Es ist bekannt, Kunststoffformkörper mit hohem Faseranteil herzustellen.

Mittels Extrusions-, Press-oder Spritzgießverfahren werden dabei Bauteile aus Polymeren als Matrix in Verbindung mit Fasern als Füllstoff oder zur Verstärkung gefertigt. Für hochfeste Bauteile werden im wesentlichen Glas-oder Kohlefasern eingesetzt. Im Bereich der hochgefüllten naturfaserverstärkten Kunststoffe sind Bauteile für den Automobilinnenraum bekannt, wobei diese häufig aus Duromeren und Naturfasern im Pressverfahren hergestellt werden. Auch Holzfasern in Verbindung mit Polypropylen werden im Automobilbereich immer häufiger eingesetzt. Der maximale Holzfaseranteil im Extrusionsverfahren bei der Fertigung von Platten und Halbzeugen liegt hier bei 50 %. Weitere Anwendungen sind auch im Landschaftsbau und in der Möbel-Industrie zu finden, wobei hier mit steigendem Füllgrad die Faser-Matrix-Haftung und damit Qualität und Festigkeit der Bauteile reduziert wird.

Die Füllgrade beim Extrusions-und Spritzgießprozess sind begrenzt. Mit konventionellen Extrusionswerkzeugen lassen sich nur maximale Füllgrade von ca. 50% Naturfaseranteil erreichen.

Eine vollständige Formgebung bei höheren Füllgraden lässt sich nur unter Einsatz spezieller Extrusionswerkzeuge erzielen. DE 199 34 871 beschreibt eine Ausführung eines Extrusionswerkzeuges zur Formgebung von Polymeren mit ca.

90 % Holzfaseranteil.

Problematisch ist ebenfalls die Vormischung und Zusammensetzung der Werkstoffkomponenten. DE 198 52 067 beschreibt die Zusammensetzung naturfaserverstärkter Kunststoffe unter Einsatz von Hanffasern, und US 76685 beschreibt ein Verfahren welches das Vormischen und die anschließende Extrusion holzgefüllter Thermoplaste mit Füllstoffgehalten bis zu 75 % beinhaltet.

Die Haftung zwischen Naturfasern und Matrixpolymer wird bei der Verbindung von Thermoplasten und Naturfasern auch durch Zugabe von Silanen, Maleinsäureanhydrid oder Isocyanaten und dimeren Alkylketenen gesteigert. Bei Maleinsäureanhydrid reagiert die Anhydridgruppe mit den Hydroxylgruppen der Cellulosefasern. So wird eine unpolare Bindung an die Faser angebracht, die wiederum in einer unpolaren Kunststoff-Matrix löslich ist und damit die Haftfestigkeit erhöht. Die aktuellen Verfahren zur Erzielung hoher Füllgrade bei Naturfaser-gefüllten Kunststoffen und eine Gewährleistung der Faser- Matrixhaftung ist jedoch mit einem hohen Aufwand an Zeit, Energie und Kosten verbunden. Insbesondere werden die Naturfasern aufwendig getrocknet und häufig chemisch mit Bakteriziden und Fungiziden behandelt.

Der Einsatz von Pressverfahren, wie sie häufig für naturfaserverstärkte Duroplaste eingesetzt werden, zeichnet sich durch hohe Taktzeiten und eine Begrenzung in der Formgebung aus. Im Extrusionsverfahren lassen sich mit speziellen Werkzeugen Werkstoffe mit Holzfaseranteil von über 90 % herstellen, hierbei handelt es sich jedoch um Profile oder Halbzeuge, die ebenfalls nur eine begrenzte Formgebung zulassen. Formteile mit Naturfaseranteilen über 50% lassen sich im Spritzgießverfahren bislang nur mit erhöhtem Aufwand und unter Einsatz von Haftvermittlern zur Vorbehandlung der Fasern zur Erhöhung der Faser-Matrix-Haftung herstellen.

Neue Verfahren zum Aufschluss und Separieren von Lignocellulosefasern in die Bestandteile Lignin und Cellulose können zur Aufbereitung und Gewinnung verschiedener Faserbestandteile wie beispielsweise Lignin herangezogen werden, die im Anschluß eine thermoplastische Weiterverarbeitung ermöglichen ; jedoch sind hier ebenfalls aufwendige Prozeßschritte notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem kostengünstige, qualitativ hochwertige Formteile mit hoher Festigkeit herstellbar sind, die aus thermoplastischen Kunststoffen in Verbindung mit einem Lignocellulosefaseranteil von 60 % bis 98 % bestehen, wobei vorzugsweise Holzfasern und Polypropylen eingesetzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus gefülltem thermoplastischem Kunststoff mit einem Füllstoffgehalt von mindestens 60 Gew. -%, bei dem als Füllstoff Lignocellulosefasern verwendet werden, die mit dem Thermoplasten vermischt und durch Extrusion des Gemischs aufbereitet werden, und bei dem das aufbereitete Gemisch in einem formgebenden Werkzeug verpreßt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind zusätzlich durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 18 gekennzeichnet.

Die Verfahrensschritte des Aufbereitens und Verpressens sind sowohl im Spritzgießverfahren, Strangablegeverfahren und im Pressverfahren aufbereiteter und ggf. vorgewärmter extrudierter Halbzeuge möglich.

Ein Feuchtigkeitsanteil der Lignocellulosefasern zwischen 2 und 8 Gew.-%, vorzugsweise 4 Gew. -%, bewirkt nicht nur eine verbesserte Anbindung der Fasern an die Polymermatrix sondern verbessert insbesondere die Gleiteigenschaften während des Extrusionsvorganges.

Die Extrusionsdrücke können für eine schonende Aufbereitung zwischen 40 und 450 bar liegen, vorzugsweise liegen sie im Bereich um 100 bar und werden über Planetwalzenextruder realisiert. Die Pressdrücke für die endgültige Formgebung hingegen sind wesentlich für die Bauteilfestigkeit und müssen entsprechend höher zwischen 100 bar und 5000 bar, vorzugsweise im Bereich um 1000 bar, liegen. Durch diese Preßdrücke wird bei Lignocellulosefasern ein zumindest teilweiser Aufschluß der Fasern und damit eine zumindest teilweise Separation des Lignin-Anteils von den Naturfasern erreicht. Die thermo- plastischen Eigenschaften des abgeschiedenen Lignins bewirken so eine Benet-

zung der Fasern und eine Anbindung an die thermoplastischen Bestandteile sowie eine erhöhte Fließfähigkeit des Werkstoffverbundes. Die thermoplastischen Eigenschaften des Lignins in Verbindung mit dem synthetischen Thermoplasten wirken so als Binder und tragen zu einer erhöhten Faser-Matrix-Haftung nach Abschluß des Formpreßvorganges bei.

Die Fertigung von Verbundbauteilen ist im Pressverfahren möglich. So können weitere Verbundpartner vorzugsweise aus dem gleichen Grundwerkstoff wie die Polymermatrix in geschäumter und ungeschäumter Ausführung mit verpresst werden. Ein kostengünstiger lignocellulosegefüllter Grundkörper kann somit mit weichen geschäumten und/oder textilen Dekorwerkstoffen in einem Fertigungsgang gefertigt werden.

Eine vorteilhafte Variante ist der Einsatz von Lignocellulosefasern mit einer Feuchte der Fasern größer 3 % und Drücken um 1000 bar beim Pressvorgang und 100 bar beim vorhergehenden Aufbereitungsverfahren. Über die Feuchtigkeit der Holzfasern in Verbindung mit einem Überdruck kann ein Aufschluss der Fasern und damit eine zumindest teilweise Separation des Lignin-Anteils der Naturfasern und eine anschließende bessere Benetzbarkeit unterstützt werden.

Eine weitere Variante ist der Einsatz von Tauchkantenwerkzeugen. Der Werkzeugfüllvorgang erfolgt bei nicht komplett geschlossenem Werkzeug. Über eine anschließende Nachverdichtung durch Schließen des Werkzeuges im Anschluß an den Füllvorgang kann der Werkzeuginnendruck geregelt werden, was ebenfalls zu dem im Zusammenhang mit den Preßdrücken beschriebenen Effekt führt und die Festigkeit der erhaltenen Kunststoff-Formkörper erhöht.

Eine Zugabe von Haftvermittlern wie Silanen, Anhydriden, Isocyanaten oder Alkylketenen während des Prozesses oder ein Vorbehandeln der Fasern mit Haftvermittlern und/oder Copolymerisation mit einem unpolaren Polymer, vorzugsweise Polyolefin, bewirkt eine Reaktion mit den Hydroxylgruppen der Cellulosefasern und damit eine bessere Löslichkeit und erhöhte Faser- Matrixhaftung.

Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist in erster Linie die Möglichkeit, Bauteile mit hohem Anteil an Lignocellulosefasern, vorzugsweise Holzfasern, im Strangablegeverfahren herzustellen, die wesentlich preisgünstiger als reine Holzbauteile oder auch reine Kunststoffbauteile sind. Die Formgebung der Bauteile ist über die Werkzeuggestaltung nahezu beliebig wählbar, womit im Vergleich zu massiven Holzformteilen eine rationelle Fertigung von Bauteilen ohne Nachbearbeitung ermöglicht wird. Die hochgefüllten Kunststoffe zeichnen sich durch ähnliche Eigenschaften wie Holz aus, weisen eine hohe Festigkeit auf und sind vor allem als preiswerte Alternative zu Massivholzteilen zu sehen. Auf diese Weise können Bauteile wie Hutablagen, Sonnenblenden, Säulenverkleidungen, Türseitenverkleidungen, Instrumententafeln, Sport-und Freizeitgeräte etc. gefertigt werden. Die Einbringung von dekorativen oder funktionellen Werkstoffen zum steifigkeitsgebenden holzgefüllten Thermoplasten in das formgebende Werkzeug ist dabei besonders vorteilhaft umsetzbar.

Ausführungsbeispiel Einem Polypropylen-Granulat oder-pulver werden 60-98 Gew.-% Holzfasern mit einer Feuchte von 2-10 % zugegeben. Die Mischung wird über manuelles Vormischen oder über vorgemischte Pellets oder durch Dosiereinrichtungen bzw. für die Faserzugabe über eine Zwangszuführung in einem Planetwalzenextruder, erreicht. Das bei einem Druck von etwa 100 bar extrudierte Gemisch (Extrudat) wird nachfolgend in ein Presswerkeug eingegeben und ggf. mit weiteren Verbundpartnern, z. B. Dekormaterialien, bei einem Druck von etwa 1000 bar zu einem Formkörper verpresst.