DE1454789A1

DE1454789A1 - Verfahren zum Herstellen glasfaserverstaerkter thermoplastischer Kunststoffe

Info

Publication number: DE1454789A1
Application number: DE19631454789
Authority: DE
Inventors: Mueller Dr Fritz; Streib Dr Hugo; Popper Dr Peter; Hechelhammer Dr Wilhelm
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1963-03-21
Filing date: 1963-03-21
Publication date: 1969-04-30
Also published as: NL6400407A; BE642285A; SE310781B; GB988563A; CH430159A; DK108018C; AT269465B; DE1454789B2

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

P 14 54 789.8 Anlage zu unserer Eingabe vom

(P 39 500 X/39a 1) 20. August 1968

LEVERKU S EN -Bayerwerk Pattat-Abteilung Reu/E

Verfahren zum Herstellen glasfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe.

Es ist bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen, wie Polyamiden und Polyestern, insbesondere Polycarbonaten, durch Zusatz von Glasfasern erheblich verbessert werden können. Insbesondere die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit, die Kerbschlagzähigkeit sowie die WärmeStandfestigkeit der Kunststoffe werden bedeutend erhöht. Derartige glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe eignen sich daher besonders zum Herstellen technischer Formteile, v/elche bei verhältnismäßig hohen Temperaturen mechanisch beansprucht werden, z.B. von Kurbeltrieben, Zahnrädern, Bestandteilen elektrischer Vorrichtungen u.s.f., sind aber auch sonst mit Vorteil anwendbar. Bei Polyamiden wird zudem die sonst stark ausgeprägte Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften vom Wassergehalt durch Zusatz von Glasfasern weitgehend aufgehoben.

Es wurde schon vorgeschlagen, glasfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe dadurch herzustellen, daß man Glasseidenstränge, sogenannte Rovings, gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung mit einem Schlichtemittel, wie Polyvinylacetat, mit einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt und anschliei3end

erwärmt, wobei das Polymere sich -mit dem Glasstrang- verbindet. Als Rovings werden Glasseidenstränge bezeichnet, welche aus einigen Spinnfasern bestehen, die sich ihrerseits aus etwa 200 - 300 Eleraentarfasern von einigen jx Durchmesser zusammensetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Rovings

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direkt mit einer Schmelze des thermoplastischen Kunststoffes zu tränken. In beiden Fällen ist es jedoch infolge der im allgemeinen recht hohen Viskosität der geschmolzenen Kunststoffe sehr schwierig und nur mit Hilfe besonderer, technisch aufwendiger Maßnahmen möglich, eine einigermaßen gleichmäßige Durchtränkung der Rovings su erreichen. Darüberhinaus sind in den so bshandelten Rovings Lufteinschlüsse vorhanden, welche beim Weiterverarbeiten erheblich stören.

So erhaltene Borsten aus Glasseide und thermoplastischen Kunststoffen lassen sich auf üblichen Schnitzelmaschine!: nur schlecht zu brauchbaren Granulaten zerkleinern, da die Glasfasern dabei teilweise heraus gezogen werden und das Granulat

verunreinigen,

Wird ein solches, vorv/iegend parallel gerichtete Glasfasern enthaltendes Granulat auf einer einfachen Spritzgußmaschin.3, z.B. einer faschine mit Kolbenplastifisierung, verarbeitet, so treten häufig Anhäufungen von Glasfasern in der Düse der Spritzgußnaschine auf_f wodurch die Glasfasern nur teilweise und sehr ungleichmäßig in das hergestellte SpritzguSformteil gelangen« Insbesondere beim Herstellen großer Formteils läSt sicä mit derartigen Granulaten eine gleichmäßige Verteilung der Glasfasern in dem Formteil nicht erzielen» Die Glasfasern liegen in Form von Flocken unaufgelöst vor und bilden oft sogar einen Teil der Oberfläche, so daß unbrauchbare Formteile erhalten werden.

Um die bei der Verwendung von Rovings unvermeidliche, die V/eiterverarbeitung "'"störende parallele Ausrichtung der Glasfasern in dem Granulat zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, kurze Glasfasern mit Kunststoffgranulat zu mischen'und das Gemisch in einen üblichen Extruder aufzuschmelzen. Hierbei erhält man jedoch außerordentlich spröde Kunststoffgranulate, welche praktisch nicht zu verwerten sind. Die Glasfasern v/erden vollständig zu Glaspulver zermahlen»

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BAD ORIGINAL

Eb wurde nun ein Verfahren zum Herstellen glasfaserhaltiger Kunststoffgranulate durch Einverleiben von Glasfasermaterial in die Schmelze thermoplastischer Kunststoffe gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Glasfasermaterial - getrennt von dem thermoplastischen Material in die in einem Extruder gebildete Schmelze des Thermoplasten zuführt, die Mischung aus Schmelze und Glasfasermaterial im Extruder gleichmäßig verteilt, die erhaltene Mischung als Borste abzieht und diese zu Granulat zerhackt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit Vorteil in einem Extruder durchgeführt werden, bei welchem die Möglichkeit besteht, an einer Stelle der Schnecke, an welcher die Kunststoffschmelze nicht unter Druck steht, durch eine geeignete Öffnung, beispielsweise durch einen der üblichen Entgasungsstutzen, das 6-lasfasermaterial in die Schmelze einzutragen. Bas Vermischen des Glasfasermaterials mit dem thermoplastischen Kunststoff erfolgt im Anschluß daran auf dem weiteren Weg des Gemisches durch den Extruder. Aber auch andere Vorrichtungen, die ein gleichmäßiges Vermischen des Glasfasermaterials mit dem geschmolzenen Kunststoff ermöglichen, können mit Vorteil verwendet werden.

Die thermoplastischen Kunststoffe können der Mischvorrichtung, sofern es sich um einen Extruder handelt, beispielsweise als Granulat, Pulver und dergleichen, im übrigen aber auch bereite in geschmolzenem Zustand zugeführt werden.

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Die letztere Ausführungsform wird man dann mit Vorteil anwenden, wenn, der thermoplastische Kunststoff nach seiner Herstellung durch z. B. Polymerisation oder Polykondensation bereits als Schmelze vorliegt und unmittelbar weiterverarbeitet werden kann.

Als Glasfasermaterial kann geschnittene Glasse*ide von beliebiger Faserlänge, vorzugsweise 1 bis 10 mm, verwendet werden, welche zweckmäßig durch geeignete Dosiervorrichtungen kontinuierlich der Kunststoffschmelze zugeführt wird. Die ™ Glasseide kann aber auch in nicht vorgeschnittenem Zustand direkt von den Rovings oder als gesponnene oder gewebte Stapelfaser kontinuierlich dem Extruder zugeführt werden, wobei die Glasfaserstränge durch die Schnecke selbst· auf die geeignete länge zerschnitten werden.

Überraschenderweise erhält 'man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren glasfaserhaltige Kunststoffgranulate, in welchen die. durchschnittlich etwa 1 bis etwa 3 mm langen Glasfasern weitgehend unbeschädigt und völlig-ungeordnet, aber gleichmäßig ver-. teilt sind. Anhäufungen von Glasfasern in der Düse der Spritz-" gußmaschine oder unaufgelöste Flocken im Spritzgußteil treten beim Verarbeiten der erfindungsgemäß hergestellten glasfaserhaltigen Granulate auf allen üblichen Spritzgußmaschinen nicht auf. Man erhält vielmehr Spritzgußformteile, in denen die Glasfasern völlig gleichmäßig verteilt sind. Die Glasfasern bilden in dem Kunststoffgranulat gegenüber den nach den bekannten Verfahren hergestellten glasfaserhaltigen Granulaten einen wesentlich gleichmäßigeren und dichteren Filz, wodurch die sonst beim Verarbeiten in den Porateilen auftretenden Fehlstellen vermieden werden.

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Daher weisen die aus den erfindungsgemäß hergestellten Granulaten erzeugten Spritzgußforrateile sehr gute und vor allem gleichmäßige Festigkeitseigenschaften auf. Daruberhinaus werden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Granulate Spritzgußforrateile erzielt, deren Oberflächen besonders glatt und gleichmäßig sind, so daß u.a. auch das Nachstellen vieler Farbtöne durch Zusatz geeigneter Farbstoffe zu dem Kunststoff möglich ist.

Bin weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es das Einarbeiten von Glasfasern auch in Schmelzen besondere höher Viskosität erlaubt, so daß die erfindungsgemäßen Kunststoffgranulate auch zur Herstellung von Halbzeug, wie Rohren, Stäben u.dgl. und sogar zur Herstellung großer Blaskörper aus entsprechend hochviskosen Kunststoffschmelzen ver~ wendet werden können. Schließlich erhält man nach dem erfindungsgem&ßen Verfahren glasfaserhaltige Granulate, welche völlig frei von Lufteinschlüssen sind, insbesondere dann,

wenn der verwendete Extruder mit einem weiteren Entgasungsstutzen versehen ist.

Geeignete thermoplastische Kunststoffe, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu glasfaserhaltigen Kunststoffgranulate-. bzw. -formteilen verarbeitet werden können, sind z.B. die verschiedenen hochmolekularen linearen Polyamide, wie sie durch Polykondensieren von Diaminen und Dicarbonsäuren bzw. Aminocarbonsäuren oder durch Polymerisieren cyclischer lactame hergestellt werden können, z.B. Polyhexamethylendiaminadipat und Poly-S-aminocapronsäure, ferner lineare thermoplastische Polyester, insbesondere lineare Polyester der Kohlensäure und aliphatischer und/oder cycloaliphatischer und/oder aromatischer Dihydroxyverbindungen, z.B. das Pplycarbonqt aus 2,2'-(4—Hydroxyphenyl) -propan, 1,1'-(4—Hydroxyphenyl)-cyelohexan, 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfid u.3.f., sowie thermoplastische Polymerisationsprodukte, wie Polyvinylchlorid und Polystyrol, sowie thermoplastische Celluloseester, wie Celluloseacetat und Celluloseacetobutyrat.

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ORlQINAi. INSPECTED

Die den thermoplastischen Kunststoffen zuzusetzende Menge an Glasfasermaterial richtet sich im wesentlichen nach den Eigenschaften des thermoplastischen Kunststoffes und dem beabsichtigten Verwendungszweck. Häufig genügt es, den thermoplastischen Kunststoffen etv/a 10 bis etwa 50 Gewichtsprozent Glasfasermaterial zuzusetzen. Die Verwendung geringerer oder größerer Mengen ist selbstverständlich ebenfalls möglich, jedoch dürfte im allgemeinen ein Gehalt von etwa 20 bis etwa 30 Gewichtsprozent ausreichen.

Die verwendeten Glasfasermaterialien können gegebenenfalls noch mit einem der üblichen Schlichtemittel behandelt sein.

Beispiel 1

In einem handelsüblichen Doppelschneckenextruder, welcher so beschaffen ist, daß nach einer Aufschmelzstrecke die Kunststoff schmelze einen weiteren Einfüllstutzen passiert, wird ein Granulat aus Poly-<£ -aminocapronsäure der relativen Viskosität 3,1 (gemessen in 1 ?$iger Lösung in Kresol bei 8O⁰C), welches über eine Dosierwaage in einer Menge von 125 g pro Minute in den Einfülltrichter des Extruders gegeben wird, aufgeschmolzen. Über die zweite Binfüllöffnung wird Glasseide von einer durchschnittlichen Faserlänge von 3 mm in einer Menge von 40 g/Min. in die Kunststoffschmelze eingetragen. Die Drehzahl der Schnecken beträgt dabei 30 U/Min._s die Zylindertemperatur zwischen 260 und 290°.

Die erhaltene glasfaserhaltige Schmelze wird durch eine Einlochdüse nit einer Bohrung von 3 mm Durchmesser senkrecht nach unton durch ein Y/asserbad abgezogen, die entstandene Borste in üblicher Weise gegebenenfalls aufgewickelt und danach geschnitzelt und das glasfaserhaltige Polyamidgranulat getrocknet.

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Das erhaltene Granulat zeigt eine völlig homogene und regellose Verteilung der Glasfasern, welche eine durchschnittliche Länge von 1 bis 3 nun besitzen. Aus diesem Granulat auf einer üblichen Kolbenspritzgußmaschine hergestellte Spritzteile zeigen eine völlig gleichmäßige Verteilung der Glasfasern und besonders glatte und gleichmäßige Oberflächen.

Das erhaltene Granulat wurde zu Normkleinstäben verspritzt, die bei der Prüfung nach DIN 53452 eine Biegesteifigkeit von 2160 kg/cm und eine Formbeständigkeit in der Wärme (heat distortion temperature), nach AS¹IId D 648-56 (0,25 ram) von 18O⁰C besaßen.

Beispiel 2

Wird, wie im Beispiel 1 angegeben, ein Polycarbonat■aus ß,ß-Bia-(4-hydroxyphenyl)-propan der relativen Viskosität 1,3 (gemessen in 0,5 #iger Lösung in Methylenchlorid bei 20°) in einer Menge von 250 g/Min, aufgeschmolzen, mit 70 g/Min. der Glasseidenstapelfasern gemäß Beispiel 1 bei einer Schneckendrehzahl von 60 U/Min, und einer Zylindertesiperatuf zwischen 500 und 310° vermischt, durch eine Dreilochdu.se mit je 3 mm i Bohrung senkrecht nach unten durch ein Wasserbad abgezogen und, wie angegeben, weiterverarbeitat, so erhält man ein glasfaserhaltiges Polvcarbcnatgranulat, in welchen die Glasfasern eine durchschnittliche Lange von 1 bis 3 mm haben und völlig ungeordnet, aber gleichmäßig verteilt sind. Aus diesem Granulat auf einer üblichen Kolbenspritzgußmaschine hergestellte Spritzteile zeigen eine glatte und gleichmäßige Oberfläche.

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Beispiel 3

Wie im Beispiel 1 angegeben, v/erden 125 g/Min, des dortigen Polyaiaidgranulats aufgeschmolzen. Über den Einfüllstutzen für die Glasfasern v/erden der Schmelze von einer einfachen Abwickelrolle mit entsprechender Führung 4 Spinn-Rovings (Metergewicht je 2₉7 g) zugeführt, wobei die Rovings durch die laufende Schnecke in die Maschine eingezogen werden. Die Geschwindigkeit 'der Rovings beträgt dabei 3,5 m je Minute, so iaß insgesamt in jeder Minute 38 g Glas in der Schmelze verteilt werden. Die erhaltene Schmelze wird unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen weiterverarbeitet. Man erhält ein Granulat mit einem Glasfasergehalt von etwa 25 ?S. Aus iiesem Granulat hergestellte Spritzgußteile zeigen die gleichen Eigenschaften, v/ie im Beispiel 1 angegeben.

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zum Herstellen glasfaserhaltiger Kunststoffgranulate durch Einverleiben von Glasfasermaterial in die Schmelze thermoplastischer Kunststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man das Glasfasermaterial - getrennt von dem thermoplastischen Material - in die in einem Extruder gebildete Schmelze des Thermoplasten zuführt, die Mischung aus Schmelze und Glasfasermaterial im Extruder gleichmäßig verteilt, die erhaltene Mischung als Borste abzieht und diese zu Granulat zerhackt.

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