DE102021105856A1

DE102021105856A1 - Stachelpalmenverstärkte polypropylenzusammensetzung

Info

Publication number: DE102021105856A1
Application number: DE102021105856.2A
Authority: DE
Inventors: Cristiano Grings Herbert; Rodrigo Denizarte de Oliveira Polkowski; Cristiane Carla Goncalves; Angelo Nogueira Aguiar; Jodalva Guimarães Freire de Souza; Helano Lima dos Santos; Oberti dos Santos Almeida; Alper Kiziltas; Paulo Roberto Tavares Oliveira; Feranando Martins Rezende
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2021-09-16
Also published as: US20210284831A1; CN113388191A; US11492476B2

Abstract

Die Offenbarung stellt eine stachelpalmverstärkte Polypropylenzusammensetzung bereit. Es sind Verfahren und Systeme für ein Verbundmaterial bereitgestellt. In einem Beispiel beinhaltet das Verbundmaterial eine Polymerbasis, die mit einem aus Stachelpalmfasern gebildeten Pulver verstärkt ist. Das resultierende Verbundmaterial wird als Pellets zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Herstellen und Verwenden eines Verbundmaterials. Insbesondere eines Verbundmaterials, das Pfirsichpalmfasern umfasst.
Allgemeiner Stand der Technik
Bei Polymerverbundstoffen handelt es sich um mehrphasige feste Materialien, in denen verstärkende Füllstoffe mit einer Polymermatrix integriert sind, was zu synergistischen mechanischen Eigenschaften führt, die von keiner der Komponenten allein erreicht werden können. Beispielsweise erhöhen die Glasfasern in glasfaserverstärktem Polypropylen (PP) die Festigkeit und Steifigkeit des PP, ohne einer jeglichen Struktur, die aus dem resultierenden Polymerverbundstoff gebildet wird, zusätzliches Gewicht aufzuerlegen. Diese synergistischen mechanischen Eigenschaften machen Polymerverbundstoffe äußerst vielseitig. Aktuelle Polymerverbundstoffe können jedoch Nachteile aufweisen. Beispielsweise können die Glasfasern abrasiv sein und die Herstellungsausrüstung abnutzen, während durch die Fertigung des Glases unerwünschte Emissionen in die Atmosphäre freigesetzt werden können. Es besteht daher ein erhöhtes Interesse an der Verwendung von nachhaltigen, erneuerbaren Materialien für verschiedene Industrieanwendungen, was zu Bemühungen geführt hat, Naturfasern als Verstärkungsmittel für Polymerverbundstoffe zu integrieren.
Die Erfinder haben erkannt, dass erneuerbare Materialien auch ihre Nachteile haben. Als ein Beispiel können die homogene Dispersion von Naturfasern in das Polymer und die Haftung zwischen den Verbundkomponenten aufgrund entscheidender Unterschiede in den Materialeigenschaften des Polymers gegenüber den Naturfasern eine Herausforderung darstellen. Darüber hinaus kann durch das Integrieren der Naturfasern als lange oder kurze Filamente eine Richtungstendenz in den angestrebten mechanischen Eigenschaften des resultierenden Verbundmaterials eingeführt werden. Beispielsweise kann das Verbundmaterial eine erhöhte Steifigkeit in einer Richtung, entlang der die Faserfilamente ausgerichtet sind, und eine verringerte Steifigkeit in einer senkrechten Richtung aufweisen. Durch das Verwickeln der Fasern in dem Polymer kann ein Verbundmaterial mit einheitlicheren Eigenschaften erzeugt werden, wird jedoch unter Umständen eine Anzahl an Verarbeitungstechniken eingeschränkt, die auf das Verbundmaterial angewendet werden können, um Produkte mit einem hohen Grad an struktureller Komplexität zu bilden. Darüber hinaus weist das resultierende Verbundmaterial möglicherweise keine ästhetisch ansprechende Oberfläche und kein ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild auf.
Kurzdarstellung
In einem Beispiel können die vorangehend beschriebenen Probleme zumindest teilweise durch ein Verbundmaterial angegangen werden, das eine Polymerbasis und ein feines Pulver umfasst, das aus getrockneten und gemahlenen Stachelpalmfasern gebildet ist. In einigen Beispielen kann die Stachelpalmfaser gemahlen werden, um ein Pulver aus Fibrillen zu bilden, wobei es sich bei den Fibrillen um strukturelle biologische Materialien mit stabartigen Strukturen mit kleineren Abmessungen als die Fasern handelt. Zumindest ein Teil der Fasern kann aus einer Hülle eines Stammes einer Stachelpalme erhalten werden, wobei die Hülle mikrometrische Zellulosefibrillen beinhaltet. Darüber hinaus kann ein Teil des Pulvers auch Stachelpalmblätter mit eingebetteten vernetzten Fasern beinhalten. Die Fasern können Längen von ungefähr 2-5 mm, Breiten von ungefähr 1-4 mm und Dicken von 0,2-0,5 mm aufweisen. In einigen Beispielen können die Fasern Durchmesser von bis zu ungefähr 2 µm und Längen von bis zu ungefähr 5 mm aufweisen. Die mikrometrischen Zellulosefibrillen aus der Hülle können zum Beispiel Dicken von weniger als 1 µm, Breiten von ungefähr 10 µm und Längen von ungefähr 400 µm aufweisen. Auf diese Weise wird ein kostengünstiger Polymerverbundstoff mit erwünschten mechanischen und chemischen Eigenschaften und einem attraktiven Erscheinungsbild bereitgestellt, der durch eine Vielfalt von Herstellungstechniken verarbeitet werden kann.
Als ein Beispiel können die Hüllen von Stachelpalmstämmen (und -blättern) zu einem Pulver gemahlen und in Polypropylen oder anderen geeigneten Polymeren dispergiert werden. Durch Integrieren der Stachelpalmhüllen und -blätter als Pulver kann die Kohäsion zwischen den Stachelpalmfasern und dem Polypropylen im Vergleich zum Integrieren von ganzen, z. B. ungemahlenen, Fasern erhöht werden. Der resultierende Polymerverbundstoff kann zu Pellets extrudiert werden, die dann verwendet werden können, um Strukturen durch Fertigungstechniken, wie etwa Spritzgießen, zu bilden. Solche Verbundstoffe können für eine Vielfalt von unterschiedlichen Zwecken in einer Vielfalt von unterschiedlichen Bereichen verwendet werden, einschließlich Automobil, Luftfahrt, Bau, Sport, Schiffbau, Chemie und Sondermaschinenbau, Medizin und dergleichen. Beispielsweise können Polymerverbundstoffe verwendet werden, um Automobilkomponenten zu bilden, wie etwa Innenverkleidungen, Konsolen, Einsätze usw.
Es versteht sich, dass die vorangehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorangehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt ein Beispiel für einen Automobilinnenraum mit Komponenten, die aus einem Polymerverbundstoff gebildet sein können.
2 zeigt eine Bildfolge, die Schritte bei der Verarbeitung von Stachelpalmfasern zum Bilden des Polymerverbundstoffes darstellt.
3 zeigt einen ersten Graphen, der den Zugfestigkeitsertrag von Polymerverbundstoffen abbildet, die variierende Mengen an Stachelpalmfaser umfassen.
4 zeigt einen zweiten Graphen, der die Dehnung an der Streckgrenze von Polymerverbundstoffen abbildet, die variierende Mengen an Stachelpalmfaser umfassen.
5 zeigt einen dritten Graphen, der die Zugfestigkeit bei maximaler Belastung von Polymerverbundstoffen abbildet, die variierende Mengen an Stachelpalmfaser umfassen.
6 zeigt einen vierten Graphen, der den Biegemodul von Polymerverbundstoffen abbildet, die variierende Mengen an Stachelpalmfaser umfassen.
7 zeigt einen fünften Graphen, der die Schlagfestigkeit von Polymerverbundstoffen abbildet, die variierende Mengen an Stachelpalmfaser umfassen.
8 zeigt ein erstes Beispiel für eine Struktur, die unter Verwendung einer Ausführungsform des Polymerverbundstoffes gebildet werden kann.
9 zeigt ein zweites Beispiel für eine Struktur, die unter Verwendung einer Ausführungsform des Polymerverbundstoffes gebildet werden kann.
10 ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Bilden des Polymerverbundstoffes.
11 zeigt ein Beispiel für eine Hülle eines Stachelpalmstammes, die verarbeitet werden kann, um den Polymerverbundstoff zu bilden.
12 zeigt einen Satz von Bildern der Rasterelektronenmikroskopie (scanning electron microscopy - SEM) einer Asche, die durch Mahlen von getrockneten Stachelpalmstreifen gebildet wurde.
13 zeigt einen sechsten Graphen, der die Wasserabsorption von Polymerverbundstoffen abbildet, die variierende Mengen an Stachelpalmfaser umfassen.
14 zeigt einen siebten Graphen, der die Dichte von Polymerverbundstoffen mit verschiedenen Mengen an Stachelpalmfaser und Polymerverbundstoffen mit verschiedenen Mengen an Talkum abbildet.
1, 8-9 und 11-12 sind ungefähr maßstabsgetreu gezeigt.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Herstellen und Verwenden eines Polymerverbundstoffes. Solche Verbundstoffe können für eine Vielfalt von unterschiedlichen Zwecken in einer Vielfalt von unterschiedlichen Bereichen verwendet werden, einschließlich Automobil, Luftfahrt, Bau, Sport, Schiffbau, Chemie und Sondermaschinenbau, Medizin und dergleichen. Ein Beispiel für einen Automobilinnenraum mit Komponenten, die den Polymerverbundstoff nutzen, ist in 1 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann der Polymerverbundstoff eine Kunststoffkomponente, wie etwa Polypropylen (PP), das mit einer Naturfaser verstärkt ist, beinhalten. Die Naturfaser kann aus Stachelpalmhüllen und -blättern extrahiert und in das PP integriert werden, um Pellets des stachelpalmfaserverstärkten Polymerverbundstoffes zu bilden, wie in 2 dargestellt. Die Pellets können verarbeitet werden, um verschiedene Strukturen mit erwünschten mechanischen Eigenschaften zu bilden, die durch den stachelpalmfaserverstärkten Polymerverbundstoff bereitgestellt werden. Die mechanischen Eigenschaften des stachelpalmfaserverstärkten Polymerverbundstoffes sind in den in 3-7 und 13-14 gezeigten Graphen abgebildet. Beispiele für Strukturen, die aus dem stachelpalmfaserverstärkten Polymerverbundstoff gebildet werden können, sind in 1, 8 und 9 gezeigt. Ein Verfahren zum Verarbeiten der Stachelpalmhüllen und -blätter zu dem stachelpalmfaserverstärkten Polymerverbundstoff als ein Material zum Bilden von Strukturen ist in 10 dargestellt. Ein Beispiel einer Hülle von einem Stamm einer Stachelpalme ist in 11 dargestellt, wobei ein Abschnitt einer äußeren Schicht der Hülle entfernt ist, um eine innere Schicht der Hülle freizulegen. SEM-Bilder von Stachelpalmfasern nach dem Trocknen und Mahlen sind in 12 in verschiedenen Vergrößerungen dargestellt.
Polymerverbundstoffe können aus einer Polymerkomponente und einer verstärkenden Komponente gebildet sein. Bei dem Polymer kann es sich um eine Art von Kunststoff, Gummi, Harz usw. handeln, die dem Polymerverbundstoff Steifigkeit und Haltbarkeit verleiht. In einigen Aspekten kann es sich bei dem Polymer um ein Duroplast oder ein Thermoplast handeln. Beispielhafte Duroplaste oder Thermoplaste schließen unter anderem Folgendes ein: Acryl, ABS, Nylon, PLA, Polybenzimidazol, Polycarbonat, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyethylen, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenfluorid, Teflon, Polyesterharz, Polyurethan, Polyharnstoffe, vulkanisierten Kautschuk, Bakelit, Duromer, Harnstoff-Formaldehyd-Schaum, Melaminharz, Diallylpthalat, Epoxid, Benzoxazine, Polyamide, Furanharze, Silikonharze, Thiolyt oder Vinylester allein oder in Kombination.
Als Alternative zu synthetischen Fasern können Naturfasern verschiedene Vorteile bieten. Die Naturfasern können weniger abrasiv sein als Glasfasern, wodurch der Bedarf an Wartung und Austausch von Fertigungsanlagen reduziert wird. Die Naturfasern können auf Pflanzenbasis sein und von einer erneuerbaren Ressource stammen. Darüber hinaus können die Naturfasern aus Teilen der Pflanzen extrahiert werden, die herkömmlicherweise als Abfall angesehen werden, wodurch eine kostengünstige, leicht verfügbare Quelle von Verstärkungsfasern bereitgestellt wird.
In einem Beispiel kann die Naturfaser aus der Pfirsichpalme oder Stachelpalme, einem einheimischen Gewächs in einigen Regionen Südamerikas, erhalten werden. Die Stachelpalme ist eine mehrstämmige Pflanze, bei der durch eine mäßige Ernte der Stämme die Lebensfähigkeit der Pflanze aufrechterhalten wird. Der innere, essbare Abschnitt des Stammes der Stachelpalme, z. B. das Stachelpalmherz, kann landwirtschaftlich geerntet werden. Ein äußerer Abschnitt, oder eine Hülle, des Stammes, der aus lingozellulosehaltigen Fasern und den Stachelpalmblättern gebildet ist, kann während der Verarbeitung weggeworfen werden. Somit ist die Stachelpalme aufgrund des geringen Gewichts, der biologischen Abbaubarkeit, der hohen spezifischen Festigkeit und des Moduls ihrer Fasern und der geringen Gasemission während der Verarbeitung ein attraktiver Kandidat zum Verstärken von Verbundmaterialien. Es wird angemerkt, dass sich die Verwendung des Begriffs „Hülle“ im Folgenden auf die äußere Schicht des Stachelpalmstammes bezieht.
Ein Polymerverbundstoff, der mit einer Naturfaser verstärkt ist, kann verwendet werden, um Strukturen zu bilden, die leichtgewichtig, jedoch über eine Vielfalt von Industrieanwendungen stark und haltbar sind. Als ein Beispiel kann der Polymerverbundstoff in Innenkomponenten eines Automobils integriert werden. Ein Beispiel für einen Innenraum 100 eines solchen Fahrzeugs ist in 1 gezeigt. Der Innenraum 100 kann verschiedene Flächen und Strukturen beinhalten, die konfiguriert sind, um eine erwünschte strukturelle Stütze, einen erwünschten Rahmen oder eine erwünschte Ästhetik bereitzustellen, die/der durch den Polymerverbundstoff bereitgestellt werden kann.
Beispielsweise kann eine Mittelkonsole 102 des Innenraums 100 einen Rahmen beinhalten, der aus dem Polymerverbundstoff gebildet ist. Ein Armaturenbrett 104 kann auch zumindest Abschnitte beinhalten, die aus dem Polymerverbundstoff gebildet sind und/oder durch diesen gestützt werden. Des Weiteren können zumindest Abschnitte einer Innenfläche einer Tür 106 den Polymerverbundstoff integriert haben. Eine Verkleidung der Tür 106 oder verschiedene Fächer oder Taschen in der Tür 106 können zum Beispiel aus dem Polymerverbundstoff gebildet sein.
Durch Bilden von Komponenten des Innenraums 100 aus dem Polymerverbundstoff können Gesamtkosten des Fahrzeugs sowie ein Gesamtgewicht des Fahrzeugs reduziert werden, was zu einer erhöhten Kraftstoffeffizienz beitragen kann. Die Kostenreduzierung kann aus der Verwendung reichlich vorhandener Naturfasern resultieren, die leicht gesammelt und verarbeitet werden können. Wie vorangehend beschrieben, können die Naturfasern aus Hüllen von Stachelpalmstämmen und Stachelpalmblättern erhalten werden und dem Polymerverbundstoff, der aus einer Zusammensetzung der Stachelpalmhüllenfasern und -blätter resultiert, wünschenswerte mechanische und ästhetische Eigenschaften verleihen. Die Zusammensetzung der Stachelpalmhüllenfasern beinhaltet Mikrozellulose und Lignin. Die Stachelpalmblätter beinhalten vernetzte Mikrozellulose. Der stachelpalmenverstärkte Verbundstoff kann zum Beispiel in den Innenkomponenten des Fahrzeuginnenraum 100 aus 1 verwendet, aber auch auf eine beliebige Struktur angewendet werden, bei der ein leichtes, haltbares und kostengünstiges Material erwünscht ist. Ein Prozess zum Verstärken des Polymers mit der Stachelpalmhülle und den Blattfasern ist in einer grafischen Darstellung 200 in 2 gezeigt. Die grafische Darstellung 200 wird als ein allgemeiner Überblick über den Prozess zum Bilden eines stachelpalmfaserverstärkten Verbundstoffes bereitgestellt und weitere Details des Prozesses werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die grafische Darstellung 200 einen ersten Schritt 202, einen zweiten Schritt 204 und einen dritten Schritt 206. Bei dem ersten Schritt 202 können Stachelpalmstammhüllen und -blätter gesammelt und getrocknet werden. Bei den Hüllen und Blätter kann es sich um Abfallnebenprodukte der Ernte von Stachelpalmen handeln, bei der das essbare Palmherz von dem Stamm entfernt wird. Die Hülle kann während des Herausziehens des Palmherzens in Längsrichtung geschnitten werden, wodurch Streifen 208 aus Stachelpalmhüllenfasern mit Nanoschichten aus Mikrozellulose gebildet werden. Die Streifen 208 können ungefähr 0,5 bis 5 mm dick sein. Die Blätter können ähnlich getrocknet werden.
Ein Beispiel einer Stachelpalmhülle 1100 ist in 11 gezeigt. Die Hülle 1100 beinhaltet eine äußere, hellere Schicht aus Zellulose. In einem Teil der Hülle 1100, in dem die äußere Zelluloseschicht entfernt ist, kann eine innere Schicht der Hülle 1100 Mikrozellulosefasern beinhalten. Die Streifen 208 beinhalten sowohl die äußere als auch die innere Schicht und beide Schichten können gemahlen werden, um ein Pulver zu bilden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 können die getrockneten Streifen 208 in dem zweiten Schritt 204 zu einem Pulver oder einer Asche 210 gemahlen werden. Die getrockneten Blätter können während des Mahlens hinzugefügt werden. Das Mahlen kann einen oder mehrere Mahlprozesse oder -schritte beinhalten. Beispielsweise können die getrockneten Streifen 208 in einem ersten Mahlprozess zu einer groben Asche und dann in einem zweiten Mahlprozess zu einer feinen Asche gemahlen werden. Andere Beispiele können jedoch mehr als zwei Mahlschritte beinhalten, um unterschiedliche Grade der Fibrillengröße zu erhalten. Bei der Asche kann es sich um ein Gemisch aus faserigem organischem Material, Lignin und Mikrozellulose handeln. Beispielsweise können die getrockneten Streifen 208 eine natürlich auftretende äußere Schicht aus Mikrozellulosefibrillen aufweisen. Nach dem Mahlen in die Asche werden die Mikrozellulosefibrillen mit anderen Komponenten der getrockneten Streifen 208 in die Asche gemischt.
Ein Satz von SEM-Bildern der getrockneten und gemahlenen Stachelpalmhülle und - blattfasern ist in 12 gezeigt. Die Vergrößerung der Bilder nimmt von (a) nach (f) zu, beginnend bei 50-facher Vergrößerung bei (a) und ansteigend auf 1000-fach bei (e) und (f). Die Bilder mit höherer Vergrößerung (z. B. (e) und (f)) zeigen, dass die getrockneten und gemahlenen Stachelpalmhüllen und -blattfasern einzelne, wohldefinierte Stränge mit Breiten von 1 µm und Längen zwischen 10 µm und 400 µm beinhalten. Bei den Strängen kann es sich um Mikrozellulosefibrillen von der äußeren Schicht 1102 der in 11 gezeigten Stachelpalmhülle 1100 handeln.
Die Asche 210 kann mit einem Polymer und/oder einem Haftvermittler angereichert werden, um die Kohäsion zwischen der Asche 210 und dem Polymer zu ermöglichen. In einem Beispiel kann es sich bei dem Polymer um PP handeln und kann es sich bei dem Haftvermittler um Silan handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Polymer um ein PP-Homopolymer mit hoher Kristallinität mit Peroxidzusatz, erhältlich von BRASKEM America, Inc., handeln, das einen Schmelzindex von 23 g/10 min aufweist. Bei dem Haftvermittler kann es sich als ein weiteres Beispiel um mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen handeln, wie etwa BONDYRAM®-modifiziertes Polymerharz, das konfiguriert ist, um die Kopplung zwischen Materialien, wie etwa Naturfaserverstärkungen, und einer Polymermatrix zu fördern. Als noch ein weiteres Beispiel kann es sich bei dem Haftvermittler um ein chemisch funktionalisiertes Polypropylen mit einem hohen Maleinsäureanhydridgehalt und einem Schmelzindex von 10 g/10 min, einem Schmelzpunkt von 167 °C und einer Dichte von 0,905 g/cm³ handeln, wie etwa OREVAC® CA100/CA100N. Das Gemisch kann eine relativ geringe Konzentration des Haftvermittlers, wie etwa 3 %, beinhalten, um die Auswirkungen des Haftvermittlers auf die mechanischen Eigenschaften eines resultierenden Polymerverbundstoffes zu umgehen.

Andere Additive können in dem Gemisch eingeschlossen sein, wie etwa Antioxidationsmittel, Anti-UV-Mittel, Fließmittel, Flammschutzmittel, Dispergiermittel und Gleitmittel, um den Strom des angereicherten Gemisches einzustellen. Eine Liste beispielhafter Additive, die allein oder zusammen verwendet werden können, schließt unter anderem die in Tabelle 1 aufgelisteten Additive ein. Es versteht sich, dass einer oder mehrere der in Tabelle 1 gezeigten Additive zu dem angereicherten Gemisch in einer beliebigen Kombination hinzugefügt werden können oder mehr als eines von jeder Art von Additiv eingeschlossen werden kann. Die relativen Anteile der Additive sowie ein Gesamtvolumen der Additive, die zu dem Gemisch hinzugefügt werden, können je nach erwünschter Anwendung variieren. Wenn zum Beispiel der Polymerverbundstoff verwendet wird, um eine Außenkomponente zu bilden, kann ein höherer Gehalt an Anti-UV-Additiv hinzugefügt werden, um eine Beständigkeit des Polymerverbundstoffes gegenüber UV-Licht und Witterungseinflüssen zu verbessern. In einigen Beispielen kann ein engerer Bereich von Additiven, wie etwa eines Antioxidationsmittels, des Anti-UV-Additivs, eines Fließadditivs, eines Dispergiermittels und/oder eines Gleitmittels, von 0,1-2 % hinzugefügt werden, um einen Verbundstoff mit optimiertem Fluss zu erzeugen. Tabelle 1: Liste beispielhafter Polymerverbundadditive

Art	Beispiele	Hinzugefügte Menge (%)
Anti oxi dati onsmittel	Pentaerythrittetrakis[3-[3,5-di-tert-buty1-4-hydroxyphenyl]propionat (z. B. IRGANOX®1010); Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit (IRGAFOS®168); sterisch gehinderte Phenole oder Benzoate; flexible Schäume auf Polyether- und Polyesterbasis (z. B. IRGASTAB® PUR 67); (1,1-Di-tert-butyl)-4-hydroxyphenyl)-methyl)ethylphosphonat (z. B. IRGANOX®1425)	0-5
Anti-UV-Mittel	Bis(2,2,6,6,-tetramethyl-4-piperidyl)sebaceat (z.B. TINUVIN® 770) gehinderter Amin-Lichtstabilisator; 1,6-Hexandiamin, N, N'-Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)polymer mit 2,4,6-Trichlor-1,3,5-triazin, Reaktionsprodukte mit N-Butyl-1-butanamin und N-Butyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinamin (z. B. Chimassorb®2020); gehindertes Aminderivat (z.B. TINUVIN® XT 55)	0-5
Gleitmittel	Erucamid; Oleamid; Behelamid; pflanzenbasiertes Additiv (z.B. CRODA® Incroslip™ G); Siloxan mit hohem Molekulargewicht mit Polypropylenhomopolymer (z. B. HMB-0221 Masterbatch - Polisiloxan)	0-5
Fließmittel		0-2
Dispergiermittel	Hydroxyfunktionelle Carbonsäureester mit pigmentaffinen Gruppen (z.B. BYK®-P 4102)	0-5
Aufprallmodifikator	Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk, Ethylen- Vinylacetat-Copolymer	0-10
Kurze Glasfasern	PERFORMAX® 249A oder 248A	0-50
Mineralischer Talk		0-30
Minerali scher Glimmer	KA1₂Si₃O₁₀ (OH)₂·5H₂O, Muskovitglimmer (z. B. HiMod-360-Glimmer)	0-30
Schmelzflussharz	Homopolymer (z. B. BRASKEM® H155) MFI von 1250 g/10 min bei 2,16 kg/230 °C)	1-30
Flammschutzmittel	Monomeres gehindertes N-Alkoxyamin (z. B. FLAMESTAB® NOR 116)	0-5

Bei PP kann es sich um ein wünschenswertes Polymer für verschiedene Indutrieanwendungen handeln, zum Beispiel aufgrund seiner chemischen Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln und verdünnten Säuren und Basen, seiner Elastizität, seiner Ermüdungsbeständigkeit, seines relativ hohen Schmelzpunktes, seiner geringen Kosten und geringen Masse. Durch Verstärken von PP mit Naturfasern, wie etwa der Stachelpalmhülle und den Stachelpalmblattfasern, können ein Zähigkeitsverhalten, eine Festigkeit und eine Steifigkeit von PP verbessert werden. Das Stachelpalmasche/PP/Silan-Gemisch kann als Pellets 212 gebildet werden, wobei die Asche in dem dritten Schritt 206 des Ablaufdiagramms 200 homogen in dem PP dispergiert wird. Die Pellets können zum Beispiel Längen von ungefähr 2-3 mm und Durchmesser von ungefähr 3,2 mm aufweisen. In weiteren Beispielen können die Pellets Längen zwischen ungefähr 1-5 mm und Durchmesser zwischen ungefähr 2-4 mm aufweisen. Die Pellets können durch eine Polymerverarbeitungstechnik, wie etwa Spritzgießen, weiterverarbeitet werden, um eine erwünschte Struktur zu bilden.

Die mechanischen Eigenschaften des stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffes können abhängig von dem beabsichtigten Zweck durch Variieren der Menge an in das PP eingeschlossener Stachelpalmfaser eingestellt und optimiert werden. In einigen Aspekten können die Verbundstoffpellets zum mechanischen Testen in die 100-Tonnen-Spritzgussmaschine eingespritzt und gemäß den in Tabelle 2 gezeigten Testparametern bewertet werden. Tabelle 2: Testverfahren für PP-Verbindungen, die mit Stachelpalmfasern verstärkt sind

Testbezeichnung	Verfahren	Bedingung	Probenart
Wasseraufnahme	ISO 62	24 h Eintauchen	50 +/- 1 mm Durchmesser, 3,2 +/- 0,2 mm Dicke
Dichte	ISO 1183	Methode A	Pellets
Zugfestigkeit	ISO 527-1 & 2	50 mm/Minute	150 mindestens x 10 1 4,0 +/- 0,2 mm
Biegemodul	ISO 178	2 mm/Minute	80 x 10 x 4,0 +/- 0,2 mm
Schlagfestigkeit, gekerbt nach Charpy	ISO 179-1/1eA	23 °C	80 x 10 x 4,0 +/- 0,2 mm
Dehnung an der Streckgrenze	ISO 527-1 & 2	50 mm/Minute	150 mindestens x 10 1 4,0 +/- 0,2 mm
Zugmodul	ISO 527-1 & 2	50 mm/Minute	150 mindestens x 10 1 4,0 +/- 0,2 mm

Ein Vergleich der Testergebnisse für reines PP und PP-Verbundstoffe mit variierendem Stachelpalmfasergehalt ist in Tabelle 3-6 und 3-7 und 13-14 beschrieben.
Die Wasserabsorption des PP und der PP-Verbundstoffe wurde durch Trocknen des PP und der Verbundstoffe bei 120 °C für 48 Stunden gemäß der Norm ISO 62 (Version 2008) getestet. Das PP und die Verbundstoffe wurden dann 24, 48, 72 und 96 Stunden lang Luft mit 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und Gewichten der exponierten Proben im Vergleich zu den Trockengewichten ausgesetzt.
Wie in Tabelle 3 gezeigt und in einem Graph 1300 in 13 abgebildet, ist eine von den Verbundstoffen absorbierte Wassermenge höher als das reine PP. Die Wasserabsorption nimmt mit dem Stachelpalmfasergehalt zu, wobei der 30%ige stachelpalmfaserverstärkte Verbundstoff mehr als den dreifachen Gewichtsgehalt von Wasser als das reine PP absorbiert. Tabelle 3: Wasseraufnahme von stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffen

% Stachelpalmfaser 24 h 48 h 72 h 96 h

0 0,115 % 0,242 % 0,164 % 0,735 %

10 0,165 % 0,314% 0,020 % 1,466 %

20 0,230 % 0,279 % 0,646 % 1,621 %

30 0,535 % 0,456 % 0,456 % 2,270 %
Die Dichte wurde gemäß der Norm ISO 1183, Methode A (Version 2019) gemessen. Das PP und die Verbundproben wurden in Luft gewogen, während sie an einem Draht aufgehängt waren. Die Proben wurden dann in Wasser eingetaucht, während sie an dem Draht aufgehängt waren, wobei das Wasser in einem Behälter auf einem Träger enthalten war. Die Temperatur des Wassers betrug 23 °C ± 2 °C. Die eingetauchte Probe wurde dann aus dem Wasser entfernt und gewogen und die Dichte wurde auf Grundlage einer vorgegebenen Schwerkraft der Probe berechnet.
Die in Tabelle 4 gezeigten und in 14 in dem Graphen 1400 abgebildeten Ergebnisse zeigen, dass die Verbundstoffe höhere Dichten aufweisen als das reine PP. Des Weiteren wird durch das Erhöhen des Stachelpalmfasergehalts die Dichte des Verbundstoffes erhöht. Jedoch ist die Zunahme der Dichte für die faserverstärkten 10%igen und 20%igen Stachelpalmenverbundstoffe mit 3 % und 4 % relativ gering. Darüber hinaus sind die Dichten der faserverstärkten Stachelpalmenverbundstoffe, wie in Graph 1400 gezeigt, geringer als der talkverstärkte PP-Verbundstoff mit ähnlichen Anteilen von Talk. Tabelle 4: Dichte von stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffen

% Stachelpalmfaser Dichte Standardabweichung Änderungen gegenüber PP

0 0,883 ±0,002 -

10 0,907 ±0,003 3 %

20 0,926 ±0,006 4%

30 0,943 ±0,002 7 %
Der Biegemodul wurde durch ein Deflektometer gemessen, das ein Dreipunkt-Biegebefestigungsverfahren mit einer Rate von 2 mm/min unter Verwendung einer Ausrüstung von Emix (DL 2000) gemäß der Norm ISO 178 (Version 2019) anwendete.

Der Zugmodul, die Zugfestigkeit und die Dehnung an der Streckgrenze wurden bei einer Testgeschwindigkeit von 50 mm/min gemäß der Norm ISO 527-1 (Probentyp A) unter Verwendung eines Dehnungsmessers bestimmt. Die Proben wurden in einem Universalprüfgerät mit einem festgelegten Greifabstand platziert und bis zum Versagen gezogen. Zum Testen gemäß der Norm ISO 527-2 wurde der Probentyp 1A verwendet (mindestens 150, jeweils 75 mm Messlänge, Breite und Dicke von 10 x 4,0 +/- 0,2 mm). Tabelle 5: Mechanische Eigenschaften von stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffen

% Stachelpalmfaser	Zugfestigkeit an der Streckgrenze (MPa)	Dehnung an der Streckgrenze (%)	Zugfestigkeit (maximale Last) (MPa)	Zugmodul (MPa)
0	17,16±3,93	1,15±0,24	31,25±2,45	1.248±147
10	15,10±2,07	1,90±0,74	22,68±2,32	1.638±43
20	18,01±1,85	0,99±0,04	26,25±1,23	1.837±137
30	17,47±3,70	0,81±0,03	27,05±1,43	2.121±123

Die in Tabelle 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass eine Fähigkeit des Verbundstoffes, Spannung standzuhalten und seine Form beizubehalten, verbessert ist. Die Zugfestigkeit an der Streckgrenze nimmt mit 10 % Stachelpalmfaser im Vergleich zu reinem PP ab, wird jedoch ähnlich der von reinem PP, wie in Tabelle 5 und in 3 in Graph 300 gezeigt, der die Zugfestigkeit an der Streckgrenze gegenüber einem Anteil an Stachelpalmfaser darstellt. Die Dehnung der Verbundstoffe an der Streckgrenze ist in Tabelle 5 und in 4 in Graph 400 gezeigt. Wie in 4 gezeigt, nimmt die Dehnung an der Streckgrenze mit 10 % Stachelpalmfaser relativ zu reinem PP zu, nimmt jedoch für reines PP mit einem höheren Gehalt an Stachelpalmfaser bis knapp unter die Dehnung an der Streckgrenze ab, was angibt, dass der Verbundstoff mit zunehmendem Stachelpalmfasergehalt widerstandsfähiger gegenüber Dehnung wird. Die Zugfestigkeit bei maximaler Last nimmt, wie in Tabelle 5 und in 5 in Graph 500 gezeigt, mit zunehmendem prozentualem Gehalt an Stachelpalmfaser zu. Gleichermaßen nimmt der Zugmodul, wie in Tabelle 5 gezeigt, zu, wenn die Menge der in die Verbundstoffe eingeschlossenen Stachelpalmfaser zunimmt. Somit kann ein Gleichgewicht zwischen dem erwünschten Gewicht des PP-Verbundstoffes, wie durch die Verbundstoffdichte bestimmt, und der erwünschten Zugfestigkeit erhalten werden, indem ein entsprechender Anteil an Stachelpalmfaser ausgewählt wird. Das PP und die PP-Verbundstoffe wurden dem Charpy-Kerbschlagbiegeversuch gemäß der Norm ISO 179-1, Typ 1eA mit Kerbe (Version 2000) und Typ A mit Kerbe (Version 2010) unterzogen. Die Verbundstoffe wurden bei 23° C getestet und vor dem Testen 6 Stunden lang konditioniert. Tabelle 6: Zusätzliche Eigenschaften von stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffen

% Stachelpalmfaser Biegemodul (MPa) Schlagfestigkeit nach Charpy (kJ/m²)

0 1.287±88 1,39±0,46

10 1.620±68 1,32±0,44

20 1.979±69 1,46±0,32

30 2.518±89 1,62±0,39
Zusätzliche Eigenschaften der stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffe sind in Tabelle 6 gezeigt. Ein Biegemodul der Verbundstoffe, wie in Tabelle 6 und in 6 in Graph 600 dargestellt, nimmt zu, wenn der Stachelpalmfasergehalt zunimmt. Wie in Tabelle 6 und in 7 in Graph 700 gezeigt, nimmt eine Schlagfestigkeit der Verbundstoffe gemäß dem Charpy-Kerbschlagbiegeversuch mit 10 % Stachelpalmfaser ab, wird die Festigkeit der Verbundstoffe jedoch mit zunehmendem Anteil an Stachelpalmfaser ähnlich der von reinem PP. Die in Tabelle 6 bereitgestellten Ergebnisse geben an, dass eine Biegefestigkeit der Verbundstoffe mit zunehmendem Stachelpalmfasergehalt zunimmt, während eine Duktilität der Verbundstoffe mit Ausnahme von 10 % Stachelpalmfaser im Vergleich zu PP relativ konstant bleibt. Ein PP-Verbundstoff kann daher dazu ausgelegt sein, weniger verformungsanfällig zu sein, indem der Stachelpalmfasergehalt erhöht wird, während die Zähigkeit des Verbundstoffes beibehalten wird.
Wie bei dem dritten Schritt 206 in 2 gezeigt, kann der durch stachelpalmfasernverstärkte PP-Verbundstoff pelletisiert werden. Innerhalb der Pellets sind beispielsweise Stachelpalmfaserfibrillen mit Durchmessern von 1 µm und Längen von 10 µm homogen in der gesamten PP-Matrix verteilt. In weiteren Beispielen können die Fibrillen Durchmesser zwischen ungefähr 0,5-2 µm und Längen zwischen ungefähr 7-13 µm aufweisen. Indem die Stachelpalmasche zu Fibrillen gemahlen wird, anstatt die Fasern in längeren Filamenten beizubehalten, weist die durch die Stachelpalmfasern bereitgestellte mechanische Verstärkung keine Richtungstendenz auf und ist in dem gesamten Verbundstoff einheitlich. Des Weiteren binden sich die Fibrillen leichter an das PP als längere Filamente von Fasern. Da eine spezifische Ausrichtung der Stachelpalmfasern innerhalb der PP-Matrix ausgeschlossen ist, können die Verbundstoffpellets durch eine Vielfalt von kostengünstigen Techniken verarbeitet werden, um Strukturen zu fertigen, während eine einheitliche strukturelle Integrität und Festigkeit im gesamten Produkt beibehalten wird.
Beispielsweise können die Pellets durch ein Verfahren, wie etwa Spritzgießen, verarbeitet werden, um ein Produkt zu bilden. Während der Verarbeitung können die Pellets geschmolzen werden, wodurch die geschmolzenen Pellets gemischt werden und jegliche anfängliche Ausrichtung der Pellets vor dem Bilden einer endgültigen Struktur verloren geht. Indem ermöglicht wird, dass der stachelpalmfaserverstärkten Verbundstoff spritzgegossen wird, kann ein hohes Volumen an aus dem Verbundstoff gebildeten Produkten problemlos und kostengünstig hergestellt werden. Darüber hinaus kann durch eine Abstimmbarkeit der mechanischen Eigenschaften des Verbundstoffes, wie sie durch Einstellen eines Anteils von Stachelpalmfasern in dem Verbundstoff ermöglicht wird, eine Reihe von Produkten erhöht werden, in denen der Verbundstoff verwendet werden kann.
Die letzten Verarbeitungsschritte des stachelpalmfaserverstärkten Verbundstoffes können Strukturen bilden, die eine durchscheinende Brauntönung mit einem sichtbaren Muster aufweisen, das durch die Fasern gebildet wird. Der Verbundstoff kann einen mittleren Glanzgrad aufweisen, wie durch Standardtests für Spiegelglanz (ASTM D523) unter Verwendung eines Glanzmessers bestimmt. Eine Ästhetik des Verbundstoffes kann ermöglichen, dass der Verbundstoff einer Holzoberfläche ähnlich erscheint. Somit kann der Verbundstoff zusätzlich zum Bereitstellen von struktureller Unterstützung als Rahmen für eine Komponente auch verwendet werden, um Außenflächen der Komponente zu bilden. Das glänzende, getönte Erscheinungsbild des Verbundstoffes kann eine zusätzliche Behandlung der Komponente, wie etwa Färben, Einfärben, Lackieren usw., ausschließen. Durch Einstellen einer Menge an Stachelpalmfasern in dem Verbundstoff kann eine Intensität des Fasermusters variiert werden.
Beispiele für Automobilkomponenten, die aus dem stachelpalmfaserverstärkten Verbundstoff gebildet sein können, sind in 8 und 9 gezeigt. Die in 8 und 9 gezeigten Automobilkomponenten sind jedoch nicht einschränkende Beispiele und es versteht sich, dass der stachelpalmfaserverstärkte Verbundstoff verwendet werden kann, um eine Vielfalt von Strukturen für andere Anwendungen als Automobilkomponenten zu bilden. Ein erstes Beispiel 800 für eine stachelpalmfaserverstärkte Komponente ist in 8 veranschaulicht. Bei dem ersten Beispiel 800 kann es sich um eine Konsole 800 eines Fahrzeugs handeln, die Fahrzeugsteuerungen, wie etwa einen Schalthebel, des Fahrzeugs stützt. Die Konsole 800 kann zusätzlich zum Bereitstellen von Oberflächen für Instrumente, wie etwa verschiedene Anzeigen und Zubehörsteuerungen, eine Vielfalt von Aufbewahrungsfächern bilden. Demnach ist es wünschenswert, die Konsole 800 aus einem haltbaren, starken, leichten Material, wie etwa dem stachelpalmfaserverstärkten Verbundstoff, zu bilden. Der Verbundstoff kann ungefähr 5-70 Gew .-% Stachelpalmfasern beinhalten. In einigen Beispielen kann der Verbundstoff bis zu 70 Gew.-% Stachelpalmfasern beinhalten, z. B., wenn der Verbundstoff spritzgegossen werden soll. Für andere Verarbeitungstechniken können abhängig von den bestimmten angewendeten Techniken zwischen ungefähr 5-40 (Gew.-)% Stachelpalmfasergehalt in dem Verbundstoff eingeschlossen sein. Darüber hinaus kann der stachelpalmfaserverstärkte Verbundstoff der Konsole 800 ein glänzendes, holzartiges Erscheinungsbild verleihen und kann auch verwendet werden, um Außenflächen der Konsole 800 zu bilden.
Ein zweites Beispiel 900 für eine stachelpalmfaserverstärkte Komponente ist in 9 dargestellt. Bei dem zweiten Beispiel 900 kann es sich um ein HLK-Gehäuse 900 für ein Fahrzeug handeln. Das HLK-Gehäuse 900 kann in einem Fach an einem vorderen Ende des Fahrzeugs eingebaut sein. Somit kann das HLK-Gehäuse 900 mit HLK-Fluiden in Kontakt stehen und großen Temperaturunterschieden ausgesetzt sein. Somit kann ein nicht reaktives, elastisches Material mit einem ausreichenden Maß an Elastizität, um durch Fahrzeugbewegung induzierten Schwingungen standzuhalten, verwendet werden, um das HLK-Gehäuse 900 zu bilden. Darüber hinaus kann eine Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erhöht werden, indem ein leichtes Material, z. B. der stachelpalmfaserverstärkte Verbundstoff, verwendet wird, um das HLK-Gehäuse 900 zu bilden. Der Verbundstoff kann außerdem ungefähr 5-40 Gew .-% Stachelpalmfasern beinhalten, wenn er in das HLK-Gehäuse 900 integriert ist.
Ein Verfahren 1000 zum Bilden eines stachelpalmfaserverstärkten PP-Verbundstoffes ist in 10 gezeigt. Der resultierende Verbundstoff kann verwendet werden, um eine Vielfalt von Strukturen zu bilden, einschließlich Automobilkomponenten, wie etwa dem in 8 und 9 gezeigten Beispielen. Die Stachelpalmfasern können während des Erntens der essbaren Herzen der Stachelpalme aus Stämmen und Blättern der Stachelpalme erhalten werden, wie in 2 gezeigt. Weggeworfene Hüllen, welche die Herzen umgeben, können gesammelt und einem Herstellungsvorgang zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden, wie nachfolgend in Verfahren 1000 beschrieben.
Bei 1002 beinhaltet das Verfahren Trocknen der Hüllen, die in Streifen geteilt sein können, sowie der Blätter. Die Hüllen und Blätter können getrocknet werden, indem die Hüllen und Blätter für einen Zeitraum, wie etwa 7 Tage, bei Bedingungen mit niedriger Feuchtigkeit gehalten werden. In einigen Beispielen können die Hüllen und Blätter einer erhöhten Temperatur ausgesetzt oder gegenüber Vakuum exponiert werden. Die getrockneten Hüllen und Blätter können bei 1004 zu einem Pulver oder einer Asche gemahlen werden. Das Mahlen der Hüllen und Blätter kann Aufbringen einer mechanischen Kraft auf die Hüllen und Blätter, zum Beispiel durch eine Pelletiermühle, gefolgt von einem Mahlen in einer Messermühle, beinhalten. Jedoch können verschiedene andere Mahlverfahren, wie etwa Kugel- oder Stabmühlen, verwendet werden, um die Streifen aus Stachelpalmmaterialien zu Fibrillen zu pulverisieren. In einem Beispiel können die Fibrillen Durchmesser von 1 µm und Längen von 10 µm aufweisen. Bei der resultierenden Asche kann es sich um ein Gemisch aus Lignin, Fasern und Mikrozellulose handeln, das in einem Ofen getrocknet werden kann. Beispielsweise kann die Asche nach dem Mahlen 8 Stunden bei 80 °C getrocknet werden.
Bei 1006 beinhaltet das Verfahren Anreichern der Asche mit PP und einem Haftvermittler. Das Aufbereiten kann die Eigenschaften des PP durch Schmelzmischen des PP mit einer Zielmenge der Stachelpalmasche zusammen mit dem Haftvermittler verändern, um die Bindung zwischen dem PP und der Asche zu verbessern. Das angereicherte Gemisch bildet einen Verbundstoff mit einer PP-Matrix oder -Basis. Als ein Beispiel kann der Verbundstoff etwa 5-40 Gew.-% Stachelpalmaasche und etwa 3 Gew.-% des Haftvermittlers beinhalten. Bei dem Haftvermittler kann es sich zum Beispiel um einen mit Maleinsäureanhydrid gepfropfter Polypropylen-Haftvermittler handeln.
Pellets des angereicherten PP, der Stachelpalmasche und des Haftvermittlers können bei 1008 gebildet werden. Die Pellets können zum Beispiel unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders mit einem Schneckendurchmesser von 30 mm und einer Lauflänge von etwa 1500 mm gebildet werden. Die durch den Doppelschneckenextruder gebildeten Pellets können Längen von etwa 2-3 mm und Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen. Der Extruder kann mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 10 kg/h, einer Schneckendrehung von 200 U/min und mit 12 Heizzonen mit Temperaturen im Bereich von 180 bis 200 °C betrieben werden. Die Verbundstoffpellets können dann als Rohmaterial zur weiteren Verarbeitung verwendet werden, um ein gewünschtes Produkt zu bilden. Beispielsweise können die Pellets spritzgegossen, blasgeformt, rotationsgeformt usw. werden, um Automobilkomponenten zu bilden.
BEISPIELE
Beispiel 1
Polymerverbundstoffbildung
Ein stachelpalmenverstärkter Polymerverbundstoff wird durch Schneiden von Stachelpalmstämmen in Längsrichtung in Streifen hergestellt, was es diesen ermöglicht, bei Raumtemperatur für sieben Tage bei geringer Feuchtigkeit zu trocknen. Sobald sie getrocknet sind, werden die Streifen teilweise in einer Pelletiermühle gemahlen, um die Streifen in lange Filamente zu zerlegen, und dann erneut in einer MECANOFAR®-Messermühle (Brasilien) gemahlen, um Fibrillen zu bilden. Das resultierende Pulver wird in einem mechanischen Ofen bei 80 °C für 8 Stunden getrocknet. Das Pulver wird in einen Doppelschneckenextruder der Baureihe ZE 30 von Kraus Maffei (München, Deutschland) mit einem Schneckendurchmesser von 30 mm und einer Lauflänge von 1500 mm jeweils mit 10 Gew. - %, 87 Gew.-% und 3 Gew.-% von BRASKEM® PP H₂O₂ HC (Braskem, Brasilien) und BONDYRAM ® PPG MAH (Polyram Plastic Industries LTD., Gilboa, Israel) gemischt. Der Extruder wird mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 10 kg/h, einer Schneckengeschwindigkeit von 100 U/min sowie einer Seitenvorschubgeschwindigkeit von 200 U/min betrieben und durch 12 Heizzonen (ZI bis Z12) erhitzt. Der Extruder wird bei Z1 auf 30 °C, bei Z2 auf 180 °C, über Z3 bis Z5 auf 190 °C, über Z6 bis Z9 auf 195 °C und über Z10 bis Z12 auf 200 °C erhitzt. Nach Erreichen von Z12 wird der geschmolzene Polymerverbundstoff zu Pellets mit einer Länge von 2-3 mm und einem Durchmesser von 3,2 mm extrudiert. Die Pellets werden in eine Spritzgussmaschine eingespritzt, um zu einer Zielstruktur geformt zu werden. Die fertige Struktur weist eine glatte, mittelglänzende Oberfläche und eine bräunliche Farbe mit sichtbaren Fasern auf.
Auf diese Weise kann ein leichtes Verbundmaterial mit erhöhter Festigkeit und einem ansprechenden visuellen Erscheinungsbild durch ein kostengünstiges, erneuerbares Material verstärkt werden. Der Verbundstoff kann aus einer PP-Basis mit in der PP-Matrix dispergierten Stachelpalmfasern gebildet sein. Die Stachelpalmfasern können vor dem Mischen mit dem PP zu einem Pulver gemahlen werden, um ein homogenes Material zu bilden, das durch kostengünstige Kunststoffherstellungsverfahren verarbeitet werden kann. Durch Integrieren der Stachelpalmfasern als Fibrillen in das PP kann eine aus dem Verbundstoff gebildete Struktur unabhängig von der Verarbeitungstechnik einheitliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus können die mechanischen Eigenschaften des Verbundstoffes problemlos angepasst werden, indem ein Gehalt an Stachelpalmfasern eingestellt wird.
Der technische Effekt der Bildung eines Verbundstoffes aus PP- und Stachelpalmfasern besteht darin, dass eine Festigkeit und eine Haltbarkeit des PP erhöht werden, ohne zusätzliche Kosten oder eine Komplexität in der Herstellung zu verursachen.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verbundmaterial eine Polymerbasis und ein feines Pulver mit Fibrillen aus Mikrozellulose, das aus gemahlenen und getrockneten Stachelpalmfasern gebildet ist, wobei das Verbundmaterial als Pellets bereitgestellt ist. In einem ersten Beispiel für das Verbundmaterial ist die Polymerbasis Polypropylen. Ein zweites Beispiel für das Verbundmaterial beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Pulver anfangs zu einem groben Pulver mit langen Filamenten gemahlen und dann zu einem feinen Pulver gemahlen wird. Ein drittes Beispiel für das Verbundmaterial beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten und zweiten Beispiel und beinhaltet ferner einen Haftvermittler. Ein viertes Beispiel für das Verbundmaterial beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Stachelpalmfasern aus Hüllen von Stachelpalmstämmen und Stachelpalmblättern erhalten werden. Ein fünftes Beispiel für das Verbundmaterial beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis vierten Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Pulver homogen in der Polymerbasis dispergiert ist und dass das Pulver ein Gemisch aus Lignin, Fasern und Mikrozellulose ist. Ein sechstes Beispiel für das Verbundmaterial beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis fünften Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Pellets zwischen 5-40 Gew .-% des Pulvers beinhalten. Ein siebtes Beispiel für das Verbundmaterial beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis sechsten Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Verbundmaterial eine mittelglänzende Oberfläche mit einem Erscheinungsbild ähnlich Holz aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein naturfaserverstärkter Verbundstoff Stachelpalmfasern, die in einer Polypropylen-Matrix als Pulver dispergiert sind, wobei die Stachelpalmfasern aus einer Stammhülle und Blättern einer Stachelpalmpflanze extrahiert sind. In einem ersten Beispiel für den Verbundstoff wird der naturfaserverstärkte Verbundstoff als Pellets zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Ein zweites Beispiel für den Verbundstoff beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass eine Dichte des naturfaserverstärkten Verbundstoffes zwischen 0,907 und 0,943 g/cm³ liegt. Ein drittes Beispiel für den Verbundstoff beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten und zweiten Beispiel und beinhaltet ferner, dass eine Zugfestigkeit an der Streckgrenze des naturfaserverstärkten Verbundstoffes zwischen 15,10-18,01 MPa liegt. Ein viertes Beispiel für den Verbundstoff beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner, dass eine Dehnung an der Streckgrenze des naturfaserverstärkten Verbundstoffes zwischen 0,8-1,9 % liegt. Ein fünftes Beispiel für den Verbundstoff beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis vierten Beispiel und beinhaltet ferner, dass ein Zugmodul des naturfaserverstärkten Verbundstoffes zwischen 1.638-2.121 MPa liegt. Ein sechstes Beispiel für den Verbundstoff beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis fünften Beispiel und beinhaltet ferner, dass ein Biegemodul des naturfaserverstärkten Verbundstoffes zwischen 1.620-2.518 MPa liegt. Ein siebtest Beispiel für den Verbundstoff beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis sechsten Beispiel und beinhaltet ferner, dass eine Schlagfestigkeit des naturfaserverstärkten Verbundstoffes zwischen 1,32-1,62 kJ/m² liegt.
In noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren Trocknen von Stachelpalmhüllen und -blättern, Mahlen der Stachelpalmfasern zu einem groben Pulver, Mahlen des groben Pulvers zu einem feinen Pulver, Mischen des Pulvers in ein Polymer und Bilden von Pellets aus dem Gemisch aus dem Pulver und dem Polymer. In einem ersten Beispiel für das Verfahren werden Stachelpalmhüllen und -blätter, die während eines Erntens von Palmherzen von Stachelpalmen weggeworfen werden, gesammelt. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Mahlen der getrockneten Stachelpalmhüllen und -blätter partielles Mahlen der Stachelpalmhüllen und -blätter in das grobe Pulver durch eine Pelletiermühle und dann in das feine Pulver in einer Messermühle beinhaltet, gefolgt von einem Trocknen in einem Ofen bei 80 °C. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten und zweiten Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Mischen des Pulvers in das Polymer Anreichern des Polymers mit dem Pulver und einem Haftvermittler mit einem Doppelschneckenextruder und Erhitzen des Extruders durch 12 Heizzonen bei Temperaturen zwischen 180-200 °C beinhaltet, und wobei das Polymer Polypropylen ist.
Wie in dieser Schrift verwendet, ist der Ausdruck „ungefähr“ oder „etwa“ als plus oder minus fünf Prozent des jeweiligen Bereichs aufgefasst, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen und zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 1183 [0025]
ISO 178 [0027]
ISO 179-1 [0029]

Claims

Verbundmaterial, umfassend: eine Polymerbasis; und ein feines Pulver mit Fibrillen aus Mikrozellulose, das aus gemahlenen und getrockneten Stachelpalmfasern gebildet ist; wobei das Verbundmaterial als Pellets bereitgestellt ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die Polymerbasis Polypropylen ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver anfangs zu einem groben Pulver mit langen Filamenten gemahlen und dann zu einem feinen Pulver gemahlen wird.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Haftvermittler.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die Stachelpalmfasern aus Hüllen von Stachelpalmstämmen und Stachelpalmblättern erhalten werden.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das Pulver homogen in der Polymerbasis dispergiert ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 6, wobei das Pulver ein Gemisch aus Lignin, Fasern und Mikrozellulose ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die Pellets zwischen 5-40 Gew.-% des Pulvers beinhalten.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das Verbundmaterial eine mittelglänzende Oberfläche mit einem Erscheinungsbild ähnlich Holz aufweist.
Verfahren zum Bilden eines Verbundstoffes, umfassend: Trocknen von Stachelpalmhüllen und -blättern; Mahlen der Stachelpalmfasern zu einem groben Pulver; Mahlen des groben Pulvers zu einem feinen Pulver; Mischen des Pulvers in ein Polymer; und Bilden von Pellets aus dem Gemisch aus dem Pulver und dem Polymer.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Sammeln von Stachelpalmhüllen und -blättern, die während eines Erntens von Palmherzen von Stachelpalmen weggeworfen werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Mahlen der getrockneten Stachelpalmhüllen und -blätter ein partielles Mahlen der Stachelpalmhüllen und -blätter zu dem groben Pulver durch eine Pelletiermühle beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Mahlen der getrockneten Stachelpalmhüllen und -blätter ferner Mahlen des groben Pulvers zu dem feinen Pulver in einer Messermühle beinhaltet, gefolgt von Trocknen in einem Ofen bei 80 °C.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Mischen des Pulvers in das Polymer Anreichern des Polymers mit dem Pulver und einem Haftvermittler mit einem Doppelschneckenextruder und Erhitzen des Extruders durch 12 Heizzonen bei Temperaturen zwischen 180-200 °C beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Polymer Polypropylen ist.