DE19640622C2

DE19640622C2 - Baustoff und Verfahren sowie Vorrichtung zur Herstellung eines Baustoffs

Info

Publication number: DE19640622C2
Application number: DE19640622A
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof Dr Hesch
Original assignee: Moeller Plast GmbH
Current assignee: Moeller Plast GmbH
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: EP0929386A1; CA2267418A1; DE19640622A1; WO1998014313A1; PL332599A1; HUP0000099A2; EP0929386B1; BR9713245A; HUP0000099A3; PL184347B1; ES2149011T3; AU4549397A; CN1231630A; CN1096347C; JP2000503925A

Description

Die Erfindung betrifft einen Baustoff unter Verwendung von Bastfasern und einem Bindemittel sowie ein Verfah ren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieses Bau stoffs.

Es sind bereits Baustoffe auf der Basis synthetischer und mineralischer Roh- und Halbstoffe, auch unter Hinzuziehung von natürlicher Faserstoffen, bekannt. Es wird beispielsweise auf die Türinnenverkleidungen von Kraftfahrzeugen verwiesen. Es werden sowohl auf der Grundlage von Duroplasten als auch Thermoplasten als Matrix Formteile hergestellt, die mit Glasfasern, Bastfasern, Sisal u. a. bewehrt sind, wobei die Matrix zur Verminderung des Gewichts vielfach noch geschäumt wird. Hierzu finden Fasern von Bastfasergewächsen Verwendung, die ganz oder überwiegend schäbenfrei sind, wobei bei Flachs und Öl-Lein ein höherer Schäbenanteil toleriert werden kann als bei Hanf und Jute, da sie feiner sind.

Als Schäben werden die Holzbruchstücke von Bastfaserge wächsen bezeichnet, die beim Abscheiden der Bastfasern vom holzigen Kern entstehen. Hierzu werden die Halme in voller Länge oder in Halmabschnitten entsprechenden Vorrichtungen zugeführt, die den spröden Holzkern in Bruchstücke zerbrechen und die Bastfaser dabei vom Holz lösen. Durch "Schwingen" oder "Wirrfaserstraßen" mit nachfolgenden Maschinen zur Abschneidung von Restschä ben aus den Fasern wird dann entweder eine fast schä benfreie Langfaser oder ein Werg mit einem gewissen Restschäbenanteil erzeugt.

Als Nebenprodukt fallen je nach Aufbau der Produktions anlage Kurzfasern mit höherem Schäbenanteil und relativ faserarme Schäben an. Die Kurzfasern zwischen zwei und dreißig Millimeter Länge werden in weiteren Arbeitsgän gen von den Restschäben befreit und überwiegend an die Papierindustrie, speziell Zigarettenpapierindustrie, verkauft. Die weitgehend faserfreien Schäben müssen entsorgt werden. Nach jüngsten Entwicklungen wird schon auf dem Feld entholzt, um die Schäben, für die es derzeit kaum Verwendung gibt, gleich als Abfall auf dem Feld zu belassen. Die Fasern von Bastfasergewächsen wurden in früheren Jahrzehnten überwiegend für die Her stellung von Bekleidungstextilien und technische Texti lien (Schiffssegel, Taue, Planen, Zelte u. a.) verwen det. Sie wurden inzwischen weitgehend durch syntheti sche Fasern ersetzt. Mit zunehmenden Ökologiebewußt sein wird weltweit ein Comeback von Bastfasern ver sucht. Als Schwerpunkt der Anwendungsgebiete zeich nen sich Nonwovens für die Herstellung von Pkw-Inne nausstattungen und für Dämmzwecke im Bauwesen ab.

Die Fasern müssen nach der Entholzung mehreren kost spieligen Reinigungs- und Öffnungsvorgängen unterzogen werden. Dabei werden sie unvermeidbar gekürzt, werden geschmeidig und weich. Nonwovens aus weichen Fasern sinken aber in sich zusammen. Da sie dabei zu dicht werden, lassen sie sich durch Thermoplastschmelzen nur schwer und ungleichmäßig durchtränken. Das gilt auch für den Sprüh- oder Gießauftrag von Duroplasten synthe tischer oder biologischer Art. Als Vliese für Dämmstof fe verlieren sie durch das Zusammensinken einen Teil ihres Dämmwertes. Es müssen daher synthetische Fasern untergemischt werden, die durch ihre Sprödigkeit das Zusammensinken verhindern.

Schäben sind im Prinzip extrem leichtes Holz, fast so leicht wie Balsa-Holz. Sie sind steif und spröde und besitzen eine Faserstruktur. Ihre Dichte bewegt sich im Bereich zwischen 250 und 350 kg/m³. Nach der Breche weisen sie einen nicht sehr hohen Schlankheitsgrad auf. Im Gegensatz zu Schäben weisen Fasern von Bastfaserge wächsen, auch Kurzfasern, eine sehr hohe Festigkeit und einen sehr hohen Schlankheitsgrad auf. Nach dem Stand der Technik werden Bastfasern und Schäben stets gründ lich getrennt, da Schäben für weitere Verarbeitungsvor gänge bei den derzeit verfügbaren Maschinen und Technologien zur Herstellung von Vliesen, Matten und Kuchen sowie zum Verspinnen ebenso wie für derzeit bekannte Produkte störend wirken und zum überwiegenden Teil sogar die Verarbeitung unmöglich machen.

Aus der DE 195 41 626 ist ein Dämmstoff, insbesondere für Bauzwecke, bekannt, der mindestens ein bastartiges Material aufweist. Dieses Bastmaterial soll faser- oder filzförmig und aus Flachs oder Kokos gebildet sein. Aus dieser Schrift kann jedoch kein Hinweis entnommen werden, ob die anfallenden Schäben einer Weiternutzung zugeführt werden.

Auch die DE 195 06 868 enthält keinen Hinweis auf eine Weiterverwendung der anfallenden Schäben. Diese Schrift beschränkt sich vielmehr auf den Hinweis, daß einem Wandputz Naturfasern, insbesondere aus Hanf, beigemengt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher als Abfall angesehenen Schäben wirtschaftlich zu nutzen und bei der Herstellung von Baustoffen und Bauteilen zu verwenden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Baustoff gelöst, der Bastfasern, Schäben von Bastfaserpflanzen, Bindemittel und Schäben mit noch nicht vollständig gelösten Bastfasern in ihrer natürlichen Verbindung, die seitlich unregelmäßig von den Schäben abstehen, enthält.

In Ausgestaltung der Erfindung weisen die Schäben Längen zwischen 2 mm und 50 mm und die Bastfasern Längen zwischen 2 mm und 100 mm auf. Zweckmäßigerweise ist ein lockeres Gefüge von Schäben und Bastfasern an ihren Berührungspunkten durch das Bindemittel fixiert. Es besteht die Möglichkeit, die Schäben und die Bastfa sern und/oder die Schäben mit den angeschlossenen Bastfasern in eine Matrix aus synthetischen oder bioge nen Kunststoffen, mineralischen Materialien oder Schäu men einzubetten. Gemäß Duden sind hierbei unter biogene Kunststoffe solche Stoffe zu verstehen, die von Lebewe sen stammen, also z. B. aus Holz oder nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Zur Erhöhung ihres Schlankheits- und Homogenitätsgrads können die Schäben in Faserrichtung zerlegt werden. Wie allgemein bekannt, ist der Schlankheitsgrad der Quotient von Länge: Durchmesser. Je höher der Schlankheitsgrad von Fasern oder Spänen, um so höhere Zug- und Biegefestig keiten werden erreicht. Der Homogenitätsgrad ist ein in der Spanwerkstoffindustrie viel verwendeter Begriff. Er soll die Streuung der Spangeometrien charakterisieren, also aufzeigen, ob Spandicken und Spanlängen sehr eng beieinander liegen oder stark streuen. Am leichtesten wird dies durch eine Gauß'sche Kurve dargestellt. Ist sie sehr eng, dann liegt eine "gute Homogenität" oder ein "hoher Homogenitätsgrad" vor. Die Späne oder Fasern sind in Länge und Dicke sehr nah beieinander. Ein "schlechter Homogenitätsgrad" ist gegeben, wenn die Spandicken z. B. von 0,2 mm bis 1,5 mm streuen und die Längen von 5 mm bis 50 mm. Dann muß durch geeignete Maßnahmen "homogenisiert" werden.

Das Verfahren zur Herstellung des vorstehend erwähnten Baustoffs ist durch folgende Verfahrensschritte gekenn zeichnet:

- Die Schäben und Bastfasern und die Schäben mit den angeschlossenen Bastfasern werden nach Auflockerung und Dosierung einer Auftragsvorrichtung für Flüssig additive und/oder einem Streusystem für Festadditive zugeführt und anschließend abgestreut;
- das mit Additiven versetzte und in loser Schicht vorliegende Material wird über eine Abstreif- und Mischstachelwalze abgekämmt, verwirbelt und homo genisiert;
- die Schäben und die Bastfasern werden durch Luftströ mung mechanisch verfilzt.

In der Kunststoffindustrie, aber auch in der Kunst stoffverarbeitung oder Holzindustrie, wo Kunststoffe als Bindemittel, Flammschutzmittel usw. eingesetzt werden, findet der Begriff "Flüssig- und Festadditive" Anwendung. Zu den Additiven zählen Antioxydantien, Aktivatoren, Lichtschutzmittel, Stabilisatoren, Härter, Weichmacher, Füllstoffe und Flammschutzmittel. Diese Additive gibt es in fester, pulverförmiger, in flüssi ger und zum Teil in gasförmiger Form. In diesem Zusam menhang wird auf "Taschenbuch der Kunststoff-Additive", 3. Ausgabe, Carl Hanser Verlag München, Wien, verwie sen.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet. Zweckmäßigerweise ist dem Kastenspeiser ein Schichthöhenbegrenzer in Form eines Schiebers mit Kamm zugeordnet. Dem Steilförderer kann eine Abstreif stachelwalze und eine Reinigungswalze und dem Mischför derer eine Abstreif- und Mischstachelwalze zugeordnet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Schäbe mit nicht vollständig gelösten Fasern;

Fig. 2 das Prinzip einer Vliesbildung aus Schäben und Bastfasern gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung des Baustoffs.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Bastfasern 19' nur teilweise, wenn auch überwiegend, von der Schäbe 18 gelöst. Die Faserlängen liegen gezielt im Bereich von 2 bis 100 mm. Die nicht vollständig von der Schäbe 18 gelösten Bastfasern 19' stehen seitlich wirr ab. Durch geeignete Maßnahmen, z. B. durch Stauchung oder Rei bung, kann die wirre Struktur der Bastfasern 19' noch gezielt verstärkt werden. Während von Kurzfasern gerei nigte Schäben 18 je nach Zerlegungsart Schüttgewichte zwischen 90 und 120 kg/m³ aufweisen, läßt sich die Schüttdichte bei nur teilweiser Entholzung bis auf 15 kg/m³ senken. Von Bastfasern 19 gereinigte Schäben 18 liegen aufgrund ihrer natürlichen Längsachse weitge hend parallel zueinander. Bei einer Mischung von Schä ben 18 und Bastfasern 19 stellt sich eine ziemlich faserrichtungslose, also eine isotrope, Anordnung ein. Bei nicht vollständig von der Schäbe 18 gelösten Bast fasern 19' bilden sich nach Fig. 2 aufgrund der wirren Struktur große Zwischenräume. Es entstehen eine große Vielzahl von Berührungs- und Kreuzungspunkten zwischen Schäben 18 und Bastfasern 19 zusätzlich zu den naturge gebenen Verwachsungen an den Stellen, an denen der Verbund von Holz und Bastfaser 19' durch unvollständige Entholzung bewußt nicht aufgehoben wurde.

Gemäß Fig. 3 ist über einen Kastenspeiser 2 ein mecha nischer Zuförderer 1 in Form eines umlaufenden Bandes angeordnet. Der Zuförderer 1 pendelt über die volle Breite des Kastenspeisers 2. Dem Kastenspeiser 2 ist ein Schieber 2.1 mit Kamm als Schichthöhenbegrenzer zugeordnet. Unterhalb des Kastenspeisers 2 verläuft ein Bodenband 3 mit Kratzergarnitur. Der Vorschub des Bodenbandes 3 ist stufenlos verstellbar. Wenn durch den Schieber 2.1 die Höhe der Schicht begrenzt wird, so wird diese Schicht durch das Bodenband 3 mit Kratzer garnitur abgefräst. Die Mengendosierung erfolgt über die Vorschubgeschwindigkeit. Um das so vordosierte Material auf ausreichende Höhe für die weitere Auflö sung zu fördern und eine Feindosierung zu ermöglichen, ist ein Steilförderer 4 mit Kratzergarnitur vorgesehen.

Im verstellbaren Abstand zum Steilförderer 4 verläuft eine Rückstreifstachelwalze 5. Zum Abstreifen bzw. Abkämmen des Materials vom Steilförderer 4 ist eine mit dem Steilförderer 4 kämmende Abstreifstachelwalze 6 angeordnet. Die Drehzahl der Abstreifstachelwalze 6 ist regelbar, damit neben dem Abstreifen bzw. Abkämmen des Materials auch der Auflockerungsgrad beeinflußt werden kann.

Wie dargestellt, dient zur Reinigung der Abstreifsta chelwalze 6 eine Reinigungswalze 7, die als Stachel-, Bürsten- oder Fächerwalze ausgeführt sein kann. Es besteht die Möglichkeit, mehrere Gruppen von Steilför derern 4, Rückstreifstachelwalzen 5, Abstreifstachel walzen 6 und Reinigungswalzen 7 in mehreren Gruppen hintereinanderzuschalten. Im Anschluß an die letzte Gruppe ist eine Auflöse-Streukopf-Kombination 8 ange ordnet. Das vom Steilförderer 4 abfallende Material wird von einem Mischförderer 9 aufgenommen. Auf diesem Förderer 9 erfolgt eine lockere Vliesbildung 17, wobei zuvor über ein Düsensystem 10 flüssige Additive und/ oder über ein Streusystem 11 Festadditive aufgebracht worden sind. Bei Bedarf kann mehr als ein Mischförderer 9 angeordnet werden. Jedem Mischförderer 9 ist eine Abstreif- und Mischstachelwalze 12 zugeordnet. Die Walze 12 kann auch als Stachel-, Bürsten- oder Fächer- Walze ausgeführt sein. Durch die Walze 12 wird das mehr oder minder schichtweise auf den Mischförderer 9 mit Additiven versetzte Material zur Auflösung der Schich ten und Homogenisierung abgekämmt und verwirbelt. Danach wird das Material über ein Förderband 13 einer Aggregategruppe zugeführt, die weitgehend mit dem Steilförderer 4, den Walzen 5 bis 7 und der Auflöse- Streukopf-Kombination 8 identisch ist. Nunmehr erfolgt die endgültige Streuung bzw. Vliesformung 17, da die Schäben 18 und Fasern 19 mit den Additiven ausreichend vermischt sind. Es besteht auch die Möglichkeit, das Material in Behältnisse oder Formen abzulegen.

Wird eine Wirrfaservliesbildung gewünscht oder soll die Wirrfaservliesbildung verbessert werden, dann kann das Material durch eine Luftströmung 15 auf ein Siebband 14 gedrückt werden. Zur Erzeugung der Luftströmung 15 dienen Vakuumkästen 16, die unterhalb des das Material aufnehmenden Siebbandes 14 angeordnet sind. Die Luft strömung besitzt eine Geschwindigkeit zwischen 2 und 20 m/sec. Bei dieser Geschwindigkeit ordnen sich die Partikel nicht parallel aneinander, sondern schießen ineinander und erreichen dadurch eine faserrichtungslo se Anordnung und bilden so ein Wirrfaservlies.

Bezugszeichenliste

1

mechanischer Zuförderer

2

Kastenspeiser

2.1

Schieber

3

Bodenband mit Kratzergarnitur

4

Steilförderer mit Kratzergarnitur

5

Rückstreifstachelwalze

6

Abstreifstachelwalze

7

Reinigungswalze

8

Auflöse-Streukopf-Kombination

9

Mischförderer

10

Düsensystem (Auftragsvorrichtung)

11

Streusystem

12

Abstreif- und Mischstachelwalze

13

Förderband

14

Siebband

15

Luftströmung

16

Vakuumkästen

17

Vlies

18

Schäben

18

'Schäben mit noch enthaltenden Bastfasern

19

Bastfasern

19

'Bastfasern, teilweise noch an Schäben angeschlossen

Claims

1. Baustoff, enthaltend Bastfasern (19), Schäben (18) von Bastfaserpflanzen, Bindemittel und Schäben (18') mit noch nicht vollständig gelösten Bastfasern (19') in ihrer natürlichen Verbindung, die seitlich unre gelmäßig von den Schäben (18') abstehen.

2. Baustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäben (18; 18') Längen zwischen 2 mm und 50 mm und die an den Schäben (18') angeschlossenen Bastfasern (19') Längen zwischen 2 mm und 100 mm aufweisen.

3. Baustoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bastfasern (19) Längen zwischen 2 mm und 80 mm aufweisen.

4. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein lockeres Gefüge von Schäben (18; 18') und Bastfasern (19; 19') an ihren Berüh rungspunkten durch das Bindemittel fixiert ist.

5. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäben (18) und die Bastfa sern (19) und/oder die Schäben (18') mit den ange schlossenen Bastfasern (19') in eine Matrix aus synthetischen oder biogenen Kunststoffen, minerali schen Materialien oder Schäumen eingebettet sind.

6. Baustoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäben (18) zwecks Erhö hung ihres Schlankheits- und Homogenitätsgrads in Faserrichtung zerlegt sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Baustoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1. Die Schäben (18) und Bastfasern (19) und die Schäben (18') mit den angeschlossenen Bastfasern (19') werden nach Auflockerung und Dosierung einer Auftragsvorrichtung (10) für Flüssigadditive und/oder einem Streusystem (11) für Festadditive zugeführt und anschließend abgestreut;
2. das mit Additiven versetzte und in loser Schicht vorliegende Material wird über eine Abstreif- und Mischstachelwalze (12) abgekämmt, verwirbelt und homogenisiert;
3. die Schäben (18; 18') und die Bastfasern (19) werden durch Luftströmung (15) mechanisch ver filzt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. einem Kastenspeiser (2) ist ein oberer umlaufen der mechanischer Zuförderer (1) vorgeschaltet und ein umlaufendes Bodenband (3) mit Kratzergarnitur zur Vordosierung nachgeschaltet;
2. zur Fein- und Nachdosierung sind ein Steilförde rer (4) mit Kratzergarnitur und eine Rückstreif stachelwalze (5) angeordnet;
3. Anordnung einer aus zwei gegenläufig verlaufenden Walzen gebildeten Auflöse-Streukopf-Kombination (8);
4. Anordnung mindestens eines Mischförderers (9);
5. Anordnung eines Düsensystems (10) zum Einsprühen flüssiger Additive in das herabrieselnde Material und/oder zum Aufsprühen auf das auf dem Mischförderer (9) aufliegende Material;
6. Anordnung eines Streusystems (11) für Festaddi tive;
7. Anordnung von Vakuumkästen (16) zur Erzeugung einer Luftströmung in Richtung eines Siebbandes (14).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß dem Kastenspeiser (2) ein Schichthöhenbe grenzer (2.1) in Form eines Schiebers mit Kamm zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Steilförderer (4) eine Abstreif stachelwalze (6) und eine Reinigungswalze (7) zugeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischförderer (9) eine Abstreif- und Mischstachelwalze (12) nachge ordnet ist.