[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur besonders wirtschaftlichen Herstellung
von Holzfaserwerkstoffen, durch das dem Endprodukt eine bisher nicht erzielte Eigenschaftenvielfalt
verliehen wird.
[0002] Der derzeitige Marktbedarf an flächigen Formkörpern, Platten, Bahnen usw. wird aus
den verschiedenen geeigneten Werkstoffen und -kombinationen, die nach vielfältigen
Verfahrenstechniken hergestellt und verarbeitet sind, abgedeckt.
[0003] Wesentliche Rohstoffquellen für derartige Materialen sind einheimische, regenerierbare
Hölzer, die in Abhängigkeit der an die Fertigprodukte gestellten Anforderungen und
hinsichtlich ihres jeweils spezifischen Eigenschaftenbildes aufbereitet und sachgemäß
verarbeitet werden. Anforderungen, die an diese Materialien zu stellen sind, ergeben
sich naturgemäß primär aus wirtschaftlicher Herstellbarkeit und ggf. langfristiger
Belastung bei sinnvollem Gebrauch der Teile.
[0004] Der Katalog der Kriterien für die Bestimmung der Gebrauchstauglichkeit ist vielschichtig
und enthält u.a. Forderungen wie universelle Formgebung, Feuerwiderstand, Wärme- und
Wasserbständigkeit bei zweckgerechter Wasseraufnahme, Frost-Tauwechselbeständigkeit,
Wurzelfestigkeit, Schall- und Wärmedämmvermögen, geringe Dichte, hohe Biegezugfestigkeit
und -steifigkeit, hohe Druck-und Querzugfestigkeit, Kaschier- und/oder Lackierbarkeit,
Gasdurchlässigkeit, einheitliches Oberflächenbild, angenehmer Griff und Klang, physiologische
Unbedenklichkeit, Möglichkeit zur Krafteinleitung und Schraubenhaltevermögen, sicher
reproduzierbare Herstellbarkeit, langfristige Verfügbarkeit der Rohstoffe und vieles
mehr.
[0005] Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Verfahren zur Herstellung flächiger Formkörper
auf z.B. Holzwerkstoffbasis bei Erfüllung der einen Anforderung in ihrem Verhalten
bezüglich anderer Anforderungen einer Überprüfung nicht standhalten können. Der Fachmann
hat sich daher lange mit Kompromissen, die sich aus scheinbar diametralen Forderungen
ergaben, abfinden müssen, bzw. mußte das Gesamtniveau der Eigenschaften durch wirtschaftlich
nicht immer angemessen hohe Veredlung der Produkte angehoben werden, um einigen wenigen
Forderungen dann voll entsprechen zu können.
[0006] Die bekannten Naßanformverfahren bieten mit geringsten Bindemittelgehalten einerseits
hervorragend verfilzte Faserverbände mit daraus resultierend hohen Festigkeiten bei
großen Freiheitsgraden in der Formgestaltung, andererseits erfordern sie energieintensive
Auspreß-, Trocken-und Preßverfahren, welche kostenaufwendig sind. Zudem sind die Fertigprodukte
einseitig durchweg durch Trockensiebstrukturen gezeichnet.
[0007] Die bekannten Trockenverfahren bieten bei vergleichbaren Bindemittelgehalten und
ohne Inkorporation relativ kostspieliger Hilfsstoffe und -träger keine ausreichenden
Faserverbände, so daß zur Erzielung guter Arbeitsergebnisse stets harzreiche Ansätze
erforderlich sind. Außerdem sind modifizierende Zusätze, Vor- und/oder Zwischen- und/oder
Nachbehandlingen wie Mattenzuschnitte, Feuchte- bzw. Dampfaufschlüsse, Imprägnierungen,
Verweilzeiten für Kühlung und/oder Entspannung usw. notwendig.
[0008] Aus diesem Mangel ergibt sich die Aufgabe zur möglichst wirtschaftlichen Herstellung
flächiger Faserstofformkörper, die eine möglichst große Bandbreite von verschiedenen
technischen Anforderungen erfüllen.
[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Anspruch 1 gekennzeichneten
Maßnahmen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche gekennzeichnet.
[0010] Es wurde gefunden, daß naßdefibrierte Holzhackschnitzel hiesiger Provenienz beim
Transport im Luftstrom von Raumtemperatur und üblicher relativer Feuchte einen ausreichenden
Restwassergehalt behalten, um im aufgeschlossenen Zustand zur optimalen Verfilzung
in einem Anformprozeß aus dem Luftstrom ausreichend geschmeidig zu bleiben. Dieser
Feuchtegehalt ist für einen aus dem Luftstrom durch Absieben erhaltenen Vorformling
beim Formpressen nicht wie üblich störend, wenn in gleicher Phase Stoffe anwesend
sind, die zumindest teilweise bei den Preßbedingungen mit dem Wasser reagieren und
Überschüsse davon binden.
[0011] Auch wurde gefunden, daß diese Stoffe als Bindemittel wirken können und deren Zugabe
auf dem Weg vom Defibrieren zum Voranformen erfolgen kann, des weiteren, daß die Zusatzstoffe
die Textur von Voranformlingen positiv zu beeinflussen vermögen und stärker konturierte
Vorformlinge herzustellen sind, wenn die Anformungsrichtung nicht der Gravitation
gehorcht.,
[0012] Derart aufbereitete Faserstoffe mit den aus der Holzfaserwerkstoff- und Papierindustrie
im weitesten Sinne bekannten Hilfsstoffen bleiben bis zum Verpressen verträglich und
können mit verstärkenden und/oder verdünnenden und/oder anderen Füllstoffen,wie Flammschutzmittel,
Pigmenten, Abfallstoffen usw.
.versetzt werden. Die Formpressung kann ohne Trockensiebe o.ä. bei niedrigen Temperaturen
und ohne Kühlzyklus erfolgen.
[0013] Das Wesen der Erfindung besteht in der Darstellung wirtschaftlich herstellbarer,
flächiger Faserstoffkörper nach Verfahren, die die Vorteile bekannter Naßverfahren
mit denen bekannter Trockenverfahren derart in Einklang bringen, daß dem Produkt nicht
die jeweiligen bekannten Nachteile zu eigen werden können, wobei die Rohstoffbasis
leicht zugänglich, regenerierbar und langfristig verfügbar ist.
[0014] Geeignete Verfahrens- und Materialwahl führen zu wirtschaftlich herstellbaren Faserstoffformkörpern,
die formmäßig beliebig gestaltet werden können, dabei mechanisch hochfest, lackier-
und kaschierbar, naßfest und mit angenehmem Griff und Klang ausgestattet sind und
gute mechanische Festigkeiten bei einem Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit hinsichtlich
der Rohstoffe, der Verfahren und dem Anspruch an die Werkzeuge aufweisen.
[0015] Allgemeine gültige Anforderungen wie die nach sicherheitstechnischen- und Umweltbedürfnissen
werden mit diesen flächigen Formkörpern sowohl im Fahrzeug-, Flugzeug-und Schiffbau
als auch und nur beispielsweise im Möbel-und Innenausbau überall dort erfüllt, wo
die erfindungsgemäß vereinigten Eigenschaften von Vorteil sind.
[0016] Es können defibrierte Laub- und/oder Nadelhölzer Anwendung finden, die mechanisch
zerfasert und/oder solche, die chemisch aufgeschlossen und/oder solche, die zusätzlich
gemahlen und/oder solche, deren Gewebe durch Druck und/oder Hitze erweicht ist, in
Abmischung, allein und/oder mit Fremdfasern, die zellulosehaltig und/oder zellulosefrei,
synthetisch und/oder natürlich sein können.
[0017] Der atro-("absolut trocken")Gehalt sollte vor Übergabe an einen Luftstrom im Bereich
von 98 bis 40 %, bevorzugt 85 bis 55 % und nach Entnahme aus dem Luftstrom 98 'bis
70 %, bevorzugt 90 bis 75 % liegen.
[0018] Erfindungsgemäß wird das Fasermaterial im Luftstrom und/ oder geeigneten Mischorganen
mit Bindemitteln wie aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen, araliphatischen
und/oder heterocyclischen Isocyanaten mit mindestens zwei Isocyan-Gruppen, wie sie
z.B. aus "Annalen der Chemie", Band 562, Seiten 75 bis 136 bekannt sind, versetzt.
Modifikationen mittels Emulgatoren, Beschleunigern, Inhibitoren oder anderen werden
erfindungsgemäß neben Zusätzen von weiteren Hilfsmitteln durchgeführt.
[0019] Als weitere Zuschlagstoffe kommen erfindungsgemäß solche Stoffe in Betracht, die
Wasser ebenfalls irreversibel binden wie beispielsweise reaktionsfähige Tonsäure (Hydraulefaktoren),
Puzzolane (hydrauliche Zuschläge) in Kalk, Puzzolan, mörtelhydratische Puzzolane wie
z.B. Diatomenerde, Molererde, Si-Stoff und Si-Traß, anhydrische Puzzolane zusammen
mit Kalziumhydroxid sowie handelsübliche Puzzolankalke, hydraulische Kalke, Romankalke,
lufttrockene Tone, Trikalziumsilikat, Dikalziumaluminatferrit sowie latent hydraulische
Stoffe, ferner Puzzolanzement, Tonerdeschmelzzement, des weiteren andere wasserhärtbare
Stoffe wie Gipse und Anhydrit usw., die ggf. durch bekannte modifizierende Zusätze
abgerundet sind.
[0020] Die Faseraufbereitung wird nach oder vor der Vereinigung mit allen Zusatzstoffen
aus einem Luftstrom auf eine konturierte Sieboberfläche geschleudert, wobei die Oberfläche
zur Vermeidung von unerwünscht hoher Stoffaufgabe in formkonkaven und zu geringer
Stoffabdeckung in formkonvexen Bereichen durch Riesel- und/oder Streueffekte nicht
von oben beladen wird.
[0021] Erfindungsgemäß befindet sich dauernd oder zwischenzeitlich hinter dem Formsieb ein
Unterdruck, der allein oder verstärkt durch mechanische Maßnahmen und begünstigt durch
die Faserstoff-Transportluft für einen temporären Zusammenhalt des Vorformlings und
eine wünschenswerte Vorverdichtung und -verfilzung sorgt.
[0022] Eine Gewichts- und/oder Volumendosierung der Faserstoffaufbereitung findet in Abhängigkeit
von Formgröße und/ oder gewünschter Wandstärke und/oder angestrebter Dichte und/oder
formalem Schwierigkeitsgrad u.ä. je Arbeitszyklus des Vorfomsiebes statt, wobei nach
jeweils erfolgter quantitativer Verteilung des Faserstoffs am Sieb dieser ggf. durch
geeignete Maßnahmen weiter vorverdichtet werden kann und dann der Preßform übergeben
wird.
[0023] Die Formpressung findet unter wirtschaftlich günstigen Bedingungen bei niedrigen
Temperaturen und/oder kurzen Preßzeiten ohne Kühlzyklus in geschlossenen bzw. weitgehend
geschlossenen Werkzeugen ohne Trockensieb o.ä. statt, wodurch die Prägbarkeit beider
Teiloberflächen mit gewünschten Strukturen möglich ist.
[0024] Flächige Formkörper auf der Basis regenerierbarer Rohstoffe in Trockenformen können
wie folgt hergestellt werden:
Der in einem Defibrator nach Asplund hergestellte Nadel- und/oder Laubholzfaserstoff
wird für Transport und/ oder Reifung und/oder Abkühlung zwischengelagert und nach
bekannten Verfahren von um 5 - 80 %, vorzugsweise um 40 - 65 % seiner Feuchte befreit,
so daß Rieselfähigkeit gegeben und eine Verhärtung der Einzelfaser, wie sie bekanntlich
bei steigendem atro-Gehalt feststellbar ist, nicht eintreten kann.
[0025] Das derart vorbereitete Haufwerk wird beispielsweise von einem Beleimungsmischer
oder einem anderen zur Auflockerung und/oder zum Weitertransport und/oder zur Beleimung
geeigneten Gerät übernommen und mit Hilfs- und Zusatzstoffen wie z.B.
0,01 - 10 Gew.-% vorzugsweise 0,1 - 5 Gew.-% Hydrophobierungsmittel
0,01 - 10 Gew.-% vorzugsweise 0,05 - 5 Gew.-% Farbstoffe und/oder -pigmente
0,001 - 2,0 Gew.-% vorzugsweise 0,005 - 1,0 Gew.-% Reaktionsbeschleuniger
0,01 - 40 Gew.-% vorzugsweise 1,0 - 30 Gew.-% Flammschutzmittel
0,001 - 10 Gew.-% vorzugsweise 0,01 - 2,0 Gew.-% Trenn- und/oder Gleitmittel
grundsätzlich beliebigen Mengen, vorzugsweise jedoch bis zur Menge der eingesetzten
Holzfaserstoffe (atro) anorganische und/oder organische Füll- und/oder Abfall-und/oder
Verstärkungsstoffe sowie
[0026] 0,3 - 18 Gew.-% vorzugsweise 0,5 - 11,5 Gew.-% eines handelsüblichen Polyurethanhärters
wie modifiziertem 4,4 Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und/oder einem seiner Prepolymeren
versetzt.
[0027] Nach dem Durchsatz der aufgelockerten, modifizierten Holzfasermasse durch ein Gerät
mit oben beschriebener Wirkungsweise, gelangt die Masse in einen Gasstrom und wird
von unten quantitativ dosiert an ein Formsieb geblasen, das den Konturen des aus der
Arbeitsweise erwarteten flächigen Formkörpers in Näherung gehorcht, wobei der Luftstrom
zumindest zeitweise durch eine Unterdruckzone auf der der Anformfläche abgewandten
Seite unterstützt wird.
[0028] Es entsteht so ein Vorformling, der je nach Dosierung Dicken von ca. 1,0 mm bis ca.
350 mm bei Dichten von ca. 1
0 kg/m
3 bis ca. 150 kg/m
3 aufweist, der nach Abtrennung der Blasluft im Formsieb haften bleibt und von dort
auf eine Preßformunterseite, die auf 40° C - 290° C, vorzugsweise auf 110° C - 190°
C aufgeheizt ist, abgelegt werden kann. In 3 bis 900 s, insbesondere in 20 bis 375
s, bei spezifischen Drücken von 1 bis 130 bar, insbesondere 4 bis 40 bar kann der
flächige Formkörper verpreßt und ohne Abkühlung der Form entnommen werden.
[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Vorteile:
- wirtschaftliche Herstellung durch geringen Bindemittelgehalt und Energiebedarf und
Vermeidung von Vor-und Nacharbeit
- Freiheit in der Formgestaltung
- geringe Dichte bei hohen mechanischen Werten
- beidseitig beliebige Prägbarkeit und einheitliche Oberflächen
- angenehmen Griff und Klang.
1. Verfahren zur Herstellung trocken gepreßter beliebig geformter Körper mit im Verhältnis
zu ihrer Fläche geringer Wandstärke auf der Basis defibrierter, mit faser- und/oder
feuchtereaktiven Bindemitteln und gegebenenfalls Hilfsstoffen versetzter Holzfaser
mit einem Feuchtegehalt von 1 bis 30 Gew.-% bezogen auf alle Bestandteile des Körpers,
dadurch gekennzeichnet , daß eine dosierte Menge des Formstoffs in einem die Gravitation
kompensierenden Luftstrom an ein Vorformsieb herangebracht wird, das eine der gewünschten
3-dimensionalen Form des Preßlings entsprechende Oberflächenkontur besitzt, daß der
Formstoff an dem Vorformsieb durch Erzeugung eines Unterdrucks von der der Formfläche
des Siebes abgewandten Siebseite her zur Haftung gebracht wird und daß der Vorformling
anschließend in siebfreien Werkzeugen ohne Kühlzyklus mit beidseitig glatten oder
beliebig geprägten Oberflächen unter Beibehaltung der bei der Vorformung erzeugten
Form verpreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet daß als Bindemittel ein reaktiver,
mehrfunktioneller Isocyanat enthaltender Stoff zugemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Hilfsstoffe
Flammschutzmittel, Hydrophobierungsmittel, Gleitmittel, Antistatika, Farbmittel, Trennmittel,
Treibmittel, Korrosionsschutzmittel, Mittel zur Erhaltung der Rieselfähigkeit, Verstärkungsmittel,
aktive und/ oder inerte Füllstoffe einzeln oder zu mehreren zugemischt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet , daß die
Feuchte der Holzfasern so eingestellt wird, daß die nach Entnahme aus dem Luftstrom
10 bis 24 %, bezogen auf alle Bestandteile des Körpers, beträgt.