способ получения полимерного материала, наполненного длинными волокнами

Формула изобретения

1. Способ получения полимерного материала, наполненного длинными волокнами, в котором органические и/или неорганические волокна, имеющие остаточную влажность от 5 до 8% и минимальную длину более чем 2 мм, и полимерный материал-основу смешивают и нагревают в реакторе или режущем уплотнителе при постоянном движении и, при необходимости, при измельчении материала-основы и в условиях, позволяющих постоянно поддерживать материал в сыпучем виде или в виде кусков, отличающийся тем, что условия, в частности температуру в реакторе или режущем уплотнителе, регулируют таким образом, что волокна осушаются до как можно меньшей остаточной влажности, при которой волокна все еще остаются достаточно гибкими и не ломаются ни при переработке в реакторе или режущем уплотнителе, ни, при необходимости, при последующем уплотнении, например при экструзии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна осушают до остаточной влажности от 1 до 2%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для смешивания и нагрева материала-основы или волокон в реакторе используют по меньшей мере один смешивающий и/или измельчающий инструмент, который вращается или поворачивается, в частности, вокруг вертикальной оси, расположенный, при необходимости, на нескольких лежащих друг над другом уровнях, с рабочими кромками для смешивания и, при необходимости, измельчения материала, причем нагрев осуществляется по меньшей мере частично, предпочтительно полностью, при воздействии механической энергии или трения на материал.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивающие инструменты набивают или вдавливают материал-основу или смесь как лопатками, при постоянном сохранении давления и/или плотности, а также сохраняя материал в сыпучем виде или в виде кусков, в корпус разгрузочного устройства, непосредственно соединенного с реактором, предпочтительно, в подающий шнек, цилиндр экструдера, двойной шнек или аналогичное устройство.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала-основы используют по меньшей мере один полимерный или макромолекулярный материал, в особенности природный полимер, например целлюлозу или лигнин, или синтетический полимер, например пластмассу, предпочтительно термопластический материал или не сшитую или неотвержденную термореактивную пластмассу, или природную или синтетическую смолу.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна и материал-основу последовательно загружают в реактор или режущий уплотнитель, причем волокна предпочтительно добавляются к уже предварительно нагретому и частично размягченному материалу-основе.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна загружают в реактор одновременно с материалом-основой и обрабатывают, причем, предпочтительно, загружают уже наполненный волокнами материал-основу, в котором материал-основа и волокна представляют собой общую смесь или соединены друг с другом, например древесина, целлюлоза, лигнин или пектин, в котором содержатся древесные волокна.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что, если в качестве материала-основы используют термопластичный полимерный материал, переработку материала в реакторе или режущем уплотнителе выполняют при температуре выше температуры стеклования и ниже температуры плавления, предпочтительно при температуре, при которой материал находится в размягченном состоянии, предпочтительно в диапазоне точки размягчения VICAT (согласно DIN ISO 306, A, 10N, 50 K/ч), и при этом материал, предпочтительно, кристаллизируется, осушается и/или очищается, в особенности, предпочтительно, за одну единственную технологическую стадию.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна используют в количестве от 10 до 90 вес.% от общего веса смеси, причем, если в качестве материала-основы используют не отвержденную термореактивную смолу или полимерный материал, волокна добавляют в количестве более 70 вес.%, предпочтительно от 80 до 90 вес.%.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку в реакторе или в режущем уплотнителе выполняют в условиях вакуума, предпочтительно в диапазоне низкого или среднего вакуума.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганических волокон используют стекло или графит, и/или в качестве органических волокон используют древесные волокна, в особенности, волокна пальмы, бамбука, пеньки, сизаля.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна имеют длину более 5 мм, предпочтительно от 10 до 20 мм.

13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что смесь в заключение выгружают из реактора или режущего уплотнителя при постоянном сохранении давления или плотности, а также сохраняя материал в сыпучем виде или в виде кусков, и затем подвергают последующему уплотнению, например экструзии.

14. Применение устройства, содержащего реактор или режущий уплотнитель и соединенное с ним разгрузочное устройство, предпочтительно подающий шнек, цилиндр экструдера, двойной шнек или аналогичное устройство, причем в реакторе или режущем уплотнителе для смешивания и нагрева материала установлен по меньшей мере один смешивающий и/или измельчающий инструмент, который вращается или поворачивается, в частности, вокруг вертикальной оси, расположенный, при необходимости, на нескольких лежащих друг над другом уровнях, с рабочими кромками, смешивающими и, при необходимости, размельчающими материал, причем нагрев осуществляется по меньшей мере частично, предпочтительно, исключительно, при воздействии механической энергии или трения на материал, причем смешивающие инструменты набивают или вдавливают материал или смесь как лопатками, при постоянном сохранении давления или плотности, а также сохраняя материал в сыпучем виде или в виде кусков, в корпус разгрузочного устройства, соединенного с реактором или режущим уплотнителем, для осуществления способа по любому из пп.1-13.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу согласно родовому понятию пункта 1 или применению устройства для осуществления способа по пункту 1.

Наполнители можно смешивать с разными материалами-основами различным образом. В качестве традиционных материалов-основ из уровня техники известны, например, термопластичные полимеры.

Наполнителем, который все чаще используется в различных областях применения, является натуральное дерево в форме древесных опилок или коротких древесных стружек. Кроме того, в качестве наполнителей для изменения свойств пластмасс или смол используются также волокна бумаги и целлюлозы. Эти древесные материалы используются в настоящее время, как правило, с волокнами длиной менее 2 мм.

Помимо этих наполнителей или волокон существуют также изготавливаемые, главным образом, промышленным способом, древесные волокна, например, такие как волокна из пальм, волокнистых трав, таких как бамбук, пенька, сизаль и т.д. При этом «деревом» их можно называть только в переносном смысле. Эти промышленно производимые волокна имеют большую длину и имеют обычно длину более 5 мм, предпочтительно даже от 10 до 20 мм. Имеются различные способы, позволяющие изготовить и технически воспроизвести волокна такой формы с оптимальным соотношением цены-качество.

Преимущество использования волокон большей длины заключается в том, что готовые изделия, например, такие как профили, панели и т.д., изготовленные с использованием более длинных волокон, обладают более хорошими механическими свойствами, чем изделия, изготовленные с использованием коротких древесных волокон длиной менее 2 мм. Таким образом, имеется практический спрос на продукцию из материалов, содержащих как можно более длинные волокна.

Однако производство материалов такого типа с длинными волокнами представляет собой относительно сложный технологический процесс. Если при производстве материалов-основ с короткими волокнами менее 2 мм не возникает технологических проблем даже при экструзии, то при добавлении в экструдер, например в одношнековый, а также в двухшнековый, длинных волокон, например длиной более 5 мм, способность экструдера к загрузке и дозированию материала значительно ухудшается. Это приводит либо к снижению производительности, либо даже к тому, что добавление необходимого количества длинных волокон в материал-основу становится полностью невозможным.

Желательно, чтобы весовая доля волокон, в зависимости от области применения материала, составляла от 10 до 90%. Если в качестве материала-основы или связующего вещества используется не термопластичный полимер, а термореактивный полимер или смола, возможны случаи применения, когда доля волокон может составлять более 70%, а иногда от 80 до 90%. Особенно в тех случаях, когда требуется большое количество таких длинных волокон, загрузка их в экструдер очень затруднена, и в случае, если волокна плохо загружаются в экструдер, эффективность загрузки снижается, и она может даже стать невозможной.

Другая проблема заключается в том, что в систему поступает влага (вода), которую содержат волокна. Как любой наполнитель, волокна имеют относительно большую поверхность, на которой может находиться соответственно большое количество остаточной влаги.

Однако на заключительной стадии уплотнения при повышенной температуре, например при экструзии, высокое содержание влаги сильно затрудняет этот процесс, снижает его производительность и ухудшает качество продукции. Так, например, при экструзии материала-основы, наполненного древесными опилками, эти древесные опилки требуют очень интенсивной и сложной предварительной сушки для того, чтобы, например, при экструзии с помощью двойного экструдера можно было вообще обеспечить достаточную производительность. Если содержание влаги слишком высокое, процесс удаления газов из экструдера выполняется при чрезмерной нагрузке, что может привести к потере материала или к полному останову оборудования.

В связи с этим при переработке гигроскопических материалов-основ и/или материалов-основ, чувствительных к гидролитическому расщеплению, например поликонденсатов, таких как сложные полиэфиры, в особенности полиэтилентерафталаты, возникает дополнительная проблема. Для таких материалов-основ наличие слишком большого количества остаточной влаги в приемном резервуаре, даже при повышенной температуре, приводит к гидролитическому расщеплению полимерных цепей и ухудшению качества получаемых материалов или готовой продукции. По этой причине именно в таких случаях следует поддерживать содержание влаги на самом низком уровне.

Однако при этом следует принять во внимание, что каждая процедура предварительной сушки означает дополнительную стадию технологического процесса, и что дополнительный процесс предварительной сушки требует затрат как времени, так и энергии.

Однако, с другой стороны, необходимо учитывать, что имеющаяся на волокнах остаточная влажность является совершенно необходимой и является своего рода смазкой, которая придает волокнам большую гибкость. Этот фактор является решающим для переработки. Если, например, необработанные волокна перед смешиванием или перед обработкой слишком сильно высушить или почти полностью высушить, эти волокна станут очень хрупкими и могут легко сломаться даже при небольшой механической нагрузке, то есть при обработке в режущем уплотнителе, а в дальнейшем при экструзии. При этом длина волокон уменьшается, и качество готовой продукции снижается, поскольку доля длинных волокон, например волокон длиной более 5 мм, значительно сокращается, и в готовой продукции содержатся только более короткие волокна длиной менее 2 мм.

Остаточная влажность используемых необработанных волокон должна быть, таким образом, не слишком высокой, поскольку впоследствии при экструзии она может отрицательно повлиять на материал-основу или на полимер или на процесс экструзии. С другой стороны, остаточная влажность не должна быть слишком низкой, поскольку в этом случае волокна во время обработки могут поломаться, стать короткими, а качество готовой продукции может ухудшиться.

Таким образом, задача изобретения заключается в том, чтобы предложить способ получения полимерного материала, наполненного длинными волокнами с заданной минимальной длиной, причем способ одновременно должен предлагать высокую производительность и высокое качество продукции, в которой волокна сохраняли бы свою первоначальную длину.

Эта задача решается посредством отличительных признаков пункта 1.

В предложенном в изобретении способе получения полимерного материала, наполненного длинными волокнами, указанные волокна, обычно имеющие остаточную влажность примерно от 5 до 8% и длину больше чем 2 мм, и материал-основу смешивают и нагревают в реакторе, приемном резервуаре или режущем уплотнителе при постоянном движении и, при необходимости, при измельчении материала-основы и в условиях, позволяющих постоянно поддерживать материал в сыпучем виде и/или в виде кусков.

Движение важно, поскольку с его помощью предотвращается образование комков или слипание материала. В особенности интенсивное движение требуется для термопластичных полимеров, поскольку пластичные материалы при повышенных температурах становятся мягкими и клейкими и превращаются в комки или спекаются, если не производится их постоянное перемешивание и ворошение. Смешивание служит также, таким образом, для того, чтобы необработанный материал даже при повышенной температуре оставался в приемном резервуаре или реакторе в сыпучем виде и в виде кусков.

Повышение температуры необходимо, с одной стороны, для того, чтобы материал-основа находился в размягченном или в клейком состоянии, которое позволяет облегчить соединение волокон с материалом-основой. Как правило, расплавление материала пока не происходит. Таким образом, при повышении температуры происходит более тщательное; перемешивание волокон с материалом-основой, а также подготовка смеси к последующему дополнительному уплотнению, в особенности при экструзии.

Кроме того, повышение температуры, в определенной степени, осушает материал-основу, а также волокна, что, как было сказано выше, необходимо для того, чтобы обеспечить производительность экструдера или гарантировать качество материала. Тем самым посредством повышения температуры удаляется некоторое количество остаточной влажности, и волокна осушаются.

Заявитель установил, что в реакторе должны поддерживаться совершенно особые условия, чтобы способ оказался эффективным.

Волокна, как и материал-основа, должны, с одной стороны, должны быть высушены до минимально возможной остаточной влажности. Однако процесс высушивания волокон необходимо вовремя остановить, чтобы не произошло их полное высушивание, и волокна оставались достаточно гибкими и эластичными, чтобы при переработке в реакторе и, при необходимости, при последующем уплотнении в экструдере они не поломались.

Таким образом, обеспечивается, что волокна в умеренной степени становятся сухими и не содержат влагу, которая мешает обработке в экструдере, однако остаются достаточно гибкими, чтобы не поломаться. Таким образом, волокна сохраняют свою длину, а готовая продукция демонстрирует качественные преимущества, которые могут быть получены только при наличии в ней длинных волокон.

Таким образом, требуется обеспечить оптимальное соотношение двух противоположных требований, с одной стороны, высушивание и, с другой стороны, сохранение длины волокон. Заявитель установил, что проблема, известная из уровня техники, может решаться этим способом или посредством указанного выше способа и устройства.

Посредством предложенного в изобретении способа, кроме того, возможно обрабатывать волокна непосредственно в реакторе, то есть за один единственный технологический процесс одновременно с материалом-основой, так что смешивание и сушка производятся во время общей технологической стадии. При этом нет необходимости в организации отдельной стадии для предварительного высушивания необработанных волокон, в результате чего способ становится более эффективным и энергосберегающим.

Таким образом, с помощью предложенного в изобретении способа можно быстро и надежно отрегулировать параметры технологического процесса, то есть установить, как должны осушаться волокна, или когда должно быть достигнуто окончание сушки, и таким образом можно изменить степень сушки - с помощью изменения интенсивности смешивания или с помощью изменения температуры.

С помощью предложенного в изобретении способа волокна вводятся в материал-основу настолько бережно, насколько это возможно; при этом их длина сохраняется, и волокна не ломаются. Таким образом, с помощью такого преимущественного способа также возможно получить материал-основу, в который введены волокна большой длины, причем волокна равномерно распределены в материале-основе, и эти волокна используются по возможности целиком, а не как фрагменты или обломки.

Другие преимущественные формы осуществления способа вытекают из признаков зависимых пунктов формулы изобретения.

Согласно предпочтительной форме осуществления способа предусмотрено, что волокна должны осушаться до остаточной влажности от 1 до 2%. При этом в продукте остается еще немного влажности, которая позволяет волокнам оставаться достаточно гибкими.

Особенно предпочтительно, если предусмотрено, что для смешивания и нагрева материала-основы или волокна в реакторе используется, по меньшей мере, один смешивающий и/или измельчающий инструмент, который вращается или поворачивается, в частности, вокруг вертикальной оси, расположенный, при необходимости, на нескольких лежащих друг над другом уровнях, с рабочими кромками для смешивания и, при необходимости, измельчения продукта, причем нагрев осуществляется, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, при воздействии механической энергии или трения на материал. С помощью такого устройства можно особенно хорошо регулировать параметры.

Согласно другому осуществлению способа предпочтительно, чтобы смешивающие инструменты набивали или вдавливали путем принудительной подачи материал-основу или смесь как лопатками, при постоянном сохранении давления или плотности, а также сохраняя материал в сыпучем виде или в виде кусков, в корпус разгрузочного устройства, непосредственно соединенного с реактором, предпочтительно в подающий шнек, цилиндр экструдера, двойной шнек или аналогичное устройство. Если бы материал подавался, например, в открытую воронку, с одной стороны, уменьшалась бы плотность материала, и материал сразу бы спекался. В этом случае не обеспечивалась бы равномерная загрузка материала в экструдер.

Удивительным образом оказывается, что предложенный в изобретении способ может применяться особенно предпочтительным образом вместе с комбинацией режущего уплотнителя и экструдера, известной из уровня техники и в которой экструдер непосредственно соединен с нижней зоной реактора. С помощью такого устройства очень простым образом волокна с большой длиной могут бережно и не ломаясь вводиться в материал-основу. При этом используются несколько преимуществ такой комбинированной системы. Так, например, материал принудительно загружается в экструдер с помощью смешивающих инструментов в реакторе. Последующий шнек может, в зависимости от области применения, быть выполнен в виде завершающего экструзионного шнека, который превращает перерабатываемый материал по мере смешивания либо в гранулят, либо в готовый продукт, например в пластину или профиль. Посредством использования этого устройства обеспечивается не только хорошее перемешивание волокон и материала-основы, но и возможность придания смеси определенной степени предварительного уплотнения. Поскольку материал сохраняет сыпучую форму и одновременно подается под давлением, обеспечивается равномерная загрузка материала в непосредственно подсоединенный экструдер, а также предотвращается возможность работы экструдера частично вхолостую. В результате снижения влажности возможно дополнительное уплотнение материала и преобразование его в расплавленный материал, не содержащий воздушные включения.

Для того чтобы материал сохранял сыпучую форму, главным образом, предпочтительно, чтобы не производился полный расплав материала-основы. Однако материалы-основы должны быть размягчены, по меньшей мере, до определенной степени, чтобы обеспечивалось хорошее смешивание их с волокнами.

В качестве материала-основы, предпочтительно, используется полимерный или макромолекулярный материал, в особенности природный полимер, например целлюлоза или лигнин, или синтетический полимер, например пластмасса, предпочтительно термопластический материал или не сшитая или неотвержденная термореактивная пластмасса, или природная или синтетическая смола. В качестве возможных материалов-основ также используются, например, парафины, воски, масла и др.

Предпочтительная обработка полимерного материала-основы, в особенности термопластичного материала, в реакторе выполняется при температуре выше температуры стеклования и ниже температуры плавления, предпочтительно при температуре, при которой материал находится в размягченном состоянии. При этом материал также одновременно кристаллизуется, осушается и/или очищается или может даже стать более вязким. Предпочтительно, материал нагревается до температуры в диапазоне точки размягчения VICAT. Точка размягчения VICAT может определяться по DIN ISO 306. Затем волокна смешиваются таким образом с предварительно обработанным полимерным материалом. Если пластичный материал находится в размягченном состоянии, при котором материал еще не расплавлен, и все еще присутствуют отдельные хлопья, это означает, что его поверхность уже размягчена, и поры открыты. В таком состоянии материал-основа имеет очень большую поверхность, и волокна могут легко проникнуть в полимерный материал, делая смесь более равномерной.

Когда в качестве материала-основы используется термопластичный полимер, переработка пластмассы, предпочтительно, выполняется при температуре от 70° до 240°С, предпочтительно от 130° до 210°С, при необходимости в вакууме до 150 мбар, предпочтительно 50 мбар, в особенности 20 мбар, в особенности в диапазоне от 0,1 до 2 мбар, и пластмассы обычно остаются в реакторе в течение среднего времени пребывания от 10 мин до 200 мин, в особенности от 40 мин до 120 мин.

В качестве материала-основы может также использоваться еще не отвержденный термореактивный полимер или смола, причем смолы такого типа используются, в особенности, в тех случаях, если весовая доля волокон составляет, в особенности, более 70 вес.%, предпочтительно от 80 до 90 вес.%. При такой доле волокон их загрузка в экструдер особенно затруднена.

Волокна и материал-основа могут загружаться в реактор в любой последовательности, причем, если волокна тонкие, в виде пыли, сначала загружается материал-основа, и только потом вводятся волокна. Альтернативно волокна и материал-основа могут также загружаться одновременно.

При этом может загружаться даже такой исходный материал, в котором материал-основа и волокна уже тесно связаны между собой или представляют собой один общий исходный продукт. Такой случай имеет место, например, при загрузке древесных волокон, поскольку древесное волокно прилипает к материалу-основе в форме лигнина, и, в случае необходимости, также к материалу-основе в форме целлюлозы и/или пектинов. К такому материалу в экструдер на заключительной стадии часто добавляется синтетический полимер, например РР (полипропилен).

Согласно другому предпочтительному способу материал обрабатывается в реакторе в условиях вакуума, в особенности в диапазоне низкого вакуума (примерно от 300 до 1 мбар) или среднего вакуума (прибл. от 1 до 10^-3 мбар). Таким образом, поддерживается процесс сушки, и температура может, в случае необходимости, поддерживаться на более низком уровне, что позволяет проводить технологический процесс при щадящих условиях.

Согласно другой предпочтительной форме осуществления способа возможно одновременно загружать в реактор волокна и материал-основу и только затем увеличивать температуру и производить смешивание. Однако также возможно предварительно нагреть в реакторе материал-основу и, например, привести его поверхность в размягченное и клейкое состояние, причем при этом необходимо следить за тем, чтобы материал оставался в форме кусков. Таким образом, можно предотвратить образование пыли при загрузке волокон, что особенно важно при использовании волокон, которые могут оказывать вредное воздействие на организм человека. В этом случае волокна сразу после загрузки прилипают к клейкой поверхности материала. В связи с этим можно также преимущественно предусмотреть, чтобы подача волокон выполнялась в зоне ниже уровня смешивания материала.

В качестве волокон используются, например, неорганические или органические волокна.

Длина волокон является решающим фактором, определяющим механические свойства готовой продукции. Так, для того, чтобы готовая продукция отличалась механической прочностью, предпочтительно, чтобы длина волокон составляла более 2 мм, предпочтительно 5 мм, и в особенности от 10 до 20 мм.

Такие волокна обычно используются в количестве от 10 до 90 вес.% по отношению к общему весу смеси.

Дозирование волокон в реактор может выполняться по их объему или по весу. Выгрузка смеси из реактора в шнек может выполняться с помощью не регулируемого или реализуемого насоса для подачи расплавленного материала, или с помощью измерителя уровня, установленного в режущем уплотнителе. Число оборотов разгрузочного шнека или экструдера можно таким образом менять в зависимости от величины давления перед входом в насос для подачи расплавленного материала или от уровня заполнения в режущем уплотнителе, чтобы давление или уровень оставался постоянным.

При переработке плохо загружаемых волокон было преимущественно установлено, что в режущий уплотнитель эти волокна могут как подаваться с помощью весового дозирования, так из него может и выгружаться определенное количество смеси. В особенности в тех случаях, когда при этом производится готовый продукт, или уплотненный продукт подается в экструдер.

При этом возможны различные формы выполнения.

С одной стороны, возможно уплотнение и загрузка в отдельную экструзионную систему. При этом производится уплотненный, сыпучий материал с волокнами как можно большей длины. В случае необходимости могут использоваться смазывающие вещества или другие наполнители или вспомогательные вещества. Этот уплотненный продукт подается без уменьшения степени его уплотнения, например в двойной шнек. Там выполняется его добавление в полимер, например в полипропилен, в определенной пропорции. Затем, например, выполняется прямая экструзия профиля или панели. Материал может перерабатываться методом экструзии также в открытой пресс-форме, и с помощью пресса ему может придаваться требуемая форма.

С другой стороны, возможна прямая экструзия или гранулирование с помощью системы из реактора или режущего уплотнителя и экструдера. Смесь, выходящая из режущего уплотнителя или реактора, уже прошла обработку экструзией и соответствует окончательной рецептуре. После этого материал может быть экструдирован и гранулирован, или может изготавливаться бесконечный профиль.

Согласно изобретению, кроме того, предусмотрено особое использование упомянутого выше устройства для осуществления указанного выше способа. Это устройство содержит реактор или режущий уплотнитель и соединенное с ним разгрузочное устройство, предпочтительно подающий шнек, цилиндр экструдера, двойной шнек или аналогичное устройство, причем в реакторе для смешивания и нагрева материала установлен, по меньшей мере, один смешивающий и/или измельчающий инструмент, который вращается или поворачивается, в частности, вокруг вертикальной оси, расположенный, при необходимости, на нескольких лежащих друг над другом уровнях, с рабочими кромками, смешивающими и, при необходимости, размельчающими материал. Нагрев осуществляется, по меньшей мере, частично, предпочтительно, исключительно, при воздействии механической энергии или трения на материал. Смешивающие инструменты набивают или вдавливают материал или смесь как лопатками, при постоянном сохранении давления или плотности, а также сохраняя материал в сыпучем виде или в виде кусков, в корпус разгрузочного устройства, соединенного с реактором.

Удивительным образом было установлено, что использование такого устройства и поддержание параметров технологического процесса позволяет достичь требуемых результатов.

Известно, что при добавлении в экструдер длинных волокон длиной более 5 мм способность экструдера к загрузке и дозированию материала значительно ухудшается. Теперь, согласно предпочтительной форме осуществления предложенного в изобретении способа смесь, предварительно уплотненная в режущем уплотнителе и выходящая из него, принудительно подается в подсоединенный шнек и нагревается перед экструдером или в экструдере до температуры приблизительно 160°С, чтобы материал-основа приобрел необходимые текучие свойства, и материал стал более вязким и способным деформироваться. С помощью этого способа удается, тем не менее несмотря на процесс экструзии, получить равномерную трехмерную структуру волокна с соответствующим числом точек соединения между волокнами в изделии. Материал с такой структурой требуется во многих областях, например в фотовольтаике, при изготовлении изделий с целью организации мер по пожаробезопасности, в производстве оконных профилей, при изготовлении изделий для автомобильной промышленности или космических аппаратов. Смолы служат для склеивания отдельных волокон в точках склеивания.

Кроме того, возможно осуществление способа в одну стадию в одном единственном реакторе или в зоне подачи экструдера, или чтобы синтетический материал, в который, при необходимости, уже введен наполнитель, нагревался, осушался, кристаллизовался и очищался за одну единственную технологическую стадию, в особенности в одном единственном реакторе, и/или чтобы этот способ применялся с или без предварительного осушения и/или с или без предварительной кристаллизации синтетического материала.

Кроме того, возможно, чтобы этот способ осуществлялся на множестве стадий, в частности в две стадии, где два или более приемных резервуара или реактора устанавливались последовательно или параллельно, и чтобы через синтетический материал, подлежащий обработке, при необходимости, с введенным наполнителем проходил по очереди эти резервуары, причем, предпочтительно, условия технологического процесса согласно указанным выше пунктам использовались, по меньшей мере, для одного, в особенности для первого загруженного резервуара или для предварительной обработки, причем синтетический материал, предпочтительно, нагревался во время предварительной обработки до температуры, соответствующей, в частности, близкой к температуре технологического процесса, при которой выполняется основная обработка.

Кроме того, возможно, чтобы синтетический материал на первой стадии предварительной обработки, в особенности в условиях вакуума, подвергался воздействию механической энергии, и тем самым нагревался и осушался при повышенной температуре, и, при необходимости, одновременно кристаллизовался, и чтобы в последствие, на второй ступени, предшествующей выполняемым при необходимости процессам пластификации или расплавления, проводилась основная обработка синтетического материала, при которой синтетический материал, в особенности в условиях вакуума, снова подвергается воздействию механической энергии, осушается и снова кристаллизуется, причем эта основная обработка выполняется, в отличие от предварительной обработки, при повышенной температуре, причем температура основной обработки поддерживается, предпочтительно, ниже температуры пластификации или плавления синтетического материала.

Волокна могут подаваться как в первый резервуар, так и во второй резервуар. После этого готовые смеси непрерывно подаются в дополнительный резервуар, в котором производится перемешивание, нагрев до рабочей температуры и загрузка в экструдер.

Кроме того, возможно, чтобы синтетический материал проходил предварительную обработку в непрерывном потоке и/или чтобы способ применялся непрерывно или циклично, то есть как периодический процесс.

Влажность волокон можно регулировать с помощью установленного в режущем уплотнителе устройства для впрыскивания воды. В качестве обратной информации при этом используется давление разгрузочного шнека и момент вращения разгрузочного шнека. Момент вращения разгрузочного шнека при слишком большой влажности не может оставаться стабильным. В этом случае, в результате образования пузырей пара, которые затрудняют перемещение волокон, транспортировка волокон выполняется неравномерно. Если влажность слишком мала, скорость скольжения уменьшается, и в результате снижения скорости подачи момент вращения увеличивается, и, в результате уменьшения антифрикционных свойств в инструменте увеличивается также давление инструмента.

Далее изобретение описывается посредством двух, в особенности, предпочтительных примеров выполнения, приведенных ниже в качестве примеров и без каких-либо ограничений:

Пример 1

Древесные волокна с полипропиленом

Способ применяется в комбинации режущего уплотнителя и экструдера, давно известной из уровня техники, например в установке VACUREMA®. При этом предусмотрен один, по существу, цилиндрический приемный резервуар или режущий уплотнитель, внутри которого расположены режущие и смешивающие инструменты, которые могут вращаться вокруг вертикальной оси и с помощью которых обеспечивается перемешивание и, при необходимости, размельчение содержимого резервуара. В самой нижней зоне, рядом с дном резервуара, или на высоте нижнего смешивающего инструмента, расположен экструдер для расплавления полимера. При этом смешивающие инструменты расположены и работают таким образом, что они вдавливают материал посредством принудительной подачи в экструдер. В режущем уплотнителе материал, таким образом, смешивается, нагревается, но не расплавляется и остается в нем в течение определенного интервала времени.

В данном примере смешивающий инструмент вращается при частоте оборотов приблизительно 1500 оборотов в минуту. Температура в режущем уплотнителе составляет приблизительно 140°С, причем нагрев создается за счет сил трения, возникающих между смешивающим инструментом и материалом. Полипропилен находится, таким образом, в размягченном состоянии при температуре примерно близкой температуре его размягчения по VICAT. Однако материал остается в виде кусков.

Сверху загружаются древесные волокна длиной 15 мм, имеющие остаточную влажность 6 вес.%, которые смешиваются внутри.

Как полипропилен (полипропилен может представлять собой массу, образованную из измельченных толстостенных изделий, волокна, слой волокнистой массы, а также пленку), так и древесные волокна, загружаются в непрерывном режиме: полипропилен - с производительностью приблизительно 500 кг/час, древесные волокна - с производительностью приблизительно 200 кг/час. Время нахождения материала в режущем уплотнителе составляет приблизительно 20 минут. При этом влажность волокон снижается до 1,5% от объема. В дальнейшем хорошо перемешанный материал подается в экструдер и там расплавляется. После этого полученный материал перерабатывается, и получается готовый продукт.

При обследовании материала было установлено, что только малая доля волокон была сломана и более 95% волокон имели длину более 15 мм. Кроме того, качество продукта, полученного из матрицы из синтетического материала, было очень хорошим, в особенности в нем отсутствовали пузырьки, и не произошло изменение цвета.

Пример 2

Древесные волокна в дереве (лигнин) с полипропиленом

Способ применяется в том же устройстве, что и в примере 1. При этом измельченная древесина, содержащая в том числе лигнин и древесные волокна, непрерывно подаются в реактор с производительностью приблизительно 60 кг/час, и обрабатываются при температуре от 124°С до 128°С при скорости вращения смешивающего инструмента приблизительно 1900 оборотов в минуту в течение примерно 15 мин. При этом волокна осушаются без разрушения.

Затем переработанный таким образом материал непрерывно подается в экструдер и там смешивается с расплавленным полипропиленом.

При этом образуется наполненный древесными волокнами полипропилен, в котором более 92% волокон имеют длину более 15 мм.