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Verwendung von Abfallstoffen
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zur Herstellung von Füllstoffen für Kunststoffkörper Die Erfindung
bezieht sich auf die Verwendung von Abfallstoffen zur Herstellung von Fullstoffen
für Kunststoffkörper. Die Erfindung bezieht sich darüber hihaus auf die Kunststoffkörper,
die solche Füllstoffe enthalten sowie auf Verfahren zur Herstellung solcher Kunststoffe.
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Es ist bekannt, billige und kostengünstige Füllstoffe in das Kunststoffrohmaterial
einzumischen, aus dem bestimmte Kunststoffkörper hergestellt werden können, um dadurch
Rohmaterialkosten einzusparen. Da aber durch den Einsatz von Füllstoffen die physikalischen
Eigenschaften eines Kunststoffkörpers im Vergleich zu dem entsprechenden Kunststoffkörper
ohne solche Füllstoffe geändert werden und solche Änderungen sich z.B. auf Elastiziltät,
Rerbschlagzähigkeit, Witterungsbeständigkeit negativ auswirken können, ist bei bestimmten
Runststoffkörpern ein Zusatz von Füllstsoffen untersagt bzw. nicht zulässig.
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Es gibt Jedoch eine große Anzahl von Körpern aus Kunststoff, wo der
Einsatz von Füllstoffen zulässig und zur weitgehendsten Einsparung von Rohöl in
der Zukunft auch geboten sein wird. Zu solchen Kunststoffkörpern gehören die verschiedensten
Arten von im Preßverfahren hergestellten Platten, z.B. Fußbodenplatten für Flächenheizungen,
Schalungskörper, Trennwände, plattenförmige Bauteile für den Möbelbau usw. Weiterhin
kann es sich auch um Kunststoffolien handeln, die Füllstoffe enthalten.
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Bei Kunststoffkörpern, die im Extrusionsverfahren hergestellt werden
und die Füllstoffe enthalten können, handelt es sich z.B. um runde Rohre, vor allem
drucklose Schutzrohre, Rechteckrohre als s Lüfterrohre, verschiedenartige Ba;uprofile,
wie z.B. Rantenschutzprofile, Hancllaufprofile, Anschlu-ßprofile, Leisten, wie interputzleisten,
Profilleisten zur Aufnahme von Kabeleträngen, Gardinenleisten, Sockelleisten, ferner
Treppenwangen und der-gleichen mehr.
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Bei den Kunststoffkörpern, die im Spritzgußverfahren hergestellt sind,
und die Füllstoffe enthalten können, handelt es sich um die verschiedensten Formstücke
und Formteile, wie z.B. Abstandshalter für Rohre und Kabel, Abstandshalter für Betonbewehrungsmatten,
Sprizkörper für Schalungen, Fittings für Rohrleitungen, Rohrverzweigungen, Muffen
und dergleichen mehr.
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Bei den vorstehend näher bezeichneten Kunststoffkörpern handelt es
sich je nach ihrer Herstellungsart nur um eine beispielsweise Auswahl, die jedoch
den Rahmen der Erfindung in keiner Weise beschränkt. Die Erfindung umfaßt vor allem
solche Körper aus Kunststoff nicht, bei denen die Verwendung von Füllstoffen untersagt
ist. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ohne Einschränkung solche Kunststoffkörper,
bei denen der Einsatz von Füllstoffen zulässig oder geboten ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Füllstoff aufzufinden, der
in Produlc'tionsbetr ieben in größeren Mengen als nicht weiterverwendbarer Abfall
anfällt, also Abnehmern praktisch kostenlos zur Verfügung gestellt werden kann,
wobei eine kosten-und energieaufwendige Abfallbeseitigung für den Produktionsbetrieb
entfällt.
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Durch den Füllstoff sollen aber nicht nur Rohrstoffkosten gespart,
sondern auch die Möglichkeit gegeben sein, bestimmte physikalische Eigenschaften
der Kunststoffkörper gezielt verbessern zu können.
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Die vorstehende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß vorgeschlagen
wird, Alu-PVC-Abfallfolien, insbesondere der Pharmaindustrie zur Herstellung von
Füllstoffen für Kunststoffkörper zu verwenden.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin Kunststoffkörper, die solche Füllstsoffe
enthalten und Verfahren zur Herstellung solcher Kunststoffkörper. Insoweit wird
auf die Unteransprüche und die nachfolgende Beschreibung verwiesen.
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FUr den Abtall-ltecyclingtaahmanll war es Ubearaaohend, daß ach Alu-PVC-Abfallfolien
erfindungsgemäß leicht aufbereiten lassen, um einen besonders preisgünstigen Füllstoff
für verschiedenartige Produkte aus Kunststoff zu erhalten. Für den Produktionsfachmann,
in dessen Betrieb die Alu-PVC-Abfallfolien z.B. als Abfallfolienstanzreste und Leerblister
in größeren Mengen anfallen, war es gleichfalls überraschend, daß der Abfall verwertbar
ist und nicht länger mehr ein Entsorgungsproblem darstellt.
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Schließlich war es für den Kunststoff-Fachmann überraschend, zu besonders
preisgünstigen Bedingungen ein Rohmaterial zur Herstellung eins Füllstoffes zu erhalten,
durch den gewisse Kunststoffprodukte wesentlich preisgünstiger hergestellt werden
können und wobei aufgrund der Aluminiumeinschlüsse vorteilhafte Eigenschaften erzielt
werden. Hierzu gehören nicht nur die besondere OberfiSchenstruktur, die den erfindungsgemäßen
Produkten ein besonderes Aussehen verleihen, sondern unter anderem auch -fehlende
oder doch wesentlich verringerte elektrostatische Aufladbarkeit, erhöhte Wärmeleitfähigkeit,
erhöhter Schutz gegen energiereiche Strahlen und verbesserte Erwärmungs- und Verflüssigungseigenschaften.
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Es ist hinlänglich bekannt, daß an vielen großflächigen Kunststoffen,
wie Folien und Bodenbelegen, durch Reibungen elektrostatische Auf-ladungen auftreten,
die bei Annäherung von leitfähigen Gegenständen zu Funkenentladungen führen können.
Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen neuen Füllstoff ist ein besonders einfacher
Weg gezeigt, aufgrund der Aluminiumeinschlüsse in den Kunststoffprodukten, elektrostatische
Aufladungen weitgehend zu vermeiden.
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Die infolge der Aluminiumeinschlüsse in den Kunststoffen erhöhte Wärmeleitfähigkeit
ist vor allem bei Fußbodenplatten zum Bau von Flächenhezzungen besonders vorteilhaft,
da sie die Wärme besser übertragen.
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Weiterhin ist von Vorteil, daß durch die Aluminiumteilchen die Wärme
zur Herstellung der Kunststoffprodukte besonders rasch und gleichmäßig verteilt
wird, und daß gerade an den Kontaktflächen
der Aluminiumteilchen
Temperaturspitzen auftreten, die gewährleisten, daß sie eine innige Bindung mit
dem aufgeschmolzenen Kunststoff eingehen.
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Im Vergleich mit entsprechenden Kunststoffprodukten herkömmlicher
Art ohne solche Aluminiumeinschlüsse zeigt sich, daß bei diesen zu ihrer Verflüssigung
ein höherer Energieverbrauch erforderlich ist als bei erfindungsgemäßen Kunststoffprodukten
mit Aluminiumeinschlüasen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeisp.ielen mehr im einzelnen
beschrieben.
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Erfindungsgemäße Kunststoffkörper sind dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff aus zerkleinerten Alu-PVC-Abfallfolien besteht Zur Herstellung von
gepreßten Platten, insbesondere Fußbodenplatten für Plächenheizungen, kann der Anteil
an zerkleinerten Alu-PVC-Abfallfolien als Füllstoff bis zu etwa 90 Gew.-8 betragen.
Die Platten könnenjeine Dicke von ca. -10 - 15 mm aufweisen. Vprteilhafterweise
werden dem Alu-PVC-Füllstoff 8 bis 10 Gew.-% eines Polyurethans als Bindemittel
zugemischt.
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Für die Fachwelt war es erstaunlich, mit- einem derart hohen Anteil
von bis zu 90 Gew.-* Alu-PUC-Füllstoff und nur 8 bis 10 Gew.-% Bindemittel eines
Thermoplastes Platten für Fußbodenheizungen als Ersatz für den herkömmlichen schwimmenden
Estrich zu erhalten, wobei die Platten bei vergleichsweise geringen Herstellungskosten
eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.
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Die zerkleinerten Alu-PVC-Folien.werden vorteilhafterweise auf ein
6 bis 8 mm Sieb gegeben. Der Siebdurchgang'mit etwa 3 bis 4 mm großen Teilchen wird
mit dem Pqlyurethan intensiv gemischt und dann in einer Presse zu Platten verpreßt,
wobei der Preßvorgang mit oder ohne erhöhter Temperatur vor sich gehen kann. Der.
Siebdurchgang von entsprechend größermaschigen Sieben kann auch bis zu 10 mm betragen.
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Eine weitgehend homogene Vermischung der zerkleinerten Alu-PVC-Abfallfolien
mit dem Bindemittel ist für die Qualität der gepreßten Platte wesentlich.
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Hierzu werden die zerkleinerten Alu-PVC-Abfallfolien mit einem Bindemittel,
Weichmascher und Verarbeitungshilfsmitteln gemischt Aus dem Gemisch wird in bekannter
Weise ein Walzfell hergestellt, das anschließend zerkleinert und dann zu Platten
verpreßt wird. Bei dem-Bindemittel handelt es sich vorteilhafterweise uut) ein Hart-PVC.
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Die Preßplatten können außer für Fußbodenplatten als Befestigungsplatten
oder glatte oder strukturierte Schalungsauflageplatten dienen.
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Die vorstehende Plattenherstellung kann auch noch weiter dadurch modifiziert
werden, daß zusätzlich anorganische Füllstoffe, wie Gesteinsmehl, Quarzmehl oder
Keramikmehl zugegeben werden.
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Der anorganische Füllstoff, der Abfallfolien-Füllstoff und das Bindemittezjauf
der Basis von Polyurethan werden intensiv gemischt und anschließend zu Platlten
verpreßt. Die so hergestellten Platten können als Fassadenplatten oder Bodenplatlten
geeignet sein. Der Anteil an anorganischem Füllstoff kann 90 Gew-t der Platte ausmachen.
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Zerkleinerte Alu-PVC-Abfallfolien können erfindungsgemäß auch Holzspänen
zur Herstellung von Spanplatten zugemischt werden.
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Die auf ein Bett aufgeschichteten Späne mit den zugemischten zerkleinerten
Alu-PVC-Abfallfolien werden zwischen Preßplatten heiß verpreßt. Wegen der hohen
Wärmeleitfähigkeit der Alu-Folienteilchen wird das PVC-Granulat zwischen den Holzspänen
aufgeschmolzen und verbindet sich intensiv mit den Holzspänen und den Alu-Folienteilchen
zu einer festen Spanplattenmasse.
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Auch hier tragen die Alu-Folienabschnitte zwischen den Holzspänen
dazu bei, daß mit relativ geringem Wärgeaufwand das PVC sicher zum Schmelzen. gebracht
wird. Sollte das PVC der Ab fallfolien nicht ausreichen, wird ein originätes PVC
-Granulat als zusätzliches Bindemittel zugegeben.
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Zur Herstellung von spritzgegossenen Formstücken und Formteilen, wie
z.B. Abstandshalter für Rohre und Kabel, Abstandshalter für Betçnbewehrungsmatten,
Spreizkörper für Schalungen, Fittings für Rohrleitungen, Rohrverzweigungen, Muffen
und dergleichen Formteile werden zerkleinerte Alu-PVC-Abfallfolien und pulverförmiges,
weichmacherfreies, stabilisiertes PVC mit einem K-Wert von ca. 50 gemischt und anschließend
granuliert.
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Bei der Spritzgußverarbeitung müssen die Zylindertemperaturen so gewählt
werden, daß einerseits optimale Homogenisierung und Plastifizierung erreicht werden,
andererseits aber nur kurze Verweilzeiten erreicht werden, um thermische Schädigung
des Materials ausztltchließen. Der Einspritzdruck kann zwischen 800 - 1600 bar betragen,
die richtige Einstellung des Staudruckes ist wegen der thermischen Empfindlichkeit
des Materials sehr wichtig. Wärme aus der Friktion der Schnecke, die wegen des Aluminiumanteiles
rasch im Material verteilt wird, ist besser als aus den Zyinderheizbändern.
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Die Einspritzgeschwindigkeit sollte so gewählt werden, daß däs Material
nicht geschert wird. Die Schneckendrehzahl ist so gering wie'möglich zu wählen.
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Aufgrund der Zusammensetzung des Materials ist bei der Spritzgußverarbeitung
Stangenanguß besonders geeignet. Die Wanddicken der Fertigteile dürfen nicht zu
klein sein, es empfiehlt sich, mit Wanddicken größer 4 mm zu arbeiten. Die geometrische
Gestalt der Teile sollte möglichst einfach sein, um unnötige Scherung des Materials
zu vermeiden. Der prozentuale Anteil von Alu-PVC zu PVC kann in weiten Grenzen etwa
von 80 bis 20 % variiert werden.
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Ein Probenkörper aus einer Mischung von Alu-PVC mit PVC (Typ Trosiplat-Schwarz)
im Verhä-ltnis 50 : 50 zeigt folgende Eigenschaften: ELastizitätsmodul 2.900 N/mm2
Streckspannung 42 N/mm2 Reißfestigkeit 34 N/mm2 Dehnung an der Streckgrenze 5 %
Re ißdehnung 9 8 Kerbschlagzähigkeit 6 mJ/mm2
Vicat-Erweichungstemperatur
VST/B/50 5 730C -Der mit Hilfe des Glührückstandes ermittelte Füllstsoffgehalt des
Materials betrug ca. 7 %.
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Das Verhältnis von Alu-PVC-Füllstoff zu PVC-Binder (PVC-Hart) von
50 : 50 sollte nicht überschritten werden, weil sonst die Spritzgußverarbeitung
auf Schwierigkeiten stoßen kann.
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Zur Herstellung von extrudierten Bauprofilen, wie Rohren, Stangen,
Leisten (Fußbodenleisten, Anschlußprofile, Unterputzleisten, Handlaufprofile, Stoßkanten,
Kantenschutzprofile, Gardinenleisten, Sockelleisten) kann der Anteil an Alu-PVC-Füllstoff
bis zu 6O Gew.-% gewählt sein.
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Rohre können zB mit 100 mm Durchmesser und Rechteckprofilrohre könnenmit
Abmessungen 50 x 20 mm extrudiert werden. Mischungen von Alu-PVC-Füllstoff zu PVC-Binder
(PVC-Hart) im Verhältnis s von 50 : 50 Gewichtsteilen lassen sich gut verarbeiten.
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Durch Änderung von Gleitmittel und Verarbeitungshilfsmittel kann der
Gehalt an Alu-PVC-Füllstoff auch bis auf etwa 60 Gewichtsteile erhöht werden Hier
muß gegebenenfalls durch Zusatz einer Komponente zur Erhöhung der Schlagzähigkeit
dem Abfall der'Kerbschlagzähigkeit begegnet werden.
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Der Einsatz von extrudierten Rohren ist z.B. in der Landwirtschaft
als drucklose Schutzrohre für Bewässerungen und dergleichen möglich. Die Rechteckrohre
können zum Aufbau von Lüfteranlagen dienen.
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Als Bindemittel kommen außer PVC, insbesondere PVC-Hart und Polyurethan
auch Kunststoffe auf Polyester-, Polyäthylen- und Polystyrolbasis in Frage, Zur
Verwendung von zerkleinerten Alu-PVC-Abfallfolien als Füllstoff für im Extrudierverfahren
oder Spritzgußverfahren herzustellenden Kunststoffprodukten ist es vorteilhaft,
einen granulierten Füllstoff zur Verfügung zu haben, der mit Bindemittelgranulat
gemischt wird, um einen Rohstoff für die Extrudier- oder Spritzgußverfahren zur
Verfügung zu haben.
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Hierzu werden die zerkleinerten Alu-PVC-Abfallfolien mit oder ohne
Zusatz eines Bindemittels in der Schmalzphase homogenisiert, entgast und anschließend
granuliert. Für derartige Granulierverfahren sind sogenannte Plastkompaktoren bekannt.
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Zur Herstellung von Folien aus Alu-PVC-Füllstoffgranulat und PVC-Bindemittel
kann der Füllstoefanteil bis zu 60 % betragen. Als PVC-Bindemittel wird vorzugsweise
S-PVC mit einem K-Wert von ca. 60 - 70 eingesetzt.
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Die Folienherstellung erfolgt auf bekannte Weise, wobei Füllstoff,
Bindemittel, Stabilisiserungsmittel und eventuell Weichmacher in einem Vormischer
heiß gemischt und anschließend abgekühlt werden. Durch anschließende Mischungsaufbereitung
mit Knet- und Walzwerk erfolgt in bekannter Weise eine Compoundierung mit abschließender
Folienformung im Walzenkalander.
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Die im Walzenspalt und dem Knetwerk herrschenden Strömungsverhältnisse
b edingen eine erhebliche Scherung der Schmelze und damit eine Wärmeerzeugung. Die
Zufuhr von Wärme kann für ein Material, wie es PVC-Bindemittel mit Alu-PVC-Füllstoff
darstellt, problematisch sein. Um insoweit Schwierigkeiten zu vermeiden, kann mit
der Kalandriergeschwindigkeit zurückgegangen werden. Aus diesem Aspekt ergibt sich
eine Geschwindigkeit des nachgeschalteten Wicklers von ca. 40 bis 60 m/min.
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Zur Extrusion von Alu-PVC-Füllstoff und PVC-Hart-Bindemittelgemischen
kann- auch ein verarbeitungsfähiges Dryblend in einem Heiz-Kühl-Mischer hergestellt
werden.
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Als Grundmischung wird ein S-PVC mit einem K-Wert von ca. 65 eingesetzt.
Die Stabilisierung besteht aus 3-basischem Bleisulfat (ca. 1,5 - 3 Gew.-Anteile);
2-basischem Bleistearat (1 - 2 Gew.-Anteile); Calciumstsearat (bis 1 Gew.-Anteil)
und Montanwachs (bis 0,1 Gew.-Anteil).
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Der Anteil von Alu-PVC kann bis zu 60 Gew.-Anteilen betragen, wobei
aufgrund der besseren Dispergierung möglichst feinpulveriges
Alu-PVC
eingesetzt werden soll. Zur besseren Dispergierung wird der Füllstoff erst bei 800C
in den Mischer gegeben und anschließend bis etwa 1200C weitergemischt.
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Das so gewonnene Dryblend kann auf Einschneckenextrudern verarbeitet
werden.
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Bei Drehzahlen von 10 bis 30 UpM ergibt sich ein Ausstoß von ca. 1,5
bis 2,0 m/min, wobei von einem einfachen, rechteckigen Profilquerschnitt ausgegangen-
wird.
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Aufgrund der guten Wärmeleitung des Materials ist bei der Extrusion
darauf zu achten, daß die Temperaturen der Heizzonen bzw. des Werkzeuges 1600C nicht
überschreiten. Die so gewonnenen Profile zeigen einen mit Alu-Teilchen angereicherten
Profilquerschnitt, der dadurch metallartiges Aussehen besitzt.
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vorstehend wurde davon ausgegangen, daß es sich um Alu-PVC-Abfailfolien
handelt, die zu Füllstoffen verarbeitet werden. Im wesentlichen handelt es sich
dabei um miteinander verpreßte Alu-PVC-AbEallfolien und vereinzelt auch um reine
Alu-Abfallfolien und reine PVC-Abfallfolien.
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Wegen der relativ großen Empfindlichkeit des PVC gegenüber Hitze und
Licht ist es notwendig, die PVC-Masse vor der Verarbeitung zu stabilisieren. Das
gilt auch, wenn dem PVC Alu-PVC--Füllstoffgranulat zugemischt wird. Das PVC der
Alu-PVC-Abfall folien der Pharmaindustrie ist in der Regel Sn/S-stabilisiert. Vorzugsweise
wird für das PVC-Bindemittel ebenfalls eine Sn/S-Stabilisierung gewählt.
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Als Alternative bietet sich eine Ca/Zn-Stabilisierung an. Die Grundmischung
hierbei besteht aus 100 Teilen S-PVC, 0,3 Teilen zinnstabilisator, 0,5 Teilen innerem
Gleitmittel (Ca-Basis) und 0off2 bis 1 Teil äußerem Gleitmittel. Rierbei kann es
sich um Paraffin oder niedermolekularem Polyäthylen'mit Molekulargewichten zwischen
1000 und 3500 handeln.
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Als weitere Stabilisierungsart kann eine Bleistabilisierung genannt
werden, wobei durch die im Alu-PVC-Füllstoffgranulat vorhandenen Schwefelreste der
Sn/S-Stabilisierung eine Verbindung von Blei mit Schwefel dazu führt, daß eine dunkelbraune
Verfärbung eintritt.
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Ebenso kann eine Ba/Cd-Stabilisierung gewählt werden1 wobei durch
die Bildung von BaS bzw. CdS ebenfalls Verfärbungen eintreten.
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Außer Alu-PVC-Abfallfolien fallen bei der Pharma-Industrie im geringeren
Maße auch Alu-PVC/PVDC-Folien an. Außerdem gibt es Deckfolien, die nicht nur aus
Alu, sondern aus Alu-Pergamin oder Alu-Chrompapier bestehen. Es gibt auch Alu-Verbundfolien
mit einem Kraftpapier.
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Alu-PVC/PVDC-Abfallfolien können in geringen Anteilen bis etwa 10
% in einem Alu-PVC-Füllstoff vorhanden sein, ohne daß dabei die Herstellung von
erfindungsgemäßen Preßplatten leidet. Papierhaltige Abfallfolien sind jedoch von
dem Alu-PVC-Füllstoff fernzuhalten. Alu-PVC/PVDC-Abfälle sind ini Zusammenhang mit
Extrudier- und Spritzgußverfahren bei einem Alu-PVC-Füllstoff nicht verwendbar.
Es ist daher zweckmässig, die Alu-PVC-Abfallfolien von den übrigen Folien möglichst
getrennt zu halten, die ohnehin nur in geringen Mengen anfallen.
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In den Zeichnungen sind in schematischer Weise Ausführungsbeispiele
nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einzelne Teilchen zerkleinerter Alu-PVC-Abfallfolien.
Die Teilchen 1 bestehen aus Alu-Folienteilchen 2, die mit PVC-Folienteilchen 2'
fest verbunden sind. Die Teilchen 3 bestehen aus reinen Alu-Folienteilchen und die
Teilchen 4 bestehen aus reinen PVC-Folienteilchen.
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Fig. 2 zeigt ein aus Alu-PVC-Abfallfolien hergestelltes Granulat in
körniger Forni. Die einzelnen Granulatteilchen 5 aus PVC enthalten einzelne Alu-Folienteilchen
5' eingeschlossen.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil 6 eines unter Verwendung
von Alu-PVC-Abfallfolien hergestellten Kunststoffkörpers. In dem Querschnitt bestehen
die Bruchstücke 7 aus Alu-Folienteilchen. Die Punkte 8 sollen die PVC-Masse kennzeichnen,
in der die Alu-Folienteilchen 8 eingeschlossen sind.
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Fig. 4 zeigen beispielsweise Kunststoffkörper, die mehr bis 13 oder
weniger Alu-PVC-Abfallfolien enthalten.
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Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Fußbodenplatte 9 für Flächenheizungen.
Mit 10 sind Kabelquerschnitte bezeichnet.
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Fig. 5 zeigen beispielsweise Profile, bis 7 Fig. 8 zeigt ein Kunststoffrohr,
Fig. 9, betreffen einen Fitting 11, eine einfache Rohrab-10 und 11 u d zweigung
12 und eine mehrfache Rohrverzweigung 13.
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Fig.12 zeigt ein abgewinkeltes Rohrteil und Fig.13 zeigt einen Kabelabstandshalter.
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Die Erfindung ist in keiner Weise auf die in den Fig. 4 bis 13 gezeigten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Dem Kunststoff-Fachmann ist ohne weiteres klar,
daß sich die Ausführungsbeispiele durch beliebig viele Kunststoffkörper ergänzen
ließen, die als Füllstoff erfindungsgemäß aufbereitete Alu-PVC-Abfallfolien enthalten
können.
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