Langfaserstabchengranulat

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Langfaserstabchengranulat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung von Langfaser- stabchengranulat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Es sind bereits Langfaserstabchengranulate 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 Langfaserstabchengranulat bereitzustellen, das mit einem geringen Kosten- und/oder Energieaufwand hergestellt wird. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Neben- und Unteranspruchen .

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Langfaserstabchengranulat aus einem mit Kunststoff imprägnierten Fasermateπal .

Es wird vorgeschlagen, dass mindestens 10 % Fasern des Faser- mateπals kurzer als eine Langfaserstabchengranulatlange sind. Bedingt durch eine kürzere Faserlange als die Langfa- serstabchengranulatlange kann das Langfaserstabchengranulat mit einem geringen Kosten- und/oder Energieaufwand hergestellt werden. Der Kunststoff ist vorzugsweise von einem po- lymeren Kunststoff gebildet. Em Anteil an Fasern in dem Langfaserstabchengranulat, die kurzer als die Langfaserstabchengranulatlange sind, betragt vorzugsweise mindestens 10 %. Vorzugsweise ist das Fasermaterial aus einem Glasfasermateri- al, einem Kohlenstofffasermateπal, einem Naturfasermaterial und/oder einem weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Fasermateπal gebildet.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Langfaserstabchengranulatlange zwischen 3 mm und 30 mm betragt, wodurch das Langfaserstabchengranulat vorteilhaft weiterverarbeitet werden kann. Ferner kann durch die große Langfaserstabchengranulatlange eine damit verbundene große Faserlange erzielt wer- den und somit eine vorteilhafte Festigkeit eines aus dem Langfaserstabchengranulat hergestellten Bauteils erreicht werden .

Vorteilhafterweise betragt eine mittlere Faserlange des Fa- sermaterials zwischen 1 mm und 20 mm, wodurch ein Verschleiß an Fasermaterial bei der Herstellung und insbesondere bei der

Weiterverarbeitung des Langfaserstabchengranulats zumindest reduziert werden kann. Die mittlere Faserlange kann innerhalb des Langfaserstabchengranulats auf eine zur Weiterverarbeitung effektive Faserlange beschrankt werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Fasermateπalkonzentra- tion zwischen 10 % und 80 % betragt, wodurch Langfaserstab- chengranulat erzeugt werden kann, das für unterschiedliche Arten einer Weiterverarbeitung bzw. für unterschiedliche aus dem Langfaserstabchengranulat produzierte Bauteile verwendet werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, das zur Herstellung von Langfaserstab- chengranulat, das aus einem mit Kunststoff imprägnierten Fasermaterial gebildet ist, vorgesehen ist, wobei kurze Fasern des Fasermaterials zur Herstellung des Langfaserstabchengranulats verwendet werden. Hierdurch kann ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Herstellung des Langfaserstabchengra- nulats erreicht werden, indem insbesondere Faserreste verarbeitet werden können. In diesem Zusammenhang sollen unter „kurzen Fasern" insbesondere Fasern verstanden werden, die eine endliche Lange aufweisen und insbesondere kleiner als 2 m (Meter) sind. Vorzugsweise ist eine Lange der Fasern maxi- mal auf ein Doppeltes einer Langfaserstabchengranulatlange beschrankt, vorteilhafterweise ist sie maximal gleich der Langfaserstabchengranulatlange und bevorzugterweise ist sie auf einen Bruchteil der endgültigen Langfaserstabchengranulatlange beschrankt. Einzelne Fasern des Fasermaterials zur Herstellung des Langfaserstabchengranulats können jedoch auch

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SAK 1877 WO

ein Vielfaches der endgültigen Langfaserstabchengranulatlange aufweisen .

Ferner wird vorgeschlagen, dass die kurzen Fasern des Faser- materials mit Kunststoff imprägniert werden, wodurch konstruktiv einfach eine kurze Faserlange, insbesondere eine kürzere Faserlange als eine endgültige Langfaserstabchengranulatlange, erreicht werden kann. Em Anteil an Fasern in dem Langfaserstabchengranulat, die kurzer als die Langfaserstab- chengranulatlange sind, betragt vorzugsweise mindestens 10 %, vorteilhaft mindestens 25 % und bevorzugt mindestens 40 %.

Zudem wird vorgeschlagen, dass endlose Fasern des Fasermate- rials zur Herstellung des Langfaserstabchengranulats verwen- det werden, wodurch eine vorteilhafte Zufuhrung des Faserma- teπals erreicht werden kann.

Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die Fasern des Fasermaterials wahrend eines Impragniervorgangs und/oder nach einem Impragmervorgang gekürzt werden. Besonders vorteilhaft können hiermit auch Endlosfasern als Fasermaterial zur Herstellung des Langfaserstabchengranulats verwendet werden, bei dem letztendlich mindestens 10 % der Fasern des Fasermaterials kurzer als eine Langfaserstabchengranulatlange sind. Die Fasern können hierbei an speziellen Mischelementen und/oder Schneidelementen gebrochen werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das mit Kunststoff imprägnierte Fasermaterial auf eine Langfaserstabchengranulatlange geschnitten wird, wodurch eine gleichmäßige Verteilung von Fasermaterial innerhalb des Langfaserstabchengranulats er-

zielt werden kann. Unter „schneiden" soll in diesem Zusammenhang ein Trennen von einem zusammenhangenden Objekt, wie beispielsweise von einem mit einem polymeren Kunststoff imprägnierten Fasermaterial , verstanden werden, wie insbesondere ein Brechen, ein Abschlagen, ein Schneiden usw.

Em besonders geringer Verschleiß bei der Herstellung des Langfaserstabchengranulats kann vorteilhaft erreicht werden, wenn eine Langfaserstabchengranulatmasse im Heißabschlag ge- schnitten wird. Dabei soll unter einem „Heißabschlag" ein

Verfahren verstanden werden, bei dem eine Langfaserstabchengranulatmasse in einem heißen Zustand in Langfaserstabchen geschnitten wird. Vorzugsweise ist die Langfaserstabchengra ^¬ nulatmasse zum Imprägnieren auf eine Schmelztemperatur des polymeren Kunststoffs erhitzt, so dass zudem eine vorteilhaf ^¬ te Energieeinsparung erzielt werden kann.

Zudem wird vorgeschlagen, dass eine Langfaserstabchengranu ^¬ latmasse im Kaltabschlag geschnitten wird. Dabei soll unter „Kaltabschlag" ein Verfahren verstanden werden, bei dem eine Langfaserstabchengranulatmasse in einem erkalteten Zustand in Langfaserstabchen geschnitten wird. Aufgrund einer geringen Temperatur des Langfaserstabchengranulats wird somit eine Verformbarkeit des Langfaserstabchengranulats vorteilhaft vermieden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der

Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmaßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen- fassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung für ein erfindungsgemaßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemaßen Langfaserstabchengranulats und

Fig. 2 ein Langfaserstabchen des Langfaserstabchengranulats aus Figur 1.

Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels

In Figur 1 ist eine Vorrichtung 22 für ein Verfahren zur Her- Stellung von Langfaserstabchengranulat 10 dargestellt. Die Vorrichtung 22 umfasst eine Extrudereinheit 24 und eine Schneideinheit 26. Die Extrudereinheit 24 weist eine Schne ^¬ ckenwelle 28 auf, die innerhalb eines Schneckenzylinders 30 angeordnet ist. Die Schneckenwelle 28 wird über eine An- triebswelle 32 von einer nicht naher dargestellten Antriebseinheit angetrieben.

Der Schneckenzylinder 30 ist rohrformig 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 Sehne-

ckenwelle 28 gegenüberliegenden Seite der öffnung 34 ist ein trichterartiger Aufnahmebehälter 36 angeordnet, der den poly- meren 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 Zufuhrung des polymeren Kunststoffgranulats erfolgt über eine nicht naher dargestellte gravimetn- sche 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 erwarmen. Dabei wird das polymere Kunst- stoffgranulat auf eine Temperatur erwärmt, die hoher 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 Zufuhrung von Fasern 16 eines Fasermaterials 14 auf. Im Bereich der öffnung 42 des Schneckenzylinders 30, die für die Zufuhrung des Fasermateπ- als 14 vorgesehen ist, ist der polymere Kunststoff bereits vollständig aufgeschmolzen.

Die Zufuhrung der Fasern 16 des Fasermaterials 14 erfolgt über eine Seitendosierung 58, die eine Schneckenwelle 60 um- fasst. Die Schneckenwelle 60 transportiert die Fasern 16 des Fasermaterials 14 bis zur öffnung 42 des Schneckenzylinders

30. Eine zugefuhrte Menge an Fasern 16 des Fasermaterials 14 erfolgt dabei gravimetrisch, so dass eine Fasermaterialkonzentration in dem Langfaserstabchengranulat 10 variiert werden kann, wobei die Faserkonzentration in einem Bereich zwi- sehen 10 % und 80 % liegt. Das Fasermateπal ist bereits vor einer Zufuhrung in den Schneckenzylinder 30 auf eine endliche Lange der einzelnen Fasern 16 gekürzt. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, Fasern 16 eines endlosen Faserstrangs zur Herstellung des Langfaserstabchengranulats 10 zu verwen- den. Hierzu werden die Faserstrange 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 naher dargestellter Doppelschneckenextruder verwen- det.

Innerhalb des Schneckenzylinders 30 werden die Fasern 16 des Fasermaterials mit dem polymeren Kunststoff 12 imprägniert bzw. eine Langfaserstabchengranulatmasse 44 mit einer homoge- nen 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 ei- ner 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 Langfaserstäbchengranulatlänge 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 Langfa ^¬ serstäbchengranulat 10 geschnitten. Das Schneidmittel 54 bewegt sich dabei rotierend um eine Achse 56 auf der Mehrloch- blende 50.

Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, die Langfaserstäbchengranulatmasse 44 in einem Kaltabschlagverfahren zu schneiden. Hierzu kann in der Vorrichtung 22 aus Figur 1 auf die Heiz- elemente 52 entlang der Mehrlochblende 50 bzw. auf eine Benutzung der Heizelemente 52 verzichtet werden. Die Langfaser-

stabchengranulatmasse 44 weist dabei im Bereich der Mehrlochblende 50 eine Temperatur auf, die unterhalb der Schmelztem ^¬ peratur des polymeren Kunststoffs 12 liegt, so dass die Lang- faserstabchengranulatmasse 44 in einem bereits erkalteten und erstarrten Zustand durch die Mehrlochblende 50 gepresst wird und anschließend von dem Schneidmittel 54 auf eine Langfaser- stabchengranulatlange 18 geschnitten wird.

Die Schneideinheit 26 schneidet die Langfaserstabchengranu- latmasse 44 auf eine Langfaserstabchengranulatlange 18, die zwischen 3 mm (Millimeter) und 30 mm liegt. Das Langfaser- stabchengranulat 10 (Figur 2) weist aufgrund der bei der Herstellung des Langfaserstabchengranulats 10 verwendeten kurzen Fasern 16 des Fasermaterials eine Faserlange 20 auf, die um mindestens 10 % kurzer ist als die Langfaserstabchengranulatlange 18. Die mittlere Faserlange 20 in dem Langfaserstab- chengranulat 10 betragt aufgrund der Langfaserstabchengranu ^¬ latlange 18 zwischen 1 mm und 20 mm.

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Be zugs zeichen

10 Langfaserstabchengranu- 50 Mehrlochblende lat 52 Heizelement

12 Kunststoff 54 Schneidmittel

14 Fasermaterial 56 Achse

16 Faser 58 Seitendosierung

18 Langfaserstabchengranu- 60 Schneckenwelle latlange

20 Faserlange

22 Vorrichtung

24 Extrudereinheit

26 Schneideinheit

28 Schneckenwelle

30 Schneckenzylinder

32 Antriebswelle

34 öffnung

36 Aufnahmebehälter

38 Transportπchtung

40 Heizelement

42 öffnung

44 Langfaserstabchengranu- latmasse

46 Einheit

48 Düse