WO2002000408A2 - Verfahren zur herstellung thermoplastischer kunststoffe mit anteilen nativer fasern - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the production of thermoplastic materials with fractions of native fibers and improved mechanical properties and is particularly suitable for producing granules of plastics modified in this way as semi-finished products for products produced by the injection molding process.
- natural fibers are incorporated for flat molded articles made of plastics with proportions of native fibers such as interior trim parts for motor vehicles, in that, as described for example in DE OS 19836313.3, natural fiber composite mats which have at least one natural fiber layer and at least one thermoplastic plastic layer by heating and pressing in a press tool to form a molded part are formed, it is to be processed predominantly in injection molding processes in the case of more complicated shaped parts of useful fiber-reinforced polymers, in particular fiber-reinforced, thermoplastically processable polymers.
- Such a process generally requires semi-finished products which already have the finished mixture of fibers and polymer, these semi-finished products being generally used as granules, agglomerates or pellets for injection molding processes.
- the fibers have to be mixed with the polymer in a compounding process, fused and shaped into granules, agglomerates or pellets.
- Extruders are often used to manufacture and process such fiber-reinforced semi-finished products made of polymer. Free-flowing fibers are metered into a melt of a thermoplastically processable polymer. B. in glass fibers gives a very homogeneous polymer-fiber mixture.
- This compounding is for smooth fibrous materials in DE PS 43 14 852.2 using the example of a method for producing flame-retardant thermoplastic
- PS 19822051.0 presents a device for the continuous dosing of light cut fibers with moderate to poor flowability for the production of thermoplastics or fiber-reinforced compounds by means of extrusion or compounding.
- cut fibers carbon fibers, aramid fibers, LCP fibers, conventional synthetic fibers such as PA, PAN, PP PET and others, as well as cellulose regenerator and natural fibers
- the withdrawal device of the cut fibers is controlled by a constant weighing process of a differential balance, on which the metering device stands, so that the cut fiber removal is kept largely constant.
- Rough or strongly wavy bevels such as hemp or cotton fibers can only be processed to a limited extent or in small quantities.
- OS 19834132.6 proposes another solution that involves a relatively high level of mechanical engineering.
- This device for the production and preparation of composite materials, in particular of thermoplastic and natural fibers has a feed device for strand-like material.
- This feed device opens axially into an annular space which is delimited on its circumference by an annular perforated die which is coated on the outside by at least one knife.
- At least one friction vane rotates in the annular space, the effective flank of which forms an all-round plasticizing chamber with the inner wall of the perforated die.
- the plasticizing chamber narrows against the direction of rotation of the friction wing and is closed off in the direction of rotation of the friction wing by a sealing segment.
- the ring-shaped die is designed to rotate around the friction vane and the speed and direction of rotation of the die and the friction vane can be set independently of one another.
- the fiber strand and plastic are mixed in the interior by the conveyors and pressed through the perforated die.
- the fibers are not shortened until the strands of granules are separated.
- the object of the invention is therefore to provide a process for the production of thermoplastics, in particular those based on modified polypropylene and modified polyamides made of D-aminocaprolactam or polyoxymethylene and / or acrylic butyldiene styrene (ABS), by which these plastics are mixed by admixture native Fibers, in particular of the bast fibers type, can be equipped with good mechanical properties with a simultaneous reduction in mass.
- the method should enable relatively long-fiber fibrils to be incorporated into the plastic in order to achieve sufficient strengths.
- the mechanical engineering effort should be comparable to the processing of glass fibers.
- this object is achieved by a method according to the features of claim 1.
- the further claims 2 to 7 describe meaningful refinements of the method by specifying the materials and parameters that are preferably to be used in the method.
- thermoplastic materials with portions of native fibers and improved mechanical properties is based on the assumption that the free-flowing native fibers or fiber agglomerates are freed of any residual moisture by a pre-drying process.
- spent grain or bagasse fibers are also proposed according to the invention.
- the use of native fibers in the form of free-flowing fiber agglomerates has to be considered as a particularly effective step for the integration of larger textile components.
- fiber pellets, fiber prepegs, fiber granules or small fabric sections made of native fibers, which are claimed as free-flowing fiber agglomerates all fiber connections that are not listed can be used, in which the fibers in free-flowing bodies are predominantly mechanically connected in such a way that the dressing has a small surface that is as smooth as possible. Another prerequisite is that the dressing can be completely dissolved by the mechanical stress that occurs when mixing and homogenizing.
- the fibers and free-flowing fiber agglomerates are fed into a known tamping machine via gravimetric metering
- Mixing chamber supplied and melted and mixed there with a polymer or polymer mixture optionally modified by adding additives with the addition of an adhesion promoter in an extruder at a temperature which is 1 to 5 ° C. above the melting point of the modified polymer or polymer mixture.
- the fibers are fed through the tamping unit to the kneading zone of the extruder and mixed with the modified polymer or polymer mixture to form structures which are interlaced in a mesh-like manner.
- the fact that the pitch of the kneading screw is 10 to 50% less than that of kneading screws for the addition of glass fibers ensures that the time in which the fibers are exposed to the highest thermal load can be significantly reduced.
- the fiber-polymer mixture then leaves the mixing device after a dwell time of 2.0-3.0 minutes since the beginning of the mixing of the fibers into one or preferably several strands. This significantly reduces the throughput time and thus the thermal relief of the chamfers if a nozzle plate is used which has nozzle openings which are at least 10% larger than those used in the production of conventional polymer granules.
- the strands thus spun can be granulated with known devices. With the proposed method it is possible to add between 4 and 30% native fibers calculated on the end product to the modified polymer or polymer mixture.
- the invention can be implemented in particular by using a known screw conveyor with tamping rails arranged around the screw conveyor and running predominantly parallel to the axis of the screw conveyor as the tamping mechanism.
- the modified polymer or polymer mixture may contain one or more of the substances polyamide, polypropylene, polyoxymethylene and / or acrylic butyldiene styrene (ABS) as the basic substance or mixture component.
- ABS acrylic butyldiene styrene
- a polypropylene-hemp fiber blend is made as follows to produce injection molded parts. Modified polypropylene with a melting temperature of 190 ° C is mixed with maleic anhydride in a ratio of 18: 1, fed via a first metering unit to the first heating zone of a twin-screw extruder and melted there at 193 ° C.
- Pressed hemp fiber pellets are fed into the extruder via a second dosing unit, which have previously been dried to a residual moisture content of less than 0.3%.
- the fiber pellets are dissolved into fiber by the kneading screw and the formation of mesh-like structures mixed with the polypropylene.
- the pitch of the kneading screw is 30% less than that of kneading screws for adding glass fibers
- the fiber-polymer mixture is passed over 8 heating zones while the temperature is reduced to 193 ° C. and then leaves the extruder after a dwell time of 2.0 minutes since the fibers were added.
- a nozzle plate with eight nozzles with a diameter of 5 mm the mixture is formed into cylindrical strands, cooled and chopped into granules with a particle size of 6 * 6 mm.
- the technical parameters to be achieved in this way are comparable to those of a mixture using glass fibers both in the tensile modulus of elasticity and in the Charpy impact strength, and are summarized in the following table in addition to the parameters of the following exemplary embodiments.
- a polypropylene-hemp fiber blend is made as follows to produce injection molded parts.
- Polypropylene with a melting temperature of 170 ° C is fed via a first metering unit to the first heating zone of a twin-screw extruder and melted there at 175 ° C.
- Coarse fibers from the hemp beer production which have been wetted with an adhesion promoter, are fed into the extruder via a second dosing unit and have previously been dried to a residual moisture content of less than 0.3%.
- the fibers are fed into the 6th heating zone of the extruder through two laterally arranged feed screws and mixed with the polypropylene to form structures which are swirled like a net.
- the pitch of the kneading screw is 20% lower than that of kneading screws for adding glass fibers
- the fiber-polymer mixture then leaves after a residence time of 2.4 minutes since the beginning of the admixing of the fibers.
- a nozzle plate with eight nozzles with a diameter of 4.5 mm the mixture is formed into cylindrical strands, cooled and chopped into granules with a particle size of 6 * 6 mm.
- the technical parameters to be achieved are summarized in the table above.
- a polyamide-flax fiber mixture is produced as follows.
- Polypropylene with a melting temperature of 215 ° C is mixed with maleic anhydride in a ratio of 16: 1, fed via a first metering unit to the first heating zone of a twin-screw extruder and melted there at 220 ° C.
- chips from a chinenized linen fabric with an average edge length of 8 mm are fed to the extruder.
- the fibers are introduced into the 7th heating zone of the extruder and form structures with the polypropylene which are intermingled in a network mixed.
- the pitch of the kneading screw is 30% lower than that of kneading screws for the addition of glass fibers and processed as in Example 1.
- the fabric sections used are extremely free-flowing due to the surface treatment of the fabric. Particularly long fiber sections can be worked in with this.
Landscapes
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- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe mit Anteilen nativer Fasern und verbesserten mechanischen Eigenschaften und ist insbesondere geeignet Granulate von derartig modifizierten Kunststoffen als Halbzeug für im Spritzgiessverfahren hergestellte Produkte zu erzeugen. Dabei werden native Fasern in Form von Fadenabschnitten, Faser-Pellets, Faser-Prepegs, Faser-Granulate oder kleinen Gewebeabschnitten verwendet. Die Fasern werden einer Mischkammer zugeführt und einem Polymer oder Polymerengemisch in einem Extruder, bei dem die Steigung der Knetschnecke um 10 bis 50 % geringer als bei Knetschnecken für die Beimischung von Glasfasern ausgeführt ist, mit einer Temperatur, die 1 bis 5 °C über dem Schmelzpunkt des modifizierten Polymers oder Polymerengemisches liegt, aufgeschmolzen und gemischt. Das Faser-Polymergemisch verlässt bereits nach einer Verweilzeit von 2,0 - 3,0 Minuten seit Beginn der Beimischung der Fasern zu einen oder vorzugsweise mehreren Strängen die Mischeinrichtung. Mit dem vorgeschlagen Verfahren ist es möglich, dem modifizierten Polymer oder Polymerengemisch zwischen 4 und 30 % native Fasern berechnet auf das Endprodukt beigemischt werden.
Description
Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe mit Anteilen nativer Fasern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe mit Anteilen nativer Fasern und verbesserten mechanischen Eigenschaften und ist insbesondere geeignet Granulate von derartig modifizierten Kunststoffen als Halbzeug für im Spritzgießverfahren hergestellte Produkte zu erzeugen.
Während für flächige Formkörper aus Kunststoffen mit Anteilen nativer Fasern wie Innenverkleidungsteile für Kraftfahrzeuge Naturfasern eingearbeitet werden, indem wie beispielsweise in der DE OS 19836313.3 beschrieben, Naturfaserverbundmatten die mindestens eine Naturfaserschicht und mindestens eine thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, durch Erhitzen und Pressen in einem Presswerkzeug zu einem Formteil geformt werden, ist es bei komplizierter geformten Teilen sinnvoller faserverstärkte Polymeren insbesondere Faserverstärkte, thermoplastisch verarbeitbare Polymeren überwiegend in Spritzgießverfahren zu verarbeiten.
Ein solches Verfahren benötigt in der Regel Halbzeuge, die bereits die fertige Mischung von Fasern und Polymer aufweisen, wobei diese Halbzeuge für Spritzgießverfahren in der Regel als Granulat, Agglomerat oder Pellets eingesetzt werden. Dazu müssen die Fasern in einem Compoundierprozeß mit dem Polymer gemischt, verschmolzen und zu Granulat, Agglomerat oder Pellets geformt werden.
Zur Herstellung und Aufbereitung solcher faserverstärkter Halbzeuge aus Polymer werden häufig Extruder eingesetzt.
Dabei werden rieselfähige Fasern in eine Schmelze eines thermoplastisch verarbeitbaren Polymers eindosiert, was z. B. bei Glasfasern ein sehr homogenes Polymer-Faser-Gemisch ergibt.
Diese Compoundierung ist für glatte Faserstoffe in der DE PS 43 14 852.2 am Beispiel eines Verfahren zur Herstellung flammwidriger thermoplastischer
Kunststoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften beschrieben und bei Verwendung von Glasfasern oder ähnlich glatten Fasern gut beherrschbar.
Beim Einsatz von Naturfasern ist eine solche Vorgehensweise nur sehr eingeschränkt möglich, da die Naturfasern durch ihre unregelmäßige Gestalt und ihre raue Oberfläche nur bedingt rieselfähig sind. Um auch bei Naturfasern eine gute Rieselfähigkeit zu erreichen, müssen diese sehr auf eine Länge eingekürzt werden, die erlaubt, sie gleichmäßig zu dosieren. In diesem Falle reicht ihre Länge jedoch nicht mehr aus, um eine befriedigende Verstärkungswirkung des Verbundwerkstoffes zu erzielen. Um längere Faserabschnitte einzuarbeiten, wurden bereits einige Vorschläge unterbreitet.
Die PS 19822051.0 stellt hierfür eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von leichten Schnittfasern mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit für die Herstellung von thermoplastischen Kunststoffen bzw., faserverstärkten Compounds mittels Extrusion oder Compoundierung vor. Mit der Vorrichtung werden Schnittfasern (Kohlenstofffasern, Aramidfasern, LCP-Fasern, konventionelle Synthesefasern wie PA, PAN, PP PET u, a. sowie Celluloseregegerat- und Naturfasern) mit weitgehender konstanter Menge pro Zeiteinheit aus dem unteren Ende eines Vorratsbehälters durch eine drehzahlgesteuerte Stiftwalze abgezogen. Durch einen ständigen Wägvorgang einer Differentialwaage, auf der die Dosiereinrichtung steht, erfolgt die Steuerung der Abzugsvorrichtung der Schnittfasern, so dass die Schnittfaserentnahme weitgehend konstant gehalten wird. Die durch eine Stiftwalze abgezogenen Fasern sollen anschließend durch einen Fallschacht in eine Extruder- oder Compoundieranlage fallen. Damit in diesem zwangsläufig trichterförmigem Schacht nicht sofort wieder Brücken entstehen, die die
Aufnahme durch den Extruder verhindern ist, wie leicht einzusehen ist, das Einsatzgebiet auf relativ feste und glatte Fasern eingeschränkt. Insbesondere die Auswahl der Naturfasern ist hiermit sehr beschränkt.
Raue oder stark gewellte Fasen wie Hanf oder Baumwollfasern lassen sich nur eingeschränkt oder in geringfügigen Mengen verarbeiten.
Denkbar wäre, die Fasereigenschaften durch ein Verfahren wie in der OS 19835983.7 vorgeschlagen zu behandeln, und die cellulosischen Naturfasern vor dem Einbringen in den thermoplastischen Kunststoff mit einem anderen organischen Stoff beschichtet um somit Festigkeit und Oberflächenglätte in die nähe von Kunstfasern zu bringen, in dem eine Beschichtung mit mindestens einem harzartigen Duroplast erfolgt, welches auf den cellulosischen Naturfasern aushärtet.
Eine weitere mit relativ hohen maschinentechnischem Aufwand verbundene Lösung schlägt die OS 19834132.6 vor. Diese Vorrichtung zur Herstellung und Aufbereitung von Verbundwerkstoffen, insbesondere aus thermoplastischem Kunststoff und Naturfasern, weist eine Zuführeinrichtung für Strangförmiges Material auf. Diese Zuführeinrichtung mündet axial in einen Ringraum, der an seinem Umfang von einer ringförmigen, außenseitig von wenigstens einem Messer bestrichenen Lochmatrize begrenzt ist. In dem Ringraum rotiert mindestens ein Reibflügel, dessen wirksame Flanke mit der Innenwand der Lochmatrize eine um laufende Plastifizierkammer bildet. Die Plastifizierkammer verengt sich entgegen der Umlaufrichtung des Reibflügels und wird in Umlaufrichtung des Reibflügels von einem Dichtsegment abgeschlossen. Die ringförmige Lochmatrize ist rotationsbeweglich um den Reibflügel ausgeführt und die Drehzahl und Drehrichtung der Lochmatrize und des Reibflügels sind unabhängig voneinander einstellbar. Faserstrang und Kunststoff werden im Innenraum durch die Fördereinrichtungen gemischt und durch die Lochmatrize gepresst. Erst mit dem Abscheiden der Granulatstränge erfolgt das Kürzen der Fasern. Abgesehen vom Aufwand, einen lauffähigen Faserstrang herzustellen, besteht hier bei höheren Faserstoffanteilen eine große Gefahr der Wickel- und/oder Knäuelbildung die dann zu Betriebsstörungen führen können.
Aufgabe der Erfindung ist somit, ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe, insbesondere solcher auf Basis von modifiziertem Polypropylen und modifizierten Polyamiden aus D- Aminocaprolactam oder Polyoxymethylen und/oder Acryl-Butyldien-Styrol (ABS) zu schaffen, durch das diese Kunststoffe durch Beimischung nativer Fasern insbesondere vom Typ Bastfasern mit guten mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Massenreduzierung ausgestattet werden können. Insbesondere soll durch das Verfahren ermöglicht werden, relativ langfaserige Fibrillen in den Kunststoff mit einzuarbeiten um damit eine ausreichende Festigkeiten zu erreichen. Der maschinentechnische Aufwand soll der bei der Verarbeitung von Glasfasern vergleichbar sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche 2 bis 7 beschreiben sinnvolle Ausgestaltungen des Verfahrens durch Angabe der im Verfahren vorzugsweise einzusetzenden Materialien und Parameter.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe mit Anteilen nativer Fasern und verbesserten mechanischen Eigenschaften, geht davon aus, dass die rieselfähigen native Fasern oder Faseragglomerate durch einen Vortrockenprozess von vorhandener Restfeuchte befreit werden.
Als native Fasern werden erfindungsgemäß neben gegebenenfalls zu verwendenden geschnittene Pflanzenfasern in rieselfähigen Faserlängen auch Treber- oder Bagassefasern vorgeschlagen. Insbesondere der Einsatz der nativen Fasern in Form rieselfähiger Faseragglomerate ist als besonders wirksamer Schritt zur Einbindung größerer Textilanteile zu berücksichtigen. Neben den als rieselfähige Faseragglomerate beanspruchten Fadenabschnitten, Faser-Pellets, Faser-Prepegs, Faser-Granulate oder kleine Gewebeabschnitte aus nativen Fasern können hierzu alle nicht aufgezählten Faserverbindungen eingesetzt werden, bei denen die Fasern in rieselfähigen Körpern überwiegend mechanisch so verbunden sind, dass der Verband eine kleine möglichst glatte Oberfläche aufweist.
Weitere Voraussetzung ist, dass der Verband durch die mechanische Belastung, die beim mischen und homogenisieren auftritt vollständig aufgelöst werden kann.
Die Fasern und rieselfähigen Faseragglomerate werden nach der Trocknung über eine gravimetrische Dosierung einem bekannten Stopfwerk der
Mischkammer zugeführt und dort mit einem gegebenenfalls durch Zusatz von Additiven modifiziertes Polymer oder Polymerengemisch unter Zusatz eines Haftvermittlers in einem Extruder mit einer Temperatur, die 1 bis 5 °C über dem Schmelzpunkt des modifizierten Polymers oder Polymerengemisches liegt, aufgeschmolzen und gemischt.
In der Regel werden hierbei die Fasern durch das Stopfwerk der Knetzone des Extruders zugeführt und mit dem modifizierten Polymer oder Polymerengemisch unter Ausbildung netzartig verwirbelter Strukturen gemischt. Indem die Steigung der Knetschnecke um 10 bis 50 % geringer als bei Knetschnecken für die Beimischung von Glasfasern ausgeführt ist, wird gewährleistet, dass die Zeit in der die Fasern der höchsten Thermischen Belastung ausgesetzt sind wesentlich verkürzt werden kann.
Indem das Faser-Polymergemisch in den der Knetzone folgenden Heizstufen bei stetig fallender Temperatur homogenisiert wird, wird die Viskosität des Polymeranteiles und damit die für die Auflösung der Faseragglomerate mechanisch Wirkung verbessert.
Das Faser-Polymergemisch verlässt dann nach einer Verweilzeit von 2,0 - 3,0 Minuten seit Beginn der Beimischung der Fasern zu einen oder vorzugsweise mehreren Strängen die Mischeinrichtung. Dabei trägt zur Verkürzung der Durchlaufzeit und damit der thermischen Entlastung der Fasen wesentlich bei, wenn eine Düsenplatte eingesetzt wird, die gegenüber den in der Produktion von herkömmlichen Polymergranulaten verwendeten um mindestens 10 % größere Düsenöffnungen aufweist. Die so ersponnenen Strängen können mit bekannten Vorrichtungen granuliert werden.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, dem modifizierten Polymer oder Polymerengemisch zwischen 4 und 30 % native Fasern berechnet auf das Endprodukt beigemischt werden.
Obwohl auch andere Stopfwerke für das Verfahren denkbar und als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten sind, ist die Erfindung insbesondere zu realisieren, indem als Stopfwerk ein bekannter Schneckenförderer mit um die Förderschnecke angeordneten, überwiegend parallel zur Achse der Förderschnecke verlaufenden Leitschienen verwendet wird.
Je nach dem Einsatzzweck des Produktes ist kann das modifizierte Polymer oder Polymerengemisch eine oder mehreren der Substanzen Polyamid, Polypropylen, Polyoxymethylen und/oder Acryl-Butyldien-Styrol (ABS) als Grundsubstanz oder Mischungskomponente enthalten.
Beim Einsatz des Verfahrens hat es sich weiterhin als sinnvoll erwiesen, wenn als Haftvermittler Maleinsäureanhydrid eingesetzt wird. Die Erfindung soll im Folgenden in Form dreier Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
Beispiel 1
Zur Herstellung vom Spritzgussteilen wird eine Polypropylen-Hanffaser- Mischung wie folgt hergestellt. Modifiziertes Polypropylen mit einer Schmelztemperatur von 190 °C wird mit Maleinsäureanhydrid im Verhältnis 18:1 gemischt, über eine erste Dosiereinheit der ersten Heizzone eines Zweischneckenextuders zugeführt und dort bei 193 °C aufgeschmolzen.
Über eine zweite Dosiereinheit werden dem Extruder gepresste Hanffaserpellets zugeführt, die zuvor auf eine Restfeuchte unter 0,3 % getrocknet wurden. Die Faser-Pellets werden durch die Knetschnecke zur Faser aufgelöst und Ausbildung netzartig verwirbelter Strukturen mit dem Polypropylen gemischt. Die Steigung der Knetschnecke wird um 30 % geringer als bei Knetschnecken für die Beimischung von Glasfasern ausgeführt
Indem das Faser-Polymergemisch in den der Knetzone folgenden Heizstufen bei stetig fallender Temperatur homogenisiert wird, wird die Viskosität des Polymeranteiles und damit die für die Auflösung der Faseragglomerate mechanische Wirkung verbessert.
Das Faser-Polymergemisch wird über 8 Heizzonen unter Absenkung der Temperatur auf 193 °C geführt und verlässt dann nach einer Verweilzeit von 2,0 Minuten seit Beginn der Beimischung der Fasern den Extruder. Durch eine Düsenplatte mit acht Düsen mit einem Durchmesser von 5 mm wird die Mischung zu zylindrischen Strängen geformt, gekühlt und zu einem Granulat mit einer Teilchengröße von 6 * 6 mm gehäckselt. Die damit zu erreichendentechnischen Parameter sind sowohl im Zug-E-Modul als auch bei der Charpy-Kerbschlagzähigkeit denen einer Mischung unter Verwendung von Glasfasern vergleichbar und in der folgende Tabelle neben den Parametern der folgenden Ausführungsbeispiele zusammengefasst dargestellt.
Zur Herstellung vom Spritzgussteilen wird eine Polypropylen-Hanffaser- Mischung wie folgt hergestellt.
Polypropylen mit einer Schmelztemperatur von 170 °C wird über eine erste Dosiereinheit der ersten Heizzone eines Zweischneckenextuders zugeführt und dort bei 175 °C aufgeschmolzen.
Über eine zweite Dosiereinheit werden dem Extruder Treberfasern aus der Hanfbierproduktion, die mit einem Haftvermittler benetzt wurden, zugeführt, die zuvor auf eine Restfeuchte unter 0,3 % getrocknet wurden. Die Fasern werden in der 6. Heizzone des Extruders durch zwei seitlich angeordnete Zuführschnecken eingetragen und unter Ausbildung netzartig verwirbelter Strukturen mit dem Polypropylen gemischt. Die Steigung der Knetschnecke wird um 20 % geringer als bei Knetschnecken für die Beimischung von Glasfasern ausgeführt
Indem das Faser-Polymergemisch in den der Knetzone folgenden Heizstufen bei stetig fallender Temperatur homogenisiert wird, wird die Viskosität des Polymeranteiles und damit die für die Auflösung der Faseragglomerate mechanische Wirkung verbessert.
Das Faser-Polymergemisch verlässt dann nach einer Verweilzeit von 2,4 Minuten seit Beginn der Beimischung der Fasern. Durch eine Düsenplatte mit acht düsen mit einem Durchmesser von 4,5 mm wird die Mischung zu zylindrischen Strängen geformt, gekühlt und zu einem Granulat mit einer Teilchengröße von 6 * 6 mm gehäckselt. Die damit zu erreichenden technischen Parameter sind in der voranstehenden Tabelle zusammengefasst dargestellt. Beispiel 3
Zur Herstellung vom Spritzgussteilen wird eine Polyamid-Leinfaser-Mischung wie folgt hergestellt.
Polypropylen mit einer Schmelztemperatur von 215 °C wird mit Maleinsäureanhydrid im Verhältnis 16:1 gemischt, über eine erste Dosiereinheit der ersten Heizzone eines Zweischneckenextuders zugeführt und dort bei 220 °C aufgeschmolzen.
Über eine zweite Dosiereinheit werden dem Extruder Schnitzel eines gechinzten Leinengewebes mit einer durchschnittlichen Kantenlänge von 8 mm zugeführt. Die Fasern werden in der 7. Heizzone des Extruders eingetragen und unter Ausbildung netzartig verwirbelter Strukturen mit dem Polypropylen
gemischt. Die Steigung der Knetschnecke wird um 30 % geringer als bei Knetschnecken für die Beimischung von Glasfasern ausgeführt und wie in Beispiel 1 weiterverarbeitet. Die verwendeten Gewebeabschnitte sind aufgrund der Oberflächenbehandlung des Gewebes äußerst gut rieselfähig. Hiermit können besonders lange Faserabschnitte eingearbeitet werden.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe mit Anteilen nativer Fasern und verbesserten mechanischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass
- rieselfähige native Fasern oder Faseragglomerate durch einen Vortrockenprozess von vorhandener Restfeuchte befreit,
- und über eine gravimetrische Dosierung einem Stopfwerk zugeführt werden, - dass ein mit bekannten Verfahren durch Zusatz von Additiven modifiziertes Polymer oder Polymerengemisch unter Zusatz eines Haftvermittlers in einem Extruder mit einer Temperatur, die 1 bis 5 °C über dem Schmelzpunkt des modifizierten Polymers oder Polymerengemisches liegt, aufgeschmolzen wird und - die Fasern durch das Stopfwerk der Knetzone des Extruders zugeführt und mit dem modifizierten Polymer oder Polymerengemisch unter Ausbildung netzartig verwirbelter Strukturen gemischt werden, wobei die Steigung der Knetschnecke um 10 bis 50 % geringer als bei Knetschnecken für die Beimischung von Glasfasern ausgeführt ist,
- das Faser-Polymergemisch in den der Knetzone folgenden Heizstufen bei stetig fallender Temperatur homogenisiert,
- und nach einer Verweilzeit von 2,0 - 3,0 Minuten seit Beginn der Beimischung der Fasern zu einen oder vorzugsweise mehreren Strängen, unter Verwendung einer Düsenplatte die gegenüber den in der Produktion von herkömmlichen Polymergranulaten eingesetzten um mindestens 10 % größere Düsenöffnungen aufweist, ausspinnt, - die ersponnenen Strängen mit bekannten Vorrichtungen granuliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man dem modifizierten aufgeschmolzenen Polymer oder Polymerengemisch
- als native Fasern geschnittene Pflanzenfasern, Bagasse oder Treberfasem in rieselfähigen Faserlängen oder in Form rieselfähiger
Faseragglomerate verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass. als rieselfähige Faseragglomerate
- Fadenabschnitte, - Faser-Pellets,
- Faser-Prepegs
- Faser-Granulate oder
- kleine Gewebeabschnitte aus nativen Fasern verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem modifizierten Polymer oder Polymerengemisch zwischen 4 und 30 % native Fasern berechnet auf das Endprodukt beigemischt werden.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stopfwerk ein bekannter Schneckenförderer mit um die Förderschnecke angeordneten, überwiegend parallel zur Achse der Förderschnecke verlaufenden Leitschienen verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierten Polymer oder Polymerengemisch eine oder mehreren der Substanzen Polyamid, Polypropylen, Polyoxymethylen und/oder Acryl-Butyldien-Styrol (ABS) als Grundsubstanz oder Mischungskomponente enthält.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftvermittler Maleinsäureanhydrid zugesetzt wird.
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