CH423197A - Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe - Google Patents
Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter thermoplastischer KunststoffeInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe Es ist bekannt, die Fliesseigenschaften thermoplastischer Kunststoffe durch Glasfaserzusätze zu verbessern, indem man geschnittene Glasfasern mit dem Kunststoffpulver oder Granulat getrennt oder vorher gemischt dem Einfüllstutzen eines Extruders zuführt und das Gemisch nach dem Aufschmelzen des Kunststoffs homogenisiert. Dabei werden die Längen einzelner Glasfasern oft soweit verringert, dass diese ihre stützende Funktion verlieren. Auch ist der Verschleiss des Extruders sehr hoch und die Produkte enthalten störende Mengen des Schneckenbzw. Zylindermaterials. Geht man von relativ langgeschnittenen Glasfasern aus, so bereitet die getrennte oder gemeinsame Dosierung, insbesondere bei höherem Glasfaseranteil, erhebliche Schwierigkeiten. Ferner ist bekannt, glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe durch Extrudieren getrennt zudosierter Stoffe herzustellen. Der Kunststoff wird dabei in Pulver- oder Granulatform durch den Einfüllstutzen des Extruders zugegeben und in der Knetzone geschmolzen. Nach dem letzten Knetsatz der Aufschmelzzone werden Glasfasern geringer Länge zugegeben und mit der Schmelze vermischt. Dadurch wird erreicht, dass die Länge der Fasern beim Mischprozess nicht oder nur geringfügig verändert wird. Die Fasern müssen demnach schon auf die gewünschte Länge, etwa 0,1 bis 1,5 mm geschnitten sein. Die gleichmässige Dosierung dieser Fasern ist technisch schwierig. Weiterhin ist bekannt, endlose Glasfasern in eine Kunststoffschmelze einzubringen und unzerkleinert mit dem Kunststoff durch Düsen auszutragen oder Glasfaserbüschel auf die Oberfläche von Kunststofffäden nach dem Auspressen durch Lochdüsen aufzubringen. In beiden Fällen sind die Glasfasern nicht homogen im Kunststoff verteilt, sondern sitzen büschelweise parallel zur Granulatachse an der Oberfläche des Granulats. Die Verarbeitung des auf diese Weise hergestellten Granulats ist nicht immer möglich. Dünnwandige und komplizierte Formkörper können infolge der inhomogenen Verteilung der Glasfaseranteile nicht störungsfrei hergestellt werden. Auch wird ein erhöhter Abrieb in der Verarbeitungsmaschine und Spritzform festgestellt. Es wurde nun gefunden, dass man diese Nachteile beim Herstellen glasfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe durch Mischen der Glasfasern mit der Schmelze der Kunststoffe in einer Schneckenmaschine mit Zwangsförderung vermeiden kann, indem man der Schmelze vor einer in der Schneckenmaschine angeordneten Knetvorrichtung und/oder einem verstellbaren Spalt endlose Glasfasern zuführt, die Glasfasern in der Schmelze zerkleinert, mit der Schmelze mischt und das Gemisch kontinuierlich austrägt. Die Einstellung des gewünschten Glasfasergehaltes ist hierbei ohne Schwierigkeiten möglich, da die Einzugsgeschwindigkeit der Glasfaserstränge proportional der Drehzahl der Schneckenwelle ist und man die Anzahl der einzuziehenden Stränge z. B. zwischen 1 und 20 beliebig variieren kann. Man erhält glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe, die ein hoher Elastizitätsmodul, eine grosse Steifigkeit, gute Masshaltigkeit und eine hohe Wärmestandfestigkeit auszeichnen. Gegenüber nach bekannten Verfahren hergestellten glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen besitzen sie die Vorteile der besseren Verarbeitbarkeit und der helleren Eigenfarbe. Bei einer vorteilhaften Durchführungsform der Erfindung werden stückige oder pulverige thermoplastische Kunststoffe in einem Doppelschneckenextruder, der Entgasungsvorrichtungen hat, geschmolzen. Die flüchtigen Anteile der Schmelze werden auf die beim Extrudieren übliche Weise entfernt. Die Glasfasern werden durch einen nach der Aufschmelzzone befindlichen Stutzen in Form endloser Fadenbündel (Roving) zugegeben, wobei der gewünschte Glasfasergehalt im Kunststoff durch Abstimmen der Drehzahl der Schneckenwellen und Zahl und Stärke der Fadenbündel eingestellt wird. Die Glasfasern werden in Gegenwart der Schmelze durch einen dem Glasfasereinzugsteil nachgeordneten Schneckensatz auf die gewünschte Länge zerkleinert, wobei je nach Wahl der Knetelemente Glasfaserstücke verschiedenster Länge erhalten werden. Die Glasfaserstücke werden durch Mischelemente mit der Schmelze homogen vermischt und die Schmelze nach dem Durchgang durch eine Beruhigungszone wie üblich ausgetragen. Die Verweilzeit des Gemisches: Glasfaser/thermoplastischer Kunststoff im Extruder liegt etwa zwischen 60 und 200 Sekunden. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Dosierung der Glasfasern keine Schwierigkeiten bereitet. Der bei üblichen Verfahren beobachtete starke Abrieb der Maschine wird vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Länge der Glasfasern eingestellt werden kann. Darüber hinaus können im Gegensatz zu bekannten Verfahren glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe mit einem Gehalt von 50 /o und darüber in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Für das Verfahren gemäss der Erfindung sind alle thermoplastischen Kunststoffe, die in üblicher Weise hergestellt sind, geeignet, beispielsweise Polyolefine, Polyvinylchlorid, Styrol-Homo-, -Misch- oder Pfropfpolymerisate, Polyester und Polyamide. Die Kunststoffe können nicht nur in Pulverform sondern auch in stückiger Form, z. B. als Granulat, Mahlgut oder Schnitzel verwendet werden. Unter Schneckenmaschinen mit Zwangsförderung werden ein- oder mehrwellige Extruder, kontinuierliche Kneter oder Scheibenkneter verstanden. Besonders geeignet sind zweiwellige Extruder mit sich gegenseitig auskämmenden Schnecken, die Entgasungsund Knetvorrichtungen, wie Knetscheiben, Knetblöcke und/oder verstellbare Spalte, haben. Als endlose Faserbündel (Roving) sind besonders solche geeignet, die aus mehreren, manchmal über 10 000 Einzelfäden, bestehen. Die Einzelfäden besitzen einen mittleren Durchmesser von etwa 10-3 bis 10-4 cm. Die Fasern können schlichtefrei oder mit üblichen Schlichtemitteln, wie Kunststoffen, Silanprodukten, Chromverbindungen usw. verwendet werden. Gegebenenfalls kann die Schlichte durch Abbrennen oder Ablösen vor der Einführung der Fasern in den Extruder entfernt werden. Die thermoplastischen Kunststoffe können Zusätze üblicher Art, wie Farbstoffe, Weichmacher, Schmiermittel, Stabilisatoren oder optische Aufheller, enthalten. Die Zusätze können den Kunststoffen bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens auch vor oder nach dem Aufschmelzen zugegeben werden. Die erfindungsgemäss mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoffe eignen sich zum Herstellen formstabiler und wärmestandfester Formkörper, an die besonders hohe mechanische Anforderungen gestellt werden. Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht; die verwendeten Kunststoffe sind in üblicher Weise hergestellt. Beispiel 1 Ein Gemisch aus 80 Teilen granuliertem 6-Polyamid und 0,5 Teilen Calciumstearat wird in einem zweiwelligen Schneckenwellenextruder, der zwei Entgasungsstutzen hat, bei 2200 C geschmolzen. Die Drehzahl der Wellen beträgt 105 UpM. Durch den Entgasungsstutzen, der dem Einfüllstutzen am nächsten liegt, werden der Schmelze 26 Teile Glasfasern in Form von Rovingsträngen zugeführt. Die Glasfasern werden in der Schmelze durch zwei Knetsätze, die auf den Wellen zwischen dem ersten Entgasungsstutzen und der Formvorrichtung des Extruders angeordnet sind, zu Längen von 0,18 bis 1,0 mm zerkleinert. Durch nachgeschaltete Mischelemente werden die Glasfaserstücke mit der Schmelze homogen gemischt und die Schmelze danach durch eine Düsenplatte ausgetragen und das Extrudat zerkleinert. Die Verweilzeit des Gemisches Glasfaser/Polyamidschmelze im Extruder beträgt 100 bis 110 Sekunden. Beispiel 2 Verwendet man ein Gemisch aus 70 Teilen 6, 10-Polyamid und 0,5 Teilen Calciumstearat sowie 46,6 Teile Glasfasern, arbeitet aber sonst wie in Beispiel 1 beschrieben, so erhält man ein Polyamid, das 40 0/0 Glasfasern mit Längen zwischen 0,18 und 1,9 mm enthält. Dieses Polyamid eignet sich besonders zum Herstellen hochbeanspruchter technischer Teile, beispielsweise zum Herstellen von Zahnrädern. Beispiel 3 65 Teile Polystyrol vom K-Wert (nach Fikentscher) 63 werden in einem zweiwelligen Schneckenwellenextruder, der vier Entgasungsstutzen hat, bei 2200 C geschmolzen. Die Drehzahl der Wellen beträgt 150 UpM. Durch den der Aufschmelzzone folgenden Entgasungsstutzen werden 35 Teile endlose Glasfasern (Roving) eingebracht, zusammen mit der Schmelze durch einen Ringspalt von 2 mm gefördert, der die Glasfaser in Bruchstücke von 0,1 bis 1,5 mm zerkleinert und zugleich mit der Schmelze vermischt. Nach Passieren einer zweiten Misch- und einer Beruhigungszone wird das Gemisch durch eine Düsenplatte ausgetragen. Beispiel 4 78 Teile pulveriges Styrol-Acrylnitril-Mischpolymerisat, das noch 2 0/0 Wasser und 10/o Innenschmiermittel enthält, werden, wie in Beispiel 3 beschrieben, im Extruder aufgeschmolzen und 25 Teile Glasfasern eingearbeitet. Man erhält ein glasfaserhaltiges Styrol-Mischpolymerisat, das sich hervorragend zur Herstellung masshaltiger Formkörper mit erhöhter Wärmestabilität eignet.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe durch Mischen der Glasfasern mit der Schmelze der Kunststoffe in einer Schneckenmaschine mit Zwangsförderung, dadurch gekennzeichnet, dass man der Schmelze vor einer in der Schneckenmaschine angeordneten Knetvorrichtung und/oder einem verstellbaren Spalt endlose Glasfasern zuführt, die Glasfasern in der Schmelze zerkleinert, mit der Schmelze mischt und das Gemisch kontinuierlich austrägt.UNTERANSPRUCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von 100 Teilen glasfaserverstärtem thermoplastischem Kunststoff 0,5 bis 70 Teile endlose Glasfasern verwendet werden.2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von 100 Teilen glasfaserverstärktem thermoplastischem Kunststoff 20 bis 40 Teile endlose Glasfasern verwendet werden.
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