DE1604366C3

DE1604366C3 - Verfahren zum Herstellen einer mit Verstärkungsfasern und Füllstoffen versetzten, thermisch härtenden Masse

Info

Publication number: DE1604366C3
Application number: DE19661604366
Authority: DE
Inventors: Cornells Hendrikus Josephus van Stiphout Herpt (Niederlande)
Original assignee: N.V. Koninklijke Nederlandsche Maschinefabriek voorheen E.H. Begemann, Heimond (Niederlande)
Priority date: 1965-03-09
Filing date: 1966-03-09
Publication date: 1976-10-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mit Verstärkungsfasern und Füllstoffen versetzten, thermisch härtenden Masse, bei dem einem flüssigen thermisch härtenden Kunststoff 25% seines Gewichts büschelförmige Verstärkungsfasern sowie Füllstoffe zugegeben und das Gemisch wiederholt einer Misch- und Knetbehandlung unterworfen wird, bei der fortwährend ein Teil des Gemisches aus der Misch- und Knetzone herausgeführt und später wieder in diese zurückgeführt wird, wobei die büschelförmigen Verstärkungsfasern im wesentlichen in Einzelfasern aufgeteilt werden.

Ein derartiges Vorgehen ist aus der FR-PS 367378 bekannt; bei dem dort geschilderten Verfahren muß damit gerechnet werden, daß die zu mischende und zu knetende Masse ohne äußere Kühleinwirkung eine wesentliche Temperatursteigerung erfährt, was zu einer entsprechenden Viskositätserhöhung führt, so daß die Verstärkungsfasern nur unvollständig aufgeteilt werden, also büschelförmige Ansammlungen von Verstärkungsfasern in der fertig gemischten und gekneteten Masse verbleiben. Über das Temperaturverhalten der Masse während des Mischcns und des Knetens finden sich in der Vorveröffentlichung keine Angaben.

Das Verteilen der in Form von z. B. Glasfaserbüscheln zugegebenen Verstärkungsfasern ist sehr schwierig und erfordert einen entsprechend intensiven Misch- und Knetvorgang, damit die Fasern möglichst vereinzelt in der fertigen Masse verteilt sind. Das Vorhandensein nicht homogen verteilter Fasern führt einerseits leicht zur Bildung von Rissen in den daraus hergestellten Gegenständen und andererseits wird da-

g durch die Beständigkeit gegen chemische Korrosion herabgesetzt, da insbesondere nach einer mechanischen Bearbeitung von Oberflächen, bei der nicht verteilte Verstärkungsfaserbündel aufgedeckt werden, an diesen Stellen Korrosionsstoffe in den Gegenstand eindringen und in dessen Innerem ernsthafte Schaden anrichten können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die einzelnen Faserteilchen sehr gleichmäßig in der Kunststoffmasse verteilt sind, ohne daß während des Mischens und Knetens der Masse eine äußere Kühlung erforderlich ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man die Viskosität des Gemisches durch entspre-

_ao chende Bemessung der Füllstoffmenge auf einem für die Aufteilung der büschelförmigen Verstärkungsfasern notwendigen, genügend hohen Wert hält und die Rückführung der Teilmenge des Gemisches in die Misch- und Knetzone in der Weise vornimmt, daß die

a₅ Masse ohne äußere Kühleinwirkung keine wesentliche Temperaturerhöhung erfährt.

Es gelingt auf diese Weise, die Temperaturerhöhung während des Misch- und Knetvorganges so gering zu halten, daß die sich einstellende Viskosität das erstrebte möglichst vollständige Aufteilen der Verstärkungsfaserbündel in Einzelfasern zuläßt, ohne daß eine Fremdkühlung aufgebracht werden muß. Dieser Vorgang wird unterstützt durch die Rückführung der fortlaufend abgetrennten Teilmenge des Gemisches in die Misch- und Knetzone derart, daß insgesamt keine wesentliche Temperaturerhöhung eintritt, die zur teilweisen Polymerisation oder Vorpolymerisation des Kunststoffes führen könnte, was natürlich mit einer zu großen Erhöhung der Viskosität und demzufolge einer weniger guten Verteilung der Verstärkungsfasern in der Kunststoffmasse verbunden wäre. Als Anhaltspunkt für die Zerteilung der Verstärkungsfaserbüschel in im wesentlichen Elementarfasern kommt eine solche in Betracht, daß mindestens 80 bis 100% der Fasern nach Beendigung des Knet- und Mischbearbeitungsvorganges als einzelne Fasern in der Mischmasse vorhanden sind.

In vorteilhafter Weise werden dem Gemisch zur Erzielung einer genügend hohen Viskosität je 100 Gewichtsteile Polyesterharz mindestens 50 bis 150 Gewichtsteile Füllstoff zugesetzt, während je 100 Gewichtsteile Epoxydharz mindestens 125 bis 175 Gewichtsteile des Füllstoffs hinzugefügt werden. Derartige Massen eignen sich vorzüglich zur Herstellung von

-j Gegenständen nach bekannten Preßbearbeitungen. Zur Zubereitung von Spritzgußmassen wird empfohlen, je 100 Teile Polyesterharz mindestens 125 Teile Füllstoff oder je 100 Teile Epoxydharz 150 Teile Füllstoff hinzuzufügen.

g_o Das Verfahren kann mit Hilfe eines oder mehrerer Mischer durchgeführt werden, die derart ausgebildet sind, daß fortwährend ein Teil der gemischten Masse aus der Misch- und Knetzone hinausgeführt und später wieder darin eingeführt wird, ohne daß die Tempe-

(₅ ratur der Masse erheblich steigen kann. Verläßt ein Teil der gemischten Masse die Knet- und Mischzone, so treten dabei Schubkräfte auf, die der Zerteilung der Glasfaserbüschel zugute kommen.

Die Erfindung wird durch ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Auslührungsbeispiel eines in schematischer Darstellung in der Zeichnung wiedergegebenen Mischers näher erläutert.

Jeder Mischer besteht aus einem Mischgefäß 1 mit Zufuhrtrichter 2. Das Mischgefäß 1 geht auf einer Seite in eine Mulde 3 über. An der drehbar in einer Seitenwand 4 des Mischgefäßes 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 Mischgefäßes 1 geht über einen ziemlich schwach ansteigenden Übergangsteil 9 in die untere Seite 10 der Mulde 3 über. Dabei ist das Förderband 6 derart profiliert, daß es über einen Übergangsteil 11 in die Förderschnecke 7 der Mulde übergeht, wobei dieser Übergangsteil 11 spiralförmig und sich verjüngend um die Welle 5 liegt. Die Ausführung ist derart, daß das Förderband sich in dem Übergangsteil 11 an den schwach ansteigenden Übergangsteü 9 des Mischgetaßbodens anpaßt. Schließlich ist auf der äußeren Seite des Mischgefäßes 1 auf der Welle 5 ein Getriebe 12 angebracht, das von einem nicht dargestellten, in ein mit Kühlungsrippen versehenes Gehäuse aufgenommenen Elektromotor angetrieben wird.

Das zum Verfertigen der Masse benötigte Harz sowie der Füllstoff, wie z. B. Glasfasern, werden in das Mischgefäß 1 des Mischers eingefüllt, worauf durch Drehen der Welle 5 die Masse kräftig umgeschaufelt wird, wobei ein kleiner Teil der gemischten Masse über die Förderschnecke 7 der Mündung B der Mulde 3 zugeführt wird, während der größere Teil der Masse nochmals in Richtung des Pfeiles C geführt wird. Dabei verhütet der Übergangsteil 11 in Zusammenarbeit mit dem Übergangsteil 9 des Mischgefäßbodens 1 eine Kuchenbildung in der aus dem Mischgefäß austretenden Masse an dem Eingang der Mulde 3. Durch diese ausgeübten Kräfte tritt nun bei der Umschaufelung der Masse eine rupfende Wirkung auf die Glasfaserbüschel 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 wird.

Die nachstehenden Beispiele beziehen sich auf die Verfertigung einer Anzahl von Preß- oder Spritzgußmassen, welche sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Gegenständen eignen, und wobei zum Mischen und Kneten die oben beschriebene Mischeinrichtung benutzt wird.

Beispiel 1

In einer Mischeinrichtung, wie oben beschrieben, werden 1 kg Polyesterharz und 0,45 kg Glasfasern in Form eine Faserlänge von 6 mm aufweisender Faserbüschel eingeführt. Unter Hinzufügung eines geeigneten Katalysators, wie 2% eines Peroxyds (Benzol-Peroxyd) wird die Masse während einer Zeitdauer von 15 Minuten gemischt. Hierauf werden Probestäbe verfertigt, welche eine Biegefestigkeit von 605 kg/cm² zeigten. Nach Prüfung hat es sich herausgestellt, daß die Glasfasern nicht ganz verteilt waren, welchem Umstand zufolge die Masse nicht für die Herstellung von Gegenständen mit Spritzguß, und ebensowenig für Preßlinge, in denen keine Kapillaren vorhanden sein dürfen, geeignet ist.

Beispiel 2

In den Mischer nach Beispiel 1 werden 1 kg Polyester, 1 kg Asbestteilchen von 50 μΐη und 0,25 kg Quarzpulver eingeführt; weiter werden 0,25 kg Glasfasern mit einer Länge von 25 mm hinzugefügt. Unter Hinzufügung von 2% Benzol-Peroxyd als Katalysator wird während 10 Minuten gemischt. Aus der erhaltenen Masse werden Probestäbe gefertigt, die eine Biegefestigkeit von 950 kg/cm² aufweisen. In dieser Masse sind die Fasern sehr gut verteilt. Die Masse eignet sich zum Pressen, aber nicht zum Spritzguß.

Beispiel 3

in den Mischer nach Beispiel 1 werden 1 kg Polyester sowie 0,50 kg Asbest mit einer Teilchengröße von 50 μΐη und 0,35 kg Glasfasern mit einer Länge von 6 mm eingeführt, wonach unter Hinzufügung von

ao 2 Gewichtsprozent Benzol-Peroxyd als Katalysator eine Mischung während einer Viertelstunde bei Umgebungstemperatur erfolgt. Aus der gemischten Masse werden Probestäbe verfertigt, deren Biegefestigkeit 652 kg/cm² beträgt.

In dieser Masse sind die Glasfasern nicht gleichmäßig verteilt.

Beispiel 4

Schließlich wurden 1 kg Polyester, 1,25 kg Asbest mit einer Teilchengröße von 50 μπι und 350 Gramm Glasfasern mit einer Länge von 6mm in den Mischer eingeführt. Nach Hinzufügung von 2% Benzol-Peroxyd als Katalysator werden aus der Masse Probestäbe verfertigt, die eine Biegefestigkeit von 1020 kg/cnr aufweisen. In dieser Masse sind die Fasern außerordentlich gut verteilt, sie ist also für die Herstellung von Gegenständen sehr geeignet. Die Herstellung von Gegenständen erfolgt entweder im Spritzguß oder durch eine Preßbearbeitung, oder durch Extrusion, worauf man die Masse durch Erhitzung während einer Stunde bei 100° C härtet. Die erhaltenen Gegenstände können sodann allerhand Bearbeitungen unterzogen werden, wobei es auffällt, daß die bearbeiteten Oberflächen fast keine Porenstruktur aufweisen.

Letzteres ist dem Umstand zuzuschreiben, daß bei einer guten Verteilung der Glasfasern eine derartige Porenbildung auf ein Mindestmaß beschränkt bleibt.

Beispiel 5

go In einen Mischer, wie oben beschrieben, führt man 1 kg Epoxydharz, 0,50 kg Asbest mit einer Teilchengröße von 50 μπ\ und 0,35 kg Glasfasern mit einer Länge von 6 mm ein, worauf unter Hinzufügung von einem Gemisch aus 65 Teilen DDM Härtungsmittel und 32 Teilen MPD Härtungsmittel, welches Gemisch 20% der Gesamtharzmsnge beträgt, gemischt werden. Die Bezeichnung MPD und DDM beziehen sich auf Metaphenylendiamin bzw. Diamindiphenylmethan. Diese Masse erfüllt die Anforderungen völlig wegen der guten Verteilung der Glasfasern. Die Biegefestigkeit der Probestäbe liegt zwischen 1420 und 1450 kg/cm².

Beispiel 6

$4 Ein sehr gutes Gemisch wird aus 100 Teilen Epoxydharz, 32 Teilen Glasfasern und 103 Teilen Asbestpulver von 50 f/m, welchem Gemisch 20 Teile einer Mischung aus 65 Teilen DDM und 32 Teilen MPD

hinzugefügt werden, nach Mischen in dem obigen Mischer erhalten.

Die in den obigen Beispielen 1 bis 6 erhaltenen Massen aus Polyester und Epoxydharz weisen, nachdem 90% der Glasfasern in einzelne Faserteilchen verteilt sind, nur noch eine Temperatur im Bereich von 35 bis 50" C auf.

Beispiel 7
Die (iüte des aus Epoxydharzen geformten Pro-

dukts geht deutlich bei Erprobung der Probestäbe in 3()%iger Salzsäure bei 25°, 70" bzw. 90°C hervor, wobei das Ausgangsmaterial mit einer Biegefestigkeit von 1350 kg/cm² nach 10000 Stunden noch Biegefestigkeitswerte von 1300, 1180 bzw. 850 kg/crrr zu verzeichnen hatte. Die geringe Ciewichtszunahrru' geht aus den nachstehenden Zahlen hervor: nach
10000 Stunden bei 25" C...0,1%
7000 Stunden bei 70° C 1 <>/,
1000 Stunden bei 90" C 1%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer mit Verstärkungsfasern und Füllstoffen versetzten, thermisch härtenden Masse, bei dem einem flüssigen thermisch härtenden Kunststoff 25% seines Gewichts büschelförmige Verstärkungsfasern sowie Füllstoffe zugegeben und das Gemisch wiederholt einer Misch- und Knetbehandlung unterworfen wird, bei der fortwährend ein Teil des Gemisches aus der Misch- und Knetzone herausgeführt und später wieder in diese zurückgeführt wird, wobei die büschelförmigen Verstärkungsfasern im wesentlichen in Einzelfasern aufgeteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Viskosität des Gemisches durch entsprechende Bemessung der Füllstoffmenge auf einem für die Aufteilung der büschelförmigen Verstärkungsfasern notwendigen, genügend hohen Wert hält und die Rückführung der Teilmenge des Gemisches in die Misch- und Knetzone in der Weise vornimmt, daß die Masse ohne äußere Kühleinwirkung keine wesentliche Temperaturerhöhung erfährt.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch zur Erhaltung der Viskosität auf einem genügend hohen Wert pro 100 Gewichtsteile Epoxydharz mindestens 125 bis 175 Gewichtsteile Füllstoff zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch zur Erhaltung der Viskosität auf einem genügend hohen Wert je 100 Gewichtsteile Epoxydharz L:50 Gewichtsteile Füllstoff zugesetzt werden.