WO2019016075A1 - Natural fiber-reinforced plastic, structural part consisting of a natural fiber-reinforced plastic, granulate made of a natural fiber-reinforced plastic, method for producing a natural fiber-reinforced plastic - Google Patents

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Definitions

  • Synthetic fiber reinforced with natural fibers component made of a natural fiber reinforced plastic, granules of a natural fiber reinforced plastic, process for
  • the invention relates to a reinforced with natural fibers plastic of the type specified in the preamble of claim 1, a component made of a natural fiber reinforced plastic, granules of a natural fiber reinforced plastic and a method for producing a natural fiber reinforced plastic.
  • Fiber-reinforced plastics are used in the field of technology in many areas. Compared with other materials, they have high specific stiffnesses, in particular flexural stiffnesses, and strengths with a low specific weight and can absorb high stresses, in particular high yield stresses.
  • Natural fibers have a lower density than glass fibers, which in turn can lead to a significant weight saving of a component.
  • Another advantage is the improved work safety. Glass fibers are much more brittle than natural fibers, which results in fiberglass-reinforced plastics compared to natural fiber reinforced plastics increased susceptibility to splintering.
  • the invention has for its object to provide a natural fiber reinforced plastic of the generic type with a new material composition. Another object of the invention is to provide a component of a natural fiber reinforced plastic with a new material composition. Another object of the invention is to provide granules of a natural fiber reinforced plastic with a new material composition. Another object of the invention is to provide a method of making a natural fiber reinforced plastic having a novel material composition.
  • This object is achieved with respect to the natural fiber reinforced plastic by a natural fiber reinforced plastic with the features of claim 1.
  • the object is achieved by a component made of a natural fiber reinforced plastic having the features of claim 8.
  • the object is achieved by a granules of a natural fiber reinforced plastic with the features of claim 9.
  • the object is achieved by a method for producing a natural fiber-reinforced plastic having the features of claim 10.
  • the natural fiber reinforced plastic according to the invention consists of a thermoplastic and natural fibers.
  • the thermoplastic material serves as Plastic matrix in which the natural fibers are embedded. Even before the natural fibers are added to the thermoplastic, the natural fibers are dried. Nevertheless, the natural fibers may contain residual moisture, for example water. The mass fraction of the residual moisture of natural fibers is advantageously less than 0.5%, preferably less than 0.16%.
  • the natural fiber reinforced plastic contains a water-absorbing additive. The residual moisture remaining in the natural fibers dissolves in the production process of the natural fiber-reinforced plastic from the natural fiber and is bound via the water-absorbing additive in natural fiber reinforced plastic. As a result, a bubble formation in natural fiber reinforced plastic, which results from the evaporation of the residual moisture, avoided.
  • the plastic reinforced with natural fibers has very good physical properties, such as high strength or high elasticity.
  • the aggregate consists of zeolite.
  • Zeolites are crystalline aluminosilicates. Zeolites have a structure of micropores and / or channels. In these structures, liquid, in particular water, can be stored. The zeolites therefore serve as liquid storage, especially as a water reservoir. Therefore, the residual moisture present in the natural fiber reinforced plastic can be absorbed in the structures formed by the zeolites.
  • the zeolites can absorb 4 times their own weight of water.
  • the zeolites are temperature resistant at a temperature of at least 1200 ° C, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C.
  • the additive consists of superabsorbent polymers.
  • the superabsorbent polymers are advantageously formed from crosslinked or partially crosslinked polyacrylates, such as sodium polyacrylate and / or potassium acrylate.
  • the superabsorbent polymers advantageously contain acrylamide.
  • Superabsorbent polymers absorb a multiple, preferably at least 40 times, advantageously at least 100 times, in particular at least 100 times, their own weight of polar liquids. Therefore superabsorbent polymers serve as a liquid storage, especially as a water reservoir.
  • the residual moisture present in the natural fiber reinforced plastic can be absorbed by the superabsorbent polymers.
  • the superabsorbent polymers are very heat resistant.
  • the natural fiber reinforced plastic contains at least two water-absorbing additives, with an aggregate of zeolites and another additive of superabsorbent polymers.
  • the mineral additives are selected from the group of substances consisting of glass, ceramic glass frits, potassium feldspar, nepheline syenite or colemanite.
  • the pores formed by the superabsorbent polymers are stabilizing, thin-walled hollow spheres and / or as
  • the pores are more temperature resistant, and the natural fiber reinforced plastic can at high
  • the residual moisture from the natural fibers in natural fiber reinforced plastic bound.
  • the residual moisture content of natural fibers at a temperature of the natural fiber reinforced plastic of at least 1200 ° C, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C, permanently bonded. This allows the natural fiber reinforced plastic to be produced and processed at high temperatures without damaging the natural fibers.
  • the high processing temperature results in a low viscosity of the natural fiber reinforced plastic. Accordingly, in a coextrusion, the natural fibers in the plastic matrix can be distributed more uniformly, resulting in homogeneous material properties of natural fiber reinforced plastic.
  • the natural fibers are bamboo fibers.
  • the strength, impact strength and the like of the fiber reinforced plastic can be significantly increased. Due to the bamboo fibers, the natural fiber reinforced plastic can have a long-lasting natural UV protection.
  • a component provided which consists of a natural fiber reinforced plastic.
  • a component can be produced for example by means of compression molding, natural fiber injection molding or by extrusion. Other manufacturing methods are possible.
  • the component according to the invention may advantageously have a low specific weight and a high rigidity.
  • granules, in particular pellets are provided which consist of a natural fiber-reinforced plastic.
  • Such granules, in particular pellets are produced by means of extrusion processes.
  • the extrudate z. B. formed into uniform round strands, which are cooled down in a water bath and then cut.
  • granules or pellets may also be made by the underwater pelletizing process.
  • the granules according to the invention in particular pellets, can advantageously have a low specific weight and a high rigidity.
  • a process is provided for producing a natural fiber-reinforced plastic, comprising the following steps: a) coextrusion of the thermoplastic, of the water-absorbing additive, in particular of the additive for micropore formation, and of the natural fibers,
  • the temperature of the thermoplastic material, the water-absorbing additive, in particular the aggregate for micro pore formation, and the natural fibers at least 1200 ° C, especially at least 600 ° C, preferably at least 300 ° C, in particular at least 240 ° C. Due to the high processing temperature of at least 300 ° C, in particular of at least 240 ° C, and the resulting low viscosity of the natural fiber reinforced plastic arise in the manufacturing and further processing process only lower frictional forces between production device and natural fiber reinforced plastic. As a result, the production device can be spared. The absorption of residual moisture in natural fiber reinforced plastic avoids blistering. Therefore, can also be caused by residual moisture
  • Natural fibers and zeolite Natural fibers and zeolite.
  • a matrix plastic, a natural fiber and a water-absorbing additive are mixed.
  • the matrix plastic used is 10 kg of dried polyamide.
  • the natural fibers are added in a conditioned, dried state to the plastic matrix.
  • the natural fibers have a residual moisture, wherein the mass fraction of the residual moisture corresponds to approximately up to 0.16% of the natural fiber.
  • the natural fiber is added by means of a metering unit which is connected to the extruder.
  • a maximum amount of natural fibers to be added to the plastic matrix is 70%, in particular 50%, advantageously 30%, of the total volume of the natural-fiber-reinforced plastic.
  • a necessary amount of water-absorbing additive to be added to the plastic matrix and the natural fibers is defined by the mass fraction of the residual moisture of the natural fibers. The greater the proportion of residual moisture in the natural fibers, the greater the amount of water-absorbing additive to be added to the natural-fiber-reinforced plastic.
  • the water-absorbing plastic consists of zeolite.
  • the maximum amount of anhydrous zeolite to be added is at most 5%, in an advantageous embodiment at most 10% of the mass of the plastic matrix. Accordingly, here the maximum mass of anhydrous zeolite is at most 0.2 kg, in an advantageous embodiment at most 0.4 kg.
  • the zeolite has a mean particle size of about 500 ⁇ . Zeolite is also a chalk substitute and may optionally not more than 70%>, in particular 50%>, advantageously 30%> correspond to the total mass of natural fiber reinforced plastic.
  • Natural fibers and superabsorbent polymers are Natural fibers and superabsorbent polymers.
  • the composition of the natural-fiber-reinforced plastic for the exemplary embodiment 1 differs in the selection and quantity of the water-absorbing additive.
  • a superabsorbent polymer is selected, which in the exemplary embodiment of
  • the amount of superabsorbent polymer to be added to the plastic matrix is about 0.05 kg.
  • the superabsorbent polymer has an average particle size of approximately 500 ⁇ m.
  • the superabsorbent polymer has a significantly higher absorption capacity than the zeolite. Therefore, compared to Embodiment 1, only a quarter of the amount of water-absorbent aggregate is necessary for the same moisture storage.
  • the production of a semifinished product or a granulate with a volume fraction of natural fibers of at least 90%>, in particular of at least 70%>, advantageously of at least 50%) of the total volume of natural fiber reinforced plastic is possible.
  • the moldings of embodiments 1 and 2 When cooled, the moldings of embodiments 1 and 2 have a particularly high impact resistance and strength. Drop marks on the moldings can be avoided due to the increased stiffness.
  • the natural fiber-reinforced plastics have a homogeneous distribution of the micropores.
  • An extruder for producing a natural fiber-reinforced plastic comprises, for example, a metering unit, a cylinder, an extruder screw arranged in the cylinder, a tempering device, an extrusion nozzle and a drive device.
  • the dosage unit contains a matrix plastic which is in granulated form.
  • the extruder screw has a first kneading area and a second kneading area. The first kneading zone is located at the connection of the dosing unit to the cylinder of the extruder.
  • the matrix plastic is fed into the cylinder via the metering unit and heated, melted and kneaded in the first section of the extruder screw.
  • the melt is in the advantageous embodiment at least 300 ° C, in particular at least 240 ° C.
  • the second section of the extruder screw begins at a connection of a further dosing unit for feeding the natural fibers into the melt.
  • the natural fibers are kneaded with the molten matrix plastic.
  • a water-absorbing additive is added to the mixture.
  • the water-absorbing aggregate which is metered as a function of the residual moisture of the natural fibers, is kneaded with the molten mixture.
  • the production of natural fiber reinforced plastic is not limited to the production technique described above, but can also be with similar process techniques such. B. with a planetary roller extruder, with a single or multi-screw extruder or the like. Perform.
  • the extrudate is then z. B. formed into uniform round strands, which are cooled down in a water bath and then cut.
  • granules or pellets may also be made by the underwater pelletizing process.
  • a production of granules or pellets is also possible by hot stamping.
  • a subsequent calibration step is required after the extrusion, which is optionally carried out in a vacuum and / or under water cooling.
  • any type of plastics can be used as the matrix component.
  • the matrix plastic is a polyamide.
  • the matrix plastic also from the group of Polypropylene, polyethylene, polyesters, polycarbonate or migmine, polylactides or others.
  • the natural fibers are bamboo fibers.
  • plant fibers fibers of animal origin or mineral fibers can be used.
  • Bast fibers, hard chamfers, seed fibers, flat, hemp, jute, ramie, sisal, kenaf, banana, coconut or even wood fibers or the like have proved to be particularly advantageous among the plant fibers.
  • zeolite As a water-absorbing additive zeolite can be used in an advantageous embodiment.
  • zeolites synthetic, but also naturally occurring zeolites can be used. Zeolites are crystalline aluminosilicates. By adding the zeolites into the mixture of a plastic matrix and natural fibers, micropores form in this microstructure, which correspond to network-like cavity networks. In these micropores, the water can be stored in a simple manner and thus serve the zeolite as a water reservoir or moisture buffer. The zeolite can take up to 4 times its own weight in water and release it again.
  • the zeolite in its structure at a temperature of at least 1200 ° C, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C resistant.
  • the water or the residual moisture in natural fiber reinforced plastic can be taken up in the micropores of the zeolites and released again, without affecting the finished part in its structure.
  • a further addition of additives may be advantageous.
  • Superabsorbent polymers are plastics that absorb many times their own weight in polar liquids. Upon absorption of the liquid, the superabsorbent swells and forms a hydrogel.
  • the superabsorbent polymers can be synthetic or natural.
  • the mean grain size of the superabsorbent polymers is 500 ⁇ .
  • the superabsorbent polymers are selected from the group of substances consisting of crosslinked or partially crosslinked polyacrylates, such as sodium polyacrylate and / or potassium acrylate or acrylamide. Be particularly advantageous in the
  • the natural fiber-reinforced plastic may contain at least two water-absorbing additives.
  • the aggregates may consist of zeolite and of superabsorbent polymers.
  • the superabsorbent polymers can also be mixed with organic aggregates and / or with mineral aggregates.
  • mineral aggregates may be selected, for example, from the group of substances, mixture of finely ground glass, ceramic glass frits, potassium feldspar, nepheline syenite or colemanite.
  • Such mineral aggregates promote the formation of micropores to thin-walled hollow spheres and stabilizing ceramic Stützgewerken.
  • To form ceramic-lined pores it is also possible to use expanded, broken pearlite particles.
  • a mixture of expanded perlite particles in admixture with unblooded perlite dust, in particular with an average particle size of 800 ⁇ m, has proven to be particularly advantageous.
  • the pearlite dust expands and ceramizes so as to stabilize the resulting micropores.
  • a likewise advantageous embodiment of the natural-fiber-reinforced plastic can be made possible by the addition of metal organic frameworks. These lead in particular in conjunction with the water-absorbing additives zeolite to such micropores that allow high water storage in the natural fiber reinforced plastic even at higher temperatures between 240 ° C to 900 ° C, especially between 300 ° C to 900 ° C.
  • Another embodiment contains the aggregate core fiber pipe, which, in particular in combination with the superabsorbent polymers under the pores of the natural fiber reinforced plastic, allows an additional increase in dimensional stability and increased water storage.
  • sizing agent can be added as a binder between natural fiber and plastic matrix.
  • the composition of the plastic comprises a thermoplastic, a water-absorbing additive and further processed natural fibers, in particular carbon fibers.
  • the term natural fiber also includes a further processed natural fiber.
  • the carbon fibers are formed from further processed natural fibers.
  • Such carbon fibers are preferably made from a coking of natural fibers.
  • the natural fiber is carbonized in a pyrolysis process to the so-called biochar.
  • a comparatively very small amount of carbon dioxide is formed, in particular with respect to glass fibers.
  • the mass fraction of carbon dioxide in relation to the non-carbonized natural fiber is about 2%.
  • the production by means of pyrolysis of carbon fibers from natural fibers is comparatively environmentally friendly and at the same time gentle on the means of production.
  • the mass fraction of carbon in the biochar can be adjusted.
  • the natural fiber remains in its structure Essentially obtained, wherein the mass fraction of carbon in the
  • the carbon fiber can then be further processed on its own or in a mixture of additional fibers, in particular natural fibers.
  • bamboo fibers are preferably used as the starting material for producing a carbon fiber.
  • the bamboo fibers can be used as short fiber, middle fiber and / or as long fiber.
  • the use of bamboo fiber as a strand is also possible.
  • An advantage of the bamboo fibers is their comparatively low density of about 0.46 g / cm 3 . As a result, bamboo fibers have a low weight compared to other fibers with high tensile strength.
  • Another advantage of the charcoal compared to commercial coal is that there is no sulfur in the biochar. The presence of sulfur in the coal must be distilled out consuming during further processing.
  • the water-absorbing additives contained in the plastic reinforced with natural fibers can both store and release water.
  • Carbonized natural fibers are relatively dry and contain only very little moisture. Moisture can also be released by the additives in the fiber-reinforced plastic according to the invention, thereby improving the impact resistance of the plastic. Superabsorbents form a gel through which the dry carbonized fibers are lubricated.

Abstract

The present invention relates to a natural fiber-reinforced plastic which consists of a thermoplastic synthetic material and natural fibers. The natural fiber-reinforced plastic contains additionally a water-absorbing additive. The residual moisture of the natural fibers is permanently bound by means of the water-absorbing additive.

Description

Mit Naturfasern verstärkter Kunststoff, Bauteil aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff, Granulat aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff, Verfahren zur  Synthetic fiber reinforced with natural fibers, component made of a natural fiber reinforced plastic, granules of a natural fiber reinforced plastic, process for
Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs  Production of a natural fiber reinforced plastic
Die Erfindung betrifft einen mit Naturfasern verstärkten Kunststoff der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung, ein Bauteil aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff, ein Granulat aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff sowie ein Ver- fahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs. The invention relates to a reinforced with natural fibers plastic of the type specified in the preamble of claim 1, a component made of a natural fiber reinforced plastic, granules of a natural fiber reinforced plastic and a method for producing a natural fiber reinforced plastic.
Faserverstärkte Kunststoffe kommen im Bereich der Technik in vielen Gebieten zum Einsatz. Sie weisen im Vergleich zu anderen Werkstoffen hohe spezifische Steifigkeiten, insbesondere Biegesteifigkeiten, und Festigkeiten bei geringem spezifischem Gewicht auf und können hohe Spannungen, insbesondere hohe Streckspannungen, aufnehmen. Fiber-reinforced plastics are used in the field of technology in many areas. Compared with other materials, they have high specific stiffnesses, in particular flexural stiffnesses, and strengths with a low specific weight and can absorb high stresses, in particular high yield stresses.
Die nachhaltigen Naturfaserverbundwerkstoffe gewinnen gegenüber mit Glasfasern verstärkten Verbundwerkstoffen immer mehr an Bedeutung. Naturfasern besitzen gegen- über Glasfasern eine geringere Dichte, welche wiederum zu einer deutlichen Gewichtsersparnis eines Bauteils führen kann. Ein weiterer Vorteil besteht in der verbesserten Arbeitssicherheit. Glasfasern sind deutlich spröder als Naturfasern, wodurch sich bei glasfaserverstärkten Kunststoffen gegenüber naturfaserverstärkten Kunststoffen eine erhöhte Neigung zum Splittern ergibt. Sustainable natural fiber composites are becoming increasingly important over glass fiber reinforced composites. Natural fibers have a lower density than glass fibers, which in turn can lead to a significant weight saving of a component. Another advantage is the improved work safety. Glass fibers are much more brittle than natural fibers, which results in fiberglass-reinforced plastics compared to natural fiber reinforced plastics increased susceptibility to splintering.
Weitere Vorteile ergeben sich in der Herstellung der naturfaserverstärkten Werkstoffe aus einer deutlich besseren Energiebilanz, da zur Verarbeitung von Naturfasern weniger Energie als zur Herstellung von Glasfasern aufgebracht werden muss. Weiter verursachen Naturfasern einen geringeren abrasiven Verschleiß im Werkzeug als gegen- über Glasfasern, wodurch die Produktionsmittel geschont werden. Nachteile derartiger naturfaserverstärkter Kunststoffe bestehen in der aufwendigen Aufbereitung der Naturfasern sowie dem sehr temperatursensitiven Herstellungsprozess des Verbundwerkstoffes. Zu hohe Temperaturen führen zu einer Beschädigung der Natur- fasern und können zudem auch deren Einbettung in die Kunststoffmatrix negativ beeinflussen. Als Folge können die gewünschten Eigenschaften des Verbundwerkstoffes wie eine hohe Festigkeit, eine hohe Elastizität oder dgl. nicht erzielt werden. Further advantages result in the production of natural fiber reinforced materials from a much better energy balance, since the processing of natural fibers less energy than for the production of glass fibers must be applied. Furthermore, natural fibers cause less abrasive wear in the tool than compared to glass fibers, which protects the means of production. Disadvantages of such natural fiber-reinforced plastics consist in the elaborate preparation of natural fibers and the very temperature-sensitive manufacturing process of the composite material. Excessively high temperatures lead to damage to the natural fibers and can also adversely affect their embedment in the plastic matrix. As a result, the desired properties of the composite such as high strength, high elasticity or the like can not be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen naturfaserverstärkten Kunststoff der gattungsgemäßen Art mit einer neuen Werkstoffzusammensetzung zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bauteil aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff mit einer neuen Werkstoffzusammensetzung zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Granulat aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff mit einer neuen Werkstoffzusammensetzung zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffes mit einer neuen Werkstoffzusammensetzung zu schaffen. The invention has for its object to provide a natural fiber reinforced plastic of the generic type with a new material composition. Another object of the invention is to provide a component of a natural fiber reinforced plastic with a new material composition. Another object of the invention is to provide granules of a natural fiber reinforced plastic with a new material composition. Another object of the invention is to provide a method of making a natural fiber reinforced plastic having a novel material composition.
Diese Aufgabe wird bezüglich des naturfaserverstärkten Kunststoffes durch einen naturfaserverstärkten Kunststoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich des Bauteils aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff wird die Aufgabe durch ein Bauteil aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bezüglich des Granulats aus einem naturfaserverstärkten Kunststoffs wird die Aufgabe durch ein Granulat aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines naturfaser- verstärkten Kunststoffs wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. This object is achieved with respect to the natural fiber reinforced plastic by a natural fiber reinforced plastic with the features of claim 1. With respect to the component made of a natural fiber reinforced plastic, the object is achieved by a component made of a natural fiber reinforced plastic having the features of claim 8. With respect to the granules of a natural fiber reinforced plastic, the object is achieved by a granules of a natural fiber reinforced plastic with the features of claim 9. With regard to the method for producing a natural fiber-reinforced plastic, the object is achieved by a method for producing a natural fiber-reinforced plastic having the features of claim 10.
Der erfindungsgemäße naturfaserverstärkte Kunststoff besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff und Naturfasern. Der thermoplastische Kunststoff dient als Kunststoffmatrix, in welcher die Naturfasern eingebettet sind. Noch bevor die Naturfasern dem thermoplastischen Kunststoff zugegeben werden, werden die Naturfasern getrocknet. Dennoch können die Naturfasern eine Restfeuchte, beispielsweise Wasser, enthalten. Der Massenanteil der Restfeuchte der Naturfasern beträgt vorteilhaft weniger als 0,5%, vorzugsweise weniger als 0,16%. Zusätzlich enthält der naturfaserverstärkte Kunststoff einen wasserabsorbierenden Zuschlagstoff. Die in den Naturfasern verbleibende Restfeuchte löst sich im Herstellungsprozess des mit Naturfasern verstärkten Kunststoffs aus der Naturfaser und wird über den wasserabsorbierenden Zuschlagstoff im naturfaserverstärkten Kunststoff gebunden. Dadurch wird eine Blasenbildung im naturfaserverstärkten Kunststoff, welche aus dem Verdampfen der Restfeuchte entsteht, vermieden. Eine Beschädigung der Kunststoffmatrix und/oder der Naturfasern durch die Restfeuchte der Naturfasern kann aufgrund des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffes vermieden werden. Auch die Verbindung zwischen den Naturfasern und der Kunststoffmatrix ist von der Restfeuchte nicht negativ beeinflusst. Daher besitzt der mit Natur- fasern verstärkte Kunststoff sehr gute physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise eine hohe Festigkeit oder eine hohe Elastizität. The natural fiber reinforced plastic according to the invention consists of a thermoplastic and natural fibers. The thermoplastic material serves as Plastic matrix in which the natural fibers are embedded. Even before the natural fibers are added to the thermoplastic, the natural fibers are dried. Nevertheless, the natural fibers may contain residual moisture, for example water. The mass fraction of the residual moisture of natural fibers is advantageously less than 0.5%, preferably less than 0.16%. In addition, the natural fiber reinforced plastic contains a water-absorbing additive. The residual moisture remaining in the natural fibers dissolves in the production process of the natural fiber-reinforced plastic from the natural fiber and is bound via the water-absorbing additive in natural fiber reinforced plastic. As a result, a bubble formation in natural fiber reinforced plastic, which results from the evaporation of the residual moisture, avoided. Damage to the plastic matrix and / or the natural fibers by the residual moisture of natural fibers can be avoided due to the water-absorbing additive. Also, the connection between the natural fibers and the plastic matrix is not negatively affected by the residual moisture. Therefore, the plastic reinforced with natural fibers has very good physical properties, such as high strength or high elasticity.
Vorteilhaft besteht der Zuschlagstoff aus Zeolith. Zeolithe sind kristalline Alumo- silicate. Zeolithe weisen eine Struktur aus Mikroporen und/oder Kanälen auf. In diesen Strukturen kann Flüssigkeit, insbesondere Wasser, eingelagert werden. Die Zeolithe dienen daher als Flüssigkeitsspeicher, insbesondere als Wasserspeicher. Daher kann die im naturfaserverstärkten Kunststoff vorhandene Restfeuchte in den Strukturen, welche durch die Zeolithe ausgebildet sind, absorbiert werden. Vorteilhaft können die Zeolithe das 4fache ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen. Vorteilhaft sind die Zeolithe temperaturbeständig bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, vorzugsweise von mindestens 600°C, insbesondere von mindestens 300°C. Demnach kann der faserverstärkte Kunststoff auch temperaturbeständig bei einer Temperatur von mindestens 1200°, vorzugsweise von mindestens 600°C, insbesondere von mindestens 300°C hergestellt und/oder weiterverarbeitet werden. Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Zuschlagstoff aus Superabsorber-Polymeren besteht. Vorteilhaft sind die Superabsorber-Polymere aus vernetzten oder teilvernetzten Polyacrylaten, wie Natriumpolyacrylat und/oder Kaliumacrylat, gebildet. Vorteilhaft enthalten die Superabsorber-Polymere Acrylamid. Superabsorber-Polymere saugen ein Vielfaches, vorzugsweise mindestens das 40fache, vorteilhaft mindestens das lOOfache, insbesondere mindestens das lOOOfache ihres eigenen Gewichts an polaren Flüssigkeiten auf. Daher dienen Superabsorber-Polymere als Flüssigkeitsspeicher, insbesondere als Wasserspeicher. Die im naturfaserverstärkten Kunststoff vorhandene Restfeuchte kann durch die Superabsorber-Polymere absorbiert werden. Vorteilhaft sind die Superabsorber-Polymere sehr hitzebeständig. Dadurch kann auch bei hohen Verarbeitungstemperaturen von mindestens 1200°C, vorzugsweise von mindestens 600°C, insbesondere von mindestens 300°C des faserverstärkten Kunststoffs Restfeuchte durch die Superabsorber-Polymere gebunden werden. Vorteilhaft enthält der naturfaserverstärkte Kunststoff mindestens zwei wasserabsorbierende Zuschlagstoffe, wobei ein Zuschlagstoff aus Zeolithen und ein weiterer Zuschlagstoff aus Superabsorber-Polymeren bestehen. Dadurch können die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften der Zeolithe und der Superabsorber- Polymere im naturfaserverstärkten Kunststoff kombiniert eingesetzt werden. Advantageously, the aggregate consists of zeolite. Zeolites are crystalline aluminosilicates. Zeolites have a structure of micropores and / or channels. In these structures, liquid, in particular water, can be stored. The zeolites therefore serve as liquid storage, especially as a water reservoir. Therefore, the residual moisture present in the natural fiber reinforced plastic can be absorbed in the structures formed by the zeolites. Advantageously, the zeolites can absorb 4 times their own weight of water. Advantageously, the zeolites are temperature resistant at a temperature of at least 1200 ° C, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C. Accordingly, the fiber-reinforced plastic and temperature resistant at a temperature of at least 1200 °, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C produced and / or further processed. It is advantageously provided that the additive consists of superabsorbent polymers. The superabsorbent polymers are advantageously formed from crosslinked or partially crosslinked polyacrylates, such as sodium polyacrylate and / or potassium acrylate. The superabsorbent polymers advantageously contain acrylamide. Superabsorbent polymers absorb a multiple, preferably at least 40 times, advantageously at least 100 times, in particular at least 100 times, their own weight of polar liquids. Therefore superabsorbent polymers serve as a liquid storage, especially as a water reservoir. The residual moisture present in the natural fiber reinforced plastic can be absorbed by the superabsorbent polymers. Advantageously, the superabsorbent polymers are very heat resistant. As a result, even at high processing temperatures of at least 1200 ° C., preferably of at least 600 ° C., in particular of at least 300 ° C., of the fiber-reinforced plastic, residual moisture can be bound by the superabsorbent polymers. Advantageously, the natural fiber reinforced plastic contains at least two water-absorbing additives, with an aggregate of zeolites and another additive of superabsorbent polymers. As a result, the above-described advantageous properties of the zeolites and of the superabsorbent polymers in natural-fiber-reinforced plastic can be used in combination.
Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass in den Superabsorber-Polymeren fein gemahlene mineralische Zuschlagstoffe zur Ausbildung von Mikroporen gebunden sind. Vorteilhaft sind die mineralischen Zuschlagstoffe aus der Gruppe der Stoffe, aus Glas, keramischen Glasfritten, Kalifeldspat, Nephelinsyenit oder Colemanit, ausgewählt. Mittels der mineralischen Zuschläge sind die durch die Superabsorber-Polymere entstehenden Poren als stabilisierende, dünnwandige Hohlkugeln und/oder als It is advantageously provided that in the superabsorbent polymer finely ground mineral aggregates are bound to form micropores. Advantageously, the mineral additives are selected from the group of substances consisting of glass, ceramic glass frits, potassium feldspar, nepheline syenite or colemanite. By means of the mineral additives, the pores formed by the superabsorbent polymers are stabilizing, thin-walled hollow spheres and / or as
stabilisierende keramische Stützgewerke ausgebildet. Dadurch sind die Poren temperaturbeständiger, und der naturfaserverstärkte Kunststoff kann bei hohen stabilizing ceramic support structures formed. As a result, the pores are more temperature resistant, and the natural fiber reinforced plastic can at high
Temperaturen hergestellt und weiterverarbeitet werden. Vorteilhaft ist auch bei besonders hohen Verarbeitungstemperaturen die Restfeuchte aus den Naturfasern im naturfaserverstärkten Kunststoff gebunden. Vorteilhaft ist mittels des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffs die Restfeuchte der Naturfasern bei einer Temperatur des naturfaserverstärkten Kunststoffs von mindestens 1200°C, vorzugs- weise von mindestens 600°C, insbesondere von mindestens 300°C, dauerhaft gebunden. Dadurch kann der naturfaserverstärkte Kunststoff bei hohen Temperaturen ohne Beschädigung der Naturfasern hergestellt und weiterverarbeitet werden. Durch die hohe Verarbeitungstemperatur stellt sich eine niedrige Viskosität des naturfaserverstärkten Kunststoffs ein. Demnach können sich bei einer Koextrusion die Naturfasern in der Kunststoffmatrix gleichmäßiger verteilen, wodurch sich homogene Werkstoffeigenschaften des naturfaserverstärkten Kunststoffes ergeben. Temperatures are produced and processed. Advantageously, even at particularly high processing temperatures, the residual moisture from the natural fibers in natural fiber reinforced plastic bound. Advantageously, by means of the water-absorbing additive, the residual moisture content of natural fibers at a temperature of the natural fiber reinforced plastic of at least 1200 ° C, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C, permanently bonded. This allows the natural fiber reinforced plastic to be produced and processed at high temperatures without damaging the natural fibers. The high processing temperature results in a low viscosity of the natural fiber reinforced plastic. Accordingly, in a coextrusion, the natural fibers in the plastic matrix can be distributed more uniformly, resulting in homogeneous material properties of natural fiber reinforced plastic.
Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Naturfasern Bambusfasern sind. Durch das Einbetten der Bambusfasern in die Kunststoffmatrix können die Festigkeit, die Schlag- Zähigkeit und dgl. des faserverstärkten Kunststoffs deutlich erhöht werden. Durch die Bambusfasern kann der naturfaserverstärkte Kunststoff einen langanhaltenden natürlichen UV-Schutz aufweisen. It is advantageously provided that the natural fibers are bamboo fibers. By embedding the bamboo fibers in the plastic matrix, the strength, impact strength and the like of the fiber reinforced plastic can be significantly increased. Due to the bamboo fibers, the natural fiber reinforced plastic can have a long-lasting natural UV protection.
Es ist ein Bauteil vorgesehen, das aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff besteht. Ein derartiges Bauteil kann beispielsweise mittels Formpressen, Naturfaserspritzguss oder mittels Extrusionsverfahren hergestellt werden. Auch weitere Herstellungsverfahren sind möglich. Das erfindungsgemäße Bauteil kann vorteilhaft ein niedriges spezifisches Gewicht sowie eine hohe Steifigkeit aufweisen. Ebenso ist Granulat, insbesondere Pellets, vorgesehen, die aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff bestehen. Derartiges Granulat, insbesondere Pellets, werden mittels Extrusionsverfahren hergestellt. Dabei wird das Extrudat z. B. zu gleichmäßigen runden Strängen ausgeformt, die in einem Wasserbad heruntergekühlt und anschließend geschnitten werden. Ebenso können Granulat oder Pellets auch mit dem Verfahren der Unterwassergranulierung hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Granulat, insbesondere Pellets, kann vorteilhaft ein niedriges spezifisches Gewicht sowie eine hohe Steifigkeit aufweisen. Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist: a) Koextrusion des thermoplastischen Kunststoffs, des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffes, insbesondere des Zuschlagstoffes zur Mikroporenbildung, und der Naturfasern, It is a component provided, which consists of a natural fiber reinforced plastic. Such a component can be produced for example by means of compression molding, natural fiber injection molding or by extrusion. Other manufacturing methods are possible. The component according to the invention may advantageously have a low specific weight and a high rigidity. Likewise, granules, in particular pellets, are provided which consist of a natural fiber-reinforced plastic. Such granules, in particular pellets, are produced by means of extrusion processes. The extrudate z. B. formed into uniform round strands, which are cooled down in a water bath and then cut. Likewise, granules or pellets may also be made by the underwater pelletizing process. The granules according to the invention, in particular pellets, can advantageously have a low specific weight and a high rigidity. A process is provided for producing a natural fiber-reinforced plastic, comprising the following steps: a) coextrusion of the thermoplastic, of the water-absorbing additive, in particular of the additive for micropore formation, and of the natural fibers,
b) Extrusion von Granulat, Pellets, Bauteilen oder Endlosbauteilen. Vorteilhaft beträgt die Temperatur des thermoplastischen Kunststoffs, des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffs, insbesondere des Zuschlagstoffes zur Mikroporenbildung, und der Naturfasern mindestens 1200°C, insbesondere mindestens 600°C, vorteilhaft mindestens 300°C, insbesondere mindestens 240°C. Durch die hohe Verarbeitungstemperatur von mindestens 300°C, insbesondere von mindestens 240°C, und der daraus resultierenden geringen Viskosität des naturfaserverstärkten Kunststoffs entstehen im Herstellungs- sowie im Weiterverarbeitungs- prozess nur geringere Reibkräfte zwischen Produktionsvorrichtung und naturfaserverstärktem Kunststoff. Dadurch kann die Produktionsvorrichtung geschont werden. Durch die Absorption der Restfeuchte im naturfaserverstärkten Kunststoff wird die Blasenbildung vermieden. Daher können auch durch Restfeuchte verursachte b) Extrusion of granules, pellets, components or endless components. Advantageously, the temperature of the thermoplastic material, the water-absorbing additive, in particular the aggregate for micro pore formation, and the natural fibers at least 1200 ° C, especially at least 600 ° C, preferably at least 300 ° C, in particular at least 240 ° C. Due to the high processing temperature of at least 300 ° C, in particular of at least 240 ° C, and the resulting low viscosity of the natural fiber reinforced plastic arise in the manufacturing and further processing process only lower frictional forces between production device and natural fiber reinforced plastic. As a result, the production device can be spared. The absorption of residual moisture in natural fiber reinforced plastic avoids blistering. Therefore, can also be caused by residual moisture
Funktionsschäden an Produktionsvorrichtungen und -anlagen vermieden werden. Functional damage to production devices and equipment can be avoided.
Weiter kann eine höhere Ausstoßleistung aufgrund der geringen Viskosität des naturfaserverstärkten Kunststoffs erzielt werden. Furthermore, a higher output can be achieved due to the low viscosity of the natural fiber reinforced plastic.
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden aufgeführten Ausführungsbeispiele genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Ausführungsbeispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Beispiel 1 : Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs aus Polyamid, The present invention will be explained in more detail by the following examples. It should be noted that the embodiments have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Example 1 Production of a Natural Fiber Reinforced Plastic from Polyamide,
Naturfasern und Zeolith.  Natural fibers and zeolite.
In einem Extruder werden ein Matrixkunststoff, eine Naturfaser und ein wasser- absorbierender Zuschlagstoff vermengt. Als Matrixkunststoff wird 10 kg getrocknetes Polyamid verwendet. Die Naturfasern werden in einem aufbereiteten, getrockneten Zustand der Kunststoffmatrix hinzugegeben. Die Naturfasern besitzen eine Restfeuchte, wobei der Massenanteil der Restfeuchte in etwa bis zu 0,16% der Naturfaser entspricht. Die Zugabe der Naturfaser erfolgt durch eine Dosiereinheit, die mit dem Extruder ver- bunden ist. Eine maximale der Kunststoffmatrix hinzuzugebende Menge der Naturfasern beträgt 70%>, insbesondere 50%>, vorteilhaft 30%> des Gesamtvolumens des naturfaserverstärkten Kunststoffs. Eine der Kunststoffmatrix und den Naturfasern hinzuzugebende notwendige Menge an wasserabsorbierendem Zuschlagstoff definiert sich über den Massenanteil der Restfeuchte der Naturfasern. Je größer der Anteil der Rest- feuchte in den Naturfasern ist, desto größer ist die dem naturfaserverstärktem Kunststoff hinzuzugebende Menge des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffes. Im Ausführungs- beispiel besteht der wasserabsorbierende Kunststoff aus Zeolith. In an extruder, a matrix plastic, a natural fiber and a water-absorbing additive are mixed. The matrix plastic used is 10 kg of dried polyamide. The natural fibers are added in a conditioned, dried state to the plastic matrix. The natural fibers have a residual moisture, wherein the mass fraction of the residual moisture corresponds to approximately up to 0.16% of the natural fiber. The natural fiber is added by means of a metering unit which is connected to the extruder. A maximum amount of natural fibers to be added to the plastic matrix is 70%, in particular 50%, advantageously 30%, of the total volume of the natural-fiber-reinforced plastic. A necessary amount of water-absorbing additive to be added to the plastic matrix and the natural fibers is defined by the mass fraction of the residual moisture of the natural fibers. The greater the proportion of residual moisture in the natural fibers, the greater the amount of water-absorbing additive to be added to the natural-fiber-reinforced plastic. In the exemplary embodiment, the water-absorbing plastic consists of zeolite.
Um die dem naturfaserverstärkten Kunststoff hinzuzugebende Menge an Zeolith be- stimmen zu können, ist vor der Zugabe der Naturfasern deren Restfeuchte zu messen. Die maximale hinzuzugebende Menge an wasserfreiem Zeolith beträgt jedoch höchstens 5%, in vorteilhafter Ausführung höchstens 10%> der Masse der Kunststoff- matrix. Demnach beträgt hier die maximale Masse an wasserfreiem Zeolith höchstens 0,2 kg, in vorteilhafter Ausführung höchstens 0,4 kg. Das Zeolith weist eine mittlere Korngröße von ungefähr 500 μιη auf. Zeolith ist auch ein Kreideersatz und kann ggf. höchstens 70%>, insbesondere 50%>, vorteilhaft 30%> der Gesamtmasse des naturfaserverstärkten Kunststoffes entsprechen. In order to be able to determine the amount of zeolite to be added to the natural-fiber-reinforced plastic, its residual moisture must be measured before the natural fibers are added. However, the maximum amount of anhydrous zeolite to be added is at most 5%, in an advantageous embodiment at most 10% of the mass of the plastic matrix. Accordingly, here the maximum mass of anhydrous zeolite is at most 0.2 kg, in an advantageous embodiment at most 0.4 kg. The zeolite has a mean particle size of about 500 μιη. Zeolite is also a chalk substitute and may optionally not more than 70%>, in particular 50%>, advantageously 30%> correspond to the total mass of natural fiber reinforced plastic.
Beispiel 2: Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs aus Polyamid, Example 2 Production of a Natural Fiber Reinforced Plastic from Polyamide,
Naturfasern und Superabsorber-Polymeren. In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel unterscheidet sich die Zusammensetzung des naturfaserverstärkten Kunststoffes zum Ausführungsbeispiel 1 in der Auswahl und Menge des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffes. Als wasserabsorbierender Zuschlag- Stoff wird ein Superabsorber-Polymer gewählt, das im Ausfuhrungsbeispiel aus Natural fibers and superabsorbent polymers. In a further exemplary embodiment, the composition of the natural-fiber-reinforced plastic for the exemplary embodiment 1 differs in the selection and quantity of the water-absorbing additive. As a water-absorbing aggregate a superabsorbent polymer is selected, which in the exemplary embodiment of
Natriumpolyacrylat und/oder Kaliumacrylat, insbesondere aus Acrylamid, besteht. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Volumenanteil der Naturfasern in etwa 10% des naturfaserverstärkten Kunststoffs mit einem Massenanteil der Restfeuchte von 0,16% der Naturfasern. Die der Kunststoffmatrix hinzuzugebende Menge des Superabsorber- Polymers beträgt in etwa 0,05 kg. Das Superabsorber-Polymer weist eine mittlere Korngröße von in etwa 500 μιη auf. Das Superabsorber-Polymer besitzt eine gegenüber dem Zeolith deutlich höhere Aufnahmekapazität. Daher ist im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 nur ein Viertel der Menge an wasserabsorbierendem Zuschlagstoff bei gleicher Feuchtigkeitsspeicherung notwendig. In vorteilhafter Ausführung ist auch die Herstellung eines Halbzeuges bzw. eines Granulats mit einem Volumenanteil der Naturfasern von mindestens 90%>, insbesondere von mindestens 70%>, vorteilhaft von mindestens 50%) des Gesamtvolumens des naturfaserverstärkten Kunststoffes möglich.  Sodium polyacrylate and / or potassium acrylate, in particular of acrylamide exists. In the exemplary embodiment, the volume fraction of natural fibers in about 10% of natural fiber reinforced plastic with a mass fraction of the residual moisture content of 0.16% of natural fibers. The amount of superabsorbent polymer to be added to the plastic matrix is about 0.05 kg. The superabsorbent polymer has an average particle size of approximately 500 μm. The superabsorbent polymer has a significantly higher absorption capacity than the zeolite. Therefore, compared to Embodiment 1, only a quarter of the amount of water-absorbent aggregate is necessary for the same moisture storage. In an advantageous embodiment, the production of a semifinished product or a granulate with a volume fraction of natural fibers of at least 90%>, in particular of at least 70%>, advantageously of at least 50%) of the total volume of natural fiber reinforced plastic is possible.
In abgekühltem Zustand besitzen die Formteile der Ausführungsbeispiele 1 und 2 eine besonders hohe Schlagzähigkeit und Festigkeit. Einfallstellen an den Formteilen können aufgrund der erhöhten Formsteifigkeit vermieden werden. Die naturfaserverstärkten Kunststoffe besitzen eine homogene Verteilung der Mikroporen. When cooled, the moldings of embodiments 1 and 2 have a particularly high impact resistance and strength. Drop marks on the moldings can be avoided due to the increased stiffness. The natural fiber-reinforced plastics have a homogeneous distribution of the micropores.
Ein Extruder zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs umfasst beispiels- weise eine Dosiereinheit, einen Zylinder, eine in dem Zylinder angeordnete Extruderschnecke, eine Temperiereinrichtung, eine Extrusionsdüse und eine Antriebseinrichtung. Die Dosierungseinheit enthält einen Matrixkunststoff, der in granulierter Form vorliegt. Die Extruderschnecke weist einen ersten Knetbereich und einen zweiten Knetbereich auf. Der erste Knetbereich befindet sich an dem Anschluss der Dosierungs- einheit an den Zylinder des Extruders. Der Matrixkunststoff wird über die Dosierungseinheit in den Zylinder geführt und in dem ersten Bereich der Extruderschnecke erhitzt, geschmolzen und geknetet. Die Schmelze beträgt im vorteilhaften Ausführungsbeispiel mindestens 300°C, insbesondere mindestens 240°C. Der zweite Bereich der Extruder- Schnecke beginnt an einer Anbindung einer weiteren Dosiereinheit zur Zuführung der Naturfasern in die Schmelze. In dem zweiten Bereich der Extruderschnecke werden die Naturfasern mit dem geschmolzenen Matrixkunststoff verknetet. Über eine Zuführungseinrichtung wird ein wasserabsorbierender Zuschlagstoff dem Gemisch hinzugefügt. In einem dritten Bereich der Extruderschnecke wird der wasserabsorbierende Zuschlag- Stoff, der in Abhängigkeit der Restfeuchte der Naturfasern dosiert wird, mit dem geschmolzenen Gemisch verknetet. Die Herstellung des naturfaserverstärkten Kunststoffes ist nicht auf die oben beschriebene Herstellungstechnik beschränkt, sondern lässt sich auch mit ähnlichen Verfahrenstechniken wie z. B. mit einem Planet- Walzen-Extruder, mit einem Ein- oder Mehrschnecken-Extruder oder dgl. durchführen. An extruder for producing a natural fiber-reinforced plastic comprises, for example, a metering unit, a cylinder, an extruder screw arranged in the cylinder, a tempering device, an extrusion nozzle and a drive device. The dosage unit contains a matrix plastic which is in granulated form. The extruder screw has a first kneading area and a second kneading area. The first kneading zone is located at the connection of the dosing unit to the cylinder of the extruder. The matrix plastic is fed into the cylinder via the metering unit and heated, melted and kneaded in the first section of the extruder screw. The melt is in the advantageous embodiment at least 300 ° C, in particular at least 240 ° C. The second section of the extruder screw begins at a connection of a further dosing unit for feeding the natural fibers into the melt. In the second area of the extruder screw, the natural fibers are kneaded with the molten matrix plastic. Via a supply device, a water-absorbing additive is added to the mixture. In a third area of the extruder screw, the water-absorbing aggregate, which is metered as a function of the residual moisture of the natural fibers, is kneaded with the molten mixture. The production of natural fiber reinforced plastic is not limited to the production technique described above, but can also be with similar process techniques such. B. with a planetary roller extruder, with a single or multi-screw extruder or the like. Perform.
Um ein Granulat oder Pellets herzustellen, wird das Extrudat anschließend z. B. zu gleichmäßigen runden Strängen ausgeformt, die in einem Wasserbad heruntergekühlt und anschließend geschnitten werden. Ebenso können Granulat oder Pellets auch mit dem Verfahren der Unterwassergranulierung hergestellt werden. Eine Herstellung von Granulat oder Pellets ist auch durch Heißabschlag möglich. Zur Herstellung von Endlosbauteilen wie Rohren oder Profilen ist nach der Extrusion ein anschließender Kalibrationsschritt erforderlich, der ggf. im Vakuum und/oder unter Wasserkühlung durchgeführt wird. Als Matrixkomponente kann grundsätzlich jede Art der Kunststoffe eingesetzt werden. Insbesondere für die Weiterverarbeitung von Granulaten oder Pellets eignen sich jedoch thermoplastische Kunststoffe, da diese durch eine erneute Erwärmung beliebig formbar sind. In besonders vorteilhafter Ausführung ist der Matrixkunststoff ein Polyamid. In vorteilhaftem Ausführungsbeispiel kann der Matrixkunststoff auch aus der Gruppe der Stoffe Polypropylen, Polyethylen, Polyestern, Polycarbonat oder Migmin, Polylactide oder andere, ausgewählt sein. To produce granules or pellets, the extrudate is then z. B. formed into uniform round strands, which are cooled down in a water bath and then cut. Likewise, granules or pellets may also be made by the underwater pelletizing process. A production of granules or pellets is also possible by hot stamping. For the production of continuous components such as pipes or profiles, a subsequent calibration step is required after the extrusion, which is optionally carried out in a vacuum and / or under water cooling. In principle, any type of plastics can be used as the matrix component. In particular, for the further processing of granules or pellets, however, are thermoplastics, since they are arbitrarily malleable by reheating. In a particularly advantageous embodiment of the matrix plastic is a polyamide. In an advantageous embodiment, the matrix plastic also from the group of Polypropylene, polyethylene, polyesters, polycarbonate or migmine, polylactides or others.
Als Naturfasern können grundsätzlich alle Naturfasern eingesetzt werden. In besonders vorteilhafter Ausführung sind die Naturfasern Bambusfasern. Als Naturfasern können jedoch auch Pflanzenfasern, Fasern tierischen Ursprungs oder mineralische Fasern eingesetzt werden. Unter den Pflanzenfasern haben sich als besonders vorteilhaft Bastfasern, Hartfasen, Samenfasern, Flach-, Hanf-, Jute-, Ramie-, Sisal-, Kenaf-, Bananen- Kokos- oder aber auch Holzfasern oder dgl. erwiesen. In principle, all natural fibers can be used as natural fibers. In a particularly advantageous embodiment, the natural fibers are bamboo fibers. As natural fibers, however, plant fibers, fibers of animal origin or mineral fibers can be used. Bast fibers, hard chamfers, seed fibers, flat, hemp, jute, ramie, sisal, kenaf, banana, coconut or even wood fibers or the like have proved to be particularly advantageous among the plant fibers.
Als wasserabsorbierender Zuschlagstoff kann in einem vorteilhaften Ausführungs- beispiel Zeolith eingesetzt werden. Als Zeolithe können synthetische, aber auch natürlich vorkommende Zeolithe verwendet werden. Zeolithe sind kristalline Alumo- silicate. Mittels dem Zusatz der Zeolithe in das Gemisch aus einer Kunststoffmatrix und Naturfasern bilden sich in diesem Mikroporen aus, die netzwerkartigen Hohlraum- geflechten entsprechen. In diesen Mikroporen kann das Wasser auf einfache Weise eingelagert werden und damit das Zeolith als Wasserspeicher oder Feuchtigkeitspuffer dienen. Das Zeolith kann bis zum 4fachen des Eigengewichts an Wasser aufnehmen und wieder abgeben. In vorteilhafter Ausführung ist das Zeolith in seiner Struktur bei einer Temperatur von mindestens 1200°C, vorteilhaft von mindestens 600°C, insbesondere von mindestens 300°C beständig. Auch im hergestellten Fertigteil kann das Wasser bzw. die Restfeuchte im naturfaserverstärkten Kunststoff in den Mikroporen der Zeolithe aufgenommen und wieder abgegeben werden, ohne dabei das Fertigteil in seiner Struktur zu beeinträchtigen. Für eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Mikroporen kann eine weitere Zugabe von Additiven vorteilhaft sein. As a water-absorbing additive zeolite can be used in an advantageous embodiment. As zeolites, synthetic, but also naturally occurring zeolites can be used. Zeolites are crystalline aluminosilicates. By adding the zeolites into the mixture of a plastic matrix and natural fibers, micropores form in this microstructure, which correspond to network-like cavity networks. In these micropores, the water can be stored in a simple manner and thus serve the zeolite as a water reservoir or moisture buffer. The zeolite can take up to 4 times its own weight in water and release it again. In an advantageous embodiment, the zeolite in its structure at a temperature of at least 1200 ° C, preferably of at least 600 ° C, in particular of at least 300 ° C resistant. Even in the manufactured finished part, the water or the residual moisture in natural fiber reinforced plastic can be taken up in the micropores of the zeolites and released again, without affecting the finished part in its structure. For a particularly advantageous embodiment of the micropores, a further addition of additives may be advantageous.
Als wasserabsorbierende Zuschlagstoffe können auch Superabsorber-Polymere eingesetzt werden. Die Superabsorber-Polymere sind Kunststoffe, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an polaren Flüssigkeiten aufnehmen. Bei Aufnahme der Flüssigkeit quillt der Superabsorber auf und bildet ein Hydrogel. Die Superabsorber-Polymere können synthetisch oder natürlich sein. In besonders vorteilhafter Ausführung beträgt die mittlere Korngröße der Superabsorber-Polymere 500 μιη. In vorteilhafter Ausführung sind die Superabsorber-Polymere aus der Gruppe der Stoffe, bestehend aus vernetzten oder teilvernetzten Polyacrylathen, wie Natriumpolyacrylat und/oder Kalium- acrylat oder Acrylamid, ausgewählt. Als besonders vorteilhaft hat sich das bei derAs water-absorbing additives and superabsorbent polymers can be used. Superabsorbent polymers are plastics that absorb many times their own weight in polar liquids. Upon absorption of the liquid, the superabsorbent swells and forms a hydrogel. The superabsorbent polymers can be synthetic or natural. In a particularly advantageous embodiment, the mean grain size of the superabsorbent polymers is 500 μιη. In an advantageous embodiment, the superabsorbent polymers are selected from the group of substances consisting of crosslinked or partially crosslinked polyacrylates, such as sodium polyacrylate and / or potassium acrylate or acrylamide. Be particularly advantageous in the
Wasseraufnahme des Superabsorber-Polymere entstehende Hydrogel erwiesen, das zusätzlich als Plastifizierungsmittel dient. Dadurch wird eine bessere Plastizität, Formstabilität und eine höhere Ausstoßleistung des naturfaserverstärkten Kunststoffes ermöglicht. Da Polyamide, im naturfaserverstärkten Kunststoff vorliegend, Wasser auf- nehmen und abgeben, kann das Superabsorber-Polymer durch die Ausbildung eines Hydrogels die Trocken- als auch die Schlagzähigkeit positiv beeinflussen. Water uptake of superabsorbent polymers hydrogel emerged, which also serves as a plasticizer. This allows a better plasticity, dimensional stability and a higher output of natural fiber reinforced plastic. Since polyamides, which are present in natural-fiber-reinforced plastic, absorb and release water, the superabsorbent polymer can have a positive influence on both dry and impact resistance by forming a hydrogel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann der naturfaserverstärkte Kunststoff mindestens zwei wasserabsorbierende Zuschlagstoffe enthalten. Die Zuschlagstoffe können aus Zeolith und aus Superabsorber-Polymeren bestehen. Zusätzlich können die Superabsorber-Polymere auch mit organischen Zuschlägen und/oder mit mineralischen Zuschlägen versetzt werden. Derartige mineralische Zuschlagstoffe können beispielsweise aus der Gruppe der Stoffe, Mischung aus feingemahlenem Glas, keramische Glas- fritten, Kalifeldspat, Nephelinsyenit oder Colemanit, ausgewählt sein. Derartige mineralische Zuschlagstoffe fördern die Ausbildung von Mikroporen zu dünnwandigen Hohlkugeln und stabilisierenden keramischen Stützgewerken. Zur Ausbildung keramisch ausgekleideter Poren können auch geblähte, gebrochene Perlitpartikel eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Mischung aus geblähten Perlit- partikeln in Abmischung mit ungeblähtem Perlitstaub, insbesondere mit einer mittleren Partikelgröße von 800 μιη erwiesen. Während des Verarbeitungsprozesses expandiert der Perlitstaub und keramisiert derart, dass die entstehenden Mikroporen stabilisiert werden. Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführung des naturfaserverstärkten Kunststoffs kann durch die Zugabe von metal organic frameworks ermöglicht werden. Diese führen insbesondere in Verbindung mit den wasserabsorbierenden Zuschlagstoffen Zeolith zu derartigen Mikroporen, die auch bei höheren Temperaturen zwischen 240°C bis 900°C, insbesondere zwischen 300°C bis 900°C, eine hohe Wasserspeicherung in dem naturfaserverstärkten Kunststoff ermöglichen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel enthält den Zuschlagstoff core fiber pipe, welcher insbesondere in Kombination mit den Super- absorber-Polymeren unter der Poresierung des naturfaserverstärkten Kunststoffs eine zusätzlich Erhöhung der Formstabilität und eine erhöhte Wasserspeicherung ermöglicht. In a further advantageous embodiment, the natural fiber-reinforced plastic may contain at least two water-absorbing additives. The aggregates may consist of zeolite and of superabsorbent polymers. In addition, the superabsorbent polymers can also be mixed with organic aggregates and / or with mineral aggregates. Such mineral aggregates may be selected, for example, from the group of substances, mixture of finely ground glass, ceramic glass frits, potassium feldspar, nepheline syenite or colemanite. Such mineral aggregates promote the formation of micropores to thin-walled hollow spheres and stabilizing ceramic Stützgewerken. To form ceramic-lined pores, it is also possible to use expanded, broken pearlite particles. A mixture of expanded perlite particles in admixture with unblooded perlite dust, in particular with an average particle size of 800 μm, has proven to be particularly advantageous. During the processing process, the pearlite dust expands and ceramizes so as to stabilize the resulting micropores. A likewise advantageous embodiment of the natural-fiber-reinforced plastic can be made possible by the addition of metal organic frameworks. These lead in particular in conjunction with the water-absorbing additives zeolite to such micropores that allow high water storage in the natural fiber reinforced plastic even at higher temperatures between 240 ° C to 900 ° C, especially between 300 ° C to 900 ° C. Another embodiment contains the aggregate core fiber pipe, which, in particular in combination with the superabsorbent polymers under the pores of the natural fiber reinforced plastic, allows an additional increase in dimensional stability and increased water storage.
Zuschläge zur Brückenbildung zwischen Naturfaser und Kunststoffmatrix sind nicht notwendig. Um in vorteilhafter Ausführung jedoch die Festigkeit und Elastizität des naturfaserverstärkten Kunststoffs zu erhöhen, kann Schlichte als Bindemittel zwischen Naturfaser und Kunststoffmatrix zugefügt werden. Supplements for bridging between natural fiber and plastic matrix are not necessary. However, in order to increase the strength and elasticity of the natural-fiber-reinforced plastic in an advantageous embodiment, sizing agent can be added as a binder between natural fiber and plastic matrix.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Kunststoffes umfasst die Zusammensetzung des Kunststoffes einen thermoplastischen Kunststoff, einen wasserabsorbierenden Zuschlagstoff und weiterverarbeitete Naturfasern, insbesondere Kohlenstofffasern. Demnach fällt unter den Begriff der Naturfaser auch eine weiter- verarbeitete Naturfaser. Die Kohlenstofffasern sind aus weiterverarbeiteten Naturfasern gebildet. Derartige Kohlenstofffasern werden vorzugsweise aus einer Verkokung der Naturfasern hergestellt. Dabei wird die Naturfaser in einem Pyrolyseprozess zur sogenannten Pflanzenkohle carbonisiert. Bei der Herstellung der carbonisierten Kohlenstofffasern entsteht ein, insbesondere gegenüber Glasfasern, vergleichsweise sehr geringer Anteil Kohlenstoffdioxid. Der Massenanteil an Kohlenstoffdioxid beträgt in Bezug auf die nicht carbonisierte Naturfaser in etwa 2%. Dadurch ist die Herstellung mittels Pyrolyse von Kohlenstofffasern aus Naturfasern vergleichsweise umweltfreundlich und zugleich schonend für die Produktionsmittel. Im Pyrolyseprozess kann beispielsweise mittels der Höhe der Temperatur der Massenanteil an Kohlenstoff in der Pflanzenkohle eingestellt werden. Dabei bleibt die Naturfaser in ihrer Struktur im Wesentlichen erhalten, wobei sich der Massenanteil an Kohlenstoff in der In an advantageous further development of the plastic according to the invention, the composition of the plastic comprises a thermoplastic, a water-absorbing additive and further processed natural fibers, in particular carbon fibers. Accordingly, the term natural fiber also includes a further processed natural fiber. The carbon fibers are formed from further processed natural fibers. Such carbon fibers are preferably made from a coking of natural fibers. The natural fiber is carbonized in a pyrolysis process to the so-called biochar. In the production of the carbonized carbon fibers, a comparatively very small amount of carbon dioxide is formed, in particular with respect to glass fibers. The mass fraction of carbon dioxide in relation to the non-carbonized natural fiber is about 2%. As a result, the production by means of pyrolysis of carbon fibers from natural fibers is comparatively environmentally friendly and at the same time gentle on the means of production. In the pyrolysis process, for example, by means of the height of the temperature, the mass fraction of carbon in the biochar can be adjusted. The natural fiber remains in its structure Essentially obtained, wherein the mass fraction of carbon in the
carbonisierten Naturfaser, also in der dann entstandenen Kohlenstofffaser, erhöht. Der Massenanteil an Kohlenstoff beträgt in der Kohlenstofffaser vorzugsweise mindestens 90%, vorteilhaft mindestens 95%. Die Kohlenstofffaser kann dann für sich alleine oder auch in einem Gemisch aus zusätzlichen Fasern, insbesondere Naturfasern, weiter verarbeitet werden. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung einer Kohlenstofffaser werden vorzugsweise Bambusfasern eingesetzt. Die Bambusfasern können als Kurzfaser, Mittelfaser und/oder als Langfaser eingesetzt werden. Auch die Verwendung der Bambusfaser als Strang ist möglich. Ein Vorteil der Bambusfasern besteht in ihrer ver- gleichsweise niedrigen Dichte von in etwa 0,46g/cm3. Dadurch haben Bambusfasern im Vergleich zu anderen Fasern ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit. Ein weiterer Vorteil der Pfianzenkohle gegenüber handelsüblicher Kohle ist, dass in der Pflanzenkohle kein Schwefelanteil vorliegt. Der in der Kohle vorhandene Schwefelanteil muss bei der Weiterverarbeitung aufwendig herausdestilliert werden. carbonized natural fiber, so in the resulting carbon fiber, increased. The mass fraction of carbon in the carbon fiber is preferably at least 90%, advantageously at least 95%. The carbon fiber can then be further processed on its own or in a mixture of additional fibers, in particular natural fibers. As the starting material for producing a carbon fiber bamboo fibers are preferably used. The bamboo fibers can be used as short fiber, middle fiber and / or as long fiber. The use of bamboo fiber as a strand is also possible. An advantage of the bamboo fibers is their comparatively low density of about 0.46 g / cm 3 . As a result, bamboo fibers have a low weight compared to other fibers with high tensile strength. Another advantage of the charcoal compared to commercial coal is that there is no sulfur in the biochar. The presence of sulfur in the coal must be distilled out consuming during further processing.
Die in dem mit Naturfasern verstärkten Kunststoff enthaltenen wasserabsorbierenden Zuschlagstoffe können sowohl Wasser speichern als auch wieder abgeben. The water-absorbing additives contained in the plastic reinforced with natural fibers can both store and release water.
Carbonisierte Naturfasern sind vergleichsweise trocken und enthalten nur noch sehr wenig Feuchtigkeit. Durch die Zuschlagstoffe kann bei dem erfindungsgemäßen faser- verstärkten Kunststoff auch Feuchtigkeit abgegeben und dadurch die Schlagzähigkeit des Kunststoffes verbessert werden. Superabsorber bilden ein Gel aus, durch welches die trockenen carbonisierten Fasern geschmiert werden. Carbonized natural fibers are relatively dry and contain only very little moisture. Moisture can also be released by the additives in the fiber-reinforced plastic according to the invention, thereby improving the impact resistance of the plastic. Superabsorbents form a gel through which the dry carbonized fibers are lubricated.

Claims

Ansprüche claims
Ein mit Naturfasern verstärkter Kunststoff, bestehend aus einem thermoplastischen Kunststoff und Naturfasern, A natural fiber reinforced plastic consisting of a thermoplastic and natural fibers,
dadurch gekennzeichnet, dass der mit Naturfasern verstärkte Kunststoff einen wasserabsorbierenden Zuschlagstoff enthält, wobei mittels des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffs eine Restfeuchte der Naturfasern dauerhaft gebunden ist.  characterized in that the reinforced with natural fibers plastic contains a water-absorbing additive, wherein by means of the water-absorbing additive, a residual moisture of the natural fibers is permanently bonded.
Naturfaserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1 , Natural fiber reinforced plastic according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff aus Zeolith besteht.  characterized in that the aggregate consists of zeolite.
Naturfaserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1 , Natural fiber reinforced plastic according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff aus Superabsorber-Polymeren besteht.  characterized in that the aggregate consists of superabsorbent polymers.
Naturfaserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1 , Natural fiber reinforced plastic according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der naturfaserverstärkte Kunststoff mindestens zwei wasserabsorbierende Zuschlagstoffe enthält, wobei ein Zuschlagstoff aus Zeolith und ein weiterer Zuschlagstoff aus Superabsorber-Polymeren besteht.  characterized in that the natural fiber reinforced plastic contains at least two water-absorbing additives, wherein an aggregate of zeolite and another additive consists of superabsorbent polymers.
5. Naturfaserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 3 oder 4, 5. Natural fiber reinforced plastic according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, dass an den Superabsorber-Polymeren fein gemahlene mineralische Zuschlagstoffe zur Ausbildung von Mikroporen gebunden sind. Naturfaserverstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffs die Restfeuchte der Naturfasern bei einer Temperatur des naturfaserverstärkten Kunststoffes von bis zu 300° dauerhaft gebunden ist. characterized in that finely ground mineral aggregates are bound to the formation of micropores on the superabsorbent polymers. Natural fiber reinforced plastic according to one of claims 1 to 5, characterized in that by means of the water-absorbing additive, the residual moisture content of natural fibers at a temperature of the natural fiber reinforced plastic of up to 300 ° is permanently bonded.
Naturfaserverstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern Bambusfasern sind. Natural fiber-reinforced plastic according to one of claims 1 to 6, characterized in that the natural fibers are bamboo fibers.
Bauteil aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff, Component made of a natural fiber-reinforced plastic,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus einem naturfaserverstärktencharacterized in that the component made of a natural fiber reinforced
Kunststoff gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 besteht. Plastic according to claims 1 to 7.
Granulat, insbesondere Pellets, aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat, insbesondere die Pellets, aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 besteht. Granules, in particular pellets, of a natural fiber-reinforced plastic, characterized in that the granules, in particular the pellets, consists of a natural fiber-reinforced plastic according to claims 1 to 7.
Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 aufweisend die folgenden Schritte: Process for producing a natural fiber-reinforced plastic according to claims 1 to 7, comprising the following steps:
a) Koextrusion des thermoplastischen Kunststoffes, des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffes, insbesondere des Zuschlagstoffes zur Mikroporenbildung, und der Naturfasern, a) coextrusion of the thermoplastic material, of the water-absorbing aggregate, in particular of the aggregate for microporous formation, and of the natural fibers,
b) Extrusion von Granulat, Pellets, Bauteilen oder Endlosbauteilen. b) Extrusion of granules, pellets, components or endless components.
Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Kunststoffs nach Anspruch 10, Process for producing a natural fiber-reinforced plastic according to Claim 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des thermoplastischen Kunststoffs, des wasserabsorbierenden Zuschlagstoffs, insbesondere des Zuschlagstoffes zur Mikroporenbildung, und der Naturfasern mindestens 240°C beträgt. characterized in that the temperature of the thermoplastic material, the water-absorbing additive, in particular the aggregate for micro pore formation, and the natural fibers is at least 240 ° C.
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