Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen mit Holzfasern sowie mit dem Verfahren herstellbare Leichtbauprofile Process for producing lightweight components with wood fibers and lightweight profiles that can be produced using the process
Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, bei dem Holzfasern mit einem Thermoplast vermischt zur Formung des Leichtbauteils extrudiert werden. Die Erfindung betrifft fernerTECHNICAL FIELD OF APPLICATION The present invention relates to a method for producing lightweight components from a fiber composite material, in which wood fibers mixed with a thermoplastic are extruded to form the lightweight component. The invention further relates to
Leichtbauprofile, die mit dem Verfahren herstellbar sind.Lightweight profiles that can be produced using the process.
Faserverbundwerkstoffe, so genannte Komposite, werden in zunehmendem Maße als Ersatz für reines Holz bei der Herstellung von flächigen Bauteilen eingesetzt. So gibt es bereits einen großen Markt für so genannte Decking-Materialien, die im Bereich des Gebäudebaus zum Einsatz kommen. Die Faserverbundwerkstoffe setzen sich dabei im Wesentlichen aus einem Thermoplast zusammen, in den faserartige Stoffe zur Verstärkung eingebracht sind. Die Konsistenz der Verstärkungsstoffe hat erwartungsgemäß einen großen Einfluss auf mechanische Kennwerte des aus dem Faserverbundwerkstoff hergestellten Bauteils. Beispiele für mechanischeFiber composites, so-called composites, are increasingly being used to replace pure wood in the manufacture of flat components. There is already a large market for so-called decking materials that are used in the field of building construction. The fiber composite materials essentially consist of a thermoplastic, into which fiber-like materials are introduced for reinforcement. As expected, the consistency of the reinforcing materials has a major influence on the mechanical properties of the component made from the fiber composite material. Examples of mechanical
Kennwerte sind Zug- und Biegeeigenschaften sowie die Schlagzähigkeit .
Stand der Technik Für hochbelastbare Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff auf Basis eines Thermoplasten sind Glasfasern heutzutage noch immer das gebräuchlichste Verstärkungsmaterial. Zunehmend werden an Stelle von Glasfasern jedoch auch organische Fasermaterialien, beispielsweise aus Holz oder Einjahrespflanzen, zur Verstärkung der Thermoplaste eingesetzt. Diese Füllstoffe führen zu einer verbesserten Recyklier- bzw. Entsorgbarkeit der Verbundwerkstoffe, durch das geringere Gewicht der organischen Fasern im Vergleich zu Glasfasern zu einer Gewichtseinsparung bei den Bauteilen und durch die geringere Abrasivität zu deutlich verbesserten Standzeiten der Verarbeitungs- maschinen für die Herstellung der Bauteile.Characteristic values are tensile and bending properties as well as impact strength. PRIOR ART Glass fibers are still the most common reinforcing material for heavy-duty components made of a fiber composite material based on a thermoplastic. Instead of glass fibers, however, organic fiber materials, for example made of wood or annual plants, are also increasingly being used to reinforce the thermoplastics. These fillers lead to improved recyclability or disposability of the composite materials, due to the lower weight of the organic fibers compared to glass fibers, a weight saving for the components and due to the lower abrasiveness to significantly longer service life of the processing machines for the manufacture of the components.
So ist beispielsweise in der EP 1172404 AI ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff angegeben, bei dem faserartige Partikel aus einem Holzmaterial, insbesondere ausFor example, EP 1172404 A1 specifies a process for producing a component from a fiber composite material, in which fibrous particles are made from a wood material, in particular from
Weich- oder Hartholz, mit einem Thermoplast vermischt werden, um ein Basismaterial für die Herstellung des Leichtbauteils zu erhalten. In dieser Druckschrift wird angegeben, dass bevorzugt Holzpartikel mit einem Aspektverhältnis von 4 bis 80 bei einer Länge von 2 bisSoft or hardwood can be mixed with a thermoplastic in order to obtain a base material for the manufacture of the lightweight component. In this publication it is stated that preferably wood particles with an aspect ratio of 4 to 80 with a length of 2 to
6 mm eingesetzt werden sollen. Allerdings wird kein Hinweis auf den Erhalt und die Handhabung von Holz- partikeln mit den hohen Aspektverhältnissen gegeben. Im konkreten Ausführungsbeispiel werden vielmehr Holz- partikel mit einer Länge von maximal 3 mm und einem6 mm should be used. However, there is no indication of the preservation and handling of wood particles with the high aspect ratios. Rather, in the specific exemplary embodiment, wood particles with a maximum length of 3 mm and one
Aspektverhältnis von 4 eingesetzt, d. h. Holzpartikel wie sie in der Regel in Form von Holzspänen anfallen.
Diese Holzpartikel werden mit dem Thermoplasten vermischt direkt im Extruder verarbeitet. Aus der WO 97/30838 AI ist es bekannt, ein natürliches Cellulose-Fasermaterial mit dem Thermoplast zu vermischen und diese Mischung direkt zum Bauteil zu extrudieren. Die WO 02/083824 AI beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus einem Thermoplast, dem Cellulosefasern aus Holz oder anderen pflanzlichen Produkten beigemischt werden.Aspect ratio of 4 used, ie wood particles as they usually occur in the form of wood chips. These wood particles are mixed with the thermoplastic and processed directly in the extruder. From WO 97/30838 AI it is known to mix a natural cellulose fiber material with the thermoplastic and to extrude this mixture directly to the component. WO 02/083824 AI also describes a process for the production of components made of a thermoplastic, to which cellulose fibers made of wood or other vegetable products are added.
Den positiven Effekten beim Einsatz von organischen Fasermaterialien als Füllstoffe stehen allerdings bisher schlechtere mechanische Kennwerte dieser Verbundmaterialien im Vergleich zu Glasfaser- Verbundwerkstoffen gegenüber. Höhere Füllgrade derHowever, the positive effects of using organic fiber materials as fillers are offset by poorer mechanical properties of these composite materials compared to glass fiber composites. Higher filling levels of the
Verbundmaterialien im Vergleich zu Glasfaser-Verbünden verbessern zwar die mechanischen Kennwerte, verringern jedoch den Vorteil der Gewichtseinsparung. Ein weiteres Risiko beim Einsatz von Naturfasern, wie beispielsweise Flachs oder Hanf, liegt in der schwankenden Qualität der zur Verfügung stehenden Produkte. Das Verstärkungspotential der Fasern wird u.a. durch Herkunft, klimatische Bedingungen und die verschiedenen Faser- Gewinnungstechnologien beeinflusst. Grundsätzlich ist die Verwendung von Fasern mit einem größeren Aspekt-Composite materials compared to glass fiber composites improve the mechanical characteristics, but reduce the advantage of saving weight. Another risk when using natural fibers, such as flax or hemp, lies in the fluctuating quality of the products available. The reinforcement potential of the fibers is influenced by origin, climatic conditions and the various fiber production technologies. Basically, the use of fibers with a larger aspect-
Verhältnis hinsichtlich der mechanischen Kennwerte zwar von Vorteil, allerdings lassen sich derart lange Fasern bisher nicht oder nur unter erheblichem Aufwand mit einem Thermoplast extrudieren, so dass in der Regel lediglich kürzere Fasern oder Faserpartikel alsThe ratio with regard to the mechanical parameters is advantageous, however, fibers of this length have not hitherto been extruded with a thermoplastic, or only with considerable effort, so that generally only shorter fibers or fiber particles than
Füllstoffe eingesetzt werden. Aufgrund der genannten Nachteile der Verbundmaterialien mit organischen Verstärkungsfasern werden diese heutzutage nur in
Bauteilen mit geringen mechanischen Ansprüchen, wie Türverkleidungen oder Hutablagen im Automobilbau, verwendet . Die DE 101 34 995 AI beschreibt einen Füllstoff auf Basis von Holzfasern zur Herstellung von Kunststoff-Formkörpern. Der Füllstoff besteht aus natürlichen Fasern auf Cellulosebasis und wird in Granulatform bereitgestellt . Als Fasern werden in erster Linie Holzfasern eingesetzt, die durchFillers are used. Due to the mentioned disadvantages of composite materials with organic reinforcing fibers, these are now only in Components with low mechanical demands, such as door panels or hat racks in the automotive industry, are used. DE 101 34 995 AI describes a filler based on wood fibers for the production of plastic moldings. The filler consists of natural cellulose-based fibers and is supplied in granular form. The primary fibers used are wood fibers, which pass through
Fibrillieren von Holz gewonnen werden und somit eine eher spanartige Geometrie aufweisen. Die Späne werden mit einem höchstens 20%igen Kunststoffanteil mit einem Schmelzindex > 50 zu Pellets verarbeitet und dann durch Brechen der Pellets in eine Granulatform gebracht.Fibrillation of wood can be obtained and thus have a more chip-like geometry. The chips are processed with a maximum of 20% plastic content with a melt index> 50 into pellets and then broken into pellets by breaking the pellets.
Die DE 102 47 711 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermoplastischen Naturfaserprodukts. Die Naturfaserkomponenten werden bei diesem Verfahren vorab durch Reißen, Brechen, Scheren oder Schneiden fein zerkleinert, um beispielsweise Holz-Pellets zu formen. Durch Vermischen der Holz-Pellets mit einem thermoplastischen Kunststoff werden wiederum entsprechende Pellets als Ausgangs- oder Rohmaterial für eine weitere Fertigung gelagert oder einerDE 102 47 711 relates to a method for producing a thermoplastic natural fiber product. In this process, the natural fiber components are crushed in advance by tearing, breaking, shearing or cutting, for example to form wood pellets. By mixing the wood pellets with a thermoplastic plastic, corresponding pellets are stored as a starting or raw material for further production or one
Einrichtung zum Herstellen von Formteilen, bspw. einem Extruder zugeführt .Device for producing molded parts, for example an extruder.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen anzugeben, die gegenüber Bauteilen aus Glasfaser-Verbundwerkstoffen ein geringeres Gewicht
sowie vergleichbare oder bessere mechanische Kennwerte aufweisen.The object of the present invention is to provide a method for producing lightweight components which are lighter in weight than components made of glass fiber composite materials and have comparable or better mechanical characteristics.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäßThe object is achieved with the method according to
Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 16 gibt ein Leichtbauprofil an, das die gewünschten Eigenschaften aufweist und mit dem Verfahren herstellbar ist. Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung vonClaim 1 solved. Claim 16 specifies a lightweight profile that has the desired properties and can be produced with the method. In the present process for producing
Leichtbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff werden Holzfasern mit einem Thermoplast vermischt zur Formung des Leichtbauteils extrudiert. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mit einem thermomechanischen Refiner-Verfahren erhaltene Holzfasern, so genannte Refiner-Fasern, mit einer mittleren Faserlänge von 2-20 mm bei einem Aspektverhältnis von ≥ 5 eingesetzt und zunächst zu dosierfähigen Faser- Agglomeraten verarbeitet werden, die dann zur Formung des Leichtbauteils extrudiert werden.Lightweight components made of a fiber composite material are extruded to mix wood fibers with a thermoplastic to form the lightweight component. The present method is characterized in that wood fibers obtained with a thermomechanical refiner method, so-called refiner fibers, are used with an average fiber length of 2-20 mm with an aspect ratio of ≥ 5 and are first processed into meterable fiber agglomerates, which are then extruded to form the lightweight component.
Refiner-Fasern sind aus der MDF-Platten-Produktion bekannt. Dabei wird in einem thermomechanischen Verfahren (TMP-Verfahren) Holz mit Wasserdampf behandelt und anschließend in Scheibenmühlen (Refiner) unter Überdruck zerfasert . Im Unterschied zu extrudiertem Holz werden bei diesem thermomechanischen Refiner-Verfahren Einzelfasern (Tracheiden) mit einem hohen Aspektverhältnis (Länge/Breite = 5 - >100) erhalten. Bei der Herstellung von MDF-Platten werden diese Refiner-Fasern im Warmluftstrom getrocknet, beleimt und im Streuverfahren zu Gelegen verarbeitet, welche zu den MDF-Platten verpresst werden.
Eine Direktverarbeitung eines solchen stark verfilzenden Fasermaterials in einem Extruder ist auf Grund der nicht gegebenen Dosierbarkeit allerdings nicht möglich.Refiner fibers are known from MDF board production. Wood is treated with water vapor in a thermomechanical process (TMP process) and then defibrated in disc mills (refiner) under excess pressure. In contrast to extruded wood, this thermomechanical refiner process produces individual fibers (tracheids) with a high aspect ratio (length / width = 5 -> 100). In the production of MDF boards, these refiner fibers are dried in a hot air stream, glued and processed into scrims using the scattering process, which are pressed into the MDF boards. However, direct processing of such a strongly felting fiber material in an extruder is not possible due to the lack of meterability.
Durch den vorliegenden Einsatz derartiger Refiner- Fasern lassen sich aufgrund des hohen Aspektverhältnisses der Fasern hochbelastbare Formteile aus dem Faserverbundwerkstoff herstellen, die in ihren mechanischen Kennwerten dem Vergleich mit Glasfaser- Verbünden standhalten und dabei zusätzliche Vorteile wie Recyklierbarkeit, Gewichtsreduzierung und geringere Abrasivität an den Ausrüstungen bei der Herstellung zeigen. Das oben genannte Problem der mangelnden Dosierbarkeit der Refiner-Fasern wird beim vorliegenden Verfahren durch einen Agglomerierungs-Schritt gelöst, durch den sich die stark verfilzenden Refiner-Fasern, die als lose Faserschüttung vorliegen, überraschender- weise in eine dosierbare Form überführen lassen, ohne die für die Verstärkungswirkung notwendige Fasergeometrie zu beeinträchtigen oder die mechanischen Kennwerte durch thermische Schädigung zu reduzieren. Dabei wurde herausgefunden, dass sich die Refiner- Fasern mit einem Thermoplast vorteilhaft in einem zweistufigen Verfahren zu rieselfähigen Agglomeraten verarbeiten lassen, ohne dass sich die Faserstruktur ändert . Die Faser-Agglomerate können dann problemlos zu einem homogenen Faser-Schmelzegemisch in einem Extruder erhitzt und mit den speziellen Werkzeugen zu den gewünschten Leichtbauteilen geformt werden.
Vorzugsweise werden die Fasern und der Thermoplast in einem Heißmischer mit einem speziellen Werkzeug in einem Verhältnis von 1:1 bis 10:1, vorzugsweise 1:1 bis 3:1 bei langsamer Aufheizung, d.h. 10 -16 grd/min, gemischt . Entscheidend ist der durch zunehmendeDue to the existing use of such refiner fibers, due to the high aspect ratio of the fibers, highly resilient molded parts can be produced from the fiber composite material, which withstand their mechanical characteristics compared to glass fiber composites and thereby offer additional advantages such as recyclability, weight reduction and less abrasiveness on the equipment show the manufacture. The above-mentioned problem of the lack of meterability of the refiner fibers is solved in the present method by an agglomeration step, by means of which the strongly matting refiner fibers, which are present as loose fibers, can surprisingly be converted into a meterable form without the to impair the fiber geometry necessary for the reinforcing effect or to reduce the mechanical parameters due to thermal damage. It was found that the refiner fibers with a thermoplastic can advantageously be processed into free-flowing agglomerates in a two-stage process without the fiber structure changing. The fiber agglomerates can then be easily heated to a homogeneous fiber-melt mixture in an extruder and shaped into the desired lightweight components using special tools. The fibers and the thermoplastic are preferably mixed in a hot mixer with a special tool in a ratio of 1: 1 to 10: 1, preferably 1: 1 to 3: 1 with slow heating, ie 10 -16 degrees / min. The decisive factor is that of increasing
Friktion erzeugte abschließende schnelle Temperaturanstieg auf 150 bis 180°C, durch den der Thermoplast in eine Schmelze übergeht und die Fasern umhüllt. Zu lange Verweilzeiten der Fasern bei Temperaturen > 150°C sollten hierbei vermieden werden, um eine thermische Schädigung der Fasern auszuschließen.Friction produced a final, rapid rise in temperature to 150 to 180 ° C, through which the thermoplastic melts and envelops the fibers. Too long dwell times of the fibers at temperatures> 150 ° C should be avoided in order to avoid thermal damage to the fibers.
In einem zweiten, nachfolgenden Schritt wird das entstandene Komposit bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens unmittelbar danach in einem Kühlmischer auf eine Temperatur von 80 bis 20°C, vorzugsweise auf 50 bis 30°C abgekühlt, wobei sich das Thermoplast verfestigt und das rieselfähige Agglomerat entsteht. Die Konstruktion und Arbeitsweise der eingesetzten Mischer gewährleistet, dass möglichst geringe Scherkräfte auf die Fasern wirken und somit die Fasern mit ihrem hohen Verstärkungspotential während der Agglomerierung nicht zerstört werden. Die erhaltenen dosierfähigen Refiner-Faser- Agglomerate werden anschließend zur Formung des Leichtbauteils in einem Extruder extrudiert. Auch der Extruder ist so ausgelegt, dass eine gute Dispergierung der eingetragenen Materialien bei geringst möglichen Scherkräften erfolgt, um die Fasern nicht durchIn a second, subsequent step, in an advantageous embodiment of the method, the resulting composite is immediately cooled in a cooling mixer to a temperature of 80 to 20 ° C., preferably to 50 to 30 ° C., the thermoplastic solidifying and the free-flowing agglomerate being formed , The design and mode of operation of the mixers used ensure that the lowest possible shear forces act on the fibers and thus the fibers with their high reinforcement potential are not destroyed during agglomeration. The resulting meterable refiner fiber agglomerates are then extruded in an extruder to form the lightweight component. The extruder is also designed in such a way that the materials introduced are dispersed well with the lowest possible shear forces so that they do not pass through the fibers
Scherung zu zerkleinern. Die Werkzeuggeometrie ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sich die in das Thermoplast eingebrachten Verstärkungsfasern bevorzugt
in Extrusionsrichtung ausrichten. Dabei wird eine hohe Verstärkungswirkung in Längsrichtung erzielt, die es ermöglicht, die erforderlichen Wanddicken des Bauteils auf ein Minimum zu reduzieren.Crush shear. The tool geometry is preferably designed such that the reinforcing fibers introduced into the thermoplastic are preferred align in the extrusion direction. A high reinforcement effect in the longitudinal direction is achieved, which enables the required wall thickness of the component to be reduced to a minimum.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können Thermoplaste eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in den eingangs genannten Druckschriften WO 97/30838 AI und WO 02/083824 AI angeführt sind. Insbesondere sind Poly- olefine, Polyvinylchlorid, Polyester oder Polystyren, vorzugsweise aber Polyolefine und bevorzugt Polypropylen oder Polyethylen für das vorliegende Verfahren geeignet. Auch Recyclingmaterial der genannten Stoffe ist nutzbar. Die Auswahl der Polyolefine muss so erfolgen, dass eine ausreichende und schnelleThermoplastics can be used for the process according to the invention, such as those mentioned in the publications WO 97/30838 AI and WO 02/083824 AI mentioned at the beginning. In particular, polyolefins, polyvinyl chloride, polyester or polystyrene, but preferably polyolefins and preferably polypropylene or polyethylene are suitable for the present process. Recycled material from the substances mentioned can also be used. The selection of polyolefins must be made in such a way that it is adequate and quick
Wärmeerzeugung durch Friktion erreicht wird und dass die Schmelze die Fasern vollständig umhüllt. Obwohl anzunehmen ist, dass die vollständige Umhüllung gerade mit niederviskosen Thermoplasten erreicht wird, wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich das vorliegende Verfahren besonders vorteilhaft mit hochviskosem Polypropylen mit Schmelzindizes (MFI) von 0,1 bis 10,0 g/lOmin, vorzugsweise von 0,5 bis 3,0 g/10 min, durchführen lässt. Überraschenderweise wurde weiterhin festgestellt, dass sich die Verwendung vonHeat generation is achieved through friction and that the melt completely envelops the fibers. Although it can be assumed that the complete coating is achieved with low-viscosity thermoplastics, it has surprisingly been found that the present process can be used particularly advantageously with high-viscosity polypropylene with melt indexes (MFI) of 0.1 to 10.0 g / lOmin, preferably of 0. 5 to 3.0 g / 10 min. Surprisingly, it was also found that the use of
Polypropylenpulvern vorteilhaft auf eine anforderungs- gerechte Agglomerierung auswirkt . Die notwendige Verarbeitungstemperatur wurde deutlich schneller erreicht, so dass die thermische Belastung der Fasern minimiert werden konnte. Der Einsatz dieser Thermoplasten führt zu Leichtbauteilen mit sehr guten mechanischen Kennwerten.
Um das Verstärkungspotential der Fasern vollständig nutzen zu können, sollten auch Haftvermittler, wie sie beispielsweise in der WO 02/083824 AI genannt sind, eingesetzt werden. Diese Haftvermittler lagern sich an der Grenzfläche von Faser zu umhüllendemPolypropylene powders have an advantageous effect on agglomeration according to requirements. The necessary processing temperature was reached significantly faster, so that the thermal load on the fibers could be minimized. The use of these thermoplastics leads to lightweight components with very good mechanical characteristics. In order to be able to fully utilize the reinforcement potential of the fibers, adhesion promoters such as those mentioned, for example, in WO 02/083824 AI should also be used. These adhesion promoters are deposited at the interface between the fiber and the coating
Thermoplast an und führen aufgrund ihrer Funktionalität zu festen chemischen und/oder physikalischen Bindungen, durch die eine verbesserte Übertragung der auf das Bauteil einwirkenden Kräfte auf die Refiner-Fasern ermöglicht wird. Bewährte Haftvermittler sind carboxylierte Polyolefine. Bevorzugt werden beim vorliegenden Verfahren mit Acrylsäure- oder Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polyolefine als Haftvermittler eingesetzt. Um eine TeilVernetzung der thermoplastischen Matrix zu erreichen, werden epoxigruppenhaltige Verbindungen, vorzugsweise die Harzkomponente handelsüblicher Epoxidharzsysteme sowie ggfs. übliche Epoxidharz-Härterkomponenten eingesetzt. Durch diese Art der HaftVermittlung und Teilvernetzung der thermoplastischen Komponente werden die mechanischen Eigenschaften des Komposits wesentlich verbessert. Die Fasergehalte betragen bevorzugt 50 bis 85 % Massenanteil des Komposits. Es handelt sich somit um mit Refiner-Fasern hoch gefüllte Thermoplasten.Thermoplastic and due to their functionality lead to firm chemical and / or physical bonds, which enables an improved transmission of the forces acting on the component to the refiner fibers. Proven adhesion promoters are carboxylated polyolefins. Polyolefins grafted with acrylic or maleic anhydride are preferably used as adhesion promoters in the present process. In order to achieve partial crosslinking of the thermoplastic matrix, compounds containing epoxy groups, preferably the resin component of commercially available epoxy resin systems and, if appropriate, conventional epoxy resin hardener components are used. This type of adhesion and partial crosslinking of the thermoplastic component significantly improves the mechanical properties of the composite. The fiber contents are preferably 50 to 85% by mass of the composite. These are thermoplastics that are highly filled with refiner fibers.
Die mit dem vorliegenden Verfahren hergestellten Leichtbauprofile zeichnen sich durch ein hohe mechanische Festigkeit aus. Verbunden mit dem geringeren Gewicht, der Recyklierbarkeit und besseren Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Komposite ausThe lightweight profiles produced with the present process are characterized by a high mechanical strength. Combined with the lower weight, the recyclability and better processability of the composites according to the invention
Thermoplast und Refiner-Faser ergeben sich daraus neue Möglichkeiten, glasfaserverstärkte Kunststoffe durch diese Materialien auch in hochwertigen Einsatzfeldern
zu ersetzen. Die mit dem vorliegenden Verfahren herstellbaren Leichtbauprofile weisen ein Flächengewicht von 1 bis 8 kg/m2, vorzugsweise 2 bis 5 kg/m2 und Steg- und Gurtbreiten von 1-6 mm, vorzugsweise von 2-4 mm auf. Die hierbei eingesetzten Refiner-Fasern weisen mittlere Faserlängen von 2-20 mm bei einem Aspekt- Verhältnis von ≥ 5 auf.Thermoplastic and refiner fiber result from this new possibilities, glass fiber reinforced plastics through these materials also in high-quality fields of application to replace. The lightweight construction profiles that can be produced using the present method have a basis weight of 1 to 8 kg / m 2 , preferably 2 to 5 kg / m 2 and web and belt widths of 1-6 mm, preferably of 2-4 mm. The refiner fibers used here have average fiber lengths of 2-20 mm with an aspect ratio of ≥ 5.
Wege zur Ausführung der Erfindung Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eineWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION In the present exemplary embodiment, a
Hohlkammerplatte aus einem Faserverbundwerkstoff gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt. Für die Herstellung werden zunächst in einer ersten Verfahrensstufe 60% Refiner-Fasern (Länge 2-16 mm, Breite 0,1-0,6 mm) mit 40% Polypropylen (MFI 100) in einem Heißmischer mit Sichelwerkzeug gemischt, bis bei 185°C das Polypropylen vollständig geschmolzen ist und die Fasern benetzt hat. Anschließend wird die Schmelzemischung in einen Kühlmischer überführt und innerhalb von 10 Minuten auf 40°C abgekühlt. Dabei bilden sich die Faser-Agglomerate aus . Diese rieselfähigen Faser-Agglomerate werden anschließend in einer zweiten Verfahrensstufe in einem Verhältnis von 98% Faser-Agglomeraten und 2% eines Maleinsäureanhydrid-gepfropften Polypropylens alsHollow chamber panel made of a fiber composite material according to the present method. For the production, 60% refiner fibers (length 2-16 mm, width 0.1-0.6 mm) with 40% polypropylene (MFI 100) are first mixed in a hot mixer with a sickle tool, up to 185 ° C the polypropylene has melted completely and wetted the fibers. The melt mixture is then transferred to a cooling mixer and cooled to 40 ° C. within 10 minutes. The fiber agglomerates form in the process. These free-flowing fiber agglomerates are then processed in a second process stage in a ratio of 98% fiber agglomerates and 2% of a maleic anhydride-grafted polypropylene
Haftvermittler in einen konischen Doppelschnecken- extruder dosiert, zu einer homogenen Schmelze aufgearbeitet und zur Hohlkammerplatte extrudiert . Die Schneckengeometrie ist so ausgelegt, dass eine gute Dispergierung der eingetragenen Materialien bei geringst möglichen Scherkräften erfolgt, um die Fasern nicht durch Scherung zu zerkleinern. Die Extrusion erfolgt bei einer Massetemperatur von 190°C, einem
Massedruck von 20 MPa sowie einem Massedurchsatz von 120 kg/h. Das spezielle Extrusionswerkzeug für Stegplatten weist eine Trockenkalibriereinheit von 250 bis 500 mm Länge sowie eine 4000 mm lange Nasskalibriereinheit mit Vakuumtank auf. Die Trockenkalibrierung wird bei 60°C durchgeführt.Adhesion promoter dosed into a conical twin-screw extruder, worked up to a homogeneous melt and extruded into the twin-wall sheet. The screw geometry is designed in such a way that the materials entered are dispersed well with the lowest possible shear forces so that the fibers are not shredded by shearing. The extrusion takes place at a melt temperature of 190 ° C, a Melt pressure of 20 MPa and a melt throughput of 120 kg / h. The special extrusion tool for multi-wall sheets has a dry calibration unit from 250 to 500 mm in length and a 4000 mm long wet calibration unit with vacuum tank. The dry calibration is carried out at 60 ° C.
Zum Vergleich wird ein übliches einstufiges Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung einer Hohlkammerplatte aus einem Faserverbundwerkstoff durchgeführt, bei dem 60% Holzspäne (Lignocell P Super, Länge 1,5-10 mm, Breite 0,5-3 mm), 38% Polypropylen (MFI 100) und 2% Haftvermittler (maleinsäuregepfropftes Polypropylen) unter ansonsten gleichen Bedingungen mit dem Extruder zur Hohlkammerplatte extrudiert werden.For comparison, a conventional one-stage process of the prior art for producing a hollow chamber panel from a fiber composite material is carried out, in which 60% wood chips (Lignocell P Super, length 1.5-10 mm, width 0.5-3 mm), 38% polypropylene (MFI 100) and 2% adhesion promoter (maleic acid-grafted polypropylene) can be extruded with the extruder into the twin-wall sheet under otherwise identical conditions.
Die jeweils mit beiden Verfahren hergestellte Hohlkammerplatte ist in der Figur dargestellt. Sie weist 13 Kammern mit Wandungsdicken von 4 mm auf. Die Bauteildicke beträgt 37 mm, die Bauteilbreite 425 mm. Die mechanischen Kennwerte der nach den oben beschriebenen Beispielen hergestellten Komposite können der folgenden Tabelle entnommen werden, die einen Vergleich zwischen dem vorliegenden Verfahren und dem bekannten Verfahren des Standes der Technik zeigt. Aus dieser Tabelle ist insbesondere die hohe Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit der hergestellten Hohlkammerplatte ersichtlich. Selbstverständlich lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren auch andere Leichtbauteile, insbesondere Leichtbauprofile, mit guten mechanischen Kennwerten herstellen.
Die Bruchlast der hergestellten Hohlkammerplatte aus dem Refiner-Faser-Komposit beträgt quer zur Profilierung 1300 N und längs zur Profilierung: 3200 N.The twin-wall sheet made with both methods is shown in the figure. It has 13 chambers with wall thicknesses of 4 mm. The component thickness is 37 mm, the component width is 425 mm. The mechanical characteristics of the composites produced according to the examples described above can be found in the following table, which shows a comparison between the present process and the known process of the prior art. This table shows in particular the high flexural strength and impact strength of the hollow panel produced. Of course, the present method can also be used to produce other lightweight components, in particular lightweight profiles, with good mechanical characteristics. The breaking load of the hollow panel made of the refiner fiber composite is 1300 N across the profile and 3200 N along the profile.