EP1436128A1 - Fasermatte, daraus hergestelltes formteil und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Fasermatte, daraus hergestelltes formteil und verfahren zu dessen herstellungInfo
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- EP1436128A1 EP1436128A1 EP02782946A EP02782946A EP1436128A1 EP 1436128 A1 EP1436128 A1 EP 1436128A1 EP 02782946 A EP02782946 A EP 02782946A EP 02782946 A EP02782946 A EP 02782946A EP 1436128 A1 EP1436128 A1 EP 1436128A1
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Definitions
- the invention relates to a fiber mat according to the preamble of claim 1, a molded part produced from this fiber mat and a method for its production.
- DE 2845117 A1 already discloses a process for the production of plate material which can be pressed into molded parts from cellulose-containing material and at least one thermoplastic binder, in which the cellulose-containing material and the thermoplastic binder are mixed and the mixture is formed into plate material in the heated state.
- the cellulose-containing material is defibrated into fiber and mixed with the thermoplastic binders, a fleece is formed from the mixture and the fleece is compressed to the plate material by the action of heat and pressure.
- Waste of cellulose materials such as paper, Cardboard, textiles, etc., however, may also be used, possibly even in a predominant proportion of peat, bark and, in a particularly preferred manner, dried plant parts of annual plants such as straw or the like.
- pulp-containing material such as paper and cardboard waste is broken down into particles with dimensions of approximately 5 ⁇ 5 mm and then fiberized, so that the maximum fiber length is approximately 5 mm.
- a dry powder of fibrous particle nature made of polyethylene is used as the thermoplastic binder. No lengths are given for these particles.
- the molded parts made from this sheet material have a limited strength, so that they usually also contain thermosetting binders.
- the plastic is in the form of fibers with a length in the range of 30-100 mm and the cellulose fibers have a length of 10-100 mm, a relatively dimensionally stable fiber mat can be obtained, in particular after needling, which can be handled without problems until further processing ,
- the molded part obtained from this is given the great length of the cellulose fibers, great strength and impact resistance, especially at very low temperatures.
- the fact that no thermosetting binders are required means that the molded parts can be produced inexpensively, are light in weight and are largely free of emissions and odors and are easily recyclable.
- Preferred cellulose fibers are those which have a length in the range of 50-100 mm, and in particular those whose average length is 70 mm +/- 20%. Their share in the total weight of the fiber mat can be between 10 and 90%.
- the cellulose fibers advantageously consist of natural fibers from annual plants, such as hemp, flax, sisal or kenaf or technical viscose fibers, and also from cellulose regenerate, that is to say synthetic cellulose, which is preferably obtained from wood but does not contain its lignin components. Mixtures of the aforementioned various cellulose fibers can also be used.
- the cellulose fibers Before the formation of the fiber mat, the cellulose fibers can have been chemically, chemically-physically or physically pretreated in a known manner, for example bleached, mercerized, alkalized, ace- ethylated or provided with an adhesion promoter, flame retardant or water repellent.
- Polypropylene is preferably used for the plastic fibers. However, they generally consist of textile fibers, ribbon fibers or fibrous film chips made of polyolyphins, engineering plastics and / or copolymers, as well as mixtures of several polymers (e.g. as bico fibers). In order to obtain a homogeneous fiber mixture, the plastic fibers should have a fineness in the range of 3.3-25 dtex.
- auxiliaries in particular processing aids such as antistatic agents or adhesion promoters, but also water repellents, flame retardants and additives can be added during the manufacture of the mat. However, their total amount should not exceed 10% of the total weight of the mat.
- the fiber mat can be covered on at least one side with a light fleece made of e.g. polypropylene / polyester and with a basis weight of up to 300 g / m 2 are covered.
- the connection between the fiber mat and light fleece is expediently made by needling.
- the manufacture of the fiber mat basically takes place in a known manner, as is known for example from DE 2845117 AI.
- the main steps in mat formation are as follows:
- the corresponding fiber components are delivered in bale form to a processing plant and fed via a bale opener with metering devices, pre-opener, fine opener, fiber finisher, mixing chamber and box storage as a fiber mixture to the fleece system.
- the bale opener releases the cellulose and plastic fibers from the respective bales.
- a weighing device doses the desired mixing ratio of the fibers on a collecting belt.
- the material is transported from the collecting belt to a mixer opener (pre-opener) in which the fiber components are roughly mixed.
- a mixer opener pre-opener
- the following fine opener is used to shorten, refine and clean bast fibers.
- This device is equipped with a trough feed and a sawtooth barrel. Cockroaches and other contaminants are separated by means of expanded metal gratings arranged on the circumference of the tambour.
- the fibers are treated with a spray system with liquid additives such as water repellents, lubricants, flame retardants, antistatic agents, adhesion promoters and the like.
- a stationary rotary separator in the bunker ceiling ensures an even layering of the fibers and the formation of a fiber sandwich.
- This fiber sandwich is milled vertically by an emptying machine.
- the box feeder doses the fiber mixture into a volumetric filler shaft using a flat cloth belt. This doses the fiber cake into the fleece system via a dosing scale.
- the fleece system consists of a pre-fleece and an end fleece.
- a pre-web is produced in the pre-web former either by a carding system or an aerodynamic system.
- the fibers are placed in an oriented manner.
- the homogeneously premixed fiber components in the form of the preliminary nonwoven are broken down from a high-speed sawtooth turret to individual fibers. Due to the centrifugal force, the fibers detach themselves from the tambour and are blown onto the screen surface by the pleasure flow of a cross-flow fan. The simultaneous suction by vacuum fans causes the formation of tangled fleece on the screen surface.
- the subsequent needling of the fiber mats is a mechanical consolidation, which is based on a weaving of the fibers and the increase in friction between the fibers caused by the compaction of the fleece.
- the fleece is first pre-compacted by rolling or a press belt and then fed to the needle machine.
- the endlessly produced needle felt is then cut to mat dimensions for pallet stacking or rolled goods by means of a cross-cut and a longitudinal cut device.
- the mats will stored on pallets via an automatic stacking device.
- the needle fleece is wound onto carrier sleeves.
- the production of the molded parts can take place spatially and temporally separately from the fiber mat production. It is possible to produce the molded part together with a lamination from a fabric, a decorative film or the like in the so-called one-shot process. This can significantly reduce production costs.
- the fiber mat is first fed to a preheating station, in which it is heated to approximately 180 degrees Celsius. At the same time, pre-compression takes place. At this temperature, the plastic fibers melt so that they lose their fiber structure.
- the heated fiber mat is then introduced together with the lamination into a molding press, in which the molding receives its shape and at the same time the lamination is connected to the molding by the molten plastic.
- the molding press has a temperature of less than 80 degrees Celsius, so that the molded part is cooled and the molten plastic solidifies, as a result of which a dimensionally stable molded part can be removed from the molding press.
- Such a molded part which was made from 50 percent by weight of cellulose fibers and 50 percent by weight of polypropylene fibers, has, for example, a density of 1.0 g / cm 3 , a water absorption of 4.5 percent by weight, a flexural modulus of 3500 N / mm 2 and a bending strength of 65-70 N / mm 2 .
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Abstract
Es wird eine Fasermatte als Zwischenprodukt zur Herstellung von Formteilen von vorzugsweise gleicher Wanddicke beschrieben, die aus mit Kunststoff in homogener Mischung verpressten, überwiegend aus Zellulose gebildeten Fasern bestehen. Der Kunststoff liegt in Form von Fasern mit einer Länge im Bereich von 30-100 mm vor und die Zellulosefasern weisen eine Länge von 10-100 mm auf. Die Zellulosefasern bestehen vorzugsweise aus Naturfasern, welche aus Flachs, Sisal, Hanf, Kenaf, technischen Viskosefasern oder Mischungen hiervon gebildet sind, oder aus Zelluloseregenerat, das heisst insbesondere aus Holz gewonnener synthetischer Zellulose.
Description
Fasermatte, daraus hergestelltes Formteil und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Fasermatte nach dem Ober- begriff des Anspruchs 1, ein aus dieser Fasermatte hergestelltes Formteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Aus der DE 2845117 AI ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von zu Formteilen verpressbarem Plattenmaterial aus zellstoffhaltigem Material und mindestem einem thermoplastischem Bindemittel bekannt, bei dem das zellstoffhaltige Material und die thermoplastischen Bindemittel gemischt und die Mischung in er- wärmtem Zustand zu Plattenmaterial geformt werden. Um ein Plattenmaterial, das sich durch gute Homogenität und mechanische Eigenschaften auszeichnet sowie sich in einfacher Weise zu Formteilen hoher Qualität fertig pressen läßt, kostengünstig herzustellen, wird das zellstoffhaltige Material zu Faserstoff zerfasert und mit den thermoplastischen Bindemitteln gemischt, aus der Mischung ein Vlies gebildet und das Vlies durch Einwirkung von Wärme und Druck zu dem Plattenmaterial verdichtet. Als zellstoffhaltiges Material können Abfälle von Zellfaserwerkstoffen wie Papier,
Pappe, Textilien usw. jedoch aber auch zusätzlich, unter Umständen sogar in überwiegendem Anteil Torf, Rinde und in besonders zu bevorzugender Weise getrocknete Pflanzenteile von einjährigen Pflanzen wie Stroh oder dergleichen eingesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird zellstoffhaltiges Material wie Papier- und Pappeabfälle in Partikel mit Abmessungen von ca. 5x5 mm zerkleinert und dann zerfasert, so daß die maximale Faserlänge etwa 5 mm beträgt. Als thermoplastisches Bindemittel wird ein trockenes Pulver von faserartiger Teilchenbeschaffenheit aus Polyäthylen verwendet. Hinsichtlich dieser Teilchen werden keine Längenangaben gemacht. Die aus diesem Plattenmaterial hergestellten Formteile haben jedoch eine begrenzte Festigkeit, so daß sie üblicherweise auch duroplastische Bindemittel enthalten.
Es ist auch bekannt, Glasfasern zur Verstärkung von Formteilen zu verwenden, welche eine Länge von mehr als 10 mm haben. Diese Formteile sind jedoch insbesondere bei tiefen Temperaturen relativ spröde und bruchanfällig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fasermatte als Zwischenprodukt zur Herstellung von Formteilen vorzugsweise gleicher Wanddicke aus mit Kunststoff in homogener Mischung verpressten, überwiegend aus Zellulose bestehenden Fasern zu schaffen, aus der sich ein festes, weitgehend stoßre- sistentes, leichtes, emissions- und geruchsarmes sowie recycelfähiges Formteil herstellen läßt. Es ist auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Formteil zu schaffen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Fasermatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß der Kunststoff in Form von Fasern mit einer Länge im Bereich von 30-100 mm vorliegt und die Zellulosefasern eine Länge von 10-100 mm aufweisen, kann insbesondere nach Vernadelung eine relativ formstabile Fasermatte erhalten werden, die problemlos bis zur Weiterverarbeitung handhabbar ist. Das hieraus gepresste Formteil erhält durch die große Länge der Zellulosefasern eine große Festigkeit und Schlagzähigkeit insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen. Dadurch, daß keine duroplastischen Bindemittel benö- tigt werden, sind die Formteile kostengünstig herzustellen, besitzen geringes Gewicht und sind weitgehend emissions- und geruchsfrei sowie leicht recycel- bar. Bevorzugt sind solche Zellulosefasern, die eine Länge im Bereich von 50-100 mm aufweisen, und insbe- sondere solche, deren mittlere Länge 70 mm +/- 20 % beträgt. Ihr Anteil am Gesamtgewicht der Fasermatte kann zwischen 10 und 90 % liegen.
Die Zellulosefasern bestehen vorteilhaft aus Naturfa- sern aus einjährigen Pflanzen, wie Hanf, Flachs, Sisal oder Kenaf oder technischen Viskosefasern, sowie auch aus Zelluloseregenerat, das heißt synthetischer Zellulose, welche vorzugsweise aus Holz gewonnen wird, aber nicht dessen Ligninanteile enthält. Auch Mischungen der vorgenannten verschiedenen Zellulosefasern sind einsetzbar.
Die Zellulosefasern können vor der Bildung der Fasermatte in bekannter Weise chemisch, chemisch- physikalisch oder physikalisch vorbehandelt worden sein, z.B. gebleicht, merzerisiert, alkalisiert, ace-
thyliert oder mit einem Haftvermittler, Flammschutz- mittel oder Hydrophobierungsmitteln versehen.
Für die Kunststofffasern wird vorzugsweise Polypropy- len verwendet. Sie bestehen jedoch generell als tex- tile Fasern, Bändchenfasern oder faserförmige Folienschnitzel aus Polyolyphinen, technischen Kunststoffen und/oder Copolymeren sowie Mischungen aus mehreren Polymeren (z.B. als Bico-Fasern) . Um eine homogene Fasermischung zu erhalten, sollten die Kunststofffasern eine Feinheit im Bereich von 3,3-25 dtex besitzen.
Während der Mattenherstellung können zusätzlich zu den Zellulosefasern und den Kunststofffasern auch Hilfsstoffe, insbesondere Verarbeitungshilfsmittel wie Antistatika oder Haftvermittler aber auch Hydrophobierungsmittel, Flammschutzmittel und Avivagen zugegeben werden. Deren Gesamtmenge sollte jedoch 10 % des Gesamtgewichts der Matte nicht überschreiten.
Um die Vernadelungseigenschaften der Matte zu verbessern, zur Minimierung von etwaigen durch die Naturfasern bewirkten Geruchsemissionen des fertigen Form- teils sowie zum definierten Ausgleich von Verzug kann die Fasermatte mindestens einseitig mit einem Leichtvlies aus z.B. Polypropylen / Polyester und mit einem Flächengewicht bis zu 300 g/m2 bedeckt werden. Die Verbindung zwischen Fasermatte und Leichtvlies erfolgt zweckmäßig durch Vernadeln.
Die Herstellung der Fasermatte findet grundsätzlich in bekannter Weise, wie sie z.B. aus der DE 2845117 AI bekannt ist, statt. Die wesentlichen Schritte der Mattenbildung sind wie folgt:
So werden in einer Aufbereitungsanlage die entsprechenden Faserkomponenten in Ballenform angeliefert und über einen Ballenöffner mit Dosiereinrichtungen, Voröffner, Feinöffner, Faserausrüster, Mischkammer und Kastenspeicher als Fasergemisch der Vliesanlage zugeführt.
Durch den Ballenöffner werden die Zellulose- und Kunststofffasern aus den jeweiligen Ballen gelöst. eine Wiegeeinrichtung dosiert das jeweils gewünschte Mischungsverhältnis der Fasern auf einem Sammelband.
Vom Sammelband wird das Material zu einem Mischöffner (Voröffner) befördert, in welchem die Faserkomponen- ten grob gemischt werden.
Der nachfolgende Feinöffner dient zur Einkürzung, Verfeinerung und Ausreinigung von Bastfasern. Diese Vorrichtung ist mit einem Muldeneinzug und einem Sä- gezahntambur versehen. Mittels am Umfang des Tamburs angeordneter Streckgitterroste erfolgt eine Absonderung von Schaben und anderen Verunreinigungen.
Im Faserausrüster werden die Fasern durch eine Be- sprühungsanlage mit flüssigen Zusatzstoffen wie Hydrophobierungsmitteln, Gleitmitteln, Flammschutz it- teln, Antistatika, Haftvermittlern und dergleichen behandelt.
Im nachfolgenden Mischbunker (Mischkammer) wird die
Fasermischung homogenisiert und vorübergehend gespeichert. Ein stationärer Drehabscheider in der Bunkerdecke sorgt für eine gleichmäßige Aufschichtung der Fasern und zur Bildung eines Fasersandwiches. Dieser Fasersandwich wird von einer Entleerungsfräse vertikal abgefräst.
Der Kastenspeiser schließlich dosiert die Fasermischung über ein Steillattentuchband in einen volume- trischen Füllschacht. Dieser dosiert den Faserkuchen über eine Dosierwaage in die Vliesanlage.
Die Vliesanlage besteht aus einem Vorvliesbildner und einem Endvliesbildner. Im Vorvliesbildner wird entweder durch ein Krempelsystem oder ein aerodynamisches System ein Vorvlies erzeugt. Die Fasern werden hierbei orientiert abgelegt.
Im Endvliesbildner werden die homogen vorgemischten Faserkomponenten in Form des Vorvlieses von einem hochtourigen Sägezahntambur bis zur Einzelfaser aufgelöst. Aufgrund der Zentrifugalkraft lösen sich die Fasern vom Tambur und werden vom Luststrom eines Querstromgebläses auf die Siebfläche geblasen. Durch gleichzeitiges Ansaugen durch Unterdruckventilatoren erfolgt auf der Siebfläche die Wirrvliesbildung.
Durch entsprechende Einstellung der Materialabzugsgeschwindigkeit können gewünschte Flächengewichte für die Fasermatten erhalten werden.
Die anschließende Vernadelung der Fasermatten ist eine mechanische Verfestigung, die auf einer Verschlingung der Fasern und der durch die Verdichtung des Vlieses verursachten Erhöhung der Reibung der Fasern untereinander beruht. Das Vlies wird zunächst durch Walzen oder ein Pressband vorverdichtet und dann der Nadelmaschine zugeführt.
Das endlos hergestellte Nadelvlies wird abschließend durch eine Querzuschnitt- und eine Längszuschnittvor- richtung auf Mattenmaße für eine Pallettenstapelung oder zu Rollenware zugeschnitten. Die Matten werden
über eine automatische Abstapelvorrichtung auf Palletten abgelegt. Bei Rollenware wird das Nadelvlies auf Trägerhülsen aufgewickelt.
Die Produktion der Formteile kann räumlich und zeitlich getrennt von der Fasermattenherstellung erfolgen. Dabei besteht die Möglichkeit, das Formteil zusammen mit einer Kaschierung aus einem Gewebe, einer Dekorfolie oder dergleichen im sogenannten One-Shot- Verfahren herzustellen. Hierdurch können die Produktionskosten erheblich gesenkt werden.
Hierzu wird die Fasermatte zunächst einer Vorwärmstation zugeführt, in welcher sie auf etwa 180 Grad Cel- sius erwärmt wird. Gleichzeitig findet eine Vorverdichtung statt. Bei dieser Temperatur schmelzen die Kunststofffasern, so daß sie ihre Faserstruktur verlieren. Anschließend wird die erwärmte Fasermatte zusammen mit der Kaschierung in eine Formpresse einge- bracht, in der das Formteil seine Form erhält und gleichzeitig die Kaschierung durch den geschmolzenen Kunststoff mit dem Formteil verbunden wird. Die Formpresse weist eine Temperatur von weniger als 80 Grad Celsius auf, so daß das Formteil abgekühlt wird und der geschmolzene Kunststoff sich verfestigt, wodurch der Formpresse ein formstabiles Formteil entnommen werden kann.
Ein derartiges Formteil, das zu 50 Gewichtsprozent aus Zellulosefasern und 50 Gewichtsprozent aus Polypropylenfasern hergestellt wurde, hat beispielsweise eine Dichte von 1,0 g/cm3, eine Wasseraufnahme von 4,5 Gewichtsprozent, ein Biege-E-Modul von 3500 N/mm2 sowie eine Biegefestigkeit von 65-70 N/mm2.
Claims
1. Fasermatte als Zwischenprodukt zur Herstellung von Formteilen vorzugsweise gleicher Wanddicke aus mit Kunststoff in homogener Mischung ver- pressten, überwiegend aus Zellulose bestehenden Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst- stoff in Form von Fasern mit einer Länge im Bereich von 30-100 mm vorliegt und die Zellulosefasern eine Länge von 10-100 mm aufweisen.
2. Fasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern aus Naturfasern aus Hanf, Flachs, Sisal, Kenaf, technischen Viskosfasern oder Mischungen hiervon bestehen.
3. Fasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern aus Zellulosregeneratfasern bestehen.
4. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern eine Länge im Bereich von 50-100 mm aufweisen.
5. Fasermatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Länge der Zellulosefasern 70 mm +/- 20 % beträgt.
6. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Zellulosefasern am Gesamtgewicht der Fasermatte zwischen 10 und 90 % liegt.
7. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern ehe- misch, thermisch oder chemisch-physikalisch vorbehandelt sind.
8. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofffasern aus Po- lypropylen bestehen.
9. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofffasern eine Feinheit von 3,3-25 dtex und eine beliebige Querschnittsform aufweisen.
10. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Vernadeln der Fasern verfestigt ist.
11. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Hydro- fobierungsmittel, Avivagen, Flammschutzmittel und/oder Haftvermittler enthält.
12. Fasermatte nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einseitig eine aufgenadelte Faserdeckschicht aus Poly- propylen / Polyester mit einem Flächengewicht bis 300 g/m2 aufweist.
13. Aus einer Fasermatte nach einem der Ansprüche 1- 12 durch Verpressen hergestelltes Formteil, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer homogenen Kunststoffschicht gleichmäßig verteilte Naturfasern mit einer Länge im Bereich von 10-100 mm enthält.
14. Formteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte von ca. 0,9 g/cm3 auf- weist.
15. Formteil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Wasseraufnahme im Bereich von 4-6 Gewichtsprozent aufweist.
16. Formteil nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer unmittelbar mit der verpressten Fasermatte verbundenen Dekorschicht versehen ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeich- net, daß die Fasermatte vor dem Verpressen auf eine Temperatur von etwa 180 - 200 Grad Celsius erwärmt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erwärmung eine Vorverdichtung durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Verpressen der Fasermatte auf diese eine Dekorschicht im One-Shot-Verfahren aufgebracht wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug beim Verpressen eine Temperatur von weniger als 80 Grad Celsius hat.
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