DE102015121565A1

DE102015121565A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kompositwerkstoffplatte aus lignocellulosehaltigen Bestandteilen und Polyurethan

Info

Publication number: DE102015121565A1
Application number: DE102015121565.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Erbreich; Gerald Neubauer
Original assignee: Decon Wood - Hamburg Ug (haftungsbeschrankt)
Current assignee: Decon Wood - Hamburg Ug (haftungsbeschrankt)
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-14
Also published as: WO2017098054A2; WO2017098054A3

Abstract

Um eine Kompositwerkstoffplatte einfach und kostengünstig herzustellen, wobei die Kompositwerkstoffplatte besonders leicht ist und dennoch eine hohe mechanische Festigkeit und gute Dämmeigenschaften aufweist, wird vorgeschlagen, dass lignocellulosehaltige Bestandteile, bevorzugterweise aus Holz, mit Polyurethan vermischt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kompositwerkstoffplatte sowie eine Kompositwerkstoffplatte selbst.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden, eines ersten Bauteils, insbesondere einer Kompositwerkstoffplatte, mit einem zweiten Bauteil, insbesondere einem Wandabschnitt, einem Fußbodenabschnitt, einem Deckenabschnitt oder einer anderen Kompositwerkstoffplatte.
Stand der Technik
Die Verwendung von Leichtbauwerkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen (Kompositwerkstoffen) ist in der Holzwerkstoffindustrie bekannt. Üblich ist beispielsweise die Herstellung von Leichtbauplatten mit einem Hexagon-Wabenkern aus Papier, mit Stäben aus leichten Hölzern oder mit einem schaumartigen Kern zu fertigen. Der Kern wird dann beidseitig mit Deckschichten abgedeckt bzw. geschützt. Derartige Deckschichten können aus dünnem Sperrholz bestehen oder in Form einer Holzwerkstoffplatte, beispielsweise einer mitteldichten Holzfaserplatte (MDF), einer Spanplatte oder einer Mehrschichtplatte (OSB) bereitgestellt werden. Nachteilig ist bei derartigen Leichtbauplatten, dass die Seiten in einem separaten Verfahrensschritt geschlossen, beispielsweise umleimt, werden müssen.
Die Anforderungen an mehrschichtige Leichtbauplatten sind sehr unterschiedlich. Wichtig ist oft die Gewichtsersparnis zu vergleichbaren Produkten bzw. Platten. Ferner ist oft eine hohe mechanische Festigkeit (Scherfestigkeit und Biegefestigkeit) bei geringer Rohdichte gefordert. Je nach Anwendung sollten Leichtbauplatten gute Dämmeigenschaften in Bezug auf Kälte, Wärme und/oder Schall aufweisen. Bei etwaigem Feuchteeintritt ist es ferner wichtig, dass die mehrschichtige Leichtbauplatte möglichst kleine Quell- und Schwindmaße aufweist. Auch die Verwendung bzw. Montage der mehrschichtigen Leichtbauplatten ist von Bedeutung. Gewünscht ist generell eine einfache Möglichkeit, die Leichtbauplatten mit anderen Bauteilen, beispielsweise Wandabschnitten, zu verbinden bzw. die Leichtbauplatten zu montieren.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche mehrschichtige Leichtbauplatten bekannt, wobei bei den vorgenannten Anforderungen je nach Leichtbauplatte üblicherweise Kompromisse getroffen werden müssen.
Bekannt sind beispielsweise mitteldichte Holzfaserplatten (MDF-Platten). Zur Herstellung derartiger MDF-Platten werden Holzfasern üblicherweise getrocknet, beleimt und aufeinander gestreut und abschließend gepresst.
Ferner sind im Stand der Technik sogenannte Mehrschichtplatten (Holzwerkstoffplatten (z. B. OSB-Platten)) bekannt. Zur Herstellung derartiger OSB-Platten werden lange, flache Holzspäne (Strands) verwendet. Diese Holzspäne werden getrocknet mit Klebstoff besprüht und in drei Schichten (mit wechselnder Orientierung – 2 × längs und 1 × quer) übereinander angeordnet. Abschließend werden diese Schichten gepresst.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein möglichst einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Kompositwerkstoffplatte vorzuschlagen, wobei zum einen eine Gewichtsersparnis der Kompositwerkstoffplatte gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Leichtbauplatten erreicht wird und gleichzeitig eine besonders hohe mechanische Festigkeit und gute Dämmeigenschaften erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird hierfür ein Verfahren zur Herstellung einer Kompositwerkstoffplatte vorgeschlagen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:

a1) Zusammenführen einer Vielzahl von lignocellulosehaltigen Bestandteilen, bevorzugterweise aus Holz, insbesondere Holzspäne und/oder Holzfasern und/oder Holzpartikel und/oder Zellulose; und
b1) Vermischen, vorzugsweise Verrühren und/oder Besprühen, der lignocellulosehaltigen Bestandteile mit Polyurethan oder eines Polyurethan aufweisenden Werkstoffs; und
c1) Formen der Mischung zu einer Platte.

Unter der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kompositwerkstoffplatte ist insbesondere eine Leichtbauplatte zu verstehen. Die nach diesem Verfahren hergestellte Kompositwerkstoffplatte kann eine Schicht oder mehrere Schichten aufweisen.
Unter einer Vielzahl von lignocellulosehaltigen Bestandteilen ist im Sinne dieser Erfindung eine Vielzahl von Lignocellulose aufweisenden Bestandteilen eines Rohstoffes oder mehrerer unterschiedlicher Rohstoffe zu verstehen. Im Folgenden wird der Begriff Holzbestandteile auch als Synonym für lignocellulosehaltige Bestandteile verwendet.
Beim Vermischen werden die Holzbestandteile mit dem Polyurethan vermischt, wobei sich die Holzbestandteile mit dem Polyurethan noch nicht unmittelbar verbinden. Die Verbindung findet anschließend, insbesondere während des Formens, statt. Im Anschluss wir die geformte Mischung ausgehärtet (beispielsweise bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur) bis die Kompositwerkstoffplatte einen inerten Zustand erreicht hat.
Unter Holzpartikeln kann jede Art von kleineren Holzbestandteilen, zum Beispiel Holzstaub, Sägereste und Faserstoff zu verstehen sein.
Unter einem Besprühen der Holzbestandteile mit Polyurethan oder einem Polyurethan aufweisendem Werkstoff ist ein Verschäumen beziehungsweise Vernetzen der Holzbestandteile mit Polyurethan bzw. einem Polyurethan aufweisendem Werkstoff zu verstehen. Beim Besprühen der Holzbestandteile werden zumindest eine Vielzahl von Holzbestandteilen besprüht, wobei nicht notwendigerweise jeder einzelne Holzbestandteil besprüht werden muss. Dabei werden die Holzbestandteile zumindest bereichsweise mit Polyurethan bzw. einem Polyurethan aufweisendem Werkstoff umhüllt bzw. benetzt.
Somit wird ein Komposit-Werkstoff aus Holzbestandteilen und Polyurethan hergestellt. Bevorzugterweise wird der Polyurethan-Schaum bzw. der Polyurethan aufweisende Werkstoff mit einer Tropfzeit von 1 Min bis zu 24 Stunden eingestellt.
Bevorzugterweise weist die Kompositwerkstoffplatte mindestens drei Schichten auf. Hierfür werden die mit Polyurethan vermischten Holzbestandteile auf eine erste Deckschicht der Kompositwerkstoffplatte zur Ausbildung einer Mittelschicht der Kompositwerkstoffplatte aufgebracht und eine zweite Deckschicht auf die Mittelschicht aufgebracht. Dabei sind mindestens zwei Deckschichten und mindestens eine Mittelschicht bzw. Kernschicht vorgesehen. Es können auch mehrere Mittelschichten bzw. Kernschichten hergestellt werden. Jede Deckschicht selbst kann auch aus mehreren einzelnen Schichten bestehen oder als einzelne Schicht ausgebildet sein. Hierfür wird die erste Deckschicht auf eine flächige Unterlage, beispielsweise ein Transportband, aufgebracht. Die erste Deckschicht muss nicht vollständig bzw. als feste Platte ausgebildet sein. Vielmehr kann die erste Deckschicht beispielsweise aus auf einer flächigen Unterlage aufgestreuten Spänen bestehen, welche später, beispielsweise nach Aushärten der Kompositwerkstoffplatte, eine feste Deckschicht ausbilden. In gleicher Weise kann die zweite Deckschicht ausgebildet werden.
Bevorzugterweise wird vor und/oder während und/oder nach dem Formen Wärme zugeführt, wobei sich die Holzbestandteile mit dem Polyurethan verbinden. Besonders bevorzugterweise ist hierfür eine Wärme im Bereich einer Raumtemperatur vorgesehen.
Bevorzugterweise könnten der Mischung aus Holzbestandteilen und Polyurethan auch ferrimagnetische oder ferromagnetische Elemente beigemischt werden. Hierfür wird das Polyurethan besonders bevorzugterweise in mehrkomponentiger Form (z. B. zumindest die beiden Komponenten Polyol und Isocyanat) hinzugefügt. Während und/oder nach dem Formen wird die Platte mit elektromagnetischen Wellen bzw. einem elektromagnetischem Feld beaufschlagt bzw. induziert, derart, dass die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente in mechanische Bewegung versetzt werden, wodurch sich die Holzbestandteile mit dem Polyurethan verbinden, wodurch das Polyol und Isocyanat zu Polyurethan erst reagieren kann und sich dann die Holzbestandteile so mit dem Polyurethan verbinden.
Durch die Verwendung von Holzbestandteilen kann eine hohe Festigkeit der Kompositwerkstoffplatte erreicht werden. Dadurch, dass die Holzbestandteile beim Vermischen, insbesondere Verrühren und/oder Besprühen, mit Polyurethan bzw. einem Polyurethan aufweisendem Werkstoff mit dem Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff vermischt werden und nicht nur wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine Klebeschicht auf eine Schicht von Holzbestandteilen, zum Beispiel Holzspänen, aufgetragen wird, kann ferner eine besonders homogene und leichte Kompositwerkstoffplatte bereitgestellt werden.
Je nach Anforderung kann das Verhältnis zwischen Holzbestandteilen und Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff unterschiedlich eingestellt werden. Umso kleiner das Verhältnis von Holzbestandteilen zu Polyurethan ist, desto größer ist die Gewichtsreduzierung. Für die Herstellung von Möbeln, nichttragenden Wandkonstruktionen, beispielsweise Trennwänden, oder Türblättern, können kleine Verhältnisse von Holzbestandteilen zu Polyurethan gewählt werden. Für stabilere Wandelemente kann dieses Verhältnis größer gewählt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Holzreststoffe, beispielsweise Faserstoff, Holzstaub, Sägereste und/oder Zellulose als Holzbestandteile verwendet werden können.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass vor oder während dem Vermischen der Holzbestandteile mit Polyurethan die Holzbestandteile aufgewirbelt werden. Somit können die Holzbestandteile mit Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff besonders gut und gleichmäßig vermischt werden. Beim Verwirbeln/Aufwirbeln der Holzbestandteile werden diese aufgewirbelt. Das Verwirbeln/Aufwirbeln der Holzbestandteile kann mit unterschiedlichen Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise können mechanische Verfahren, wie zum Beispiel schnelles Rotieren eines Behälters, in welchem die Holzbestandteile angeordnet sind, vorgesehen sein. Alternativerweise oder zusätzlich könnten die Holzbestandteile mittels Gaszufuhr, insbesondere Luftzufuhr, verwirbelt bzw. aufgewirbelt werden.
Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht mit Holzspänen ausgebildet wird. Unter Holzspänen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen länglich ausgebildete Holzbestandteile zu verstehen, deren Länge zwischen 100 mm und 200 mm, deren Breite zwischen 10 mm und 15 mm und deren Dicke zwischen 0,6 mm und 0,8 mm betragen.
Bevorzugterweise ist die Durchschnittsgröße der für die Deckschichten vorgesehenen Holzspäne um ein Vielfaches größer als eine Durchschnittsgröße der für die Mittelschicht bzw. Kernschicht vorgesehenen Holzbestandteile. Für die Deckschichten sind grobe bzw. größere Holzbestandteile, insbesondere Holzspäne wie zum Beispiel bei OSB-Platten, vorgesehen. Im Gegensatz hierzu sind für die Mittelschicht bzw. Kernschicht kleine bzw. feine Holzbestandteile wie zum Beispiel Holzfasern, Holzstaub und/oder Zellulose vorgesehen.
Bevorzugterweise werden die besprühten Holzbestandteile mittels Aufblasen und/oder Einblasen und/oder Aufsprühen auf die erste Deckschicht aufgebracht. Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Holzbestandteile nach Besprühen mit Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff nicht einfach auf die erste Deckschicht aufgestreut werden, sondern beispielsweise mittels Zufuhr von Gas, insbesondere Luft, auf die Deckschicht gesprüht bzw. geblasen werden.
Zur Verwirbelung der Holzbestandteile und Besprühung der Holzbestandteile mit Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Holzbestandteile durch ein Rohrsystem hindurchgeleitet werden. Beispielsweise können die Holzbestandteile mittels Gaszufuhr, insbesondere Luftzufuhr, durch ein Rohr befördert, insbesondere geblasen werden. Hierfür können beispielsweise an einem stirnseitigen Ende und/oder in der Wandung des Rohrs Gasdüsen, insbesondere Luftdüsen, oder Öffnungen zum Hinzuführen eines Gasstroms, insbesondere Luftstroms, in das Rohr hinein vorgesehen sein. Zur Zuführung von Polyurethan bzw. eines Polyurethan aufweisenden Werkstoffs können zusätzliche Düsen oder Öffnungen in der Wandung des Rohrs vorgesehen sein. Somit können die Holzbestandteile durch das Rohrsystem hindurch befördert und gleichzeitig innerhalb des Rohrsystems aufgewirbelt und mit Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff besprüht und vermischt werden.
Zwischen der ersten Deckschicht und der Mittelschicht bzw. Kernschicht kann bevorzugterweise eine Klebeschicht angeordnet werden. Ferner kann bevorzugterweise zwischen der Mittelschicht bzw. Kernschicht und der zweiten Deckschicht eine Klebeschicht angeordnet werden. Die Klebeschicht weist besonders bevorzugterweise Polyurethan auf oder besteht aus Polyurethan.
Bevorzugterweise werden die Holzbestandteile in Schritt a1) mit einer durchschnittlichen Feuchte von mehr als 6% atro, besonders bevorzugterweise von mehr als 8% atro, zusammengeführt. Hierunter ist die Feuchte vor dem Besprühen mit Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff bzw. vor dem Verleimen der Holzbestandteile zu verstehen.
Somit ist bei einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte für die die Mittelschicht bzw. Kernschicht bildenden Holzbestandteile keine separate Trocknung notwendig. Insbesondere können für die Mittelschicht bzw. Kernschicht Holzbestandteile mit einer höheren Feuchtigkeit als beispielsweise Holzspäne für die Herstellung von OSB-Platten verwendet werden, ohne dass bei einem späteren Pressvorgang der Kompositwerkstoffplatte diese aufquillt oder bereichsweise platzt. Eine höhere Feuchtigkeit der Holzbestandteile begünstigt insbesondere die Verschäumung bzw. Benetzung der Holzbestandteile selbst. Besonders bevorzugterweise weisen die für die Mittelschicht vorgesehenen Holzbestandeile eine höhere Feuchtigkeit auf als die für die Deckschichten vorgesehenen Holzspäne.
Nach dem Anordnen der einzelnen Schichten, das heißt der ersten Deckschicht, der mindestens einen Mittelschicht bzw. Kernschicht sowie der zweiten Deckschicht aufeinander, ist bevorzugterweise vorgesehen, dass diese aufeinander angeordneten Schichten so lange gepresst werden, bis die Kompositwerkstoffplatte aufgrund einer Ausdehnung des Polyurethans während des Pressens eine vorgegebene Dicke erreicht. Hierfür wird besonders bevorzugterweise eine Formpresse bzw. eine Presse unter gleichzeitigem Einwirken mit Wärme verwendet. Das Polyurethan in der Mittelschicht dehnt sich während dem Pressen aus, sodass die Dicke der Kompositwerkstoffplatte zunimmt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte vorgesehen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:

a2) Zusammenführen einer Vielzahl von lignocellulosehaltigen Bestandteilen, bevorzugterweise aus Holz, unterschiedlicher Größe; und
b2) Vermischen der lignocellulosehaltigen Bestandteile mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser; und
c2) Verrühren der Mischung aus lignocellulosehaltigen Bestandteilen und der Flüssigkeit; und
d2) Schöpfen und/oder Auspressen der Flüssigkeit zur Herstellung einer ersten Schicht der mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte; und
e2) Auftragen von Polyurethan oder eines Polyurethan aufweisenden Werkstoffs auf die erste Schicht.

Unter einer Vielzahl von lignocellulosehaltigen Bestandteilen ist im Sinne dieser Erfindung eine Vielzahl von Lignocellulose aufweisenden Bestandteilen eines Rohstoffes oder mehrerer unterschiedlicher Rohstoffe zu verstehen. Im Folgenden wird der Begriff Holzbestandteile auch als Synonym für lignocellulosehaltige Bestandteile verwendet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine besonders gleichmäßige bzw. homogene Suspension aus Holzbestandteilen unterschiedlicher Größe und einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, hergestellt werden. Beim Schöpfen und/oder Auspressen wird eine erste Schicht, ähnlich wie bei der Papierherstellung ein Blatt Papier, hergestellt.
Bevorzugterweise werden in Schritt a2) Holzbestandteile einer ersten Gruppe mit einer ersten durchschnittlichen Größe mit Holzbestandteilen einer zweiten Gruppe mit einer zweiten durchschnittlichen Größe zusammengeführt, wobei die erste durchschnittliche Größe um ein Vielfaches größer ist als die zweite durchschnittliche Größe. Beispielsweise kann die erste Gruppe aus Holzfasern und/oder Holzspänen bestehen bzw. diese aufweisen. Die zweite Gruppe könnte Holzfasern und/oder Holzstaub und/oder Sägemehl aufweisen oder daraus bestehen.
Ferner ist bevorzugterweise vorgesehen, dass neben der ersten Schicht weitere Schichten gemäß der Schritte a2) bis e2) hergestellt werden und diese aufeinander angeordnet werden. Die mehreren Schichten, beispielsweise die erste Schicht, eine zweite Schicht und eine dritte Schicht, können zusammen die Mittelschicht bzw. Kernschicht der Kompositwerkstoffplatte bilden. Auch die Deckschichten können gemäß der Schritte a2) bis e2) hergestellt werden.
Bevorzugterweise wird die erste Schicht vor und/oder nach Schritt e2) gestaucht, gefaltet oder geometrisch geformt, um die Stabilität zu erhöhen. Unter Stauchen ist zu verstehen, dass die Länge und/oder Breite der ersten Schicht verkleinert wird. Besonders bevorzugterweise wird beim Stauchen, Falten oder Formen der ersten Schicht eine nicht plane beziehungsweise nicht ebene, beispielsweise eine wellenförmige, Anordnung ausgebildet. Eine Mittelschicht bzw. Kernschicht mit einer solchen Anordnung weist eine besonders große Stabilität auf.
Neben der ersten Schicht könnten auch mehrere aufeinander angeordnete Schichten gemeinsam gestaucht, gefaltet oder geometrisch geformt werden. Das Stauchen, Falten oder geometrische Formen der ersten Schicht sowie eventuell weiterer Schichten kann vor oder nach Schritt e2) durchgeführt werden. Besonders bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die erste Schicht vor Schritt e2) gestaucht, gefaltet oder geometrisch geformt, beispielsweise wellenförmig angeordnet, wird. Anschließend wird Polyurethan bzw. ein Polyurethan aufweisender Werkstoff derart auf die erste Schicht aufgetragen, dass die Abschnitte zwischen einzelnen Abschnitten bzw. die Zwischenräume zwischen den einzelnen Abschnitten vollständig mit Polyurethan bzw. dem Polyurethan aufweisenden Werkstoff aufgefüllt werden.
Auch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass auf die gestauchte, gefaltete oder geometrisch geformte erste Schicht eine erste Deckschicht und besonders bevorzugterweise eine zweite Deckschicht aufgetragen bzw. aufgebracht wird. Besonders bevorzugterweise wird beidseitig eine Deckschicht auf die gestauchte, gefaltete oder geometrisch geformte erste Schicht aufgebracht. Somit bildet die erste Schicht die Mittelschicht bzw. Kernschicht und wird von den beiden Deckschichten beidseitig geschützt.
Zwischen einzelnen Schichten der mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte könnte eine weitere Schicht gemäß der Schritte a1) bis c1) hergestellt werden.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Kompositwerkstoffplatte vorgesehen, wobei die Kompositwerkstoffplatte mindestens zwei Deckschichten und mindestens eine zwischen den zwei Deckschichten angeordnete Mittelschicht bzw. Kernschicht aufweist. Die Kompositwerkstoffplatte ist erfindungsgemäß nach einem oder mehreren der vorbeschriebenen Verfahren hergestellt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum Verbinden, insbesondere Verkleben, eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil vorgesehen, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:

a3) Anordnen einer ersten Komponente, insbesondere einer Binder-Komponente, und einer zweiten Komponente, insbesondere einer Härter-Komponente, eines mehr-komponentigen Klebesystems zusammen mit ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elementen zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil; und
b3) Anordnen eines Mittels zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen an oder beanstandet ersten Bauteil; und
c3) Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen, derart, dass die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente in mechanische Bewegung versetzt werden, wodurch eine chemische Verbindung/Reaktion der beiden Komponenten des Klebesystems bewirkt wird.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verbinden, insbesondere zum Verkleben, eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels eines mehr-komponentigen Klebesystems vorgesehen. Zwei Komponenten des Klebesystems sind beim Auftragen auf das erste Bauteil und/oder beim Auftragen auf das zweite Bauteil noch nicht vermischt bzw. die Klebewirkung des Klebesystems noch nicht aktiviert. Eine Reaktion der beiden Komponenten miteinander hat somit zu diesem Zeitpunkt noch nicht stattgefunden.
Mittels der elektromagnetischen Wellen, welche das erste Bauteil durchdringen, werden die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente in mechanische Bewegung, beispielsweise Rotation, versetzt. Dadurch werden die beiden Komponenten des Klebesystems vermischt und eine chemische Reaktion dieser beiden Komponenten miteinander ausgelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere gut zum Verkleben von Kompositwerkstoffplatten, da im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die Fügepartner (beispielsweise die Kompositwerkstoffplatte) nicht oder nur sehr geringfügig erwärmt werden. Auch wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren durch das Einwirken von elektromagnetischen Wellen auf das Klebesystem nicht das Aushärten des Klebesystems aufgrund von Wärmeentwicklung bevorzugt, sondern eine Reaktion der beiden noch nicht miteinander vermischten Komponenten des mehr-komponentigen Klebesystems bewirkt.
Das erste Bauteil kann aus jedem, insbesondere nicht magnetisierbarem, Werkstoff bestehen. Bevorzugterweise ist das erste Bauteil als Kompositwerkstoffplatte, insbesondere gemäß einer vorbeschriebenen Kompositwerkstoffplatte, ausgebildet. Das zweite Bauteil ist vorzugsweise flächig ausgebildet.
Es ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das mehr-komponentige Klebesystem auf Polyurethan basiert bzw. Polyurethan aufweist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Bauteile in besonders einfacher und kostengünstiger Weise montiert bzw. verklebt werden.
Bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass die beiden Komponenten des Klebesystems zusammen mit den ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elementen in Schritt a3) in Form einer Dispersion zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet werden. Hierunter ist zu verstehen, dass die beiden Komponenten des Klebesystems und die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente in Form eines heterogenen Gemisches auf das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil aufgetragen werden. Eine derartige Dispersion, bestehend aus einem geeigneten Verhältnis der beiden Komponenten des Klebesystems und der ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente, kann in besonders einfacher und kostengünstiger Weise vorbereitet sowie Verbrauchs fertig verpackt werden.
Alternativer Weise könnten die beiden Komponenten des Klebesystems in Form von voneinander getrennten Schichten zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet werden. Die Schichten könnten aufgetragen, aufgesprüht oder aufgeklebt werden. In besonders bevorzugterweise könnten Klebefolien vorgesehen sein, wobei jeweils eine Klebefolie eine Komponente des Klebesystems aufweist. Die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente könnten separat aufgetragen werden, in einer separaten Klebefolie bereitgestellt werden oder in einer der beiden Klebefolien mit einer Komponente des Klebesystems vorgesehen sein. Beispielsweise könnten eine erste Klebefolie mit der ersten Komponente und eine zweite Klebefolie mit der zweiten Komponente vorgesehen sein, wobei die erste Klebefolie und/oder die zweite Klebefolie auch die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente mit aufweist.
Die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente sind bevorzugter Weise im Wesentlichen länglich ausgebildet. Hierunter ist zu verstehen, dass die Elemente eine größere Länge als Breite und Dicke aufweisen. Besonders bevorzugter Weise ist die Länge der ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente um ein Vielfaches größer als deren Breite und Dicke. Aufgrund der länglichen Ausbildung können die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente die beiden Komponenten des Klebesystems in besonders geeigneter Weise vermischen und eine chemische Reaktion der beiden Komponenten miteinander bewirken. Eine Erwärmung innerhalb des Klebesystems und insbesondere in den Bauteilen findet nur geringfügig statt.
Die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente weisen vorzugsweise eine Länge von mindestens 1 μm, besonders bevorzugter Weise von mindestens 10 μm, auf.
Auch ist bevorzugter Weise vorgesehen, dass in Schritt c3) die elektromagnetischen Wellen in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 GHz abgestrahlt werden. Besonders bevorzugterweise ist ein Frequenzbereich zwischen 300 MHz und 1 GHz oder zwischen 1 GHz und 100 GHz, sowie ganz besonders bevorzugterweise zwischen 2 GHz und 30 GHz, vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen schematisch:
1: ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte,
2: erste Verfahrensschritte für ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte,
3a und 3b: nächste Schritte des weiteren Verfahrens zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte,
4a bis 4c: mehrschichtige Kompositwerkstoffplatten und
5a und 5b: Verfahrensschritte zum Verbinden von zwei Bauteilen miteinander.
In 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte 100 gezeigt. Mittels des in 1 dargestellten Verfahrens wird beispielhaft die Herstellung einer dreischichtigen Kompositwerkstoffplatte 100 gezeigt, welche zwei Deckschichten 12, 14 und eine Mittelschicht 13 bzw. Kernschicht aufweist. Nach diesem Verfahren könnten auch Kompositwerkstoffplatten 100 mit mehr als drei Schichten, insbesondere mit mehr Mittelschichten 13 ausgebildet bzw. hergestellt werden. Ohne die Deckschichten 12, 14 könnte mit diesem Verfahren auch eine einschichtige Kompositwerkstoffplatte 100 hergestellt werden. Das dargestellte Herstellungsverfahren beziehungsweise die einzelnen Schritte des Herstellungsverfahrens können kontinuierlich fortgeführt werden.
Für die Ausbildung der Mittelschicht 13 werden feinere Holzbestandteile, beispielsweise Holzfasern, Holzstaub, Sägereste und/oder Zellulose einem Rohrsystem 21 zugeführt. Innerhalb des Rohrsystems werden mittels Luftzufuhr 23 die Holzbestandteile 10 verwirbelt. In einem weiteren Abschnitt des Rohrsystems 21 werden die aufgewirbelten Holzbestandteile 10 mit Polyurethan 11 besprüht. Dabei wird ein Komposit-Werkstoff aus Holzbestandteilen 10 und Polyurethan 11 hergestellt. Diese Mischung wird aufgrund der Verwirbelung der Holzbestandteile 10 und dem Besprühen mit Polyurethan sehr homogen und gleichmäßig erzeugt.
Alternativerweise könnten die Holzbestandteile 10 auch vor oder während dem Besprühen mit Polyurethan 11 aufgebracht werden.
Die Holzbestandteile 10 zur Herstellung der Mittelschicht 13 können aus Frischholz, Altholz oder Holzreststoffen hergestellt bzw. erzeugt werden. Eine Trocknung der Holzbestandteile 10 ist nicht erforderlich, da eine höhere Feuchte der Holzbestandteile 10 den Verschäumungsvorgang mit Polyurethan 11 begünstigt.
Auf ein Transportband 24 werden gröbere Holzspäne 15 aufgebracht. Diese bilden eine erste Deckschicht 12 aus. Auf die Holzspäne 15 bzw. die erste Deckschicht 12 wird optional eine Klebeschicht 16 durch Auftrag von zusätzlichem Polyurethan 11 aufgebracht. Anschließend wird auf diese Klebeschicht 16 der für die Mittelschicht 13 im Rohrsystem 21 hergestellte Komposit-Werkstoff aufgesprüht bzw. aufgeblasen. Das bedeutet, dass am Ausgang des Rohrsystems 21 die Mischung aus Holzbestandteilen 10 und Polyurethan 11 auf die erste Deckschicht 12 bzw. auf die auf der ersten Deckschicht 12 angeordnete Klebeschicht 16 aufgesprüht bzw. aufgeblasen wird. Hierdurch wird die Mittelschicht 13 bzw. Kernschicht der Kompositwerkstoffplatte 100 ausgebildet.
Auf die Mittelschicht 13 bzw. die Mischung aus Holzbestandteilen 10 und Polyurethan 11 wird optional eine weitere Klebeschicht 16 durch Auftrag von weiterem Polyurethan 11 aufgebracht. Auf diese weitere Klebeschicht 16 wird anschließend die zweite Deckschicht 14 aufgetragen. Wie auch die erste Deckschicht 12 wird die zweite Deckschicht 14 durch Aufbringen von gröberen Holzspänen 15 erzeugt. Anschließend werden die Schichten, nämlich die erste Deckschicht 12, die Mittelschicht 13 und die zweite Deckschicht 14, mittels einer Formpresse 22 geformt, bis aufgrund der Ausdehnung des Polyurethans 11 die Kompositwerkstoffplatte 100 die gewünschte bzw. eine vorgegebene Dicke erreicht hat.
2 und 3 (3a und 3b) zeigen einzelne Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte 100.
Dabei werden in 2 erste Schritte dieses weiteren Verfahrens zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte 100 gezeigt. Hierfür werden Holzbestandteile 10 mit unterschiedlichen Größen zusammengeführt und mit einer Flüssigkeit 17, z. B. Wasser, vermischt. Holzbestandteile 10 mit kleinerer Größe können Holzfasern, Holzstaub, Sägereste oder Zellulose sein. Holzbestandteile 10 mit größerer Größe können beispielsweise Holzspäne 15 sein. Die Mischung aus den Holzbestandteilen 10 und der Flüssigkeit 17 wird verrührt und somit eine im Wesentlichen homogene Holzsuspension 25 hergestellt.
Ähnlich wie bei einer Papierherstellung, wird anschließend die Holzsuspension 25 geschöpft und die Flüssigkeit 17 z. B. das Wasser ausgepresst. Dabei wird eine relativ dünne erste Schicht 18 der mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte 100 erzeugt.
3a zeigt mögliche weitere Schritte zur Herstellung der mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte 100 basierend auf der mittels der ersten Schritte (vergleiche 2) hergestellten ersten Schicht 18.
Wie in 3a gezeigt, kann die erste Schicht 18 gestaucht und anschließend mit Polyurethan 11 besprüht werden, sodass die erste Schicht 18 wellenförmig angeordnet wird und die Bereiche zwischen den einzelnen wellenförmigen Abschnitten der ersten Schicht 18 vollständig mit Polyurethan 11 ausgefüllt werden. Anschließend kann beidseitig eine Deckschicht 12, 14 auf die erste Schicht 18 aufgebracht werden. Aufgrund der wellenförmigen Ausgestaltung der ersten Schicht 18 wird eine besonders stabile mehrschichtige Kompositwerkstoffplatte 100 bereitgestellt.
Alternativ kann wie in 3b dargestellt die erste Schicht 18 flächig beziehungsweise plan angeordnet und mit Polyurethan 11 besprüht werden. Anschließend wird eine zweite Schicht 19, welche gemäß der Verfahrensschritte aus 2 wie die erste Schicht 18 hergestellt wird, auf die erste Schicht 18 bzw. das auf der ersten Schicht 18 aufgebrachte Polyurethan 11 aufgesetzt. Auf die zweite Schicht 19 wird ebenfalls Polyurethan 11 aufgebracht. Im nächsten Schritt wird eine dritte Schicht 20 auf die zweite Schicht 19 bzw. auf das auf der zweiten Schicht 19 aufgebrachte Polyurethan 11 aufgesetzt. Somit ist eine dreischichtige Kompositwerkstoffplatte 100 aus im Wesentlichen horizontal angeordneten Schichten 18, 19, 20 ausgebildet. Es können auch weitere bzw. zusätzliche Schichten, welche gemäß den Verfahrensschritten aus 2 hergestellt sind, für eine derartige mehrschichtige Kompositwerkstoffplatte 100 vorgesehen werden. Deckschichten 12, 14 können ebenfalls durch diese Schichten ausgebildet werden. Alternativerweise könnten die Deckschichten 12, 14 wie in 1 gezeigt hergestellt werden.
4a bis 4c zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte 100.
4a zeigt eine Kompositwerkstoffplatte 100, welche gemäß dem nach 1 dargestellten Verfahren hergestellt wurde. Die mehrschichtige Kompositwerkstoffplatte 100 weist eine Mittelschicht 13 aus Holzbestandteilen 10 und mit diesen Holzbestandteilen 10 vermischtem Polyurethan 11 auf. Beidseitig an der Mittelschicht 13 sind Deckschichten 12, 14 aufgebracht, welche aus gröberen Holzspänen 15 hergestellt sind.
4b und 4c zeigen jeweils eine Kompositwerkstoffplatte 100, welche gemäß einem Verfahren nach 2 und 3 hergestellt sind. Die in 4b gezeigte Kompositwerkstoffplatte 100 ist gemäß einem Verfahren nach 2 und 3a hergestellt. Die in 4c gezeigte Kompositwerkstoffplatte 100 ist nach einem Verfahren gemäß der 2 und 3b hergestellt.
In 5a und 5b sind die wesentlichen Verfahrensschritte zum Verbinden, insbesondere Verkleben, von zwei Bauteilen 29a, 29b miteinander gezeigt. Hierbei wird als Beispiel das Verkleben einer Kompositwerkstoffplatte 100 als erstes Bauteil 29a mit einem flächigen zweiten Bauteil 29b gezeigt. In diesem Beispiel wird eine Dispersion aus einem mehr-komponentigen Klebesystems 30 auf Basis von Polyurethan und ferrimagnetischen Elementen 28 auf eine erste Seitenfläche der Kompositwerkstoffplatte 100 aufgetragen. Anschließend wird die Kompositwerkstoffplatte 100 auf das zweite Bauteil 29b aufgesetzt.
Mit einem Mittel 31 zum Abstrahlen elektromagnetischer Wellen werden elektromagnetische Wellen im Bereich einer zweiten Seitenfläche der Kompositwerkstoffplatte 100 abgestrahlt. Die elektromagnetischen Wellen durchdringen die Kompositwerkstoffplatte 100 und bewirken eine mechanische Bewegung, beispielsweise Rotation, der ferrimagnetischen Elemente 28 innerhalb der Dispersion. Hierdurch wird ein Vermischen der beiden Komponenten des Klebesystems 30 bzw. eine chemische Reaktion der beiden Komponenten des Klebesystems 30 bewirkt.
Bezugszeichenliste

100: Kompositwerkstoffplatte
10: Lignocellulosehaltige Bestandteile
11: Polyurethan
12: Erste Deckschicht
13: Mittelschicht
14: Zweite Deckschicht
15: Holzspäne
16: Klebeschicht
17: Flüssigkeit
18: Erste Schicht
19: Zweite Schicht
20: Dritte Schicht
21: Rohrsystem
22: Formpresse
23: Luftzufuhr
24: Transportband
25: Holzsuspension
26: Rührmittel
27: Stauchen
28: ferrimagnetische/ferromagnetische Elemente
29a: Erstes Bauteil
29b: Zweites Bauteil
30: Klebstoffsystem
31: Mittel zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kompositwerkstoffplatte (100), wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a1) Zusammenführen einer Vielzahl von lignocellulosehaltigen Bestandteilen (10), bevorzugterweise aus Holz, insbesondere Holzspäne und/oder Holzfasern und/oder Holzpartikel und/oder Zellulose; und b1) Vermischen, vorzugsweise Verrühren und/oder Besprühen, der lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) mit Polyurethan (11) oder eines Polyurethan (11) aufweisenden Werkstoffs; und c1) Formen der Mischung zu einer Platte.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositwerkstoffplatte (100) mehrschichtig hergestellt wird, wobei mit den Schritten a1) bis b1) eine Mittelschicht (13) ausgebildet wird, wobei an einer ersten Seite der Mittelschicht (13) eine erste Deckschicht (12) und an einer zweiten Seite der Mittelschicht (13) eine zweite Deckschicht (14) angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b1) vor oder während dem Vermischen der lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) mit Polyurethan (11) die lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) aufgewirbelt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Deckschicht (12) und/oder die zweite Deckschicht (14) zumindest teilweise mit Holzspänen (15) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchschnittsgröße der für die Deckschichten (12, 14) vorgesehenen Holzspäne (15) um ein Vielfaches größer ist als eine Durchschnittsgröße der für die Mittelschicht (13) vorgesehenen lignocellulosehaltigen Bestandteile (10).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die besprühten lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) mittels Streuung und/oder Einblasen und/oder Aufsprühen auf die erste Deckschicht (12) aufgebracht werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) zur Verwirbelung und Besprühung durch ein Rohrsystem (21) hindurchgeleitet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Deckschicht (12) und der Mittelschicht (13) eine Klebeschicht (16) angeordnet wird; und/oder dass zwischen der zweiten Deckschicht (14) und der Mittelschicht (13) eine Klebeschicht (16) angeordnet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) in Schritt a1) mit einer durchschnittlichen Feuchte von mehr als 6% atro, vorzugsweise von mehr als 8% atro, zusammengeführt werden.
Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte (100), wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a2) Zusammenführen einer Vielzahl von lignocellulosehaltigen Bestandteilen (10), bevorzugterweise aus Holz, unterschiedlicher Größen; und b2) Vermischen der lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) mit einer Flüssigkeit (17), insbesondere Wasser; und c2) Verrühren der Mischung aus lignocellulosehaltigen Bestandteilen (10) und der Flüssigkeit (17); und d2) Schöpfen und/oder Auspressen der Flüssigkeit (17) zur Herstellung einer ersten Schicht (18) der mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte (100); und e2) Auftragen von Polyurethan (11) oder eines Polyurethan (11) aufweisenden Werkstoffs auf die erste Schicht (18).
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a2) die lignocellulosehaltigen Bestandteile (10) einer ersten Gruppe mit einer ersten durchschnittlichen Größe mit lignocellulosehaltigen Bestandteilen (10) einer zweiten Gruppe mit einer zweiten durchschnittlichen Größe zusammengeführt werden, wobei die erste durchschnittliche Größe um ein Vielfaches größer ist als die zweite durchschnittliche Größe.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere weitere Schichten (19, 20) gemäß der Schritte a2) bis e2) hergestellt werden und aufeinander angeordnet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (18) vor und/oder nach Schritt e2) gestaucht, gefaltet oder geometrisch geformt wird, um die Stabilität zu erhöhen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf die gestauchte, gefaltete oder geometrisch geformte erste Schicht (18) eine erste Deckschicht (12) und bevorzugterweise eine zweite Deckschicht (14) aufgetragen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Schicht der mehrschichtigen Kompositwerkstoffplatte (100) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird.
Kompositwerkstoffplatte (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositwerkstoffplatte (100) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15 hergestellt wurde.
Verfahren zum Verbinden, insbesondere Verkleben, eines ersten Bauteils (29a), insbesondere einer Kompositwerkstoffplatte (100), mit einem zweiten Bauteil (29b), wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a3) Anordnen einer ersten Komponente, insbesondere Binder-Komponente, und einer zweiten Komponente, insbesondere Härter-Komponente, eines mehr-komponentigen Klebesystems (30) zusammen mit ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elementen (28) zwischen dem ersten Bauteil (29a) und dem zweiten Bauteil (29b); und b3) Anordnen eines Mittels (31) zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen an oder beabstandet zum ersten Bauteil; und c3) Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen, derart, dass die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente (28) in mechanische Bewegung versetzt werden, wodurch eine Reaktion der ersten und der zweiten Komponente des Klebesystems (30) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten des Klebesystems (30) zusammen mit den ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente (28) in Schritt a3) in Form einer Dispersion zwischen dem ersten Bauteil (29a) und dem zweiten Bauteil (29b) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten des Klebesystems (30) in Form von voneinander getrennten Schichten zwischen dem ersten Bauteil (29a) und dem zweiten Bauteil angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Elemente (28) im Wesentlichen länglich ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c3) die elektromagnetischen Wellen in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 GHz, vorzugsweise zwischen 300 MHz und 1 GHz, besonders bevorzugterweise zwischen 1 GHz und 100 GHz, ganz besonders bevorzugterweise zwischen 2 GHz und 30 GHz, abgestrahlt werden.