CH632779A5

CH632779A5 - Glasfasermattenverstaerkte thermoplaste mit erhoehter steifigkeit.

Info

Publication number: CH632779A5
Application number: CH216078A
Authority: CH
Inventors: Rainer Dr Theysohn; Martin Welz; Rolf Dr Wurmb
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1982-10-29
Also published as: IT7820252A0; DE2708905B2; US4146528A; IT1095353B; JPS53108181A; BE864480A; GB1597426A; FR2382474A1; JPS6023028B2; CA1079888A; FR2382474B3; DE2708905A1

Description

Gegenstand der Erfindung sind glasfasermattenverstärkte und füllstoffhaltige thermoplastische Kunststoffe, die enthalten (a) 10 bis 60 Gewichtsprozent Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von 250 bis 1200 g/m2 und (b) 5 bis 60 Gewichtsprozent eines feinteiligen inerten Füllstoffes, wobei die Summe der Gewichtsprozente aus (a) und (b) nicht mehr als 70 Gewichtsprozent beträgt. Die Gewichtsprozente von (a) bzw. (b) beziehen sich auf die Gewichtsmenge des glasfasermattenverstärkten, füllstoffhaltigen Kunststoffes.

Bei derartigen glasfasermattenverstärkten Thermoplasten handelt es sich um Kunststoffe, deren Steifigkeit durch die Verstärkung gegenüber den nichtverstärkten Kunststoffen wesentlich erhöht ist.

Glasfasermattenverstärkte Thermoplaste bzw. thermoplastisches Halbzeug aus glasfasermattenverstärkten Thermoplasten kann nach dem in der DE-AS 23 12 816 beschriebenen Verfahren durch Extrudieren einer Thermoplastschmelze durch eine Breitschlitzdüse zwischen vorgewärmte Glasfasermatten und anschliessendem Verpressen und Abkühlen unter Druck kontinuierlich hergestellt werden. Die Glasfasermatten sind mit der Thermoplastschmelze umso leichter zu tränken, je niedriger die Viskosität der Schmelze ist. Nach diesem bekannten Verfahren kann man porenfreies Halbzeug (Platten, Rohre, Tafeln, Bänder, Stäbe, Profile usw.) herstellen.

Thermoplastische Kunststoffe werden in einer Vielzahl von Anwendungsfällen mit einem Zusatz von Füll- und Verstärkungsstoffen eingesetzt, welche die Aufgabe haben, z.B. den Elastizitätsmodul und die Festigkeit zu erhöhen, die Schwindung und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verringern oder die Masse zu verbilligen. Bei der Verarbeitung im Spritzguss oder bei der Halbzeugextrusion kann die Erhöhung der Viskosität wegen der Füllstoffe durch einen höheren Verarbeitungsdruck zum Teil kompensiert werden.

Auch für die Herstellung von glasfasermattenverstärkten Thermoplasten war es wünschenswert, mit Füllstoff versetzte Thermoplaste einzusetzen, um so z.B. den Elastizitätsmodul noch weiter steigern zu können und die Schrumpfung zu verringern, ohne den Anteil der relativ teuren Glasfasermatten zu erhöhen. Voraussetzung ist hierbei eine gute Durchtränkung der Glasfasermatten, hauptsächlich bewirkt durch eine gute Fliessfähigkeit der Verstärkerfüllstoffe enthaltenden Thermoplastschmelze, und eine fehlerfreie Oberfläche des Halbzeugs, bei denen die Glasfasern nicht an der Oberfläche herausragen.

Es wurde jedoch beobachtet, dass bei einer grossen Anzahl von Füllstoffen wie Kurzfasern, Quarzmehl, Wollastonit, Gips, Aluminiumhydroxid, Kreide, Glimmer oder Kaolin Entmischungen durch die Filterwirkung der Glasmatten auftraten. Zudem war vor allem bei Füllstoffgehalten über 10 Gewichtsprozent die Fliessfähigkeit der Thermoplastschmelze so weit reduziert worden, dass eine einwandfreie Durchtränkung der Glasfasermatten und damit eine gleichmässige Verteilung der Füllstoffe auf alle Thermoplastteile nicht mehr erfolgte. Selbst bei dünnen Platten wurde dadurch die Oberfläche rauh und wellig, bei dicken Platten war die Schmelze überhaupt nicht durch die Glasfasermatten bis an die Oberfläche gedrungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Thermoplast-Füllstoff-Kombination zu finden, welche die oben erwähnten Nachteile bei der Verarbeitung zu glasfasermattenverstärktem Thermoplasthalbzeug nicht aufweist und zu fehlerfreiem Halbzeug mit hoher Steifigkeit, verringertem Verzug bzw. Schwindung und glatter Oberfläche führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Füllstoff (b) ein blättrig-kristalliner Talk ist, dessen mittlere Blättchendicke nicht grösser als 5 [im und bei dem das Verhältnis vom mittleren Blättchendurchmesser zur mittleren Blättchendicke zwischen 5:1 und 500:1 liegt.

Bevorzugt ist die mittlere Blättchendicke nicht grösser als 2 [im oder das Verhältnis vom mittleren Blättchendurchmesser zur mittleren Blättchendicke des Talks zwischen 20:1 und 200:1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass bei der Verarbeitung des mit Talk gefüllten Thermoplasts zu glasfasermattenverstärktem Kunststoffhalbzeug nach dem in der DE-AS 23 12 816 beschriebenen Verfahren die Glasfasermatten vom gefüllten Thermoplasten homogen durchtränkt werden.

Unter thermoplastischen Kunststoffen werden diejenigen festen synthetischen hochmolekularen Stoffe verstanden, die bei Erhöhung der Temperatur nach Überschreitung ihres Erweichungspunktes weich werden und beim Abkühlen wieder erhärten. Dieser Vorgang wird in der Praxis bei der Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen durch Extrudieren, Spritzgiessen, Umformen oder anderen Verfahren ausgenutzt. Besonders geeignete Thermoplasten sind erfindungsgemäss: Polyäthylen mit einer Dichte von 0,890 bis 0,965 g/cm3 (nach DIN 53 479) und einem Schmelzindex von 0,1 bis 20 g/10 min (nach ASTM D 1238-65 T bei einer Temperatur von 190°C und einem Auflagegewicht von 2,16 kp), die Polyamide) 6 und 6,6, das Poly(äthylenterephthalat) und das Poly(butylenterephthalat) mit K-Werten zwischen 50 und 80, bevorzugt 60 und 75 [nach H. Fikentscher, Cellulosechemie 13 (1932), Seite 58] bei 25°C in einer Konzentration von 0,5 g in 100 ml einer 98%igen Schwefelsäure bei Polyamid bzw. 0,5 gin 100 ml Phenol/o-Dichlorbenzol (3:2) bei Poly(äthy-lenterephthalat) und Poly(butylenterephthalat).

Unter Glasfasermatten werden textile Flächengebilde verstanden, die aus Glasfasern bestehen. Die Glasfasern können im allgemeinen 10 mm bis endlos lang sein. Um einen besseren Zusammenhalt zu bewirken, werden die Glasfasern zweckmässigerweise mit üblichen Bindern auf Basis von Kunstharzen beschichtet. Die Glasfasern können zudem Haftvermittler auf Silan- oder Chrom- oder Titanbasis enthalten. Es werden lockere Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von 250 bis 1200, bevorzugt 300 bis 600 g/m2, verwendet. Die Glasfasermatten können zusätzlich mit Oberflächenvlies

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15

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sen aus Glasfasern mit 20 bis 60 g/m2 Flächengewicht bedeckt sein. Das Verhältnis Thermoplast zu Glasfasermatten ist so gewählt, dass das fertige Halbzeug zwischen 10 und 60 Gewichtsprozent, bevorzugt 15 und 40 Gewichtsprozent Glasfasern, bezogen auf den glasfasermattenverstärkten, füllstoffhaltigen thermoplastischen Kunststoff, enthält. Es kann entweder nur eine Matte mit der Kunststoffschmelze getränkt sein, es können aber auch mehrere übereinanderliegende Matten getränkt sein.

Der thermoplastische Kunststoff enthält ausser den Glasfasermatten noch 5 bis 60, bevorzugt 10 bis 40 Gewichtsprozent eines feinteiligen inerten Füllstoffs, bezogen auf die Gewichtsmenge des glasfasermattenverstärkten, füllstoffhaltigen Kunststoffs. Dabei soll die Summe der Gewichtsprozente aus Glasfasermatte und inertem, feinteiligem Füllstoff nicht mehr als 70 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gewichtsmenge des glasfasermattenverstärkten, füllstoffhaltigen Thermoplasten, betragen. In den thermoplastischen Halbzeugen sind also mindestens 30 Gewichtsprozent thermoplastischer Kunststoff, bevorzugt 50 bis 70 Gewichtsprozent, enthalten.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt darin, dass der feinteilige inerte Füllstoff ein blättrig-kristalliner Talk ist, dessen mittlere Blättchendicke nicht grösser als 5 [im, bevorzugt 2 [im ist, und bei dem das Verhältnis vom mittleren Blättchendurchmesser zur mittleren Blättchendicke, das sogenannte mittlere Seitenverhältnis, zwischen 5:1 und 500:1, bevorzugt zwischen 20:1 und 200:1, liegt.

Der erfindungsgemäss vorgesehene feinteilige Talk kann oberflächenbehandelt sein. In Frage kommen hier die bei Glasfasern üblichen Haftvermittler auf Silan-, Chrom- oder Titanbasis, aber auch Beschichtungen mit verträglich machenden Verbindungen wie Stearaten, Wachsen oder Polymeren, die zur Filmbildung geeignet sind, sind möglich. Vorzugsweise wird jedoch ein oberflächenunbehandelter Talk eingesetzt.

Die Herstellung der glasfasermatten- und füllstoffhaltigen Thermoplasthalbzeuge geschieht nach dem in der DT-AS 23 12 816 geschilderten Verfahren, wobei anstelle der Thermoplastschmelze eine Talk-haltige Thermoplastschmelze verwendet wird.

Beispiele 1 und 2 5 Ein Gemisch aus 70 Gewichtsteilen Polyäthylen der Dichte 0,96 g/cm3 und des Schmelzindex 5 g/10 min und 30 Teilen Talk mit einem mittleren Seitenverhältnis von ca. 50 und einer mittleren Blättchendicke von 3 [im und den üblichen Zusätzen an Stabilisatoren und Schmiermitteln wird io über eine Breitschlitzdüse zwischen zwei vorgewärmte Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von je 600 g/m2 ex-trudiert. Das Verbundmaterial wird dann nach der in der DT-AS 23 12 816 beschriebenen Weise gepresst und abgekühlt. Es ist 3,2 mm dick und weist glatte Oberflächen auf. 15 An daran entnommenen Proben wurden die in der Tabelle angegebenen Messwerte ermittelt. Zum Vergleich dazu wurden Platten aus ungefülltem Polyäthylen mit der gleichen Glasfasermattenverstärkung gefertigt. Die Prüfergebnisse sind in der 2. Zeile der Tabelle aufgeführt.

20

Versuch

Glasfasermattenanteil in Gew.-%

Füllstoffanteil in Gew.-%

Elastizitätsmodul N/mm2

Reissfestigkeit N/mm2

1

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7390

62

2

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—

5000

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30 Vergleichsbeispiel

70 Gewichtsteile Polyäthylen der Dichte 0,96 g/cm3, gemischt mit 30 Gewichtsteilen Quarzmehl mit einem Korndurchmesser < 5 [im, werden nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren mit zwei Glasmatten à 600 g/m2 zu 35 Halbzeug verarbeitet. Die daran vorgenommenen Prüfungen ergaben einen Elastizitätsmodul von 5 600 N/mm2 und eine Reissfestigkeit von 52 N/mm2. Die Oberfläche wies grössere Rauhigkeiten und hervorstehende Glasfasern auf.

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Claims

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1. Glasfasermattenverstärkte und füllstoffhaltige thermoplastische Kunststoffe, die enthalten (a) 10 bis 60 Gewichtsprozent Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von 250 bis 1200 g/'m2 und (b) 5 bis 60 Gewichtsprozent eines fein-teiligen inerten Füllstoffs, wobei die Summe der Gewichtsprozente aus (a) und (b) nicht mehr als 70 Gewichtsprozent beträgt und sich die Gewichtsprozente von (a) bzw. (b) auf die Gewichtsmenge des glasfasermattenverstärkten, füllstoffhalti-gen Kunststoffs beziehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (b) ein blättrig-kristalliner Talk ist, dessen mittlere Blättchendicke nicht grösser als 5 jim ist und bei dem das Verhältnis vom mittleren Blättchendurchmesser zur mittleren Blättchendicke zwischen 5:1 und 500:1 liegt.

2. Thermoplastische Kunststoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Blättchendicke des Talks nicht grösser als 2 |j,m ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Thermoplastische Kunststoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis vom mittleren Blättchendurchmesser zur mittleren Blättchendicke des Talks zwischen 20:1 und 200:1 liegt.

4. Thermoplastische Kunststoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Blättchendicke des Talks nicht grösser als 1 |j,m ist und das Verhältnis vom mittleren Blättchendurchmesser zur mittleren Blättchendicke des Talks zwischen 20:1 und 200:1 liegt.