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WO2011029904A1 - System zur überführung von holzfasern in einen durch dosiervorrichtungen verarbeitbaren zustand, sowie aufbereitetes holzfasermaterial und extrudat daraus - Google Patents

System zur überführung von holzfasern in einen durch dosiervorrichtungen verarbeitbaren zustand, sowie aufbereitetes holzfasermaterial und extrudat daraus Download PDF

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Publication number
WO2011029904A1
WO2011029904A1 PCT/EP2010/063315 EP2010063315W WO2011029904A1 WO 2011029904 A1 WO2011029904 A1 WO 2011029904A1 EP 2010063315 W EP2010063315 W EP 2010063315W WO 2011029904 A1 WO2011029904 A1 WO 2011029904A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wood
fiber material
fiber
metering
wood fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/063315
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Theurl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THEURL LEIMHOLZBAU GmbH
Original Assignee
THEURL LEIMHOLZBAU GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by THEURL LEIMHOLZBAU GmbH filed Critical THEURL LEIMHOLZBAU GmbH
Publication of WO2011029904A1 publication Critical patent/WO2011029904A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
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    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles

Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of wood fibers.
  • the invention also relates to a wood fiber material.
  • the invention further relates to an extrudate.
  • the invention also relates to a fiber composite product.
  • the invention relates to an arrangement for
  • Fiber structure is to be largely preserved and no strong
  • Shortening of the fiber material is associated with it.
  • the most commonly used wood chip product for WPC is usually in the size range of about 300 - 500 pm (max.
  • the bulk densities for this material are typically between 0.19 to 0.22 g / cm 3 , while coarser chips may also have bulk densities at or below 0.10 g / cm 3 .
  • the ratio of length to width (aspect ratio or slenderness ratio) for wood shavings is mainly between 1 and 4 (maximum about 6), so these are more of cubic shape.
  • wood fibers have a slenderness ratio on average between 20: 1 and 80: 1, but up to 100: 1 can be achieved.
  • Wood fibers are therefore of significantly elongated shape - for example, wood fiber bundles
  • Embodiments clearly show that in particular the inventions refer to cut long fibers of flax, hemp, kenaf, jute, ramie or sisal, etc., while wood fibers are not mentioned.
  • publication WO 2007/137378 A2 discloses a process for the production of a thermoplastic compound from natural fibers and polyamides, which presupposes that the fiber material is previously shortened to processable lengths of 0.1 to 15 mm in a "cutting knive mill” and only then then, after further chemical treatment and drying, fed to an extrusion.
  • flax fibers are used for the production of the thermoplastic composite by extrusion, which must be shortened beforehand "on a standard scutching mill / grinding mill”.
  • fiber cell refers to the anatomical single cell in the original cell structure.
  • wood cells in the cell wall contain not only polysaccharides, such as cellulose and hemicelluloses, but also lignin, which is completely different from lignin, the actual "lignin or wood pulp,” in a much higher proportion than in the others
  • elongated fiber cells of the softwoods are very similar and have a length of typically less than 5 mm.
  • the remaining fibrous plants are those that only increase in peak growth, while an apparent increase in shoot thickness occurs merely by stretching the existing cells without cell proliferation ("primary growth of thickness"), which also has their short lifespan of only 1 or a few years justified.
  • primary growth of thickness usually only the more durable fiber cells are lignified. These are arranged to very long fiber bundles from some hundreds of individual cells and can be easily separated from the rest, not fibrous cell structure.
  • the fiber bundles are present in the bast, ie the soft part of the bark, and thus in a peripheral position around the shoot ("bast fibers"), while those of sisal are embedded in tissue of thin-walled, mostly parenchymatous Cells are arranged in the leaf (“leaf fibers").
  • Thick growth can be isolated almost completely in its natural length because of the lighter solution from the plant these long fiber bundles.
  • These natural fibers are thus, depending on the species, traded with average lengths of about 30 - 60 cm and can easily bundled into rovings, turned into threads or ropes or on to Woven or nonwovens interwoven and, if desired, cut open again, so be divided into shorter sections.
  • thermo-mechanical refining technology is used, it is first crushed, the wood parts then boiled under steam and pressure and finally fed to a disc refiner, a grinding tool, where the cell structure - unlike the resolution of the other fiber plants - resolved down to the anatomical single fiber without destroying this even to a greater extent.
  • a certain amount of fiber bundles still exist here, which naturally have larger dimensions, albeit far below those described above.
  • the thus obtained wood pulp also called TMP (Thermo-mechanical Pulp) or Refinermaschinen, therefore, may have a wide range of 1/10 mm to 35 mm or more in terms of the lengths of its fiber components, but the average in the range slightly below the natural Length of the single fiber comes to rest, so for example between 2 mm and 4 mm.
  • TMP Thermo-mechanical Pulp
  • a similarly wide spreading normal distribution applies to their diameter. All industrial fibers isolated from the trunk wood of trees thus remain in their length well behind the fiber bundles isolated from the other fiber plants.
  • Dosage devices describes, for example, in extrusion plants, on the one hand wood fibers, such as refiner fibers from thermo-mechanical decomposition, not mentioned and thus not taken into account their peculiarities compared to other natural fibers, on the other hand taken for the cited natural fibers no statements on the type of fiber pretreatment, such in the publications CA 2565260 AI or CA 2584888 (AI). However, as stated above, at least in the case of wood fibers, this is necessary.
  • Fiber plants without secondary growth in thickness Since the latter, as stated above, come from elongated fiber bundles with lengths of up to 30 or 60 cm, it is almost necessary to shorten the long strands before they are fed to dispensers or similar devices for controlled material delivery, as otherwise with help could not be further processed by stripper, doffer, dowel or dosing rollers.
  • dispensers or similar devices for controlled material delivery as otherwise with help could not be further processed by stripper, doffer, dowel or dosing rollers.
  • By cutting in particular by the short cutting, but here material can be obtained with relatively straight fiber sections, whereby a controlled discharge through the discharge of Dosier organizationsern or even an automatic trickling and a pneumatic discharge is possible. This is achieved either by suitable cutting machines or, for example, by bale milling, which remove layerwise fiber material from pressed bales.
  • the patent application AT 504709 AI is not a method in the context of the present application, since the device made known therein for the addition of components to any present in the receptacle wood fibers already used for mixing itself.
  • the device made known therein for the addition of components to any present in the receptacle wood fibers already used for mixing itself remains unclear in which shape the wood fibers are filled, since it can not be reconstructed how the wood fibers in the receptacle in a "lumpy or
  • thermoplastic compound can be charged. From the
  • Refiner fibers from thermo-mechanical disintegration not possible, a pretreatment customary for flax or similar long fibers by milling or cutting to approximate flowability
  • Cutting mill can be approximately transferred into individual fibers and then sucked off. This may, as described above, for short-cut fibers from plants without secondary growth in thickness, such as flax or hemp apply, but would result in wood fibers directly to a reduction to well below the already low mean fiber length of 2 -4 mm. Consequently, it is not surprising that in the exemplary embodiments described below on the one hand experiments with the already mentioned flax fibers, here with 6-8 mm length, on the other hand with synthetic fibers made of PET are mentioned. Overall, the two-stage preparation process with shredder and subsequent hammer or granulator appears complex, uneconomical and is not technically suitable for wood fibers. Furthermore, wood fibers can not be used as loose fibers in the embodiment described
  • Fiber material in particular for short cut fibers from plants without secondary growth in thickness, and therefore can not be compared with the conventional devices in advance of extrusion plants. This means that in addition to extensive and complex process of disintegration of the fiber material also own devices for metering are to be used, whereby the profitability compared to WPC compound from wood flour falls further.
  • DE 1089540 A discloses a process for obtaining a mat of crosslinked lignocellulosic fibers for the production of
  • a fiber separator consists of vibrating screens, a wind sweeper and a spin dryer.
  • the fibers obtained are fed to a housing in which symmetrically arranged openings are formed at the bottom.
  • the diameter of the openings is chosen so that individual threads are pressed against the ground due to generated compressed air to pass through these openings.
  • Below the openings is a sieve belt, on which the fibers form a fleece.
  • DE 19616892 A1 discloses a process for producing a precursor suitable for the production of wood-based panels.
  • the precursor consists of compacts.
  • the compacts are formed by shortening long fiber raw materials in a Koller extruder by shearing stress on and in extrusion channels.
  • a starting material is conveyed by a grinding belt and crushed on the grinding belt by so-called rumbling.
  • the grinding path has a sieve at the bottom, which forms the pressing channels. It is processed here wood fibers, which come from oil palms or C4 plants.
  • wood fibers such as refiner fibers of thermo-mechanical Aufschsch., on the one hand not mentioned and whose peculiarities compared to other natural fibers were not considered,
  • the object of the present invention is therefore to provide a system for the treatment of wood fibers, so that they are converted into a processable by metering device state, the typical fiber structure is largely retained.
  • Fiber composite product and by an arrangement for the treatment of wood fibers having the features according to the independent
  • a method of converting wood fibers into a condition processable by metering devices wherein in the process a coherent wood fiber feedstock is reduced by a moving tool portioning to smaller, discrete and predictable fiber size portions and properties while retaining substantially the fiber structure is divided.
  • wood fiber material prepared according to one is provided.
  • a fiber composite product is produced, produced from a wood fiber material with the features described above or from an extrudate with the features described above.
  • Dosing device processable state provided, wherein the arrangement comprises a feeding device for supplying a
  • Portioning device having a moving tool, which is arranged to divide the supplied contiguous starting material of wood fibers into smaller, discrete and predeterminable in size and properties fiber portions while largely maintaining the fiber structure.
  • Wood of the stem axes (branches, branches, twigs) of trees can be considered as "wood.”
  • Wood can be regarded in particular as a material that
  • a structure can be understood which has a ratio of length to width (aspect ratio or slenderness degree) of greater than 10, in particular greater than 20. Fibers, unlike chips, are therefore elongated structures. Wood fibers can be one
  • Wood fiber bundles can show dimensions of 20,000: 1,000 pm, while the anatomical wood fiber single cell has a ratio of approximately 5,000: 50 pm.
  • substantially retention of the fiber structure can be understood in particular that due to the inventive processing process in the portions of the wood fibers still have a fiber structure, in particular a ratio of length to width (aspect ratio or slenderness) of greater than 10,
  • At least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, of the wood fibers in the portions should have such aspect ratios.
  • at least 90% by weight of the wood fibers in the portions have an aspect ratio greater than 10 and at least 80
  • the typical fiber structure is retained essentially without shortening and is not ground.
  • thermoplastics in particular plastics can be considered, which deform with heat and maintain its shape on cooling.
  • thermoplastics are polypropylene or
  • Thermoplastics also called plastomers, are therefore
  • Plastics that can easily be deformed within a certain temperature range. This process is reversible, that is, it can be repeated by cooling and reheating.
  • thermosets also called duromers, especially plastics can be considered that can not be deformed after curing.
  • a “dosage” is understood to mean, in particular, a controlled supply and delivery which is uniform within controllable limits.
  • Shredders understood by hitting or rubbing.
  • metal rods can be used.
  • balls with regrind in a drum can be used.
  • Double-flow mills can also be used according to the invention.
  • a "hacker” may be understood to mean a mechanical crusher using a knife or a knife assembly, and a “disc hacker” may include a chipper blade disposed radially on a disc.
  • a "drum chipper” can have a chopping knife, like a planing head, on a cylindrical drum, and knife ring chippers can also be used.
  • a "granulator” can also be used and has a function like a hacker
  • a method for transferring wood fibers into a state processable with metering devices, whereby the typical fiber structure is largely retained prepared therefrom extrudate in the form of granulated compound, provided by profiles or injection molded parts.
  • a dosing device By dividing small, discrete, predeterminable in size and properties and thus metered fiber portions by means of a moving (for example, translational or rotationally moving) tool with perforated plate a dosing device can carry the thus prepared material in a reproducible form, the fiber structure is largely retained.
  • the bale can be present) in portions of specifiable properties (for example, in terms of size and / or shape), resulting in a dosable processing of the Portions (for example in an extruder) is important.
  • Wood fibers are due to their good availability, a preferred material, but which is not pourable and therefore conventionally difficult portionable.
  • a conventional metering device can be used, which can make their own development dispensable.
  • Fiber structure is to be largely preserved and no strong
  • Shortening of the fiber material is associated with it.
  • a method is thus provided which is suitable for converting wood fibers, for example refiner fibers from thermomechanical digestion, into a state processable by metering devices, characterized in that a compacted or otherwise contiguous starting material is separated by a portioning device into smaller, discrete, in size and properties are predetermined and thus metered fiber portions is divided and the typical fiber structure is largely retained.
  • Discharge device of a Dosiertrichters for example, a lfach- screw
  • the portioning process can be selected so that fiber portions of uniform shape and size arise.
  • the openings are chosen between 6 and 16 mm in 2-mm increments, so are always well above the typical average length of wood fibers from refining processes.
  • This perforated plate can in shape and position of the engagement region of an upstream, moving in repetitive steps tool such
  • the tool now decreases by the movement of an upcoming pressed bale material and brushes it over the perforated plate until it reaches its end
  • the tool can perform, for example, rotational movements, wherein the engagement region forms a circle. In this case, it is possible to form this from cutting blades or with such equip. It may also represent a roll body which is suitably equipped with spikes, pins or combs. The roller can thus z. B. combs, pins, corrugations, spines or the like on the surface. Wood fibers, especially refiner fibers from thermo-mechanical Aufsch Anlagenungsreaen be for economic transport in a compacted form in so-called
  • Pressed bales with about 250 - 300 kg / m 3 , and, for example, with typical dimensions in accordance with pallet dimensions of, for example, 0.7 x 1.1 x 1.2 m (L * W * H) traded.
  • a suitable conveying device in particular a conveyor belt, into a filler neck, which is mounted above or in front of the rotating tool.
  • the rotating knife tool such as those of a drum chipper or a granulator, not provided to reduce otherwise unprocessable long fibers, but the compacted or otherwise contiguous starting material of wood fibers should be divided only in metered fiber portions. A possible reduction is only necessary where overlong fiber bundles with lengths far above the described means must be separated in order to achieve the division into fiber portions.
  • the tool can also carry out translational movements to remove fiber pulp from the upcoming wood fiber material and to make it more suitable for forming, through the perforated plate
  • the resulting fiber portions should just be small enough to later a stable, continuous discharge from a metering device, including transfer to a subsequent
  • a suitable size band can be selected, for example, by hole openings between 6 and 16 mm.
  • Such a metering device can, for example, in the
  • Wood fiber material can be used with thermoplastic polymers and / or additives in an extrusion process (in others
  • Processing processes can also be a thermosetting material used).
  • the selected size is the
  • Portioning openings in the perforated plate are also crucial for a stable process and above all the homogeneity of the wood-fiber polymer melt to be achieved.
  • a thermoplastic composite material obtained in this way has several advantages over conventional WPC composites. Since the wood content is not in the form of cubic wood particles (wood flour or
  • Wood chips but is fibrous, the material has better mechanical properties in terms of strength and elastic moduli. Furthermore, the wood fibers are derived from industrial processes and can therefore be desired in terms of the desired for the extrusion
  • the volumetric discharge can now be kept sufficiently constant so that sufficient homogeneity is guaranteed in the subsequent processes.
  • gravimetric metering devices can also be used.
  • a balance or a dosimeter at the bottom of the metering device takes over a constant monitoring of the discharged mass per unit time .DELTA. ⁇ / ⁇ to minimize those fluctuations in the dosing, which by the typical properties of
  • the arrangement according to the invention has a metering device for metering a predeterminable amount of the portioned wood fiber material.
  • the portioned wood fiber material is fed to the dosing device after the portioning device.
  • the arrangement has a conveying device which is set up to guide and compact the metered and portioned wood fiber material after the metering device.
  • the conveyor may for example have a screw conveyor in single or double version. With conical design and corresponding screw geometry can additionally during the promotion of the metered and portioned
  • This wood fiber material further conveyed and simultaneously compacted in preparation for the subsequent process steps or
  • the metered portioned wood fiber material can be forwarded after the metering device in a transfer device and, for example, then the conveyor or other devices, such as For example, be fed to an extruder or a mixing device.
  • the metered portioned wood fiber material and / or a plastic and / or an additive can be supplied separately from one another to an extrusion process.
  • the wood fiber material mixed with the further component is exposed to a high pressure and a high temperature, so that after the extrusion process
  • Fiber composite material is available. From the fiber composite material differently shaped fiber composite products can be produced.
  • the arrangement has a first mixing device, which is connected directly or indirectly downstream in an exemplary embodiment of the dosing device.
  • the first mixing device may be arranged in exemplary embodiments such that therein
  • Arrangement further comprises a second mixing device, which is designed such that the plastic and the additive and optionally the metered and portioned wood fiber material to the
  • the second mixing device is arranged within the arrangement such that the
  • Component mixture from the second mixing device of the first mixing device or directly to the extruder can be fed.
  • This second mixing device may, for example, have a funnel with stirrer and a discharge device, including control of the discharge quantities.
  • the metered and portioned wood fibers and the other components can be supplied to the extruder in various ways.
  • homogenized component mixture from the portioned and metered wood fiber material and the metered plastics and / or optionally other additives are produced and the extruder be passed directly or indirectly. There depending on the physical
  • the first mixing device can be a
  • Component mixture consisting of plastic and optionally further additives from the second mixing device and on the other hand, the separately supplied and for example already (eg.
  • the first mixing device In the first mixing device all components are mixed in whole or in part and transferred in sufficiently compacted form to the extruder screws of the extruder.
  • the first mixing device is thus arranged such that the metered and portioned
  • Wood fiber material (which for example from the conveyor provided) with at least one further component,
  • a plastic for example, a thermoplastic or a thermosetting plastic
  • an additive such as a primer
  • plastic and / or additives are used in granular form, it may be due to the widely varying bulk densities of the lighter, portioned wood fiber material and the heavier plastic or additive (ratio, for example, about 1: 5 to 1: 30) and because of the different particle sizes for unwanted segregation during the mixing process itself come in the first mixing device.
  • the first mixing device has a stuffing funnel, wherein the stuffing funnel can be configured such that all components supplied
  • Plastics, additives and / or dosed and portioned wood fibers can be premixed and compacted.
  • the stuffing funnel may for example also have a twin screw, which is designed as a co-currently running and so the
  • He may further comprise a funnel-shaped container in which a stamp mixes the mixture and
  • the assembly further comprises the extruder for performing a
  • the extruder is in an exemplary
  • the extruder can be set up in such a way that it delivers the portioned and metered portion
  • Wood fiber material, the plastic and / or the additive is obtained separately, so that only in the extruder itself, a mixture of the portioned and metered wood fiber material is carried out with the other components.
  • Examples of a fiber composite product according to an embodiment of the invention are
  • Automobile linings for example profiles or injection-molded parts
  • aircraft linings for example, aircraft linings
  • furniture parts for example, chairlamps
  • the arrangement further comprises a first component metering device Dosing the plastic and / or a second
  • Component dosing device for dosing the additive or other plastics.
  • the first component metering device and / or the second component metering device can deliver the metered plastics or additives directly to the first mixing device, the second one
  • Fig. 1 shows an arrangement for carrying out a method for transferring wood fibers into a processable by metering state according to an exemplary
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a typical screening characteristic of untreated refiner wood fibers of the invention.
  • Figs. 3 and 4 show images of fiber portions as they are
  • Fig. Figure 5 shows a bale of untreated wood fibers which is portionable according to exemplary embodiments of the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a structure of the assembly between the metering device and the extruder according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a further construction of the arrangement between the metering device and the extruder according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a further construction of the arrangement between the metering device and the extruder according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 1 shows an arrangement 100 for fiber portioning
  • the assembly 100 is provided for transferring wood fibers to a state processable by the metering device 104.
  • the assembly 100 includes a conveyor belt as a feeder 106 for feeding pressed bales 108 as a continuous one
  • the wood pulp feedstock to the portioning apparatus 110 with the moving tool 102 is configured to supply the supplied continuous starting material 108 of wood fibers into smaller, discrete fiber portions 112 that are predictable in size and properties while maintaining the
  • the size is defined by perforated plate 114.
  • the metered quantity of fiber portions 112 provided at the outlet of the metering device 104 can then be supplied to a downstream, not shown, first mixing device 603 (see FIG. 6).
  • the fiber portions 112 may be mixed with plastic, for example. This mixture may then be fed to an extruder 605 (see FIG. 6) for producing a fiber composite product.
  • FIG. 2 shows an exemplary screen characteristic for the representation of the length distribution in the raw wood fiber material (refiner fibers from thermo-mechanical pulping).
  • FIG. 5 is a photograph showing the composition of untreated compacted bales.
  • FIG. 3 and FIG. 4 show photos with fiber material after portioning of the wood fiber raw material according to FIG. 5 in accordance with the method according to an exemplary embodiment of the invention (clearly recognizable the "ball structure").
  • wood fiber material which by a
  • Thermomechanical pulping process from softwoods with Main part of spruce, fir and pine is obtained, which further has a moisture content between 8 - 12% and according sieve analysis one
  • Length distribution between a few 1/10 mm to max. 30 mm, up to 66% but between 1 and 6 mm with an average length of approx. 3 mm and an aspect ratio between 20 - 80 and in compacted form as pressed bales with a density of approx. 280 kg / m 3 may be present in the filler neck of a device with a rotating tool, such as a granulator.
  • the wood fiber material can be replaced by exchangeable perforated plates with different sized openings in easily dosed fiber portions, which are mainly the maximum size of
  • Sieve opening have, but can also take any underlying size down to the individual fiber, be divided.
  • recycled wood fiber material having a bulk density of about 0.02 kg / dm 3 can thus be obtained, whereas for openings of 8 mm diameter, this may be about 0.04 kg / dm 3 .
  • the bulk density in turn has a direct effect on the dosing, as at constant speed of the
  • Discharge device discharge levels are approximately equal to each other as the bulk densities, the amounts increase with higher bulk densities.
  • the thus prepared wood fiber material can be passed into a gravimetric or volumetric metering device in advance of a 2-screw extruder and in a conventional W PC recipe with, for example, 60% wood fiber content, 37% PP granules (especially MFR at 8 g / 10 min ) and 3% additive (for example
  • Fig. 6 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention, wherein in Fig. 6, the devices are shown, which are located between the metering device 104 and an extruder 605. In the metering device 104 is in the
  • Portioning device 110 portioned wood fiber material dosed into desired doses.
  • the metering device 104 may have, for example, a gravimetric metering device, such as a weighing belt or a hopper with dosimeter, or a volumetric metering device. After the metering device 104 may be a gravimetric metering device, such as a weighing belt or a hopper with dosimeter, or a volumetric metering device. After the metering device 104 may be a gravimetric metering device, such as a weighing belt or a hopper with dosimeter, or a volumetric metering device. After the metering device 104 may be a gravimetric metering device, such as a weighing belt or a hopper with dosimeter, or a volumetric metering device. After the metering device 104 may be a gravimetric metering device, such as a weighing belt or a hopper with dosimeter, or
  • Transfer device 601 are arranged to transfer the metered and portioned wood fiber material portions to a conveyor 602. Subsequently, the individual metered and portioned wood fiber material portions are conveyed by the conveyor 602 to a first mixing device 603.
  • Conveyor 602 may be, for example, a screw conveyor or a conveyor belt. In the conveyor 602, for example, by means of a conical screw conveyor simultaneously a compaction or compaction of the wood fiber material can be performed.
  • the first mixing device 603 another component such as a plastic and / or an additive (e.g., adhesive) is mixed with the wood fiber material.
  • the first mixing device 603 may, for example, have a stuffing funnel, so that likewise a compaction and a premixing between the wood fiber material and the further component take place.
  • the further component can consist of a multiplicity of different plastics and additives.
  • Mixer 604 is a homogeneous mixture of all components of the other component, such as a homogeneous mixing of plastics and additives made. Furthermore, in a first metering device 606, a first component of the further component, such as plastic, dosed and the second mixing device
  • a further constituent of the further component is metered (for example a further plastic, an additive and / or an adhesive) and fed to the second mixing device 604. Furthermore, it is conceivable that further components are supplied to the same mixing device 604 by means of further metering devices.
  • a mixture of wood fiber material and the further component is provided to the extruder 605.
  • the extruder 605 is a
  • Fiber composite material can be produced.
  • Fig. 7 shows an alternative construction of the arrangement with respect to FIG. 6.
  • the first component of the further component such as plastic
  • the second component metering device 607 the further component of the further component is metered (for example
  • the metered components are also fed directly to the extruder 605 separately.
  • the first mixing device 603 is connected upstream of the extruder 605, wherein the first
  • Mixer 603 itself the wood fiber material that dosed
  • Component from the first Komponentendosiervortechnisch 606 and the metered component from the second Komponentendosiervortechnisch 607 are fed directly and separately from each other.
  • FIG. 8 shows a representation of the arrangement according to the invention, in which all components are initially gravimetric or volumetric dosed and then the second mixing device 604 are supplied.
  • the portioned wood fiber material first passes through the
  • Component dispenser 607. The second
  • Mixer 604 provided component mixture can then be passed to the extrusion in the extruder 605.
  • the component mixture from the second mixing device 604 is first supplied to the first mixing device 603, is further mixed by this and in
  • Extruder 605 is passed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überführung von Holzfasern in einen mit Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand. Weiters betrifft die Erfindung ein mit diesem Verfahren aufbereitetes Holzfasermaterial sowie ein daraus hergestelltes Extrudat in Form von granuliertem Compound, von Profilen oder von Spritzgussteilen. Holzfasern aus industriellen Aufschlussprozessen können nicht ohne vorangehende starke Verkürzung der im Vergleich zu anderen Naturfasern ohnehin schon kurzen Faserlängen dosiert werden. Durch die Aufteilung kleine, diskrete, in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare und somit dosierbare Faserportionen mittels eines bewegten Werkzeuges samt Lochplatte kann eine Dosiervorrichtung das so aufbereitete Material in reproduzierbarer Form austragen, wobei die Faserstruktur weitgehend erhalten bleibt.

Description

System zur Überführung von Holzfasern in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand, sowie aufbereitetes
Holzfasermaterial und Extrudat daraus
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der
österreichischen Patentanmeldung A 1445/2009, eingereicht am 11. September 2009, deren Offenbarung hiermit mittels Bezugnahme in die Offenbarung dieser Patentanmeldung miteinbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Holzfasern. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Holzfasermaterial.
Die Erfindung betrifft ferner ein Extrudat.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Faserverbundprodukt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anordnung zur
Behandlung von Holzfasern.
Hintergrund der Erfindung
Obwohl sich der Stand der Technik schon mit der Dosierung und der eventuell vorangehenden Vorbehandlung von faserförmigen Materialen oder Naturfasern im allgemeinen befassen, so bietet keines der darin genannten Verfahren oder deren Vorrichtungen eine geeignete
Möglichkeit zur Überführung von Holzfasern in einen mit
Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand, wobei die typische
Faserstruktur weitgehend erhalten bleiben soll und keine starke
Verkürzung des Fasermaterials damit einhergeht.
Zumeist wird der Begriff "Holzfasern" - vor allem Zusammenhang mit thermoplastischen Kompositen - zu Unrecht verwendet, da in Wahrheit gemahlene Holzspäne zum Einsatz kommen. So wird
beispielsweise in der Veröffentlichung WO 2006/060714 AI mehrfach auf "cellulosic material ... selected from ... wood fibers" Bezug genommen, allerdings kann aus den Ausführungsbeispielen ersehen werden, dass "wood flour", also vermahlene Holzspäne ("Holzmehl") mit den typischen Korngrößen, dokumentiert an den Maschenweiten "40 / 60 mesh", verarbeitet wird .
Es ist nämlich bei der Verarbeitung von Holzspänen für
Kompositwerkstoffe, beispielsweise für Wood Polymer Composites (WPC) im Extrusionsverfahren, für eine anzustrebende Prozessstabilität und Kompositqualität notwendig, dass die Späne recht einheitliche
Korngrößen aufweisen. So liegt das gebräuchlichste Holzspanprodukt für WPC meist in einem Größenbereich von ca. 300 - 500 pm (max. ca. 1000 pm). Die Schüttdichten für dieses Material liegen in der Regel zwischen 0,19 bis 0,22 g/cm3, während gröbere Späne auch Schüttdichten bei oder unterhalb von 0,10 g/cm3 aufweisen können. Das typische
Verhältnis von Länge zur Breite (aspect ratio bzw. Schlankheitsgrad) liegt bei Holzspänen hauptsächlich zwischen 1 und 4 (max. bei ca. 6), diese sind also eher von kubischer Form. Demgegenüber weisen Holzfasern einen Schlankheitsgrad im Mittel zwischen 20 : 1 und 80 : 1 auf, wobei aber bis zu 100 : 1 erreicht werden kann. Holzfasern sind also von deutlich langgestreckter Form - beispielsweise können Holzfaserbündel
Abmessungen von 20.000 : 1.000 pm zeigen, während die anatomische Holzfasereinzelzelle etwa ein Verhältnis von ca. 5.000 : 50 pm aufweist. Daneben darf auch das manchmal aufscheinende Holzfaserpulver verarbeitungstechnisch keinesfalls mit Holz- bzw. Refinerfasern
verglichen werden.
Weiters wird in dem bisher dokumentierten Stand der Technik zwar mehrfach auf Methoden und Vorrichtungen zur kontrollierten Abgabe von Naturfasermaterial eingegangen, jedoch geht aus den Ansprüchen selbst oder den Beschreibungen zur Aufgabenlösung sowie evt.
Ausführungsbeispielen deutlich hervor, dass im speziellen die Erfindungen auf geschnittene Langfasern von Flachs, Hanf, Kenaf, Jute, Ramie oder Sisal usw. Bezug nehmen, während Holzfasern nicht erwähnt werden. So macht die Veröffentlichung WO 2007/137378 A2 ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Compounds aus Naturfasern und Polyamiden bekannt, welches voraussetzt, dass das Fasermaterial zuvor in einer "cutting knive mill" auf verarbeitbare Längen von 0,1 bis 15 mm gekürzt wird und erst dann, nach weiterer chemischer Behandlung und Trocknung, einer Extrusion zugeführt. In der Anmeldung CA 2473319 (AI) wiederum werden zur Herstellung des thermoplastischen Komposits durch Extrusion Flachsfasern verwendet, welche zuvor "on a Standard scutching mill / grinding mill" gekürzt werden müssen.
Da die angeführten Fasern von Caraua und Flachs, sowie jene aller übrigen aus Nicht-Holz-Pflanzen, in ihrer Gestalt und ihren Eigenschaften markante Unterschiede zu den Holzfasern selbst aufweisen, soll im
Weiteren kurz auf die chemischen, biologischen und
produktionstechnischen Ursachen hierfür und deren Konsequenzen für die weitere Verarbeitung eingegangen werden. Während nachfolgend Begriffe wie Faser, Naturfaser, Holzfaser oder Refinerfaser das industriell gewonnene Fasermaterial benennen, nimmt die Bezeichnung Faserzelle auf die anatomische Einzelzelle im ursprünglichen Zellverband Bezug.
In erster Hinsicht ist bei Holzzellen in der Zellwand neben den Polysacchariden wie Zellulose und den Hemizellulosen auch das davon völlig verschiedene Lignin, der eigentliche„Verholzungs- oder Holzstoff", in einem sehr viel höherem Anteil vorhanden als bei den übrigen
Faserpflanzen. Lignin ist amorph und übernimmt entscheidenden Anteil an Druckfestigkeiten, allerdings sind die isolierten Holzfasern dadurch auch spröder. Weiters werden die Faserzellen im Stammholz von einem über Jahrzehnte bis Jahrhunderte hinweg aktiven Mantel-Kambium aus durch Zellteilung in stetig gleicher Ausgestaltung gebildet ("sekundäres
Dickenwachstum"). Diese sind damit fest in einen umfangreichen
Verband aus gleichwertigen Zellen eingebunden, wobei sich die
langgestreckten Faserzellen der Nadelhölzern sehr ähneln und eine Länge von typischerweise unter 5 mm aufweisen. Im Gegensatz dazu sind die restlichen Faserpflanzen solche, die sich nur durch ein Spitzenwachstum vergrößern, während eine scheinbare Zunahme der Sprossdicke lediglich durch Streckung der vorhandenen Zellen ohne Zellvermehrung erfolgt ("primäres Dickenwachstum"), worin auch ihre kurze Lebensdauer von nur 1 oder wenigen Jahren begründet liegt. In solchen Pflanzen sind meist nur die dauerhafteren Faserzellen lignifiziert. Diese sind zu sehr langen Faserbündeln aus zum Teil hunderten Einzelzellen angeordnet und können leicht vom übrigen, nicht faserigen Zellverband getrennt werden. Bei Flachs, Hanf, Kenaf, Jute und Ramie beispielsweise kommen die Faserbündel im Bast, also dem weichen Teil der Rinde, und somit in Randlage um den Sproß ("Bastfasern") vor, während jene von Sisal eingebettet in Gewebe aus dünnwandigen, zumeist parenchymatischen Zellen im Blatt angeordnet sind ("Blattfasern").
Zuletzt besteht aufgrund der dargelegten Anatomie ein wesentlicher Unterschied zwischen der Holzfaser und den übrigen Naturfasern bedeutenderweise in den Verfahren zur Aufschließung aus dem
Zellverband und in den Ausformungen der Faserprodukte selbst. Mit den Aufschließungsverfahren für Faserpflanzen ohne sekundärem
Dickenwachstum können wegen der leichteren Lösung aus der Pflanze diese langen Faserbündel fast vollständig in Ihrer natürlichen Länge isoliert werden. Diese Naturfasern werden somit, abhängig von der Spezies, mit mittleren Längen von ca. 30 - 60 cm gehandelt und können leicht zu Rovings gebündelt, zu Fäden oder Seilen gedreht oder weiter zu Geweben bzw. Vliesen verwoben und, falls erwünscht, auch wieder aufgeschnitten, also in kürzere Abschnitte aufgeteilt werden.
Die Aufschließung von Stammholz hingegen benötigt andere
Verfahren, die in verschiedener Weise mechanische (Aufmahlen), thermische (Druck-Wärme) und chemische Aufschließungsschritte umfassen. Im Rahmen der heute industriell fast ausschließlich
verwendeten thermo-mechanischen Refinertechnologie wird es zuerst zerkleinert, die Holzteile anschließend unter Zuführung von Dampf und unter Druck aufgekocht und schließlich einem Scheibenrefiner, ein Mahlwerkzeug, zugeführt werden, wo der Zellverband - im Gegensatz zur Aufschließung der übrigen Faserpflanzen - bis hinunter zur anatomischen Einzelfaser aufgelöst wird ohne diese selbst im größeren Ausmaß zu zerstören. Daneben bleibt aber auch hier noch ein gewisser Anteil an Faserbündel bestehen, die natürlich größere Abmessungen besitzen, wenn auch weit unter den zuvor beschriebenen.
Der so gewonnene Holzfaserstoff, auch TMP(Thermo-mechanical Pulp) oder Refinerfasern genannt, kann daher bezüglich der Längen seiner Faserbestandteile einen weiten Bereich von 1/10 mm bis zu 35 mm oder mehr aufweisen, wobei allerdings der Mittelwert im Bereich etwas unterhalb der natürlichen Länge der Einzelfaser zu liegen kommt, so etwa beispielsweise zwischen 2 mm und 4 mm. Eine ähnlich weit ausladende Normalverteilung gilt für deren Durchmesser. Alle industriell aus dem Stammholz von Bäumen isolierten Holzfasern bleiben somit in Ihrer Länge deutlich hinter den aus den übrigen Faserpflanzen isolierten Faserbündeln zurück.
Ein entscheidender Vorteil der Holzfaser ist deren weltweite
Versorgungssicherheit. So betrug laut FAO 2005 die weltweite Produktion von Holzfasern alleine für Zellstoff und Faserplatten ca. 440 Mio Tonnen, während sich die produzierten Mengen von Hanf, Flach, Jute, Kenaf und Sisal zusammen nur auf ca. 5 Mio Tonnen summierten. Zudem stehen Holzfasern ohne die für saisonal angebaute Faserpflanzen typischen Schwankungen im Ernteerfolg zur Verfügung.
Nun werden in der Schutzrechtsliteratur, welche die Verarbeitung und Vorbehandlung von Naturfasern für nachfolgende
Dosiervorrichtungen beschreibt, beispielsweise in Extrusionsanlagen, einerseits Holzfasern, beispielsweise Refinerfasern aus thermo- mechanischer Aufschließung, nicht erwähnt und deren Besonderheiten im Vergleich zu anderen Naturfasern somit nicht berücksichtigt, andererseits aber auch für die zitierten Naturfasern gar keine Aussagen zur Art der Faservorbehandlung getroffen, so etwa in den Veröffentlichungen CA 2565260 AI oder CA 2584888 (AI). Dies ist aber, wie oben dargelegt zumindest im Fall von Holzfasern, notwendig.
Denn die typischen Eigenschaften von selbst kurzen Holzfasern, sich zu krümmen, zu verhaken, zu Knäuel zusammenzuschließen usw.
unterscheidet diese wesentlich von geschnittenen Fasern aus
Faserpflanzen ohne sekundärem Dickenwachstum. Da letztere, wie oben ausgeführt, aus gestreckten Faserbündel mit Längen von bis zu 30 oder 60 cm stammen, ist es vor deren Zuführung zu Dosierapparaten oder ähnlichen Vorrichtungen zur kontrollierten Materialabgabe geradezu notwendig, die langen Stränge zu kürzen, da diese sich sonst auch mit Hilfe von Abstreif-, Abkämm-, Stift- oder Dosierwalzen nicht weiter verarbeitet werden könnten. Durch das Schneiden, insbesondere auch durch das Kurzschneiden, kann hier aber Material mit relativ geraden Faserabschnitten gewonnen werden, wodurch ein kontrolliertes Abführen durch die Austragungsvorrichtung von Dosierbehältern oder sogar ein selbsttätiges Abrieseln sowie ein pneumatisches Abführen ermöglicht wird. Dies wird entweder durch geeignete Schnittmaschinen oder beispielsweise auch durch Ballenfräsen, welche lagenweise Fasermaterial von Pressballen abnehmen, erreicht. In diesem Zusammenhang bildet die Patentanmeldung AT 504709 AI kein Verfahren im Sinne der vorliegenden Anmeldung, da die darin bekannt gemachte Vorrichtung zur Zugabe von Komponenten an eventuell im Aufnahmebehälter vorliegende Holzfasern bereits selbst der Vermischung dient. Auch hier bleibt aber unklar, in welcher Gestalt die Holzfasern eingefüllt werden, da nicht nachvollzogen werden kann, wie die Holzfasern im Aufnahmebehälter in eine "stückige oder
teilchenförmige" Form übergehen bzw. als solche dort vorliegen sollen.
In der Patentschrift DE 10121034 B4 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der unter anderem Fasermaterial mit mäßiger bis schlechter Rieselfähigkeit dergestalt in einen Massenstrom überführt werden soll, dass damit ein Extruder zur Herstellung von
thermoplastischem Compound beschickt werden kann. Aus dem
beschreibenden Teil samt angeführten Beispiel geht hervor, dass der Betrieb mit bereits gekürzten Fasern bzw. Kurzschnittfasern aus Pflanzen ohne sekundärem Dickenwachstum - in diesem Fall Flachs mit Längen zw. 1 - 15 mm (mittlere Faserlänge 6 mm) - gestaltet wurde. Ähnliche typische Längenangaben für diese Fasersorten finden sich in weiteren Veröffentlichungen.
Tatsächlich ist es aber im Fall von Holzfasern, beispielsweise
Refinerfasern aus thermo-mechanischer Aufschließung, nicht möglich, eine für Flachs oder ähnliche Langfasern übliche Vorbehandlung durch Fräsen oder Schneiden bis zur annähernden Rieselfähigkeit
durchzuführen, ohne dass dadurch nicht auch eine äußerst starke
Verkürzung des im Vergleich zu den restlichen Naturfasern ohnehin schon kürzeren Holzfasermaterials einhergeht, die faktisch einer Vermahlung und Auftrennung bis zur Einzelfaser gleichkommt, womit die mittlere Faserlänge von beispielsweise 2 - 4 mm weiter stark reduziert werden würde. Mit durchaus schon seit längerer Zeit bekannten Methoden zur Aufschließung von Fasermaterial im Zusammenhang mit nachfolgender Dosierung zur Herstellung von thermoplastischem Compound beschäftigt sich die Patentschrift DE 102 14 654 B4. Allerdings werden auch hier im Zuge der beschriebenen Öffnung und Auflösung von Faserballen mit Ballenfräse oder mit Shredder samt nachfolgender Hammer- oder
Schneidmühle keine Aussagen über die Art der erreichten Umformung, die damit einhergehenden Veränderungen in der Faserstruktur und insgesamt über den Zustand des Fasermaterials nach der Aufbereitung getroffen. Aufgrund der Begriffe "vorzerkleinert" und "aufgelöst" kann jedoch erkannt werden, dass dieses Verfahren für solches Fasermaterial vorgesehen ist, welches nach Durchlauf durch die Hammer- oder
Schneidmühle annähernd in Einzelfasern überführt und sodann abgesaugt werden kann. Dies mag, wie zuvor beschrieben, für kurzgeschnittene Fasern aus Pflanzen ohne sekundärem Dickenwachstum, beispielsweise Flachs oder Hanf, gelten, würde aber bei Holzfasern direkt zu einer Kürzung bis weit unter die ohnehin schon geringe mittlere Faserlänge von 2 -4 mm führen. Folglich verwundert es nicht, dass in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen einerseits Versuche mit den schon mehrfach erwähnten Flachsfasern, hier mit 6 - 8 mm Länge, andererseits aber mit Synthesefasern aus PET angeführt werden. Insgesamt erscheint der 2stufige Aufbereitungsprozess mit Shredder und nachfolgender Hammer- oder Schneidmühle aufwändig, unwirtschaftlich und ist auch in technischer Hinsicht für Holzfasern nicht geeignet. Holzfasern können weiters nicht in der beschriebenen Ausgestaltung als lose Fasern zur
Verfügung stehen, wohl aber Schnitt- oder Kurzschnittfasern aus Pflanzen ohne sekundärem Dickenwachstum. Zuletzt muss darauf hingewiesen werden, dass die unter dem Punkt Faserdosierung als geeignet zitierten gravimetrischen Dosiervorrichtungen spezielle Bauarten für
Fasermaterial, insbesondere für Kurzschnittfasern aus Pflanzen ohne sekundärem Dickenwachstum, darstellen und daher nicht mit den herkömmlichen Vorrichtungen im Vorfeld von Extrusionsanlagen gleichgestellt werden können. Dies bedeutet, dass neben umfangreichen und aufwändigen Aufschließungsverfahren für das Fasermaterial auch eigene Vorrichtungen zur Dosierung heranzuziehen sind, womit die Wirtschaftlichkeit gegenüber WPC-Compound aus Holzmehl weiter zurückfällt.
DE 1089540 A offenbart ein Verfahren zur Gewinnung einer Matte aus vernetzten Lignozellulosefasern für die Herstellung von
Holzfaserplatten. Eine Fasertrennvorrichtung besteht aus vibrierenden Gittern, einer Windfege und einer Trockenschleuder. Die gewonnenen Fasern werden einem Gehäuse zugeführt, in welchem am Boden symmetrisch angeordnete Öffnungen gebildet sind . Der Durchmesser der Öffnungen ist so gewählt, dass individuellen Fäden aufgrund einer erzeugten Druckluft gegen den Boden gedrückt werden, um durch diese Öffnungen hindurchzutreten. Unterhalb der Öffnungen befindet sich ein Siebband, auf welchem die Fasern ein Vlies bilden.
DE 19616892 AI offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines für die Herstellung von Holzwerkstoffplatten geeigneten Vorprodukts. Das Vorprodukt besteht aus Presslingen . Die Presslinge entstehen dadurch, dass Langfaser-Rohstoffe in einer Koller-Strangpressvorrichtung durch Scherbeanspruchung an und in Strangpresskanälen gekürzt werden. Ein Ausgangsmaterial wird von einem Mahlband befördert und auf dem Mahlband durch sogenannte Kollern zerquetscht. Die Mahlbahn weist ein Sieb am Boden auf, welches die Presskanäle bildet. Es werden hierbei Holzfasern verarbeitet, welche aus Ölpalmen oder C4-Pflanzen stammen.
Aus dem bisher dokumentierten Stand der Technik zu Verfahren oder Vorrichtungen, welche eine kontinuierliche Dosierung von
Naturfasern beschreiben, ist zusammenfassend unmittelbar ersichtlich, dass Holzfasern, beispielsweise Refinerfasern aus thermo-mechanischer Aufschließung, einerseits nicht erwähnt und deren Besonderheiten im Vergleich zu anderen Naturfasern nicht berücksichtigt wurden,
andererseits kann aus den zitierten Schriften aber auch abgeleitet werden, dass solche Holzfasern mit den beschriebenen Verfahren gar nicht verarbeitet werden können, ohne nicht auch deren Ausgestaltung und Faserstruktur stark zu verändern.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System zur Aufbereitung von Holzfasern bereitzustellen, sodass diese in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand überführt werden, wobei die typische Faserstruktur weitgehend erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Überführung von
Holzfasern in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand, durch ein Holzfasermaterial, durch ein Extrudat, durch ein
Faserverbundprodukt und durch eine Anordnung zur Behandlung von Holzfasern mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen
Patentansprüchen gelöst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zur Überführung von Holzfasern in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand geschaffen, wobei bei dem Verfahren ein zusammenhängendes Ausgangsmaterial aus Holzfasern durch eine Portioniervorrichtung mit einem bewegten Werkzeug in kleinere, diskrete und in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare Faserportionen unter weitgehender Beibehaltung der Faserstruktur aufgeteilt wird.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Holzfasermaterial bereitgestellt, hergestellt entsprechend einem
Verfahren mit den oben beschriebenen Merkmalen. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Extrudat bereitgestellt, hergestellt entsprechend einem Verfahren mit den oben beschriebenen Merkmalen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Faserverbundprodukt geschaffen, hergestellt aus einem Holzfasermaterial mit den oben beschriebenen Merkmalen oder aus einem Extrudat mit den oben beschriebenen Merkmalen.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Anordnung zur Überführung von Holzfasern in einen durch
Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand bereitgestellt, wobei die Anordnung eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines
zusammenhängenden Ausgangsmaterials aus Holzfasern und eine
Portioniervorrichtung mit einem bewegten Werkzeug aufweist, die eingerichtet ist, das zugeführte zusammenhängende Ausgangsmaterial aus Holzfasern in kleinere, diskrete und in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare Faserportionen unter weitgehender Beibehaltung der Faserstruktur aufzuteilen.
Als„Holz" kann insbesondere das feste oder harte Gewebe der Sprossachsen (Stamm, Äste, Zweige) von Bäumen angesehen werden. Holz kann insbesondere als Material angesehen werden, das
(insbesondere in signifikantem Umfang) Lignin in die Zellwand einlagert.
Unter einer„Faser" kann im Rahmen dieser Anmeldung
insbesondere eine Struktur verstanden werden, die ein Verhältnis von Länge zur Breite (aspect ratio bzw. Schlankheitsgrad) von größer als 10, insbesondere größer als 20, aufweist. Fasern sind im Unterschied zu Spänen daher langgestreckte Strukturen. Holzfasern können einen
Schlankheitsgrad von im Mittel zwischen 20 : 1 und 80 : 1 aufweisen, wobei bis zu 100 : 1 oder mehr erreicht werden kann. Holzfaserbündel können Abmessungen von 20.000 : 1.000 pm zeigen, während die anatomische Holzfasereinzelzelle etwa ein Verhältnis von ca. 5.000 : 50 pm aufweist. Unter einer„weitgehenden Beibehaltung der Faserstruktur" kann insbesondere verstanden werden, dass infolge des erfindungsgemäßen Verarbeitungsprozesses in den Portionen die Holzfasern immer noch eine Faserstruktur aufweisen, insbesondere ein Verhältnis von Länge zur Breite (aspect ratio bzw. Schlankheitsgrad) von größer als 10,
insbesondere größer als 20. Bei einer weitgehenden Beibehaltung sollten zumindest 80 Masseprozent, insbesondere zumindest 90 Masseprozent, der Holzfasern in den Portionen solche Aspektverhältnisse aufweisen. Vorzugsweise haben zumindest 90 Masseprozent der Holzfasern in den Portionen ein Aspektverhältnis von größer als 10 und zumindest 80
Masseprozent der Holzfasern in den Portionen ein Aspektverhältnis von größer als 20. Anders ausgedrückt wird durch das erfindungsgemäße Behandeln die typische Faserstruktur im Wesentlichen kürzungsfrei beibehalten und nicht vermählen.
Als„Thermoplaste" können insbesondere Kunststoffe angesehen werden, die sich bei Wärme verformen und beim Erkalten seine Form beibehalten. Beispiel für Thermoplaste sind Polypropylen oder
Polyethylen. Thermoplaste, auch Plastomere genannt, sind daher
Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich einfach verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung wiederholt werden.
Als„Duroplaste", auch Duromere genannt, können insbesondere Kunststoffe angesehen werden, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können.
Unter einer„Dosierung" wird insbesondere eine kontrollierte und innerhalb regelbarer Grenzen gleichmäßige Zu- oder Abgabe verstanden.
Als„Mühlen" werden insbesondere mechanische
Zerkleinerungsgeräte durch Schlagen oder Reiben verstanden. In einer Hammermühle können schlagende Metallstäbe eingesetzt werden. In einer Kugelmühle können Kugeln mit Mahlgut in einer Trommel eingesetzt werden. Auch Doppelstrommühlen können erfindungsgemäß eingesetzt werden.
Unter einem„Hacker" kann ein mechanisches Zerkleinerungsgerät unter Einsatz von einem Messer oder einer Messeranordnung verstanden werden. Ein„Scheibenhacker" kann ein Hackmesser aufweisen, das auf einer Scheibe radial angeordnet ist. Ein„Trommelhacker" kann ein Hackmesser, wie bei einem Hobelkopf, auf einer zylindrischen Trommel aufweisen. Messerringzerspaner können ebenfalls eingesetzt werden.
Eine„Schneidmühle" kann ebenfalls eingesetzt werden und hat eine Funktion wie ein Hacker. Das Gut wird hier zwischen einem
Rotormesser und einem fixem Gegenmesser zerkleinert.
Bei einer„Messermühle" werden nur rotierende Messer eingesetzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zur Überführung von Holzfasern in einen mit Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand geschaffen, wobei die typische Faserstruktur weitgehend erhalten bleibt. Weiters sind erfindungsgemäß ein mit diesem Verfahren aufbereitetes Holzfasermaterial sowie ein daraus hergestelltes Extrudat in Form von granuliertem Compound, von Profilen oder von Spritzgussteilen bereitgestellt.
Durch die Aufteilung kleine, diskrete, in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare und somit dosierbare Faserportionen mittels eines bewegten (zum Beispiel translatorisch oder rotatorisch bewegten) Werkzeuges samt Lochplatte kann eine Dosiervorrichtung das so aufbereitete Material in reproduzierbarer Form austragen, wobei die Faserstruktur weitgehend erhalten bleibt.
Erfindungsgemäß ist das lange bestehende technische Problem gelöst worden, speziell Fasern aus Holz (die zum Beispiel als
zusammenhängender Pressballen vorliegen können), in Portionen vorgebbarer Eigenschaften (zum Beispiel hinsichtlich Größe und/oder Form) zu zerlegen, was für eine dosierbare Weiterverarbeitung der Portionen (zum Beispiel in einem Extruder) wichtig ist. Holzfasern sind aufgrund ihrer guten Verfügbarkeit ein bevorzugtes Material, das aber nicht rieselfähig ist und daher herkömmlich schwierig portionierbar war. Durch ein bewegtes Messer kann der Ballen aufgeteilt werden und bei Erreichung einer vorgebbaren Portionsgröße, zum Beispiel mittels einer Lochplatte, einer nachgeschalteten Dosiervorrichtung zugeführt werden. Da die vorgeschaltete Apparatur bereits Portionen definierter
Eigenschaften als dosierbare Einheiten liefert, kann erfindungsgemäß auch eine herkömmliche Dosiervorrichtung eingesetzt werden, was eine eigene Entwicklung entbehrlich machen kann.
Obwohl sich der Stand der Technik schon mit der Dosierung und der eventuell vorangehenden Vorbehandlung von faserförmigen Materialen oder Naturfasern im allgemeinen befasst, so bietet keines der darin genannten Verfahren oder deren Vorrichtungen eine geeignete
Möglichkeit zur Überführung von Holzfasern in einen mit
Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand, wobei die typische
Faserstruktur weitgehend erhalten bleiben soll und keine starke
Verkürzung des Fasermaterials damit einhergeht.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren geschaffen, welches zur Überführung von Holzfasern, beispielsweise Refinerfasern aus thermo- mechanischer Aufschließung, in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand geeignet ist, gekennzeichnet dadurch, dass ein kompaktiertes oder sonstwie zusammenhängendes Ausgangsmaterial durch eine Portioniervorrichtung in kleinere, diskrete, in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare und somit dosierbare Faserportionen aufgeteilt wird und die typische Faserstruktur weitgehend erhalten bleibt.
Da es, wie oben dargestellt, im Fall von Holzfasern, beispielsweise Refinerfasern aus thermo-mechanischer Aufschließung, nicht möglich ist, eine für Flachs oder ähnliche Langfasern übliche Vorbehandlung durch Fräsen oder Schneiden bis zur annähernden Rieselfähigkeit durchzuführen, ohne dass dadurch nicht auch eine äußerst starke
Verkürzung des Holzfasermaterials einhergeht, die faktisch einer
Vermahlung und Auftrennung bis zur Einzelfaser gleichkommt, womit die mittlere Faserlänge von beispielsweise 2 - 4 mm weiter stark reduziert werden würde, wird hier vorgeschlagen, das kompaktiertes oder sonstwie zusammenhängende Ausgangsmaterial dergestalt in kleinere, diskrete Faserportionen aufgeteilt wird, sodass diese von der
Austragungsvorrichtung eines Dosiertrichters, beispielsweise einer lfach- Schnecke, ohne Probleme erfasst und ausgetragen werden können. Dabei kann der Portionierprozess so gewählt werden, dass Faserportionen von einheitlicher Form und Größe entstehen.
Zur Erreichung von reproduzierbarer Form und Größe ist die
Vorgabe eines festen Größenmaßes notwendig . Dies kann in geeigneter Art und Weise durch eine Lochplatte, welche konstant große
Lochstanzungen in einer Trägerplatte, beispielsweise einer Metallplatte, aufweist, erreicht werden. Durch den Austausch der Lochplatte ist das Verfahren hinsichtlich der Portionsgrößen änderbar. So können
beispielsweise die Öffnungen zwischen 6 und 16 mm in 2-mm-Stufen gewählt werden, liegen also stets weit über der typischen, mittleren Länge von Holzfasern aus Refinerprozessen. Diese Lochplatte kann in Form und Lage dem Eingriffsbereich eines vorgeschalteten, sich in wiederholenden Schritten bewegenden Werkzeuges dergestalt
angeschmiegt werden, sodass der Eingriffsbereich mit genügendem Abstand nach unten hin von der Lochplatte begrenzt wird . Das Werkzeug nimmt nun durch die Bewegung von einem anstehenden Pressballen Material ab und streift dieses so lange über die Lochplatte, bis sich
Portionen geformt haben, welche durch die Lochstanzungen fallen. Das Werkzeug kann beispielsweise Rotationsbewegungen ausführen, wobei der Eingriffsbereich einen Flugkreis abbildet. In diesem Fall ist es möglich, dieses aus Schneidmessern zu formen oder mit solchen zu bestücken. Es kann weiters einen Walzenkörper darstellen, welcher in geeigneter Weise mit Stacheln, Stiften oder Kämmen bestückt ist. Die Walze kann somit z. B. Kämme, Stifte, Riffeln, Stacheln oder Ähnliches an der Oberfläche aufweisen. Holzfasern, insbesondere Refinerfasern aus thermo-mechanischen Aufschließungsprozessen, werden für einen wirtschaftlichen Transport in verdichteter Form in sogenannten
Pressballen mit ca. 250 - 300 kg/m3, und zum Beispiel mit typischen Abmessungen in Abstimmung mit Palettenmaßen von zum Beispiel 0,7 x 1,1 x 1,2 m (L * B * H), gehandelt. Ein solcher Pressballen oder Teile davon können durch eine geeignete Fördervorrichtung, insbesondere einem Förderband, in einen Einfüllstutzen, welcher oberhalb oder vor dem rotierenden Werkzeug angebracht ist, gefüllt werden.
Im Gegensatz zur notwendigen Kürzung der Langfasern aus
Pflanzen ohne sekundärem Dickenwachstum ist allerdings im
vorliegenden Fall das rotierende Messerwerkzeug, beispielsweise jene eines Trommelhackers oder eine Schneidmühle, nicht zur Kürzung von ansonsten unverarbeitbaren Langfasern vorgesehen, vielmehr soll das kompaktierte oder sonstwie zusammenhängende Ausgangsmaterial aus Holzfasern nur in dosierbare Faserportionen aufgeteilt werden. Eine allfällige Kürzung ist nur dort notwendig, wo überlange Faserbündel mit Längen weit über dem beschriebenen Mittel getrennt werden müssen, um die Aufteilung in Faserportionen zu erreichen.
Das Werkzeug kann weiters Translationsbewegungen ausführen, um vom anstehenden Holzfasermaterial Faserbrocken abzunehmen und um diese bis zur Formung geeigneter, durch die Lochplatte
abtransportierbarer Faserportionen zu bearbeiten.
Die daraus hervorgehenden Faserportionen sollten gerade klein genug sein, um später einen stabilen, kontinuierlichen Austrag aus einer Dosiervorrichtung samt Übergabe in eine nachfolgende
Verarbeitungseinheit zu ermöglichen. Jedoch sollte die Portionierung nicht zu klein gewählt werden, um keine allzu starken Faserkürzungen als unerwünschten Nebeneffekt zu erhalten. In Versuchen hat sich gezeigt, dass ein geeignetes Größenband beispielsweise durch Lochöffnungen zwischen 6 und 16 mm gewählt werden kann.
Eine solche Dosiervorrichtung kann beispielsweise bei der
Vermischung des nach obigem Verfahren aufbereiteten
Holzfasermaterials mit thermoplastischen Polymeren und/oder Additiven in einem Extrusionsprozess verwendet werden (bei anderen
Verarbeitungsprozessen kann auch ein duroplastisches Material zum Einsatz kommen). In diesem Fall ist die gewählte Größe der
Portionieröffnungen in der Lochplatte auch für einen stabilen Prozess und vor allem die zu erzielende Homogenität der Holzfaser-Polymer-Schmelze entscheidend. Ein so gewonnener thermoplastischer Kompositwerkstoff hat gegenüber üblichen WPC-Kompositen mehrere Vorteile. Da der Holzanteil nicht in Form kubischer Holzpartikel (Holzmehl oder
Holzspäne) sondern faserförmig vorliegt, weist der Werkstoff bessere mechanische Werte bezüglich Festigkeit und der Elastizitätsmoduli auf. Weiters stammen die Holzfasern aus industriellen Prozessen und können daher im Hinblick auf den für die Extrusion gewünschten
Feuchtigkeitsgehalt bereits im Herstellprozess nach Kundenwunsch getrocknet werden. Demgegenüber müssen Holzspäne für die WPC- Produktion, welche meist als Abfallprodukt der Holzindustrie zur
Verfügung stehen, aufwändig gesichtet und nachgetrocknet werden. Insgesamt sind die Gestehungskosten für Holzspäne zur WPC-Produktion beträchtlich höher als jene von Holz-Refinerfasern.
Weiters bietet die hier beschriebene Aufteilung des
Holzfasermaterials in vorherbestimmbare Faserportionen aufgrund der Homogenität des Materials die Möglichkeit, das aufbereitete Material auf einfachen volumetrischen Dosiervorrichtungen zu dosieren, ohne die sonst bei dieser Dosierart im Zusammenhang mit Fasermaterial typischen Schwankungen im Massenstrom in Kauf nehmen zu müssen. Denn durch die Aufteilung des Holzfasermaterials in einheitliche Faserportionen kann nun der volumetrische Austrag genügend konstant gehalten zu werden, sodass noch hinreichende Homogenität in den nachfolgenden Prozessen gewährleistet werden.
Weiters können auch gravimetrische Dosiervorrichtungen eingesetzt werden. Dabei übernimmt eine Waage bzw. ein Dosimeter am Boden der Dosiervorrichtung eine ständige Überwachung der ausgetragenen Masse pro Zeiteinheit Δηη/Δί, um jene Schwankungen in der Dosierleistung gering zu halten, welche durch die typischen Eigenschaften von
uneinheitlichen Korn- oder Materialgrößen entstehen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anordnung eine Dosiervorrichtung zum Dosieren einer vorgebbaren Menge des portionierten Holzfasermaterials auf. Dabei wird das portionierte Holzfasermaterial nach der Portioniervorrichtung der Dosiervorrichtung zugeführt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Anordnung eine Fördereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, das dosierte und portionierte Holzfasermaterial nach der Dosiervorrichtung zu führen und zu kompaktieren . Die Fördereinrichtung kann beispielsweise einen Schneckenförderer in Einfach- oder Doppelausführung aufweisen. Bei konischer Ausführung und entsprechender Schneckengeometrie kann zusätzlich während der Förderung des dosierten und portionierten
Holzfasermaterials dieses weiterbefördert und gleichzeitig in Vorbereitung auf die nachfolgenden Verfahrensschritte kompaktiert bzw.
zusammengepresst werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das dosierte portionierte Holzfasermaterial nach der Dosiervorrichtung in einer Übergabeeinrichtung weiterbefördert werden und beispielsweise anschließend der Fördereinrichtung oder anderen Einrichtungen, wie beispielsweise einem Extruder oder einer Mischeinrichtung zugeführt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das dosierte portionierte Holzfasermaterial und/oder ein Kunststoff und/oder ein Additiv getrennt voneinander einem Extrusionsprozess zugeführt werden. Mittels des Extrusionsprozesses in dem Extruder wird
beispielsweise das mit der weiteren Komponente (Kunststoff, Additiv) vermischte Holzfasermaterial einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt, so dass nach dem Extrusionsprozess ein
Faserverbundwerkstoff bereitstellbar ist. Aus dem Faserverbundwerkstoff können verschieden geformte Faserverbundprodukte hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Anordnung eine erste Mischeinrichtung auf, welche in einer beispielhaften Ausführungsform der Dosierungsvorrichtung direkt oder indirekt nachgeschaltet ist. Die erste Mischeinrichtung kann in beispielhaften Ausführungsformen derart eingerichtet sein, dass darin
Komponentenmischungen oder Einzelkomponenten getrennt voneinander eingebracht, vermischt und in kompaktierter Form an die
Extrusionsschnecken übergeben werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die
Anordnung ferner eine zweite Mischeinrichtung auf, welche derart ausgebildet ist, dass der Kunststoff und das Additiv sowie gegebenenfalls das dosierte und portionierte Holzfasermaterial zu der
Komponentenmischung mischbar sind. Die zweite Mischeinrichtung ist derart innerhalb der Anordnung eingerichtet, dass die
Komponentenmischung von der zweiten Mischeinrichtung der ersten Mischeinrichtung oder direkt dem Extruder zuführbar ist. Diese zweite Mischeinrichtung kann beispielsweise einen Trichter mit Rührwerk und einer Austragsvorrichtung samt Steuerung der Austragsmengen aufweisen. Entsprechend den oben beschriebenen exemplarischen
Ausführungsbeispielen können die dosierten und portionierten Holzfasern und die weiteren Komponenten, wie beispielsweise die verschiedenen Kunststoffe und/oder Additive, auf verschiedenen Wegen dem Extruder zugeführt werden.
a. ) Aus der zweiten Mischeinrichtung kann zunächst eine
homogenisierte Komponentenmischung aus dem portionierten und dosierten Holzfasermaterial und den dosierten Kunststoffen und/oder gegebenenfalls weiteren Additiven erzeugt werden und dem Extruder direkt oder indirekt übergeben werden. Da je nach physischer
Ausprägung des portionierten Holzfasermaterials sowie der Korngrößen von Kunststoff und eventuell weiteren Additiven zwischen der
Schüttdichte der Komponentenmischung (wie sie von der zweiten
Mischeinrichtung ausgetragen wird) und jener Materialdichte, die von den Extruderschnecken gut aufgenommen und verarbeitet werden kann, größere Unterschiede liegen können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als weitere Ausführungsform die Komponentenmischung nach der zweiten Mischeinrichtung auch die erste Mischeinrichtung durchläuft und von dieser in ausreichend kompaktierter Form an die Extruderschnecken des Extruders übergeben wird .
b. ) Ferner kann der ersten Mischeinrichtung zum einen eine
Komponentenmischung bestehend aus Kunststoff und gegebenenfalls weiteren Additiven aus der zweiten Mischeinrichtung und zum anderen das separat zugeführte und beispielsweise bereits (z. B. in der
Fördereinrichtung) kompaktierte Holzfasermaterial zugeführt werden. In der ersten Mischeinrichtung werden alle Komponenten gänzlich oder teilweise vermischt und in ausreichend kompaktierter Form an die Extruderschnecken des Extruders übergeben. Die erste Mischeinrichtung ist also derart eingerichtet, dass das dosierte und portionierte
Holzfasermaterial (welches beispielsweise von der Fördereinrichtung bereitgestellt wird) mit zumindest einer weiteren Komponente,
beispielsweise einen Kunststoff (beispielsweise einen thermoplastischen oder einen duroplastischen Kunststoff) und/oder einen Additiv (wie beispielsweise ein Haftvermittler), teilweise oder vollständig zu einer Mischung mischbar ist und nachfolgend der Extrusion übergeben werden kann.
c.) Ferner können alle Komponenten (Kunstoffe, Additive und/oder dosierte und portionierte Holzfasern) separat dosiert, getrennt
voneinander herangeführt und erst in der ersten Mischeinrichtung zusammengeführt, dort gänzlich oder teilweise vermischt und in ausreichend kompaktierter Form an die Extruderschnecken übergeben werden. Alternativ ist denkbar, dass alle Komponenten (Kunstoffe, Additive und/oder dosierte und portionierte Holzfasern) separat dosiert und direkt dem Extruder getrennt zugeführt werden.
Werden Kunststoff und/oder Additive in Granulatform verwendet, kann es durch die stark unterschiedlichen Schüttdichten des leichteren, portionierten Holzfasermaterials und des schwereren Kunststoffs bzw. Additivs (Verhältnis beispielsweise ungefähr 1 : 5 bis 1 : 30) sowie wegen der unterschiedlichen Korngrößen zur ungewollten Entmischung während des Mischvorganges selbst in der ersten Mischeinrichtung kommen.
Ähnliche Effekte können in Abhängigkeit von der physischen Ausprägung des Holzfasermaterials auch bei Kunststoffen und Additiven auftreten, die in anderen Formen als jener des Granulats verarbeitet werden. In diesen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nur die Komponenten mit den höheren Schüttdichten durch die erste Mischeinrichtung und/oder die zweite Mischeinrichtung laufen zu lassen, während das portionierte und bereits volumetrisch oder gravimetrisch dosierte Holzfasermaterial direkt entweder der ersten Mischeinrichtung oder gleich dem Extruder zugeführt wird . Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erste Mischeinrichtung einen Stopftrichter auf, wobei der Stopftrichter derart ausgebildet sein kann dass alle zugeführten Komponenten
(Kunstoffe, Additive und/oder dosierte und portionierte Holzfasern) vorgemischt und kompaktiert werden können.
Der Stopftrichter kann beispielsweise ebenso eine Doppelschnecke aufweisen, welche als Gleichläufer konzipiert ist und so die
Durchmischung fördert. Er kann weiters einen trichterförmigen Behälter aufweisen, in welchem ein Stempel die Mischung vermischt und
verpresst, welche sich in dem Trichter befindet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Anordnung ferner den Extruder zum Durchführen eines
Extrusionsprozesses auf. Der Extruder ist in einer beispielhaften
Ausführungsform derart eingerichtet, dass die Mischung, zum Beispiel bestehend aus dem portionierten und dosierten Holzfasermaterial und der weiteren Komponente, zuführbar ist. Wie oben bereits erläutert, kann alternativ zu dem obigen Ausführungsbeispiel der Extruder derart eingerichtet sein, dass dieser das portionierte und dosierte
Holzfasermaterial, den Kunststoff und/oder das Additiv getrennt voneinander erhält, so dass erst in dem Extruder selbst eine Mischung des portionierten und dosierten Holzfasermaterials mit den weiteren Komponenten durchgeführt wird. Beispiele für ein Faserverbundprodukt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind
Automobilverkleidungen (zum Beispiel Profile oder Spritzgussteile), Flugzeugverkleidungen, Möbelteile (zum Beispiel Sesselleisten,
Bodenleisten), Paneele und sonstige Verkleidungselemente für den Innenbereich und für den Außenbereich (zum Beispiel Terrassenböden oder Fassadenprofile). Andere Anwendungsgebiete sind möglich .
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Anordnung ferner eine erste Komponentendosiervorrichtung zum Dosieren des Kunststoffs und/oder eine zweite
Komponentendosiervorrichtung zum Dosieren des Additivs oder weiterer Kunststoffe auf. Die erste Komponentendosiervorrichtung und/oder die zweite Komponentendosiervorrichtung können die dosierten Kunststoffe oder Additive direkt der ersten Mischeinrichtung, der zweiten
Mischeinrichtung oder dem Extruder bereitstellen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von
Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu
unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen :
Fig. 1 eine Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens zur Überführung von Holzfasern in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 ein Diagramm, das eine typische Siebkennlinie unbehandelter Refiner-Holzfasern der Erfindung darstellt.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Bilder von Faserportionen, wie sie
ausgehend von einem Ballen unbehandelter Holzfasern gemäß
exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung gewonnen werden können.
Fig . 5 zeigt einen Ballen unbehandelter Holzfasern, der gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung portionierbar ist.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus der Anordnung zwischen der Dosiervorrichtung und dem Extruder gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Aufbaus der Anordnung zwischen der Dosiervorrichtung und dem Extruder gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Aufbaus der Anordnung zwischen der Dosiervorrichtung und dem Extruder gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung .
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführunqsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen der Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung 100 zur Faserportionierung,
beispielsweise mit einer Schneidmühle 102 und nachfolgender
Dosierungseinrichtung 104 mit Einfachschnecken-Austrag gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Anordnung 100 ist zur Überführung von Holzfasern in einen durch die Dosiervorrichtung 104 verarbeitbaren Zustand bereitgestellt. Die Anordnung 100 einhält ein Förderband als eine Zuführeinrichtung 106 zum Zuführen von Pressballen 108 als ein zusammenhängendes
Ausgangsmaterial aus Holzfasern zu der Portioniervorrichtung 110 mit dem bewegten Werkzeug 102. Die Portioniervorrichtung 110 ist eingerichtet, das zugeführte zusammenhängende Ausgangsmaterial 108 aus Holzfasern in kleinere, diskrete und in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare Faserportionen 112 unter Beibehaltung der
Faserstruktur aufzuteilen. Die Größe wird durch Lochplatte 114 definiert. Die am Ausgang der Dosierungseinrichtung 104 bereitgestellte dosierte Menge von Faserportionen 112 kann dann einer nachgeschalteten, nicht gezeigten ersten Mischeinrichtung 603 (siehe Fig .6) zugeführt werden. Hier können die Faserportionen 112 zum Beispiel mit Kunststoff gemischt werden . Diese Mischung kann dann einem Extruder 605 (siehe Fig . 6) zum Herstellen eines Faserverbundprodukts zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Siebkennlinie zur Darstellung der Längenverteilung im unaufbereiteten Holzfasermaterial (Refinerfasern aus thermo-mechanischem Aufschluss).
Fig. 5 zeigt ein Foto zur Darstellung der Zusammensetzung von unbehandeltem, kompaktiertem (in Pressballen befindlichem)
Holzfasermaterial.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Fotos mit Fasermaterial nach Portionierung des Holzfaserrohmaterials gemäß Fig. 5 entsprechend dem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung (deutlich erkennbar die "Bällchen-Struktur").
Im Weiteren wird ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Beispielsweise kann Holzfasermaterial, welches durch ein
thermomechanisches Aufschließungsverfahren aus Nadelhölzern mit Hauptanteil Fichte, Tanne und Kiefer gewonnen wird, welches weiters einen Feuchtegehalt zwischen 8 - 12 % und laut Siebanalyse eine
Längenverteilung zwischen wenigen 1/10 mm bis max. 30 mm, zu ca. 66 % aber zwischen 1 und 6 mm mit einer mittlere Länge von ca. 3 mm und einer aspect ratio zwischen 20 - 80 aufweisen kann und in verdichteter Form als Pressballen mit einer Dichte von ca. 280 kg/m3 vorliegen kann, in den Einfüllstutzen einer Vorrichtung mit rotierendem Werkzeug, beispielsweise einer Schneidmühle gegeben werden. In verschiedenen Verarbeitungsgängen kann das Holzfasermaterial durch austauschbare Lochplatten mit unterschiedlich großen Öffnungen in leicht dosierbare Faserportionen, welche hauptsächlich die maximale die Größe der
Sieböffnung aufweisen, jedoch auch jede darunterliegende Größe bis hin zur Einzelfaser annehmen können, aufgeteilt werden.
Bei Öffnungen von 12 mm Durchmesser kann somit aufbereitetes Holzfasermaterial mit einer Schüttdichte von ca. 0,02 kg/dm3 gewonnen werden, während diese bei Öffnungen von 8 mm Durchmesser ca. 0,04 kg/dm3 betragen kann.
Die Schüttdichte hat wiederum insofern direkte Auswirkungen auf die Dosierleistung, als bei gleichbleibender Drehzahl der
Austragungsvorrichtung die Austragsmengen im etwa gleichen Verhältnis zueinander stehen wie die Schüttdichten, wobei die Mengen mit höheren Schüttdichten ansteigen.
Das so aufbereitete Holzfasermaterial kann in eine gravimetrische oder volumetrische Dosiervorrichtung im Vorfeld eines 2-Schnecken- Extruders geleitet werden und in einer üblichen W PC- Rezeptur mit beispielsweise 60 % Holzfaseranteil, 37 % PP-Granulat (insbesondere mit MFR bei 8 g/10 min) und 3 % Additiv (beispielsweise
Maleinsäureanhydrid als Haftvermittler) extrudiert werden.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei in Fig. 6 die Einrichtungen dargestellt werden, welche sich zwischen der Dosiervorrichtung 104 und einem Extruder 605 befinden. In der Dosiervorrichtung 104 wird das in der
Portioniervorrichtung 110 portionierte Holzfasermaterial in gewünschte Dosen dosiert. Die Dosiervorrichtung 104 kann dabei beispielsweise eine gravimetrische Dosiervorrichtung, wie beispielsweise ein Wägeband oder einen Trichter mit Dosimeter, oder eine volumetrische Dosiervorrichtung aufweisen. Nach der Dosiervorrichtung 104 kann eine
Übergabeeinrichtung 601 angeordnet werden, um die dosierten und portionierten Holzfasermaterialportionen an eine Fördereinrichtung 602 zu übergeben. Anschließend werden die einzelnen dosierten und portionierten Holzfasermaterialportionen von der Fördereinrichtung 602 zu einer ersten Mischeinrichtung 603 befördert. Die
Fördereinrichtung 602 kann beispielsweise ein Schneckenförderer oder ein Förderband sein. In der Fördereinrichtung 602 kann beispielsweise mittels eines konischen Schneckenförderers gleichzeitig eine Verdichtung bzw. Kompaktierung des Holzfasermaterials durchgeführt werden.
In der ersten Mischeinrichtung 603 wird eine weitere Komponente, wie beispielsweise ein Kunststoff und/oder ein Additiv (z.B. Haftmittel), mit dem Holzfasermaterial vermischt. Die erste Mischeinrichtung 603 kann beispielsweise einen Stopftrichter aufweisen, so dass ebenfalls eine Verdichtung und eine Vormischung zwischen dem Holzfasermaterial und der weiteren Komponente erfolgen. Die weitere Komponente kann aus einer Vielzahl von verschiedenen Kunststoffen und Additiven bestehen. Vor Zugabe der weiteren Komponenten zu dem Holzfasermaterial in der ersten Mischeinrichtung 603 werden die weiteren Komponenten in einer zweiten Mischeinrichtung 604 gemischt. In dieser zweiten
Mischeinrichtung 604 wird eine homogene Mischung aller Bestandteile der weiteren Komponente, wie beispielsweise eine homogene Vermischung von Kunststoffen und Additiven, hergestellt. Ferner wird in einer ersten Dosiervorrichtung 606 ein erster Bestandteil der weiteren Komponente, wie beispielsweise Kunststoff, dosiert und der zweiten Mischeinrichtung
604 zugeführt. In einer zweiten Komponentendosiervorrichtung 607 wird ein weiterer Bestandteil der weiteren Komponente dosiert (zum Beispiel ein weiterer Kunststoff, ein Additiv und/oder ein Haftmittel) und der zweiten Mischeinrichtung 604 zugeführt. Weiters ist es denkbar, dass noch weitere Komponenten mittels weiterer Dosiervorrichtungen derselben Mischeinrichtung 604 zugeführt werden .
Nach der ersten Mischeinrichtung 603 wird die geschaffene
Mischung aus Holzfasermaterial und der weiteren Komponente dem Extruder 605 bereitgestellt. In dem Extruder 605 wird ein
Extrusionsprozess durchgeführt, so dass beispielsweise unter Aufbringung von Druck und Temperatur ein verarbeitungsfähiges
Faserverbundmaterial herstellbar ist.
Fig. 7 zeigt einen alternativen Aufbau der Anordnung gegenüber Fig . 6. Hierbei wird beispielsweise das dosierte und portionierte
Holzfasermaterial nach der Dosiervorrichtung 104 direkt dem Extruder
605 zugeführt. Ferner wird in der ersten Dosiervorrichtung 606 der erste Bestandteil der weiteren Komponente, wie beispielsweise Kunststoff, dosiert. In der zweiten Komponentendosiervorrichtung 607 wird der weitere Bestandteil der weiteren Komponente dosiert (zum Beispiel
Kunststoff, Additiv bzw. Haftmittel) . Die dosierten Komponenten werden getrennt voneinander ebenfalls dem Extruder 605 direkt zugeführt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird vor dem Extruder 605 die erste Mischeinrichtung 603 vorgeschaltet, wobei der ersten
Mischeinrichtung 603 selbst das Holzfasermaterial, die dosierte
Komponente aus der ersten Komponentendosiervorrichtung 606 und die dosierte Komponente aus der zweiten Komponentendosiervorrichtung 607 direkt und getrennt voneinander zuführbar sind .
Fig. 8 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der alle Komponenten zunächst gravimetrisch oder volumetrisch dosiert und sodann der zweiten Mischeinrichtung 604 zugeführt werden. Dabei durchläuft das portionierte Holzfasermaterial zunächst die
Dosiervorrichtung 104, und die weiteren Komponenten wie der Kunststoff und beispielsweise die weiteren Additive durchlaufen die erste
Komponentendosiervorrichtung 606 und/oder die zweite
Komponentendosiervorrichtung 607. Die von der zweiten
Mischeinrichtung 604 bereitgestellte Komponentenmischung kann dann der Extrusion in dem Extruder 605 übergeben werden. Zudem ist als weiterer Zwischenschritt möglich, dass die Komponentenmischung aus der zweiten Mischeinrichtung 604 zunächst der ersten Mischeinrichtung 603 zugeführt wird, von dieser weiter durchmischt wird und in
ausreichend kompaktierter Form an die Extrusionsschnecken des
Extruders 605 übergeben wird .
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung und dem erfindungsgemäßen Prinzip auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungsformen Gebrauch macht.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als
Einschränkungen anzusehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Überführung von Holzfasern in einen durch
Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch
ein Zuführen eines zusammenhängenden Ausgangsmaterials aus Holzfasern, und
ein Aufteilen des zusammenhängenden Ausgangsmaterials aus Holzfasern durch eine Portioniervorrichtung mit einem bewegten
Werkzeug in kleinere, diskrete und in Größe und Eigenschaften
vorherbestimmbare Faserportionen unter weitgehender Beibehaltung der Faserstruktur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des Ausgangsmaterials aus Holzfasern in dosierbare Faserportionen durch die Größe von Öffnungen in einer Lochplatte der Portioniervorrichtung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufteilens neben dem Aufteilen in
vorherbestimmbare Faserportionen auch ein Aufteilen in alle kleineren Faserportionen bis hin zur Einzelfaser im aufbereiteten Holzfasermaterial aufweist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das zusammenhängende Holzfasermaterial in verdichteter Form, insbesondere als Pressballen, der Portioniervorrichtung zugeführt wird .
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das portionierte Holzfasermaterial einer Dosiervorrichtung zugeführt wird .
6. Verfahren Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dosiervorrichtung eine gravimetrische Dosierung durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung eine volumetrische Dosierung durchführt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass
das dosierte portionierte Holzfasermaterial nach der
Dosiervorrichtung in einer Übergabeeinrichtung weiterbefördert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass
das portionierte, in der Dosiervorrichtung dosierte Holzfasermaterial in einer Fördereinrichtung geführt wird und darin kompaktiert wird .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung einen Schneckenförderer, einen
Doppelschneckenförderer und/oder einen konischen Schneckenförderer aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einem Extrusionsprozess das dosierte portionierte
Holzfasermaterial und/oder ein Kunststoff und/oder ein Additiv getrennt voneinander zugeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das dosierte portionierte Holzfasermaterial mit zumindest einer weiteren Komponente, insbesondere aufweisend den Kunststoff, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff, und/oder das Additiv, insbesondere als Haftvermittler, in einer der Dosiervorrichtung
nachgeschalteten ersten Mischeinrichtung gänzlich oder teilweise zu einer Mischung vermischt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischeinrichtung einen Stopftrichter aufweist und die
Mischung in dem Stopftrichter gänzlich oder teilweise vermischt und kompaktiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
in einer zweiten Mischeinrichtung der Kunststoff und das Additiv zu einer Komponentenmischung vermischt werden und die
Komponentenmischung der ersten Mischeinrichtung zugeführt wird .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mischung dem Extrusionsprozess zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Mischeinrichtung der Kunststoff und/oder das Additiv und das dosierte portionierte Holzfasermaterial zu der
Komponentenmischung vermischt werden und die Komponentenmischung der ersten Mischeinrichtung oder dem Extrusionsprozess zugeführt wird .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kunststoff in einer ersten Komponentendosiervorrichtung dosiert wird und/oder das Additiv in einer zweiten
Komponentendosiervorrichtung dosiert wird.
18. Holzfasermaterial, hergestellt entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
19. Holzfasermaterial nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass
das Holzfasermaterial Schüttdichten zwischen 0,015 kg/dm3 und 0,1 kg/dm3, insbesondere Schüttdichten zwischen 0,02 kg/dm3 und 0,04 kg/dm3, aufweist.
20. Extrudat, hergestellt entsprechend den Ansprüchen 11, 15 oder
16.
21. Extrudat nach Anspruch 20, ausgebildet in Form eines
granulierten Compounds, eines Profils oder eines Spritzgussteils.
22. Extrudat nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Holzfaseranteil in dem Extrudat einen Massenanteil am
Gesamtkomposit zwischen 20 % und 80 %, insbesondere zwischen 50 % und 70 %, einnimmt.
23. Faserverbundprodukt, hergestellt aus einem Holzfasermaterial gemäß Anspruch 18 oder 19 oder aus einem Extrudat gemäß Ansprüchen 20 bis 22.
24. Anordnung zur Überführung von Holzfasern in einen durch Dosiervorrichtungen verarbeitbaren Zustand, wobei die Anordnung aufweist:
eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines zusammenhängenden Ausgangsmaterials aus Holzfasern;
eine Portioniervorrichtung mit einem bewegten Werkzeug, die eingerichtet ist, das zugeführte zusammenhängende Ausgangsmaterial aus Holzfasern in kleinere, diskrete und in Größe und Eigenschaften vorherbestimmbare Faserportionen unter weitgehender Beibehaltung der Faserstruktur aufzuteilen.
25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Portioniervorrichtung eine Lochplatte aufweist,
wobei die Lochplatte unterhalb eines Eingriffbereiches des bewegten Werkzeuges angeordnet ist und einen Arbeitsraum des Werkzeuges nach unten hin abschließt.
26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegte Werkzeug ein vor der Lochplatte laufendes rotierendes Werkzeug ist, und
dass die Aufteilung in dosierbare Faserportionen durch das rotierende Werkzeug erfolgt.
27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Werkzeug zur Aufteilung in dosierbare Faserportionen
Schneidmesser oder ein walzenförmiges Werkzeug mit einer zur
Aufteilung geeigneter Oberfläche mit Kämmen, Stiften, Riffeln oder Stacheln aufweist.
28. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, aufweisend eine Dosiervorrichtung zum Dosieren einer vorgebbaren Menge des portionierten Holzfasermaterials.
29. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung einen Vorratstrichter samt Dosierregelung und
Materialaustrag aufweist.
30. Anordnung nach Anspruch 28 oder 29,
wobei die Dosiervorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine gravimetrische und/oder eine volumetrische Dosierung durchführbar ist.
31. Anordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, ferner aufweisend
einer Übergabeeinrichtung, welche eingerichtet ist, das dosierte portionierte Holzfasermaterial nach der Dosiervorrichtung
weiterzubefördern.
32. Anordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, ferner aufweisend
eine Fördereinrichtung, welche eingerichtet ist, das dosierte portionierte Holzfasermaterial nach der Dosiervorrichtung zu führen und zu kompaktieren.
33. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung einen Schneckenförderer, einen
Doppelschneckenförderer und/oder einen konischen Schneckenförderer aufweist.
34. Anordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 33, ferner aufweisend
einen Extruder zum Durchführen eines Extrusionsprozesses, wobei der Extruder derart eingerichtet ist, dass das dosierte portionierte Holzfasermaterial und/oder ein Kunststoff und/oder ein
Additiv getrennt voneinander zuführbar sind.
35. Anordnung nach einem der Ansprüche 28 bis 33, ferner aufweisend
eine erste Mischeinrichtung, welche der Dosiervorrichtung nachgeschaltet ist und die erste Mischeinrichtung derart eingerichtet ist, dass das dosierte portionierte Holzfasermaterial mit zumindest einer weiteren Komponente, insbesondere aufweisend den Kunststoff, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff, und/oder das Additiv, insbesondere ein Haftvermittler, zu einer Mischung mischbar ist.
36. Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischeinrichtung einen Stopftrichter aufweist,
wobei der Stopftrichter derart ausgebildet ist, dass die Mischung hm mischbar und kompaktierbar ist.
37. Anordnung nach Anspruch 34 oder 36, ferner aufweisend eine zweite Mischeinrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass der Kunststoff und das Additiv zu einer Komponentenmischung mischbar sind, und
wobei die zweite Mischeinrichtung derart eingerichtet ist, dass die
Komponentenmischung der ersten Mischeinrichtung zuführbar ist.
38. Anordnung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, ferner aufweisend
den Extruder zum Durchführen eines Extrusionsprozesses, wobei der Extruder derart eingerichtet ist, dass die Mischung zuführbar ist.
39. Anordnung nach einem der Ansprüche 34 bis 38, ferner aufweisend
eine erste Komponentendosiervorrichtung zum Dosieren des Kunststoffs, und
eine zweite Komponentendosiervorrichtung zum Dosieren des Additivs.
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