DE102006038948A1

DE102006038948A1 - Langfaserstäbchengranulat

Info

Publication number: DE102006038948A1
Application number: DE102006038948A
Authority: DE
Inventors: Richard Brüssel
Original assignee: Blach Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Blach Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-21
Also published as: WO2008019741A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Langfaserstäbchengranulat, das aus einem mit Kunststoff (12) imprägnierten Fasermaterial (14) gebildet ist. Es wird vorgeschlagen, dass mindestens 10% Fasern (16) des Fasermaterials (14) kürzer als eine Langfaserstäbchengranulatlänge (18) sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Langfaserstäbchengranulat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung von Langfaserstäbchengranulat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Es sind bereits Langfaserstäbchengranulate bekannt, die aus einem mit Kunststoff imprägnierten Fasermaterial gebildet sind. Die Fasern eines endlosen Faserstrangs werden dabei von einem polymeren Kunststoff benetzt und/oder ummantelt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Langfaserstäbchengranulat bereitzustellen, das mit einem geringen Kosten- und/oder Energieaufwand hergestellt wird. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Langfaserstäbchengranulat aus einem mit Kunststoff imprägnierten Fasermaterial.
Es wird vorgeschlagen, dass mindestens 10 % Fasern des Fasermaterials kürzer als eine Langfaserstäbchengranulatlänge sind. Bedingt durch eine kürzere Faserlänge als die Langfaserstäbchengranulatlänge kann das Langfaserstäbchengranulat mit einem geringen Kosten- und/oder Energieaufwand hergestellt werden. Der Kunststoff ist vorzugsweise von einem polymeren Kunststoff gebildet. Ein Anteil an Fasern in dem Langfaserstäbchengranulat, die kürzer als die Langfaserstäbchengranulatlänge sind, beträgt vorzugsweise mindestens 10 %. Vorzugsweise ist das Fasermaterial aus einem Glasfasermaterial, einem Kohlenstofffasermaterial, einem Naturfasermaterial und/oder einem weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Fasermaterial gebildet.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Langfaserstäbchengranulatlänge zwischen 3 mm und 30 mm beträgt, wodurch das Langfaserstäbchengranulat vorteilhaft weiterverarbeitet werden kann. Ferner kann durch die große Langfaserstäbchengranulatlänge eine damit verbundene große Faserlänge erzielt werden und somit eine vorteilhafte Festigkeit eines aus dem Langfaserstäbchengranulat hergestellten Bauteils erreicht werden.
Vorteilhafterweise beträgt eine mittlere Faserlänge des Fasermaterials zwischen 1 mm und 20 mm, wodurch ein Verschleiß an Fasermaterial bei der Herstellung und insbesondere bei der Weiterverarbeitung des Langfaserstäbchengranulats zumindest reduziert werden kann. Die mittlere Faserlänge kann innerhalb des Langfaserstäbchengranulats auf eine zur Weiterverarbeitung effektive Faserlänge beschränkt werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Fasermaterialkonzentration zwischen 10 % und 80 % beträgt, wodurch Langfaserstäbchengranulat erzeugt werden kann, das für unterschiedliche Arten einer Weiterverarbeitung bzw. für unterschiedliche aus dem Langfaserstäbchengranulat produzierte Bauteile verwendet werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das zur Herstellung von Langfaserstäbchengranulat, das aus einem mit Kunststoff imprägnierten Fasermaterial gebildet ist, vorgesehen ist, wobei kurze Fasern des Fasermaterials zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats verwendet werden. Hierdurch kann ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats erreicht werden, indem insbesondere Faserreste verarbeitet werden können. In diesem Zusammenhang sollen unter „kurzen Fasern" insbesondere Fasern verstanden werden, die eine endliche Länge aufweisen und insbesondere kleiner als 2 m (Meter) sind. Vorzugsweise ist eine Länge der Fasern maximal auf ein Doppeltes einer Langfaserstäbchengranulatlänge beschränkt, vorteilhafterweise ist sie maximal gleich der Langfaserstäbchengranulatlänge und bevorzugterweise ist sie auf einen Bruchteil der endgültigen Langfaserstäbchengranulatlänge beschränkt. Einzelne Fasern des Fasermaterials zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats können jedoch auch ein Vielfaches der endgültigen Langfaserstäbchengranulatlänge aufweisen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die kurzen Fasern des Fasermaterials mit Kunststoff imprägniert werden, wodurch konstruktiv einfach eine kurze Faserlänge, insbesondere eine kürzere Faserlänge als eine endgültige Langfaserstäbchengranulatlänge, erreicht werden kann. Ein Anteil an Fasern in dem Langfaserstäbchengranulat, die kürzer als die Langfaserstäbchengranulatlänge sind, beträgt vorzugsweise mindestens 10 %, vorteilhaft mindestens 25 % und bevorzugt mindestens 40 %.
Zudem wird vorgeschlagen, dass endlose Fasern des Fasermaterials zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats verwendet werden, wodurch eine vorteilhafte Zuführung des Fasermaterials erreicht werden kann.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die Fasern des Fasermaterials während eines Imprägniervorgangs und/oder nach einem Imprägniervorgang gekürzt werden. Besonders vorteilhaft können hiermit auch Endlosfasern als Fasermaterial zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats verwendet werden, bei dem letztendlich mindestens 10 % der Fasern des Fasermaterials kürzer als eine Langfaserstäbchengranulatlänge sind. Die Fasern können hierbei an speziellen Mischelementen und/oder Schneidelementen gebrochen werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das mit Kunststoff imprägnierte Fasermaterial auf eine Langfaserstäbchengranulatlänge geschnitten wird, wodurch eine gleichmäßige Verteilung von Fasermaterial innerhalb des Langfaserstäbchengranulats er zielt werden kann. Unter „schneiden" soll in diesem Zusammenhang ein Trennen von einem zusammenhängenden Objekt, wie beispielsweise von einem mit einem polymeren Kunststoff imprägnierten Fasermaterial, verstanden werden, wie insbesondere ein Brechen, ein Abschlagen, ein Schneiden usw.
Ein besonders geringer Verschleiß bei der Herstellung des Langfaserstäbchengranulats kann vorteilhaft erreicht werden, wenn eine Langfaserstäbchengranulatmasse im Heißabschlag geschnitten wird. Dabei soll unter einem „Heißabschlag" ein Verfahren verstanden werden, bei dem eine Langfaserstäbchengranulatmasse in einem heißen Zustand in Langfaserstäbchen geschnitten wird. Vorzugsweise ist die Langfaserstäbchengranulatmasse zum Imprägnieren auf eine Schmelztemperatur des polymeren Kunststoffs erhitzt, so dass zudem eine vorteilhafte Energieeinsparung erzielt werden kann.
Zudem wird vorgeschlagen, dass eine Langfaserstäbchengranulatmasse im Kaltabschlag geschnitten wird. Dabei soll unter „Kaltabschlag" ein Verfahren verstanden werden, bei dem eine Langfaserstäbchengranulatmasse in einem erkalteten Zustand in Langfaserstäbchen geschnitten wird. Aufgrund einer geringen Temperatur des Langfaserstäbchengranulats wird somit eine Verformbarkeit des Langfaserstäbchengranulats vorteilhaft vermieden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Langfaserstäbchengranulats und
2 ein Langfaserstäbchen des Langfaserstäbchengranulats aus 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Vorrichtung 22 für ein Verfahren zur Herstellung von Langfaserstäbchengranulat 10 dargestellt. Die Vorrichtung 22 umfasst eine Extrudereinheit 24 und eine Schneideinheit 26. Die Extrudereinheit 24 weist eine Schneckenwelle 28 auf, die innerhalb eines Schneckenzylinders 30 angeordnet ist. Die Schneckenwelle 28 wird über eine Antriebswelle 32 von einer nicht näher dargestellten Antriebseinheit angetrieben.
Der Schneckenzylinder 30 ist rohrförmig ausgebildet und weist an einer der Antriebswelle 32 zugewandten Seite eine Öffnung 34 auf. Durch diese Öffnung 34 wird polymerer Kunststoff 12 in den Schneckenzylinder 30 eingeführt. An einer der Schne ckenwelle 28 gegenüberliegenden Seite der Öffnung 34 ist ein trichterartiger Aufnahmebehälter 36 angeordnet, der den polymeren Kunststoff 12 aufnimmt, bevor dieser in den Schneckenzylinder 30 eingeführt wird. Der polymere Kunststoff 12 wird in Form eines festen Kunststoffgranulats dem Schneckenzylinder 30 zugeführt. Die Zuführung des polymeren Kunststoffgranulats erfolgt über eine nicht näher dargestellte gravimetrische Dosierung, bei der durch eine Bestimmung eines Gewichts des polymeren Kunststoffgranulats eine erforderliche Menge pro Zeitabschnitt der Extrudereinheit 24 zugeführt wird.
Entlang des Schneckenzylinders 30 sind in eine Transportrichtung 38 an einer nach außen gerichteten Seite des Schneckenzylinders 30 Heizelemente 40 angeordnet, die das polymere Kunststoffgranulat erwärmen. Dabei wird das polymere Kunststoffgranulat auf eine Temperatur erwärmt, die höher ist als eine Schmelztemperatur des polymeren Kunststoffgranulats, so dass das polymere Kunststoffgranulat beim Transportieren innerhalb des Schneckenzylinders 30 aufgeschmolzen wird.
Entlang der Transportrichtung 38 weist der Schneckenzylinder 30 eine weitere Öffnung 42 für eine Zuführung von Fasern 16 eines Fasermaterials 14 auf. Im Bereich der Öffnung 42 des Schneckenzylinders 30, die für die Zuführung des Fasermaterials 14 vorgesehen ist, ist der polymere Kunststoff bereits vollständig aufgeschmolzen.
Die Zuführung der Fasern 16 des Fasermaterials 14 erfolgt über eine Seitendosierung 58, die eine Schneckenwelle 60 umfasst. Die Schneckenwelle 60 transportiert die Fasern 16 des Fasermaterials 14 bis zur Öffnung 42 des Schneckenzylinders 30. Eine zugeführte Menge an Fasern 16 des Fasermaterials 14 erfolgt dabei gravimetrisch, so dass eine Fasermaterialkonzentration in dem Langfaserstäbchengranulat 10 variiert werden kann, wobei die Faserkonzentration in einem Bereich zwischen 10 % und 80 % liegt. Das Fasermaterial ist bereits vor einer Zuführung in den Schneckenzylinder 30 auf eine endliche Länge der einzelnen Fasern 16 gekürzt. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, Fasern 16 eines endlosen Faserstrangs zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats 10 zu verwenden. Hierzu werden die Faserstränge durch die Öffnung 42 in dem Schneckenzylinder 30 durch Umwickeln um die Schneckenwelle 28 dem aufgeschmolzenen polymeren Kunststoff 12 innerhalb des Schneckenzylinders 30 zugeführt. Dafür wird vorteilhaft ein nicht näher dargestellter Doppelschneckenextruder verwendet.
Innerhalb des Schneckenzylinders 30 werden die Fasern 16 des Fasermaterials mit dem polymeren Kunststoff 12 imprägniert bzw. eine Langfaserstäbchengranulatmasse 44 mit einer homogenen Faserkonzentration wird hergestellt. Hierzu werden die Fasern 16 des Fasermaterials 14 und der polymere Kunststoff 12 von der Schneckenwelle 28 weiter in eine Transportrichtung 38 der Schneckenwelle 28 transportiert und durch die Schneckenwelle 28 miteinander vermischt. Um eine Abkühlung des aufgeschmolzenen, polymeren Kunststoffs 12 zusammen mit dem Fasermaterial zu vermeiden, sind weiterhin entlang des Schneckenzylinders 30 an der nach außen gerichteten Seite des Schneckenzylinders 30 Heizelemente 40 angeordnet, die den polymeren Kunststoff 12 zusammen mit dem Fasermaterial auf einer Temperatur halten, die über der Schmelztemperatur des polymeren Kunststoffs 12 liegt. Entlang der Transportrichtung 38 ist nach der Öffnung 42 zum Einführen der Fasern 16 eine Einheit 46 angeordnet, die zum Brechen der Fasern 16, insbesondere von endlosen und/oder sehr langen Fasern 16 des Fasermaterials 14 vorgesehen ist.
In Transportrichtung 38 der Schneckenwelle 28 wird nach der Schneckenwelle 28 die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 durch eine Düse 48 gepresst. In der Transportrichtung 38 schließt sich nach der Düse 48 eine Mehrlochblende 50 an, durch die die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 im Betrieb der Vorrichtung 22 gepresst wird. Die an die Mehrlochblende 50 anschließende Schneideinheit 26 schneidet die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 auf eine Langfaserstäbchengranulatmasse 18.
Das Langfaserstäbchengranulat 10 wird in einem Heißabschlagverfahren geschnitten. Hierzu sind in Transportrichtung 44 entlang der Mehrlochblende 50 Heizelemente 52 angeordnet, die eine Abkühlung der Langfaserstäbchengranulatmasse 44 auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des polymeren Kunststoffs 12 verhindern. Die zähe Langfaserstäbchengranulatmasse 44 wird durch die Mehrlochblende 50 gepresst und von einem Schneidmittel 54 der Schneideinheit 26 zu einem Langfaserstäbchengranulat 10 geschnitten. Das Schneidmittel 54 bewegt sich dabei rotierend um eine Achse 56 auf der Mehrlochblende 50.
Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 in einem Kaltabschlagverfahren zu schneiden. Hierzu kann in der Vorrichtung 22 aus 1 auf die Heizelemente 52 entlang der Mehrlochblende 50 bzw. auf eine Benutzung der Heizelemente 52 verzichtet werden. Die Langfaser stäbchengranulatmasse 44 weist dabei im Bereich der Mehrlochblende 50 eine Temperatur auf, die unterhalb der Schmelztemperatur des polymeren Kunststoffs 12 liegt, so dass die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 in einem bereits erkalteten und erstarrten Zustand durch die Mehrlochblende 50 gepresst wird und anschließend von dem Schneidmittel 54 auf eine Langfaserstäbchengranulatlänge 18 geschnitten wird.
Die Schneideinheit 26 schneidet die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 auf eine Langfaserstäbchengranulatlänge 18, die zwischen 3 mm (Millimeter) und 30 mm liegt. Das Langfaserstäbchengranulat 10 (2) weist aufgrund der bei der Herstellung des Langfaserstäbchengranulats 10 verwendeten kurzen Fasern 16 des Fasermaterials eine Faserlänge 20 auf, die um mindestens 10 % kürzer ist als die Langfaserstäbchengranulatlänge 18. Die mittlere Faserlänge 20 in dem Langfaserstäbchengranulat 10 beträgt aufgrund der Langfaserstäbchengranulatlänge 18 zwischen 1 mm und 20 mm.

10: Langfaserstäbchengranulat
12: Kunststoff
14: Fasermaterial
16: Faser
18: Langfaserstäbchengranulatlänge
20: Faserlänge
22: Vorrichtung
24: Extrudereinheit
26: Schneideinheit
28: Schneckenwelle
30: Schneckenzylinder
32: Antriebswelle
34: Öffnung
36: Aufnahmebehälter
38: Transportrichtung
40: Heizelement
42: Öffnung
44: Langfaserstäbchengranulatmasse
46: Einheit
48: Düse
50: Mehrlochblende
52: Heizelement
54: Schneidmittel
56: Achse
58: Seitendosierung
60: Schneckenwelle

Claims

Langfaserstäbchengranulat, das aus einem mit Kunststoff (12) imprägnierten Fasermaterial (14) gebildet ist, da durch gekennzeichnet, dass mindestens 10 % Fasern (16) des Fasermaterials (14) kürzer als eine Langfaserstäbchengranulatlänge (18) sind.
Langfaserstäbchengranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Langfaserstäbchengranulatlänge (18) zwischen 3 mm und 30 mm beträgt.
Langfaserstäbchengranulat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Faserlänge (20) des Fasermaterials (14) zwischen 1 mm und 20 mm beträgt.
Langfaserstäbchengranulat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fasermaterialkonzentration zwischen 10 % und 80 % beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Langfaserstäbchengranulat, das aus einem mit Kunststoff (12) imprägnierten Fasermaterial (14) gebildet ist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kurze Fasern (16) des Fasermaterials (14) zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Fasern (16) des Fasermaterials (14) mit Kunststoff (12) imprägniert werden.
Verfahren zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass endlose Fasern (16) des Fasermaterials (14) zur Herstellung des Langfaserstäbchengranulats verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (16) des Fasermaterials (14) während eines Imprägniervorgangs und/oder nach einem Imprägniervorgang gekürzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Kunststoff (12) imprägnierte Fasermaterial (14) auf eine ^Langfaserstäbchengranulatlänge (18) geschnitten wird.
Verfahren zumindest nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Langfaserstäbchengranulatmasse (44) im Heißabschlag geschnitten wird.
Verfahren zumindest nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Langfaserstäbchengranulatmasse (44) im Kaltabschlag geschnitten wird.