DE10105812A1

DE10105812A1 - Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs

Info

Publication number: DE10105812A1
Application number: DE2001105812
Authority: DE
Inventors: Karl Brentrup; Arndt Oelgarth
Original assignee: Quadrant Plastic Composites AG
Current assignee: Quadrant Plastic Composites AG
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs aus glasfaserverstärkten Thermoplasten durch Zuführen von Thermoplastschmelze und von endlosen Glasfaser-Rovings, die mit einem Teilstrom der Thermoplast-Schmelze vorimprägniert sind, in einen Extruder, Zerkleinern der Glasfasern und Vermischen mit der Thermoplast-Schmelze, Auspressen der Mischung und Formen zu einem flächigen Halbzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs aus glasfaserverstärkten Thermoplasten durch Zuführen von Thermoplast-Schmelze und endlosen Glasfaser-Rovings in einen Extruder, Zerkleinern der Glasfasern und Vermischen mit der Thermoplast-Schmelze, Auspressen der Mischung und Formen zu einem flächigen Halbzeug.

Glasmattenverstärkte thermoplastische Kunststoffe (GMT) werden als flächige Halbzeuge vielfach zur Herstellung von Kunststoff-Fertigteilen, insbesondere für die Automobilindustrie eingesetzt. Sie werden üblicherweise durch Schelz imprägnierung von Glasfasermatten hergestellt. Dabei werden mehrere Lagen von Glasfasermatten und Thermoplastschmelze- Bahnen kontinuierlich, vorzugsweise in einer Doppelbandpresse, laminiert. Um ein fließfähiges Halbzeug zu erhalten, werden die Matten genadelt, wobei ein Teil der Fasern zerbrochen wird. Dabei wird zwar ein sehr gut verarbeitbares Halbzeug erhalten, aus dem Fertigteile mit guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden können, das Verfahren ist technisch aber sehr aufwendig.

Eine Alternative zu dem Schmelzimprägnierverfahren ist das LFT-Verfahren, bei dem verhältnismäßig lange Glasfasern mit der Thermoplast-Schmelze vermischt und durch eine Breitschlitzdüse ausgepreßt werden. Ein besonders elegantes Verfahren zur Herstellung von LFT beschreibt die DE-A 43 30 860. Danach wer den Endlos-Glasfasern zusammen mit Thermoplast-Schmelze einem Extruder zugeführt, dort zerschnitten und mit der Thermoplast-Schmelze vermischt, die Mischung wird dann ausgepreßt und zu einer flächigen Bahn geformt. Die Glas fasern werden dabei stark zerkleinert, so daß mehr als 50 Gew.-% der Fasern eine Länge von 2 bis 10 mm aufweisen. Zum Zerschneiden und Vermischen ist ein verhältnismäßig langer Mischweg erforderlich, außerdem werden nur geringe Durchsätze erreicht.

In der DE-A 40 16 784 ist ein spezieller Extruder zum Zerschneiden von Endlos- Glasfasern und Vermischen mit der Thermoplast-Schmelze beschrieben, der so konstruiert ist, daß ein Teilstrom der Thermoplast-Schmelze in einem S-förmigen Imprägnierkanal geführt wird, dort die Endlos-Glasfasern benetzt und dann wieder mit dem Hauptstrom der Schmelze vereinigt wird, wobei dann auch die Glasfasern zerbrochen werden. Es werden keine Angaben über die Menge der abgezweigten Thermoplast-Schmelze und die Länge der Glasfasern gemacht, es wird lediglich festgestellt, daß nur eine geringe Zerstörung der Fasern stattfindet. Vor allem aber können bei diesem Verfahren keine handelsüblichen Extruder eingesetzt werden, und der Fasereinzug und damit der spätere Fasergehalt des Halbzeugs werden allein von der Schneckendrehzahl des Extruders bestimmt.

Nach EP-A 844 924 wird ebenfalls eine Vorimprägnierung der Glasfasern vor genommen. Polypropylen wird in einem ersten Extruder aufgeschmolzen, und in einem Tränkwerkzeug werden mit dieser Schmelze Endlos-Glasfasern benetzt. Diese werden in einen zweiten Extruder eingezogen, in dem sie auf eine Länge von überwiegend 10 bis 50 mm zerschnitten werden. In einem dritten Extruder kann dann zusätzlich weiterer aufgeschmolzener Kunststoff zugegeben werden. Für dieses Verfahren sind drei Extruder notwendig, und zum Benetzen der End losfasern in dem zweiten Extruder muß entweder die gesamte Thermoplastmenge oder wenigstens ein verhältnismäßig großer Anteil davon eingesetzt werden, da sonst ein schonendes Zerschneiden nicht möglich wäre.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von LFT-Halb zeug die genannten Nachteile zu vermeiden und ein einfaches Verfahren zum Zerkleinern von Endlos-Glasfasern und Vermischen mit Thermoplast-Schmelze bereitzustellen, bei dem übliche Extruder eingesetzt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungs- gemäß dadurch gelöst, daß man die Glasfaser-Rovings vor dem Einführen in den Extruder mit 8 bis 40 Gew.-% der Thermoplast- Schmelze vorimprägniert, die vorimprägnierten Rovings und die restliche Thermo plast-Schmelze in den Extruder einführt, dort die Rovings auf eine mittlere Faser länge zwischen 5 und 50 mm zerkleinert und mit der Thermoplast-Schmelze ver mischt.

Das erfindungsgemäße flächige Halbzeug enthält 40 bis 80, vorzugsweise 50- 75 Gew.-% Thermoplast und 60 bis 20, vorzugsweise 50 bis 25 Gew.-% Glasfasern. Als Thermoplasten sind Polyolefine, Polyamide, Styrolpolymere, gesättigte Polyester, Polycarbonate, Polyetherketone und Polyethersulfone geeignet. Bevorzugt sind Propylenpolymerisate mit einem Schmelzindex MFI (2,16 kg/210°C) zwischen 10 und 1000, insbesondere zwischen 50 und 500 g/10 min. vorzugsweise Polypropylen und Pfropfpolymerisate des Propylens mit Acrylsäure oder Maleinsäureanhydrid. Das Halbzeug kann darüber hinaus übliche Zusatzstoffe, wie Stabilisatoren, Treibmittel, Füllstoffe, Farbstoffe und Flammschutzmittel enthalten.

Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens. (1) ist der erste Extruder, in dem Polypropylengranulat (2) aufgeschmolzen und als Schmelze ausgepreßt wird. Der Schmelzestrom wird in zwei Teilströme (3) auf geteilt. 8 bis 40, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-% der Schmelze werden in eine Imprägniervorrichtung (4) eingeführt, wo sie die Endlos- Glasfasern (5) benetzt. Als Imprägniervorrichtungen können z. B. mit Schikanen versehene Kanäle, Tränk walzen oder Umlenkrollen dienen, durch bzw. über die die Fasern geführt und mit der Schmelze benetzt werden; man kann die Fasern grundsätzlich auch durch eine Pultrusionsanlage oder durch ein Schmelzebad führen. Vorzugsweise werden dabei die Rovings aufgespreizt, so daß die Schmelze in die Zwickel zwischen die Fasern eindringen und den Roving weitgehend benetzen kann. Überschüssige Schmelze sollte, falls erforderlich, abgestreift werden. Geeignete Imprägniervorrichtungen sind z. B. in EP-A 287 427 und in DE-A 198 60 550 beschrieben. Es ist wesentlich, daß nicht zu viel Schmelze in die Imprägniervorrichtung eingeführt wird, weil sonst Stau und Verstopfung eintreten kann, wenn andererseits die Benetzung zu gering ist, verbleiben unbenetzte Glasfaserfilamente im Extrudat. Bevorzugt werden 100 Gewichtsteile Glasfasern mit 10 bis 60, insbesondere mit 15 bis 30 Gewichtsteilen Thermoplast-Schmelze vorimprägniert. Es ist zweck mäßig, in der Imprägniervorrichtung (4) ein Walzenpaar vorzusehen, mit dem der Fasereinzug geregelt und damit der Fasergehalt des Halbzeugs unabhängig von der Drehzahl der Schnecke des Extruders (6) festgelegt werden kann.

Die vorimprägnierten Fasern werden dann in einen zweiten Extruder (6) ein geführt, wo sie zerkleinert und mit dem Hauptstrom (7) der Thermoplast-Schmelze vermischt werden. Die Drehzahl des Extruders bestimmt dabei den Zerkleinerungsgrad der Fasern. Es ist wesentlich, daß die Fasern dabei soweit zerkleinert werden, daß ihre mittlere Faserlänge (Gewichtsmittel) zwischen 5 und 50 mm, insbesondere zwischen 10 und 40 mm liegt; vorzugsweise sollten mehr als 50 Gew.-% der Fasern eine Länge von 3 bis 40 mm, insbesondere von 10 bis 30 mm aufweisen. Sind die Fasern zu kurz, dann weisen die aus dem Halbzeug hergestellten Fertigteile eine zu niedrige Zähigkeit und Festigkeit auf, sind sie zu lang, dann ist keine ausreichende Fließfähigkeit bei der Verarbeitung des Halbzeugs durch Fließpressen gegeben, insbesondere wenn man Fertigteile mit komplizierter Geometrie herstellen will. Die glasfaserhaltige Schmelze wird schließlich aus dem Extruder durch eine Breitschlitzdüse (8) ausgepreßt, und auf einer Doppelbandpresse (9) oder durch Kalanderrollen zu einer flächigen Bahn geformt, die zu Halbzeugplatten (10) zerschnitten werden. Das erfindungsgemäße LFT-Halbzeug ist vorzugsweise 100 bis 140 cm breit und 2 bis 6 mm dick und hat ein Flächengewicht von 2000 bis 7000 g/m². Es kann nach üblichen Verarbei tungsverfahren bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Thermo plasten zu Fertigteilen umgeformt werden, wobei übliche Gewebe bzw. Folien als Decklagen aufkaschiert werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs aus glasfaserverstärkten Thermoplasten, welches 40 bis 80 Gew.-% eines Thermoplasten und 60 bis 20 Gew.-% Glasfasern enthält, durch Zuführen von Thermoplast-Schmelze und von endlosen Glasfaser-Rovings in einen Extruder, Zerkleinern der Glasfasern und Vermischen mit der Thermoplast-Schmelze, Auspressen der Mischung und Formen zu einem flächigen Halbzeug, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Glasfaser-Rovings vor dem Einführen in den Extruder mit 8 bis 40 Gew.-% der Thermoplast-Schmelze vorimprägniert, die vorimprägnierten Rovings und die restliche Thermoplast-Schmelze in den Extruder einführt, dort die Rovings auf eine mittlere Glasfaserlänge (Gewichts mittel) zwischen 5 und 50 mm zerkleinert und mit der Thermoplast-Schmelze vermischt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Thermo plast ein Propylenpolymerisat einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Glasfasern so zerkleinert, daß mehr als 50 Gew.-% der Fasern eine Länge von 3 bis 40 mm aufweisen.