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Herstellen von Formteilen Es ist bekannt, Formteile aus Zellulosefasern,
Holzfasern, Asbestfasern oder ähnlichen saugfähigen, vorzugsweise faserförmigen
Materialien unter Verwendung von thermoplastischen Kunstharzen als Bindemittel herzustellen.
Dazu wird einem wässerigen Zellulosefaserbrei der thermoplastische Kunststoff in
Pulverform zugemischt, ähnlich wie dies beispielsweise für Kaolin, Schwerspat usw.
in der Papierindustrie üblich ist, und aus diesem Gemisch ein vliesförmiges Material
hergestellt. Das Kunstharz wird dabei lediglich durch die Filtrationswirkung der
auf dem Sieb gebildeten Fasermasse zurückgehalten.
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Dadurch ergibt sich eine niedere Retention vor allem bei höheren Kunstharz
anteilen und groben Fasern sowie eine ungleichmäßige Kunstharzverteilung über die
Dicke des Faservlieses. Während sich auf der Oberfläche des Vlieses eine relativ
starke Kunstharzschicht bildet, nimmt der Kunstharz anteil nach dem Sieb zu immer
mehr ab. Da die Vliesbildung der Abscheidung des Kunstharzes durch den Filtriervorgang
vorausgehen muß, kommen die Fasern in direkten gegenseitigen Kontakt und gehen eine
Zellulose-Zellulose-Bindung ein, so daß sich das Kunstharz auch beim Pressen nicht
mehr zwischen die fest miteinander verklebten Fasern schieben kann. Dies hat ungleichmäßige
Vliese zur Folge, die stark stauben, weil das Kunstharz nicht auf der Faser verankert
ist, ferner eine Einseitigkeit der Preßkörper, die zu Verwerfungen führt, und eine
ungenügende Wasserfestigkeit des verpreßten Materials.
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Weiterhin ist es bekannt, in den Faserbrei eine Kunstharz-Wasser-Dispersion
einzubringen und diese Dispersion durch Zusätze zu brechen, d. h. die Kunstharzteilchen
der Dispersion durch gegenseitige Verklebung zu vergrößern und dadurch ihre Filtrierfähigkeit
zu verbessern. In Abwandlung dieses Verfahrens ist es auch bekannt, eine Aufschwemmung
von fasrigem Material mit einer vorher durch Zusatz einer Kochsalzlösung gebrochenen,
verdünnten Polyvinylchlorid-Dispersion zu vermischen. Die freien Kunstharzteilchen
sollen dann beim Absaugen des Faserbreies auf Siebvorrichtungen auf den Faserstoff
aufgebracht werden. Da in beiden Fällen die Vliesbildung der Kunstharzabscheidung
durch den Filtriervorgang vorangeht, sind diese Verfahren identisch mit dem vorher
beschriebenen und zeigen auch die gleichen Mängel.
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Auch die Anwendung filmbildender Emulsionen von thermoplastischen
Kunstharzen, wie sie bei der Emulsionspolymerisation derselben erhalten werden,
z. B. der Emulsion von Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat oder seiner Copolymeren,
der Polymeren des
Butadien usw. und deren Ausfällung auf die Fasern mit anschließender
Vliesbildung auf den üblichen Papier-, Karton- oder Faserplattenmaschinen ist bekannt,
hat jedoch nicht zu technisch brauchbaren Verfahren geführt. Zwar kann die Kunstharzretention
auf diese Weise verbessert werden, doch hat sich gezeigt, daß sich durch den filmartigen,
wasserundurchlässigen Kunstharzüberzug auf der Faser, insbesondere bei höheren Kunstharzgehalten,
keine genügende, d. h. der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschinen entsprechend schnelle
Entwässerung bei der Vliesbildung und bei der Trocknung der Vliese erreichen läßt.
Diese Entwässerungsschwierigkeiten führen außerdem zu einer Wasserdampfbildung beim
Verpressen solcher Vliese, die die Herstellung einwandfreier Preßkörper verhindert.
Die Klebrigkeit der von solchen Kunstharzfilmen umschlossenen Fasern macht die produktionsmäßige
Vliesherstellung aus derartig behandelten Materialien, insbesondere bei höheren
Kunstharzanteilen, auf Papier-, Karton- und Faserplattenmaschinen infolge Verklebung
der Siebe, Filze und Walzen unmöglich. Bisher haben Verfahren, die auf einem direkten
Zusatz größerer Mengen eines thermoplastischen Kunstharzes zum Faser brei beruhen,
kaum technischen Einsatz gefunden.
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Um diese Schwierigkeiten, die beim direkten Eintragen der thermoplastischen
Kunstharze in den Faserbrei auftraten, zu vermeiden, ist weiter der an
sich
umständliche Weg bekannt, in getrennten Arbeitsgängen Faservliese zu bilden, dieselben
zu trocknen und anschließend entweder mit der wässerigen Lösung von Vorkondensaten
von heißhärtbaren Harzen oder aber mit Lösungen von thermoplastischen Kunstharzen
in organischen Lösungsmitteln, mit Emulsionen von solchen Lösungen oder mit wässerigen
Dispersionen dieser Kunstharze zu imprägnieren und die so gewonnenen Faservliese
nach dem Trocknen heiß zu verpressen. DieseImprägnationsmethoden ergeben gegenüber
den bekannten Filtrationsverfahren zwar eine verbesserte Kunstharzausbeute und werden
technisch angewendet, obwohl sie zusätzliche, kostspielige Arbeitsvorgänge erfordern,
sie haben jedoch nur geringe Tiefenwirkung und können deshalb nur zur Herstellung
dünner Vliese bis zu einem maximalen Zellulosegewicht 50 bis 60 g/m2 herangezogen
werden.
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Für sämtliche bekanntgewordenen Tränkungsverfahren hat sich als nachteilig
erwiesen, daß die Kunstharzteilchen nicht zwischen die einzelnen Zellulosefasern
dringen, sondern stets nur die im Faservlies bestehenden Hohlräume ausfüllen. Nach
dem Verpressen derartig getränkter Vliese ergeben sich dann Körper, die nicht homogen
sind und deren Wasserbeständigkeit unbefriedigend ist, weil die hydrophilen Fasern
auch nach dem Preßvorgang in gegenseitigem direktem Kontakt bleiben und der Kunstharzanteil
an der Oberfläche hoch, im Stoffinnern jedoch verringert ist. Auch nach dem Verpressen
kommt deshalb keine genügende Abbindung zustande.
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Aus all diesen Schwierigkeiten, die sich bei der Ausführung der vorgenannten
bekannten Verfahren einstellten, ergab sich die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe, nach der ein Verfahren zur Herstellung mit Faservliesen armierter, wasserfester
Preßkörper aus thermoplastischen Kunstharzen und hydrophilem Fasermaterial zu schaffen
war, welches auch bei hohem Kunststoffanteil eine gleichmäßige Kunstharzverteilung
bei hoher Retention sichert und welches die Vliesherstellung auf üblichen Papier-,
Karton- und Faserplattenmaschinen ermöglicht.
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Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen
und Folien, bei dem man aus Polyvinylchlorid, seinen Mischpolymerisaten und/oder
Polystyrol sowie einem Füllstoff in Faserform bestehende Formmassen und Faservliese
in der Hitze verpreßt, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Verschweißen einer oder
zweier Oberflächen des Faservlieses mit Kunststoff-Folien oder üblichen härtbaren,
kunstharzimprägnierten Papier- oder Gewebebahnen, wobei man Massen oder Vliese verpreßt,
die hergestellt worden sind, indem man übliche wässerige Aufschwemmungen des faserförmigen
Füllstoffes alkalisch einstellt, einen Weichmacher und/oder ein Quellmittel für
das Polymere in emulgierter Form zugibt, in diesen Aufschwemmungen das Polymere
in feinpulvriger Form in Gegenwart von Fett- oder Harzsäuren dispergiert und dann
die oberflächlich angequollenen Polymerkörner mit Hilfe üblicher Fällmittel auf
die Fasern ausfällt, schließlich aus der so entstandenen Suspension wie üblich das
Wasser abfiltriert und den Filterrückstand trocknet.
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Als geeignete faserförmige Füllstoffe sind vor allem zu nennen: Holzschliff,
Holzfasern, Zellstoff, kurz geschnittene Textilfasern pflanzlichen und tierischen
Ursprungs und Asbestfasern. Der Füllstoff
wird so fein gemahlen oder aufgeschlossen,
daß eine ausreichende Imprägnierung der Fasern auch in ihrem Inneren erreicht werden
kann. Beim Aufschließen bzw. Mahlen trägt man dafür Sorge, daß die Füllstoffteilchen
eine Faserform erhalten. Das Faservlies läßt sich vor dem Verpressen wie Papier
bedrucken und beschreiben, da für die Aufnahme der Druckfarben eine ausreichende
Oberfläche der Zellulosefasern noch freiliegt. Eine Verschmutzung der Drucklettern
usw. durch das Kunstharz tritt nicht ein.
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Nach dem Verpressen derartiger bedruckter und beschriebener Papiere
ist der Druck oder die Schrift unverändert in die beim Verpressen entstandene Kunststoff-Folie
fälschungssicher und wetterfest eingebettet.
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Das Verpressen der Formmassen und Faservliese erfolgt z. B. auf einem
Kalander, einer Kompressionspresse oder auf einer Strangpresse. Die Verpressung
von pulverförmigem Material kann in mehreren Stufen erfolgen, etwa derart, daß man
zunächst drucklos oder unter geringem Druck ein Vlies herstellt, welches dann anschließend
im Kompressionsverfahren in seine endgültige Form, z. B. zu einer Platte oder zu
einem Formkörper, verpreßt wird. Die Verarbeitung des Vlieses muß nicht unmittelbar
nach seiner Herstellung erfolgen. Falls es sich um Preßkörper von großer Flächenausdehnung,
wie etwa Platten, handelt, ist es zweckmäßig, diese in der Presse unter Druck auszukühlen.
Mit dem pulvrigfaserförmigen, trockenen Material oder mit einem aus dem Faservlies
hergestellten Granulat, kann man auch Strangpressen beschicken und auf diese Weise
Profile, Bänder, Rohre usw. spritzen.
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Irgendwelche Entmischungserscheinungen beim Beschicken der Pressen,
Kalander usw. sind nicht zu befürchten, da der Kunststoff in den Füllstoff eindiffundiert
ist und sich in diesem verankert hat.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile haben im Schnitt das
Aussehen und die Eigenschaften eines homogenen Materials. Selbst bei einem Füllstoffgehalt
von 70 bis 80 0/o sind diese Preßkörper noch vollkommen homogen und praktisch porenfrei,
so daß sie sogar poliert werden können. Sie besitzen hervorragende mechanische Eigenschaften
und eine hohe Elastizität, da die elastischen Eigenschaften des Füllstoffes voll
erhalten bleiben und der wasserabweisende Kunststoff ihnen infolge seiner homogenen
Verteilung im Material eine ausgezeichnete Wasserfestigkeit verleiht, auch ohne
Vorbehandlung des hydrophylen Füllstoffes.
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Bei Verwendung von fein aufgeschlossenen Holzfasern oder Holzschliff
als Füllstoff und von weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid als Kunstharzkomponente,
steht das erfindungsgemäß erhaltene Material verarbeitungstechnisch und in seinen
sonstigen Eigenschaften zwischen einem dichten Edelholz und einem thermoplastischen
Kunststoff: es übertrifft das Holz durch seine Wasserfestigkeit und seine völlige
Homogenität sowie durch die Elastizität und Verformbarkeit und den thermoplastischen
Kunststoff durch seine Formtreue.
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Die wichtigsten physikalischen Kennzahlen von infolge ihres Asbestgehalts
praktisch unbrennbaren, erfindungsgemäß hergestellten Polyvinylchlorid-Platten,
bestehend aus 420/o- PVC, 8 ovo Weichmacher, 25°/o Asbestfasern und 25 O/o Natronkraftstoff,
sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben und mit den entsprechenden Kennzahlen
von Hart-PVC
(s. Saechtling-Zebrowski, Kunststoff-Taschenbuch, 1965,
S. 183, Tabelle23) verglichen:
| Hart-PVC |
| nach |
| DIN 16 927 |
| Dichte, p/cm3 l, 6 1,6 1,38 |
| Biegefestigkeit, kp/cm2. > 1 200 1 l 000 |
| Zugfestigkeit, kp/cm2 > ) 900 550 |
| Elastizitätsmodul, kp/cm2 80 000 30 000 |
| Schiagzähigkeit,kp/cm/cm2 20 bis 22 - |
| Kerbschlagzähigkeit, |
| kp/cm/cm2 .. . 11 2 |
| Kugeldruckhärte, kplcm2 1 500 1 200 |
Man sieht aus diesem Vergleich, daß der E-Modul dieser Polyvinylchlorid-Platten
mehr als doppelt so hoch liegt, wie der E-Modul von Hart-PVC, und zwar etwa in der
Größenordnung des E-Modul von Tannen- oder Fichtenholz (86000 kp/cm2). Damit werden
dem PVC Anwendungsgebiete erschlossen, die bisher dem Holz vorbehalten bleiben mußten.
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Biegefestigkeit, Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit sind höher
als bei Hart-PVC. Erwähnt sei ferner, daß die Schlagzähigkeit eines derart faserarmierten
PVC bei +200 C und 400 C praktisch die gleiche ist.
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Das faserarmierte Polyvinylchlorid hat nicht mehr den in vielen Anwendungsfällen
der Thermoplaste als sehr hinderlich empfundenen »kalten Fluß«, es kann ähnlich
wie ein Thermoplast in der Wärme noch eindimensional verformt werden, z. B. zu Wellplatten
für leichte Dachbedeckungen Platten aus 70 bis 800/0 Holzmehl oder Holzschliff und
Polyvinylchlorid mit einem Weichmachergehalt von etwa 10 0/o besitzen eine überraschend
große Oberflächenhärte. Infolge ihrer Homogenität und Porenfreiheit ist trotz des
hohen Füllstoffgehaltes ihre Wasserfestigkeit hervorragend; unter dem Einfluß der
Luftfeuchtigkeit treten keine Verwerfungen ein.
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Die Platten haben eine federnde, stahlähnliche Elastizität, sie können
gesägt, gehobelt und poliert werden; beim Sägen erhält man saubere Schnittflächen.
Die Platten können genagelt, geleimt, heiß verschweißt und nach dem Anwärmen auch
geformt werden. Man kann daher in diesem neuen Material den Abschluß einer Entwicklung
sehen, mit dem Ziel, aus dem inhomogenen Rohstoff Holz einen homogenen, wasserfesten
und formstabilen Werk-und Baustoff zu schaffen; dieser kann jedoch, im Gegensatz
zu Holz, wie ein thermoplastischer Kunststoff in der Wärme geformt und verschweißt
werden.
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Die erfindungsgemß hergestellten Formteile können zur Herstellung
von Schichtstoffen verwendet werden, indem man Platten oder Folien aus solchen thermoplastischen
Kunststoffen, die sich mit dem Kunststoff des Materials verschweißen lassen (im
vorliegenden Beispiel etwa PVC-Folien oder -Platten), in der Wärme aufschweißt:
dies kann in einem Arbeitsgang bei der Plattenherstellung selbst geschehen oder
aber auch in zwei getrennten Arbeitsgängen. Da in diesen neuen Preßkörpern eine
innige und homogene Verbindung eines hydrophoben, thermoplastischen Kunstharzes
mit einem hydrophilen, saugfähigen Füllstoff vorliegt, können hier
erstmalig auf
ein thermoplastisches Material Papier-und Gewebebahnen direkt aufkondensiert werden,
die mit heiß härtbaren Harzen (z. B. mit Melamin-oder Harnstoffharzen) imprägniert
sind. Das in nicht auskondensiertem Zustand hydrophile Amidharz verbindet sich dabei
mit dem hydrophilen Füllstoff der neuen Preßmasse. Man erhält auf diese Weise zum
erstenmal Preßkörper und Platten, die die ungewöhnlich hohe Oberflächenhärte und
Widerstandsfähigkeit der Überzüge auf Amidharzgrundlage mit der Elastizität und
den leichten, vielseitigen Verarbeitungsmöglichkeiten des vorliegenden thermoplastischen
Plattenuntergrunds verbinden.
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Das erfindungsgemäß hergestellte Material kann auch homogen in der
Masse gefärbt werden, entweder indem man den Füllstoff vor seiner Imprägnierung
mit dem Kunststoff direkt anfärbt oder aber indem man ihm geeignete Farbpigmente
zumischt.
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Es ist bekanntlich möglich, Zellulose durch Zusätze schwer entflammbar
zu machen; man kann daher auch bei Verwendung von zellulosehaltigen Füllstoffen
durch solche Zusätze die Formteile schwer entflammbar oder unbrennbar machen; ebenso
lassen sie sich durch Zusatz geeigneter Produkte gegen Insektenfraß und Pilzbefall
schützen.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile eignen sich beispielsweise
als Profile, Verkleidungsplatten, Fußbodenplatten, Tischplatten, Dekorationsplatten,
Bauteile für Möbel usw.
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Beispiel 10 Teile lufttrockener, feiner Holzschliff werden in etwa
220 Teile Wasser aufgeschlämmt.
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0,3 Teile Stearinsäure werden in einer Lösung von 0,05 Teilen Ätznatron
(ger. als NaOH) in etwa 30 Teile Wasser bei 40 bis 500 C gelöst und in dieser Lösung
wird ein Gemisch von 1 Teil Trikresylphosphat und 0,3 Teilen Perchloräthylen emulgiert.
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Die erhaltene Emulsion wird dem aufgeschlämmten Holzschliff zugesetzt
und mit diesem gut homogenisiert. Hierauf wird in dieses Gemisch eine vorher hergestellte
Mischung von 9 Teilen feinpulvrigem Polyvinylchlorid mit 0,25 Teilen Bleistearat
eingerührt und nach erfolgter Homogenisierung wird mit 20 Teilen einer Aluminiumsulfatlösung,
die 10 g Al2 (SO4) 3 18 H2O pro Liter enthält, unter dauerndem Rühren der Masse
gefällt.
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Man saugt nun den Faserbrei in üblicher Weise auf Sieben ab, entfernt
durch Abquetschen zwischen Walzen so gut wie möglich das Wasser und trocknet das
so erhaltene Faservlies bei Temperaturen bis zu 1200 C. Das Abquetschen des Faservlieses
soll so geregelt werden, daß das trockene Vlies eine Dichte von etwa 0,35 bis 0,50
besitzt.
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Das trockene Faservlies kann nun entweder in der Etagenpresse zu
Platten verpreßt werden oder aber, wenn Profile, Rohre usw. hergestellt werden sollen,
wird es zunächst zu einem granulatähnlichen Produkt zerkleinert, und mit diesem
wird dann die Strangpresse beschickt. Das verpreßte Material hat eine Dichte von
etwa 1,2 und ist eine völlig homogene Masse aus Holzfasern und Polyvinylchlorid.
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Die im vorstehenden Beispiel gemachten Mengenangaben sind Gewichtsteile.