DD274593A1

DD274593A1 - METHOD FOR PRODUCING L-FIBER-AMPLIFIED PVC

Info

Publication number: DD274593A1
Application number: DD31879688A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Hesse; Ulrich Hesse
Original assignee: Eilenburger Chemie
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1989-12-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochfester Folien, Tafeln, Diaphragmen oder Schichtlaminaten aus PVC, in die langfasrige Verstaerkungsstoffe eingelagert sind. Das geschieht durch den Einsatz von Prepregs, die durch Umhuellen der verstaerkenden Fasern mit PVC entstanden sind und durch ihre gegenueber dem urspruenglichen Verstaerkungsmaterial wesentlich geringere Empfindlichkeit gegen Abscheren erst eine Verarbeitung gestatten, ohne dass der Verstaerkungseffekt verlorengeht. Erfindungsgemaess wird das Verstaerkungsmaterial mit einer PVC-Latex getraenkt, wie sie bei der Emulsionspolymerisation anfaellt, in die vor dem Traenken Waerme- und gegebenenfalls auch Lichtstabilisatoren eingemischt wurden. Nach anschliessender Trocknung und Sinterung bei 180-200C ohne mechanische Beanspruchung sind Prepregs entstanden, die durch uebliche PVC-Verarbeitungsverfahren (Pressen, Laminieren, Pultrudieren oder Bandablegen) zu hochfesten Halbzeugen verarbeitet werden koennen.The invention relates to a process for producing high-strength films, sheets, diaphragms or laminates of PVC, in which long-fiber reinforced reinforcements are incorporated. This is done through the use of prepregs, which have been created by wrapping the reinforcing fibers with PVC and by their compared to the original reinforcing material significantly lower sensitivity to shearing only allow processing, without the Verstaerkungseffekt lost. According to the invention, the reinforcing material is drowned with a PVC latex, as obtained in the emulsion polymerization, into which heat-transferring and, if appropriate, also light stabilizers were mixed before the transfer. After subsequent drying and sintering at 180-200C without mechanical stress prepregs have emerged that can be processed by conventional PVC processing methods (pressing, laminating, Pultrudieren or Bandinggen) to high-strength semi-finished products.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur herstellung hochfester Folien, Platten, Diaphragmen oder Schichtlaminaten aus PVC, die als strukturelles Material dort eingesetzt werden können, wo bisher das PVC infolge ungenügender mechanischer Stabilität keine Anwendung finden konnte. Das bezieht sich insbesondere auf Anwendungsgebiete, bei denen Plastwerkstoffe entweder auf Grün ! ihrer geringen Dichte und ihres niedrigen Preises, verglichen mit hochvergüteten metallischen Werkstoffen, oder durch ihre chemische Resistenz bevorzugt eingesetzt werden. Die Plastwerkstoffe, die diesen Anforderungen genügen, zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit und geringe Dehnung, die den entsprechenden metallischer Werkstoffen nahekommen und die durch Einlagerung von textlien oder mineralischen Fasern in das Plastmaterial bewirkt werden.The invention relates to a method for producing high-strength films, plates, diaphragms or laminates of PVC, which can be used as a structural material where previously the PVC could not find application due to insufficient mechanical stability. This applies in particular to application areas where plastic materials are either green! their low density and their low price, compared with highly tempered metallic materials, or be used by their chemical resistance preferred. The plastic materials that meet these requirements are characterized by high tensile strength and low elongation, which approximate the corresponding metallic materials and which are caused by incorporation of textlien or mineral fibers in the plastic material.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß hochfeste Folien, Platten oder Schichtlaminate mit Einlagerungen von unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, wobei die hohen Zugfestigkeiten durch Einlagerung von langfaserigen Stoffen bzw. geschlossener Bahnen dieser Stoffe aus textlien oder mineralischen Materialien in die Matrix erreicht werden.It is known that high-strength films, plates or laminates are made with inclusions of different materials, the high tensile strengths are achieved by incorporation of long-fiber materials or closed paths of these substances from textlien or mineral materials in the matrix.

Es sind weiterhin Verfahren bekennt, bei denen verschiedenartige Plastwerkstoffe durch den Einsatz von vorimprägniertem Langfasermaterial, vor allem Glasfasern, den sogenannten Prepregs verstärkt werden. Grundvoraussetzung für das Tränken des Verstärkungsmaterials ist, daß die Plastwerkstoffe dünnflüssige Schmelzen oder Lösungen bilden und das Verstärkungsmaterial vollständig umhüllen, ohne daß starke Scherkräfte auf die Verstärkungsfasern einwirken. Plastwerkstoffe, die diesen Anfofderungen genügen, cind Hartplaste wie Polyethylenterephthalat, Polysulfon, Polycarbonat, Polyetherketon, die n'cht den sogenannten billigen Massenplasten wie z. B. PVC zugerechnet werden. Es sind Verfahren bekannt, die es ges' Kurzglasfasern bzw. ähnliche Mineralfasern zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in weichmrc CFurthermore, methods are known in which various plastic materials are reinforced by the use of preimpregnated long fiber material, especially glass fibers, the so-called prepregs. A basic requirement for the impregnation of the reinforcing material is that the plastic materials form low-viscosity melts or solutions and completely envelop the reinforcing material, without strong shear forces acting on the reinforcing fibers. Plastics that meet these requirements cind hard plastics such as polyethylene terephthalate, polysulfone, polycarbonate, polyether ketone, which n'cht the so-called cheap bulk plastic such. B. PVC attributed. Processes are known that use short glass fibers or similar mineral fibers to improve the mechanical properties in soft m C

einzuarbeiten. Da das PVC bei der üblichen Verarbeitung (Extruder, Walzwerke/Kalander, Schnellmischer) nur ο j idincorporate. Since the PVC in the usual processing (extruders, rolling mills / calenders, high-speed mixer) only ο j id

plastisch ist, wenn es unter Druck und Temperatur (16MPa, 2DO⁰C) starken Scherkräften ausgesetzt wird, werden _ Einarbeiten lange Fasern so weit zerstört, daß nur noch Kurzfasern geringer Länge übrigbleiben. Der damit erzielte Verstärkungseffekt ist eng begrenzt. Höhere Festigkeiten, die ein Mehrfaches des unverstärkten PVC betragen, sind nur erreichbar, wenn in den Hauptbeanspruchungsrichtungen orientierten Langfasern erhalten bleiben. In der PS-GB-Nr. 791567 wird ein Verstärkungseffekt bei PVC dadurch erreicht, daß ein Vlies oder ein ähnliches faserförmiges Material mit einer wäßrigen Dispersion von Polyvinylchlorid imprägniert und die wäßrige Dispersion anschließend ausgepreßt wird, wobei die Schientdicke des F?serrnaterials mindestens 30mm betragen muß, um ein Mindestmaß an Bedeckungsgrad der Fasern mit dem dispergieren PVC-Pulver zu erreichen. Offensichtlich ist zusätzlich das Anlegen von Vakuum erforderlich, um den Benetzungsgrad der Fasern zu erhöhen.plastic, when subjected to strong shearing forces under pressure and temperature (16MPa, 2DO ⁰ C), will be destroyed until long fibers are left so that only short fibers of short length remain. The resulting gain effect is narrowly limited. Higher strengths, which amount to several times the unreinforced PVC, are only achievable if long fibers oriented in the main stress directions are retained. In the PS-GB-No. Reinforcing effect on PVC is achieved by impregnating a nonwoven or similar fibrous material with an aqueous dispersion of polyvinyl chloride and then squeezing out the aqueous dispersion, with the shearing thickness of the fiber material being at least 30mm to provide a minimum degree of coverage To achieve fibers with the dispersing PVC powder. Obviously, in addition, the application of vacuum is required to increase the degree of wetting of the fibers.

Das getrocknete Vlies wird anschließend beidseitig mit PVC-Folien kaschiert und erzielt als verstärkenden Effekt einen höheren Erweichungspunkt bis zu 110°C gegenüber herkömmlicher PVC-Platten yon etwa 80°C. Eine Erhöhung der Zugfestigkeit wird nicht angestrebt und ist auch nicht benannt. Es sind ebenfalls Verfahren bekannt, bei denen das Verstärkungsmaterial als vliesförmiges lockeres Verstärkungsmaterial mit Plastpulver eingepudert wird. Durch Einwirkung von Druck und Temperatur entsteht in einem Preßwerkzeug daraus ein Formteil. Diese Methode ist an Verstärkungsmaterialien hoher Scherfestigkeit gebunden und daher z. B. für Glasfasern ungeeignet.The dried web is then laminated on both sides with PVC films and achieved as a reinforcing effect a higher softening point up to 110 ° C over conventional PVC plates of about 80 ° C. An increase in the tensile strength is not sought and is not named. There are also known methods in which the reinforcing material is powdered as a nonwoven loosely reinforcing material with plastic powder. By the action of pressure and temperature, a molded part is produced in a press tool. This method is bound to reinforcing materials of high shear strength and therefore z. B. unsuitable for glass fibers.

Es ist kein Verfahren bekannt, bei dem PVC-Folien, Platten, Diaph ' 'gmen oder Mehrschichtlaminate mit Langfasern geringer Schichtdicke verstärkt sind, die in eine Hauptbeanspruchungsrichtung oder -ebene orientiert sind.There is no known process in which PVC films, sheets, tapes or multi-layer laminates are reinforced with long fibers of small layer thickness oriented in a principal stress direction or plane.

Aim of the beginning

Es ist das Ziel dor Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, eine Armierung von langen Glasfasern oder anderen organischen bzw. mineralischen Fasern, die in eine oder mehrere Hauptbeanspruchungsrichtungen orientiert sind, in weichmacherfreies PVC derart einzuarbeiten, daß hochfeste Folien, Platten, Diaphragmen oder Schichtlaminate entstehen und somit das PVC als billigen Massenplast Anwendungen zugänglich zu machen, die bisher nur mit teuren Speziaiplasten realisiert werden konnten.It is the object of the invention to provide a method which makes it possible to incorporate a reinforcement of long glass fibers or other organic or mineral fibers, which are oriented in one or more directions of main stress, into plasticizer-free PVC such that high-strength films, plates, Diaphragms or laminates are formed, making the PVC accessible as cheap bulk plastic applications that could previously only be realized with expensive specialials.

Explanation of the essence of the invention

Das neue Verfahren geht davon aus, daß das Verstärkungsmaterial mit PVC umhüllt und getränkt sein: nuß, ehe es gezielt weiterverarbeitet wird. Das Verstärkungsmaterial kann in Form von Rovings, Bänder¹), Geweben oder Matten eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird das PVC als Umhüllungs- und Tränkmittel als eine mit den e "forderlichen Hilfsstoffen (Stabilisatoren, Lichtschutzmittel usw.) versehene Latex verwendet, wie sie bei der Emulsionspolymerisation anfällt. Das PVC kann in dieser emulgierten Form in das Innere der Faserstränge eindringen. Dabei sind Glasfasern wegen ihrer hydrophilen Eigenschaften als Verstärkungsmaterkl besonders geeignet. Dem Tränken schließt sich die Trocknung an. Bei Bedarf ist mehrmaliges Tränken und Trocknen möglich. Nach dem Trocknen ist das so vorbereitete Verstärkungstiateral mechanisch sehr empfindlich. Durch Sintern bei Temperaturen von 180-200⁹C wird das PVC weitgehend angeliert, so daß anschließend die so entstandenen Prepregs den bei der Weiterverarbeitung auftretenden Belastungen gewachsen sind. Prinzipiell ist das Verfahren auch auf PVC-Lösungen (Cyclohexanon als Lösungsmittel) übertragbar. Es gibt dabei jedoch folgende Probleme:The new process assumes that the reinforcing material is encased and impregnated with PVC: nut before it is purposefully processed further. The reinforcing material may be used in the form of rovings, tapes ¹ ), fabrics or mats. According to the invention, the PVC is used as a coating and impregnating agent as a latex which is provided with the necessary auxiliary substances (stabilizers, light stabilizers, etc.) and is obtained in the emulsion polymerization are glass fibers because of their hydrophilic properties as Verstärkungsmaterkl particularly suitable. the impregnation, the drying connects. If necessary, multiple impregnation and drying is possible. After drying, the so prepared Verstärkungstiateral mechanically very sensitive. by sintering at temperatures of 180-200 ⁹ C the PVC is largely gelled, so that subsequently the resulting prepregs are able to cope with the stresses that occur during further processing.Principally, the process can also be applied to PVC solutions (cyclohexanone as solvent), but there are the following problems:

- Das Lösungsmittel braucht sehr lange Zeit, bis es aus dem PVC herausdiffundiert ist.The solvent takes a long time to diffuse out of the PVC.

- PVC mit Lösemittel hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie PVC mit Weichmacher, so daß vor allem bei Verarbeiten unter höherem Druck scherempfindliches Vflrstärkungematerial geschädigt wird.PVC with solvent has mechanical properties similar to those of PVC with plasticizer, so that shear-sensitive reinforcing material is damaged, especially when processed under higher pressure.

- Die Benetzung von Glasgewebe ist wesentlich schlechter als bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Latex (Haftvermittler ist erforderlich).- The wetting of glass fabric is much worse than in the inventive use of latex (adhesion promoter is required).

- Neben der ungenügenden Weiterverarbeitungsqualität steht der Verwendung von PVC-Lösungen ein höherer technischer Aufwand (Lösemittel, Turbolöser, Rektifikation usw.) gegenüber.- In addition to the unsatisfactory quality of further processing, the use of PVC solutions is offset by higher technical complexity (solvents, turbochargers, rectification, etc.).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es in überraschender Weise gelungen, sowohl die Nachteile der bekannten Verfahren zu umgehen, als auch eine deutliche Überlegenheit einer prinzipiell möglichen Variante durch Verwendung von gelöstem P* 'C aufzuzeigen. Damit wird es möglich, das PVC als einem der ältesten und weitvorbreitesien Plastwerkstoffe gegenüber den bisherigen Ansichten der FachweK für hochbeanspruchte Bauteile oinzusetzen. Zur Herstellung der Flächengebilde wird folgende Verfahrensweise angewendet:By the method according to the invention it has surprisingly been possible to circumvent both the disadvantages of the known methods, as well as to demonstrate a clear superiority of a possible variant in principle by using dissolved P * 'C. This makes it possible to use the PVC as one of the oldest and most advanced plastics materials in comparison to the previous views of FachweK for highly stressed components. The following procedure is used to produce the fabrics:

- Verstärkungsmaterial auf Trägerblech bzw. endlosem Stahlband von der Rolle ablegen und mittels Düsen und Verteilerrollen oder Rakel mit vorstabilisierter Latex des gewünschten K-Wertes tränken, im Warmluftstrom oder auf beheizter Unterlage trocknen und im Heißluftstrom oder mittels beheizter Walzen unter minimalem Andruck oder durch IR-Strahler bzw. mittels HF-Erwärmung sintern.- deposit reinforcing material on carrier sheet or endless steel strip from the roll and impregnate with pre-stabilized latex of the desired K value by means of nozzles and distributor rolls or squeegees, dry in a stream of hot air or on a heated base and heat in hot air stream or by heated rolls under minimal pressure or by IR Sinter radiator or by means of HF heating.

- Getränkte und gesinterte Rovings bzw. dünno Seidenstränge werden zu Flächengebüden verarbeitet (Web- oder Malimotechnik).- Soaked and sintered rovings or thin silk strands are processed into flat blobs (weaving or malodrome technique).

Die fertigen Preoregs werden beispielsweise folgendermaßen verarbeitet, wobei die Weiterverarbeitung nicht auf die genannten Verfahren bes uänktist.The finished Preoregs are processed, for example, as follows, wherein the further processing is not besänktist on said methods.

- In Etagenpressen werden Prepregs pur bzw. als partielle Verstärkung mit normaler Kaschierfolie ein- oder beidseitig verpreßt. Auch Formpressen ist in beschränktem Rahmen möglich.- In floor presses prepregs are pure or as partial reinforcement with normal laminating one or both sides pressed. Also compression molding is possible in a limited scope.

- Durch Aufschweißen von getränkten Rovings bzw. Bändern wird partielle Verstärkung in Bauteile aus PVC ohne Weichmacher eingebracht.- By welding on impregnated rovings or bands partial reinforcement is introduced into components made of PVC without plasticizer.

- Herstellung von Hohlkörpern durch Kombination der Verfahren Wickeln und Heißluftschweißen.- Manufacture of hollow bodies by combining the winding and hot air welding processes.

- Herstellung von Diaphragmen durch Einsatz von großer Gaze, die aus getränkten und gesinterten Glasseidensträngen gewebt wurde. Diese Gaze wird als Träger auf einer Gießmaschine mit geeignetem PVC zu einem Diaphragma mit hoher mechanischer Belastbarkeit beschichtet und gesintert.- Fabrication of diaphragms using large gauze woven from impregnated and sintered glass silk strands. This gauze is coated on a casting machine with suitable PVC to form a diaphragm with high mechanical strength and sintered.

- Herstellung von partiell verstärkten Spritzgußteilen durch Einlegen und Umspritzen vorbereiteter Prepregs.- Production of partially reinforced injection molded parts by inserting and encapsulating prepared prepregs.

- Umspritzen von getränkten und gesinterten Rovings analog der Kabelextrusion zur Herstellung von Profilen.- Overmolding of impregnated and sintered rovings analogous to cable extrusion for the production of profiles.

- Herstellung von verstärktem Strukturschaum durch Umschäumen von Gaze aus PVC-getränkten und -gesinterten Glasseidensträngen.- Production of reinforced structural foam by re-foaming gauze made of PVC-impregnated and sintered glass silk strands.

- Herstellung hochfester PVC-Rohre durch kontinuierliches Aufschweißen von Bändern bzw. getränkten und gesinterten Rovings unter optimalem Winkel innerhalb der Extrusionsanlage.- Production of high-strength PVC pipes by continuous welding of strips or impregnated and sintered rovings at an optimal angle within the extrusion plant.

embodiments

1. Armierte Tafel 1,25mm Aufbau des Laminates: 1 Lage PVC-Folie ohne Weichmacher 0,25mm 1 Lage Prepreg aus Glasgewebe K1800 1 Lage PVC-Folie ohne Weichmacher 0,25 mm . 1 Lage Prepreg aus Glasgewebe K1800 1 Lage PVC-Folie ohne Weichmacher 0,25mm1. Reinforced board 1.25mm Laminate structure: 1 layer of PVC film without plasticizer 0.25mm 1 layer of prepreg of glass fabric K1800 1 layer of PVC film without plasticizer 0.25 mm. 1 layer of glass fiber prepreg K1800 1 layer of PVC film without plasticizer 0,25mm

Heizzeit: 25min bei 2,5MPa Preßdruck Kühlzeit: 20min bei 5MPa Preßdruck Ergebnis: Zugfestigkeit: 115MPa Dehnung: 4%Heating time: 25min at 2.5MPa pressing pressure Cooling time: 20min at 5MPa pressing pressure Result: Tensile strength: 115MPa Elongation: 4%

2. Armierte Folie 0,9mm2. Reinforced foil 0.9mm

4 Lagen Prepregs aus Glasgewebe K1800 als Folie gesintert Sintertemperatur: 200"C Ergebnis: Zugfestigkeit: 207MPa Dehnung: 10%4 layers of glass fiber prepreg K1800 sintered as a foil Sintering temperature: 200 "C Result: Tensile strength: 207MPa Elongation: 10%

3. Diaphragma 1,2mm3. Diaphragm 1,2mm

ohne Verstärkung mit Glasseidennetzwithout reinforcement with glass fiber net

verstärktreinforced

(Maschenweite 8 mm) Zugfestigkeit 5,6MPa 25MPa(Mesh size 8 mm) Tensile strength 5,6MPa 25MPa

Claims

1. A process for producing langfaserverstärktem PVC in the form of preprecs of high-strength reinforcing material and PVC as a matrix from which by known methods (pressing, lamination, wrapping, tape laying, pultrusion) high-strength films, plates, diaphragms, hollow bodies and profiled layer laminates are prepared characterized Characterized in that is impregnated as a reinforcing material with PVC latex, which is provided with the necessary excipients, then dried without mechanical stress and sintered at temperatures of 180-200 ⁰ C.

2. The method according to item 1, characterized in that the reinforcing material consists of glass fibers, carbon fibers or other fibers textite or mineral origin.

3. The method according to item 1 and 2, characterized jau'urch that the reinforcing material in the form of rovings, tapes, fabrics or mats is present.

4. The method according to item 1, characterized in that the process of impregnation and drying can be repeated several times.