DE10228714B4

DE10228714B4 - Verfahren zur Herstellung von spitzbaren Stiften und spitzbarer Stift

Info

Publication number: DE10228714B4
Application number: DE10228714A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Riedel
Original assignee: Individual
Current assignee: Riedel Ulrich Dr De
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: DE10228714A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von spitzbaren Stiften aus einem Hohlprofil und einem von dem Hohlprofil ummantelten farbgebenden Körper, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil aus einem mit Endlosmaterial (1) faserverstärkten Polymer (3) besteht und durch Pultrusion gefertigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von spitzbaren Stiften aus einem Hohlprofil und einem von dem Hohlprofil ummantelten farbgebenden Körper. Ferner betrifft die Erfindung einen spitzbaren Stift aus einem Hohlprofil und einem von dem Hohlprofil ummantelten farbgebenden Körper.
Spitzbare Stifte, d. h. Stifte ohne Minenvorschub, wie z. B. Schreib-, Mal- und Kosmetikstifte, bestehen aus einem farbgebenden Körper, der Mine, und einer Ummantelung dieser Mine. Die Ummantelung besteht häufig aus Holz. Üblicherweise werden zur Herstellung solcher Stifte vorgefertigte Holzbrettchen mit Rillen versehen, die dem Durchmesser der Mine entsprechen. Die Minen werden mit Leim in diese Rillen eingebracht und zwei solcher Brettchen wie ein Sandwich zusammengepresst bis der Leim ausgehärtet ist. Anschließend erhalten die Stifte auf Hobelmaschinen ihre äußere Form, z. B. rund, sechseckig, oval oder dreieckig. Die Stifte können danach noch farbig lackiert und/oder mit einer farbigen Tauchkappe versehen werden. Auf die Lackierung wird aus Umweltgesichtspunkten heute oftmals verzichtet. Dieses diskontinuierliche Verfahren ist aufgrund seiner vielen Verfahrenschritte und dem großen Maschineneinsatz einerseits sehr teuer und aufwendig, andererseits entsteht bei diesem Verfahren eine große Menge an hochwertigem Holzabfall.

In der WO 91/11335 A1 werden Schreib- und Malstifte offenbart, die eine Ummantelung aus Papiermaché, Holzmehl und/oder Holzschliff aufweisen. Die Herstellung solcher Stifte kann durch Form- oder Spritzgiess-, durch Press- oder Extrusions- oder Strangpressverfahren erfolgen. Eine Ummantelung aus einem derartigen Material weist oft nicht die gewünschte hohe Steifigkeit auf, um die innen liegende Mine vor Bruch zu schützen.

Es sind außerdem spitzbare Stifte bekannt, die eine Ummantelung aus Polymeren aufweisen. So sind z. B. aus der EP 1 072 645 A1 Ummantelungen für Farb-, Blei- und Kosmetikstifte bekannt, die aus einem Verbundwerkstoff mit einer polymeren Bindemittelmatrix auf Basis von Polyvinylbutyrat und Fettsäure und/oder Festtsäurederivaten und wenigstens einem darin eingelagerten verstärkenden kurzfaserartigen Füllstoff bestehen. Die Ummantelung wird dabei in herkömmlicher Weise aus mit dem Verbundwerkstoff gefertigten Brettchen oder kontinuierlich durch Extrusion hergestellt. Aufgrund der bei der Extrusion notwendigerweise verwendeten Schnecken, werden die eingezogenen Fasern durch den Prozess eingekürzt und können somit nicht eine maximale Verstärkung bewirken.

Auch aus der DE 198 52 066 A1 sind Stifte bekannt, bei denen ein natürliches Polymer plastifiziert und auf eine laufende Mine als Ummantelung aufextrudiert wird, wobei vor oder während der Extrusion ein Gleitmittel auf der Basis nativer Öle und/oder Wachse zugesetzt wird. Dem Polymer können vor oder während der Extrusion natürliche Fasern, wie z. B. Zellulose-, Holz-, Flachs- oder Sisalfasern zugesetzt werden.

Bei Stiften mit einer Ummantelung aus Polymeren kann das Problem auftreten, dass der Ummantelungswerkstoff ein Anspitzen mit einem herkömmlichen Anspitzer nicht zulässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein weiteres Verfahren zur Herstellung von spitzbaren Stiften bereit zu stellen, welches einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden kann und welches zu Stiften führt, deren Minen gut gegen Bruch geschützt sind.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Stiften, bei dem das Hohlprofil aus einem mit Endlosmaterial faserverstärkten Polymer besteht und durch Pultrusion gefertigt wird.

Unter Pultrusion versteht man den Prozess der kontinuierlichen Herstellung von Faserverbund-Kunststoffen. Es handelt sich um einen Strangzieh-Prozess, bei dem das verstärkende Endlosmaterial in Form von Einzelfasern, Garnen, Bändern, Geweben oder Vliesen durch ein Tauchbad mit dem zu verstärkenden flüssigen Polymer oder den Ausgangsverbindungen des Polymers geführt wird und im Anschluss das getränkte Material in einem Werkzeug ausgeformt und gehärtet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache und kontinuierliche Produktion von Hohlprofilen für spitzbare Stifte. Da die äußere Form des Stiftes durch das Formwerkzeug für des Hohlprofil exakt vorgegeben werden kann, ist eine Nachbearbeitung zur Erzeugung der gewünschten äußeren Form nicht notwendig und es fällt kein Abfall an. Im Vergleich zu Stiften, die ein Hohlprofil aus einem extrudierten Polymer als Ummantelung aufweisen, besitzen diese Hohlprofile aus mit Endlosmaterial faserverstärkten Polymeren den Vorteil, dass sie die innen liegenden Minen besser vor Bruch schützen und auch insgesamt zu einem bruchfesteren Stift führen.

Das Polymer kann ein thermoplastisches oder ein duroplastisches Material sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem mit Endlosmaterial faserverstärkten Polymer um ein Polymer auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Diese Polymere weisen eine gute Ökobilanz und CO₂-Neutralität auf und können rückstandslos biologisch abgebaut bzw. kompostiert werden. Besonders bevorzugt werden Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zellulose, Zelluloseestern und anderen Zellulosederivaten, Stärke, Stärkeblends und Derivaten von Stärke, Polyhydroxyester und Derivaten von Polyhydroxyestern, Schellack und Derivaten von Schellack und pflanzenöl- oder pflanzenfettbasierten Polymeren, die wie Epoxidharze, Polyurethane, ungesättigte Polyester oder Acrylate reagieren, eingesetzt. Diese Polymere weisen bei der Verarbeitung gegenüber petrochemischen Polymeren Verarbeitungsvorteile auf, z. B. sind sie in der Regel deutlich weniger giftig für den menschlichen Organismus.

Die faserverstärkten Polymere können natürlich noch andere Polymerzuschlagstoffe (Additive) enthalten. So lassen sich durch verschiedenste Zuschlagstoffe z. B. die Viskosität, die Härtungszeit, die Härtungstemperatur, die Festigkeit, die Schlagzähigkeit, der E-Modul, die Farbe, die Haptik und die Haftungseigenschaften beeinflussen. Ein internes Trennmittel wie z. B. INT PS 125 der Firma Axel (USA), welches eine Dispersion eines hochpolymeren Kondensationsproduktes komplexer Harze, Glyzeride und organischen Säurederivate in Mischung mit modifizierten Substanzen ist, verbessert die Trennwirkung des Werkstoffmaterials zum Formgebungswerkzeug, und erhöht somit die Abzugsgeschwindigkeit respektive die Produktivität. Füllstoffe wie Kaolin und Aluminiumhydroxid erhöhen den E-Modul des Werkstoffs, während die Zugabe von Methacrylsäure als Comonomer die Viskosität des Harzes erniedrigt, so dass ein höhere Verstärkungsfaseranteil realisiert werden kann.

Als Endlosmaterial zur Faserverstärkung wird bevorzugt ein Endlosmaterial auf Basis von Naturfasern verwendet. Dieses Material kann die biologische Abbaubarkeit des Produktes unterstützen. Die Naturfasern werden bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hanf, Flachs, Ramie, Nessel, Kenaf Jute, Sisal, Bromelia, Abaca, Lyocell, Newcell, Baumwolle, Wolle, Seiden und Spinnseiden, da diese Fasern eine hohe Verstärkungswirkung aufweisen und zudem preiswert und in großen Mengen verfügbar sind.

Der farbgebende Körper kann in das fertig pultrudierte Hohlprofil als feste Mine eingeschoben werden, wobei gegebenenfalls der farbgebende Körper mit Leim versehen werden kann. Es ist aber auch möglich, dass der farbgebende Körper in flüssiger Form in das Hohlprofil eingefüllt wird und dann darin aushärtet. So kann z. B. eine Mischung aus Graphit, aushärtendem Polymer und gegebenenfalls Hartpigmenten, Farbpigmenten, Additiven und Bindemittel in das Hohlprofil gefüllt werden. Das Hohlprofil kann dabei vor oder nach dem Einbringen des farbgebenden Körpers in die gewünschte Länge geschnitten werden.

Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn der farbgebende Körper während der Fertigung des Hohlprofils in das Hohlprofil eingebracht wird. Auf diese Weise können die gesamten Stifte kontinuierlich hergestellt werden. Dabei ist es z. B. möglich, die vorgefertigten farbgebenden Körper dem Formgebungswerkzeug für das faserverstärkte Polymer zuzuführen. Es ist aber auch möglich, für den farbgebenden Körper eine aushärtende und Farbpigmente enthaltende Polymerzusammensetzung gleichzeitig mit dem faserverstärkten Polymer des Hohlprofils zu extrudieren und Hohlprofil und farbgebenden Körper gleichzeitig aushärten zu lassen. Die Polymerzusammensetzung für den farbgebenden Körper kann dabei auf dem gleichen Polymer basieren, wie das Hohlprofil.

Nach dem Aushärten wird der Stift dann in die gewünschte Länge geschnitten.

Unabhängig von der Art der Herstellung kann der Stift zur endgültigen Fertigstellung gegebenenfalls noch geschliffen, poliert oder lackiert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Figuren näher erläutert, dabei zeigt
1 im Längsschnitt schematisch eine Anlage zur Pultrusion eines Hohlprofils
2 im Längsschnitt schematisch eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Stiften bei Bestückung mit fertigen Minen
3 im Längsschnitt schematisch eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Stiften mit Extrusion des farbgebenden Körpers.
Zur Herstellung von pultrudierten Hohlprofilen aus mit Endlosmaterial faserverstärkten Polymeren kann eine Anlage, wie sie in 1 dargestellt ist, verwendet werden. Von einem Spulengatter, auf dem die Spulen mit dem Endlosmaterial gelagert werden, wird das Material 1, in diesem Fall Endlosfasern aus Flachs, kontinuierlich abgezogen. Die Fasern werden mit Hilfe eines Leitsystems aus Stiften und Rollen, das die Fasern parallel hält, durch ein offenes Tauchbad 2 mit einem flüssigen Polymer oder den Ausgangssubstanzen eines Polymers 3 geführt. Die getränkten Fasern 4 werden dann in das Formgebungswerkzeug 6 geführt, in das ein Dorn 5 hineinragt. Das Formgebungswerkzeug 6 ist temperiert, um die Formgebung und Aushärtung zu steuern. Am Ende des Formwerkzeuges 6 zieht eine nicht dargestellte Abziehvorrichtung das entstandene Hohlprofil ab und es wird auf die gewünschte Länge mit einer Trenneinrichtung abgeschnitten oder abgesägt. In ein derartiges Hohlprofil kann nun der farbgebende Körper eingebracht werden.
Für das Tauchbad kann z. B. ein zu einem Duroplasten aushärtendes System bestehend aus einer Mischung aus dem Sojaölepoxyacrylat mit vorzugsweise 20 Gew.-% Methacrylsäure, 2 Gew.-% eines Peroxidgemischs aus Methylisobutylketonperoxid und tert.-Butylperoxybenzoat, 2 Gew.-% hochaktives tert.-Butylperoxybenzoat sowie 1 Gew.-% des internen Trennmittels INT PS 125 der Firma Axel (USA), welches eine Dispersion eines hochpolymeren Kondensationsproduktes komplexer Harze, Glyzeride und organischen Säurederivate in Mischung mit modifizierten Substanzen ist, verwendet werden. Das Formgebungswerkzeug 6 kann in einem solchen Fall eine Länge von ca. 1 m haben, wobei es in 4 Zonen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus unterteilt ist. Die erste Zone des Formgebungswerkzeuges 6 ist auf Raumtemperatur gekühlt, damit das Hohlprofil in Form gebracht werden kann, ohne dass das Polymersystem beginnt auszuhärten. In der auf ca. 190 °C beheizten zweiten Zone beginnt die Aushärtungsreaktion, die in Zone 3 bei 200 °C abgeschlossen wird. In der Zone 4 wird wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.
Soll gleichzeitig mit der Herstellung des Hohlprofils ein fester farbgebender Körper eingebracht werden, kann ein Anlage, wie sie in 2 dargestellt ist, verwendet werden. Die getränkten Fasern 4 werden in ein Formgebungswerkzeug 6, welches einen hohlen Dorn 9 aufweist, eingeführt. In diesen hohlen Dorn 9 werden mittels einer Bestückungsvorrichtung 7 kontinuierlich feste farbgebende Körper 8 zugeführt. Für das Tauchbad kann z. B. auch in diesem Fall das zu 1 angegebene System verwendet werden.
In 3 ist dargestellt, wie der farbgebende Körper gleichzeitig mit der Pultrusion des Hohlprofils in flüssiger Form extrudiert wird. Die getränkten Fasern 4 werden in ein Formgebungswerkzeug 6, welches einen hohlen Dorn 9 aufweist, eingeführt. In diesen hohlen Dorn 9 wird mittels eines Extruders 10 der farbgebende Körper in noch flüssiger Form zugeführt. Die Zuführungsleistung des Extruders wird an die Abzugsgeschwindigkeit der Pultrusionsanlage angepasst. Für das Tauchbad kann z. B. wieder das vorab beschriebene zu einem Duroplasten aushärtende System verwendet werden. Für den farbgebenden Körper kann z. B. eine Mischung aus 80 Gew.-% Graphit und 20 Gew.-% eines Duroplasten, bestehend aus einer Mischung aus dem Sojaölepoxyacrylat mit vorzugsweise 20 Gew.-% Methacrylsäure, 2 Gew.-% eines Peroxidgemischs aus Methylisobutylketonperoxid und tert.-Butylperoxybenzoat, 2 Gew.-% hochaktives tert.-Butylperoxybenzoat, verwendet werden. Durch Zugabe von Ton oder anderen festen Bestandteilen zur Mischung kann die Härte des farbgebenden Körpers eingestellt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von spitzbaren Stiften aus einem Hohlprofil und einem von dem Hohlprofil ummantelten farbgebenden Körper, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil aus einem mit Endlosmaterial (1) faserverstärkten Polymer (3) besteht und durch Pultrusion gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (3) ein Polymer auf Basis nachwachsender Rohstoffe ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (3) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zellulose, Zelluloseestern und anderen Zellulosederivaten, Stärke, Stärkeblends und Derivaten von Stärke, Polyhydroxyester und Derivaten von Polyhydroxyestern, Schellack und Derivaten von Schellack und pflanzenöl- oder pflanzenfettbasierten Polymeren, die wie Epoxidharze, Polyurethane, ungesättigte Polyester oder Acrylate reagieren.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endlosmaterial (1) des faserverstärkten Polymers (3) auf Naturfasern basiert.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hanf, Flachs, Ramie, Nessel, Kenaf, Jute, Sisal, Bromelia, Abaca, Lyocell, Newcell, Baumwolle, Wolle, Seiden und Spinnseiden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der farbgebende Körper (8) während der Fertigung des Hohlprofils in das Hohlprofil eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der farbgebende Körper (8) durch Extrusion einer aushärtenden und Farbpigmente enthaltenden Polymerzusammensetzung in das Hohlprofil eingebracht wird.
Spitzbarer Stift aus einem Hohlprofil und einem von dem Hohlprofil ummantelten farbgebenden Körper (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil ein mit Endlosmaterial (1) faserverstärktes Polymer (3) ist.
Spitzbarer Stift nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (3) ein Polymer auf Basis nachwachsender Rohstoffe ist.
Spitzbarer Stift nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Endlosmaterial (1) des faserverstärkten Polymers (3) auf Naturfasern basiert.
Spitzbarer Stift nach zumindest einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil durch Pultrusion gefertigt ist.