DD130863B1

DD130863B1 - Verfahren zur verstaerkung von thermoplastischen werkstoffen aus polyamiden

Info

Publication number: DD130863B1
Application number: DD19891177A
Authority: DD
Inventors: Manfred Funk; Wilfrid Hannes; Peter Schneider
Original assignee: Manfred Funk; Wilfrid Hannes; Peter Schneider
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1982-08-25
Also published as: DD130863A1

Description

Verfahren zur Verstärkung von thermoplastischen Werkstoffen aus Polyamiden

Anwendungsgebiet der Erfindung ;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung von thermoplastischen Werkstoffen aus Polyamiden mit kugelförmigen bzw. sphärischen Glasteilen, wobei zur Verbesserung des Verbundes zwischen den Glasteilen und den Polyamiden Zusatzstoffe eingearbeitet werden. Das Haupteinsatzgebiet des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen thermoplastischen verstärkten Werkstoffes aus Polyamiden liegt auf Grund der guten Fließfähigkeit der Formmasse auf dem Gebiet der Spritzgußtechnik, wobei der Maschinenverschleiß auf Grund der kugel- bzw. sphärischen Form der Glaspartikel gering gehalten wird.

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Es ist bekannt, zur Verbesserung bestimmter mechanischer Eigenschaften den thermoplastischen Werkstoffen Zusätze beizufügen. So werden durch einen Glasfaseranteil im Werkstoff dia Druck- und Biegefestigkeit verbessert und der Elastizitätsmodul erhöht»

Nachteilig bei der Verarbeitung von glasfaserverstärktem Polyamid in der Spritzgußtechnik sind die verminderte Fließfähigkeit und der hohe Verschleiß in der Spritzgußmaschine sowie die oft auftretenden Inhomogenitäten zwischen dem thermoplastischen Werkstoff und den Glasfasern im gespritzten Fertigteil.

Bei Verwendung von Glaskugeln oder sphärischen Glasteilen zur Verstärkung thermoplastischer Werkstoffe lassen sich die genannten Nachteile der glasfaserverstärkten Werkstoffe zum Teil beseitigen. Problematisch ist hierbei die notwendige Haftung zwischen den Glaspartikeln und dem verwendeten polymeren thermoplastischen Werkstoff, insbesondere den Polyamiden.

Nach DT-OS 25 46 200 wird ein Verfahren zur Verwendung von Glaskugeln mit einer mittleren Teilchengröße von 20 - 150 μ beschrieben. Durch das Fehlen von haftverroittelnden Zusätzen werden jedoch für die aus diesem Material hergestellten Werkstoffe nur verminderte Festigkeiten erreicht.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verbesserung des Verbundes zwischen thermoplastischen Kunstharzmassen und Glaskugeln sieht die Verwendung von härtbaren Epoxidharzen vor. Es müssen hierbei die Einzelkomponenten in einer Mischvorrichtung vorgemischt und anschließend einer Warmverarbeitungsmaschine zugeführt werden. Nach der Extrusion kann der polymere Werkstoff zur Herstellung von Formteilen verwendet werden. Von Nachteil ist bei diesem Verfahren das zur Homogenisierung notwendige Vormischen sowie das Einbringen eines oder mehrerer fremder Polymere,

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Desweiteren kann es in der Warmverarbeitungsmaschine zur Agglomeration aushärtender Epoxidharzpartikel kommen, so daß bei nochmaligem Aufschmelzen der Formmasse keine homogene Schmelze gewährleistet werden kann (zum Beispiel DT-AS 23 43 445, DT-PS 21 44 637).

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Verbesserung des Verbundes bzw* der Haftung zwischen thermoplastischem Werkstoff aus Polyamiden und Glaskugeln oder sphärisch geformten Glasteilen bei der Verstärkung eines thermoplastischen Werkstoffes.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik bestehen in der kontinuierlichen Einarbeitungsmöglichkeit von speziellen Zusatzstoffen ohne Vormischen der Glaspartikel mit diesen Zusatzstoffen bzw. mit dem polymeren thermoplastischen Trägermaterial aus Polyamiden. Es soll ein homogener, agglomeratfreier, thermoplastischer, verstärkter Werkstoff aus Polyamiden erhalten werden, welcher eine verbesserte Druck- und Biegefestigkeit sowie einen erhöhten Elastizitätsmodul besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens mit dem es bei Verstärkung von thermoplastischen Werkstoffen aus Polyamiden mit Glaspartikeln möglich wird, einen festen und sicheren Verbund zwischen Polymer und Glaspartikeln zu sichern« Die Formmasse soll gute Fließeigenschaften aufweisen, wodurch eine gute Verarbeitbarkeit in der Spritzgußtechnik gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren zur Verstärkung von thermoplastischen Werkstoffen aus Polyamiden mit einer Anzahl von 1-60 Gew,-% Glaskugeln oder sphärisch geformten Glasteilen mit einem Durchmesser von 0,030 0,500 mm durchgeführt, indem man die Zusatzstoffe bestehend aus gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen im Bereich C₁₆H₃₄ - С,_Н₃₈ (Weißöl), ungesättigte aliphatische Fettsäuren, vorzugsweise CH^(CHp)₇CHCH (CH₂J₇COOH (ölsäure) und Ester aliphatischer Fettsäuren, vorzugsweise C₁₇H₃₅ COO - ^C4^Hg (^Butyl^stea^t"a^t) dem thermoplastischen Werkstoff unmittelbar vor dem Aufschmelzen und Durchmischen mit Glaskugeln oder sphärisch geformten Glasteilen kontinuierlich zugegeben werden*

Die Menge der Zusatzstoffe soll 0,1 - 2,0 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des verstärkten thermoplastischen Werkstoffes betragen·

Werden Abfälle der Faser- oder Seidenproduktion als Ausgangsmaterial für die Herstellung der thermoplastischen Werkstoffe verwendet, so kann die auf den Fasern oder Fäden vorhandene Präparationsauflage als Zusatzstoff verwendet werden, sofern die Präparation die erfindungsgemäßen Zusatzstoffe enthält.

Die Erfindung soll an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden»

Ausführunqsbeispiel 1;

Auf einem einwelligen Entgasungsextruder mit zwei Entgasungszonen wird Polyamid-6-Granulat, wie es für die Produktion von Cordseide verwendet wird, verarbeitet. Gleichzeitig werden mit dem Polyamidmaterial 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse des ver-

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stärkten thermoplastischen Werkstoffes, Glaskugeln mit einem Durchmesser von 0,10 - 0,15 Millimeter, einer

3 Schüttdichte von 1,6 g/cm und einer Dichte von 2,4 g/ cm dem Extruder kontinuierlich zugegeben. Als Haftvermittlsr zwischen Polyamid und den Glaspartikeln werden dem Extruder weiterhin 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse des verstärkten thermoplastischen Werkstoffes, eines Gemisches aus 50 Gewichtsteilen Weißöl der Summenformel C_-1-H,-,. - C_-10H₀₀, 20 Gewichtsteilen Ölsäure der Formel CH₃(CHg)₇CHCH(CHg)₇COOH und 30 Gewichtstoilen Butylstearat C₁₇H₃₅COO-C₄H₉ kontinuierlich vor Beginn des Aufschmelzens zugesetzt. Die Temperaturen an den Heizzonen des Extruders und der Gießvorrichtung sind so eingestellt, daß die Schmelzetemperatur am Austrag 285 ⁰C beträgt. Die Verweilzeit im Extruder liegt bei 5 Minuten.

Das Extrudat wird über eine Breitschlitzdüse in ein Kühlbad ausgetragen, abgekühlt und als Band einem Granulator zugeführt. Vom erhaltenen, glaskugelverstärktsn, homogenen Granulat werden die in der Tabelle zusammengestellten physikalischen Kennwerte ermittelte

Aus f ü h ru nqs be is ρ ie 1 2 :

Einem zweiwelligen Entgasungsextruder mit gleichlaufenden Schnecken undavei Entgasungszonen sowie zwei Knetzonen werden präparierte Polyamid-6-Abfalle aus der Polyamidseidonproduktion kontinuierlich zugegeben« Die Präparationsauflage beträgt 1,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die eingesetzten Abfälle, und besteht aus einem Gemisch von 50 Gewichtsteilen Weißöl der Summenformel C₁₁-H₀. - C„_OH_OO/ 20 Gewichtsteilen ölsäure ChU(CH₀UCHCH(CH₀)^COGH und 30 Gewichtsteilen Butylstearat C₁₄H^₅COO-CJi' . Gleichzeitig werden dem Extruder 35 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse

des verstärkten thermoplastischen Werkstoffes, Glasku-

3 geln mit einer Schüttdichte von 1,6 g/cm , einer Dichte

3 von 2,4 g/cm und einem durchschnittlichen Kugeldurchrnesser von 0,16 - 0,20 Millimeter vor Beginn der Plastifizierung des Polyamids zugeführt. Die Temperaturführung am Extruder und oer Gießvorrichtung ist so gewählt, daß am Austrag die Temperatur der Schmelze bei 250 ⁰C liegt. Die Verweilzeit der Schmelze im Extruder beträgt 5 Minuten. Das mit homogen verteilten Glaskugeln versehene Extrudat wird in ein Wasserkühlbad durch eine Breitschlitzdüse ausgetragen und als erstarrtes Band einem Granulator kontinuierlich zugeführt. Aus dem erhaltenen, durch Glaskugeln verstärkten Granulat werden auf einer Spritzgußmaschine entsprechende Formkörper hergestellt und an diesen mechanische Kennwerte bestimmt, die in einer Tabelle zusammengestellt sind.

Tabelle	Dimension	Granulat nach	Granulat nach
Eigenschaft		Beispiel 1	Beispiel 2
	2 kp/cm	45 χ 10³	38 χ 10³
E-Hodul	kp/cm	1210	1180
Kugeldruckhärte	kp/cm	930	900
Biegespannung	kp/cm	810	560
Zugfestigkeit
relative Schwin	%	0,95	0,80
dung
spezifischer	cm	1,5 χ 10¹⁵	21 χ 10¹⁵
Widerstand

Augenfällig sind die hohen Werte des Elastizitätsmoduls, der Kugeldruckhärte und der Biegespannung der hergestellten Granulate sowie die geringe relative Schwindung. Auf Grund dieser verbesserten physikalischen Eigenschaften

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können die erhaltenen thermoplastischen Werkstoffe in der Spritzgußtechnik bevorzugt zur Herstellung von hochverschleißfesten und stark beanspruchten Formteilen eingesetzt werden* Bei Verarbeitung des mit Glaskugeln gefüllten thermoplastischen Werkstoffes auf Spritzgußmaschinen ist die gute Verarbeitbarkeit, insbesondere die gute Fließfähigkeit auf Grund des Kugellager-Effektes äer Glaskugeln von gravierender Bedeutung.

Claims

Erfindunosansprüche:

1, Verfahren zur Verstärkung von thermoplastischen Werkstoffen aus Polyamiden mit einem Anteil von 1-60 Gew.-% Glaskugeln oder sphärisch geformten Glasteilen mit einem Durchmesser von 0,030 - 0,500 mm, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzstoffe

a) gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe im Bereich C₁₅H₃₄- C₁₈H₃₈ (Weißöl)

b) ungesättigte aliphatische Fettsäuren, vorzugsweise CH₃(CH₂)₇CHCH (CH₂J₇ COOH (ölsäure)

c) Ester aliphatischer Fettsäuren, vorzugsweise C₁₇H₃₅COO-C₄H₉ (Butylstearat)

dem thermoplastischen Werkstoff unmittelbar vor dem Aufschmelzen und Durchmischen mit Glaskugeln oder sphärisch geformten Glasteilen kontinuierlich zugegeben werden.
2. Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß die Menge der Zusatzstoffe 0,1 - 2,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmengs des verstärkten thermoplastischen Werkstoffes beträat.