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Engineering

Doppelschnecken-Extrusionsverfahren zur Herstellung erneuerbarer Faserplatten

Published: January 27, 2021 doi: 10.3791/62072
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3, 3, 1, 1
1Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (LCA), Université de Toulouse, INRAE, INPT, 2Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences, 3Laboratoire Génie de Production (LGP), Université de Toulouse, INPT

Summary

Es wurde ein vielseitiges Doppelschneckenextrusionsverfahren entwickelt, um eine effiziente thermomechanische Vorbehandlung auf lignozellulosehaltiger Biomasse zu ermöglichen, was zu einem erhöhten durchschnittlichen Faserseitenverhältnis führt. Ein natürliches Bindemittel kann auch nach der Faserraffination kontinuierlich hinzugefügt werden, was zu biobasierten Faserplatten mit verbesserten mechanischen Eigenschaften nach dem Heißpressen des erhaltenen extrudierten Materials führt.

Abstract

Es wurde ein vielseitiges Doppelschneckenextrusionsverfahren entwickelt, um eine effiziente thermomechanisch-chemische Vorbehandlung auf lignozellulosehaltiger Biomasse zu ermöglichen, bevor es als Quelle der mechanischen Verstärkung in vollständig biobasierten Faserplatten verwendet wird. Verschiedene lignozellulosehaltige Pflanzlichebenprodukte wurden durch dieses Verfahren bereits erfolgreich vorbehandelt, z. B. Getreidestrohhalme (insbesondere Reis), Korianderstroh, Schäben aus ölhaltigem Flachsstroh und Rinde von Amaranth- und Sonnenblumenstängeln.

Der Extrusionsprozess führt zu einer deutlichen Erhöhung des durchschnittlichen Faserseitenverhältnisses, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften von Faserplatten führt. Der Doppelschneckenextruder kann auch mit einem Filtrationsmodul am Ende des Zylinders ausgestattet werden. Die kontinuierliche Extraktion verschiedener Chemikalien (z. B. freie Zucker, Hemicellulosen, flüchtige Stoffe aus ätherischen Ölfraktionen usw.) aus dem lignozellulosehaltigen Substrat und die Faserraffination können daher gleichzeitig durchgeführt werden.

Der Extruder kann auch wegen seiner Mischfähigkeit verwendet werden: Ein natürliches Bindemittel (z. B. Organosolv-Lignin, proteinbasierte Ölkuchen, Stärke usw.) kann den raffinierten Fasern am Ende des Schneckenprofils zugesetzt werden. Die erhaltene Vormischung ist bereit, durch Heißpressen geformt zu werden, wobei das natürliche Bindemittel zur Faserplattenknhäsion beiträgt. Ein solcher kombinierter Prozess in einem einzigen Extruderdurchlauf verbessert die Produktionszeit, die Produktionskosten und kann zu einer Verringerung der Produktionsgröße der Anlage führen. Da alle Operationen in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, bleibt die Fasermorphologie dank einer reduzierten Verweilzeit des Materials im Extruder besser erhalten, was zu einer verbesserten Materialleistung führt. Ein solcher einstufiger Extrusionsvorgang kann der Ursprung einer wertvollen industriellen Prozessintensivierung sein.

Im Vergleich zu kommerziellen Holzwerkstoffen emittieren diese vollständig biobasierten Faserplatten kein Formaldehyd und könnten verschiedene Anwendungen finden, z. B. Zwischenbehälter, Möbel, Haushaltsböden, Regale, allgemeine Konstruktion usw.

Introduction

Extrusion ist ein Prozess, bei dem ein fließendes Material durch eine heiße Matrize gedrückt wird. Die Extrusion ermöglicht daher die Bildung von vorgewärmten Produkten unter Druck. Der erste industrielle Einschneckenextruder erschien 1873. Es wurde für die Herstellung von metallischen Endloskabeln verwendet. Ab 1930 wurde die Einschneckenextrusion an die Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Würsten und Vergangenheit angepasst. Umgekehrt wurde der erste Doppelschneckenextruder zunächst für Entwicklungen in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Es erschien erst in den 1940er Jahren auf dem Gebiet der synthetischen Polymere. Zu diesem Zweck wurden neue Maschinen entworfen, und ihr Betrieb wurde auch modelliert1. Es wurde ein System mit co-penetrierenden und co-rotierenden Schnecken entwickelt, das das gleichzeitige Mischen und Extrudieren ermöglicht. Seitdem hat sich die Extrusionstechnologie durch die Konstruktion neuer Schraubentypen kontinuierlich weiterentwickelt. Heute macht die Lebensmittelindustrie ausgiebig Gebrauch von Doppelschneckenextrusion, obwohl sie teurer ist als Einschneckenextrusion, da die Doppelschneckenextrusion den Zugang zu aufwendigeren Materialverarbeitungs- und Endprodukten ermöglicht. Es wird insbesondere für das Extrusionskochen von stärkehaltigen Produkten, aber auch für die Texturierung von Proteinen und die Herstellung von Tier- und Fischfutter verwendet.

In jüngerer Zeit wurde das Anwendungsgebiet der Doppelschneckenextrusion auf die thermomechanische Fraktionierung von Pflanzenmaterial ausgeweitet2,3. Dieses neue Konzept hat zur Entwicklung realer Reaktoren geführt, die in der Lage sind, Pflanzenstoffe in einem einzigen Schritt umzuwandeln oder zu fraktionieren, bis hin zur getrennten Herstellung eines Extrakts und eines Raffinats durch Flüssig-Feststoff-Trennung2,3,4. Die arbeiten am Labor für agroindustrielle Chemie (LCA) haben die vielfältigen Möglichkeiten der Doppelschneckentechnologie für die Fraktionierung und Valorisierung von Agroressourcen aufgezeigt2,3. Einige der Beispiele sind: 1) Die mechanische Pressung und/oder "grüne" Lösungsmittelextraktion von Pflanzenöl5,6,7,8,9,10. 2) Die Extraktion von Hemicellulosen11,12, Pektine13, Proteine14,15und polyphenolischen Extrakten16. 3) Der enzymatische Abbau pflanzlicher Zellwände zur Herstellung von Bioethanol der zweiten Generation17. 4) Die Herstellung von Biokompositmaterialien mit Protein18 oder Polysaccharid19 Matrizen. 5) Die Herstellung von thermoplastischen Materialien durch Mischen von Getreide und biobasierten Polyestern20,21. 6) Die Herstellung von Biokompositen durch Compoundierung eines thermoplastischen Polymers, biobasiert oder nicht, und Pflanzenfüllstoffen22,23. 7) Die Defibration von lignozellulosehaltigen Materialien zur Herstellung von Papierzellstoff13,24undFaserplatten 25,26,27,28,29,30,31,32.

Der Doppelschneckenextruder wird oft als kontinuierlicher thermomechanischer (TMC) Reaktor angesehen. In der Tat kombiniert es in einem einzigen Schritt chemische, thermische und auch mechanische Wirkungen. Die chemische führt zu der Möglichkeit, flüssige Reagenzien an verschiedenen Stellen entlang des Fasses zu injizieren. Die thermische ist aufgrund der thermischen Regelung des Fasses möglich. Schließlich hängt die mechanische von der Wahl der Schraubenelemente entlang des Schraubenprofils ab.

Für die Defibrierung von lignozellulosehaltigen Materialien zur Herstellung von Faserplatten wurden in den neuesten Arbeiten Reisstroh25,28, Korianderstroh26,29, ölhaltige Flachsschälle27 sowie Sonnenblumen30,32 und Amaranth31 Rinde verwendet. Das aktuelle Interesse lignozellulosehaltiger Biomassen für eine solche Anwendung (d.h. mechanische Verstärkung) erklärt sich durch die regelmäßige Erschöpfung der Waldressourcen, die zur Herstellung von Holzwerkstoffen verwendet werden. Ernterückstände sind kostengünstig und können weit verbreitet sein. Darüber hinaus werden aktuelle Holzpartikel mit petrochemischen Harzen gemischt, die giftig sein können. Einige Harze, die oft mehr als 30% der Gesamtkosten aktueller kommerzieller Materialienausmachen 33,tragen zu Formaldehydemissionen bei und reduzieren die Raumluftqualität34. Das Forschungsinteresse hat sich auf die Verwendung natürlicher Bindemittel verlagert.

Lignozellulosehaltige Biomasse besteht hauptsächlich aus Cellulose und Hemicellulosen und bildet einen heterogenen Komplex. Hemicellulosen sind mit Schichten von Ligninen imprägniert, die ein dreidimensionales Netzwerk um diese Komplexe bilden. Die Verwendung von lignozellulosehaltiger Biomasse zur Herstellung von Faserplatten erfordert in der Regel eine Defibrationsvorbehandlung. Dazu ist es notwendig, die Lignine abzubauen, die Cellulose und Hemicellulosen schützen. Mechanische, thermische und chemische35 oder sogar enzymatische36,37,38 Vorbehandlungen müssen angewendet werden. Diese Schritte erhöhen auch die Selbsthaftung von Fasern, was die Herstellung von bindemittellosen Platten27 fördern kann, auch wenn am häufigsten ein exogenes Bindemittel hinzugefügt wird.

Der Hauptzweck von Vorbehandlungen besteht darin, das Partikelgrößenprofil mikrometrischer Fasern zu verbessern. Ein einfaches Schleifen bietet die Möglichkeit, dieFasergröße 27,39,40zu reduzieren. Kostengünstig trägt es dazu bei, die faserspezifische Oberfläche zu vergrößern. Die Komponenten der inneren Zellwand werden zugänglicher und die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Platten werden verbessert. Die Effizienz der Defibration wird deutlich erhöht, wenn ein thermomechanischer Zellstoff hergestellt wird, z.B. durch Aufschluss plus Defibration41,aus verschiedenen Auflöseprozessen42 oder durch Dampfexplosion43,44,45,46,47. In jüngerer Zeit hat LCA eine originelle Vorbehandlung von lignozellulosehaltigen Fasern mit Doppelschneckenextrusion25,26,27,28,29,30,31,32entwickelt. Nach der TMC-Defibration ermöglicht der Extruder auch die homogene Dispergierung eines natürlichen Bindemittels in Fasern. Die resultierende Vormischung ist bereit, heiß zu Faserplatten gepresst zu werden.

Bei der Defibration von Reisstroh wurde die Doppelschneckenextrusion mit einem Aufschluss plus Defibrationsprozess verglichen25. Das Extrusionsverfahren ergab deutlich reduzierte Kosten, d.h. neunmal niedriger als das Auflöseverfahren. Darüber hinaus wird die Menge des zugesetzten Wassers reduziert (1,0 max. Flüssigkeit/Feststoff-Verhältnis statt 4,0 min mit der Auflösemethode), und es wird auch ein deutlicher Anstieg des durchschnittlichen Seitenverhältnisses von raffinierten Fasern (21,2-22,6 statt 16,3-17,9) beobachtet. Diese Fasern bieten eine stark verbesserte mechanische Verstärkungsfähigkeit. Dies wurde für Faserplatten auf Reisstrohbasis gezeigt, bei denen reines, nicht verschlechtertes Lignin (z. B. Biolignin) als Bindemittel verwendet wurde (bis zu 50 MPa für die Biegefestigkeit und 24% für die Dickenschwellung nach 24 h Eintauchen in Wasser)28.

Das Interesse der TMC-Defibration am Doppelschneckenextruder wurde auch mit Korianderstroh26bestätigt. Das Seitenverhältnis von raffinierten Fasern variiert von 22,9-26,5 statt nur 4,5 für einfach gemahlene Fasern. 100% korianderbasierte Faserplatten wurden erhalten, indem den extrusionsraffinierten Strohhalmen ein Kuchen aus dem Samen als Proteinbindemittel (40% in masse) zugesetzt wurde. Ihre Biegefestigkeit (bis zu 29 MPa) und insbesondere ihre Wasserbeständigkeit (bis zu 24% Dicke Quellung) wurden im Vergleich zu Platten aus einfach zerkleinertem Stroh deutlich verbessert. Darüber hinaus emittieren diese Platten kein Formaldehyd und sind daher umweltfreundlicher und gesundheitsfreundlicher als mitteldichte Faserplatten (MDF) und Spanplatten29, die klassisch auf dem Markt zu finden sind.

Ebenso wurden Platten, die vollständig auf Amaranth31 undSonnenblumen 32basieren und extrusionsraffinierte Fasern aus Rinde als Verstärkung und Samenkuchen als Proteinbindemittel kombinieren, erfolgreich hergestellt. Sie wiesen Biegefestigkeiten von 35 MPa bzw. 36 MPa auf. Ihre Wasserbeständigkeit erwies sich jedoch als geringer: 71% bzw. 87% für die Dickenschwellung. Selbstverklebte Platten auf Basis von extrusionsveredelten Schärm aus ölhaltigem Flachsstroh können ebenfalls erhalten werden27. In diesem Fall ist es die holzige Fraktion, die während der Doppelschnecken-TMC-Defibration freigesetzt wird, die zur Selbstbindung beiträgt. Die erhaltenen Hartplatten weisen jedoch eine geringere mechanische Festigkeit (nur 12 MPa Biegefestigkeit) und eine sehr hohe Dicke (127%) auf.

Alle oben vorgestellten extrudierten faserbasierten Platten können industrielle Anwendungen finden und sind daher nachhaltige Alternativen zu aktuellen kommerziellen Holzwerkstoffen. Gemäß den Anforderungen der Internationalen Organisation für Normung (ISO)48,49,50hängen ihre spezifischen Anwendungen von ihren mechanischen und wasserempfindlichen Eigenschaften ab.

In diesem Artikel wird das Verfahren zum Extrudieren und Verfeinern von lignozellulosehaltigen Fasern vor ihrer Verwendung als mechanische Verstärkung in erneuerbaren Platten ausführlich beschrieben. Zur Erinnerung: Dieser Prozess reduziert die Menge an zugesetztem Wasser im Vergleich zu herkömmlichen Auflösemethoden und verbraucht wenigerEnergie 25. Die gleiche Doppelschneckenmaschine kann auch zum Hinzufügen eines natürlichen Bindemittels zu Fasern verwendet werden.

Konkret wird ein detaillierter Überblick über die Durchführung der Doppelschneckenextrusions-Raffination von Schäbeln aus ölhaltigem Flachs (Linum usitatissimum L.) Stroh vorgestellt. Das in dieser Studie verwendete Stroh wurde kommerziell gewonnen. Es stammte von der Everest-Sorte, und die Pflanzen wurden 2018 im Südwesten Frankreichs angebaut. Im gleichen Extruderdurchlauf kann auch ein plastifizierter Leinsamenkuchen (als exogenes Bindemittel verwendet) in der Mitte des Laufs hinzugefügt und dann intim mit den raffinierten Schärgen entlang der zweiten Hälfte des Schneckenprofils gemischt werden. Eine homogene Mischung in Form eines flauschigen Materials wird am Maschinenauslass gesammelt. Der einstufige TMC-Betrieb wird mit einer Maschine im Pilotmaßstab durchgeführt. Unser Ziel ist es, den Bedienern ein detailliertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, um die Extrusions-Raffination von Schäbchen und dann die Kuchenzugabe ordnungsgemäß durchzuführen. Nach diesem Vorgang ist die erhaltene Vormischung bereit für die anschließende Herstellung von 100% ölhaltigen Hartplatten auf Flachsbasis durch Heißpressen.

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Protocol

1. Bereiten Sie die Rohstoffe vor

  1. Verwenden Sie ölhaltige Flachsschälbe, die das Ergebnis einer Vorstufe der mechanischen Extraktion der Bastfasern aus Stroh in einer "All fiber" -Extraktionsvorrichtung51sind. Verwenden Sie ein Vibrationssieb, um kurze Textilfasern zu entfernen, die sie noch enthalten können.
    HINWEIS: Da das Entfernen dieser kurzen Textilfasern schwierig sein kann, zögern Sie nicht, diesen Siebvorgang so oft wie nötig zu wiederholen. Hier geht es darum, den Fluss der ölhaltigen Flachsschälte im Trichter des Gewichtsförderers zu verbessern und somit deren Dosierung vor ihrer Einführung in den Doppelschneckenextruder zu erleichtern.
  2. Verwenden Sie einen plastifizierten Leinsamenkuchen, der durch Destrukturieren/Plastifizieren der Proteine nach der von Rouilly et al.18beschriebenen Methodik erhalten wird.
    HINWEIS: Auf diese Weise zeigen die Proteine bessere thermoplastische und adhäsive Fähigkeiten.
  3. Mahlen Sie die Agrogranulate des plastifizierten Leinsamenkuchens mit einer Hammermühle, die mit einem 1 mm Raster ausgestattet ist, und sieben Sie dann das erhaltene Mahlgut, um nur die Partikel kleiner als 500 μm zu halten.

2. Überprüfen Sie die ordnungsgemäße Funktion der Konstantgewichtsdosierer und der Kolbenpumpe

  1. Für die Durchflussraten, mit denen der Bediener während der Produktion arbeitet, um das Verstopfen der Maschine zu vermeiden (15 kg / h für ölhaltige Flachsschälbe (OFS) und von 1,50 kg / h bis 3,75 kg / h für plastifizierten Leinsamenkuchen), überprüfen Sie die Übereinstimmung zwischen dem eingestellten Wert, der in die beiden Dosierer mit konstantem Gewicht eingegeben wurde, und den festen Durchflussraten, die von diesen Dosiergeräten wirklich verteilt werden.
    HINWEIS: Der tatsächliche Feststoffdurchfluss wird experimentell bestimmt, indem die Masse des Feststoffs, die vom Konstantgewichtsförderer für einen bekannten Zeitraum (5 min) verteilt wird, wiegt wird. Besteht eine signifikante Abweichung zwischen dem Sollwert und dem tatsächlich gemessenen Durchfluss, kann dies auf eine Fehlfunktion der Waagenzuführung hindeuten. Um dies zu verhindern, sollte die gesamte Dosiereinheit gründlich gereinigt werden, mit besonderem Augenmerk auf den Bereich, in dem sich die Waage befindet. Tatsächlich ist die Ursache für diese Art von Fehlfunktion sehr oft eine schlechte Reinigung des Geräts, da Spuren von zuvor verwendeten Feststoffen in den kleinsten Ecken der Dosiereinheit gefunden werden können. Besteht das Problem weiterhin, muss die korrekte Messung der Waage selbst überprüft und gegebenenfalls neu kalibriert werden.
  2. Kalibrieren Sie die Kolbenpumpe, um eine Beziehung zwischen der elektrischen Leistung des Motors und der tatsächlichen Wasserdurchflussrate, die von der Pumpe verteilt wird, herzustellen.
    HINWEIS: Für jede getestete elektrische Leistung wird die tatsächliche Wasserdurchflussrate experimentell bestimmt, indem die Masse des von der Kolbenpumpe verteilten Wassers für einen bekannten Zeitraum (5 min) wiegt wird. Fünf verschiedene elektrische Leistungen werden getestet, um die Kalibrierkurve zu zeichnen. Die höchste getestete elektrische Leistung wird so gewählt, dass sie eine höhere Wasserdurchflussrate liefert als die, die während der Produktion gewählt wurde.
  3. Sobald die Kalibrierung der Pumpe durchgeführt wurde, überprüfen Sie die Übereinstimmung zwischen dem eingestellten Wert, der der Kolbenpumpe für die Motorleistung gegeben wird, und der tatsächlich verteilten Wasserdurchflussrate, sobald die Kalibrierung der Pumpe durchgeführt wurde (15 kg / h, um das Verstopfen der Maschine zu vermeiden und die tatsächlich verteilte Wasserdurchflussrate.

3. Bereiten Sie den Doppelschneckenextruder vor

  1. Ordnen Sie die Doppelschneckenextrudermodule (Typen AB1-GG-8D, FER und ABF) korrekt an, indem Sie sie nacheinander (mittels zweier Halbklemmen) in der richtigen Reihenfolge entsprechend der zu verwendenden Maschinenkonfiguration verbinden:
    1. Richten Sie die Konfiguration ein, für die nur die Faserdefinition stattfindet (Abbildung 1A).
    2. Alternativ können Sie die Konfiguration einrichten, die durch die Zugabe des natürlichen Bindemittels vervollständigt wird (Abbildung 1B).
      HINWEIS: Für beide Konfigurationen wird das erste Modul für die Einführung von ölhaltigen Flachsschälten verwendet. Dies ist ein Modul vom Typ AB1-GG-8D, das über ein 8D verfügt Länge, D entsprechend dem Schneckendurchmesser (d. h. 53 mm). Die große obere Öffnung dieses Moduls soll in erster Linie das Einführungsgefühl der Schärfte erleichtern. Die Module 2 bis 8 sind temperaturgesteuert. Es handelt sich um geschlossene Module (Typ FER), mit Ausnahme von Modul 5 im Falle einer Konfiguration (Schritt 3.1.2), das vom Typ ABF ist (d. h. Ein Modul, das mit einer seitlichen Öffnung ausgestattet ist, um den Anschluss des Seitendosierers zu gewährleisten, der verwendet wird, um das Einbringen des plastifizierten Leinsamenkuchens in das Hauptrohr zu erzwingen). Der Seitenförderer besteht aus zwei korotierenden und gemeinsam durchdringenden archimedischen Schrauben mit konstanter Steigung und konjugierigem Profil.
  2. Positionieren Sie das Wassereinlassrohr seitlich am Ende von Modul 2, um die Kolbenpumpe mit der Maschine zu verbinden.
  3. Legen Sie die Schraubenelemente(Abbildung 2)beiseite, die zum Einrichten des Schraubenprofils benötigt werden, entweder das für die Konfiguration verwendete (Schritt 3.1.1) oder das für die Konfiguration verwendete (Schritt 3.1.2)(Abbildung 3).
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass dies die richtigen Schraubenelemente sind, indem Sie sorgfältig ihren Typ (T2F, C2F, C1F, CF1C, BB oder INO0), Länge, Steigung (für die Förder- und Rückwärtsschneckenelemente) und ihren Staffelwinkel (für die BB-Mischblöcke) überprüfen.
  4. Richten Sie das Schraubenprofil ein (Abbildung 3), indem Sie die Schraubenelemente entlang der beiden verzahnten Wellen vom ersten paar bis zum letzten einsetzen.
    HINWEIS: Die Schraubenprofile, die für die beiden getesteten Konfigurationen verwendet werden, sind unterschiedlich und beide resultieren aus der vorherigen Optimierung25,26,27.
  5. Achten Sie bei der Montage des Schraubenprofils darauf, dass die Gewinde der gerade auf den Verzahnungswellen eingesetzten Schraubelemente immer perfekt auf die zuvor montierten Elemente ausgerichtet sind.
  6. Sobald das gesamte Schraubenprofil montiert ist, schrauben Sie die Schneckenpunkte am Ende der beiden Wellen von Hand, schließen Sie den Zylinder der Maschine vollständig und ziehen Sie dann die beiden Schneckenpunkte mit einem Drehmomentschlüssel auf das vom Hersteller empfohlene Anzugsmoment (30 daN m für den in dieser Studie verwendeten Doppelschneckenextruder) an.
  7. Wenn der Lauf der Maschine teilweise wieder geöffnet ist, d.h. die Wellen über eine Entfernung von ca. 1D in den Lauf eingezogen sind, drehen Sie die Schrauben bei niedriger Drehzahl (max. 25 U/min), um sicherzustellen, dass das gesamte Schraubenprofil korrekt montiert ist.
    HINWEIS: Bei falscher Installation der Schraubenelemente (z.B. die Fehlausrichtung bei einem von ihnen) wird unweigerlich ein beschleunigter Verschleiß der Schraubenelemente beobachtet. Bei der Prüfung der Rotation beider Wellen bei nahezu vollständig geöffneter Drehung des Maschinenlaufs führt dies dazu, dass sich die Wellen an der Stelle des falsch positionierten Schraubenelements berühren.
  8. Schließen Sie den Lauf der Maschine vollständig, so dass beide Wellen vollständig im Lauf eingeschlossen sind.
  9. Sobald der Lauf geschlossen ist, klemmen Sie ihn mit halben Klemmen an die Maschine und stellen Sie mit Hilfe eines Füllstandstesters sicher, dass der Lauf perfekt horizontal ist.
    HINWEIS: Wenn der Lauf des Doppelschneckenextruders nicht perfekt horizontal ist, kann dies zu vorzeitigem Verschleiß durch Abrieb der Schneckenelemente und/oder der Innenwände des Zylinders führen.
  10. Positionieren Sie die Peripheriegeräte (die Gewichtszuführungen für die beiden einzubringenden Feststoffe und die Kolbenpumpe für das einzuspritzende Wasser) an den erforderlichen Stellen entlang des Laufs: über Modul 1 für den Feeder, der für die ölhaltigen Flachsschälle verwendet wird, über dem Trichter des Seitendosierers (selbst seitlich mit Modul 5 verbunden) für den für den plastifizierten Leinsamenkuchen verwendeten (nur im Falle der Konfiguration (nur Schritt 3.1.2) und am Ende von Modul 2 für die Wassereinspritzung.

4. Führen Sie die Doppelschneckenextrusionsbehandlung gemäß Konfiguration (Schritt 3.1.1) oder Konfiguration (Schritt 3.1.2) durch.

  1. Geben Sie bei der Überwachung der Maschine die eingestellten Temperaturen jedes der Module ein und starten Sie die Temperaturregelung des Zylinders: für die Konfiguration (Schritt 3.1.1), 25 °C für das Zuführmodul (Modul 1) und 110 °C für die folgenden; für die Konfiguration (Schritt 3.1.2), 25 °C für Modul 1, 110 °C für die Raffinationszone (Module 2 bis 4) und 80 °C für die Vormischzone (Module 5 bis 8).
    HINWEIS: Die Temperaturregelung des Zylinders erfolgt getrennt von einem Modul zum anderen durch (i) Erwärmung mit zwei resistiven Halbklemmen, die um jedes Modul herum befestigt sind, und (ii) Kühlung durch Zirkulieren von kaltem Wasser im Modul. Für das Fütterungsmodul sind 25 °C privilegiert. Für eine effiziente Raffination der Fasern wird eine Temperatur von 110 °C bevorzugt. Für den Vormischvorgang reicht eine Temperatur von 80 °C aus. Da sich die Raffinations- und Vormischzonen entlang mehrerer Module befinden, wird allen Modulen in derselben Zone die gleiche Solltemperatur zugewiesen.
  2. Warten Sie auf die Stabilität der gemessenen Temperaturen und stellen Sie sicher, dass diese Temperaturen den Sollwerten entsprechen.
    HINWEIS: Die gemessenen Temperaturen werden auf dem Bedienfeld der Maschine angegeben. Um eine zweite Kontrolle dieser Temperaturen zu gewährleisten, ist es auch möglich, sie mit einem Infrarot-Thermometer auf Höhe jedes Moduls entlang des Zylinders zu messen.
  3. Drehen Sie langsam die Schrauben (d.h. max. 50 U/min).
    HINWEIS: Vorzeitiger abrasiver Verschleiß der Schraubenelemente und der Innenwände des Zylinders kann auftreten, wenn sich die Schrauben zu schnell drehen, während die Maschine leer ist.
  4. Den Doppelschneckenextruder vorsichtig mit Wasser befördern (5 kg/h Durchfluss).
  5. Warten Sie etwa 30 s, bis am Ende des Fasses Wasser herauskommt.
  6. Beginnen Sie dann, die ölhaltigen Flachsschälte in Modul 1 mit einer Durchflussrate von 3 kg / h einzuführen, und warten Sie (etwa 1 Minute), bis der Feststoff aus dem Extruder kommt.
  7. Erhöhen Sie schrittweise (mindestens in drei aufeinanderfolgenden Schritten) die Geschwindigkeit der Schrauben, dann die Wasserdurchflussrate und schließlich die Durchflussrate der Schärge, bis die gewünschten Sollwerte erreicht sind: 150 U / min, 15 kg / h bzw. 15 kg / h (Tabelle 1).
    HINWEIS: Diese Sollwertpunkte wurden in früheren Studien ermittelt und ergeben sich aus der Optimierung des Prozesses25,26,27.
  8. Warten Sie auf die Stabilisierung der Maschine, indem Sie die Entwicklung des elektrischen Stroms verfolgen, der vom Motor im Laufe der Zeit verbraucht wird (Abweichung des elektrischen Stroms nicht mehr als 5% vom Durchschnittswert von 125 A).
    HINWEIS: Die Stabilisierungszeit liegt in der Regel im Bereich von 10 bis 15 min.
  9. Beginnen Sie nur zur Konfiguration (Schritt 3.1.2) mit dem Einführen des plastifizierten Leinsamenkuchens mit 0,50 kg/h, sobald sich die Maschine nach den Schärgen und der Wasserzugabe auf die gewünschten Sollwerte stabilisiert hat. Erhöhen Sie dann die Durchflussrate des plastifizierten Leinsamenkuchens in mindestens drei aufeinanderfolgenden Schritten bis zum gewünschten Sollwert (von 1,50 kg/h auf 3,75 kg/h, was Werten zwischen 10% und 25% Massenprozent im Verhältnis zu den Schäben entspricht) (Tabelle 1).
  10. Sobald der vom Doppelschneckenextrudermotor verbrauchte elektrische Strom vollkommen stabil ist, stellen Sie sicher, dass das entlang des Zylinders gemessene Temperaturprofil den vom Bediener angegebenen Sollwerten entspricht, und beginnen Sie dann mit der Probenahme der extrudierten Schäben für die Konfiguration (Schritt 3.1.1) oder der Vormischung für die Konfiguration (Schritt 3.1.2) am Auslass.
    HINWEIS: Um die Einheit nicht zu verstopfen, muss der vom Motor angesaugte Strom immer unter seinem Grenzwert bleiben (d. h. 400 A für den in dieser Studie verwendeten Doppelschneckenextruder im Pilotmaßstab). Es sollte daher geprüft werden, dass dieser Grenzwert während der gesamten Anlaufphase des Durchflusses sowie während der Probenahme nicht erreicht wird. Wenn das Kühlsystem der Maschine während der Produktion nicht in der Lage ist, die Temperatur von mindestens einem Modul auf seinem Sollwert zu halten, kann dies die Folge eines ungeeigneten Schraubenprofils (d.h. zu restriktive Schraubenelemente an dieser Stelle) sein, was zu einer lokalen Selbsterwärmung des behandelten Materials führt. Es gilt dann z.B. durch eine thermogravimetrische Analyse (TGA) des zu verarbeitenden Feststoffs sicherzustellen, dass diese Temperatur keinen Faserabbau verursacht.
  11. Stellen Sie während des gesamten Probenahmeprozesses sicher, dass die Maschinenzufuhr störungsfrei ist, indem Sie regelmäßig den effektiven Eintrag von Feststoffen und Wasser in den Lauf der Maschine überprüfen.
    HINWEIS: Eine stabile Strombestromung des vom Motor des Doppelschneckenextruders während der gesamten Probenahmezeit gezogenen Stroms ist eine Bestätigung für eine stabile Zuführung der Maschine.
  12. Schalten Sie am Ende der Produktion die beiden Feststoffdosierungseinheiten und die Kolbenpumpe aus.
  13. Entleeren Sie die Maschine und reduzieren Sie die Drehzahl der Schrauben schrittweise auf 50 U / min.
  14. Wenn nichts aus dem Laufende kommt, reinigen Sie das Innere des Zylinders des Doppelschneckenextruders mit viel Wasser, das in großem Überschuss aus Modul 1 eingeführt wird, während sich die Schrauben noch mit 50 U / min drehen. Fügen Sie Wasser hinzu, bis die festen Rückstände am Auslass des Fasses vollständig verschwinden. Stoppen Sie dann die Drehung der Schrauben und schalten Sie die Heizungssteuerung der Maschine aus.

5. Trocknen und Konditionieren sie die resultierenden Extrudate (z. B. extrusionsraffinierte Schäbe oder Vormischung)

  1. Wenn die Extrudate nicht unmittelbar nach dem Doppelschneckenextrusionsprozess zu Faserplatten geformt werden sollen, trocknen Sie sie vor ihrer Konditionierung mit einem Heißluftstrom auf eine Luftfeuchtigkeit zwischen 8% und 12%. Verwenden Sie dazu einen einfachen belüfteten Ofen oder, bei großen Mengen zu trocknendem Extrudat, einen durchgehenden Bandtrockner.
    HINWEIS: Mit einer solchen Feuchtigkeit können die Extrudate ohne das Risiko von Pilz- oder Schimmelwachstum im Laufe der Zeit konditioniert werden. Die Verpackung sollte in perfekt verschlossenen Plastiktüten erfolgen, die an einem trockenen Ort gelagert werden sollten.
  2. Trocknen Sie die Extrudate mit Heißluftstrom auf eine Luftfeuchtigkeit zwischen 3% und 4%, wenn das Faserplattenformen unmittelbar nach dem Doppelschneckenextrusionsprozess stattfindet.
    HINWEIS: Frühere Studien haben gezeigt, dass ein Feuchtigkeitsgehalt von 3% bis 4% des zu pressenden Feststoffs ideal ist, um Entgasungsphänomene am Ende des Formens zu begrenzen. Wenn es auftritt und nicht kontrolliert wird, kann die Entgasung Defekte (z. B. Blasen oder Risse) in der Faserplatte erzeugen, und diese Defekte wirken sich negativ auf ihre mechanische Beständigkeit aus26,27,31,32. Wenn die Heißpressung durchgeführt wird, nachdem die Extrudate in luftdichten Plastiktüten mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 8% bis 12% gelagert wurden, sollten sie vor dem Formen weiter getrocknet werden, d.h. bis zu 3%-4%.

6. Formen Sie die Faserplatten durch Heißpressen

HINWEIS: Die Betriebsbedingungen für das Heißpressen wurden auf der Grundlage früherer Studien26,27,31,32gewählt.

  1. Die Form vorheizen. Positionieren Sie dann das feste Material, das heiß in der Form gepresst werden soll. Zum Schluss dieses feste Material 3 Minuten vorheizen, bevor Sie den Druck ausüben.
    HINWEIS: Für alle hergestellten Faserplatten entspricht der Anteil der Schäben in der zu formenden Mischung einer Masse von 100 g, wenn die verwendete Form quadratisch geformt ist und 15 cm Seiten hat.
  2. Drücken Sie einen Druck von 30 MPa mit den rohen Schärmen und 10 MPa, 20 MPa oder 30 MPa mit den extrudierten(Tabelle 2).
  3. Stellen Sie die Werkzeugtemperatur auf 200 °C ein.
    HINWEIS: Da die Temperatur die Qualität (insbesondere die Biegeeigenschaften) der erhaltenen Platten9,26 ,27,28,31,32stark beeinflusst, ist es wichtig, die Formtemperatur miteinemInfrarot-Thermometer sowohl an den männlichen als auch an den weiblichen Teilen zu überprüfen.
  4. Stellen Sie die Formzeit auf 150 s ein.
  5. Herstellung verschiedener Faserplatten mit unterschiedlichem Gehalt an plastifiziertem Leinsamenkuchen (von 0% bis 25%) unter Verwendung der extrusionsraffinierten Fasern, die durch Doppelschneckenextrusion über Konfiguration (Schritt 3.1.1) oder eine der drei durch Konfiguration erhaltenen Vormischungen (Schritt 3.1.2) erhalten werden (Tabelle 1 und Tabelle 2).
  6. Als Referenzen werden auch zwei zusätzliche Faserplatten auf der Basis des rohen OFS hergestellt, eine ohne Zusatz von exogenem Bindemittel (Platinennummer 11) und die andere mit zusatz von 25% (w/w) plastifiziertem Leinsamenkuchen (Kartonnummer 12) (Tabelle 2).
    HINWEIS: Für diese beiden Platten sind die Formbedingungen die gleichen, d.h. 200 °C für die Werkzeugtemperatur, 150 s für die Formzeit und 30 MPa für den angelegten Druck.

7. Konditionieren und charakterisieren Sie die Faserplatten

  1. Sobald die Faserplatten hergestellt sind, legen Sie sie in eine Klimakammer bei 60% relativer Luftfeuchtigkeit und 25 °C, bis ein konstantes Gewicht erreicht ist.
    HINWEIS: Die Faserplatten werden dann konditioniert und in Bezug auf die Feuchtigkeit stabilisiert.
  2. Nach dem Ausgleichen schneiden Sie die Faserplatten in Prüfkörper.
    HINWEIS: Das am besten geeignete Werkzeug zum Schneiden von Faserplatten ist eine vertikale Bandsäge.
  3. Fahren Sie von den Prüfkörpern aus mit der Charakterisierung der Faserplatten unter Verwendung standardisierter Tests für Biegeeigenschaften (Norm ISO 16978: 2003), Shore D-Oberflächenhärte (ISO 868: 2003-Norm), interne Haftfestigkeit (ISO 16260: 2016-Norm) und Wasserempfindlichkeit nach Eintauchen in Wasser für 24 Stunden (ISO 16983: 2003-Norm) fort.
  4. Vergleichen Sie die für die Faserplatten gemessenen Eigenschaften mit den Empfehlungen der französischen Norm für die Spezifikationen für Spanplatten (NF EN 312), um ihre möglichen Verwendungen zu bestimmen.

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Representative Results

Bei der Faserraffination von ölhaltigen Flachsschälten mittels Konfiguration (Schritt 3.1.1) wurde bewusst Wasser in einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis von 1,0 zugegeben. Nach früheren Arbeiten25,26,27, ein solches Flüssig/Feststoff-Verhältnis bewahrt die Länge der raffinierten Fasern am Doppelschneckenextruderauslass besser als niedrigere Verhältnisse, was gleichzeitig zu einer Erhöhung ihres durchschnittlichen Seitenverhältnisses beiträgt. Darüber hinaus ist die menge des zugesetzten Wassers niedrig genug, um das Risiko einer Verstopfung der Maschine zu vermeiden. In Ermangelung von "freiem" Wasser (d.h. Wasser, das im Übermaß zugegeben worden wäre und von dem ein Teil nicht von den Fasern absorbiert worden wäre) war es daher nicht notwendig, ein Filtrationsmodul am Ende der Defibrationszone zu positionieren. Nach der extrusionsraffinierenden Vorbehandlung wurde die chemische Zusammensetzung der extrusionsraffinierten Fasern bestimmt (Tabelle 3). Logischerweise wurde in Ermangelung der Erzeugung von flüssigem Extrakt während der Extrusionsraffinationsvorbehandlung kein signifikanter Unterschied in der chemischen Zusammensetzung zwischen den rohen Schäben und den extrudierten Beobachteten beobachtet. Optisch haben die extrusionsveredelten Fasern die Form eines flauschigen Materials (Abbildung 4, unten links). Dies bedeutet, dass der Extrusionsprozess, insbesondere die hohe Scherrate, zu einer Modifikation der Flachsschmälchstruktur beiträgt. Dies wurde zunächst durch die geringeren scheinbaren und angezapften Dichten der extrudierten Schäbe im Vergleich zu den mit den Rohschmälschen erhaltenen Werten bestätigt (Tabelle 4). Auch die morphologische Analyse der Fasern bestätigte diese erste Beobachtung, da auch mit einem Fasermorphologie-Analysegerät eine sehr signifikante Erhöhung ihres Seitenverhältnisses beobachtet wird (Tabelle 5).

Bei der Betrachtung von bindemittellosen Platten aus ölhaltigen Flachsschälen, die mittels Heißpressung geformt wurden, ist die TMC-Defibring-Vorbehandlung mittels Doppelschneckenextrusion nach Konfiguration (Schritt 3.1.1) von offensichtlichem Interesse. Tatsächlich findet eine Trennung von Ligninen aus Cellulose und Hemicellulosen in extrudierten Schärmen statt. Beim Heißpressen können Lignine so leicht mobilisiert und als natürliches Bindemittel verwendet werden. Darüber hinaus ist bei einem höheren durchschnittlichen Faserseitenverhältnis als bei Rohschälten das Partikelgrößenprofil der extrusionsveredelten Fasern in Bezug auf ihre Leistung für die mechanische Verstärkung günstiger. Das bedeutet, dass Platten allein aus extrudierten Fasern (Plattennummern 1, 3 und 7), d.h. ohne Zusatz von plastifiziertem Leinsamenkuchen als externes Bindemittel, nicht nur alle drei kohäsiv sind, sondern vor allem deutlich verbesserte Gebrauchseigenschaften im Vergleich zu der durch Heißpressung der Rohschälte erhaltenen Platte aufweisen (KartonNummer 11) (Tabelle 6). Obwohl die Platine Nummer 1 aus den extrudierten Schächten mit einem Druck von nur 10 MPa heiß gepresst wird, ist sie unter dem Gesichtspunkt ihrer mechanischen Leistung sogar deutlich besser als die Platine Nummer 11, die aus den Rohschälten geformt wird, jedoch bei einem dreimal höheren Druckwert (30 MPa). Die Vorteile der Vorbehandlung im Doppelschneckenextruder zur anschließenden Mobilisierung der Lignine als internes Bindemittel einerseits und zur Erhöhung des durchschnittlichen Faserseitenverhältnisses andererseits werden damit anschaulich aufgezeigt. Ein Vergleich der Verwendungseigenschaften der Platinen Nummern 1, 3 und 7 zeigt auch die positiven Auswirkungen eines höheren Drucks beim Formen auf diese Eigenschaften, sei es die Biegefestigkeit, die Shore D-Oberflächenhärte oder die Wasserbeständigkeit des Materials nach dem Eintauchen. Mit zunehmendem Druck wird die Mobilisierung des Lignin-basierten Bindemittels gefördert27. In der geschmolzenen Phase wird die Viskosität reduziert und die Benetzung der Fasern optimiert.

Mit Hilfe der Konfiguration (Schritt 3.1.2) wurde nach dem Defibieren der geschmierten Leinsamenkuchen auch direkt in den Doppelschneckenextruder eingeschraubt und in der zweiten Hälfte des Schneckenprofils eng mit den raffinierten Fasern vermischt. Der plastifizierte Leinsamenkuchen wurde bei einem Gehalt zwischen 10% und 25% zugegeben (Tabelle 1). Das intime Mischen wurde durch die Verwendung von zwei aufeinanderfolgenden Serien von Bilobe-Paddeln (BB-Elementen) erreicht, die in versetzten Reihen (90 °) montiert sind. Diese sind auf der Ebene der Module 7 und 8 positioniert (Abbildung 3). Wenn der plastifizierte Leinkuchen zugegeben wird, ist der beobachtete Anstieg des gesamten spezifischen Energieverbrauchs trotz einer höheren Füllung der Maschine sehr gering: 1,35 ± 0,04 kW h/kg Trockenmasse max anstelle von 1,28 ± 0,05 kW h/kg Trockenmasse bei Konfiguration (Schritt 3.1.1), für die die Schäbe defibiert werden, aber ohne Zusatz von exogenem Bindemittel. Die CF1C-Verpolungsschraubenelemente, die für die Schäfdefinition verwendet werden, sind daher die restriktivsten Elemente des Schraubenprofils. Die Mischzone der raffinierten Fasern und des Leinsamenkuchens trägt daher in geringem Maße zur Erhöhung des Gesamtenergieverbrauchs der Maschine bei.

Durch die Zugabe des plastifizierten Leinsamenkuchens zu den extrusionsveredelten Fasern entsteht eine mit natürlichem Bindemittel angereicherte Vormischung, die vor dem Formen auf einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 3% und 4% getrocknet werden muss. Insgesamt erhöht diese Zugabe die Biegeeigenschaften der erhaltenen Faserplatten (Tabelle 6). Bei einem angelegten Druck von 10 MPa führt die Zugabe von 25% Leinsamenkuchen zu einer 15%igen Erhöhung der Biegefestigkeit des Materials (Vergleich der Brettnummern 1 und 2). Bei einem doppelten Druck (20 MPa) wird ein Anstieg von 25% beobachtet, wenn 10% flachsbasiertes Bindemittel hinzugefügt wird (Platine Nummer 4) und es steigt auf 53%, wenn 17,5% dieses Bindemittels hinzugefügt werden (Platine Nummer 5). Schließlich ist für den höchsten Umformdruck (30 MPa) die relative Erhöhung der Biegefestigkeit maximal (+12%) wenn 10% Leinkuchen hinzugefügt wird (Vergleich der Brettnummern 7 und 8).

Gleichzeitig sind die Shore D Oberflächenhärte und die Wasserbeständigkeit der Faserplatten nach dem Eintauchen weitgehend unabhängig vom plastifizierten Leinsamenkuchengehalt im Premix. Die Anwendung eines Drucks von mindestens 20 MPa während der Heißpressung geht immer noch mit einer Verringerung der Dickenschwellung einher, unabhängig vom exogenen Bindemittelgehalt. Unter solchen Umformbedingungen nimmt die Dichte der Hartplatten zu. Ihre innere Porosität wird dann reduziert und die Diffusion von Wasser im Inneren des Materials während des Eintauchens wird somit reduziert.

Die Rolle des exogenen Bindemittels, die der Leinkuchen in der Vormischung spielt, wird somit bestätigt und durch das Vorhandensein eines signifikanten Gehalts (geschätzt auf 40,5% seiner Trockenmasse52)von Proteinen mit Kunststoff- und Klebeverhalten erklärt. Diese Rolle wird auch bestätigt, wenn das ölhaltige Flachsprotein-basierte Bindemittel zu den rohen Schärfen hinzugefügt wird. Tatsächlich hat die erhaltene Platte mit 25% dieses Bindemittels (Fall der Platine Nummer12)eine Biegefestigkeit von 10,6 MPa anstelle von nur 3,6 MPa ohne Bindemittel (Platine Nummer 11). Diese Platte hat jedoch eine geringere Biegefestigkeit als alle, die auf den extrusionsveredelten Fasern basieren, was die wesentliche Rolle der TMC-Vorbehandlung der Schäbe veranschaulicht.

Dank der kombinierten Defibration der Schäbe und der Zugabe eines exogenen Bindemittels innerhalb derselben Doppelschneckenvorrichtung werden Faserplatten mit einer Biegefestigkeit von etwa 23 bis 25 MPa erhalten. Beispielsweise zeigt die entsprechende Faserplatte (Platine Nummer 10) unter Zugabe von 25% plastifiziertem Leinsamenkuchen zum Premix und Heißpressen des letzteren durch Anlegen eines Drucks von 30 MPa eine Biegefestigkeit von 24,1 MPa, einen Biegemodul von 4,0 GPa und eine innere Haftfestigkeit von 0,70 MPa(Abbildung 4,unten rechts). Basierend auf den Empfehlungen der französischen Norm (NF) EN 312 (Norm für die Spezifikationen für Spanplatten)53erfüllt diese Platte bereits die mechanischen Anforderungen von Platten des Typs P6, d.h. Platten, die unter hoher Belastung arbeiten und in trockenen Umgebungen verwendet werden. Nur seine Dickenschwellung nach 24 h Eintauchen in Wasser entspricht nicht den Anforderungen dieser Norm (78% statt max. 16%). Eine Nachhärtungsbehandlung (60 °C für 30 min, dann 80 °C für 30 min, dann 100 °C für 45 min, dann 125 °C für 60 min und schließlich 150 °C für 90 min, bevor sie für 225 min auf Raumtemperatur zurückkehrt) dieses Materials führt zu einer Verringerung der Dickenquellung um bis zu 49%, gleichzeitig mit einer Erhöhung der Biegefestigkeit (25,8 ± 1,0 MPa). Diese Verringerung der Dickenschwellung bleibt jedoch unzureichend. Für zukünftige Arbeiten sollten weitere zusätzliche Verfahren, z.B. Beschichtung, chemische oder Dampfbehandlung, nach dem Heißpressen getestet werden, um diesen Dimensionsstabilitätsparameter27 stärker zu verbessern. Eine weitere originelle Lösung könnte die Zugabe von Hydrophobmitteln, z. B. Pflanzenölderivaten, zur Vormischung direkt im Doppelschneckenextruder sein. Da diese optimale Platte in Häusern verwendet werden kann, muss ihre Feuerbeständigkeit bewertet werden, bevor sie dem Markt vorgeschlagen wird. In der Tat ist diese Eigenschaft von entscheidender Bedeutung. Erweist sich die Feuerbeständigkeit dieses Materials als unzureichend, sollte die Zugabe eines Feuerschutzprodukts zur Vormischung direkt im Doppelschneckenextruder in Betracht gezogen werden, bevor die Platte durch Heißpressen geformt wird.

Figure 1
Abbildung 1: Vereinfachte Konfigurationen des Doppelschneckenextruders, der (A) für die einzige Faserraffination von ölhaltigen Flachsschalchen und (B) für den kombinierten Prozess in einem einzigen Extruderdurchlauf verwendet wird, einschließlich der Faserraffination von ölhaltigen Flachsschalchen, der Zugabe von plastifiziertem Leinsamenkuchen und dann der intimen Mischung der beiden Feststoffe. Für jede der beiden getesteten Konfigurationen werden die aufeinanderfolgenden Einheitenoperationen erwähnt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Art der schraubenelemente, die entlang der Schraubenprofile verwendet werden: (A) T2F, (B) C2F, (C) C1F, (D) CF1C, (E) BB und (F) INO0 Schraubenelemente. (A) T2F-Elemente sind trapezförmige Doppelflugschrauben, die für ihre Förderwirkung verwendet werden. Aufgrund der trapezförmigen Form ihrer Gewinde sind T2F-Elemente nicht selbstreinigende Schrauben, haben aber sehr gute Förder- und Schluckeigenschaften. Sie werden daher in den Futterbereichen der beiden verwendeten Feststoffe (d. H. Ölhaltige Flachsschmächte und weichmacherhaltiger Leinsamenkuchen) positioniert. (B) C2F-Elemente sind konjugierte Doppelflugschrauben, die auch für ihre Förderwirkung verwendet werden. Die Form ihrer Gewinde ist konjugiert, was die C2F-Elemente zu selbstreinigenden Schrauben macht. Sie sind dort positioniert, wo Feststoff und Flüssigkeit koexistieren. (C) C1F-Elemente sind Einwegschrauben. Im Vergleich zu C2F-Elementen haben diese Förderschnecken einen breiteren Gewindekamm. Daher haben sie einen besseren Schub und eine höhere Scherwirkung als C2F-Elemente. (D) CF1C-Elemente sind konjugierte Cut-Flight-, Single-Flight-Schrauben mit linkshändiger Steigung. Diese Umgekehrtschraubenelemente sind die restriktivsten und wichtigsten Elemente des Schraubenprofils. Sie ermöglichen ein intensives Mischen und mechanisches Scheren des Materials sowie eine Verlängerung seiner Verweilzeit. CF1C-Schrauben sind der Ort, an dem die Defibration der Fasern stattfindet. (E) BB-Elemente sind bilobed Paddel. Sie ermöglichen einen starken Mischeffekt auf das Material. Sie fördern daher eine intime Mischwirkung, die besonders wichtig ist, um einerseits die ölhaltigen Flachsschälte mit dem zugesetzten Wasser homogen zu imprägnieren und andererseits die extrusionsraffinierten Fasern und den plastifizierten Leinsamenkuchen intim zu mischen. (F) INO0-Elemente sind Verbindungselemente zwischen Doppel- und Einwegschrauben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Schneckenkonfigurationen (A) für die Faserraffination nur von ölhaltigen Flachsschalchen und (B) für den kombinierten Prozess in einem einzigen Extruderdurchlauf, einschließlich der Faserraffination von ölhaltigen Flachsschalschen, der Zugabe von plastifiziertem Leinsamenkuchen und dann der intimen Mischung der beiden Feststoffe. (A) Wenn die ölhaltigen Flachsschalbe nur extrusionsraffiniert sind, werden sie in Modul 1 eingeführt. Dann wird am Ende von Modul 2 Wasser injiziert. Die intime Mischung von Feststoff und Flüssigkeit erfolgt auf der Ebene von Modul 5. Schließlich erfolgt die mechanische Defibrierung der Fasern durch mechanische Scherung in Modul 8. (B) Wenn das kombinierte Verfahren in einem einzigen Extruderdurchlauf durchgeführt wird, erfolgt die Faserraffination von ölhaltigen Flachsschälen in der ersten Hälfte des Schneckenprofils (d. h. aus den Modulen 1 bis 4), die Zugabe von plastifiziertem Leinkuchen in der Mitte und die intime Vermischung der beiden Feststoffe entlang der zweiten Hälfte des Schneckenprofils. Genauer gesagt erfolgt die Einführung des plastifizierten Leinsamenkuchens durch einen Seitenzuführung auf der Ebene von Modul 5, d.h. nach dem Faserraffinationsschritt, und die intime Vermischung der beiden Feststoffe erfolgt entlang der Module 6 bis 8. Für die Schrauben T2F, C2F, C1F und CF1C geben die beiden genannten Zahlen deren Steigung bzw. Länge (im Verhältnis zu D, dem Schneckendurchmesser) an. Für die BB-Mischblöcke stellen sie ihren erstaunlichen Winkel bzw. ihre Länge dar. INO0-Elemente sind 0,25 D lang. Zonen in der Schneckenkonfiguration mit strömungsbeschränkender Wirkung entsprechen den schattierten Bereichen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Foto von OFS (oben links) und ERF (unten links) ölhaltigen Flachsschälten und den Tafelnummern 12 (oben rechts) und 10 (unten rechts). Die Tafelnummern 12 und 10 enthalten beide 25% plastifizierten Leinsamenkuchen. Board Nummer 12 besteht aus den OFS Rohschälern, während Board Nummer 10 aus dem P3 Premix stammt (d.h. die extrusionsraffinierten Fasern enthält). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Extrudat-Bezeichnung Erf P1 P2 P3
Konfiguration (3.1.1.) (3.1.2.) (3.1.2.) (3.1.2.)
Doppelschnecken-Extrusionsbedingungen
Drehzahl der Schraube (U/min) 150 150 150 150
Einlassdurchfluss von ölhaltigen Flachsschälten (kg/h) 15.00 15.00 15.00 15.00
Einlassdurchfluss von plastifiziertem Leinsamenkuchen (kg/h) 0.00 1.50 2.63 3.75
Einlassdurchfluss des eingespritzten Wassers (kg/h) 15.00 15.00 15.00 15.00

Tabelle 1: Doppelschneckenextrusionsbedingungen für die Konfigurationen (A) und (B). ERF, extrusionsraffinierte Fasern, die aus der Konfiguration stammen (Schritt 3.1.1); P1, Vormischung Nummer 1 aus Konfiguration (Stufe 3.1.2) und mit einem Gehalt von 10 % (im Verhältnis zum Gewicht der Schäbe) an weichmacherischem Leinsamenkuchen; P2, Vormischung Nummer 2 aus Konfiguration (Stufe 3.1.2) und mit einem Gehalt von 17,5 % (im Verhältnis zum Gewicht der Schäbe) weichmacherten Leinsamenkuchens; P3, Vormischung Nummer 3 aus Konfiguration (Schritt 3.1.2) und mit einem Gehalt von 25 % (im Verhältnis zum Gewicht der Schäbe) von weichmacherischem Leinsamenkuchen.

Nummer der Faserplatte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Rohstoff Erf P3 Erf P1 P2 P3 Erf P1 P2 P3 Ofs OFS plus 25% (w/w) plastifizierter Leinsamenkuchen
Formtemperatur (°C) 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200
Formzeit(en) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150
Angewandter Druck (MPa) 10 10 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30

Tabelle 2: Formparameter für die Herstellung der Faserplatten. OFS, ölhaltige Flachsschalbe (d. h. rohe Schäbe, die zuvor nicht durch Doppelschneckenextrusion behandelt wurden). Hergestellt aus OFS und plastifiziertem Leinsamenkuchen, wurde die feste Mischung, die zur Herstellung von Karton Nummer 12 verwendet wurde, mechanisch mit einem Doppelhelixmischer erhalten.

Material OFS27 Erf
Feuchtigkeit (%) 8,4 ± 0,2 8,3 ± 0,2
Mineralien (% der Trockenmasse) 2,0 ± 0,1 2,0 ± 0,1
Cellulose (% der Trockenmasse) 45,6 ± 0,4 44,3 ± 0,4
Hemicellulosen (% der Trockenmasse) 22,4 ± 0,1 22,8 ± 0,1
Lignine (% der Trockenmasse) 25,1 ± 0,6 23,7 ± 0,5
Wasserlösliche Bestandteile (% der Trockenmasse) 4.1 ± 0.1 4.3 ± 0.1

Tabelle 3: Chemische Zusammensetzung von ölhaltigen Flachsschälen vor und nach der extrusionsraffinierenden Vorbehandlung. Die Feuchtigkeitsgehalte wurden nach der Norm ISO 665:200054bestimmt. Sie wurden aus ausgeglichenen Materialien gemessen, d.h. nach Konditionierung in einer Klimakammer (60% relative Luftfeuchtigkeit, 25 °C). Die Gehalte an Mineralien wurden nach der Norm ISO 749:197755bestimmt. Die Gehalte in Cellulose, Hemicellulosen und Ligninen wurden mit der Acid Detergent Fiber (ADF) - Neutral Detergent Fiber (NDF) Methode von Van Soest und Wine56,57bestimmt. Die Gehalte an wasserlöslichen Verbindungen wurden durch Messung des Massenverlustes der Probe nach 1 h in kochendem Wasser bestimmt. Alle Messungen wurden in doppelter Ausfertigung durchgeführt. Die Ergebnisse in der Tabelle entsprechen den Mittelwerten ± Standardabweichungen.

Material Scheinbare Dichte (kg/m3) Gezapfte Dichte (kg/m3)
OFS27 117 ± 5 131 ± 4
Erf 71 ± 1 90 ± 1

Tabelle 4: Sichtbare und gezapfte Dichten von ölhaltigen Flachsschälten vor und nach der extrusionsverfeinernden Vorbehandlung. Die angezapfte Dichte von ölhaltigen Flachsschmälen wurde in dreifacher Ausfertigung mit einem Densitometer gemessen. Die scheinbare Dichte wurde vor der Verdichtung erhalten. Die Ergebnisse in der Tabelle entsprechen den Mittelwerten ± Standardabweichungen. n.d., nicht bestimmt.

Material Faserlänge (μm) Faserdurchmesser (μm) Seitenverhältnis Geldbußen (%)
OFS27 5804 ± 4013 1107 ± 669 6 ± 6 n.d.
Erf 559 ± 27 20,9 ± 0,2 27 ± 2 56 ± 2

Tabelle 5: Morphologische Eigenschaften von ölhaltigen Flachsschals vor und nach der extrusionsverfeinernden Vorbehandlung. Die morphologische Analyse von Rohschälten (d.h. vor der extrusionsverfeinernden Vorbehandlung) wurde mittels Bildanalyse mit einer Software aus einem Scan von etwa 3.000 Partikeln durchgeführt27. Die der extrusionsveredelten Schäbe wurde mit einem Analysator zur Messung und Charakterisierung der Fasermorphologie durchgeführt. Für diese Messungen wurden Bestimmungen in dreifacher Ausfertigung durchgeführt und für jedes Experiment etwa 15.000 Partikel analysiert. Die Ergebnisse in der Tabelle entsprechen den Mittelwerten ± Standardabweichungen.

Nummer der Faserplatte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Biegeeigenschaften
Dicke (mm) 4.18 ± 0.07 5.03 ± 0.14 3,73 ± 0,11 3,88 ± 0,01 4.12 ± 0.02 4.56 ± 0.06 3,62 ± 0,12 3,81 ± 0,09 4.06 ± 0.12 4.37 ± 0.12 3,99 ± 0,07 4,69 ± 0,25
Dichte (kg/m3) 1051 ± 16 1165 ± 78 1191 ± 59 1241 ± 34 1256 ± 41 1248 ± 37 1213 ± 54 1268 ± 17 1274 ± 23 1253 ± 32 1069 ± 19 1181 ± 40
Biegefestigkeit (MPa) 11,6 ± 1,0 13.3 ± 1.4 16.6 ± 1.4 20,9 ± 2,2 25,5 ± 1,9 22.6 ± 2.1 21,7 ± 1,9 24.4 ± 1.8 23.5 ± 2.1 24.1 ± 2.5 3,6 ± 0,4 10,7 ± 0,9
Elastizitätsmodul (MPa) 2474 ± 138 2039 ± 227 2851 ± 295 3827 ± 303 4272 ± 396 3806 ± 260 3781 ± 375 4612 ± 285 3947 ± 378 4014 ± 409 1071 ± 98 2695 ± 370
Shore D Oberflächengurt (°) 70,7 ± 2,2 69,0 ± 3,0 70,6 ± 1,9 70,5 ± 2,2 70,3 ± 2,0 71,1 ± 1,8 69,0 ± 2,7 70,8 ± 2,0 70,0 ± 2,2 71,0 ± 1,7 61,4 ± 4,8 61,8 ± 3,6
Interne Haftfestigkeit (MPa) n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0,70 ± 0,05 n.d. n.d.
Wasserempfindlichkeit nach eintauchen in Wasser während 24 h
Dicke Quellung (%) 139,5 ± 14,3 135,4 ± 10,9 76,1 ± 6,8 73,1 ± 1,8 82,3 ± 5,6 90,5 ± 3,9 64,0 ± 4,2 87,1 ± 5,6 100,1 ± 4,4 77,7 ± 2,2 159,9 ± 11,1 179,8 ± 16,3
Wasseraufnahme (%) 145,4 ± 10,0 143,1 ± 16,2 66,5 ± 6,3 65,2 ± 3,5 69.1 ± 2.2 83,0 ± 5,0 54,4 ± 1,6 59,8 ± 1,1 86,3 ± 6,7 63,3 ± 1,7 156,8 ± 5,9 150,1 ± 7,0

Tabelle 6: Mechanische Eigenschaften, Dickenschwellung und Wasseraufnahme der durch Heißpressung hergestellten Faserplatten. Die Dicke und die Dichte wurden durch Wiegen der Prüflinge und Messen ihrer Abmessungen mit einem elektronischen Bremssattel bestimmt. Die Biegeeigenschaften wurden nach der Norm ISO 16978:200358bestimmt. Die Shore D Oberflächenhärte wurde nach der Norm ISO 868:200359bestimmt. Die innere Haftfestigkeit wurde nach der Norm ISO 16260:201660bestimmt. Die Wasserempfindlichkeit nach dem Eintauchen in Wasser (d.h. Dickenquellung und Wasseraufnahme) wurde nach der Norm ISO 16983:200361bestimmt. Alle Feststellungen wurden viermal durchgeführt. Die Ergebnisse in der Tabelle entsprechen den Mittelwerten ± Standardabweichungen. n.d., nicht bestimmt.

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Discussion

Das hier beschriebene Protokoll beschreibt, wie die Extrusions-Raffination von lignozellulosehaltigen Fasern vor der Verwendung als mechanische Verstärkung in erneuerbaren Platten zu verarbeiten ist. Hier kommt bei dem eingesetzten Doppelschneckenextruder eine Pilotmaschine zum Einsatz. Mit Schrauben von 53 mm Durchmesser (D) ist es mit acht Modulen mit jeweils 4D Länge ausgestattet, mit Ausnahme von Modul 1, das einen 8D hat Länge, die einer Gesamtlänge von 36D (d. h. 1.908 mm) für den Lauf entspricht. Seine Länge ist lang genug, um die Abfolge mehrerer elementarer Operationen in einem einzigen Durchgang auf das verarbeitete Material anzuwenden, d. H. Fütterung, Kompression, intime Vermischung zwischen dem faserigen Feststoff und dem hinzugefügten Wasser, Ausdehnung, Kompression, intensives Scheren und dann Ausdehnung. Hier wurde die extrusionsveredelnde Vorbehandlung erfolgreich auf Schäben aus ölhaltigem Flachsstroh angewendet. Sie bilden den Rückstand, der nach der mechanischen Extraktion technischer Fasern aus ölhaltigem Flachsstroh mit einer "Allfaser"-Extraktionsvorrichtung51gesammelt wird. In derselben Doppelschneckenmaschine ist es auch möglich, der defibierten lignozellulosehaltigen Biomasse unmittelbar nach dem Extrusions-Raffinationsschritt ein exogenes Bindemittel hinzuzufügen. Die zweite Hälfte des Schneckenprofils widmet sich somit dem intimen Mischen der raffinierten Fasern und dieses externen Bindemittels. Hierbei handelt es sich um einen zuvor plastifizierten Leinsamenkuchen, der als zusätzliches Bindemittel verwendet wurde. Es wurde den raffinierten Fasern mit verschiedenen Raten hinzugefügt (von 10% bis 25% im Verhältnis zu Schämeln). Die daraus resultierenden 100% ölhaltigen Flachs-basierten Vormischungen wurden anschließend durch Heißpressen in Hartplatten umgewandelt.

Aufgrund der Vielzahl elementarer Operationen, die zur Konfiguration anzuwenden sind (Schritt 3.1.2), die nicht nur die Verfeinerung der Fasern, sondern auch die Zugabe eines externen Bindemittels ermöglicht, ist die Länge des Zylinders der zu verwendenden Maschine entscheidend für den Erfolg der Behandlung. Eine Lauflänge von mindestens 32D ist erforderlich, obwohl Längen von 36D oder sogar 40D angemessener sind. Die Ausdehnung des Gemisches, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zonen restriktiver Elemente transportiert wird, ist dann besser und dies begünstigt den Austausch zwischen den Bestandteilen des festen Gemisches und dem Wasser.

Darüber hinaus ist das Schraubenprofil von zentraler Bedeutung für die Doppelschneckenprozesse2,3,4. Insbesondere die restriktiven Bereiche (d.h. Bereiche intensiver mechanischer Arbeit) müssen mit größter Sorgfalt ausgewählt werden. Hier führt dies zu Bedenken hinsichtlich der Umkehrschneckenelemente, die für die Defibration von lignozellulosehaltiger Biomasse verwendet werden, und der Mischelemente, die für die Imprägnierung dieser Biomasse mit Wasser vor der Defibration und anschließenden intimen Vermischung der raffinierten Fasern mit natürlichem Bindemittel benötigt werden. Die Typologie dieser Elemente (d.h. Steigung von Rückwärtsschneckenelementen sowie Breite und Staffelwinkel von Mischblöcken), ihre jeweilige Länge und ihre Positionierung entlang des Schneckenprofils können an die zu fertigende Formulierung angepasst werden.

In ähnlicher Weise ist die Optimierung der Betriebsbedingungen (d. h. Einlassdurchflussraten von Feststoffen, Einlassfluss von Wasser, Schneckendrehzahl und Temperaturprofil) für die Produktion einer neuen Formulierung erforderlich2,3,4. Genau wie beim Schraubenprofil müssen die zu implementierenden Betriebsbedingungen an die Art jeder behandelten lignozellulosehaltigen Biomasse angepasst werden (z. B. Verteilung zwischen Cellulose, Hemicellulose und Lignin, mögliches Vorhandensein anderer Bestandteile, Morphologie und Härte der festen Partikel am Einlass usw.). Die Füllrate des Doppelschneckenextruders kann so an jede neue Formulierung angepasst werden, mit dem Ziel, seine Verweilzeit zu optimieren und die Produktivität der Maschine zu steigern und gleichzeitig Verstopfungen zu vermeiden.

Es ist daher die Füllrate der Doppelschneckenvorrichtung, die die Haupteinschränkung der hier vorgestellten Defibring-Vorbehandlung darstellt. Abhängig von der Art des zu verarbeitenden Rohstoffs, dem verwendeten Schneckenprofil und den angewandten Extrusionsbedingungen (d. h. Eingangsdurchflussraten von Feststoffen, Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis und Schneckendrehzahl) ist die mittlere Verweilzeit der Mischung im Doppelschneckenwerkzeug nicht gleich. Um die Produktivität der Maschine zu steigern, ist es immer das Ziel, den Fluss des behandelten Pflanzenmaterials so weit wie möglich zu erhöhen und gleichzeitig eine ausreichende Qualität der daran durchgeführten TMC-Arbeiten zu erhalten.

Bei der während der Produktion verwendeten Schneckendrehzahl, die so nah wie möglich an der maximalen Drehzahl der Doppelschneckenmaschine zur Steigerung ihrer Produktivität gewählt wird, kann die Maschine überfüllt werden, wenn die eingehenden Ströme von Feststoffen und Wasser zu hoch werden. Daher ist es für die Bediener wichtig, die optimale Füllrate zu wählen, um sicherzustellen, dass die Maschine nicht überfüllt ist. Um ein solches Verstopfen zu vermeiden, sollte das Doppelschraubenwerkzeug für eine ausreichend lange Zeit, d.h. mindestens eine halbe Stunde, verwendet werden. Die Stabilität des elektrischen Stroms, der von seinem Motor während der Produktion verbraucht wird, ist die Bestätigung einer Maschine, die nicht überfüttert. Sein Bedienfeld macht es einfach, die Entwicklung des elektrischen Stroms im Laufe der Zeit zu verfolgen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Doppelschneckenextrusionstechnologie daher ein vielseitiges und leistungsstarkes Werkzeug zur Herstellung von kunstharzfreien nachwachsenden Faserplatten ist. Zunächst kann die kontinuierliche TMC-Defibration von lignozellulosehaltigen Fasern durchgeführt werden, die zu einer Erhöhung ihrer Eignung für mechanische Verstärkung durch eine Erhöhung des mittleren Seitenverhältnisses der raffinierten Fasern führt. Das Doppelschneckenwerkzeug kann als glaubwürdige Alternative zu anderen klassisch verwendeten Defibrationsmethoden angesehen werden, d.h. einem einfachen Schleifen, Aufschlussprozessen und Dampfexplosion.

Eine kürzlich an Reisstroh durchgeführte Studie zeigte, dass dieses Werkzeug die Möglichkeit bietet, die Länge der Fasern während ihrer Defibration besser zu erhalten als eine Methode, die aus Papierprozessen resultiert und eine Aufschlussphase mit anschließender Defibration beinhaltet25. Die gleiche Studie zeigte auch, dass die defibrierte Defibration in einem Doppelschneckenextruder weniger Wasser verbrauchte und zu geringeren Kosten durchgeführt werden kann. Bei der Doppelschneckendefibration trägt auch die Freisetzung von Ligninen teilweise zum Zusammenhalt (durch Selbstverklebung) der erhaltenenFaserplatten bei 27. Diese werden als "selbstgebundene Boards" bezeichnet.

Im gleichen Doppelschneckenextruder und für mehr Kompaktheit ist es auch möglich, den zuvor veredelten Fasern in variablen Anteilen kontinuierlich ein externes Bindemittel hinzuzufügen. Dies reduziert Produktionszeit und -kosten sowie die Dimensionierung der Premix-Aufbereitungseinheit. Der Gesamtprozess der Vorbehandlung der Fasern und der Vorbereitung der Vormischung wird somit vor dem Heißpressen der Faserplatten stark intensiviert. Die Zugabe eines exogenen Bindemittels trägt ebenfalls zu einer wesentlichen Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der erhaltenen Materialien bei. Dieses innovative Verfahren ist daher besonders vielseitig, da es an verschiedene lignozellulosehaltige Biomassen und unterschiedliche natürliche Bindemittel angepasst werden kann.

In Zukunft soll die hervorragende Mischfähigkeit des Doppelschneckenwerkzeugs weiter genutzt werden. Zum Beispiel könnte es verwendet werden, um die Vormischung verschiedener funktioneller Additive zu ergänzen, z. B. Hydrophobierungsmittel zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit von Faserplatten, Antimykotika, Flammschutzmitteln, Farben usw., um eine voll funktionsfähige Vormischung für den endgültigen Formprozess bereitzustellen.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Acknowledgments

nichts

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analogue durometer Bareiss HP Shore Device used for determining the Shore D surface hardness of fiberboards
Ash furnace Nabetherm Controller B 180 Furnace used for the mineral content determinations
Belt dryer Clextral Evolum 600 Belt dryer used for the continuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Cold extraction unit FOSS FT 121 Fibertec Cold extractor used for determining the fiber content inside solid materials
Densitometer MA.TEC Densi-Tap IG/4 Device used for determining apparent and tapped densities of extrudates once dried
Double-helix mixer Electra MH 400 Mixer used for preparing the solid mixture made of the raw shives and the plasticized linseed cake for producing board number 12
Fiber morphology analyzer Techpap MorFi Compact Analyzer used for determining the morphological characteristics of extrusion-refined shives
Gravimetric belt feeder Coperion K-Tron SWB-300-N Feeder used for the quantification of the oleaginous flax shives
Gravimetric screw feeder Coperion K-Tron K-ML-KT20 Feeder used for the quantification of the plasticized linseed cake
Hammer mill Electra BC P Crusher used for the grinding of granules made of plasticized linseed cake
Heated hydraulic press Pinette Emidecau Industries PEI 400-t Hydraulic press used for molding the fiberboards through hot pressing
Hot extraction unit FOSS FT 122 Fibertec Hot extractor used for determining the water-soluble and fiber contents inside solid materials
Image analysis software National Institutes of Health ImageJ Software used for determining the morphological characteristics of raw shives
Oleaginous flax straw Ovalie Innovation N/A Raw material supplied for the experimental work
Piston pump Clextral DKM Super MD-PP-63 Pump used for the water quantification and injection
Scanner Toshiba e-Studio 257 Scanner used for taking an image of raw shives in gray level
Side feeder Clextral E36 Feeder used to force the introduction of the plasticized linseed cake inside the barrel (at the level of module 5) for configuration (b)
Thermogravimetric analyzer Shimadzu TGA-50 Analyzer used for conducting the thermogravimetric analysis of the solids being processed
Twin-screw extruder Clextral Evolum HT 53 Co-rotating and co-penetrating pilot scale twin-screw extruder having a 36D total length (D is the screw diameter, i.e., 53 mm)
Universal oven Memmert UN30 Oven used for the moisture content determinations
Universal testing machine Instron 33R4204 Testing machine used for determining the bending properties of fiberboards
Ventilated oven France Etuves XL2520 Oven used for the discontinuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 600 Sieve shaker used for the sieving of the plasticized linseed cake
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 1800 Sieve shaker used for removing short bast fibers entrapped inside the oleaginous flax shives

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Engineering Ausgabe 167 Doppelschneckenausführung thermomechanisch-chemische Vorbehandlung Faserraffination Faserseitenverhältnis Pflanzlichennprodukten Lignocellulose erneuerbaren Fasern mechanische Verstärkung Heißpressen natürliche Bindemittel vollständig biobasierte Faserplatten
Doppelschnecken-Extrusionsverfahren zur Herstellung erneuerbarer Faserplatten
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Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U., Ouagne, P., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards. J. Vis. Exp. (167), e62072, doi:10.3791/62072 (2021).

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