DE2647944C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen und einem blattförmigen, geschnitzelten, faserigen, nicht-thermoplastischen Werkstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen und einem blattförmigen, geschnitzelten, faserigen, nicht-thermoplastischen Werkstoff

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DE2647944C2 DE2647944A DE2647944A DE2647944C2 DE 2647944 C2 DE2647944 C2 DE 2647944C2 DE 2647944 A DE2647944 A DE 2647944A DE 2647944 A DE2647944 A DE 2647944A DE 2647944 C2 DE2647944 C2 DE 2647944C2
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Description

Eine ältere Patentanmeldung hat ein Verfahren zum Herstellen von Formkörper!» aus thermoplastischen Kunststoffen und einem blattförmigen, geschnitzelten, faserigen, nicht-thermoplastischen Werkstoff, vorzugsweise Papier, zum Gegenstand. Die Schnitzelmasse liegt in noch nicht beschichtetem oder noch nicht vollständig beschichtetem Zustand vor. Gegebenenfalls werden Füllstoffe eingemischt. Auf diese faserige Schnitzdmasse und den Kunststoff wird durch Hitze und Druck eingewirkt Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der blattförmige, geschnitzelte, faserige Werkstoff, der ca. 65 VoL-% oder mehr der Gesamtmasse beträgt, unter Einwirkung von Druck und s Hitze mit dem Thermoplastanteil vermischt, dabei vorverdichtet, hierauf extrudiert und bei der Endverformung fertigverdichtet wird.
Das Vermischen und Vorverdichten führt zu einem Umhüllen der faserigen Schnitzelmasse mit Thi.rmo-
M plast, das für die spätere Qualität der Formkörper wichtig ist Der Thermoplast sorgt dafür, daß bei der nachfolgenden Fertigverdichtung der Masse die im faserigen Vlies festgehaltene Luft nicht entweichen kann. Damit ist z. B. die Voraussetzung für die Nagelfähigkeit geschaffen. Denn diese verlangt, wenn man von dem Sonderfall der Elastomeren, wie z. B. Gummi, absieht, bei dem infolge der weit über 100%-Dehnung Material über größere Bereiche verdrängt werden kann, eine Kompressibilität des Materials im Nahbereich. Die eingeschlossene Luft in ihrer mikrofeinen Verteilung weicht beim Nageln dem verdrängten Material und vermag Stoßbeanspruchungen elastisch aufzufangen. Beides sind Eigenschaften, wie sie beispielsweise beim Holz geschätzt werden.
Beim Fertigverdichten während der Endformung wird der Kunststoff mittels Druck und Temperatur in das Faservlies hineingepreßt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der älteren Patentanmeldung wird das Fertigverdichten unter einem so hohen Druck durchgeführt, daß auf der Oberfläche des Formkörpers eine Kunststoffschicht gebildet wird und daß die Oberfläche bis auf Erstarrungstemperatur des Thermoplasts abgekühlt wird. Das Verfahren der älteren Patentanmeldung bietet also je nach Einsatzzweck die Möglichkeit, Formkörper mit und ohne Thermoplast-Oberfläche herzustellen. Durch die allseitig mit Thermoplast umschlossenen Faserblättchen, in die der Thermoplast eingedrungen ist, läßt sich auch erklären, warum der Werkstoff hydrophob ist, obwohl
er einen hohen Anteil an faserigem Werkstoff hat, dessen Papiervlies hydrophil ist Diese Eigenschaft hat der nach dem Verfahren der älteren Patentanmeldung hergestellte Formkörper nicht nur infolge seiner Thermoplast-Oberfläche, sondern auch im Inneren.
♦5 Auch ein aufgeschnittener Formkörper bleibt also hydrophob.
Die Erfindung hat eine Weiterentwicklung und Verbesserung des Verfahrens nach der älteren Patentanmeldung zum Gegenstand. Ihr liegt die Aufgabe zugründe, in diesem Verfahren Formkörper mit gleichbleibenden und verbesserten Werkstoffeigenschaften herzustellen und die Herstellkosten der Formkörper zu senken.
Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die EiTm-
ss dung besteht darin, daß bei einem Verfahren nach der älteren Patentanmeldung aus den Faservliesen und gegebenenfalls den Füllstoffen als nicht-thermoplastischen Werkstoffen und aus den auf den Fasern haftfähigen, thermoplastischen Kunststoffen ein rieselfähiges Agglomerat hergestellt wird, indem diese Werkstoffe einer Vorbehandlung unterzogen werden, bei welcher die Thermoplast-Anteile mit den Nicht-Thermoplast-Anteilen unter Erwärmung in Strangform überführt und miteinander verklebt werden und daß die Stränge anschließend zerkleinert werden. Das erfindungsgemäß hergestellte, riesclfähige Agglomerat besitzt ein Schüttgewicht, das wesentlich über dem der Schnitzelmasse der älteren Patentanmeldung liegt. Infolgedessen kön-
nen die Schneckengänge des Extruders, der bei der Durchführung eines Verfahrens nach der älteren Patentanmeldung Verwendung findet, besser mit dem Ausgangswerkstoff gefüllt werden. Das hat wiederum eine verbesserte Leistungsfähigkeit des Extruders zur Folge. Ferner ist der Wärmeübergang von der Extruderwandung zu Schnitzelmasse besser. Ein weiterer Vorteil der nunmehr besser fällbaren Schneckengänge liegt darin, daß die Ausstoßgeschwindigkeit der plastischen Masse nicht periodisch wechselt (=»Pumpen«). Damit sind folgende Nachteile beseitigt, die sonst aufgrund des pulsierenden rhythmischen Ausstoßens des Extruders zu befürchten sind. Es entfällt nämlich die Gefahr des Scherbruches der Masse und einer unnötigen Verlängerung der Temperaturbelastung der Masse im Extruder und im Formwerkzeug. Eine erhöhte Temperaturbelastung der Masse hat auf die Werkstoffeigenschaften des Formlinge negativen Einfluß, was nunmehr gleichfalls durch die Erfindung vermieden ist Ferner ist der Vorteil vermittelt, daß die Leistung des Extruders gesteigert und die Plastifizierkosten gesenkt sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich demzufolge Formkörper mit gleichbleibenden und verbesserten Werkstoffeigenschaften herstellen und die Herstellkosten der Formkörper senken, weil der Extruder mit einem rieselfähigen Agglomerat mit Schüttgewichten zwischen 200 und 500 g/l gespeist werden kann. Die Verdichtung im Extruder beträgt hierbei nur noch rund 1:2 bis 1 :3,5. Solche Verdichtungen sind auch mit einem Doppelschneckenextruder einwandfrei zu beherrschen. Da die Schnekkengänge hierbei in der Mischzone vollgefüllt sind, kann der Extruder mit voller Leistung arbeiten, ohne zu »pumpen«.
Die Verwendung rieselfähiger Agglomerate innerhalb des Verfahrens nach der älteren Patentanmeldung hat zusammenfassend folgende Vorteile: Das Material wird thermisch durch die schnellere Erwärmung im Extruder als Folge der guten SchneckengangfÜllung und der höheren Dichte des Agglomerate mit dem damit verbundenen höheren Temperaturleitwert gegenüber der Schnitzelmasse der älteren Patentanmeldung weniger belastet Damit werden die Werkstoffeigenschaften verbessert Fülltrichter mit Rührwerk und Stopfschnecke können beim Extruder als Sonderausrüstung entfallen. Dar Transportvolumen des Materials zum Extruder beträgt fast nur noch ein Drittel gegenüber dem der Schnitzelmasse der älteren Patentanmeldung. Die Herstellkosten der Formkörper werden wesentlich gesenkt Denn die Agglömerierung entspricht dem Arbeitsaufwand der früheren Schnitzelung. Die Maschine ist zwrr teurer, jedoch ist das Verfahren nicht lohnintensiver, weil ein und dieselbe Bedienungsperson sowohl die Schnitzelung als auch die Agglomerierung einleitet und überwacht
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die zerkleinerten, teilweise noch zusammengebackenen Agglomerat-Teilchen in einem Luftstrom gekühlt und in einzelne Agglomerat-Teilchen zerlegt.
Dadurch wird das Beschicken des Extruders erleichtert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Füllstoffe, z.V. Sägespäne, zugemischt, bevor der Thermoplast-Anteil des blattförmigen, faserigen Werkstoffs plastifiziert wird. Im Einlauftrichter des Extruders können nunmehr auch Zusatzstoffe mit von der 3ouiiitzelmasse abweichenden spezifischen Gewichten zudosiert werden, ohne daß es durch das Rühren im Stopfwerk des Extruders zu einer Entmischung kommt Die Füllstoffe, z.B. Sägespäne, können entweder dem zu agglomerierenden Material zugesetzt oder auch unmittelbar dem Einlauftrichter der ί Strangpresse zudosiert werden. Versuche mit Sägespänen-Zusätzen bis 40% selbst bei Formkörper-Wandstärken von nur 1,5 mm sind erfolgreich gewesen. Das gleiche gilt für Versuche mit Sägespänen-Zusätzen von 60% bei Formkörper-Wandstärken von 5 mm.
ίο Die Erfindung gestattet ferner eine Abwandlung des Verfahrens nach der älteren Patentanmeldung derart, daß als Ausgangsmaterial statt eines blattförmigen Werkstoffs ein Faserhaufwerk eingesetzt wird. Das Schüttgewicht von Faserhaufwerk kann bekanntlich bis
is 10 g/l heruntergehen. Bisher war es praktisch nicht möglich, über Faservliesschnitzel von 1 bis 10 mm2 Fläche hinaus noch kleinere Schnitzelgrößen zu verarbeiten, geschweige denn Faserhaufwerke, da deren geringes Schüttgewicht die Einspeisung in den Extruder
Μ nicht mehr erlaubte. Erst durch das erfbdungsgemäße
Verfahren ist auch bei losen Faserhaufwerken die Ver-
. arbeitung im Extruder zu Formkörpern oaer Profilen möglich.
Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung, in welcher eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist, beispielhaft erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Strangpresse im Schnitt
F i g. 2 einen Schnitt entsprechend Λ-öin F i g. 1,
F i g. 3 einen Strang aus thermoplastischer Preßmasse und
F i g. 4 das erfindungsgemäß hergestellte Agglomerat Die Strangpresse 1 weist einen Fülltrichter 2 sowie
eine Zuführungsschnecke 3 auf. Unterhalb der Zufüh-
rungsschnecke 3 und rechtwinklig zu dieser ist eine Verdichter-Schnecke 4 in einem Mantel 5 der Strangpresse 1 angeordnet Der Mantel 5 ist an einer Seite mittels eines Lochwerkzeuges 6 abgeschlossen. Vor dem Lochwerkzeug 6 ist ein Schneidwerkzeug 7
*o angeordnet
Die faserige, blattförmige Schnitzelmasse nach der älteren Patentanmeldung oder das Haufwerk nach der Abwandlung der älteren Patentanmeldung wird im Einfülltrichter 2 der Zuführungsschnecke 3 aufgegeben.
Diese übergibt die Schnitzelmasse bzw. daj Faserhaufwerk der Verdichter-Schnecke 4. Diese preßt die Schnitzelmasse oder das Faserhaufwerk gegen das am Ende des Mantels 5 angeordnete Lochwerkzeug 6. Die Schnitzelmasse oder das Faserhaufwerk werden
so nunmehr durch die Bohrungen des Lochwerkzeugs 6 hindurchgepreßt Dabei wird der faserige Anteil verdichtet und stangenförmig zusammengepreßt Beim Hindurchpressen durch die Bohrungen entsteht Reibungswärme, die den Thermoplast-Anteil plastisch werde· läßt und dabei den Nicht-Thermoplnst-Anteil entsprechend dem Querschnitt der Bohrungen des Lochwerkzeugs 6 miteinander verklebt Es findet kein Wiederaufspringen der Nicht-Thermoplast-Anteile infolge ihrer Rückstellkraft statt Auch eine Umhüllung der Nicht-Thermoplast-Anteile mit Thermoplast findet hierbei noch nicht statt, sondern nur eine Verklebung zu einem Strang.
Beim Austritt aus den Bohrungen des Lochwerkzeugs 6 werden die Stränge etwa in der Länge ihrer
μ Durchmesser abgeschnitten. Die Bohrungsdurchmesser des Ausführungsbeispiels betrugen bei den Versuchen 3 bis 4 mm.
Die Strangpresse nach F i e. 1 kann auch derart
abgewandelt werden, daß das Ende des Mantels S völlig abgeschlossen ist und die Bohrungen im Mantel nahe des Endes der Verdichter-Schnecke 4 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform wird dann die verdichiete Masse mittels Schaber durch die Bohrungen gepreßt. Das Schneidwerkzeug rotiert in dieser abgewandelten Ausfuhrungsform um den Mantel 5 herum.
Die Plastifizierung des Thermoplasten bei Austritt aus den Bohrungen bewirkt ein Verkleben des Agglomerats noch nach dem Schneiden. Deshalb werden die teilweise zusammengebackenen Agglomerat-Teilchen im Luftstrom gekühlt und durch eine Messermühle wieder in einzelne Agglomerat-Teilchen zerlegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen und einem blattförmigen, geschnitzelten, faserigen, nicht-thermoplastischen Werkstoff, vorzugsweise Papier, wobei die Schnitzelmasse in noch nicht beschichtetem oder noch nicht vollständig beschichtetem Zustand vorliegt, und wobei gegebenenfalls Füllstoffe eingemischt werden, bei welchem durch Hitze und Druck auf die faserige Schnitzelmasse und den Kunststoff eingewirkt wird, und der blattförmige, geschnitzelte, faserige Werkstoff, der ca. 65 Vol.-% oder mehr an der Gesamtmasse beträgt, unter Einwirkung von Druck und Hitze mit dem Thermoplastanteil vermischt, dabei vorverdichtet, hierauf extrudiert und bei der Endformung fertigverdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Faservliesen und gegebenenfalls den Füllstoffen ak> nicht-thermoplastischen Werkstoffen und aus den auf den Fasern haftfähigen, thermoplastischen Kunststoffen ein rieselfähiges Agglomerat hergestellt wird, indem diese Werkstoffe einer Vorbehandlung unterzogen werden, bei welcher die Thermoplast-Anteile mit den Nicht-Thermoplast-Anteiien unter Erwärmung in Strangform überführt und miteinander verklebt werden und daß die Stränge anschließend zerkleinert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerkleinerten, teilweise noch zusammengebackenen Agglomerat-Teilchen in einem Luftstrom gekühlt und in einzelne Agglomerat-Teilchen zerlegt werdet-..
3. Verfahren nach Anspruch 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe, z. B. Sägespäne, zugemischt werden, bevor der Thermoplast-Anteil des blattförmigen, faserigen Werkstoffs plastifiziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial statt eines blattförmigen Werkstoffs ein Faserhaufwerk eingesetzt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strangpresse (1) einen Fülltrichter (2) und eine Zuführungsschnecke (3) aufweist und unterhalb der Zuführungsschnecke (3) sowie rechtwinklig zu dieser eine Verdichter-Schnecke (4) in einem Mantel (5) der Strangpresse (1) angeordnet ist, und der Mantel (5) an einer Seite mittels eines Lochwerkzeugs (6) abgeschlossen ist, vor welchem ein Schneidwerkzeug (7) angeordnet ist.
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