DE1919887A1

DE1919887A1 - Hochthermostabile faserverstaerkte Kunststoffe

Info

Publication number: DE1919887A1
Application number: DE19691919887
Authority: DE
Inventors: K Rumpf Dipl-Ing Kurt
Original assignee: Technochemie GmbH Verfahrenstechnik
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1969-04-19
Filing date: 1969-04-19
Publication date: 1970-11-05

Description

Hochthermostabile faserverstärkte Kunststoffe Es ist bekannt, Fasern der verschiedensten Art, z. B. Glasfasern, Metallfasern, Kunststoff-Fasern oder keramische Fasern in eine Kunststoff-Matrix einzubetten und auf diese Weise dem so erzeugten Verbundstoff erhöhte mechanische Festigkeit zu verleihen.
Dies setzt jedoch voraus, dass der als Matrix verwendete Kunststoff löslich oder schmelzbar ist, bzw. auf eine hinreichend niedrige Viskosität gebracht werden kann, damit die Fasern in den Kunststoff eingebettet werden können.
Die Viskosität hochthermostabiler Kunststoffe> die sich als Matrix für die Verwendung bei hohen Temperaturen anbieten, lässt sich jedoch durch Erwärmen nicht hinreichend erniedrigen, um Fasern einzubringen. Dies gilt z.B. für Polyimide, Polyphenylene, Poly sulfone, Polyphenylenoxid, Pol;ybenzimAdazol, Polybenzothiazole oder Polyimidazolpyrrolone, also für alle aromatischen Hochpol;ymeren mit Dauergebrauchstemperaturen von über 3000C.
Andererseits ist bekannt, dass Pulver dieser hochthermostabilen Kunststoffe durch Anwendung von Drucken um 1000 Atmosphären oder höher - gegebenenfalls unter gleichzeitiger Anwendung von Temperatur - sich plastisch zu dichten Körpern verpressen lassen, weil die ausserordentliche hohe Viskosität dieser Kunststoffe durch diese hohen Drucke überwunden werden kann und das erforderliche Verfliessen eintritt.
Es wurde nun gefunden, dass es gelingt, durch Höchstdruckverpressung solcher Kunststoffpulver in homogener Mischung mit Fasern, deren Thermostabilität höher liegt als die der Matrix, und deren mechanischen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen besser sind als die der Matrix, Verbundstoffe herzustellein, die auch bei hohen Temperaturen stark erhöhte Festigkeits -eigenschaften entfalten.
Die zur Verpressung benötigten Drucke richten sich nach der Art der Matrix; sie liegen aber im Bereich von 1000 ata oder höher, und die Temperaturen zwischen Raumtemperatur und mehreren 100°C, nämlich bis in den Bereich des Glaspunktes bei dem betref fenden Druck.
Es ist für die Homogenität der Mischung vorteilhaft> die Fasern in stark zerkleinertem Zustands beispielsweise in Längen von wenigen Zehntel Millimetern bis zu wenigen Millimetern, zu verU wenden, weil damit ein sehr honrlogenes, nicht orientiertes Gemisch mit dem Kunststoff erzielt werden kann.
Als Fasern kommen beispielsweise Graphitfasern mit einer Zugfestigkeit von mindestens 10000 bis zu etwa 30 000 kg/cm2 in Frage, deren Temperaturbeständigkeit die des thermostabilen Kunststoffes weit übertrifft.
Die Fasermenge soll mindestens 10 Geichtsprozent, sie kann jedoch bis zu etwa 90 Prozent vom Gemisch betragen, in welchem Falle der umgebende Kunststoff lediglich als Binder wirkt.
Beispiel 1 50 Gewichtsprozent polyimidpulver (Kapton) und 50 Gewichtsprozent zerkleinerte Graphit-Fasern (Thornel) werden unter 10 Kbar bei 2500 C verpresst. Der erhaltene Kunststoff hat eine Zugfestigkeit von 11 000 kg/cm² bei 100°C, während das unter gleichen Bedingungen allein verpresste Polyimid nur eine solche von 1 100 kg/cm² zeigt.
Beispiel 2 Man vermischt 60 Gewichtsteile Polybenzimidazol in Form eines feinen Pulvers innig mit 30 Gewichtsteilen zerschnitzelter "Brunsmet-Stainless steel fiber " und setzt die Mischung 20 Minuten lang einem Druck von 12 Kbar bei 250 0C aus. Der erhaltene Verbundstoff zeigte bei 2000C eine Zugfestigkeit von 12 500 kg/cm² und eine Bruchdehnung von 9 Prozent, während Polybenzimidazolpulver allein unter obigen Bedingungen verpresst eine Zugfestigkeit von 900 kg/cm² und eine Bruchdehnung von 85 Prozent aufweist.
Beispiel 3 80 Gewichtsteile Poly-para-Phenylen in Form eines feinen Pulvers werden mit 30 Gewichtsteilen zerschnitzelter Bornitridfaser gründlich vermischt. Die Mischung wird sodann 30 Minuten einem Druck von 12 Kbar bei 180°C ausgesetzt. Das erhaltene Produkt zeigt bei 160°C einen Young-Modulus von 2 x 106 kg/cm2 , eine Zugfestigkeit von 10 800 kg/cm2 und 10 Prozent Bruchdehnung. Es erweicht erst bei 8600C. Allein unter obigen Bedingungen verpresstes Poly-para-Phenylen hat einen Young -2 von 2 Modulus von 17000 kg/cm > eine Zugfestigkeit von 1100 kg/cm2 und 80 Prozent Bruchdehnung.
Beispiel 4 70 Gewichtsteile Poly-2, 5-Diphenyl- 1, 4-Phenylenoxid als feines Pulver werden intensiv vermischt mit 20 Gewichtsteilen zerschnitzelter Quarzfaser. Die Mischung wird 45 Minuten einem Druck von 10 Kbar bei 220°C ausgesetzt. Der erhaltene Verbundstoff hat bei 210°C einen Young-Modul von 0,8 x 106 kg/cm², eine Zugfestigkeit 2 von 12 200 kg/cm und 13 Prozent Bruchdehnung. Er beginnt bei 620 °C zu erweichen. Unter gleichen Bedingungen allein verpresstes Poly-diphenyl-Phenylenoxid hat einen Young-Modul von 800 kg/cm², 2 eine Zugfestigkeit von 100 kg/cm und 300 Prozent Bruchdehnung.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Veredelung hochthermostabiler faserverstärkter Kunststoffe dadurch gekennzeichnet, dass Pulver von hochthermostabilen Kunststoffen mit Dauergebrauchstemperaturen über 300°C homogen mit Fasern aus einem Material, dessen Thermostabilität und mechanische Eigenschaften jene des Kunststoffes übertreffen, vermischt und gemeinsam bei Drucken von über 1000 ata verpresst werden.
2. Verfahr-en nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass man das Verpressen bei erhöhter- Temperatur vornimmt.
3. Die nach dem Verfahren der Ansprüche 1 und 2 erhältlichen Kunst stoffe.