DE102007025331A1 - Multilayer material plate, in particular of hemp - Google Patents
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Abstract
Die mehrschichtige Werkstoffplatte (1) umfasst eine Kernschicht (3) im Wesentlichen aus durch Bindemittel gebundenen Hanfschäbenpartikeln und je eine Deckschicht (5) beiderseits der Kernschicht (3) im Wesentlichen aus durch Bindemittel gebundenen Hanffaserpartikeln. Eine solche Werkstoffplatte (1) zeichnet sich durch hohe Festigkeit bei vergleichsweise geringer Rohdichte aus.The multilayer material plate (1) comprises a core layer (3) essentially of hemp sheath particles bound by binder and one cover layer (5) on both sides of the core layer (3) essentially of hemp fiber particles bound by binder. Such a material plate (1) is characterized by high strength at comparatively low density.
Description
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Werkstoffplatte aus durch Bindemittel gebundenen Pflanzenpartikeln von Naturfasern bildenden Pflanzen, insbesondere Hanf.The Invention relates to a multilayer material plate by Binder bound plant particles of natural fibers forming Plants, especially hemp.
Herkömmliche Werkstoffplatten, wie sie üblicher Weise zum Beispiel im Gebäudebau oder im Möbelbereich eingesetzt werden, bestehen aus heiß verpressten Holzfasern oder Holzspänen, die durch holzeigenes Lignin oder den Holzfasern beziehungsweise Holzspänen zugemischtes Bindemittel aneinander gebunden sind. Holzspanplatten dieser Art haben eine für die genannten Einsatzzwecke hinreichende Festigkeit, sind aber bei einer mittleren Rohdichte von etwa 600 kg/m3 vergleichsweise schwer. Um glatte Plattenoberflächen zu erreichen, sind herkömmliche Holzspanplatten dreischichtig aufgebaut. Beiderseits einer Kernschicht aus vergleichsweise groben Holzspänen schließen sich Deckschichten aus feinen Holzspänen an.Conventional material plates, as they are commonly used, for example, in building or in the furniture sector, consist of hot pressed wood fibers or wood chips, which are bound by wood lignin itself or the wood fibers or wood chips mixed binder together. Chipboard of this type have a sufficient strength for the applications mentioned, but are comparatively heavy at an average density of about 600 kg / m 3 . In order to achieve smooth plate surfaces, conventional chipboards are constructed in three layers. On both sides of a core layer of comparatively coarse wood shavings, cover layers of fine wood shavings follow.
Für
eine Vielzahl Einsatzzwecke, beispielsweise im Leichtbaubereich,
im Möbelbereich, bei Arbeitsplatten, im Messebau oder im
Kraftfahrzeug- und Caravanbau besteht ein Bedarf an leichteren Werkstoffplatten
aus nachwachsenden Rohstoffen. Eine hierfür geeignete Platte
ist aus
Um
die Festigkeit zu erhöhen, ist es bei einer aus
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkstoffplatte aus nachwachsenden Rohstoffen anzugeben, die eine vergleichsweise geringe Rohdichte mit hoher Festigkeit verbindet.task The invention is a material plate from renewable raw materials indicate a comparatively low density with high Strength connects.
Die Erfindung geht aus von einer mehrschichtigen Werkstoffplatte aus durch Bindemittel gebundenen Pflanzenpartikeln von Naturfasern bildenden Pflanzen, insbesondere Hanf und ist gekennzeichnet durch eine Kernschicht im Wesentlichen aus durch Bindemittel gebundenen Schäbenpartikeln der Pflanze, insbesondere Hanfschäbenpartikeln und je einer Deckschicht beiderseits der Kernschicht im Wesentlichen aus durch Bindemittel gebundenen Faserpartikeln der Pflanzen, insbesondere Hanffaserpartikeln.The The invention is based on a multilayer material plate Binder-bound plant particles of natural fibers forming Plants, especially hemp and is characterized by a core layer essentially from binder particles bound by binder the plant, in particular hemp shives particles and one each Cover layer on both sides of the core layer essentially by Binder bound fiber particles of the plants, in particular Hemp fiber particles.
Da in der Kernschicht, die bevorzugt mehr als die Hälfte der Plattendicke einnimmt, im Wesentlichen nur Schäben enthalten sind, hat die Werkstoffplatte insgesamt eine vergleichsweise geringe Rohdichte. In den Deckschichten sind im Wesentlichen nur Fasern enthalten, die hier für eine hohe Festigkeit der Werkstoffplatte sorgen.There in the core layer, which prefers more than half of the Plattendicke occupy, essentially only contain shives are, the material plate has a comparatively low overall Bulk density. In the cover layers are essentially only fibers included here for a high strength of the material plate to care.
Als Grundlage erfindungsgemäßer Werkstoffplatten eignen sich vergleichsweise rasch wachsende Pflanzen (Jährlingsgewächse) mit einem „verholzten", inneren Schäbenbereich und einem äußeren Bereich aus ablösbaren Fasern, wie zum Beispiel Flachs oder, was bevorzugt ist, Hanf. Es versteht sich, dass auch Mischungen der Bestandteile solcher Pflanzen eingesetzt werden können, sofern im Wesentlichen in der Kernschicht Schäbenpartikel und in den Deckschichten Faserpartikel enthalten sind. Da sich Schäbenpartikel und Faserpartikel industriell nicht vollständig voneinander trennen lassen, wird auch die Kernschicht in aller Regel einen herstellungsbedingt geringen Anteil an Faserpartikeln enthalten, wie auch die Deckschichten mit einem gewissen Anteil an Schäbenpartikel „verunreinigt" sein werden. Der Anteil an Schäbenpartikel in den Deckschichten ist zweckmäßigerweise kleiner als 15% bezogen auf das Gewicht der Faserpartikel in den Deckschichten.When Basis of inventive material plates are suitable comparatively rapidly growing plants (yearling plants) with a "woody" inner shroud area and an outer area of removable Fibers, such as flax or, what is preferred, hemp. It It is understood that mixtures of the components of such plants are also used can be essentially provided in the core layer Shear particles and in the outer layers of fiber particles are included. As shives particles and fiber particles not completely separate from each other industrially, The core layer is usually a production-related contain small proportion of fiber particles, as well as the outer layers "contaminated" with a certain proportion of shives particles will be. The proportion of shives particles in the surface layers is suitably less than 15% on the weight of the fiber particles in the cover layers.
In einer bevorzugten Ausgestaltung basiert die Werkstoffplatte im Wesentlichen ausschließlich auf Hanfschäbenpartikeln und Hanffaserpartikeln. Um den Hanfrohstoff optimal ausnutzen zu können, werden die Hanfpflanzen ganzheitlich genutzt. Zweckmäßigerweise wird der gesamte, verwertbare Faseranteil den Deckschichten zugeführt, während der gesamte nutzbare Schäbenanteil in der Kernschicht genutzt wird. Bezogen auf das Gesamtgewicht der Pflanzenpartikel beträgt der Gewichtsanteil an Hanfschäbenpartikeln etwa zwischen 60% und 80% und der Gewichtsanteil an Hanffaserpartikeln etwa zwischen 20% und 40%. Bei einer solchen Anteilsverteilung lassen sich zudem sehr gute Festigkeitswerte bei vergleichsweise geringer Rohdichte erreichen.In According to a preferred embodiment, the material plate is essentially based exclusively on hemp hull particles and hemp fiber particles. Around To make optimal use of the hemp raw material, the Hemp plants used holistically. Conveniently, the entire usable fiber content is supplied to the cover layers, while the total usable shives share in the core layer is used. Based on the total weight of Plant particles is the proportion by weight of hemp barley particles between about 60% and 80% and the weight fraction of hemp fiber particles approximately between 20% and 40%. With such a share distribution let In addition, very good strength values at relatively low Reach raw density.
Unter einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Werkstoffplatte aus Pflanzenpartikeln von Naturfasern bildenden Pflanzen, insbesondere Hanf und speziell ein Verfahren zum Herstellen der vorangegangen erläuterten Werkstoffplatte. Das Verfahren soll sich mit einfachen Mitteln industriell durchführen lassen.Under In a second aspect, the invention relates to a method of manufacturing a multilayer material plate of plant particles of Natural fiber-forming plants, especially hemp and especially one Method for producing the preceding explained Material board. The process should be industrial with simple means let carry out.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Faseranteil und der Schäbenanteil der Pflanzen im Wesentlichen voneinander getrennt und getrennt zu Partikeln mit streufähigen Abmessungen verarbeitet. Die Schäbenpartikel einerseits und die Faserpartikel andererseits werden dann gesondert mit Bindemittel gemischt. Auf eine Unterlage werden sodann zuerst eine Schicht der mit Bindemittel gemischten Faserpartikel, dann eine Schicht der mit Bindemittel gemischten Schäbenpartikel und dann eine weitere Schicht der mit Bindemittel gemischten Faserpartikel aufgestreut, bevor abschließend die übereinander liegenden Schichten gemeinsam kontinuierlich oder diskontinuierlich heiß verpresst werden. Es versteht sich, dass sich an den Heißpressschritt eine Abkühlphase und gegebenenfalls ein Konfektionierungsschritt anschließen kann.With the process according to the invention is the fiber content and the proportion of shives of the plants substantially from each other separated and separated into particles with scatterable dimensions processed. The shives particles on the one hand and the fiber particles on the other hand, then are mixed separately with binder. On a pad will then first be a layer of binder mixed fiber particles, then a layer of binder mixed Shear particles and then another layer of binder mixed fiber particles scattered before final the superimposed layers together continuously or hot pressed discontinuously. It goes without saying that is to the hot pressing step, a cooling phase and optionally connect a confectioning step can.
Um die Faseranteile besser von den Schäbenanteilen trennen zu können, werden die Pflanzen bevorzugt in an sich bekannter Weise geröstet, bevor durch gleichfalls bekannte Trennverfahren, zum Beispiel mittels einer Schwinge der Faseranteil vom Schäbenanteil getrennt wird.Around Separate the fiber components better from the shives components to be able to, the plants are preferably in per se known Roasted before by likewise known separation methods, For example, by means of a rocker, the fiber content of the shives share is disconnected.
Besonders hohe Werte der Festigkeit lassen sich erreichen, wenn die Schäbenpartikel eine definierte Geometrie haben. Die Schäbenpartikel haben bevorzugt eine langgestreckte Form und sind im Wesentlichen weniger als 20 mm, jedoch mehr als 2 mm lang. Die Breite der Schäbenpartikel soll im Wesentlichen zwischen 1 mm und 3 mm liegen, wobei die Dicke im Wesentlichen zwischen 0,1 und 2 mm liegt. Solche Schäbenpartikel lassen sich homogen streuen und haben die Tendenz, sich mit ihrer Flachseite längs der Plattenfläche abzulegen, was der Festigkeit der Platte zugute kommt.Especially high levels of strength can be achieved when the shives particles have a defined geometry. The shives particles are preferred an elongated shape and are substantially less than 20 mm, but more than 2 mm long. The width of the shives particles should be substantially between 1 mm and 3 mm, with the thickness is substantially between 0.1 and 2 mm. Such shives particles can be dispersed homogeneously and have a tendency to interfere with their Lay flat side along the plate surface, what the strength of the plate benefits.
Um die Faserpartikel problemlos streuen zu können, haben die Faserpartikel im Wesentlichen eine Länge von weniger als 25 mm, vorzugsweise weniger als 20 mm. Als besonders günstig haben sich Faserpartikel erwiesen, die zwischen 6 bis 12 mm lang sind. Um eine hinreichende Festigkeit bei nicht zu hohem Bindemittelanteil zu erreichen, sollten die Faserpartikel jedoch länger als 2 mm sein.Around the fiber particles can easily scatter, have the Fiber particles are essentially less than 25 mm, preferably less than 20 mm. As a particularly favorable Fiber particles have proven to be between 6 to 12 mm long are. To a sufficient strength at not too high binder content However, the fiber particles should be longer than 2 mm.
Es versteht sich, dass die vorangegangen erwähnten Abmessungen der Schäbenpartikel und der Faserpartikel die Abmessungen des überwiegenden Anteils dieser Partikel bezeichnen. In der industriellen Fertigung solcher Partikel folgt die Verteilung der Partikelgröße angenähert einer Glockenkurve, sodass zu einem gewissen Anteil auch kürzere und längere Partikel vorhanden sein werden.It It is understood that the previously mentioned dimensions the shives particles and the fiber particles the dimensions the majority of these particles denote. In The industrial production of such particles is followed by the distribution the particle size approximates a bell curve, so that to a certain extent shorter and longer Particles will be present.
Die
Schäbenpartikel der Kernschicht einerseits und die Faserpartikel
der Deckschichten andererseits können mit demselben Bindemitteltyp,
aber auch mit unterschiedlichen Bindemitteltypen gebunden sein.
Zweckmäßigerweise ist der Bindemittelanteil der
Deckschichten höher bezogen auf das Atro-Trockengewicht
der Faserpartikel als der Bindemittelanteil in der Kernschicht,
wiederum bezogen auf das Atro-Trockengewicht der Schäbenpartikel. Die
Bindemittelanteile der Schichten
Als Bindemittel für die Kernschicht einerseits und die Deckschichten andererseits eignen sich zum Beispiel Polyisocyanat-Klebstoffe (PMDI-Klebstoffe) oder Harnstoff-Formaldehyd-Harze (UF-Harze) oder Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze (MUF-Harze) oder Melamin-Harnstoff-Phenol-Formaldehyd-Harze (MUPF-Harze) oder Phenol-Harze (PF-Harze). Als Bindemittel der Kernschicht eignen sich insbesondere auch Polyurethan-Klebstoffe (PUR-Klebstoffe) oder Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harze (PUF-Harze), während als Bindemittel für die Deckschichten auch thermoplastische Bindemittel, insbesondere auch in Form von Bindemittelfasern zweckmäßig eingesetzt werden können. Es versteht sich, dass das Bindemittel der Kernschicht bzw. der Deckschichten auch Kombinationen der genannten oder weiterer Bindemitteltypen umfassen kann.When Binder for the core layer on the one hand and the outer layers On the other hand, for example, polyisocyanate adhesives (PMDI adhesives) or Urea-formaldehyde resins (UF resins) or melamine-urea-formaldehyde resins (MUF resins) or melamine-urea-phenol-formaldehyde resins (MUPF resins) or phenolic resins (PF resins). Suitable binders of the core layer are in particular polyurethane adhesives (PUR adhesives) or phenol-urea-formaldehyde resins (PUF resins), while as a binder for the outer layers also thermoplastic binders, especially in the form of Binder fibers are used appropriately can. It is understood that the binder of the core layer or the outer layers and combinations of the above or others Binder types may include.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Bindemittel zumindest für die Kernschicht, zweckmäßigerweise aber auch für die Deckschichten PMDI- Klebstoff eingesetzt. Um während des Fertigungsprozesses zu verhindern, dass die Deckschichten in diesem Fall an kontaktierenden Flächen der Produktionsanlage ankleben, werden diese Flächen mit einem Trennmittel behandelt, oder es werden zusätzliche Trennschichten aufgebracht. Als Trennmittel können auf die kontaktierenden Anlagenflächen flüssige Trennmittel, z. B. Seifenlauge oder dergleichen aufgesprüht werden, oder aber es werden zusätzlich unter der unteren Deckschicht bzw. über der oberen Deckschicht Trennschichten aus bindemittelfreiem pflanzlichen Material, z. B. dem bei der Herstellung der Faserpartikel bzw. Schäbenpartikel anfallenden Staubresten aufgebracht. Die Trennschichten können an der Werkstoffplatte verbleiben, werden aber zweckmäßigerweise nach dem Heißverpressen der Platte wieder abgetragen.In a preferred embodiment is used as a binder at least for the core layer, but expediently also for the cover layers PMDI adhesive used. To while of the manufacturing process to prevent the cover layers in this Glue case to contacting surfaces of production plant, these surfaces are treated with a release agent, or additional separating layers are applied. As a release agent can on the contacting plant surfaces liquid Release agent, for. B. soapy water or the like sprayed be, or else it will be below the bottom Cover layer or over the upper cover layer separating layers from binder-free vegetable material, eg. B. in the production of Fiber particles or Schäbenpartikel accumulating dust residues applied. The separating layers can on the material plate remain, but are expediently after removed the hot pressing of the plate again.
Die Faserpartikel und gegebenenfalls auch die Schäbenpartikel werden vor oder während des Mischens mit dem Bindemittel zweckmäßigerweise hydrophobiert. Die Hydrophobierung kann beispielsweise mit Paraffin oder einem sonstigen Wachs erfolgen. Auf die Hydrophobierung der Schäbenpartikel kann verzichtet werden, wenn als Bindemittel der Kernschicht PMDI-Klebstoff benutzt wird.The fiber particles and, if appropriate, the shives particles are expediently rendered hydrophobic before or during mixing with the binder. The hydrophobing can be done for example with paraffin or other wax. On the hydrophobization of the shives particles can be omitted if used as a binder Core layer PMDI adhesive is used.
Das Bindemittel wird den Schäbenpartikeln und den Faserpartikeln in gesonderten Mischern zugemischt. Soweit es sich nicht um trockene Bindemittel handelt, werden die Partikel zur Verbesserung der Streufähigkeit nachfolgend zweckmäßigerweise getrocknet, bevor die mit dem Bindemittel gemischten Faserpartikel und Schäbenpartikel mit Hilfe von drei gesonderten Streumaschinen nacheinander auf eine an den Streumaschinen sich vorbeibewegende Unterlage zur Bildung des Schichtaufbaus gestreut werden. Bei der Unterlage kann es sich um einen verfahrbaren Tisch, aber auch um ein endloses Förderband oder dergleichen handeln. Das Verpressen kann in an sich bekannter Weise diskontinuierlich erfolgen, beispielsweise in dem die Unterlage unter einen flächigen Pressstempel fährt, der den Schichtaufbau heiß verdichtet. Bei kontinuierlichen Pressverfahren kann das aufgestreute Mehrschichten-Vlies unter Heißpresswalzen oder zwischen Heißpresswalzenpaare hin durchgeführt werden. Derartige Pressvorrichtungen sind bekannt; die Erfindung ist nicht auf die erläuterten Vorrichtungen beschränkt. Soweit auch für die Deckschichten in der vorstehend erläuterten Weise PMDI-Klebstoff als Bindemittel benutzt wird, werden die Unterlage sowie die Pressstempel bzw. Heißpresswalzen mit einem Trennmittel besprüht, oder aber es wird auf die Unterlage eine bindemittelfreie Trennschicht aus z. B. staubförmigen Pflanzenpartikeln aufgestreut, bevor die erste Deckschichtlage gestreut wird. In entsprechender Weise kann auch auf die obere Deckschichtlage eine Trennschicht aus staubförmigen Pflanzenpartikeln aufgestreut werden, bevor das Mehrschichten-Vlies heiß verpresst wird. Es versteht sich, dass auch lediglich eine Seite des Mehrschichten-Vlieses mit einer Trennschicht abgedeckt sein kann, während für die andere Seite die zum Heißverpressen vorgesehene Anlage mit Trennmittel behandelt wird.The Binder becomes the shives particles and the fiber particles mixed in separate mixers. As far as it is not dry Binder acts, the particles to improve throwing power subsequently expediently dried before the mixed with the binder fiber particles and Schben particles one after the other with the help of three separate spreading machines the spreading machines passing pad to form the Layer structure are scattered. The underlay may be a movable table, but also an endless conveyor belt or the like. The pressing can be known per se Way discontinuous, for example, in which the pad driving under a flat press die, the densifies the layer structure hot. In continuous pressing process For example, the scattered multi-layer nonwoven can be hot pressed or performed between pairs of hot press rolls become. Such pressing devices are known; The invention is not limited to the illustrated devices. As far as for the outer layers in the above-explained As PMDI adhesive is used as a binder, the backing becomes and the press punches or hot press rolls with a release agent sprayed or it is on the pad a binder-free Separating layer of z. B. dusty plant particles scattered before the first topcoat layer is scattered. In appropriate Way can also on the upper cover layer layer a release layer be sprinkled from dusty plant particles, before the multilayer nonwoven is hot pressed. It understands itself, that also only one side of the multi-layer fleece with a release layer may be covered while for the other side is the plant intended for hot-pressing is treated with release agent.
Der Pressgrad, dem das Mehrschichten-Vlies während des Heißpressschritts unterworfen wird, bestimmt auch die Rohdichte der fertiggestellten Werkstoffplatte. Durch geeignete Wahl der Rohdichte kann die Gewichtung der Eigenschaften der Platte festgelegt werden. Die Rohdichte erfindungsgemäßer Werkstoffeplatten liegt bevorzugt im Bereich zwischen 150 kg/m3 und 400 kg/m3. In diesem Rohdichtebereich hat die erfindungsgemäße Werkstoffeplatte gute Festigkeitseigenschaften bei guten Wärme- und Schalldämmeigenschaften. Im unteren Rohdichtebereich zwischen 150 kg/m3 bis 250 kg/m3 liegt der Schwerpunkt der Eigenschaften auf den Wärme- und Schalldämmeigenschaften, während im oberen Rohdichtebereich zwischen 250 kg/m3 und 400 kg/m3 der Schwerpunkt auf der hohen Festigkeit liegt.The degree of pressing to which the multilayer web is subjected during the hot press step also determines the bulk density of the finished board. By a suitable choice of the density, the weighting of the properties of the plate can be determined. The bulk density of inventive material plates is preferably in the range between 150 kg / m 3 and 400 kg / m 3 . In this gross density range, the material sheet according to the invention has good strength properties with good heat and sound insulation properties. In the lower gross density range between 150 kg / m 3 to 250 kg / m 3 , the focus of the properties on the thermal and sound insulation properties, while in the upper density range between 250 kg / m 3 and 400 kg / m 3, the focus is on the high strength ,
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigt:in the The invention is based on an embodiment explained. Hereby shows:
Die Hanfschäbenpartikel haben langgestreckte Form und haben im Wesentlichen eine Länge zwischen 2 bis 20 mm, bei einer Breite zwischen 1 und 3 mm und einer Dicke zwischen 0,1 bis 2 mm. Die Hanffaserpartikel sind ihrer Streufähigkeit wegen kurz und haben eine Länge zwischen 2 bis 20 mm, vorzugsweise zwischen 6 und 12 mm.The Hemp trash particles have elongated shape and have essentially a length between 2 to 20 mm, at one Width between 1 and 3 mm and a thickness between 0.1 and 2 mm. The Hemp fiber particles are short of their throwing power and have a length between 2 to 20 mm, preferably between 6 and 12 mm.
Entsprechend einer ganzheitlichen Nutzung der Hanfpflanzen beträgt der Anteil der Hanfschäbenpartikel 60 bis 80 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Pflanzenanteile, während der Anteil an Hanffaserpartikeln 40 bis 20 Gewichtsprozent beträgt.Corresponding a holistic use of the hemp plants is the Portion of hemp shed particles 60 to 80 percent by weight based on the total weight of the plant components, during the Proportion of hemp fiber particles is 40 to 20 percent by weight.
Die
Hanfschäbenpartikel der Kernschicht
Die
Werkstoffplatte
Wie
In
einem Schritt
Die
gegebenenfalls hydrophobierten Hanffaserpartikel werden in einem
Mischer
Den
drei Schichten der Werkstoffplatte
Wie
ein Pfeil
Bei
der Unterlage
Zweckmäßigerweise
enthalten die Deckschichten
Die heiß verpresste Werkstoffplatte kann einer Kühlzone zum Abkühlen zugeführt werden. Nicht näher dargestellt ist eine gegebenenfalls vorhandene Konfektioniermaschine, die die Werkstoffplatte insbesondere bei einer kontinuierlichen Herstellung in handhabungsfähige Plattengrößen zerteilt.The hot pressed material plate can ei ner cooling zone can be supplied for cooling. Not shown in detail is an optionally existing packaging machine, which parts the material plate, especially in a continuous production in manageable plate sizes.
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