DE1454786A1 - Verfahren zur Einbringung von fadenartigem Verstaerkungsmaterial in thermoplastischeHarze - Google Patents

Verfahren zur Einbringung von fadenartigem Verstaerkungsmaterial in thermoplastischeHarze

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DE1454786A1
DE1454786A1 DE19641454786 DE1454786A DE1454786A1 DE 1454786 A1 DE1454786 A1 DE 1454786A1 DE 19641454786 DE19641454786 DE 19641454786 DE 1454786 A DE1454786 A DE 1454786A DE 1454786 A1 DE1454786 A1 DE 1454786A1
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reinforcement
screw
opening
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Dow Chemical Co
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Description

Verfahren zur Einbringung von fadenartigem Verstärkungsmaterial in thermoplastische Harze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von fadenartigem Verstärkungsmaterial in wärmeplastische Harze, . ■ und zwar insbesondere eine kontinuierliche Verfahrensweise*
Es sind bisher verschiedene Methoden angewandt worden, um Glasfasern und anderes Bewehrungsfadenmaterial in Harze einzubringen. Im allgemeinen haben die bisher angewandten Verfahren versagt, denn entweder waren sie zu umständlich oder sie führten zu wenig befriedigenden Produkten, indem nämlich die Fäden so weit zerkleinert wurden, daß eine echte Bewehrungewirkung nicht mehr erzielt wurde„
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ΙΟ1 V.
Das erfindungsgemäße Verfahren achlägt vor, daß man die synthetischen Harze durch Wärme plastifiziert, in einem Gefäß einer fortlaufenden Bewegung unterwirft und einen Strom von zerhackten Bewehrungsmaterial an einer Stelle des Gefässes in den geschmolzenen Harzstrom einführt, an der dieser von der Gefäßwandung Abstand hat und daß man schließlich die bewehrte Harzmasse an einer anderen Stelle des Gefässes abzieht,
Nach einer bevorzugten Ausführungsvorm des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schneckenpresse verwendet und in der Weise betrieben, daß man das Bewehrungsmaterial in Forderrichtung der Schneckenpresse unmittelbar hinter einer Verengung des Durchflußquerschnittes einführt, vorzugsweise durch eine Öffnung (volatile port) für den Abzug flüchtiger Bestandteile»
Ein geeignetes Mischverhältnis von Bewehrungsfaser zu Harz ergibt sich, wenn die Bewehrungsfaser 10 bis 50 Gewichtsprozent der ausgepressten Masse ausmacht.
Die Bewehrungsfaser ist vorzugsweise eine Glasfaser·
Die ausgepresste Masse kann nach dem Austritt aus der Strangpresse gekühlt und sodann zerhackt werden.
Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung. Es stellen dar :
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figur t t einen echematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrene,
Figur 2 t eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens*
In Figur 1 erkennt man ein Mischgerät» das als Ganzes mit der Beeugsziffer 10 bezeichnet ist und einen Extruder 12, der Seil dieses Mischgerätes ist· Der Extruder 12 weist eine Harzzugabeöffnung 14 auf, die an ein Schneckenextruder-» gehäuse 15 anschließt· Das Schneckenextrudergehäuse 15 ist mit einer Heizummantelung 17 versehen* Innerhalb dee Schneckenextrudergehäuses 15 ist eine Extruderschnecke 20 untergebracht. Eine Öffnung 21 schafft Zugang nach dem Inneren des Schneckenextrudergehäuses 15* Die Schnecke 20 zerfällt in zwei Abschnitte, einen Förder- oder Heißplastfizierungeabschnitt 23 und einen Misch- und Förderabechnitt 24. Die Abschnitt« 23 und 24 sind durch eine Drosaelstelle 15 voneinander getrennt. An dem von der Harzzugabeöffnung 14 abgelegenen Ende des Schneckenextrudergehäuses ist ein· Düsenplatte 27 angebracht· Die Düsenplatte 27 weist eine Extruderdüse 28 auf. Aus der Extruderdüse tritt ein stranggepreßter Formkörper 29 aus. Ein Zerhacker 32 ist über der öffnung 21 angeordnet. Mehrere Faserstränge 33 werden dem Zerhacker 32 durch ein Lieferwerk 34 zugeführt. Das lieferwerk 34 umfasst ein Paar Klemmrollen 35 und 36, sowie einen Antrieb 37. Die Faserstränge 33 werden durch das Lieferwerk
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von einer Jiieferetelle 40 abgelogen» gelangen in den Ser·* hacker |2 und traten ale eerhaojtta Padenatüoke aua, welche in die öffnung 21 nahe der Broeaeletelle 25 eingeführt werden· Ba ist «omit gemäfl Figur 1 ein thermoplaetieeher Hare in einer Bearbeitungekammer eingeschlossen! in dieser Bearbeitungekammer findet ein MaterialfluS etattf das fadenartige Veretärkungematerial wird dem geeohmolienen oder heiflplaetifiziertexi Hars kontinuierlich eugegeben und vermittele einea Fönjergeräts cugemieohtf an, einem Ausgang dee Gtfäaete tritt eitt formkörper aui| der aus Hare beeteht und duroh da· fadenmaterial bewehrt let*
figur 2 ««igt ein btionäera Torteilhaftee 0erttt zur Durchführung <J·· eriindungegiaäeen T#rfahrene· 3>iei«. iet all«· gemein mit 50 be**iohö#t.» JEb iet im weeentliohen gebildet von ein»» iwilllngieohntßkenextruder mit afcner ersten Ez** truäereöhneok* 51 unfl «liier eweitin Xxtruderaohneoke 52 «ewie einer langen öffnung 54« Die Bztrudiiriohneoken 51 und 5ß fördera^ wenn lii 1»^richtigen Drehsinn angetrieben i tmi Inhalt dei 3chne0^enextruderg@ltttueee nach einer
ii*« 55 hin und bewirken eine beeandere innige Terttieshunj de§ fitartip mit dem fedenartigdk Veretärkungamaterial« ohn· da0 daoei 4ae teretärkungi^eaterü., das ζ·Β· eiaefavtr sein kann, wesentlich 2@retört wird« Daβ erfindungegemttle Verfahren iet mit allen thermoplaetieehen Harzen durohführbÄr, die heii verformbar Bind und durch Bewehrungseinlagen Überhaupt veret&rkt werden können· Typische thermo«·
"■-.:.< " 5 * 809813/1350
ßAD ORIGINAL
plastische Haree, bei denen sich der Erfindungsvorschlag anwenden läßt sind u.a. t Alkenylaromate aus Harz wie Polystyrol, 8tyrolmischpolymere, Mischpolymere von Styrol und Gummi. Auch mit Polyvinylchlorid läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren leicht durchführen, weiterhin mit Vinylidenchloridmiachpolymeren (3aran), mit Superpolyamiden wie Nylon 66 (Kondensationsprodukt von Hexamethylendiamin und Adipinsäure), Polyolefinen, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen sowie deren Mischpolymeren Äthylzellulose, Zelluloseazetat, natürlichem und synthetischem Kautschuk, insbesondere Polybutadien, Polyisopren und deren chlorierten Derivate sowie Mischungen dieser Stoffe.
Eine breite Auswahl von fadenartigem Bewehrungsmaterial steht zur Verfügung, es muß nur jeweils die Verformungstemperatur des Harzes niedriger liegen als die des Bewehrung»»· materials. Besonders geeignet sind Glasfasern. Diese können in Längen von 1,27 mm bis 50,8 mm je nach der Art der herzustellenden Gegenstände und der verfügbaren Anlage sein. Bevorzugt sind Glasfasern 2,54 bis 19 mm läng. Auch Polykarbonatharze werden mit Vorteil angewandt. Die am besten geeigneten Polymeren zur Anwendung bei dem ärfindungsgemäßen Verfahren sind diejenigen, die, wenn sie durch Wärme plasti
fiziert sind, eine Viskosität von zwischen ca. 300 Poise
und cal 106 Poise haben, liegt die Viskosität unter 300 Poise so besteht die Gefahr, daß sich das Bewehrungsmaterial durch
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sein Eigengewicht absetzt· Außerdem werden die Durchgänge in der Pump- und fördereinrichtung des Extruders so eng» daß die Bewehrungsfasern geschädigt werden« Wenn anderer·· seits die Viskosität des plastifizierten Harzes wesentlich größer ist als 10 Poise, werden auf das Bewehrungsmaterial zu große Scherspannungen übertragen, sodaß wiederum «in Pestigkeitsverlust des entstandenen Endprodukts eintritt. Auch bei Harzen mit geringerer Viskosität müssen hohe Scherspannungen vermieden werden. Daher rührt die !Forderung, daß das Bewehrungsmaterial in ein Bett von geschmolzenem Harz
ir
gegeben wird, das eich bereits in Bewegung befindet. Die Mnge der Bewehrungsfäden kann auch noch durch andere Umstände beeinflußt werden, z.B. wirkt sich eine kleine Extruderdüse dahin aus, daß die Bewehrungsfaserlängen gekürzt werden, insbesondere wenn unter Turbulenz schaffenden Bedingungen extrudiert wird. Wenn der Hars üfeer eine scharfe Kante, etwa die rechteckige Begrenzung eines senkrecht zur Düsenplatte angeordneten Lochs fließen muß, so werden die Fasern auch hier starker Scherbeanspruchung ausgesetzt. Optimale Misch*· bedingungen liegen in einem Zwillingsschneckenextruder vor, bei dem die beiden Schnecken in entgegengesetztem Drehsinn laufenf dabei wird das BewehrungsmateraaL in den Spalt zwischen den beiden. Schnecken eingegeben. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann neben einem Zwillingsschnecken* extruder auch ein linschneckenextruäer,rvervvendet werden. Verwendet man einen Einsehneckenextruder, so muß dieser allerdings tiefe Schneckengänge haben und in der lage sein, das
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folymere rasch von der öffnung (volatile port) weg au transportieren» durch die das Bewehrungematerial zugegeben wire1 und in Riohtung auf die Extruderdüse hin EU fördern.
In der Praxis aufl darauf geachtet werden, daß in dem Schneokenextrudergehäuae nächst der Einführung«öffnung für das Bewehruttgsmaterial ein harefreier Saum varbleibt» Es wird dann de* «!geführten Bewehrungsaaterial eine bewegte Hareoberfläohe dargeboten« Im Verlauf der Bewegung des Hariei wird da« Bewehrungsaaterial von diesem benetst und in ihm dispergiert«
Bei Konstanthaltung anderer Parameter Äihrt eine Zunahmt der Bewegungegesohwindigkeit, d.h. im Falle einer Zunahme der Schneckendrehzahl, BU einer verminderten Stoßfestigkeit dta erhaltenen Produkts. Eine Temperatureunahme des thermoplastischen Harzes in dem Sohneokenextrudergehäuse führt im allgemeinen zu einer Erhöhung der StoÖfestigkeit. Eine Zunahme der Auspressgesohwindigkeit führt ebenfalls EU einer Zunahme der Stoflfeatigkeit, Dabei wird natürlich davon ausgegangen, daS bei normalen Arbeitetemperaturen und Arbeitsgeschwindigkeiten für ein bestimmtes Polymeres gearbeitet wird»
Beispiel t
Ss wurde ein Vielzahl von glasfaserverstärkten Kassen unter Verwendung eines 50#8 mm Zwillingsschneckenextruders hergestellt· , Der Extruder hatte zwei Schnecken mit je 50,8 mm Durchmesser und 91,4 cm Länge. Er war so ausgebildet, daß in dem Sohnecken·» gehäuse, ähnlich der Darstellung in figur 1, eine Quer -
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schnittverengung auftrat. Di· Gesamtlänge das SehneokeneitruäergehÄuses Ewieohen dam Einführung·trichter und der Du·9 betrug 108 ca. Xn dam SohnedcanaztrUdargahäuee ' war eine naoh oben weisende rechteckige Sinführung··- öffnuag iron 12,7 om χ 30,4 cm vorgesehen (größere länge in Umfange richtung)· Das in Ford einrichtung fordere Ende der Si ^f ilhrungs Öffnung war in einem übet and von 53 o* von dtr Matnflache angeordnet» Der Extruder hatte einen Doppelmafctel für ölbeheirung. Die Haremaee· wurdt dann * «in*« Einführungstrichter sugegebenj das Extrudergehäuse wurde auf eine dem jeweiligen Material angepafltt Temperatur erhitet, die Gtechwlndigkeit wurde so singtittilt, daß der gewünschte Auaetoö ernielt wurde und andtreraeita «in hare·· freier Baum am Ort» der linführungeöffnung für da· Bewetoungematerial oberhalb der ie iiegenninn rotierenden Schnecken gewinnen wurde» Ein GHasfaeergewebeetrang mit 60'Enden und einem iurohmeaaer von 0,034· mm wurde ler» haekt und als ein FaHatrom fortlaufend durch die hiereu vorgesehene Einführung sugeführt und «war an deren von der Düeenplatte abgeeehenin Ende« BIe Furdergeschwindigkeit dee EerhÄekten aiaafaaermaterials wurde entsprechend dem gewünschten Ifaflverhiitnis se wie ehe η Gflaefaser und Harz *iagest#.tlt« 3>ae extrudierte glasfaserverstärkte Polymerisat wurde eu Zylindern von 9,5 χ 9,5 mm geschnitten und dann XU Prüfstangen geformt· Sie Zuggeschwindigkeit der Prüfetangen wurde entsprechend der Standardcummer D 638-60 T der American Society for lasting Materials, die Izod -Kerbschlageöhlgkeit wurde nach dem Standard I) 638-56 der ASTM bei einer Temperatur von 23° 0 geprüft· Die Prüf-
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stangen wurden in einer Wateon Stillman - 31 g - Sprits·* gußpresae hergestellt« Ihre ICaSe waren 3,2 χ 12,7 x 152,5 mm* Sämtliche Prüfstangen wurden bei einer Schmelztemperatur von 274° O und einen Druck von 42 atü in einer form gepresst, die auf einer Temperatur von 66° α gehalten wurde· Sie Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt·
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~Τ /
Tabelle
Harztyp* Strang-» Durchsatz in Glasfaserpreßt eaperatur kg pro Std. anteil
Extruder Kerb Schlagzähig Zugfestigkeit in O
drehzahl keit in kg/m kg/ca
130 0,228 812
η 0,256 875 *
η 0,343 392
β 0,422 420
M 0,332 728
H 0,346 630
η 0,332 840
η 0,36 1050
w 1,382 980
η 0,346 630
W 0,276 1400
η 0,691 1050
η 0,485 1120
2
3
4
5
6
** το /
co 8
12
13
226
240
226
226
250
256
193
266
204
177
249
177
243
15*4 15.9 15.4 16.3 16·3 16.8 18.1 22.6 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9
20 20 20 25 20 20 30 30 30 30 30 30 30
1. Mischpolymeres von 65 fi Methylmethacrylat und 35 ^ Styrol.
gemessen
2. Mischpolymeres von 65 $ Methylmethncrylat und 35 # Styrol mit einer Viskosität von 11,5 Centipoiee/
an einer 10 gewichtsprozentigen lösung in Toluol unter 25° 0.
. "11 " 1454788
3 + 4. lineares Polypropylen mit einem Schmeltindsx von. 7,5· .
5· Polystyrol mit einer Lösungsviskosität von 22 Oentipolae gemessen an einer 1Obigen Lösung in Toluol bei 250O*
6* Gummiverstärktee Polystyrol mit einem Gehalt von 6 i» Polybutadiengumml·
7· Homogenes Gemisch bestehend aus
a) 50 Jl eines Mischpolymeren von 30 Teilen Acrylnitril und 70 Teilen Styrol und
b) 50 Ji Polyvinylchlorid.
8. Mischpolymeres von 70 Teilen Styrol und 50 Teilen Acrylnitril.
9· Formbare Äthylzellulose*
10· Polyvinylchlorid mit einem Gehalt von 10 Gewichts-jfc Diootylphthalat·
11. Hylon 66 (Mischpolymeres von Hexamethyldiamin und Adipinsäure)«
12. Formbare"8 Zelluloseazetat·
13. Polykarbonatharz mit einer Schmelzviskosität von »* 767 Centipoise gemessen bei 5100C.
- 12 -909813/1350
~ 12-
.Ähnlich wie vorstehend beschrieben können andere Fasern, z. B. Asbestfasern und hochschmelzende synthetische Fasern ·* leicht in Vinylchloridmischpolymere, Polyäthylen, natürlichen Gemini, Butadienstyrolgummi, chlorierten Butadienstyrolgummi
und chlorierten Naturgummi zugesetzt werden, wenn diese auf eine Schmelzviskoeität von 300 bis 10 Poise eingestellt ! sind. Es werden dann ähnlich gute Resultate erzielt.
In einem Einschneckenextruder mit einer Einführungeöffnung für Bewehrungematerial (volatile port) und eine» Laufspalt von mindestens 1,27 mm zwischen Schnecke und Schneckengehäuse kann das Verfahren auch durchgeführt werden·
909813/1350

Claims (2)

  1. Patentansprüche
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Schneckenpresse, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bewehrungsmaterial in Förderrichtung der Schneckenpresse unmittelbar hinter einer Verengung des Durchflußquerschnittes einführt, vorzugsweise durch eine öffnung (volatile port) für den Abzug flüchtiger Bestandteile.
    3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bewehrungsmaterial in 3?orm von Fasern mit einer länge von 50 bis 8 mm zusetzt, während die Viskosität des heißplastifizierten Harzes auf ca.300 bis ca· 10 Poise eingestellt ist.
    4»Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bewehrungsmaterial in einer Menge zugfcibt, die ca· 10 bis ca· 50 Gewichts-^ der bewehrten Pressmasse entspricht»
    -H-909813/1350
    5· Verfahren naeh einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch, gekennzeichnet, daß man als Bewehrungsmaterial Glasfaser verwendet.
    6» Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch
    gekennzeichnet, daß man die stranggepreßte !fasse anschließend kühlt und zerhackt*
    909813/13SO
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