用于制造天然纖維增強的塑料件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于制造天然纖維增強的塑料件的方法。
【背景技術】
[0002]除了破璃纖維增強的塑料之外，天然纖維增強的塑料已被公知多年并且以多種方式被使用。在此，所用的熱塑性的填充天然纖維的塑料原料顆粒(plastic granulate)大多由最多45%的短天然纖維、至少50%的礦物油基聚合物或生物聚合物和高達10%的添加劑(包括5%的增附劑)組成。這些成分大多在單獨的工作過程中在擠出機內在約180°C時熱混合、顆粒化和冷卻。在該過程中天然纖維長度顯著縮短，并通過增附劑與聚合物牢固地連接。例如，DE 10 2008 046 770 A1披露了這種方法。
[0003]針對在注塑機中的處理，通常習慣通過擠出機首先產生塑料原料顆粒，將塑料原料顆粒直接輸送給注塑機或者在附加的粒化之后輸送給注塑機。在擠出過程中，顯著縮短天然纖維的纖維長度(到l_3mm)，從而在不存在堵塞噴嘴風險的情況下也能夠在注塑機內對這些天然纖維進行加工。從實際加工的角度來看，在注塑成型時最大上限同樣在于重量百分比為45%的天然纖維。在比重更大時，堵塞的風險特別高，由此會對注塑機造成顯著的且成本高昂的損壞。通過使用增附劑顯著增大在注塑機的擠出機內的長纖維的摩擦，從而在注塑成型模具內會導致熱流道的混合，在極端情況下會導致熱流道的堵塞。
[0004]然而，就待制造的部件而言，顯著縮短天然纖維長度是不利的，即機械材料特性通常會受到負面影響。例如，相比于使用長纖維時的情況，在使用具有短纖維長度的塑料件時通過增附劑剛性地介入到塑料基體中的斷裂邊緣(breaking edges)明顯邊緣更鋒利。然而，為了顆粒的可加工性要忍受這一點。
[0005]現有技術DE 10 2011 116 397 A1例如公開了一種拉擠成型法，在該拉擠成型法中，采用樹脂浸漬連續的纖維束。涉及一種熱-方法，在該方法中，纖維束通過擠出機的交叉頭來引導、利用融化的樹脂包圍在交叉頭內、并且在這種情況下變熱。在擠出機內已經發生了熱作用。纖維在產生的粒料內除了沿著縱向方向延伸之外還基本上平行地延伸。所迷方法勞動強度高并且因此價格昂貴。
[0006]到目前為止，尤其是將木質纖維、亞麻纖維、劍麻纖維和大麻纖維用作纖維材料。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是，提供一種用于天然纖維增強的塑料件的制造方法，相比于現有技術所述塑料件在不添加注塑成型時用于處理的增附劑的情況下具有更長的天然纖維。
[0008]該任務通過權利要求1的特征組合來完成。在此，提供了用于制造天然纖維增強的塑料件的方法，在該方法中，5-120mm長的天然纖維、特別是50_100mm長的天然纖維，熱塑性材料(例如PP)和/或熱固性材料，和潤滑劑、特別是蠟作為原材料未經擠壓地通過冷成型粒化為長纖維粒料，接下來在標準-注塑機內可以對長纖維粒料進行直接處理，其中為了注塑塑料件將所述長纖維粒料輸送給標準-注塑機。
[0009]在塑料中的長天然纖維產生更高的剛度和強度。此外，具有天然纖維的由熱塑性材料和/或熱固性材料組成的原材料在不經過預先為了混合而進行的擠壓工藝的情況下以冷成型粒化的形式進行輸送，這樣做具有對纖維進行較小縮短的優點。在粒化時，將纖維縮短到最大限定的長度。
[0010]在本發明中，在冷成型的情況下變形定義在25°C -85°c的溫度范圍內。對粒料的材料的第一熱作用(所述熱作用比基體材料的熔點要高)并不是如現有技術那樣地已經在前置的擠出機內進行，而是首先在注塑機內進行。
[0011]所用的原材料沒有化學粘合劑，熱塑性材料和/或熱固性材料、潤滑劑和天然纖維專門用于生產粒料。
[0012]使用蠟代替常規的增附劑帶來了以下優點:天然纖維因蠟在融化時的低熔點而在處理期間可以在注塑機內自由移動，并且由此不會顯著縮短。此外，在注塑成型期間，蠟會輔助天然纖維連接，從而使得纖維在部件內的分布明顯更加均勻。例如聚乙烯蠟可以用作所述蠟。
[0013]按本發明，優選應用由烘烤的大麻、烘烤的亞麻或竹子構成的天然纖維。
[0014]有利的是，在長纖維粒料內的天然纖維在冷成型后具有5-40_的長度，進一步優選為5-30mm的長度，進一步優選為5_16mm的長度。在注塑成型中對粒料進行處理之后并且在對塑料件進行注塑之后規定:優選為5-16_長的天然纖維隨后在注塑的塑料件中還具有5-14_的長度。這對組件的機械性能特別有利。因此，相比于已知的方法，在成品部件中實現了天然纖維長度的明顯延長，因為最終部件中的現有的纖維長度在大多數情況下都不長于3mm。
[0015]在粒化時有利的是，天然纖維在長纖維的粒料中僅具有一個唯一的方向變化，其中天然纖維分別偏轉一次，并且其在粒料內的總長度加倍。在實際應用中，天然纖維為此沿著縱向方向輸送給圓柱形的粒料的縱軸線，并且一次偏轉到圓柱形粒料的縱向軸線提供在縱向方向上，一次大約偏轉180度，從而使得它們基本上U-形地在顆粒的縱軸線內延伸。
[0016]所產生的長纖維粒料優選具有5-30mm的長度和4_7mm的直徑。
[0017]纖維的方向變化或偏轉通過采用顆粒化-凹模進行的粒料制造來實現。在這種情況下規定，纖維作為松散材料和熱塑性材料或熱固性材料在限定的重量分布中輸送給制粒過程，其中熱塑性材料或熱固性材料以直徑為1_3_的微-顆粒的形式存在。
[0018]為了實現根據本發明所期望的顆粒尺寸，使用孔直徑為5mm至6mm的顆粒化-凹模。
[0019]重量分布為50%至55%的天然纖維和45%至50%的熱塑性材料和蠟或添加劑被確定為預先定義的重量分布。
[0020]在使用平模成粒機作為用于生產粒料的顆粒化-凹模時，熱塑性材料以微-顆粒的形式用作天然纖維進入到凹模的孔內的輔助。這意味著，松散地位于顆粒化凹模內的天然纖維通過顆粒件在進入到孔內時經受彎曲。在本發明中，將直徑小于3mm的粒度(particle size)定義為“微-顆粒”。未經預先處理的天然纖維，在特定情況下大麻和亞麻允許以小于3mm的彎曲半徑彎曲超過180°，從而在微-顆粒進入到顆粒化-凹模內時，所述天然纖維可以沿著其顆粒表面彎曲。未滿足這些要求的材料，例如竹纖維，如在現有技術中使用擠出機時所發生的那樣地在平模成粒機中被碾磨小。
[0021]采用根據本發明所述的方法，在注塑機內的纖維