DE69718653T2

DE69718653T2 - Polymerzusammensetzungen und verfahren zur herstellung von baumaterialien daraus

Info

Publication number: DE69718653T2
Application number: DE69718653T
Authority: DE
Inventors: A. Mack; W. Sullivan
Original assignee: Tietek Inc
Current assignee: American Tietek Marshall Tex Us LLC
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: US5886078A; AU3914197A; CA2263118A1; EP0918817B1; WO1998006778A1; DE69718653D1; AU716941B2; JP2000516657A; ATE231530T1; EP0918817A1; CA2263118C

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Polymerverbundwerkstoffen, die als Baumaterialien verwendet werden können. Insbesondere betrifft die Erfindung Polymerverbundwerkstoffe mit einer Polymerkomponente, die vorzugsweise ein Olefin ist und vorzugsweise wiedergewonnen ist, einer Gummi-Polymerkomponente und einer, Füllstoffkomponente zur Verstärkung, die Mika enthält.

Beschreibung des betreffenden Fachgebiets

Die Verwendung von Polymermaterialien im Handel nahm seit der Einführung einiger der ersten synthetischen Polymere, wie zum Beispiel Bakelit, stetig zu. Bezogen auf das Volumen sind Polyolefine, einschließlich vor allem Polyethylen und Polypropylen, eine der am meisten hergestellten Polymerfamilien. Ihre Verwendung durchdringt zahlreiche Industriezweige, einschließlich sowohl dünn- als auch dickwandige Verpackungen, Behälter, Spielzeuge, Draht- und Kabelverkleidungen, Kraftfahrzeugteile und medizinische Versorgung.
Einer der Vorteile bei der Verwendung von Kunststoff oder Polymermaterialien ist, dass mit ihnen die einzigartige Kombination von geringem Gewicht und Steifigkeit ermöglicht wird. Die chemischen, elektrischen, physikalischen oder anderen Eigenschaften von Polymermaterialien können etwas verändert werden, um die Leistungskriterien für verschiedene Produkte zu erfüllen. Ein anderer Vorteil von Kunststoffmaterialien liegt in ihrer einfachen Herstellung durch sowohl Formgebungs- als auch Extrusionsverfahren.
Polymermaterialien sind zudem nicht ohne weiteres biologisch abbaubar. Dadurch haben Verbrauchs- und Industriegegenstände, die aus Polymeren geformt sind, eine viel längere tatsächliche Lebensdauer als vergleichbare Naturmaterialien. Eine Mehrzahl von Polymermaterialien wird oftmals verschiedene Stabilisatoren enthalten, umfassend sowohl Antioxidantien als auch UV-Stabilisatoren, um die gewöhnliche Lebensdauer noch weiter zu verlängern. Diese lange Lebensdauer ist jedoch auch einer der negativeren Gesichtspunkte, die mit der Verwendung von Polymeren verbunden sind. Die Tatsache, dass ein sehr großer Teil der Polymere und insbesondere Polyolefine bei Einweg- oder kurzlebigen Anwendungen eingesetzt werden, bewirkt, dass eine beträchtliche Menge an Abfallpolymer kurz nach dessen Herstellung gebildet wird. Bis vor kurzem kam ein sehr großer Teil des Abfallkunststoffs auf Deponien bzw. in Müllgruben. Die Verwendung dieses Abfallkunststoffmaterials als wiederverwertete Komponente in. Produkten führte jüngst zu geringfügigen Verringerungen bei der Menge an Abfallkunststoffmaterial; jedoch ist das auf diese Weise verwendete Abfallmaterial in Gegenständen enthalten, die ihrerseits eine relativ kurze Lebensdauer haben. Eine wirkungsvollere langfristige Lösung für das zunehmende Volumen an Abfallpolymermaterial, insbesondere an Polyolefinen, würde in der Verwendung von Abfallkunststoff als eine Komponente in Baumaterialien, die eine relativ lange Lebensdauer erfordern, bestehen. Beispielhafte Baumaterialien für eine Verwendung über einen langen Zeitraum würden Eisenbahnschwellen, Parkplatzrandsteine, Marinebohlen, -platten oder andere Konstruktionen in Hafenanlagen und zahlreiche andere beinhalten. Werden Polymere für diese Zwecke verwendet, so werden sie typischerweise mit verschiedenen anderen Bestandteilen kombiniert, wie beispielsweise Füllstoffe zur Verstärkung. Polymerzusammensetzungen, die einen Füllstoff enthalten, und die andere Komponenten enthalten können, werden üblicherweise als Verbundwerkstoffe bezeichnet.
Diese Verbundwerkstoffe können besonders vorteilhaft sein, wenn sie als Holzersatz verwendet werden. Zum Beispiel sind Eisenbahnschwellen auf Holzbasis besonders anfällig gegenüber Abnutzungs- und Verfallsprozessen, wie zum Beispiel Erosion. In Umgebungen, in denen die Eisenbahnschwelle zahlreichen Zyklen von Frost- zu nicht-Frost-Bedingungen ausgesetzt ist, wird die Schwelle brechen, sobald Wasser, das in die Schwelle eingedrungen ist, gefriert und sich ausdehnt. Weiterhin sind hölzerne Schwellen bei nicht optimaler Kreosot-Behandlung oder Aussickern von Kreosot aus der Schwelle Insektenangriffen ausgesetzt. Umgekehrt sind vergleichbare Materialien, die aus Polymere enthaltenden Verbundwerkstoffen geformt sind, nicht so anfällig gegenüber Eindringen von Wasser. Weiterhin kann der Verbundwerkstoff die Belastung, die von Wasser, das eindringt, gefriert und sich ausdehnt, verursacht wird, wirkungsvoller verteilen. Die Fähigkeit, die Belastung zu verteilen, führt zu weniger Bruch und Wölbung. Die Eisenbahnschwellen aus Verbundwerkstoff sind ebenso nicht anfällig gegenüber Insektenbefall.
Die Abfallpolyolefine, die typischerweise in diesen Werkstoffen oder anderen steifen Bauteilen verwendet werden, können Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen geringer Dichte (LDPE), lineares Polyethylen geringer Dichte (LLDPE), andere Polyethylene, Polypropylen einschließlich sowohl Homopolymer als auch Copolymer-Variationen (zum Beispiel Propylen-Ethylen-Copolymere) und Kombinationen dieser Polymere enthalten. Im Gegensatz zu neu hergestellten Polymeren sind diese Abfallpolymere mindestens einem Wärme-Verarbeitungsschritt ausgesetzt worden und häufig über oftmals ausgedehnte Zeiträume Umweltbedingungen ausgesetzt worden. Darum haben diese Abfallpolymere gegenüber ihren neu hergestellten Pendants sehr unterschiedliche Eigenschaften. Die Abfallpolymere werden typischerweise gegenüber den neuen Materialien eine geringere Biege- und Zugfestigkeit und eine geringere thermische Stabilität aufweisen.
Die Abfallpolyolefinkomponente von Werkstoffen kann häufig zusätzlich geringfügige Mengen, typischerweise weniger als etwa 20%, an verschiedenen anderen Polymeren einschließlich Polyvinylchlorid (PVC); chloriertes Polyethylen (CPE); chlor-sulfoniertes Polyethylen; verschiedene vermischte Polymere; Polystyrol; und verschiedene technische Thermoplaste, wie zum Beispiel Polyamide, Polycarbonate, thermoplastische Polyester und ABS enthalten.
Werkstoffe (oder Gegenstände), die aus diese Abfallpolymere enthaltenden Verbundwerkstoffen geformt sind, werden typischerweise ein Gummi-, typischerweise Polymermaterial enthalten, um dem Bauteil Schlagfestigkeit und Flexibilität zu verleihen. Für diese Gummikomponente kann jede beliebige Anzahl von Polymermaterialien verwendet werden, einschließlich natürlichem Gummi, EPDM, Styrol-Butadien-Gummi und Styrol- Butadien-Styrol-Gummi. Im Hinblick auf das Ziel, das Volumen des auf Deponien abgelagerten Abfalls zu verringern, stellen jedoch Reifen eine geeignete Quelle für die Gummikomponente dar. Reifen enthalten typischerweise Gummi; Stahl und Polyester oder andere Stränge bzw. Litzen oder Fasern. Verschiedene, in der Technik bekannte Maschinen können zum Schneiden, Mahlen oder Schreddern bzw. Zerreißen oder Zerschneiden von Reifen in winzige Bruchstücke verwendet werden, die dann in Verfahren, mit denen das gewünschte Verbundwerkstoffmaterial geformt werden kann, verwendet werden können.
Eine andere Komponente, die typischerweise in diesen Verbundgegenständen vorkommt, ist ein Schaumbildner, der zur Steuerung der Dichte des Verbundgegenstandes verwendet wird.
Ein typisches Schaumbildner-System wird ein Gruppe I-Metall-(Alkali)bicarbonat und ein Bicarbonatsalz einer gesättigten Fettsäure enthalten. Verwendete Alkalimetallsalze umfassen Natrium- und Kaliumbicarbonat, während geeignete gesättigte Fettsäuren solche mit 14 bis 22 Kohlenstoffatomen umfassen. Bei der Reaktion der beiden Verbindungen miteinander entweicht CO&sub2;, das Hohlräume in dem erstarrten Verbundwerkstoff schafft. Die Hohlräume verringern die Dichte des Endverbundgegenstands, damit wird die Menge an Rohmaterial, das für ein gegebenes Volumen des Gegenstands erforderlich ist, verringert, während gleichzeitig das Festigkeits- zu Gewichtsverhältnis des Verbundgegenstandes zunimmt. Die Verwendung dieser Schaumbildner kann jedoch die Kosten der Verbundwerkstoffe dramatisch erhöhen. Weiterhin ist eine homogene Verteilung des Schaumbildners schwierig zu erzielen, weil diese Schaumbildner in solch geringen Mengen, typischerweise weniger als etwa 2,0% der gesamten Masse des Verbundwerkstoffs, verwendet werden. Das Ergebnis ist, dass eine einheitliche Verteilung der Hohlräume innerhalb des Verbundgegenstandes schwierig zu erreichen ist. Die uneinheitliche Verteilung der Hohlräume hat eine uneinheitliche Gewichtsverteilung innerhalb des Gegenstands und uneinheitliche physikalische Eigenschaften zur Folge.
Schließlich kann die Zugabe eines verstärkenden Füllstoffs zu dem Verbundwerkstoff, in Abhängigkeit von seiner Morphologie und anderen Eigenschaften, die Zugfestigkeit, die Schlagfestigkeit, die Steifheit und die Wärmeverformungseigenschaften des Verbundwerkstoffs vergrößern. Die Füllstoffe zur Verstärkung werden häufig in Verbindung mit Haftvermittlern, wie beispielsweise Silanen und Titanaten verwendet, um das Einbetten des Füllstoffs in die Polymermatrix zu bewirken. Füllstoffe zur Verstärkung, die für diese Zwecke in verschiedenen Verbundstrukturen verwendet wurden, umfassen Glasfaser, Asbest, Wollastonit, Whisker, Kohlefäden, Talk, Kaolin und andere Tone, Mika, Kalziumcarbonat, Flugasche und Keramiken. Faserige Füllstoffe, wie beispielsweise Glasfasern, liefern typischerweise die größten Schlag- und Zugfestigkeiten, während die Zugabe von eher flachen Strukturen, wie Talk und Mika, typischerweise verstärkte Steifheit und Wärmeverformung zur Folge hat. Ein einziger Füllstoff oder mehrere Füllstoffe können in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften verwendet werden. Glasfasern werden insbesondere üblicherweise als verstärkender Füllstoff in Verbundwerkstoffen verwendet, da es bekannt ist, dass die Glasfaser im allgemeinen die Steifheit, ohne wesentliche Verringerung der Stoßeigenschaften oder zunehmende Dichte, verbessert. Jedoch sind Glasfasern typischerweise die im Preis unerschwinglichsten Füllstoffe und sie haben weiterhin eine wesentliche Abnutzung der Verarbeitungsausrüstung zur Folge. Als Konsequenz wurden weniger teure Füllstoffe, wie beispielsweise Talk und Mika verwendet, um entweder einen Teil der Glasfasern oder die gesamten Glasfasern in einem Verbundwerkstoff zu ersetzen. Bedauerlicherweise haben diese Füllstoffe für gewöhnlich eine viel höhere Dichte, was ehemals einen Gegenstand mit schwereren Verbundwerkstoffen zur Folge hatte als diejenigen, bei denen Glasfasern verwendet werden. Es wäre vorteilhaft, wenn Verbundwerkstoffe, die diese oder andere anorganische Füllstoffe, anstelle von einem wesentlichen Anteil an Glasfaser oder als Ersatz für einen wesentlichen Anteil an Glasfasern enthalten, erfunden werden könnten, die die vorstehend genannten Bedenken bezüglich der Dichte nicht haben.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten können Verbundwerkstoffe andere Zusatzstoffe, in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung des Gegenstands enthalten. Kompatibilitätsvermittler werden häufig verwendet, um das Vermischen (d. h. die Kompatibilität) von zwei oder mehreren Polymeren, die die in dem Verbundwerkstoff verwendete Polymerquelle enthalten könnten, zu bewirken. Diese Kompatibilitätsvermittler werden typischerweise reaktive Gruppen aufweisen, die bei Erwärmung und Anwendung von Scherkräften mit den Polymeren über freie radikalische oder ionische Mechanismen reagieren. Bisher eingesetzte Kompatibilitätsvermittler umfassen die verschiedenen Maleinsäureanhydridcopolymere und -ionomere, Acrylatcopolymere und Ethylenacrylsäurecopolymere. Die Verbundwerkstoffe können zusätzlich Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Schmiermittel, fungizide Mittel und Färbmittel enthalten. Diese verschiedenen Zusatzstoffe können während der Verarbeitung des Bauteils zugegeben werden oder können in einer der Ausgangspolymerkomponenten vorhanden sein.
Frühere Bemühungen, die sich zum Ziel gesetzt hatten, Verbundwerkstoffformen von Baumaterialien, wie beispielsweise Eisenbahnschwellen, zur Verfügung zu stellen, hatten Gegenstände zur Folge, bei denen es aus verschiedenen Gründen im allgemeinen nicht gelang, die gesamten für den beabsichtigten Gebrauch gewünschten Eigenschaften bereit zu stellen.
Das U. S. Patent Nr. 5,258,222 betrifft Verbundmaterialien, wie beispielsweise Pflaster oder Platten für Fahrwege, die Gummikrümel von 5-50-Mesh (Sieböffnung), Mika und flüssiges Neopren als Bindemittel umfassen. Wegen der geringen Steifheit des Neopren-Bindemittels und der Gummiteilchen sowie der hohen Gummikonzentration fehlen den Gegenständen, die gemäß diesem Dokument geformt wurden, die Elastizitäts- und Gleitmoduleigenschaften, die für die meisten wichtigen Anwendungen erforderlich sind.
Das britische Patent Nr. 1,586,882 betrifft Verbundwerkstoffe für Eisenbahnschwellen, die 50-80 Gewichtsprozent Gummireifen in Teilchenform von 30-Mesh (Sieböffnung), wiedergewonnenes Polyolefin und Glasfaser enthalten. Wegen des hohen Gummigehalts und der relativen Größe der Gummiteilchen haben gemäß diesem Dokument geformte Gegenstände ein ungenügendes Elastizitätsmodul, ungenügende maximale Belastung und ungenügende Härte für die meisten wichtigen Anwendungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Polymerverbundwerkstoff zur Verfügung gestellt, umfassend eine thermoplastische Polymerkomponente, die ein Polyolefin ausgewählt aus HDPE, LDPE, LLDPE, Propylen-Homopolymer, Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen dieser Polymere umfasst; eine Gummi- bzw. Kautschuk-Polymerkomponente, die Teilchen umfasst, von denen etwa 90 Gewichts-% nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)- Sieb hindurchgehen; und eine Füllstoffkomponente zur Verstärkung, die Mika enthält, wobei der Polymerverbundwerkstoff etwa 40% bis etwa 75% thermoplastische Polymerkomponente, etwa 4% bis etwa 40% Gummi-Polymerkomponente und etwa 6% bis etwa 50% Füllstoffkomponente zur Verstärkung umfasst. Bei der Verwendung von Blähglimmer bzw. expandiertem oder ausgedehntem Mika kann eine Verringerung der Dichte im Vergleich zu ähnlichen Verbundwerkstoffen, die herkömmliches Mika enthalten, erreicht werden. Die Polyolefine der Polymerkomponente sind vorzugsweise Abfall oder wiedergewonnene Polyolefine. Die Gummi-Polymerkomponente besteht vorzugsweise aus zerkrümelten Reifenteilen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Bauteil zur Verfügung gestellt, das aus einem Polymerverbundwerkstoff geformt wird, umfassend eine thermoplastische Polymerkomponente, die ein Polyolefin ausgewählt aus HDPE, LDPE, LLDPE, Propylen- Homopolymer, Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen dieser Polymere umfasst; eine Gummi-Polymerkomponente, die Teilchen umfasst, von denen etwa 90 Gewichts-% nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)-Sieb hindurchgehen; und eine Füllstoffkomponente zur Verstärkung, die Mika enthält, wobei der Polymerverbundwerkstoff etwa 40% bis etwa 75% thermoplastische Polymerkomponente, etwa 4% bis etwa 40% Gummi-Polymerkomponente und etwa 6% bis etwa 50% Füllstoffkomponente zur Verstärkung umfasst. Das Bauteil hat einen geschäumten inneren Kern, der durch Verdampfung von innerhalb des Verbundwerkstoffs enthaltenen flüchtigen Verbindungen erhalten wird. Die Hauptquelle dieser flüchtigen Verbindungen sind Kohlenwasserstoffe und Feuchtigkeit, die anfänglich innerhalb der Gummi-Polymerkomponente des Verbundwerkstoffs enthalten sind. Dieses Verfahren zur Erzielung eines geschäumten Kerns steht im Gegensatz zur Verwendung herkömmlicher Schaumbildner, wie beispielsweise die Kombination eines Alkalimetallhydrogencarbonats mit einem Hydrogencarbonatsalz einer gesättigten Fettsäure. Weiterhin ist der geschäumte innere Kern des Bauteils homogener verteilt als mit herkömmlichen Schaumbildnern erhaltene geschäumte innere Kerne.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Formgebung eines Bauteils mit einem geschäumten inneren Kern zur Verfügung gestellt, umfassend die kontinuierliche Zuführung eines thermoplastischen Polymermaterials, das ein Polyolefin ausgewählt aus HDPE, LDPE, LLDPE, Propylen-Homopolymer, Propylen-Ethylen- Copolymer und Kombinationen dieser Polymere umfasst; einer Gummi-Polymerkomponente, die Teilchen umfasst, von denen etwa 90 Gewichts-% nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)- Sieb hindurchgehen; und einer Füllstoffkomponente zur Verstärkung, die Mika enthält, wobei die Komponenten in den vorher beschriebenen Mengen in dem Verbundwerkstoff vorhanden sind, zu einem geheizten Extruder; das Vermischen der Materialien in dem Extruder unter Bildung einer kontinuierlichen Schmelze; und das Formen und Kühlen des Bauteils.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Formgebung eines Bauteils zur Verfügung gestellt, wobei das Bauteil aus einem Polymerverbundwerkstoff geformt wird, umfassend eine Polymerkomponente, die Polyolefine umfasst; eine Gummi- Polymerkomponente, die Teilchen umfasst, von denen etwa 90 Gewichts-% nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)-Sieb hindurchgehen; und eine Füllstoffkomponente zur Verstärkung, die Mika enthält, wobei das Bauteil einen geschäumten inneren Kern besitzt, der durch Verdampfung von innerhalb des Verbundwerkstoffs enthaltenen flüchtigen Verbindungen erhalten wird und wobei das Verfahren aus der Gruppe bestehend aus Extrusions- und Formgebungsverfahren ausgewählt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden und anderen Vorteile der Erfindung werden mit dem Lesen der nachfolgenden genauen Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich, wobei:
Fig. 1 ein Querschnitt eines Bauteils ist, das aus einem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff geformt ist; und
Fig. 2 eine Darstellung einer Extrudervorrichtung ist, die zur Formgebung von Bauteilen aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden kann.
Obwohl die Erfindung für verschiedene Modifizierungen und alternative Formen ausgelegt ist, sind anhand der Beispiele konkrete Ausführungsformen in den Zeichnungen dargestellt und hierin genau beschrieben. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung nicht auf die besonderen offenbarten Formen beschränkt sein soll. Vielmehr soll die Erfindung alle Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen, die in den Sinn und in den Bereich der Erfindung fallen, so wie sie durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, abdecken.

Beschreibung spezieller Ausführungsformen

In einer Ausführungsform werden als Baumaterialien geeignete Verbundwerkstoffe zur Verfügung gestellt. Die aus den Verbundwerkstoffen der Ausführungsform hergestellten Baumaterialien können anstelle von ähnlichen Materialien, die aus Holz, Beton oder anderen herkömmlichen Materialien hergestellt sind, verwendet werden. Bei der Formgebung haben die Baumaterialien eine im wesentlichen feste äußere Oberfläche und einen geschäumten Kern, der im wesentlichen oder im Ganzen ohne die Hilfe von herkömmlichen Schaumbildnern erhalten wird. Die Polymerverbundwerkstoffe enthalten die folgenden Bestandteile:
a) eine Polymerkomponente;
b) eine Gummi-Polymerkomponente, die Teilchen umfasst, von denen etwa 90 Gewichts-% nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)-Sieb hindurchgehen; und
c) eine Füllstoffkomponente zur Verstärkung.
Die Polymerkomponente ist vorzugsweise ein Polyolefin und weiterhin wird sie vorzugsweise als wiedergewonnenes oder als Abfallmaterial im Unterschied zu neuem Polymer erhalten. Wiedergewonnenes oder Abfallpolymer stammt aus einer Vielzahl von Quellen. Das Polymer kann ein Verbrauchposten sein, der von dünnwandigen Behältern oder flexiblen Verpackungen erhalten wird. Es kann aus kommerziellen Quellen erhalten werden, wie beispielsweise als Ausschussmaterial von Produktionseinrichtungen oder Schnittabfall von Filmherstellungsverfahren. Es gibt zahlreiche andere Quellen von Abfall- oder wiedergewonnenem Polymer.
Die Abfall- oder wiedergewonnenen Polyolefine, die als die Polymerkomponente für die Herstellung der Verbundwerkstoffe dieser Ausführungsform vorzugsweise verwendet werden, umfassen HDPE, LDPE, LLDPE, andere Polyethylene, Polypropylen, einschließlich sowohl Homopolymer als auch Copolymer-Varianten und Kombinationen dieser Polymere.
Das Abfall- oder wiedergewonnene Polyolefin kann, wie vorstehend aufgezeigt wurde, zusätzlich kleinere Mengen, typischerweise weniger als etwa 20%, von verschiedenen anderen Polymeren einschließlich Polyvinylchlorid (PVC); chloriertes Polyethylen (CPE); chlor-sulfoniertes Polyethylen; verschiedene vermischte Polymere; Styrolpolymerisate; und verschiedene technische Thermoplaste, wie beispielsweise Polyamide, Polycarbonate, thermoplastische Polyester und ABS enthalten.
Die Gummi-Polymerkomponente wird vorzugsweise aus Reifen erhalten. Die Reifen sind am wirtschaftlichsten, wenn sie nach ihrer anfänglichen Verwendung rückgewonnen werden. Die Reifen liegen vorzugsweise in einem zerstückelten Zustand vor, der durch Schneide-, Mahl- und Schredder- bzw. Zerkleinerungs- bzw. Zerreißverfahren, die unter Umgebungs- oder Tieftemperaturbedingungen stattfinden können, erhalten wird. Die Gummi- Polymerkomponente verleiht den Verbundwerkstoffen der Ausführungsform Schlagfestigkeit und Flexibilität. Außerdem bewirkt der zerkleinerte Gummi verbesserte Nagel- oder Schienennagel- bzw. Spike-Retentionseigenschaften von aus dem Verbundwerkstoff geformten Eisenbahnschwellen. Zweckmäßige Quellen für Abfallreifen werden, zusätzlich zu dem Gummi-Polymermaterial, typischerweise Stahl und Polyester (oder andere Stränge bzw. Litzen oder Fasern) enthalten. Für die Zwecke dieser Ausführungsform wird der Stahl vor dem Gebrauch im wesentlichen entfernt, während das in den Reifen vorhandene Polyester nicht entfernt zu werden braucht. Die zerkleinerten Reifenteile können zwar einige Stahlstückchen enthalten, jedoch bewirkt ein wesentlicher Anteil von Stahl normalerweise eine signifikante Abnutzung der Verarbeitungsausrüstung. Die Gummi-Polymerkomponente kann alternativ oder zusätzlich andere Gummi-Materialien enthalten, einschließlich natürlichen Gummi, EPDM, Styrol-Butadien-Gummi, und Styrol-Butadien-Styrol-Gummi.
Eine einzigartige Eigenschaft des Verbundwerkstoffs der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die aus dem Verbundwerkstoff geformten Bauteile oder Baumaterialien einen geschäumten Kern besitzen, der ohne herkömmliche Schaumbildner oder wahlweise mit einer wesentlich verringerten Menge an herkömmlichen Schaumbildnern erhalten wird. Das Vorhandensein von Hohlräumen in dem Polymermatrixkern ermöglicht eine Verringerung der Gesamtdichte des hergestellten Bauteils. Das Gewicht eines Gegenstands mit gegebener Größe und Gestalt wird verringert und das Festigkeits- zu Gewichtsverhältnis für den Gegenstand nimmt zu. Die Hohlräume, die den geschäumten Kern ausmachen, werden geformt, wenn flüchtige Verbindungen aus verschiedenen Komponenten des Verbundwerkstoffs während der Herstellung des Baumaterials freigesetzt werden. Der zellenförmig geschäumte Kern eines beispielhaften Bauteils der Ausführungsform ist in Fig. 1 dargestellt. Die Hauptquelle dieser flüchtigen Stoffe ist die Gummi-Polymerkomponente. Insbesondere sind zerkleinerte Reifenteile gute Quellen für diese flüchtigen Verbindungen. Durch Erwärmen auf eine ausreichende Temperatur, die sich mit dem Dampfdruck verändern wird, werden flüchtige Verbindungen innerhalb der zerkleinerten Reifenteile, vor allem Kohlenwasserstoffe und Feuchtigkeit, über Verdampfung freigesetzt und sind für die Zellenbildung (das heißt Hohlräume oder Aufschäumen) ursächlich, die für die vorher beschriebenen Verbesserungen der Eigenschaften wünschenswert ist. Die Dichte des Bauteils steht daher in direktem Verhältnis zum Grad der Aufschäumung, die während der Fertigung auftritt. Da der Grad der Aufschäumung direkt im Verhältnis zum Grad der Verdampfung flüchtiger Verbindungen steht und der Grad der Verdampfung flüchtiger Verbindungen im Verhältnis zu dem Druck und der Temperatur, die in dem Extruder oder einem anderen Mischer gehalten wird, steht, ist es notwendig, dass die Temperatur und der Druck des geschmolzenen Verbundwerkstoffs genau überwacht werden, um einen Gegenstand mit einer homogenen und durchgehend gewünschten Dichte zu erhalten.
Die auf diese Weise erhaltene Zellenbildung ist homogener als die hauptsächlich durch herkömmliche Schaumbildner erhaltene Zellenbildung, weil die Quelle der die Zellen produzierenden, flüchtigen Verbindungen im allgemeinen einen bedeutend größeren Teil der Zusammensetzung darstellt als ein herkömmlicher Schaumbildner. Die Gummi- Polymerkomponente, die die Hauptquelle der flüchtigen Verbindungen ist, umfasst manchmal bis etwa 40% des Verbundwerkstoffs, während herkömmliche Treibmittel typischerweise mit weniger als 2,0% der gesamten Zusammensetzung eingesetzt werden. Weiterhin ist es aufgrund der Verwendung herkömmlicher Schaumbildner in derart geringen Mengen schwierig, eine homogene Verteilung dieser herkömmlichen Schaumbildner zu erzielen, wohingegen eine homogene Verteilung der Gummi-Komponente aufgrund ihrer großen Gebrauchsmenge leichter erreicht wird.
Die Größe der eingesetzten Reifenteile stellt eine wichtige Überlegung für das Schäumungsverfahren dar. Die Reifenteile sollten eher zerstückelt, als zu feinem Pulver zerkleinert werden. Reifenteile, die zu feinem Pulver zerkleinert wurden, werden typischerweise aufgrund des feinen Mahlens und Trocknens, nicht die für das Aufschäumen notwendigen flüchtigen Verbindungen der Bestandteile enthalten. Wie vorher aufgezeigt, können zerstückelte Reifenteile durch eine beliebige Anzahl von Vorgängen erhalten werden, wie zum Beispiel Schneide-, Mahl- und Schredder- bzw. Zerkleinerungs- bzw. Zerreißverfahren, die unter Umgebungs- oder Tieftemperaturbedingungen ablaufen können. Um jedoch die Wahrscheinlichkeit für das Freisetzen der notwendigen Menge flüchtiger Verbindungen zu erhöhen, sollten etwa 90 Gewichts-% der auf welche Weise auch immer erhaltenen zerkleinerten Reifenteile nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)-Sieb hindurchpassen. Werden andere Materialien als die Gummi-Polymerkomponente verwendet, so sollten sie nicht in einem pulverförmigen Zustand vorliegen oder anderweitig in der Größe in derartigem Maße verringert sein, dass ein bedeutender Anteil beliebiger flüchtiger Verbindungen entfernt wird.
Bei Variationen dieser Ausführungsform kann der Verbundwerkstoff zusätzlich einiges an herkömmlichen Schaumbildnern, wie die vorstehend beschriebenen, enthalten. Jedoch führte ihre Verwendung, zusätzlich zu dem beschriebenen Verfahren der Zellenbildung der flüchtigen Verbindungen zu keiner bedeutenden weiteren Verringerung der Verbundwerkstoffsdichte.
Die Füllstoffkomponente zur Verstärkung enthält hauptsächlich Mika. Wird herkömmliches Mika den in Baumaterialien verwendeten Polymerverbundwerkstoffen einverleibt, so besitzt der resultierende Gegenstand typischerweise ein spezifisches Gewicht oder eine spezifische Dichte, das bzw. die häufig für viele Anwendungen untragbar zu hoch ist. Umgekehrt kann Blähglimmer bzw. expandiertes Mika verwendet werden, um Verbundgegenstände mit geringeren und annehmbareren Dichten zu erhalten. Diese einzigartige Eigenschaft ist der Tatsache zu verdanken, dass das hohen Temperaturen ausgesetzte Mikateilchen sich physikalisch ausdehnt bzw. expandiert, um einen größeren Raum (das heißt ein größeres Volumen) einzunehmen. Blähglimmer- bzw. expandierte Mikaversionen können aus verschiedenen Quellen, wie beispielsweise unter dem Handelsnamen Vermiculit(e), erhalten werden. Auf diese Weise wird eine gegebene Masse an Blähglimmer ein größeres Volumen als dieselbe Masse an herkömmlichem Mika einnehmen. Wird zum Beispiel Blähglimmer einem Verbundgegenstand gemäß einer Ausführungsform in Mengen von etwa 10% bis etwa 30% einverleibt, kann eine Verringerung der Dichte im Bereich von etwa 5% bis etwa 15% gegenüber einem Verbundwerkstoff mit gleichem Gehalt an herkömmlichen Mika erzielt werden. Bei den Verbundwerkstoffen, die Blähglimmer enthielten, wurde zusätzlich eine Zunahme der Biegefestigkeit im Bereich von etwa 20% bis etwa 30% beobachtet.
Glasfasern oder andere faserartige verstärkende Füllstoffe können zusätzlich, abhängig von den gewünschten Eigenschaften, einige Prozentgehalte an der verstärkenden Füllstoffkomponente umfassen. Wie vorhergehend aufgezeigt wurde, bewirkt jedoch die Zugabe von Glasfasern bei der jetzigen wirtschaftlichen Lage höhere Rohmaterialkosten. Als Alternative können die faserartigen Reifenkomponenten, die als die Gummi- Polymerkomponente verwendet werden, einige der gleichen Wirkungen liefern wie die wesentlich teurere Glasfaser. Tatsächlich kann zusätzliche, aus Reifen wiedergewonnene Polyesterfaser als gesonderte Quelle für verstärkende Faser zugegeben werden.
Der Verbundwerkstoff kann ebenso andere Füllstoffe, einschließlich herkömmliches Mika, enthalten. Obwohl der Einschluss von Füllstoffen mit einer größeren Dichte als bei Blähglimmer das Ziel einer Gewichtsverringerung, die mit dem Blähglimmer erhalten wird, zum Teil zunichte macht, kann es Fälle geben, wo eine Dichtezunahme wünschenswert ist.
Der Verbundwerkstoff kann wahlweise andere Komponenten, abhängig von der beabsichtigten Verwendung des Bauteils, enthalten. Obwohl die Polymerkomponente, sogar wenn sie als Abfall oder Rücklaufgut erhalten wird, und die Gummi-Polymerkomponente typischerweise Antioxidantien enthalten, um die thermische Zersetzung des Polymers während des Gebrauchs auf ein Minimum zurückzuführen, können zusätzliche Antioxidantien zu dem Verbundwerkstoff zugegeben werden. Zusätzlich können UV-Stabilisatoren in einer Ausgangskomponente vorhanden sein oder während der Herstellung des gerade interessierenden Bauteils zugegeben werden. Andere Zusatzstoffe, einschließlich Kompatibilitätsvermittler, Schmiermittel, Fungizide und Färbemittel können zusätzlich vorhanden sein.
Der Polymerverbundwerkstoff gemäß einer Ausführungsform enthält zwischen etwa 40% und etwa 75% der Polymerkomponente. Diese Polymerkomponente ist thermoplastischer Natur und enthält vorzugsweise als Hauptbestandteil Polyolefine. Weiterhin enthält der Verbundwerkstoff zwischen etwa 4% und etwa 40% der Gummi-Polymerkomponente und zwischen etwa 6% und etwa 50% der Füllstoffkomponente zur Verstärkung. In weiteren Ausführungsformen kann der Verbundwerkstoff andere Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise herkömmliche Treibmittel, Kompatibilitätsvermittler, Färbemittel und Schmiermittel, in einer Menge zwischen etwa 0% und etwa 6%. In Variationen der Ausführungsform, bei der Blähglimmer und Glasfaser als Bestandteile der verstärkenden Füllstoffkomponente verwendet werden, kann der Verbundwerkstoff zwischen etwa 6% und etwa 35% Blähglimmer und zwischen etwa 0% und etwa 25% Glasfaser enthalten. In anderen Ausführungsformen kann herkömmliches Mika in Verbindung mit Blähglimmer oder als Ersatz für Blähglimmer verwendet werden.
In anderen Ausführungsformen kann eine Menge an Styrolpolymerisat, zusätzlich zu etwaigem Styrolpolymerisat, das innerhalb des als Polymerkomponente verwendetem Abfall oder wiedergewonnenem Polymer enthalten sein könnte, dem Verbundwerkstoff einverleibt werden. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, führt die Zugabe von Styrolpolymerisat zu Polyolefinen normalerweise zu vergrößerter Steifigkeit in einem hergestellten Gegenstand. Wird das Styrolpolymerisat auf diese Weise einverleibt, wird es in Mengen im Bereich von etwa 0% bis etwa 12% eingesetzt.
In einer anderen Ausführungsform werden Verfahren für die Formgebung des Verbundwerkstoffs gemäß der vorstehenden Ausführungsform in ein Bauteil mit gewünschter Gestalt zur Verfügung gestellt. Wie vorstehend aufgezeigt wurde, wurden früher bekannte Verbundmaterialien verwendet, um herkömmliches Holz, Beton und andere Materialien in zahlreichen Bauteilen, einschließlich Eisenbahnschwellen, zu ersetzen. Es wird erwartet, dass die Verbundwerkstoffe der vorstehenden Ausführungsform ähnlich verwendet werden können. Somit können alle Polymerverarbeitungs- und -herstellungsverfahren, die im Stand der Technik zur Herstellung von Baumaterialien bekannt sind, zur Herstellung von Bauteilen, die aus dem Verbundwerkstoff der vorstehenden Ausführungsform geformt worden sind, verwendet werden. Diese Verfahren würden sowohl Extrusions- als auch Formungsverfahren umfassen, wie beispielsweise Spritzgießen und Pressformung. Extrusionsverfahren sind bevorzugt.
In einer anderen Ausführungsform wird das Bauteil aus dem Verbundwerkstoff in einem Extrusionsverfahren, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, geformt. Die Extrudervorrichtung 20 umfasst einen Zufuhrabschnitt 30, einen Heiz- und Mischabschnitt 40 und einen Formgebungsabschnitt 50.
Der Zufuhrabschnitt umfasst eine erste Zuführung 31 mit einem Eingangsende 310 und einem Ausgangsende 311, eine zweite Zuführung 32 mit einem Eingangsende 320 und einem Ausgangsende 321, und eine dritte Zuführung 33 mit einem Eingangsende 330 und einem Ausgangsende 331. Die Polymerkomponente, die vorzugsweise aus Polyolefinen und besonders bevorzugt aus Abfall- oder wiedergewonnenen Polyolefinen ausgewählt ist, wird zu dem Eingangsende 310 der ersten Zuführung 31 geführt. Die Gummi-Polymerkomponente, die vorzugsweise Reifenteile enthält, die vorzugsweise auf eine gewünschte Größe zerkleinert sind, wird zu dem Eingangsende 320 der zweiten Zuführung 32 geführt. Die Mika enthaltende Füllstoffkomponente zur Verstärkung wird zu dem Eingangsende 330 der dritten Zuführung 33 geführt. Es wird bevorzugt Blähglimmer als ein Anteil der Füllstoffkomponente zur Verstärkung verwendet. In einer anderen Ausführungsform kann die Füllstoffkomponente zur Verstärkung zusätzlich Glasfasern enthalten. In noch einer anderen Ausführungsform können andere Zusatzstoffe zu dem Eingangsende 330 der dritten Zuführung 33 geführt werden. In nochmals einer anderen Ausführungsform können ein Teil der Füllstoffkomponente zur Verstärkung oder andere Zusatzstoffe zu dem Eingangsende 320 der zweiten Zuführung 32 geführt werden.
Der Heiz- und Mischabschnitt 40 hat ein Antriebsende 41, das an eine Drehvorrichtung 42 angebracht ist, die vorzugsweise ein Motor ist, und ein Auslassende 43. Zwischen dem Antriebsende 41 und dem Ausgangsende 43 befindet sich mindestens ein Schneckengewinde 44, das Material zu dem Ausgangsende 43 des Mischabschnitts 40 befördert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Extrusionsvorrichtung 20 ein Zweischneckenextruder mit zwei Schnecken 44. Dies ist die in Fig. 2 dargestellte Anordnung. Das Material in den Zuführungen 31, 32 und 33 wird zu dem Misch- und Heizabschnitt 40 von den Ausgangsenden 311, 321 und 331 zu den Eingangsöffnungen 410, 420 und 430 geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Eingangsöffnung 420 etwa 10 bis etwa 12 Schneckendurchmesser stromabwärts von der Eingangsöffnung 410 und Eingangsöffnung 430 befindet sich etwa 18 Schneckendurchmesser stromabwärts von der Eingangsöffnung 420.
Dem Heiz- und Mischabschnitt 40 wird Wärme zugeführt und er wird mittels eines Steuergeräts bzw. Reglers 45 gesteuert bzw. geregelt. Die Drehvorrichtung 42 dreht die Schnecken 44, die das Material zu dem Ausgangsende 43 befördern. Die Beförderung des Materials bewirkt das Vermischen der Komponenten und das Freisetzen von zusätzlicher Wärme aufgrund von Reibung.
Flüchtige Stoffe, die während des Mischens und Beförderns in dem Misch- und Heizabschnitt 40 abgegeben werden, werden am Ausgangsende 43 freigesetzt. Der Verbundwerkstoff, der aus dem Ausgangsende 43 des Misch- und Heizabschnitts 40 herauskommt, wird durch eine Öffnung 51 gepresst. Der an der Öffnung 51 entwickelte Druck liegt typischerweise im Bereich von etwa 200 bis etwa 1000 psi. Der Verbundwerkstoff tritt von der Öffnung heraus in eine formgebende Pressform 52 hinein, die einen geheizten Pressbereich 53, der an der Öffnung 51 angebracht ist, und einen gekühlten Pressbereich 54, der an das Kühlbad 55 angrenzt, umfasst. Die Zugvorrichtung 56 ist nach dem Kühlbad angeordnet, um die Entfernung des fertigen Gegenstands aus der Extrudervorrichtung 20 zu bewerkstelligen. Die Wände der Pressform 52 legen die Gestalt des fertigen Gegenstands fest. Ist zum Beispiel eine Eisenbahnschwelle gewünscht, haben die Wände der Pressform eine allgemein, jedoch nicht vollkommen rechteckige Gestalt, die typischerweise etwa 7 Inch auf etwa 9 Inch misst. Die Form eines Formwerkzeugs, das zur Herstellung eines rechteckigen Gegenstands verwendet wird, weicht normalerweise von einem echten Rechteck ab, indem es mindestens zwei konvexe Seiten besitzt. Es sollte ohne weiteres offensichtlich sein, dass die Kapazität der Extrudervorrichtung 20 ausreichend sein sollte, um eine Menge des Verbundwerkstoffs zu liefern, die ausreicht, um die gesamte Fläche der Pressform 52 zu füllen.
Der Verbundwerkstoff kommt aus dem gekühlten Pressbereich 54 der Pressform 52 in Form des gewünschten Bauteils heraus und gelangt dann zum Kühlbad 55. Nach dem Abkühlen ist die äußere Oberfläche des Gegenstandes im wesentlichen geschlossen, wohingegen der Kern des Gegenstands durch eine geschäumte Zellenstruktur gekennzeichnet ist. Das Kühlbad 55 bewirkt die Verfestigung der äußeren Oberfläche des Gegenstands. Die äußere Oberfläche muss im wesentlichen fest sein, um eine Deformation durch die Zugvorrichtung 56 zu vermeiden. Außerdem muss die Geschwindigkeit der Zugvorrichtung 56 im Einklang mit der Extrusionsrate der Extrusionsvorrichtung 20 sein, um eine Deformation minimal zu halten. Ein Weg, um das zu erreichen, besteht darin, den Expansionsdruck des Verbundwerkstoffs, der das Auslassende 43 der Extrudervorrichtung 20 verlässt, aufzuzeichnen. Das kann zum Beispiel durch Aufzeichnen des Drucks, der durch den Verbundgegenstand auf die Wände der Pressform 52 ausgeübt wird, erreicht werden. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Zugvorrichtung 56 an dem Verbundgegenstand zieht, kann dann in Abhängigkeit von Veränderungen beim aufgezeichneten Druck verändert werden (das heißt, Zunahme in der Zuggeschwindigkeit, wenn eine Druckzunahme oberhalb eines gewünschten Bereichs nachgewiesen wird, und Abnahme in der Zuggeschwindigkeit, wenn eine Druckabnahme unterhalb eines gewünschten Bereichs nachgewiesen wird). Durch Variieren der Abnahme- oder Zuggeschwindigkeit auf diese Weise kann ein homogenerer Verbundgegenstand mit verringerter Deformation und verringerter Spannungslokalisation geformt werden.
Der fertiggestellte Gegenstand, der aus der Extrusionsvorrichtung 20 und der Zugvorrichtung 56 herauskommt, kann auf die gewünschte Länge mittels einer Motorsäge 60 oder anderen Schneidewerkzeugen, wie zum Beispiel einem heißen Draht, der wahlweise nach der Zugvorrichtung 56 angeordnet sein kann, geschnitten werden.

Beispiele

Vier Polymerverbundwerkstoffe (A-D) wurden durch Trockenzuführung einzelner Rohmaterialien über kalibrierte Schneckendosierer zu verschiedenen Zufuhreingängen eines Werner & Fleiderer Zweischneckenextruders hergestellt. Zusätzlich zum Ort der Zufuhr wurden die Umdrehungen pro Minute (rpm), Stromstärke und Temperaturprofile gesteuert bzw. geregelt, um Mischen, Schmelzen, Schmelzmischen und Kompression auszuführen.
Das aus dem Extruder herauskommende Extrudat wurde durch eine eine Verbindung formbildende Pressform gepresst, die mit einer inneren Kühlung ausgestattet war, um ein Nenn-Querschnittsprofil von 7 Inch auf 9 Inch zu erzielen. Die festen Profile wurden aus der formgebenden Pressform und durch ein Kühlwasserbad mittels einer steuerbaren bzw. regelbaren mechanischen Zugvorrichtung gezogen. Die Profile wurden in Teile von näherungsweise 9 Fuß geschnitten und weiter erkalten gelassen.
Die physikalischen Eigenschaften der geformten Gegenstände wurden im Wood Sciences Laboratory in der Abteilung für Natürliche Ressourcen und Umweltwissenschaften an der Universität von Illinois bestimmt. Das Labor unter der Leitung von Professor Chow testet umfassend für die Eisenbahnindustrie der Vereinigten Staaten und hat eine spezifische Vorrichtung entwickelt, um das Testen von Eisenbahnschwellen in ihrer vollständigen Größe hand zu haben. Die durchgeführten Tests sind das funktionelle Äquivalent zu den ASTM- Normen für Härte, Steifigkeit, Druckfestigkeit und Bruchfestigkeit. Es sind zusätzliche Tests für spezielle Zwecke entworfen worden und sie sind zur Bestimmung von Nagelschub, Nagelzug und seitlichen Nagelwiderstand durchgeführt worden.
Jeder Gegenstand wurde auf Steifigkeit und Bruch getestet, indem man ein 9-Fuß- Probenstück auf 60-Inch-Träger aufhängte und eine mittige Belastung durch eine mechanische Presse ausübte. Spannung-Dehnung- oder Kraft-Durchbiegungs-Kurven wurden automatisch erzeugt, solange bis der Gegenstand seinen elastischen Grenzwert überschritt und versagte.
Dieselbe mechanische Presse wurde zur Bestimmung von Nagelschub (Nageleinführungswiderstand), Nagelzug (Nagelrückzugwiderstand) und seitlichen Nagelwiderstand angepasst.
Die Zusammensetzung, Verarbeitungsbedingungen und physikalischen Eigenschaften für die vier Verbundwerkstoffe sind in den folgenden Tabellen angegeben. Zusammensetzung von Polymerverbundwerkstoffen
Bei diesem Beispiel ist Mika im wesentlichen herkömmliches Mika. Verarbeitungsbedingungen Physikalische Eigenschaften
0,5 cm (0,2") war näherungsweise der elastische Grenzwert für die Verbundwerkstoffe. Selektive Nageleigenschaften
Der Begriff "n/a" zeigt an, dass für eine Eigenschaft eine Messung nicht verfügbar war.

Claims

1. Polymerverbundwerkstoff, umfassend:

eine thermoplastische Polymerkomponente, umfassend ein Polyolefin, das aus HDPE, LDPE, LLDPE, Propylen-Homopolymer, Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen dieser Polymere ausgewählt ist;

eine Gummi- bzw. Kautschuk-Polymerkomponente, umfassend Partikel, von denen etwa 90 Gewichtsprozent nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)-Sieb hindurchgehen; und

eine Füllstoffkomponente zur Verstärkung, die Mika enthält,

wobei der Polymerverbundwerkstoff 40% bis 75% thermoplastische Polymerkomponente, 4% bis 40% Gummi-Polymerkomponente und 6% bis 50% Füllstoffkomponente zur Verstärkung umfasst.

2. Polymerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei die Polyolefine Abfall- oder wiedergewonnene Polyolefine sind.

3. Polymerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei die Gummi-Polymerkomponente zerkleinerte Reifenteile umfasst.

4. Polymerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei die Füllstoffkomponente zur Verstärkung Blähglimmer bzw. expandiertes Mika umfasst.

5. Polymerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei die Füllstoffkomponente zur Verstärkung zusätzlich Glasfasern umfasst.

6. Polymerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, der weiterhin eine Styrol- Polymerkomponente umfasst.

7. Polymerverbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei der Verbundwerkstoff ein steifes Bauteil ist.

8. Bauteil, das aus einem Polymerverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7 geformt ist, wobei das Bauteil einen geschäumten inneren Kern aufweist.

9. Verfahren zur Formgebung eines Bauteils aus einem Polymerverbundwerkstoff mit einem geschäumten inneren Kern, umfassend die Schritte:

kontinuierliches Zuführen eines thermoplastischen Polymermaterials, das ein Polyolefin, ausgewählt aus HDPE, LDPE, LLDPE, Propylen-Homopolymer, Propylen-Ethylen-Copolymer und Kombinationen dieser Polymeren enthält; einer Gummi-Polymerkomponente, umfassend Partikel, von denen etwa 90 Gewichtsprozent nicht durch ein 100-Mesh (Maschen)-Sieb hindurchgehen; und ein Füllstoffmaterial zur Verstärkung, das Mika enthält, wobei der Polymerverbundwerkstoff 40% bis 75% thermoplastische Polymerkomponente, 4% bis 40% Gummi-Polymerkomponente und 6% bis 50% Füllstoffkomponente zur Verstärkung umfasst; zu einem geheizten Extruder;

Vermischen der Materialien in dem Extruder zur Bildung einer kontinuierlichen Schmelze; und Formen und Kühlen des Bauteils.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Formens und Kühlens des Bauteils das Extrudieren der kontinuierlichen Schmelze durch eine Pressform eines formgebenden Bereichs einer Extrudervorrichtung unter Formung des Bauteils und das Kühlen des extrudierten Bauteils zu dessen Verfestigung umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin den Schritt des Ziehens des gekühlten und festen Bauteils durch den und aus dem formgebenden Bereich der Extrudervorrichtung umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Formens und Kühlens des Bauteils das Formen der kontinuierlichen Schmelze in eine gewünschte Form umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Polyolefine Abfall- oder wiedergewonnene Polyolefine sind.

14. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Gummi-Polymermaterial zerkleinerte Reifenteile umfasst.

15. Verfahren nach Ansprach 9, wobei das Füllstoffmaterial zur Verstärkung Blähglimmer bzw. expandiertes Mika umfasst.

16. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Füllstoffmaterial zur Verstärkung zusätzlich Glasfasern umfasst.

17. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Styrol-Polymermaterial zusätzlich dem geheizten Extruder zugeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren ein Extrusionsverfahren ist, bei dem eine Extrudervorrichtung mit einem Heiz- und Schmelzabschnitt verwendet wird und wobei das thermoplastische Polymermaterial, Gummi-Polymermaterial und Füllstoffmaterial zur Verstärkung durch drei verschiedene Öffnungen, die entlang dem Heiz- und Schmelzabschnitt der Extrudervorrichtung angeordnet sind, eingeführt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bauteil eine Eisenbahnschwelle ist.

20. Bauteil nach Anspruch 8, weiterhin eine im wesentlichen feste äußere Oberfläche umfassend.