RINBERG ROMAN (DE)
BRUECKNER TORSTEN (DE)
NENDEL WOLFGANG (DE)
GARDILL FRANZ-RAINER (DE)
REITMANN FRANK (DE)
| WO2006063975A2 | 2006-06-22 |
| DE19744988A1 | 1999-04-15 | |||
| DE19708486A1 | 1998-09-10 | |||
| DE102007019849B3 | 2008-09-04 | |||
| EP1932643A2 | 2008-06-18 |
| Ansprüche 1 . Verfahren zur Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs (1 ) aus Naturfasern, wobei nicht entholzte Flachspflanzen zu einem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff mechanisch aufbereitet und anschließend auf einer Vliesanlage zu dem mattenförmigen Halbzeug (1 ) verarbeitet werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspflanzen direkt auf dem Feld oder vom Feld geborgen und unbehandelt zu dem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff aufbereitet werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachpflanzen im ungerösteten Zustand zugeschnitten werden und zu dem mattenförmigen Halbzeug (1 ) in Form einer vernadelten Halbzeugmatte verarbeitet werden. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als nicht entholzte unbehandelte Flachspflanzen Grünflachs verwendet wird, das mittels einer Flachserntemaschine geerntet, gerauft und anschließend in einer vorgegebenen Trocknungszeit getrocknet wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Trocknungszeit das Grünflachs gewendet und dabei entsamt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der Trocknungszeit die getrockneten, feldgetrockneten und entsamten Pflanzenstängel des Grünflachses mittels einer Quaderballenpresse mit integrierter Schneideeinrichtung aufgenommen und zu Quaderballen vorgegebener Größe und Masse gepresst werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Quaderballen anschließend auf einer Vliesanlage zu dem mattenförmigen Halbzeug (1 ) aus Naturfasern verarbeitet werden. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mattenförmige Halbzeug (1 ) mit einer thermoplastisch gebundenen Matrix hergestellt wird. 9. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 8 hergestellten mattenförmigen Halbzeugs (1 ) zur Herstellung eines Bauteils (B). 10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei das mattenförmige Halbzeug (1 ) in ein Druck-Heizelement (2) eingelegt wird, in welchem das mattenförmige Halbzeug (1 ) bei einer Temperatur von circa 210°C unter Druck plastifiziert wird. 1 1 . Verwendung nach Anspruch 10, wobei das plastifizierte Halbzeug (1 ) anschließend in einem Niedrigtemperaturwerkzeug (2.1 ) zu einem Bauteilträger (BT) verformt, konsolidiert und beschnitten wird. 12. Verwendung nach Anspruch 1 1 , wobei der gefertigte Bauteilträger (BT) in ein Stempelwerkzeug (3) eingebracht, in welchem der Bauteilträger (BT) mit einem Oberflächenmaterial (4), insbesondere aus einem thermoplastischen Material auf Olefinbasis (TPO), aus Polyvinylchlorid (PVC) oder aus Textilien, beschichtet wi 13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei das Beschichten unter Einwirkung von Druck und/oder Wärme mit oder ohne einen zusätzlichen Klebstoff erfolgt. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs aus Naturfasern. Des Weiteren betrifft die Erfindung die
Verwendung eines so hergestellten mattenförmigen Halbzeugs.
Aus dem Stand der Technik sind Naturfaserhalbzeuge bekannt, welche als vernadelte Naturfasermatten ausgebildet sind. Diese werden unter dem Einsatz von thermoplastischen oder duroplastischen Bindemitteln zu Bauteilen verarbeitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs aus Naturfasern anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur
Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs aus Naturfasern, wobei nicht entholzte Flachspflanzen, insbesondere Grünflachs oder
Ganzpflanzenrohstoff, unbehandelt, insbesondere direkt auf dem Feld, zu einem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff mechanisch aufbereitet werden. In einer anschließenden prozesskonformen Verarbeitung wird dieser Ganzpflanzenrohstoff auf einer Vliesanlage zum mattenförmigen Halbzeug verarbeitet. Bei dem Verfahren sind weder ein Abtrennen von Wurzel- und Samenkapselbereichen der Flachspflanzen noch eine Nachbehandlung des Pflanzenmaterials zum Beispiel in einem Quetsch- oder Scherwalzwerk notwendig. Dies ermöglicht eine Herstellung von besonders
kostengünstigen und wettbewerbsfähigen Halbzeugprodukten mit vorgegebenen Eigenschaften. Unter nicht entholzte und unbehandelte Flachspflanzen werden
insbesondere unbehandelte Roh- oder Naturpflanzen, insbesondere als sogenanntes Grünflachs verstanden, welches zu dem dosierfähigen
Ganzpflanzenrohstoff mechanisch aufbereitet wird und anschließend auf einer Vliesanlage zu dem mattenförmigen Halbzeug verarbeitet wird.
In einer möglichen Ausführungsform werden die Flachspflanzen direkt auf dem Feld zu dem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff aufbereitet. Alternativ können die Flachspflanzen vom Feld geborgen werden und zu dem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff aufbereitet werden. Die Aufbereitung der Flachspflanzen direkt auf dem Feld ist besonderes einfach und kostengünstig und bedarf keiner weiteren Verarbeitungsstätte.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Flachpflanzen im
ungerösteten Zustand zugeschnitten und zu dem mattenförmigen Halbzeug in Form einer vernadelten Halbzeugmatte verarbeitet. Hierzu wird als nicht entholzte unbehandelte Flachspflanze Grünflachs verwendet, das mittels einer Flachserntemaschine gerauft und anschließend in einer
vorgegebenen Trocknungszeit getrocknet wird. Beispielsweise wird der Grünflachs für eine vorgegebene, relativ kurze Zeit, beispielsweise von zwei bis drei Tagen, zur Trocknung auf dem Feld abgelegt. Der zum Trocknen auf dem Feld abgelegte Grünflachs wird auch als Flachsstroh bezeichnet.
Während der Trocknungszeit wird der Grünflachs oder das Flachsstroh nur einmal gewendet und dabei entsamt. Bei Bedarf kann der Grünflachs auch mehrfach gewendet werden. Beispielsweise wird das Grünflachs mit Hilfe einer Wende-Riffel-Maschine einmal gewendet, dabei gleichzeitig entsamt, d. h. entkapselt und geriffelt, und wieder auf dem Feld abgelegt.
Nach Ablauf der Trocknungszeit werden die getrockneten, feldgetrockneten und entsamten Pflanzenstängel des Grünflachses oder Flachsstrohs mittels einer Quaderballenpresse mit integrierter Schneideeinrichtung
aufgenommen und zu Quaderballen vorgegebener Größe und Masse gepresst. Dabei werden die Pflanzenstängel, auch Pflanzenhalme genannt, mit Wurzel- und Samenkapselbereichen vorzugsweise direkt auf dem Feld auf eine Länge von 8 cm bis 25 cm, insbesondere von 10 cm bis 20 cm, geschnitten, d. h. eingekürzt bzw. abgelängt.
Anschließend werden die Quaderballen auf einer Vliesanlage zu dem mattenförmigen Halbzeug (auch Mattenhalbzeug genannt) aus Naturfasern, insbesondere zu einem sogenannten Naturfaservlies, verarbeitet.
Darüber hinaus kann das mattenförmige Halbzeug mit einer
thermoplastisch bindenden Matrix, d. h. mittels einer thermoplastischen Bindematrix, hergestellt werden. Hierdurch eignet sich das mattenförmige Halbzeug insbesondere zur Herstellung eines Bauteils.
Dabei erfolgt die Herstellung von Bauteilen nach an sich bekannten
Technologien, zum Beispiel durch Pressen und/oder Hinterspritzen.
Hierzu wird das mattenförmige Halbzeug in ein Druck-Heizelement eingelegt, in welchem das mattenförmige Halbzeug bei einer Temperatur von circa 210°C unter Druck plastifiziert wird. Dieses Druck-Heizelement ist vorzugsweise ein Hochtemperaturwerkzeug.
Anschließend wird das plastifizierte Halbzeug in einem
Niedrigtemperaturwerkzeug zu einem Bauteilträger verformt, konsolidiert und beschnitten, wobei der gefertigte Bauteilträger in ein Stempelwerkzeug eingebracht wird, in welchem der Bauteilträger mit einem
Oberflächenmaterial, insbesondere aus einem thermoplastischen Material auf Olefinbasis (TPO), aus Polyvinylchlorid (PVC) oder aus Textilien, beschichtet wird. Das Beschichten erfolgt unter Einwirkung von Druck und/oder Wärme mit oder ohne einen zusätzlichen Klebstoff. Das Endprodukt, d. h. das fertig gestellte Bauteil wird dann aus dem Press- oder Stempelwerkzeug entnommen.
Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen
Figur 1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs aus Naturfasern,
Figur 2 schematisch einen ersten Verfahrensablauf zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung eines mattenförmigen Halbzeugs aus Naturfasern, und
Figur 3 schematisch einen zweiten Verfahrensablauf zur Herstellung eines Bauteils unter Verwendung eines mattenförmigen Halbzeugs aus Naturfasern.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs 1 aus Naturfasern. Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung derartiger Halbzeuge 1 sind auf eine Einzelfasergewinnung angewiesen. Dabei treten hohe
Materialverluste auf, die bei Bastfaserpflanzen mindestens 60% der Ausgangsmasse betragen und in Form von Schäben und Faserstaub anfallen. Des Weiteren ist eine Wirtschaftlichkeit technischer Naturfasern, welche mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erzeugt werden, abhängig von jeweiligen Faseraufschlussverfahren, einer überregionalen Wettbewerbssituation auf dem Naturfasermarkt sowie Modetrends in der Textilbranche. Dies und das Fehlen von
maßgeschneiderten Systemlösungen machte die einheimischen
Naturfasern für verarbeitende Industrieunternehmen unattraktiv.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mattenförmigen Halbzeugs 1 aus Naturfasern, welches im Folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels beschrieben wird, ermöglicht die Herstellung eines sogenannten Stängel-Direkthalbzeugs unter Umgehung einer
vorgeschalteten Materialaufbereitung. Nicht aufbereitete oder nicht aufgeschlossene Ganzpflanzenzuschnitte werden einem Vlieslegeprozess direkt zugeführt und zum mattenförmigen Halbzeug 1 aus Naturfasern in Form einer vernadelten Halbzeugmatte verarbeitet. Dies ermöglicht eine Herstellung von besonders kostengünstigen und wettbewerbsfähigen Halbzeugprodukten mit vorgegebenen Eigenschaften. Im Allgemeinen liegen Pflanzenbestandteile als ein Verbund vor. Das heißt, Pflanzenfasern sind nicht von Schäben abgetrennt oder separiert. Unter Faseraufschluss wird die Trennung der Fasern vom Rest der Pflanze sowie die Vereinzelung bzw. Verfeinerung des Faserbastes in einzelne Faserbündel oder deren Kollektive verstanden.
Die Grundlage des Verfahrens bildet eine neue Rohstoffvorlage auf Basis von nicht entholzten Flachspflanzen, die in ungeröstetem Zustand direkt auf dem Feld zu einem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff mechanisch aufbereitet werden. Alternativ können die Flachspflanzen vom Feld geborgen und zu einem dosierfähigen Ganzpflanzenrohstoff mechanisch aufbereitet werden. Als Erntezeitpunkt ist ein Eintreten einer gelbgrünen Reifephase der Flachspflanzen zu wählen, da Fasern der Flachspflanzen dann ihre maximale Festigkeit erreichen und Stängeleigenschaften für eine anschließende Halbzeugfertigung optimal sind.
Die Flachspflanzen werden in einem ersten Verfahrensschritt VS1 bevorzugt in ungeröstetem Zustand, d. h. als Grünflachs, mittels
Standard-Flachserntemaschinen gerauft und für eine relativ kurze Zeit, beispielsweise zwei bis drei Tage, zur Trocknung auf dem Feld abgelegt. Während dieser Trocknungszeit wird das abgelegte Flachsstroh in einem zweiten Verfahrensschritt VS2 mit Hilfe einer Wende-Riffel-Maschine einmal gewendet, dabei gleichzeitig entsamt, d. h. entkapselt und geriffelt, und wieder auf dem Feld abgelegt. Nach Ablauf der Trocknungszeit werden die auf diese Weise feldgetrockneten und entsamten Pflanzenstängel in einem dritten Verfahrensschritt VS3 zum Beispiel mittels einer
Quaderballenpresse mit integrierter Schneideeinrichtung aufgenommen und zu Quaderballen vorgegebener Größe und Masse gepresst. Dabei werden die Pflanzenstängel, auch Pflanzenhalme genannt, mit Wurzel- und
Samenkapselbereichen vorzugsweise direkt auf dem Feld auf eine Länge von 8 cm bis 25 cm, insbesondere von 10 cm bis 20 cm, derart geschnitten, d. h. eingekürzt bzw. abgelängt, dass anschließend in einem vierten
Verfahrensschritt VS4 eine prozesskonforme Verarbeitung auf einer Vliesanlage zum Mattenhalbzeug aus Naturfasern, d. h. zu einem
Naturfaservlies erfolgen kann. Eine Nachbearbeitung des Pflanzenmaterials ist dabei vorzugsweise nicht mehr erforderlich.
Auf diese Weise sind weder ein verlustreiches Abtrennen der Wurzel- und Samenkapselbereiche der Flachspflanzen noch die Nachbehandlung des Pflanzenmaterials zum Beispiel in einem Quetsch- oder Scherwalzwerk notwendig. Das entstandene dosierfähige Pflanzenmaterial in
Quaderballenform wird im vierten Verfahrensschritt VS4 auf einer
Standard-Vliesanlage zu einem homogenen Vliesstoff verarbeitet, wobei ein definierter Anteil an thermoplastischen Fasern, bevorzugt Polypropylenfasern, Polyesterfasern und/oder BICo-Fasern zwischen 10 Gewichtsprozent und 60 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen 15 Gewichtsprozent und 55 Gewichtsprozent zugeführt und zusammen mit dem auf die beschriebene Weise hergestellten Flachsmaterial zum mattenförmigen Halbzeug 1 verarbeitet wird.
Ein mattenförmiges Halbzeug 1 , welches eine thermoplastisch gebundene Matrix aufweist, ist auf diese Weise beispielweise aus Flachsfasern mit einem Anteil von 40 Gewichtsprozent bis 70 Gewichtsprozent und synthetischen Fasern, beispielsweise aus Polypropylen (PP) und/oder Polyester (PEs), mit einem Anteil von entsprechend 60 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent ausgebildet.
Ein als Faservlies ausgebildetes mattenförmiges Halbzeug 1 kann einseitig oder beidseitig mit Polypropylen (PP) oder mit PP-, PEs- oder PP-PEs- Vliesstoffen versehen, insbesondere beschichtet sein, wobei deren
Grammatur im Bereich von 30 bis 300 g/m 2 und vorzugsweise im Bereich von 100 bis 200 g/m 2 liegen kann. Dabei kann die Beschichtung als ein Faservlies ausgebildet sein, welcher ebenfalls vernadelt wird und als eine Komponente vorliegt. Die Grammatur bezieht sich hierbei nur auf das Faservlies.
Ein mattenförmiges Halbzeug 1 , welches eine duroplastisch gebundene Matrix aufweist, ist auf diese Weise beispielweise aus Flachsfasern mit einem Anteil von 65 Gewichtsprozent bis 75 Gewichtsprozent und einem Bioharz und/oder Epoxidharz mit einem Anteil von entsprechend
35 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent ausgebildet.
Auf einer Unterseite und/oder auf einer Oberseite dieses mattenförmigen Halbzeugs 1 können auf einfache Weise Kunstfaser-Abdeckvliesstoffe zur Anwendung kommen, die gemäß der Standardtechnologie der Oberflächenausrüstung von Naturfaservliesstoffen bei einer
Halbzeugverfestigung zum Beispiel durch das Vernadeln mit verarbeitet werden. Diese Kunstfaser-Abdeckvliesstoffe sind für den Prozess der Mattenherstellung jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Mittels der auf diese Weise hergestellten mattenförmigen Halbzeuge 1 aus Naturfasern kann anschließend eine Herstellung von Bauteilen B nach an sich bekannten Technologien, zum Beispiel durch Pressen und/oder Hinterspritzen hergestellt werden. Zwei Ausführungsformen für
Verfahrensabläufe zur Herstellung derartiger Bauteile B unter Verwendung des mattenförmigen Halbzeugs 1 aus Naturfasern sind in den Figuren 2 und 3 beispielhaft dargestellt.
Im in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Bauteil B mittels eines mattenförmigen Halbzeugs 1 mit einer thermoplastisch gebundenen Matrix, d. h. mittels einer thermoplastischen Bindematrix hergestellt. Dabei wird das mattenförmige Halbzeug 1 in einem ersten Herstellungsschritt HS1 in ein Druck-Heizelement 2 eingelegt. Dieses Druck-Heizelement 2 ist vorzugsweise ein Hochtemperaturwerkzeug, in welchem das mattenförmige Halbzeug 1 bei einer Temperatur von beispielsweise 210°C unter Druck plastifiziert wird. In einem zweiten Herstellungsschritt HS2 wird das nun plastifizierte Halbzeug 1 in einem Niedrigtemperaturwerkzeug 2.1 zum Bauteilträger BT verformt, konsolidiert und beschnitten. Danach wird das auf diese Weise gefertigte Bauteilträger BT in einem dritten
Herstellungsschritt HS3 in ein Stempelwerkzeug 3 eingebracht, in welchem der Bauteilträger BT in einem vierten Herstellungsschritt HS4 mit einem Oberflächenmaterial 4 beispielsweise aus einem thermoplastischen
Material auf Olefinbasis (TPO), aus Polyvinylchlorid (PVC) oder aus
Textilien beschichtet wird. Dies kann beispielsweise unter Einwirkung von Druck und/oder Wärme erfolgen, mit oder ohne einen zusätzlichen
Klebstoff. Das Endprodukt, d. h. das fertiggestellte Bauteil B wird dann in einem fünften Herstellungsschritt HS5 aus dem Stempelwerkzeug 3 entnommen.
Im in Figur 3 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel wird das Bauteil B mittels eines mattenförmigen Halbzeugs 1 mit einer duroplastisch gebundenen Matrix, d. h. mittels einer duroplastischen Bindematrix hergestellt. Dabei wird in einem ersten Herstellungsschritt HS1 ein duroplastisches Harz auf das als Naturfasermatte aus Flachs und/oder Hanf ausgebildete mattenförmige Halbzeug 1 aufgetragen und getrocknet.
Dieses beharzte Halbzeug 1 wird in einem zweiten Herstellungsschritt HS2 zugeschnitten und in einem dritten Herstellungsschritt HS3 in ein beheiztes Werkzeug 5 eingelegt, in welchem das Bauteil B in einem Pressvorgang ausgeformt und danach aus dem beheizten Werkzeug 5 entnommen wird. Das Bauteil B ist beispielsweise als ein Türinnenträger einer Fahrzeugtür ausgebildet.
Bezugszeichenliste
1 mattenförmiges Halbzeug
2 Druck-Heizelement
2.1 Niedrigtemperaturwerkzeug
3 Stempelwerkzeug
4 Oberflächenmaterial
5 beheiztes Werkzeug
B Bauteil
BT Bauteilträger
HS1 erster Herstellungsschritt
HS2 zweiter Herstellungsschritt
HS3 dritter Herstellungsschritt
HS4 vierter Herstellungsschritt
HS5 fünfter Herstellungsschritt
VS1 erster Verfahrensschritt
VS2 zweiter Verfahrensschritt
VS3 dritter Verfahrensschritt
VS4 vierter Verfahrensschritt
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