DE1604366A1 - Verfahren zur Zubereitung einer Kunststoffmasse mit Verstaerkungsfasern,wie Glasfasern,sowie durch Pressen oder mit Spritzguss aus dieser Masse erhaltene Gegenstaende - Google Patents

Description

N.V. KON. NEDEHLANDSCHE MACHIEEFABBIEK V/H E.H. BEGEMANN,

Kanaaldi.ik 31. HEIMOND die Niederlande»

"Verfahren zur Zubereitung einer Kunststoffmasse mit Verstarkungsfasern, nie Glasfasern, sowie durch Fressen oder mit Spritzguss aus dieser Masse erhaltene Gegenstande·¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verfertigung einer aus Kunststoff und mineralen oder pflanzlichen Verstarkungsfasern sowie Füllstoffen bestehenden Masse, die insbesondere fur Spritzgussmaese geeignet ist und nach der Fertigung bei einer Temperatur welche ungefähr der Umgebungstemperatur gleich ist, oder welche letztere übersteigt, noch wahrend einer bestimmten Zeit knetbar ist und erst darauf, gegebenen· falls nach einer erheblichen Temperatürsteigerung, aushärtet» Mit einer der UBgebungstemperatur etwa gleichen Temperatur wird eine Temperatur zwischen 25 und 30 % gemeint·

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Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt, aber hat in der Praxis nicht immer zum erwünschten Resultat gefuhrt, da manchesmal die Verteilung der Verstarkungsfasern in der mit Füllstoffen gemischten Kunststoffmasse zu wünschen übrig lasst, umsomehr da die in Form von z.B. Glasfaserbuscheln verwendeten Verstärkungsfasern sehr schwierig in besonderen Fasern zerteilt werden können. Das Vorhandensein nichthomogen zerteilter Fasern fuhrt einerseits leicht zur Bildung von Rissen in den daraus hergestellten Gegenstanden und andererseits wird dadurch die Beständigkeit gegen chemische Anfressung herabgesetzt, besonders nach der mechanischen Bearbeitung bestimmter Oberflachen dieser Gegenstande· Bei der Bearbeitung der Oberflachen werden die Glasfaserbuscheln aufgedeckt und zerfressende Stoffe können leicht an denen entlang in den Gegenstand eindringen und dort eine ernste Anfressung herbeiführen.

Man hat zwar vorgeschlagen diese Nachteile dadurch zu beseitigen dass eine bestimmte Wahl des Durchmessers der zu verwendeten Fasern und ein bestimmtes Lange/Durchmesser Verhältnis je der einzelnen Faserfaden eingehalten wird, aber es hat sich herausgestellt, dass dies in der Praxis oft noch zu einer ungenügenden Verteilung der Glasfasern fuhrt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, wodurch eine Kunststoffmasse erhalten werden kann in der die einzelnen Faserteilchen sehr gleichmassig verteilt sind und welche Masse nicht mit den obenerwähnten Mangeln belastet ist« Dieses Verfahren ist erflndungsgemass dadurch gekennzeichnet, dass einem erhärtenden Kunststoff in flussigem Zustand eine derartige Füllstoffmeng· hinzugefügt wird, dass die Viskosität genügend hoch ist ua dl· Zerteilung der büschelförmigen Verstärkungafasern, 35 Gewichtsprozent des Kunststoffs entsprechend,

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in im wesentlichen Elementarfasern mittels einer wiederholt angewendeten Misch- und Knetbearbeitung zu ermöglichen, wobei fortwahrend ein Teil des Gemisches aus der Misch·- und Knetzone hin-ausgefuhrt und spater darin zurückgeführt wird, und zwar in derartiger Weise, dass die Temperatur der Masse wahrend der Mischung und. Knetung ohne Anwendung ausserer Kuhlmittel nicht erheblich steigt·

Durch Anwendung eines bestimmten Verhältnisses zwischen dem Ausgangskunstharz und den Feststoffen kann man die Viskosität des Gemisches auf einen derartigen Wert einstellen, dass dieser zur richtigen Mischung der Faserbuschel mit dem Kunstharz, unter Anwendung von Presskraft, ausreicht ,wahrend andererseits durch Unterbrechen des Misch- und Knetvorgangs durch Ruhepausen dafür gesorgt werden kann, dass die Temperatur der Masse wahrend der Mischung nicht erheblich steigt. Dadurch, dass ein Teil der gemischten Masse fortwahrend aus der Misch- und Knetzone hinausgeführt wird kann die Wärmeentwicklung in der Masse derart ausgeglichen werden, dass die Kühlung von aussen ab, oder die Einführung von Kühlmitteln in die Kasse, nicht langer erforderlich ist* Eine derartige Kühlung kann nämlich niemals gleichmassig in der Masse durchdringen, wodurch ortlich wahrend der Mischung zu hohe Temperaturen auftreten, die eine teilweise Polymerisation oder Vorpolymeriöation des Kunststoffs veranlassen konnten, was selbstverständlichmit einer zu grossen Bthohung des Viskositats und demzufolge einer weniger guten Verteilung der besonderen Glas- oder anderen Fasern oder dergleichen in der Kunststoffmasse verknüpft ist.

Als Anhaltspunkt bei der Zerteilung der Verstärkungsfaserbüschel in im wesentlichen Elementarfasern kommt eine derartige Verteilung der Glasfasern in Betracht, dass mindestens 8O-1OO% derselben nach

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Beendigung der Knet- und Mischbearbeitung als einzelne Fasern in der Mischmasse vorhanden sind.

In vorteilhafter Weise werden dem Gemisch zwecks Erhaltung einer genügend hohen Viskosität je 100 Gewichtsteile Polyesterharz mindestens 5O-I5O Gewichtsteile Füllstoff zugesetzt, wahrend je 100 Gewichtsteile Epoxydharz mindestenz 25-I75 Gewichtsteile des Füllstoffs hinzugefugt werden. Derartige Massen eignen sich sehr führ die Herstellung von Gegenständen nach bekannten Pressbearbeitungen. Es ist angezeigt um zur. Zubereitung von Spritzgussmassen je 100 Teile Polyesterharz mindestens 125 Teile Füllstoff oder je 100 Teile Epoxydharz I50 Teile Füllstoff hinzuzufügen.

Zur Erhaltung einer guten Spritzgussmasse ist es weiter angezeigt das l/d-Verhältnis zwischen 1:200 bis 1:500 zu wählen, wodurch man bewirken kann, dass die Befüllung der Spritzgussformen ohne Schwierigkeiten erfolgen kann und die benutzten Fasern trotz der engen Durchgänge in den Formen doch innig, und homogen mit der Masse gemischt bleiben. Durch Einhaltung der obigen Verhältnisse erhält man sehr feine Faserfaden aufweisende Gusswaren,welche Faden einerseits eine hinreichende Länge haben damit sie als Armierung dienen, und andererseits nicht nur sehr gleichmässig sondern auch in allen möglichen Richtungen in dem Material verbreitet sind und je an sich völlig von dem Kunststoff umhüllt werden. Schliesslich verhütet die Anwendung des obigen Länge/Durchmesser Verhältnis ses, dass beim Giessen durch enge und gegebenenfalls, gebogene, Kanäle die Zusammenballung der Fasern und deren Anhäufung an bestimmten Stellen' vermieden wird, wodurch die Verteilung der Armierung in der Masse sehr günstig beeinflusst wird und eine gleichmässige Verbreitung gewährleistet ist ο

Es sei vermerkt,dass es an sich bekannt ist, dass ein Teil der ge-

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mischten Masse andauernd wahrend der Mischung dem Mischvorgäng entzogen lind spater wieder in die Mischzotte zurückgeführt wird_s s&er diese Abfuhr erfolgt durch sehr enge Kanäle, was die Anwendung sehr hoher Press- und Druckkräfte erforderlich macht, die erhebliche Temperatursteigungen der Masse mit allen damit verknüpften Bachteilen herbeiführen^ Demzufolge ist man bei diesen Verfahren gezwungen, bei den Anwendung findenden Einrichtungen Kühlmittel zu verwenden deren liaehteile schon oben erwähnt wurden.

In vorteilhafter Weise kann das Verfahren in einer einen oder mehrere Mischer umfassenden Einrichtung angewendet werden, welche Mischer je an sich aus einem an einem Ende in eine Mulde übergehenden Mischgefass bestehen, wobei der Boden des Mischgefässes über einen schwach ansteigenden üebergangsteil in die untere Seite der Mulde übergeht, wahrend im Mischgefäss drehbar eine Förderband liegt, das im Anschluss an den schwach in Aufwärtsrichtung neigenden Bodenübergangsteil über einen spiralförmig gewundenen, sich verjüngenden, Uebergangsteil in eine unmittelbar mit dem Forderband verbundene, sich in der Mulde drehende₉ Förderschnecke übergeht,

sich
Es empfiehlt/weiter das Mischen und Kneten derart durchzuführen, dass

wahrend der Mischung und Knetung der nicht an der Misch-=· und Knetbearbei*. tung beteiligte Teil des Gemisches bei Anwendung von Schubkräfte^, fort= wahrend aus der Misch- und Knetzone hinausgeführt wird, da hierdurch die büschelförmigen Fasern unter Anwendung einfacher und ausserdem kleinerer Kraft© zerlegt werden«.

Bei Anwendung dieser Vorrichtung wird fortwährend ein ^eil der gemischten Masse aus der Miech- und Knetzone hinausgeführt und später wieder darin eingeführt, ohne dass die Temperatur der Mass© erheblich steigen kann, «*_Λ

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Beim Verschwinden eines *eiles dar gemischten. Masse aus der Kaet- und Mischzone treten Schubkräfte auf ₉ wodurch die Glasfaserbündel leicht auseinandergesogen werden,,

Es sei vermerkt, dass die Erfindung sich gleichfalls auf durch Pressen oder mit Spritzguss aus dieser Masse geformte Gegenstande beziehte

An Hand der eine perspektivische Ansicht dieses Hissehers, mit teilweise weggenommener Wand, darstellenden Zeichnung wird der Mischvorgang erläutert»

Jeder Mischer besteht aus einem Mischgefass 1 mit Zufuhrtrichter 2, welches Mischgefass 1 auf einer Seite in eine Mulde 3 übergeht» An der Drehbar in einer Seitensand k des Mischgefasses 1 einseitig lagernden Welle 5 ist ein Förderband 6, sowie eine Förderschnecke 7, insoweit diese Welle 5 sich bis in die Mulde 3 erstreckt, befestigt. Der Boden 8 des Mischgefasses 1 geht über einen ziemlich schwach ansteigenden Uebergangsteil 9 in die untere Seite 10 der Mulde 3 über. Dabei ist das Forderband 6 derart profiliert, dass es über einen liebergangsteil 11 in die Forderschnecke 7 der Mulde übergeht, wobei dieser üebergangsteil 11 spiralförmig und sich verjungend um die Welle 5 liegt. Die Ausführung ist derart j dass das Förderband sieh in dem Üebergangsteil 11 an den schwach ansteigenden Üebergangsteil 9 des Mischgefassbodens übergeht« Schliess·» lieh ist auf der ausseren Seite des Mischgefasses "t auf der Welle 5 ein Getriebe 12 angebracht, das von einem nicht dargestellten, is ein mit Kuhlttiii'.srippen versehenes Gehäuse aufgenommen, Elektromotor angetrieben wird.

Dae zum Verfertigen der Masse benotigts Harz sowie der Füllstoff, wie z.B. Glasfasern, werden in das Mischgefass 1 des Mischers eingefüllt,

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worauf durch Drehen äer Welle 5 ^Ie Masse kraftig umgeschaufelt wird, wobei ein kleiner Teil der gemischten Masse über die Förderschnecke 7 der Mündung der Halde 3 zugeführt wird_s wahrend der grössere Teil der Hasse nochmals in Sichtung des Pfeiles C geführt wird« Dabei verhütet der Uebergangsteil 11 in Zusammenarbeit mit dem Uebergangsteil 9 des Mischgefassbodens 1 eine Kuchenbildung in der aus dem Mischgefäss austretenden Masse an dem Eingang der Mulde 3. Durch diese ausgeübten Kräfte tritt nun bei der TJmschaufelung der Masse eine rupfende Wirkung auf die Glasfaserbuschel ein, wodurch einzelne Faserteilchen entstehen. Es ist deutlich, dass die Masse während der Mischung wiederholt aus der Misch- und Knetzone hinausgeführt und auch mehrfach der Misch- und Knetbearbeitung unterzogen wirdo

Die nachstehenden Beispiele beziehen sich auf die Verfertigung einer Anzahl von Press— oder Spritzgussmassen, welche sich bei Anwendung des erfindungsgemassen Verfahrens zur Herstellung von Gegenstanden eignen, und wobei zum Mischen und Kneten die oben beschriebene Mischeinrichtung benutzt wird·

Beispiel 1

In eine Mischeinrichtung, wie oben beschrieben, wird 1 kg Polyester eingeführt, dem man 1 kg Asbestfüllstoff von einer Teilchengrosse von etwa 50 /^U hinzugefugt hat. Nach sorgfaltiger Mischung in der Einrichtung unter Zusatz eines geeigneten Katalysators, wie 2% eines Peroxyds (Benzol-Peroxyd) werden nun eine Anzahl von Probestaben hergestellt, die eine (Ib = ^58 aufweisen. Da die Verstärkungsfasern fehlen sind diese Stabe schwach und dieses Material kann also zur Herstellung von Gegenstanden, wie z.B. Pumpengehause und dergleichen, keine Anwendung finden.

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Beispiel 2

In die Einrichtung nach dem Beispiel 1 werden 1 kg Polyesterharz und 0,^5 kg, Glasfasern in Form eine Faserlange von 6 mm auf weisender Faserbüschel eingeführt· Unter Hinzufügung eines im Beispiel 1 erwähnten Katalysators wird die Masse wahrend einer Zeitdauer von 15 Minuten gemischt. Hierauf werden .Probestabe verfertigt, welche unter ahnlichen Umstanden wie im Beispiel 1 eine^Jb = 605 zeigten,, Nach Prüfung hat es sich herausgestellt, dass die Glasfasern nicht ganz verteilt waren, welchem Umstand zufolge die Masse nicht für die Herstellung von Gegenstanden mit Spritzguss, und ebensowenig für Presslingen, infaenen keine Kapillaren vorhanden sein dürfen, geeignet ist»

Beispiel 3 ■ ■ ■·

In den Mischer nach Beispiel 1 werden 1 kg Polyester, 1 kg Asbestteilchen von 50 /^u und 0,25 &g Quartzpulver eingeführt, weiter wird o,25 kg Glasfasern von einer Lange von 25 mm hinzugefügt, Unter Hinzufügung von 2 % Benzol-Peroxyd als Katalysator wird während 10 Minuten gemischt. Aus der erhaltenen Masse werden Probestabe gefertigt die einet* b = 950 aufweisen, In dieser Masse sind die Fasern sehr gut verteilte Die Masse eignet sich zum Pressen aber nicht zum Spritzguss«

Beispiel h

In den Mischer nach Beispiel 1 werden 1 kg Polyester, sowie 0,50 kg Asbest von einer Teilchengrosse von 50 /^u und O,j55 kg Glasfasern von einer Lange von 6 mm eingeführt, wonach unter Hinzufügung von 2 Gewichtsprozent Benzol-Peroxyd als Katalysator eine Mischung während einer Viertelstunde bei Umgebungstemperatur erfolgt«, Aus der gemischten Masse werden Probestäbe verfertigt deren Gib = 652 ist.

In dieser Masse sind die Glasfasern nicht gleichmassig verteilte

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Beispiel 5» . . -.". ■ ".. - ." " -■■"■■--..

Schliesslich wurden 1 kg Polyester ₉ 1.1/4 kg Asbest von einer eilchengrosse von 50 /^U und 35© Gramm Glasfasern von einer Lange von 6 Dim in den Mischer eingeführt* Each Hinzufügung von 2% Benzol—Peroxyd als Katalysator werden aus der Masse Probestäbe Verfertigt die einen 0 b Wert von 1020 aufweisen. In dieser Masse sind die Fasern ausser— ordentlich gut verteilt und dieselbe ist also fur die Herstellung von. Gegenstanden sehi geeignet. Die Herstellung von Gegenstanden erfolgt entweder mit Spritzguss oder durch eine Pressbearbeitung, oder durch Extrusion, worauf man die Masse durch Erhitzung wahrend einer Stunde zu 100° härtet. Die erhaltenen Gegenstande können sodann allerhand Bearbeitungen unterzoegen werden, wobei es auffällt, dass die bearbeiteten Oberflächen fast keine Porenstruktür aufweisen* letzteres ist dem Umstand

zuzuschreiben, dass bei einer guten Verteilung der Glasfasern eine derartige Porenbildung auf ein Mindestmaße beschrankt bleibte

Beispiel 6 · '

In einer Mischer, wieoben beschrieben, fuhrt manΛ kg Epoxydharz, 0,50 kg Asbest von einer Teilchengrösse von 50 /^u und"0.35 kg Glasfasern von einer Lange von 6 m ein, worauf unter Hinzufügung von einem Gemisch aus 65 ¹^eilen DDM Hartungsmittel und 32 Teilen MPB Härtungsmittel, welches Gemisch 20$ der Gesamtharzmenge beträgt, gemischt werden. Die Bezeichnung MPD und DDM beziehen sich auf Metaphenylendiamin beziehungsweise Diamin» diphenylmethan· Diese Masse erfüllt die Anforderungen völlig wegen der guten Verteilung der Glasfasern. Die Ob der Probestäbe liegt zwischen tmd

Beispiel 7 ; .

Bei Amvenduhg verschiedener Glasfaserlängen bei Äufrechtsrhaltung derfanderen Bedingungen haben bei einer Faserlänge kleiner als 3 inm die Stabe eins 7 b von 880 zu verzeichnen, wahreiad filr Langen von 12 mm »nd

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grossere Langea eins Vb voa 128θ festgestellt srsri^n Monate_a Bei Glasfaserlangen von 6 Is3\?_o 8 am waren die yfe Werte Ί&50 w&ä 1350»

Beispiel 8

Wenn die Glasfasern durch 56 Seile Glaspulver UBd *f4 Teile zerriebenes Glas von 3 ^m. bei Anwendung von 100 Härzgenichtsteilen erse'tzt wurden ergab sich, mit Hilfe des obigen Härfcungsssxttels eine Ob von 830«

Beispiel 9

Ein sehr gutes Gemisch wird aus 100 feilen Sgosyditard, 32 ^Teileii Glasfasern und 103 Teilen Asbestpulver "von 5Ö /^U<t welchem Gemisch 20 Teile einer Komposition aus 65 feilen J)JM «sei 32 Teilern MPD hinzugefügt werden, nach Mischen in &®m obigen Miseier eritäl.iiera_e Die Temperatur der Masse wahrend der Mischling ist eine flockige Masse dxe jedoch sehr gut mit Spritzguss verarbeitet werden, kann«

Die in den obigen Beispielen 1-9 erhaltene Masse aas Polyester und Epoxydharz weisen_? nachdem 90?ί der Glasfaser^, is afcsonderlicken'Faser- '■ teilchen verteilt sind, nur noch eine Temperater 'ττοη. 35 bzw. 5ö°C auf»

Beispiel 10

Die Gute des aus Epoxydharzen geformten Prodtikts geht deutlich bei Erprobung der Probestabe in 30% Salzsäure bei 2fj^ö _s 70° bzw. 90° C hervor, wobei Ausgangsmaterial mit einer Biegefestigkeit ψομ 1350 kg/cm nach 1OeOOO Stunden noch Biegefestigkeitswerte von. IjKtCJ* II80 bzw· 850 kg/cm zu verzeichnen hatte. Die gering© Gewiciitsaadertmg ge&fc aus den. nachstehenden Sahlen hervor: nach 10.000 Stuadea bei 25^0 ..... 0.15έ

7.000 Stunden feei 70®G nmr 1 % und naoh 1000 Stunden bei 90^Q gleichfalls 1%

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Claims (1)

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Verfahren zur Verfeiigung ei&er aus Kunststoff und sdneralen oder pflanzlichen. Verstärkungsfasern sowie Mullstoffen bestehenden Masse, die insbesondere fur Spritzgussmasse geeignet ist und nach der Fertigung bei einer Temperatur welche ungefähr der Umgebungstemperatur gleich ist, oder -welche letztere übersteigt, noch während einer bestimmten Zeit knetbar ist und erst darauf^ gegebenenfalls noch einer erheblichen Temperatursteigerung, aushärtet, dadurch gekennzeichnet _t dass einem erhärtenden Kunststoff in flussigem Zustand eine derartige Fullstoffmenge hinzugefugt wird, dass die Viskosität genügend hoch ist um die Zerteilung der büschelförmigen Verstärkungsfasern, mindestens 25 Gewichtsprozent des Kunststoffs entsprechend, in im wesentlichen Elementarfasern mittels siner wiederholt angewendeten Misch«- und Knetbearbeitung zu ermoglichen,wobei fortwährend ein Teil des Gemisches aus der Misch- und Knetzone hinausgeführt und spater darin zurucEgefuhrt wird, und zwar in derartiger Weise, dass die Temperatur der Masse wahrend der Mischung und Knetung ohne Anwendung äusserer Kuhlmittel nicht erheblich steigt,,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zwecks Erhaltung einer genügend hohen Viskosität je 100 -Gewichtsteile Polyesterharz mindestens^O-I^O Gewichtsteile Füllstoff hinzugefugt werden.

3o Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zwecks Erhaltung einer genügend hohen Viskosität je 100 Teile Polyesterharz 125 Teile Füllstoff hinzugefugt werden.

k» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass dem Gemisch zwecks Erhaltung einer genügend hohen Viskosität je 100 Teile Epoxydharz mindestens 125-175 Teile Füllstoff zugesetzt werden.

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5· Verfahren nach. Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gemisch zwecks Erhaltung einer genügend kohen Viskosität je 100 Expoydharzteile 150· Füllstoff teile aufgenommen werden..

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder h_t dadurch gekennzeichnet« dass das Lange/Durchmesser Verhältnis der Verstarkungsglasfasern zwischen 1 i 200 bis 1 ! 500 liegt.

$· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abfuhr eines Teiles des Gemisches aus der Misch- und Knetzone Schubkräfte in derartiger Weise angewendet werden, dass die Glasfaserbuschel auseinandergezogen werden·

8, Gegenstände aus: der unter Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 verfertigten Masse geformte

Anmelderin:

N.V.KON. NEDERLANDSCHE MACHIWEFABHIEK
V/H E.H. BEGEMANN-,

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die Niederlande .

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