattail are formed in this way.
  • a material property of such formed plates is their swelling behavior when exposed to water. Especially for boards made of wood-based materials, there is a wealth of publications on how the thickness swelling by selection and / or design and / or treatment of the binder can be kept small.
  • the DE 37 33 630 AI and US 3,892,586 AI called.
  • the achievement of a good (ie low) swelling behavior is thus associated with the use of relatively expensive and biologically often rather undesirable binders.
  • US 3,892,586 AI for example, a thermal insulation board is described, which consists of 40 percent by weight of crushed straw with a particle size of 1 mm to 5 mm and 60 percent by weight of binders, mainly bitumen but also slaked lime and resin.
  • Uncultivated cattail leaf mass is very light with about 60 kg / m 3 . This is mainly due to the fact that the plant consists of about 85 percent by volume of a light sponge fabric. This sponge fabric can absorb up to five times its weight in water.
  • the material is first crushed. The density of the shredded material is between 20 and 60 kg / m 3 , among other things also depending on the comminution technology. This material is compacted to form a compact body of typically 50-300 kg / m 3 when the body is to be used for thermal insulation. If the product is to be used for other purposes, it can also be compressed to 700 kg / m 3 and more. When the finished product comes into contact with moisture again, moisture is absorbed and the body swells up.
  • the Granulatmaschine of cattail granules are - like most plant stems and leaves with respect to their swelling behavior anisotropic. By orderly aligning particles for pressing, the swelling behavior in a preferred direction can be kept deliberately small. The manufacturing process is so consuming and expensive.
  • the inventor has set itself the task of providing a molded body based on cattail leaf fibers, wherein the thickness swelling of the correspondingly produced shaped body should be low due to the influence of water.
  • the should Moldings have a high surface smoothness, so that eliminates a costly reworking such as by grinding or polishing.
  • the object can be achieved according to the invention by the above-ground leaf mass of cattail on the one hand is comminuted unusually fine, on the other hand, the dust content is removed from the bed obtained.
  • the weight fractions of individual size classes of fibers are within the following limits:
  • Less than 40% by weight of the fibers have a dimension greater than 10 mm in at least two dimensions.
  • the smallest dimension in at least two dimensions is in the range of 0.2 mm to 5 mm.
  • the solution according to the invention is based on the surprising finding that, when using tubular bulbs as the starting material, the swelling behavior of a shaped body formed therefrom is significantly more dependent on the degree of comminution of the raw material than when using, for example, wood or straw as the starting material.
  • a shaped body according to the invention has an average roughness in the range from 3 to 10 ⁇ m or a roughness depth in the range from 70 to 130 m.
  • the above-ground leaf mass of cattail consists essentially of sponge tissue and leaf tissue.
  • the sponge tissue is essentially isotropic.
  • the leaf tissue which is also referred to as "stem outer skin", holds the sponge fabric as a thin layer in intact cattail leaf and, like wood, has a unique fiber direction.
  • the leaf tissue is therefore strongly anisotropic with respect to many material properties such as thermal conductivity.
  • the highest possible proportion of the cattail leaf fibers used is elongated, contains leaf tissue, and the direction of the longer dimension of the fibers coincides with the fiber direction of the leaf tissue contained in the fibers.
  • the invention thus relates to a shaped body containing fibers of the über- terrestrial leaf mass of cattail (optionally also any other biodegradable fibers may be included, such as scaffold natural fibers and / or thermally activated binding fibers), which is characterized in that
  • the cattail leaf fibers are 40 to 90 percent by weight (the remainder being any other biodegradable fibers, e.g., 0 to 25 percent by weight framework natural fibers and / or 4 to 25 percent by weight thermally activated binder fibers, eg 4 to 20 percent Weight percent, preferably 5 to 15 weight percent or 5 to 10 weight percent, or conventional sprayable or dispersible binders - it will be apparent to those skilled in the art that the percentages add up to 100% such that using fewer bulrush leaf fibers correspondingly fewer other fibers such as scaffold Natural fibers and / or correspondingly less thermally activatable binding fibers are used and vice versa), based on the total weight of the shaped article, and b) the weight fractions of individual size classes of the cattail leaf fibers lie within the following limits:
  • the fibers have a dimension in at least two dimensions which is less than 0.2 mm,
  • the fibers have a dimension greater than 10 mm in at least two dimensions
  • the smallest dimension in at least two dimensions is in the range of 0.2 mm to 5 mm, the shaped body having a highly smooth surface and a density in the range of 300-1200 kg / m 3 .
  • inventive shaped body 50, 60, 70, 75, 80, 83, 85 or 87 weight percent cattail leaf fibers.
  • the shaped body has a density in the range of 350-700 kg / m 3 .
  • the weight fraction of cattail leaf fibers having a dimension in at least two dimensions smaller than 0.2 mm is less than 10 percent.
  • more than 70 weight percent of the cattail leaf fibers are of elongate shape such that the larger dimension is at least 50 percent longer than the next smaller, transverse dimension and the larger dimension is substantially parallel to the fiber direction of cattail leaf tissue.
  • the shaped body contains optional additional framework natural fibers, for example hemp fibers. But it can also be used other natural fibers that can perform a supporting function.
  • the shaped article optionally contains additional thermally activatable binder fibers, for example fibers of polyethylene, polypropylene, polylactic acid (preferably, also biodegradable), starch, plastic recycled material or bi-component fibers with a melting sheath component and a more temperature-resistant core component.
  • the bi-component fibers may be polypropylene-polyethylene-bi-component fibers.
  • Thermooxidierbar means here in the context of the invention, in particular "meltable”.
  • the optional thermoactivatable binder fibers have a melting point in the range of 110 to 200 ° C.
  • binder fibers in combination with the cattail leaf fibers and possibly also the framework natural fibers (for example hemp fibers) produce a three-dimensionally fixed structure. These fibers are also referred to in the art as support fibers.
  • the inventive method the proportion of binder fibers and thus the cost can be reduced.
  • the molded articles according to the invention can be used for thermal insulation (against heat or cold), sound insulation or impact sound insulation or as semi-finished products for construction, furniture and industrial products (also in the electronics industry) become.
  • thermal insulation againstst heat or cold
  • sound insulation or impact sound insulation as semi-finished products for construction, furniture and industrial products (also in the electronics industry) become.
  • interior trim for example, they can be used for the production of interior trim.
  • ground cover are used as a ground cover.
  • Cattail leaves are cut transversely to their longitudinal direction into pieces of less than 8 cm in length
  • the Weight fractions of individual size classes of cattail leaf fibers lie within the following limits:
  • the fibers have a dimension in at least two dimensions which is less than 0.2 mm,
  • the fibers less than 40% by weight of the fibers have a dimension greater than 10 mm in at least two dimensions
  • the smallest dimension in at least two dimensions is in the range of 0.2 mm to 5 mm
  • the cattail leaf fibers obtained after steps a) to b) (if applicable, framework natural fibers and / or or thermoactivatable binder fibers or binders, the cattail leaf fibers are blended therewith such that the cattail leaf fibers are 40 to 90 percent by weight, the framework natural fibers 0 to 25 percent by weight, and / or the thermally activatable binder fibers 4 to 25 percent by weight Total weight of the fiber material, make up), are laid to a nonwoven, and
  • step d) the nonwoven fabric obtained after step c) is pressed for 2 to 60 minutes at 130 to 200 ° C at a pressure of 5 to 400 bar to give a shaped article.
  • the nonwoven is pressed for 2 to 60 min at 130 to 200 ° C at a pressure of 10 - 100 bar to form a shaped body.
  • the crushing of the cut cattail leaves takes place in a hammer mill, the lateral surface of which comprises the drum has longitudinal slots 3 to 5 mm wide and 1 to 9 centimeters in length, the longitudinal direction of the slots being in the circumferential direction of the hammer mill. But it can also be used other crushing devices.
  • hemp fibers are used as optional framework natural fibers.
  • Hemp fibers are used, for example, when the fleece is placed aerodynamically on a screening drum.
  • scaffold natural fibers can be completely distorted.
  • the nonwoven laying takes place by the air-lay method (preferred) or on a carding machine. Both methods are well known to the person skilled in the art, so that no further explanation is required.
  • the industry also offers various other methods, such.
  • the basis weight of the obtained fiber mat is 0.5 to 50 kg / m 2 , preferably 1 to 20 kg / m 2 .
  • thermobonding method according to a further embodiment of the method according to the invention is carried out before pressing a nonwoven consolidation by needling or by the thermobonding method (preferred). Both methods are well known to the person skilled in the art, so that no further explanation is required.
  • the needling can be done on one side and two sides.
  • the stroke frequency can be, for example, 60 to 3,000 strokes / min, preferably 150 to 1,500 strokes / min.
  • the nonwoven When thermobonding the nonwoven fabric (or activating the optional binder fibers), the nonwoven is heated to the melting temperature of the optional binder fibers or, in the case of optional bi-component fibers, to the melt temperature of the sheath component of the bi-component fibers and the desired plate thickness or density.
  • the plate density or thickness is adjusted with an overflowing band, which compresses the nonwoven fabric to a thickness of about 3 mm to 350 mm, thereby giving it a uniform surface.
  • the heating of the web takes place with a supply air temperature of 110 to 200 ° C, preferably from 140 to 170 ° C.
  • Thermobondierofen is also suitable for removing the residual moisture in the nonwoven fabric.
  • a leaf bundle of dry cattails is cut transversely to the fiber direction of the leaf tissue to just under 1 cm long pieces and then further comminuted in a hammer mill.
  • the hammer mill has a revolving in a drum anchor, which is provided at the periphery with projections - which are referred to as hammers.
  • the lateral surface of the drum is provided with longitudinal slots of 4 times 80 mm in cross-sectional area, with the larger dimension in the circumferential direction.
  • the fibers thus obtained can already fulfill the conditions mentioned above for the fiber size distribution. It is recommended to remove the dust content (fibers with a size of less than 0.2 mm in at least two dimensions), for example to blow it out or expel it.
  • the fibers may be necessary to dry the fibers until the remaining bed has a density of 20 - having 30 kg / m 3.
  • Messerwellenenzerspaners can also be machined by means of a so-called Messerwellenenzerspaners.
  • an inner armature and an outer, provided with knives drum rotate coaxially in the opposite direction of rotation.
  • the cattail leaf material to be cut is removed by blades of the outer drum in the gap between the two rotating bodies.
  • the clippings fall through gaps in the outer drum to the outside.
  • Good results are achieved with a knife shaft chipper, in which the knives protrude inwards a millimeter from the circumference of the outer drum surface and the gap width for the passage of the cut material is 2.4 mm. Again, it is advisable to remove the dust from the resulting clippings.
  • the molded body thus formed has a thickness swelling of seven to fifteen percent when placed in water for twenty-four hours. This swelling is so low that the molding may be used, for example, according to the common building standards as a plate-shaped material.
  • the molding according to the invention can be used well in plate form for thermal insulation or thermal insulation.
  • the thermal conductivity of the individual fibers is greater than normal in the fiber direction. If one wishes to use the shaped body according to the invention in plate form for thermal insulation, it is therefore appropriate to ensure that the individual fibers are oriented so that their fiber direction is as possible transverse to the direction in which the heat flow is to be prevented.
  • the example of thermal insulation boards should be the orientation or orientation of the individual Fibers also lie as possible in the plane of the plate.
  • the shaped body according to the invention in plate form is also suitable for sound insulation and impact sound insulation. Also building boards or housings for electronic devices can be molded. Further application possibilities can be found in furniture construction and in the automotive industry.
  • a first measure with which an alignment or orientation can be achieved is to perform as many fibers in their fiber direction as possible longer than in the two normal directions and the fibers already at the fleece laying so that their longitudinal direction as possible transverse to that direction lies, in which later good thermal insulation effect is to be achieved.
  • the direction in which good thermal insulation is achieved is the vertical.
  • the fibers can be made in a simple manner, that they are longer in the direction of their fibers predominantly than in the other two dimensions, by first cutting the cattail leaves in a defined length transversely to the fiber direction and then disintegrating them randomly in a mill, for example a hammer mill.
  • the fibers preferably break along their longitudinal direction.
  • Fibrous Binder Resin content Mean surface roughness R t Bending E transverse tensile strength / flexural strength R, modulus / flexural strength

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper auf Basis von Rohrkolben-Blattfasern mit großer Oberflächenglattheit für Dämmzwecke sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Formkörpers.

Description

Formkörper auf Basis von Rohrkolben-Blattfasern mit hochglatter Oberfläche
Die Erfindung betrifft einen Formkörper auf Basis von Rohrkolben- Blattfasern mit großer Oberflächenglattheit sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Formkörpers.
Vor allem für die Herstellung von Platten aus pflanzlichen Rohstoffen werden die pflanzlichen Rohstoffe zerkleinert, die Schüttung mit einem Klebstoff benetzt und wieder zu einem kompakten Körper verpresst. Am weitesten verbreitet sind Platten auf Holzbasis wie Spanplatten, sogenannte MDF- Platten (mitteldichte Faserplatten), sogenannte OSB-Platten ("oriented Strand board"). Beispielsweise werden aber auch Platten aus Kork, Stroh, Hanffasern und aus den Blättern von Rohrkolben (lateinischer Name "Typha") auf diese Weise gebildet.
Eine Materialeigenschaft derart gebildeter Platten ist ihr Quellverhalten wenn sie Wasser ausgesetzt sind. Vor allem für Platten aus Holzwerkstoffen gibt es eine Fülle von Veröffentlichungen dazu, wie die Dickenquellung durch Auswahl und/oder Bemessung und/oder Behandlung des Bindemittels klein gehalten werden kann.
Als Beispiel dazu seien die DE 37 33 630 AI und die US 3 892 586 AI genannt. Das Erreichen eines guten (also niedrigen) Quellverhaltens ist damit mit der Anwendung von relativ teuren und baubiologisch oftmals eher unerwünschten Bindemitteln verbunden. In der US 3 892 586 AI wird beispielsweise eine Wärmedämmplatte beschrieben, welche zu 40 Gewichtsprozent aus zerkleinertem Stroh mit einer Partikelgröße von 1 mm bis 5 mm besteht und zu 60 Gewichtsprozent aus Bindemitteln, vorwiegend Bitumen aber auch gelöschtem Kalk und Harz.
Damit Platten bezüglich Quellverhalten für die Verwendung als Teile von Bauwerken als gebrauchstauglich gelten können, dürfen sie unter Nässeein- fluss nicht mehr quellen als OSB-Platten. Bei einem üblichen, standardisierten Test (24 Stunden in Wasser liegend) liegt deren Dickenquellung bei maximal 20%. Bei Platten auf Basis von zerkleinertem, mit Klebstoff benetztem und verpresstem Rohrkolben konnte bisher mit wirtschaftlich und bauphy- siologisch sinnvollen Mitteln keine derartig geringe Dickenquellung realisiert werden.
Unzerkleinerte Rohrkolben-Blattmasse ist mit ca. 60 kg/m3 sehr leicht. Dies beruht vor allem auf der Tatsache, dass die Pflanze zu ca. 85 Volumenprozent aus einem leichten Schwammgewebe besteht . Dieses Schwammgewebe kann bis zum fünffachen seines Gewichts an Wasser aufnehmen. Bei der Herstellung von Plattenwerkstoffen wird das Material zunächst zerkleinert. Die Dichte des zerkleinerten Materials beträgt - unter anderem auch in Abhängigkeit von der Zerkleinerungstechnologie - zwischen 20 und 60 kg/m3. Dieses Material wird zur Bildung eines kompakten Körpers von typischerweise 50 - 300 kg/m3 verdichtet, wenn der Körper zur Wärmedämmung eingesetzt werden soll. Wenn das Produkt für andere Zwecke verwendet werden soll kann es auch auf 700 kg/m3 und mehr verdichtet werden. Kommt das fertige Produkt nun wieder mit Feuchtigkeit in Berührung, so wird wieder Feuchtigkeit aufgenommen und der Körper quillt auf.
In der DE 197 57 418 AI wird eine Dämmplatte aus verpresstem Rohrkolbengranulat vorgeschlagen, wobei die einzelnen Granulatteile vor dem Verpressen überwiegend größer als 1 cm sind. Das Granulat wird mit 35 Gewichtsprozent Latexkleber vermischt und zu Platten verpresst. Die so hergestellten Platten haben zwar eine für Bauzwecke nutzbar hohe Wärmeisolierfähigkeit, sie sind aber trotz des hohen Klebstoffanteils auf Grund der hohen Quellung bei Nässeeinfluss oft nicht einsetzbar.
Die Granulatteile von Rohrkolbengranulat sind - wie die meisten Pflanzenhalme und Blätter bezüglich ihres Quellverhaltens anisotrop. Durch geordnetes Ausrichten von Teilchen zum Verpressen, kann das Quellverhalten in einer Vorzugsrichtung gezielt klein gehalten werden. Der Herstellungsvorgang wird damit aber aufwendig und teuer.
Außerdem haben gängige Formkörper aus Naturfasern und Bindemitteln generell rauhe Oberflächen. Um hohe Designanforderungen zu erfüllen, müssen diese daher mit aufwendigen Verfahren nachbearbeitet werden.
Von diesem Stand der Technik ausgehend hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, einen Formkörper auf Basis von Rohrkolben-Blattfasern bereitzustellen, wobei die Dickenquellung des dementsprechend hergestellten Formkörpers durch Wassereinfluss gering sein soll. Gegenüber bekannten Herstellungsverfahren für diesen Zweck sollen in dem Formkörper nur geringe Mengen an Klebstoffen, Leimen oder Bindemitteln enthalten sein. Außerdem soll der Formkörper eine hohe Oberflächenglattheit aufweisen, so das eine aufwendige Nachbearbeitung etwa durch Schleifen oder Polieren entfällt.
Überraschenderweise lässt sich die Aufgabe erfindungsgemäß lösen, indem die oberirdische Blattmasse von Rohrkolben einerseits ungewöhnlich fein zerkleinert wird, andererseits der Staubanteil aus der gewonnen Schüttung entfernt wird. Konkret liegen die Gewichtsanteile einzelner Größenklassen von Fasern innerhalb folgender Grenzen:
- Weniger als 15 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche kleiner ist als 0,2 mm.
- Weniger als 40 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche größer ist als 10 mm.
- Bei mehr als 30 Gewichtsprozent der Fasern liegt die kleinste Abmessung in mindestens zwei Dimensionen im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass bei Verwendung von Rohrkolben als Ausgangsmaterial das Quellverhalten eines daraus gebildeten Formkörpers deutlich stärker vom Zerkleinerungsgrad des Rohmaterials abhängig ist als bei Verwendung von beispielsweise Holz oder Stroh als Ausgangsmaterial.
Die erfindungsgemäßen Formkörper können aufgrund ihrer sehr glatten Oberfläche einfacher beschichtet und nachbehandelt werden. Beispielsweise hat ein erfindungsgemäßer Formkörper eine mittlere Rauhigkeit im Bereich von 3 bis 10 μπι bzw. eine Rautiefe im Bereich von 70 bis 130 m.
Die oberirdische Blattmasse von Rohrkolben besteht im wesentlichem aus Schwammgewebe und Blattgewebe. Das Schwammgewebe ist im Wesentlichen isotrop. Das Blattgewebe, welches auch als " Stängelaußenhaut " bezeichnet wird, fasst bei unversehrtem Rohrkolbenblatt als dünne Schicht das Schwammgewebe ein und weist wie Holz eine eindeutige Faserrichtung auf. Das Blattgewebe ist daher bezüglich vieler Materialeigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit stark anisotrop.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein möglichst hoher Anteil der verwendeten Rohrkolben-Blattfasern länglich, enthält Blattgewebe, und die Richtung der längeren Abmessung der Fasern fällt mit der Faserrichtung des in den Fasern enthaltenen Blattgewebes zusammen.
Die Erfindung betrifft somit einen Formkörper, enthaltend Fasern der über- irdischen Blattmasse von Rohrkolben (optional können außerdem beliebige andere biologisch abbaubare Fasern enthalten sein, beispielsweise Gerüst- Naturfasern und/oder thermoaktivierbare Bindefasern) , der dadurch gekennzeichnet ist, dass
a) die Rohrkolben-Blattfasern 40 bis 90 Gewichtsprozent (den Rest bilden beliebige andere biologisch abbaubare Fasern, z. B. Gerüst-Naturfasern mit 0 bis 25 Gewichtsprozent und/oder thermoaktivierbare Bindefasern mit 4 bis 25 Gewichtsprozent, z. B. 4 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 15 Gewichtsprozent oder 5 bis 10 Gewichtsprozent, oder übliche sprühbare oder streubare Bindemittel - dem Fachmann ist klar, das sich die Prozentangaben auf 100% addieren, so dass bei Verwendung von mehr Rohrkolben-Blattfasern entsprechend weniger andere Fasern wie Gerüst-Naturfasern und/oder entsprechend weniger thermoaktivierbare Bindefasern verwendet werden und umgekehrt) , bezogen auf das Gesamtgewicht des Formkörpers, ausmachen, und b) die Gewichtsanteile einzelner Größenklassen der Rohrkolben-Blattfasern innerhalb folgender Grenzen liegen:
weniger als 15 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche kleiner ist als 0,2 mm,
weniger als 40 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche größer ist als 10 mm, und
bei mehr als 30 Gewichtsprozent der Fasern liegt die kleinste Abmessung in mindestens zwei Dimensionen im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, wobei der Formkörper eine hochglatte Oberfläche und eine Dichte im Bereich von 300 - 1200 kg/m3 aufweist.
Vorteilhafterweise enthält der erfindungsgemäße Formkörper 50, 60, 70, 75, 80, 83, 85 oder 87 Gewichtsprozent Rohrkolben-Blattfasern.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Formkörper eine Dichte im Bereich von 350 - 700 kg/m3 auf.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Gewichtsanteil von Rohrkolben-Blattfasern, welche in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung aufweisen, welche kleiner ist als 0,2 mm, geringer als 10 Prozent.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehr als 70 Gewichtsprozent der Rohrkolben-Blattfasern derart von länglicher Gestalt, dass die größere Abmessung mindestens um 50 Prozent länger ist als die nächst kleinere, dazu quer liegende Abmessung, und die größere Abmessung verläuft im Wesentlichen parallel zur Faserrichtung des Rohrkolben- Blattgewebes . Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Formkörper optionale zusätzliche Gerüst-Naturfasern, beispielsweise Hanffasern. Es können aber auch andere Naturfasern verwendet werden, die eine stützende Funktion ausüben können.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Formkörper optional zusätzliche thermoaktivierbare Bindefasern, beispielsweise Fasern aus Polyethylen, Polypropylen, PolymiIchsäure (bevorzugt, außerdem biologisch abbaubar) , Stärke, Kunststoff -Rezyklat oder Bi-Component -Fasern mit einer schmelzenden Mantelkomponente und einer temperaturbeständigeren Kernkomponente. Beispielsweise kann es sich bei den Bi-Component-Fasern um Polypropylen-Polyethylen-Bi-Component-Fasern handeln. "Thermoaktivierbar" bedeutet hier im Sinne der Erfindung insbesondere auch "schmelzbar". Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung haben die optionalen thermoak- tivierbaren Bindefasern einen Schmelzpunkt im Bereich von 110 bis 200 °C.
Die optionalen "Bindefasern" ergeben im Gemisch mit den Rohrkolben- Blattfasern und ggf. auch den Gerüst -Naturfasern (beispielsweise Hanffasern) eine dreidimensional fixierte Struktur. Diese Fasern werden in der Fachwelt auch als Stützfasern bezeichnet. Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann der Anteil von Bindefasern und damit die Kosten reduziert werden.
Die erfindungsgemäßen Formkörper können aufgrund ihrer hervorragenden Materialeigenschaften wie beispielsweise geringes Aufquellen durch Wasserein- fluss und sehr gute Wärmedämmung zur Wärmedämmung (gegen Hitze oder Kälte) , Schalldämmung oder Trittschalldämmung oder als Halbzeug für Bau-, Möbel- und Industrieprodukte (auch in der Elektronikindustrie) verwendet werden. In der Automobilindustrie können sie beispielsweise zur Herstellung von Innenverkleidungen verwendet werden. Des weiteren finden sie Anwendung als als Bodenabdeckung.
Das erfindungsgemäß angewendete Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formkörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass
a) Rohrkolbenblätter erst quer zu ihrer Längsrichtung in Stücke von weniger als 8 cm Länge geschnitten werden,
b) dann beispielsweise in einer Mühle oder in einem Zerspaner (die eingesetzte Zerkleinerungsvorrichtung ist unerheblich) weiter zerkleinert werden und optional die dabei entstehenden Rohrkolben-Blattfasern beispielsweise durch Sieben oder Ausblasen von Staubanteil befreit werden, wobei die Gewichtsanteile einzelner Größenklassen der Rohrkolben-Blattfasern innerhalb folgender Grenzen liegen:
weniger als 15 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche kleiner ist als 0,2 mm,
weniger als 40 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche größer ist als 10 mm,
bei mehr als 30 Gewichtsprozent der Fasern legt die kleinste Abmessung in mindestens zwei Dimensionen im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, c) die nach den Schritten a) bis b) erhaltenen Rohrkolben-Blattfasern (sofern optional außerdem Gerüst-Naturfasern und/oder thermoaktivierbare Bindefasern oder Bindemittel vorhanden sind, werden die Rohrkolben- Blattfasern so mit diesen vermischt, dass die Rohrkolben-Blattfasern 40 bis 90 Gewichtsprozent, die Gerüst-Naturfasern 0 bis 25 Gewichtsprozent und/oder die thermoaktivierbaren Bindefasern 4 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fasermaterials, ausmachen) , zu einem Vlies gelegt werden, und
d) das nach Schritt c) erhaltene Vlies 2 bis 60 min bei 130 bis 200 °C mit einem Druck von 5 - 400 bar zu einem Formkörper verpresst wird.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Vlies 2 bis 60 min bei 130 bis 200 °C mit einem Druck von 10 - 100 bar zu einem Formkörper verpresst .
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Zerkleinern der geschnittenen Rohrkolbenblätter in einer Hammermühle, deren die Trommel umfassende Mantelfläche Längsschlitze mit 3 bis 5 mm Breite und mit 1 - 9 Zentimeter Länge aufweist, wobei die Längsrichtung der Schlitze in Umfangsrichtung der Hammermühle liegt. Es können aber auch andere Zerkleinerungsvorrichtungen eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als optionale Gerüst -Naturfasern Hanffasern verwendet. Hanffasern werden beispielsweise verwendet, wenn das Vlies aerodynamisch auf eine Siebtrommel gelegt wird. Es gibt aber auch Verfahren, bei denen auf die Verwendung von Gerüst -Naturfasern völlig verzieht werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vlieslegung nach dem Air-Lay-Verfahren (bevorzugt) oder auf einer Krempel. Beide Verfahren sind dem Fachmann gut bekannt, so dass es keiner weiteren Erläuterung bedarf. Für die Vlieslegung bietet die Industrie aber auch verschiedene andere Verfahren an, z. B. direkte Vliesbildung oder ein- faches Aufstreuen, welche für die vorliegende Aufgabenstellung ebenfalls geeignet sind. Das Flächengewicht der erhaltenen Fasermatte beträgt 0,5 bis 50 kg/m2, vorzugsweise 1 bis 20 kg/m2.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor dem Verpressen eine Vliesverfestigung durch Vernadelung oder nach dem Thermobonding-Verfahren (bevorzugt) . Beide Verfahren sind dem Fachmann gut bekannt, so dass es keiner weiteren Erläuterung bedarf.
Die Vernadelung kann einseitig und zweiseitig erfolgen. Vernadelt werden kann beispielsweise mit 2 bis 400 Einstiche/cm2 , vorzugsweise 4 bis 50 Einstiche/cm2. Die Hubfrequenz kann beispielsweise 60 bis 3.000 Hübe/min betragen, vorzugsweise 150 bis 1.500 Hübe/min.
Beim Thermobondieren des Vlieses (oder Aktivieren der optionalen Bindefasern) erfolgt die Erhitzung des Vlieses auf die Schmelztemperatur der optionalen Bindefasern bzw. im Fall von optionalen Bi-Component-Fasern auf die Schmelztemperatur der Mantelkomponente der Bi-Component-Fasern und die Einstellung der gewünschten Plattendicke bzw. -dichte. Die Plattendichte bzw. -dicke wird mit einem überlaufenden Band eingestellt, welches das Faservlies auf eine Dicke von ca. 3 mm bis 350 mm verdichtet und ihm dabei eine gleichmässige Oberfläche verleiht. Die Erhitzung des Vlieses erfolgt mit einer Zuluft-Temperatur von 110 bis 200 °C, vorzugsweise von 140 bis 170 °C. Der Thermobondierofen ist auch zur Entfernung der Restfeuchte im Faservlies geeignet.
Beispiel :
Ein Blattbündel aus trockenen Rohrkolben wird quer zur Faserrichtung des Blattgewebes auf knapp 1 cm lange Stücke geschnitten und dann in einer Hammermühle weiter zerkleinert . Die Hammermühle weist einen in einer Trommel umlaufenden Anker auf, welcher am Umfang mit Vorsprüngen - die als Hämmer bezeichnet werden - versehen ist. Die Mantelfläche der Trommel ist mit Längsschlitzen von 4 mal 80 mm Querschnittsfläche versehen, wobei die größere Abmessung in Umfangsrichtung liegt. Zum Zerkleinern der Rohrkolbenstücke werden diese in die Kammer eingegeben. In der Kammer werden sie durch die Hämmer zerschlagen und die entstehenden Fasern fallen aus den besagten Längsschlitzen heraus. Auf Grund des Brechverhaltens von Rohrkolbenstücken sind die meisten entstehenden Fasern länglich, wobei die Längsrichtung parallel zur Faserrichtung des in den Fasern enthaltenen Blattgewebes ist. Durch dieses Brechverfahren wird erreicht, dass ein hoher Anteil des Schwammgewebes der gebildeten Schüttung in den Fasern vorkommt, in denen es so wie in seiner originalen Lage an der Stängelaußenhaut parallel anhaftet.
Die so gewonnenen Fasern können unter Umständen schon die oben genannten Bedingungen an die Fasergrößenverteilung erfüllen. Es ist zu empfehlen, den Staubanteil (Fasern mit einer Größe von weniger als 0,2 mm in mindestens zwei Dimensionen) zu entfernen, beispielsweise auszublasen oder auszusieben.
Je nach Art des Rohmaterials kann es erforderlich sein, die Fasern zu trocken bis die verbleibende Schüttung eine Dichte von 20 - 30 kg/m3 aufweist.
Natürlich können auch andere Möglichkeiten der Zerkleinerung gewählt werden.
Beispielsweise kann auch mittels eines sogenannten Messerwellenzerspaners zerspant werden. Dabei rotieren ein innen liegender Anker und eine außen liegende, mit Messern versehene Trommel koaxial in entgegengesetzter Drehrichtung. Das zu zerspanende Rohrkolben-Blattmaterial wird durch im Spalt zwischen den beiden rotierenden Körpern von Messern der außen liegenden Trommel abgetragen. Das Schnittgut fällt durch Spalten in der außen liegenden Trommel nach außen. Gute Ergebnisse werden mit einem Messerwellen- zerspaner erzielt, bei welchem die Messer einen Millimeter vom Umfang der außen liegenden Trommelfläche nach innen vorstehen und wobei die Spaltbreite für den Durchlass des Schnittgutes 2,4 mm beträgt. Auch hier empfiehlt es sich, vom entstehenden Schnittgut den Staubanteil zu entfernen.
Der so gebildete Formkörper weist eine Dickenquellung von sieben bis fünfzehn Prozent auf, wenn es vierundzwanzig Stunden in Wasser gelegt wird. Diese Quellung ist so gering, dass das Formkörper beispielsweise entsprechend den gängigen Baunormen als plattenförmiger Werkstoff verwendet werden darf.
Der erfindungsgemäße Formkörper kann in Plattenform gut zur Wärmeisolierung bzw. Wärmedämmung verwendet werden. Die Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Fasern ist in Faserrichtung größer als normal dazu. Wenn man den erfindungsgemäßen Formkörper in Plattenform zur Wärmeisolierung verwenden möchte, ist es daher sinnvoll, dafür zu sorgen, dass die einzelnen Fasern so ausgerichtet sind, dass ihre Faserrichtung möglichst quer zu jener Richtung liegt in welcher der Wärmefluss unterbunden werden soll. Am Beispiel von Wärmedämmplatten sollte die Ausrichtung oder Orientierung der einzelnen Fasern also möglichst in der Plattenebene liegen. Außerdem eignet sich der erfindungsgemäße Formkörper in Plattenform auch zur Schalldämmung und Trittschalldämmung. Auch Bauplatten oder Gehäuse für elektronische Geräte können geformt werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten finden sich im Möbelbau und in der Automobilindustrie.
Eine erste Maßnahme mit der eine Ausrichtung oder Orientierung erreicht werden kann ist die, möglichst viele Fasern in ihrer Faserrichtung deutlich länger auszuführen als in den beiden normal dazu liegenden Richtungen und die Fasern schon bei der Vlieslegung so anzuordnen, dass ihre Längsrichtung möglichst quer zu jener Richtung liegt, in welcher später gute Wärmedämmwirkung erzielt werden soll. Die Richtung, in der dann gute Wärmedämmwirkung erzielt wird, ist dabei die Vertikale. Die Fasern können in einfacher Weise so hergestellt werden, dass sie überwiegend in ihrer Faserrichtung länger sind als in den beiden anderen Dimensionen, indem die Rohrkolbenblätter zuerst quer zur Faserrichtung in definierter Länge abgeschnitten werden und dann in einer Mühle, beispielsweise Hammermühle ungeordnet zerkleinert werden. Die Fasern brechen bevorzugt entlang ihrer Längsrichtung .
Die überragend glatten Oberflächen und mechanischen Eigenschaften (E-Modul, Querzugfestigkeit) der erfindungsgemäßen Formkörper im Vergleich zu Formkörpern aus anderen Naturfaserverbundwerkstoffen sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
Tabelle 1: Eigenschaftsvergleich von Verpressungen (Dichte = 1 g/cm3) verschiedener Naturfaserverbundwerkstoffe mit leimfreien Rohrkolbenfasern
Fasergemisch Binder Harzgehalt Mittlere au- Rautiefe Rt Biege-E- Querzugfestigkeit/Flexural higkeit R, Modul/Flexural strength
MOE
[%] [im] [pm] [MPa] [MPa]
Kenaf PF 15 25,27 ± 2,18 289,04 ± 35,73 932,5 ± 1190 22,5 ± 14,0
(100%) PF 30 24,00 ±4,88 300,23 ± 74,51 4343 ± 1064,5 53,8 ±12,1
Flax(Flachs) PF 15 12,89 ± 1,18 136,45 ±11,07 574 ± 230 17,4 ±3,2
(100%) PF 30 13,37 ±0,36 159,49 ± 12,00 4839 ± 886,5 47,5 ± 13,5
Hemp(Hanf) PF 15 20,90 ±2,19 259,77 ± 50,24 2276,5 ± 230 37,9 ± 9,0
(100%) PF 30 20,72 ± 1,63 260,20 ±39,80 6186,5 ± 500 73,3 ±4,5
Coco(Kokos) PF 15 32,57 ±2,87 351 ,82 ±41,85 n.d. n.d.
(100%) PF 30 34,2 ±1,94 444,64 ±11,98 2049,5 ± 696,5 44,4 ±9,1
Kenaf/Flax PF 15 22,08 ± 2,02 294,70 ±39,15 1488,5 ±792,5 29,3 ± 5,3
(50/50) PF 30 22,85 ±2,30 256,44 ±45,71 5877,5 ± 884,5 50,3 ±13,1
Hemp/Flax PF 15 15,93 ± 0,98 175,98 ± 8,37 1420 ±518,5 20,4 ±7,4
(50/50) PF 30 12,83 ± 1,81 174,99±14,25 5524 ± 601 67,1 ± 7,3
Wood(Holz)/ PF 15 17,86 ±2,27 237,80 ± 54,57 n.d. n.d.
Flax
PF 30 17,14 ±1,61 219,25 ±24,95 1202 ±149 15,1 ±0,9
(75 / 25)
Rohrkolben - 0 4,96 ±0,51 100,98 ±10,00 3100 ±92 21 ± 2
Für die Rauigkeitsmessungen kamen folgende Normen zur Anwendung:
1) DIN EN ISO 3274: Nenneigenschaften von Tastschnittgeräten
2) DIN EN ISO 4287: Benennungen, Definitionen und Kenngrößen der Oberflächenbeschaffenheit
3) DIN EN ISO 4288: Regeln und Verfahren für die Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit

Claims

Patentansprüche
1. Formkörper, enthaltend Fasern der überirdischen Blattmasse von Rohrkolben, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Rohrkolben-Blattfasern 40 bis 90 Gewichtsprozent des Gesamtgewicht des Formkörpers ausmachen, und
b) die Gewichtsanteile einzelner Größenklassen der Rohrkolben-Blatt- fasern innerhalb folgender Grenzen liegen:
weniger als 15 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche kleiner ist als 0,2 mm,
weniger als 40 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche größer ist als 10 mm, und
bei mehr als 30 Gewichtsprozent der Fasern liegt die kleinste Abmessung in mindestens zwei Dimensionen im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, wobei der Formkörper eine hochglatte Oberfläche und eine Dichte im Bereich von 300 - 1200 kg/m3 aufweist.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper eine Dichte im Bereich von 350 - 700 kg/m3 aufweist.
3. Formkörper nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Rohrkolben-Blattfasern, welche in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung aufweisen, welche kleiner ist als 0,2 mm, geringer ist als 10 Prozent.
4. Formkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 70 Gewichtsprozent der Rohrkolben-Blattfasern derart von länglicher Gestalt sind, dass die größere Abmessung mindestens um 50 Prozent länger ist als die nächst kleinere, dazu quer liegende Abmessung und dass die größere Abmessung im Wesentlichen parallel zur Faserrichtung des Rohrkolben-Blattgewebes verläuft.
5. Formkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben 40 bis 90 Gewichtsprozent Rohrkolben-Blattfasern, außerdem 0 bis 25 Gewichtsprozent Gerüst-Naturfasern und/oder 4 bis 25 Gewichtsprozent thermoaktivierbare Bindefasern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Formkörpers, enthalten sind.
6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die Gerüst- Naturfasern Hanffasern sind.
7. Formkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, das die thermoakti ierbaren Bindefasern unter Fasern aus Polyethylen, Polypropylen, PolymiIchsäure, Stärke, Kunststoff-Rezyklat oder Bi-Component-Fasern mit einer schmelzenden Mantelkomponente und einer temperaturbeständigeren Kernkomponente ausgewählt sind.
8. Formkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Bi-Component-Fasern um Polypropylen-Polyethylen-Bi-Component-Fasern handelt .
9. Formkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoaktivierbaren Bindefasern einen Schmelzpunkt im Bereich von 110 bis 200 °C haben.
10. Verwendung eines Formkörpers nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Wärmedämmung, Schalldämmung oder Trittschalldämmung oder als Halbzeug für Bau-, Möbel- und Industrieprodukte.
11. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a) Rohrkolbenblätter erst quer zu ihrer Längsrichtung in Stücke von weniger als 8 cm Länge geschnitten werden,
b) dann weiter zerkleinert werden, wobei die Gewichtsanteile einzelner Größenklassen der Rohrkolben-Blattfasern innerhalb folgender Grenzen liegen:
weniger als 15 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche kleiner ist als 0,2 mm,
weniger als 40 Gewichtsprozente der Fasern weisen in mindestens zwei Dimensionen eine Abmessung auf, welche größer ist als 10 mm,
bei mehr als 30 Gewichtsprozent der Fasern legt die kleinste Abmessung in mindestens zwei Dimensionen im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, c) die nach den Schritten a) bis b) erhaltenen Rohrkolben-Blattfasern zu einem Vlies gelegt werden, und
d) das nach Schritt c) erhaltene Vlies 2 bis 60 min bei 130 bis 200 °C mit einem Druck von 5 - 400 bar zu einem Formkörper verpresst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies 2 bis 60 min bei 130 bis 200 °C mit einem Druck von 10 - 100 bar zu einem Formkörper verpresst wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerkleinern der geschnittenen Rohrkolbenblätter in einer Hammermühle erfolgt, deren die Trommel umfassende Mantelfläche Längsschlitze mit 3 bis 5 mm Breite und mit 1 - 9 Zentimeter Länge aufweist, wobei die Längsrichtung der Schlitze in Umfangsrichtung der Hammermühle liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vlieslegung ein Gemisch aus 40 bis 90 Gewichtsprozent Rohrkolben- Blattfasern mit 0 bis 25 Gewichtsprozent Gerüst-Naturfasern und/oder 4 bis 25 Gewichtsprozent thermoaktivierbaren Bindefasern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fasermaterials, verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das die Gerüst- Naturfasern Hanffasern sind.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, das die thermoaktivierbaren Bindefasern unter Fasern aus Polyethylen, Polypropylen, PolymiIchsäure, Stärke, Kunststoff-Rezyklat oder Bi-Component-Fasern mit einer schmelzenden Mantelkomponente und einer temperaturbeständigeren Kernkomponente ausgewählt sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Bi-Component-Fasern um Polypropylen-Polyethylen-Bi-Component-Fasern handelt .
18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoaktivierbaren Bindefasern einen Schmelzpunkt im Bereich von 110 bis 200 °C haben.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vlieslegung nach dem Air-Lay-Verfahren oder auf einer Krempel erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verpressen durch Vernadelung oder nach dem Thermobonding- Verfahren eine Vliesverfestigung erfolgt .
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