DE102007007443A1

DE102007007443A1 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffplatten mit einer Langfaserverstärkung

Info

Publication number: DE102007007443A1
Application number: DE200710007443
Authority: DE
Inventors: Erich Schuermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Platten aus einem mit Langglasfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff. Es geht um ein Herstellverfahren für Kunststoffplatten mit Langglasfasern ohne eine Extrusionsanlage und ohne eine Doppelbandpresse. Die Lösung für dieses Problem liefert ein Mischvlies aus Glasfasern und Kunststofffasern. Das Mischvlies besteht aus mindestens zwei Komponenten, einem Glasvlies und einem Vlies aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, der nach dem Verdichten des Mischvlieses die Matrix der Platte ergibt. Um die erforderlichen Fließvorgänge der Kunststoffkomponente zu minimieren und um einen möglichst hohen Glasgehalt im Bedarfsfall zu erreichen, wird das Glasvlies gleichmäßig im Kunststoffvlies verteilt. Figur 1 zeigt schematisch ein mögliches Anlagenkonzept. Durch die Verwendung von Glasvlies als Trägermaterial liegt der Rohstoff als eine formstabile Rollenware vor, der als Bahn (1) der Anlagentechnik zugeführt werden kann. Die Schmelzung der Matrixkomponente erfolgt kontaktlos per Strahler (2). Das Glasvlies als Trägermaterial gibt der Bahn trotz geschmolzener Kunststoffkomponenten die erforderliche mechanische Stabilität. Die Bahn wird jetzt mehreren Kühlwalzen (3) zugeführt, welche die Kunststoffkomponente des Vlieses von außen nach innen beidseitig unter die Schmelztemperatur abkühlen. Weitere paarweise angeordnete Kühlwalzen (4) kalibrieren die Platte und sorgen für die weitere Abkühlung und die endgültige Formgebung.

Description

Zunächst betrifft die Erfindung die Herstellung von dünnen Platten aus einem mit Langglasfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff. Dabei geht es um die Vereinfachung des Herstellprozesses durch die Verwendung von Mischvliesen, die vorzugsweise aus Polypropylenfasern und Glasfasern bestehen. Es geht um ein Herstellverfahren für Kunststoffplatten mit Langglasfasern ohne Extrusion und ohne eine Doppelbandpresse.
EINLEITUNG
Setzt man Kunststoffplatten für großflächige Anwendungen ein, bei denen Temperaturschwankungen auftreten, so machen sich die kunststofftypischen hohen Wärmedehnungen negativ bemerkbar. Typische Anwendungen für dünne Kunststoffplatten können großflächige Fahrzeugaußenverkleidungen und Wärmetauscherplatten sein. Die Wärmedehnung kann drastisch reduziert werden durch die Verwendung von Langglasfasern, welche möglichst keine Vorzugsrichtung aufweisen sollten. Die Verwendung von Glasvliesen erfüllt diese Bedingung sehr gut und ermöglicht darüber hinaus eine gute dreidimensionale, plastische Verformbarkeit der Platten. Für Platten mit Langglasfaserverstärkung werden heute prinzipiell zwei Produktionsverfahren eingesetzt, die gemeinsame Extrusion von Kunststoffschmelze und Glasfasern und die getrennte Verarbeitung von Kunststoff und Glasfasern. Die gemeinsame Extrusion führt automatisch zu deutlich kürzeren Glasfaserlängen. Bei der getrennten Verarbeitung wird eine unverstärkte Kunststoffschmelze dem Glasfaservlies zugeführt.
STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung von Platten aus thermoplastischen Kunststoff mit Langglasfaserverstärkung werden überwiegend Polypropylen und Glasfaservlies verwendet. Der thermoplastische Kunststoff wird als Schmelze über eine Breitschlitzdüse kontinuierlich einer laufenden Bahn aus Glasvlies zugeführt und in einer Doppelbandpresse in das Glasfaservlies gedrückt und abgekühlt. Der Herstellprozess kann in drei wesentliche Phasen unterteilt werden. Die Schmelzeaufbereitung und Zuführung, die Benetzung des Glasfaservlieses mit Schmelze und die Abkühlung der Schmelze bei gleichzeitiger Kalibrierung der Plattendicke.
Die Schmelzezuführung erfolgt über ein- oder zweiseitig, senkrecht zur Bahnlaufrichtung des Glasfaservlieses angeordneten Breitschlitzdüsen. Das Glasfaservlies und die Schmelzebahnen laufen übereinander liegend in die Doppelbandpresse ein und durchdringen sich gegenseitig bei meistens unvollkommener Entlüftung. Im Interesse einer guten Benetzung der Glasfasern mit der Kunststoffschmelze werden Kunststoffe mit einer extrem geringen Schmelzeviskositäten verwendet, was die freie Wahl der Kunststofftypen und der gewünschten Eigenschaften der Matrix sehr stark einschränkt. Sehr hohe Glasgehalte bis an die theoretischen Grenzen der Füllung der Zwischenräume zwischen den Glasfasern sind wegen der vorliegenden Durchtränkungsproblematik bei diesem Verfahren nicht möglich. Die Durchtränkungsphase des Prozesses macht das Prinzip der Doppelbandpresse sinnvoll und entspricht dem Stand der Technik. Bei vorgegebener Länge der Doppelbandpresse ergibt sich die maximal mögliche Vorschubgeschwindigkeit aus der Abkühlphase des Prozesses. Eine Halbierung der Plattendicke erlaubt bei identischem Abkühlverhalten eine Vervierfachung der Vorschubgeschwindigkeit. Da die Vorschubgeschwindigkeit nicht beliebig gesteigert werden kann, stellt sich die Produktion von dünnwandigen Platten mit einer Dicke von weniger als einem Millimeter als zunehmend unwirtschaftlich dar.
DAS NEUARTIGE
Das vorliegende Schutzrechtsbegehren soll die Nachteile der derzeitigen Produktionstechnik beseitigen, ohne dabei die positiven Eigenschaften der mit Langglasfasern verstärkten Kunststoffplatten einzuschränken. Ein Verfahren, mit dem dünne Kunststoffplatten von deutlich weniger als einen Millimeter Dicke flexibel und wirtschaftlich hergestellt werden können, ist das Ziel des vorliegenden Schutzrechtsbegehrens. Um den erforderlichen anlagentechnischen Aufwand deutlich reduzieren zu können, werden die aufwändigen Anlagenteile wie die Extrusionsanlage und möglichtst auch die Doppelbandpresse entbehrlich gemacht. Der Durchtränkungsprozess soll gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfacht werden. Dazu werden die Rohstoffkomponenten, der Kunststoff und die langen Glasfasern bereits in der gewünschten Mischung und der gewünschten Verteilung bereitgestellt und in eine automatisiert handhabbare Form gebracht, um sie direkt verarbeiten zu können.
Einen geeigneten Lösungsansatz für dieses Problem liefert ein Mischvlies aus Glasfasern und Kunststofffasern. Das Mischvlies besteht aus mindestens zwei Komponenten, einem Glasvlies und einem Vlies aus mindestens einem thermoplastischen Kunststoff, der nach dem Verdichten des Mischvlieses die Matrix der Platte ergibt. Um die erforderlichen Fließvorgänge der Kunststoffkomponente zu minimieren und um einen möglichst hohen Glasgehalt im Bedarfsfall zu erreichen, wird das Glasvlies gleichmäßig im Kunststoffvlies verteilt. Bei einem weiteren Lösungsansatz soll das Kunststoffmaterial für die Matrix der Platte aus einem Pulver oder Granulat bestehen, welches im Glasvlies in einem vorgeschalteten Prozessschritt gleichmäßig verteilt und fixiert wurde. Bei beiden Lösungen zur Erzeugung der Kunststoffmatrix, der Verwendung von Kunststoffvlies und der Verwendung von Kunststoffpulver oder Kunststoffgranulat, erübrigt sich der sonst übliche Extrusionsprozess bei der Produktion der erfindungsgemäßen Platten. Die erforderliche Zufuhr und das Schmelzen des Matrixmaterials muss nun anderweitig erfolgen. Durch die Verwendung von Glasvlies als Trägermaterial liegt der Rohstoff als eine formstabile Rollenware vor, der als Bahn der Anlagentechnik zugeführt werden kann. Das Schmelzen der Matrixkomponente kann bei Kontakt per Wärmeleitung und kontaktlos per Strahlung und Konvektion erfolgen. Das Glasvlies gibt der Bahn auch bei geschmolzener Kunststoffkomponente eine genügende Stabilität.
Soll sich nun auch die aufwändige Doppelbandpresse erübrigen, so kann die Erwärmung nur kontaktlos realisiert werden, da Kunststoffe sich grundsätzlich nur im erstarrten Zustand von einer Kontaktfläche ablösen lassen und sich auf dem Umfang einer Walze keine genügend langen Heiz- und Kühlstrecken unterbringen lassen. 1 zeigt schematisch ein mögliches Anlagenkonzept. Vorzugsweise werden mehrere Rohstoffbahnen (1) gleichzeitig zugeführt, die vorzugsweise separat kontaktlos mit Strahlern (2) erwärmt werden. Das Glasvlies als Trägermaterial gibt der Bahn trotz geschmolzener Kunststoffkomponenten die erforderliche mechanische Stabilität. Diese Bahn wird jetzt mehreren Kühlwalzen (3) zugeführt, welche die Kunststoffkomponente des Vlieses von außen nach innen beidseitig unter die Schmelzetemperatur abkühlen. Weitere paarweise angeordnete Kühlwalzen (4) kalibrieren die Platte und sorgen für die weitere Abkühlung und die endgültige Formgebung. Die detaillierte Anordnung der Walzen ergibt sich aus den Prozessbedingungen und insbesondere aus dem Ablöseverhalten des Kunststoffmaterials von den Kühlwalzen. Die Umschlingungsstrecke der Vliesbahn an der jeweiligen Kühlwalze ergibt in Verbindung mit der Abzugsgeschwindigkeit die Abkühlzeit des Kunststoffs an der Kontaktstelle mit der Kühlwalze. Zur Erreichung einer möglichst hohen Abzugsgeschwindigkeit und Produktionsleistung ist es vorteilhaft die ersten beiden Kühlwalzen nicht an der Vliesbahn gegenüber liegend anzuordnen, da bei dieser Anordnung kein Umschlingungswinkel realisiert werden kann. Ein gewisser Umschlingungswinkel und damit eine gewisse Kühlstrecke ist nur bei einer versetzten Anordnung der Kühlwalzen möglich. Nur eine erstarrte Kunststoffhaut der Platte lässt sich von einer Kühlwalze ablösen. Nachfolgende Kühlwalzen kühlen die Platte ausreichend ab. Das abgekühlte Plattenprodukt wird je nach Wanddicke und Flexibilität als Rollenware aufgewickelt oder als einzelne Platten gesägt und gestapelt.
An Stelle des Glasvlieses kann auch ein Glasgewebe verwendet werden, um die Eigenschaften der Platten zu beeinflussen. Ebenso sind Kombinationen von Glasvlies, Glasgeweben und auch Glasrowings möglich. Entscheidend ist für den Herstellprozess nur die ausreichende mechanische Festigkeit dieser Trägerbahnen. An Stelle der Glasfasern können auch andere Fasern wie Kohlefasern, Mineralfasern und Naturfasern verwendet werden. Entscheidend ist dabei, dass bei den Schmelzetemperaturen des thermoplastischen Kunststoffs noch eine ausreichende Festigkeit dieser Trägerbahnen vorliegt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Platten aus thermoplastischem Kunststoff mit einer Verstärkung aus Langfasern, gekennzeichnet dadurch, dass in vorzugsweise mehreren Bahnen aus mechanisch zusammenhängenden Verstärkungsfasern, vorzugsweise aus Vlies, der thermoplastische Kunststoff gleichmäßig verteilt ist, diese Bahnen vorzugsweise per Strahlung und Konvektion auf die Schmelzetemperatur des thermoplastischen Kunststoffs erwärmt werden und danach mit Kühlwalzen diese vorzugsweise mehreren Bahnen gemeinsam gekühlt und verdichtet werden.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der thermoplastische Kunststoff zumindest teilweise als Kunststofffasern Verwendung findet.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der thermoplastische Kunststoff zumindest teilweise als Kunststoffpartikel, wie Pulver und Granulat, Verwendung findet.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Bahn aus zusammenhängenden Verstärkungsfasern zumindest teilweise aus Glasfaservlies bestehen.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Bahn aus zusammenhängenden Verstärkungsfasern zumindest teilweise aus Glasfasergewebe bestehen.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Bahn aus zusammenhängenden Verstärkungsfasern zumindest teilweise aus Glasfaserrowings bestehen.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Verstärkungsfasern zumindest teilweise aus Kohlefasern bestehen.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Verstärkungsfasern zumindest teilweise aus Mineralfasern bestehen.
Verfahren zur Herstellung von Platten nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Verstärkungsfasern zumindest teilweise aus Naturfasern bestehen.