DE102005048874A1

DE102005048874A1 - Verfahren zur Herstellung von fasenverstärkten Formteilen und Beschichtungen und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005048874A1
Application number: DE102005048874A
Authority: DE
Inventors: Josef Gaca
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen sowie faserverstärkten Beschichtungen aus Kunststoff und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen und faserverstärkten Beschichtungen aus Kunststoff sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von faserverstärkten Beschichtungen bzw. faserverstärkten Formteilen im Sprühverfahren müssen die flüssig versprühten hochreaktiven, Polyurethan-Ausgangskomponenten sowie die geschnittenen Fasern optimal zusammen geführt werden. Nur bei einer optimalen gleichmäßigen Vermischung können Formteile oder Beschichtungen erzeugt werden, die gute Produkteigenschaften aufweisen. Üblicherweise wird die Faser aus einem endlosen Roving mittels Cutter geschnitten. Dieser Cutter ist üblicherweise am Mischkopf angebracht, so dass geschnittene Fasern in den Sprühstrahl des flüssigen Reaktionsgemisches geblasen werden. Üblicherweise treffen das Polyurethan-Reaktionsgemisch und die Fasern in einem spitzen Winkel aufeinander.

Unerfreulicherweise führt diese Anordnung dazu, dass ein Teil der Fasern verfahrensbedingt vom Kunststoff nicht benetzt wird oder sogar aus der Zone für die Herstellung der Form bzw. der Beschichtung des Substrates heraus fällt. Darüber hinaus ist die Handhabung einer derartigen Anordnung, insbesondere bedingt durch das hohe Gewicht äußerst schwierig. Des Weiteren besteht die Gefahr der Verschmutzung des Cutters, wodurch es zum Blockieren des Cutters kommen kann. Ein nach oben gerichtetes Sprühen ist darüber hinaus nicht möglich, was sich insbesondere bei größeren Formteilen als Problem erweist.

In DE-B 1 202 977 wird eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Fasermaterials durch Spritzen mit einem aushärtenden Bindemittel beschrieben. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass sich die Spritzdüse mit der Zeit mit Material aus Fasern und Bindemitteln zusetzt, so dass der Sprühvorgang abgebrochen werden muss, um die Düse zu reinigen.

In US 3 107 057 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Besprühen von Oberflächen mit faserverstärkten Kunststoffmaterialien beschrieben. Hierbei werden die geschnittenen Fasern seitlich in den Sprühstrahl des Kunststoffmaterials gedüst und in der Mischkammer oder -zone gemischt. Bei diesem Verfahren wird ein Teil der Fasern nicht benetzt und haftet dadurch nicht auf der Oberfläche des besprühten Teiles.

Aufgabe war es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen bzw. faserverstärkten Beschichtungen aus Kunststoff zur Verfügung zu stellen, mit dem/der es möglich ist, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.

Die Lösung bestand in einer spezifisch angeordneten Vorrichtung bzw. in einem speziell durchgeführten Verfahren, welches im Folgendem näher beschrieben wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffformteilen und faserverstärkten Kunststoffbeschichtungen, wobei

a) ein Faserstrang in ein Faserschneidwerk geleitet und dort auf eine Länge von 3 bis 100 mm, bevorzugt 5 bis 15 nun, geschnitten wird,
b) die geschnittenen Fasern unter Gasdruck mittels eines Förderaggregates über eine Zuleitung in und durch eine Kammer (Außenrohr) gefördert werden,
c) gleichzeitig ein reaktives, flüssiges Gemisch von Kunststoffausgangskomponenten durch ein in der Kammer (Außenrohr) innenliegendes Rohr, das bündig mit der Austrittsöffnung der Kammer abschließt, an die Austrittsöffnung der Kammer geleitet wird, wobei das reaktive, flüssige Gemisch wahlweise in einer vorgeschalteten Mischkammer vorab oder mittels eines im Innenrohr befindlichen Mischers aus den entsprechenden flüssigen Kunststoffausgangskomponenten hergestellt wird,
d) das reaktive, flüssige Gemisch sich mit den geschnittenen Fasern direkt hinter der Austrittsöffnung der Kammer (Außenrohr) mischt,
e) das hinter der Austrittsöffnung der Kammer (Außenrohr) mit den Fasern beladene Flüssiggemisch in eine Form bzw. auf ein Substrat gesprüht wird.

Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Hilfsgas, wie z.B. Luft an die Austrittsöffnung geleitet werden, um das Kunststoffgemisch zusätzlich zu versprühen.

Bei den flüssigen Kunststoffausgangsverbindungen handelt es sich bevorzugt um Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polyesterkunststoffen, Polyharnstoffen und Polyurethanen. Ganz besonders bevorzugt werden für die Herstellung von Polyurethanen als Ausgangsverbindungen Polyolkomponenten und Isocyanatkomponenten eingesetzt.

Als geschnittene Faser können Glasfasern, Kunststofffasern oder Carbonfasern eingesetzt werden. Als Gas wird sowohl für das Trägergas wie auch für das Hilfsgas bevorzugt Luft eingesetzt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen und faserverstärkten Beschichtungen aus Kunststoff bestehend aus

a) einer Kammer oder einem Außenrohr mit einer Ausstrittsöffnung und einem vor dieser Ausstrittsöffnung seitlich an der Kammer liegenden Anschlussstutzen für den Anschluss einer Gasförderleitung für unter Gasdruck geförderte Fasern,
b) einem in der Kammer oder dem Außenrohr innen angeordneten Innenrohr zur Leitung eines reaktiven, flüssigen Gemisches von Kunststoffausgangskomponenten aus einer vorgeschalteten Mischkammer oder der Kunststoffausgangskomponenten durch einen im Innenrohr liegenden Mischer an die Austrittsöffnung der Kammer oder dem Außenrohr, wobei das Innenrohr bündig mit der Austrittsöffnung der Kammer oder dem Außenrohr abschließt,
c) mindestens einer Zuleitung für einen mit Fasern beladenen, unter Druck stehenden Gasstrom, in die ein Förderaggregat zur Förderung des Gasstromes eingebaut ist, dass die geschnittenen Fasern vom Faserschneidwerk zur Öffnung des Anschlussstutzens transportiert,
d) einem vor dem Förderaggregat befindlichen Faserschneidwerk, dass über eine Leitung mit dem Förderaggregat verbunden ist.

Gegebenenfalls kann die Vorrichtung zusätzlich der Austrittsöffnung gegenüberliegend eine Zuführung für ein Hilfsgas, wie z.B. Luft, aufweisen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung wird der Eintrag von Fasern in den Sprühstrahl aus reaktivem Kunststoffgemisch verbessert, so dass Kunststoffformteile bzw. Kunststoffbeschichtungen hergestellt werden können, die eine gleichmäßige Verteilung der Fasern zeigen und auch ansonsten gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass auch nach mehrmaliger Wiederaufnahme des Sprühprozesses Formteile bzw. Beschichtungen mit regelmäßiger Oberfläche hergestellt werden können und dass sich die Vorrichtung nicht zusetzt. Die verwendeten Fasern werden gleichmäßig vom Reaktionsgemisch benetzt. Es gibt kaum unbenetzte Fasern. Das Sprühverfahren erlaubt die Anbringung eines Cutters (Schneidwerkzeug für die Fasern) weit entfernt vom Mischaggregat. Es ist zuverlässig und reproduzierbar, die Fasern werden optimal benetzt und gleichmäßig verteil. Ein zielgerichtetes Sprühen sowie ein „Über-Kopf-Sprühen" sind möglich. Zudem kann ein hoher Faseranteil im Kunststoff realisiert werden.

Die 1 zeigt beispielhaft eine Kammer (1) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Austrittsöffnung (2), einem Anschlussstutzen (3) und einem Innenrohr (4). Über die Förderleitung (5) wird das Trägergas mit den geschnittenen Fasern in die Kammer (1) geleitet. Durch das Innenrohr (4) wird das flüssige Gemisch aus Kunststoffausgangskomponenten geleitet. Des Weiteren kann eine zusätzliche Öffnung (6) für eine Gaszuführung vorhanden sein.
Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Beispieles näher erläutert werden.
Beispiel (Herstellung einer glasfaserverstärkten Polyurethanbeschichtung)
Die Polyurethanausgangskomponenten wurden in die Mischkammer eines Mischkopfes geleitet und dort vermischt. Diese Mischung wurde durch das Innenrohr (4), 1 zur Austrittsöffnung (2), 1 weitergeleitet. Gleichzeitig wurde ein durch eine Venturidüse erzeugter Förderluftstrom durch einen Schlauch (5), 1 über den Anschlussstutzen (3), 1 zur Austrittsöffnung (2), 1 geleitet. Dieser Förderluftstrom ist zu Beginn des Versuches bereits eingeschaltet und vermischt sich an der Austrittsöffnung mit einem Sprühluftstrom, der zusätzlich über (7) zugeführt wird. Die Mischung wurde dadurch in feinversprühter Form auf das Substrat aufgebracht. Nachdem diese erste Schicht aus Polyurethan auf das Substrat aufgebracht worden war, wurde eine zweite Lage einer glasfaserverstärkten Polyurethanschicht aufgebracht. Der Ablauf war der gleiche wie zur Erzeugung der ersten Polyurethanschicht, nur dass zusätzlich geschnittene Glasfasern sich im Förderluftstrom befanden. Der Sprühvorgang wurde mehrfach unterbrochen und wieder aufgenommen, um die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu testen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung war die Benetzung der Glasfasern und deren Verteilung im Polyurethan optimal. Es wurde ein Substrat mit einer regelmäßigen Oberfläche erhalten. Nach dieser zweiten Schicht wurde noch eine dritte Schicht aus Polyurethan aufgesprüht, die wiederum wie die erste Schicht keine Glasfasern enthielt.
Das Ergebnis der 3-lagigen Beschichtung war ein mit Polyurethan beschichtetes und mit Glasfasern verstärktes Substrat.
Der obige Versuch wurde zum Vergleich zweimal wiederholt. Im ersten dieser beiden Versuche wurde das Innenrohr verkürzt, so dass das Ende des Innenrohres nicht mehr bündig mit dem Außenrohr (Kammer) abschloss. Im zweiten der beiden Versuche wurde das Innenrohr verlängert, so dass das Ende des Innenrohres über die Austrittsöffnung des Außenrohres hinausragte. Beim ersten der beiden Versuche wurde das Substrat nur sehr ungleichmäßig besprüht; die Oberfläche des Substrates war unregelmäßig und wies Klumpen auf. Die Austrittsöffnung setzte sich nach und nach mit Polyurethan und Glasfasern zu, so dass abgebrochen werden musste. Im zweiten der beiden Versuche wurden die Glasfasern nur teilweise benetzt. Die Haftung auf dem Substrat war ungenügend, und eine große Menge an Glasfasern fiel zu Boden, wodurch ein hoher Verlust auftrat.

Claims

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen und faserverstärkten Beschichtungen aus Kunststoffen, wobei a) ein Faserstrang in ein Faserschneidwerk geleitet und dort auf eine Länge von 3 bis 100 mm, bevorzugt 5 bis 15 mm, geschnitten wird, b) die geschnittenen Fasern unter Gasdruck mittels eines Förderaggregates über eine Zuleitung in und durch eine Kammer gefördert werden, c) gleichzeitig ein reaktives, flüssiges Gemisch aus Kunststoffausgangskomponenten durch ein in der Kammer innen liegendes Rohr, das bündig mit der Austrittsöffnung der Kammer abschließt, an die Austrittsöffnung der Kammer geleitet wird, wobei das reaktive, flüssige Gemisch wahlweise in einer vorgeschalteten Mischkammer vorab oder mittels eines im Innenrohr befindlichen Mischers aus den entsprechenden flüssigen Kunststoffausgangskomponenten hergestellt wird, d) das reaktive, flüssige Gemisch sich mit den geschnittenen Fasern direkt hinter der Austrittsöffnung der Kammer mischt, e) das hinter der Austrittsöffnung der Kammer mit den Fasern beladene, flüssige Gemisch in eine Form bzw. auf ein Substrat gesprüht wird.
Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen und faserverstärkten Beschichtungen aus Kunststoff bestehend aus a) einer Kammer oder einem Außenrohr mit einer sich verjüngenden Austrittsöffnung und einem vor dieser Austrittsöffnung seitlich an der Kammer liegenden Anschlussstutzen für den Anschluss einer Gasförderleitung für unter Gasdruck geförderte Fasern, b) einem in der Kammer innen angeordneten Innenrohr zur Leitung eines reaktiven, flüssigen Gemisches von Kunststoffausgangskomponenten aus einer vorgeschalteten Mischkammer oder der Kunststoffausgangskomponenten durch einen im Innenrohr liegenden Mischers an die Austrittsöffnung der Kammer, wobei das Innenrohr bündig mit der Austrittsöffnung der Kammer abschließt, c) mindestens einer Zuleitung für einen mit Fasern beladenen, unter Druck stehenden Gasstrom, in die ein Förderaggregat zur Förderung des Gasstromes eingebaut ist, das die geschnittenen Fasern vom Faserschneidwerk zum Anschlussstutzen transportiert, d) einem vor dem Förderaggregat befindlichen Faserschneidwerk, das über eine Leitung mit dem Förderaggregat verbunden ist.