DE1930461A1

DE1930461A1 - Reinforced polyamide moulding resin

Info

Publication number: DE1930461A1
Application number: DE19691930461
Authority: DE
Inventors: Wotitzky Henry J; Parker Donald K
Original assignee: Wellman Inc
Current assignee: Wellman Inc
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-06-16
Publication date: 1970-09-03
Also published as: BE743174A; CH509371A

Abstract

Polyamide resin filled with 35-45% wt. whole glass spheres, based on alkali-metal silicates, diam. 6-100 mu pref. 10-50 mu, or with 20-10% glass fibres and 20-30% of these glass spheres. Aim is to reinforce and to reduce shrinkage in the mould. Example: 59.5% "Nylon 66" resin, 25.0% whole glass spheres (mean diam. 44 mu), 15.0% short glass fibres, 0.5% additives.

Description

Verstärkte Polyamidformmasse Zusammenfassung: Polyamidformmassen mit festen Glaskugeln und festen Glaskugel-GlasfaserfUllstoffen, die den Massen gleichförmige Schrumpfeigenschaften verleihen. Reinforced polyamide molding compound Summary: Polyamide molding compound with solid glass balls and solid glass ball-glass fiber fillers, which the masses give uniform shrinkage properties.

Beschreibung der Erfindung: Die Erfindung betrifft verbesserte thermoplastische Formmassen. Insbesondere betrifft die Erfindung Formmassen aus Polymidharzen, die einen Füllstoff aus festen Glaskugeln oder aus festen Glaskugeln und Glasfasern enthalten.Description of the Invention: The invention relates to improved thermoplastics Molding compounds. In particular, the invention relates to molding compositions made from polymide resins which a filler made of solid glass spheres or from solid glass spheres and glass fibers.

Es ist bekannt, daß thermoplastische Kunststoffe und insbesondere Polyamide in großem Umfang für die Herstellung von im Spritzguß geformten Produkten verwendet werden. Die Polyamide haben zwar eine gute Eigenfestigkeit, gute Zähigkeit und gute Temperaturbeständigkeit. Es ist jedoch auch bekannt, daß der Zusatz von Verstärkungsmaterialien; die physikalischen Eigenschaften dieser Kunststoffe verbessert.It is known that thermoplastics and in particular Large scale polyamides used in the manufacture of injection molded products be used. The polyamides have good inherent strength and good toughness and good temperature resistance. However, it is also known that the addition of Reinforcement materials; improves the physical properties of these plastics.

Eine solche Verstärkung sind Glasfasern, wie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 164 563 beschrieben wird. Glasfasern mit einem Durchmesser von 0,0002 bis 0,001 inch verbessern fraglos die gesamten Festigkeitseigenschaften von Polyamiden, jedoch setzt man sich durch den Zusatz solcher Fasern zu einer Polyamidformmasse auch den Nachteilen der Formschrumpfung und der nicht gleichmäßigen Verteilung der Glasfasern in der Formmasse aus.One such reinforcement is glass fibers, for example in the U.S. Patent 3,164,563. Glass fibers with a diameter of 0.0002 to 0.001 inches unquestionably improves the overall strength properties of Polyamides, however, the addition of such fibers results in a polyamide molding compound also the disadvantages of mold shrinkage and the non-uniform distribution of the Glass fibers in the molding compound.

Die Erfindung besteht in einer thermoplastischen Formmasse, die mit festen Glaskugeln verstärkt ist. Mit Glaskugeln verstärkte Polyamidformmassen haben eine verbesserte physikalische Festigkeit, die mit einer minimalen Formschrumpfung kombiniert ist.The invention consists in a thermoplastic molding composition with solid glass balls is reinforced. Have polyamide molding compounds reinforced with glass balls improved physical strength with minimal mold shrinkage is combined.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Erfindung sind die Polyamidformmassen mit festen Glaskugeln und Glasfasern als Füllstoffe verstärkt.According to a further embodiment of the invention, the polyamide molding compounds are reinforced with solid glass spheres and glass fibers as fillers.

Polyamide können ganz allgemein als die Polymerisationsprodukte von Aminokarbonsäuren oder amidbildenden Derivaten dieser Säuren oder Mischungen von einem oder mehreren Diaminen mit einer oder mehreren Dikarbonsäuren oder den Salzen-dieser Säuren mit Diaminen beschrieben werden. Beispiele solcher Polyamide sind polymerisiertes Caprolactam, das im Handel als Nylon 6 bezeichnet wird, Polyhexamethylenadipamid, das im Handel als Nylon 66 bekannt ist und Nylon 6/66 Copolymere.Polyamides can broadly be considered the polymerization products of Aminocarboxylic acids or amide-forming derivatives these acids or Mixtures of one or more diamines with one or more dicarboxylic acids or the salts of these acids with diamines. Examples of such Polyamides are polymerized caprolactam, known commercially as nylon 6 polyhexamethylene adipamide known commercially as nylon 66 and nylon 6/66 copolymers.

Die festen Glaskugeln oder Perlen, die. als Verstärker für Stoffe in der Formmasse verwendet werden, sind einheitliche und diskrete Feststoffkugeln aus verschiedenen Alkalisilikat-Gläsern. Die Durchmesser der Kugeln können von 5 bis 100 Mikron variieren, bevorzugt werden Kugeln mit Durchmessern von etwa 10 bis 50 Mikron. Wie noch ausgeführt wird, bewirken feste Glasperlen mit einem Durchmesser über 105 Mikron schlechte Fließeigenschaften während des Compoundierens und haben schlechte physikalische Eigenschaften der geformten Endprodukte zur Folge.The solid glass balls or pearls that. as an amplifier for substances used in the molding compound are uniform and discrete solid spheres from different alkali silicate glasses. The diameter of the balls can range from 5 to 100 microns, preferred are spheres with diameters of about 10 to 50 microns. As will be explained, solid glass beads have a diameter over 105 microns have poor flow properties during compounding and result in poor physical properties of the final molded products.

Die Glasfasern für die Polyamide, die mit Glaskugeln und Glasfasern verstärkt werden, bestehen hauptsächlich aus "E"-Glas, das ein relativ sodafreies Kalk-Tonerde-Borsilikat-Glas ist. Es ist bekannt, daß Glasfasern Formmassen eine verbesserte Festigkeit verleihen, sie tendieren aber auch dazu, sich der Länge nach in der Richtung zu orientieren, in der die Formmasse in die Form einfließt. Wenn dann der geformte Teil abkUhlt und schrumpft, findet diese Schrumpfung in einer Richtung statt, da das Zusammenschrumpfen in Strömungsrichtung durch die richtungsmäßig orientierten Glasfasern gehemmt wird, während dem Schrumpfen in einer Richtung senkrecht dazu weniger Widerstand geleistet wird.The glass fibers for the polyamides, those with glass balls and glass fibers are made primarily of "E" glass, which is a relatively soda-free Lime-alumina-borosilicate glass is. It is known that glass fibers are a molding compound give improved strength, but they also tend to stretch lengthways to be oriented in the direction in which the molding compound flows into the mold. if then the molded part cools and shrinks, this shrinkage takes place in one Direction instead, because the shrinkage in the direction of flow through the directionally oriented glass fiber is inhibited while shrinking in a direction perpendicular there is less resistance to this.

Durch die Kombination von Glaskugeln und Glasfasern in einer Formmasse kann man das Schrumpfen in Strömungsrichtung wesentlich verringern.By combining glass spheres and glass fibers in one molding compound the shrinkage in the direction of flow can be reduced significantly.

Das Compoundieren oder Mischen der Formmassen nach der Erfindung erfolgt in üblicher Weise. Beispielsweise wird ein Polyamidharz in Form von Pellets mit einer gewünschten Menge von festen Glasperlen und/oder Glasfasern in einem Trommelmischer oder einem Bandmischer gemischt. Nach vollständiger Durchmischung wird die Mischung in einen Extruder geleitet, z.B. in einen 24/1 Extruder mit nur einer entlüfteten Schnecke und vielen Düsen und durch eine Tabletten-Strangpreßform extrudiert. Das Extrudat wird dann entweder mit Luft oder mit Wasser gekühlt und in Pellets geschnitten. Wie üblich wrdoein Vakuum an den Extruder gelegt, um flüchtige Stoffe aus dem Extrudat zu entfernen und das richtige Molekulargewicht des -Polymids aufrecht zu erhalten. Natürlich können Gleitmittel, Formtrennmittel, Stabilisiermittel und andere Zusätze in die Formmassen nach der Erfindung eingemischt werden, wenn dies gewünscht wird.The molding compositions are compounded or mixed according to the invention in the usual way. For example, a polyamide resin in the form of pellets is made with a desired amount of solid glass beads and / or glass fibers in a drum mixer or a ribbon mixer. After complete mixing, the mixture becomes into an extruder, e.g. into a 24/1 extruder with only one vented Screw and many nozzles and extruded through a tablet extrusion die. That Extrudate is then either air or water cooled and cut into pellets. As usual, a vacuum was applied to the extruder to remove volatiles from the extrudate to remove and maintain the correct molecular weight of the -Polymid. Of course, lubricants, mold release agents, stabilizers and other additives can be used be mixed into the molding compositions according to the invention, if so desired.

Um beste physikalische Gesamteigenschaften und eine sehr wirtschaftliche Herstellung zu erhalten, wurde gefunden, daß der bevorzugte Ansatz für die mit Feststoffkugeln gefüllten Polyamide 35 bis 45 Gew.-% feste Glaskugeln und bei einem Ansatz mit Glaskugeln und Glasfasern etwa 20 bis 30 Gew.-% feste Glaskugeln und 20 bis 10 Gew.-9 Glasfasern enthalten soll.In order to have the best overall physical properties and a very economical one To obtain manufacture, it has been found to be the preferred approach for those using solid spheres filled polyamides 35 to 45 wt .-% solid glass spheres and in the case of a batch with glass spheres and glass fibers about 20 to 30% by weight solid glass spheres and 20 to 10% by weight glass fibers should contain.

Für die Darstellung der physikalischen Eigenschaften der Formmassen nach der Erfindung wurden eine Reihe von Versuchen nach der ASTM D 638-Vorschrift, Typ I, durchgeführt.For the representation of the physical properties of the molding compounds According to the invention, a series of tests were carried out according to the ASTM D 638 regulation, Type I, performed.

Es wurden Spannstäbe aus folgenden Massen hergestellt: Masse A 59,5 % Nylon 66 40,0 % Glasperlen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 44 Mikron 0,5 % Hilfsstoffe Masse B 59,5 % Nylon 66 25,0 % Glasperlen mit einem durchschnitt lichen Durchmesser von 44 Mikron 15,0 % kurze Glasfasern 0,5 % Hilfsstoffe Masse- C 59,5 % Nylon 66 40,0 % kurze Glasfasern 0,5 % Hilfsstoffe Masse D 59,5 % Nylon 66 40,0 % Glasperlen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 150 Mikron 0,5 % Hilfsstoffe Masse E 79,5 % Nylon 66 20,0 % kurze Glasfasern 0,5 % Hilfsstoffe Masse F 100,0 % Nylon 66 Die verschiedenen Versuche und die Ergebnisse dieser Versuche tnd in einer Tabelle zusammengestellt.Tension bars were made from the following masses: Dimensions A 59.5% nylon 66 40.0% glass beads with an average diameter of 44 micron 0.5% auxiliaries mass B 59.5% nylon 66 25.0% glass beads with a average diameter of 44 microns 15.0% short glass fibers 0.5% excipients Mass- C 59.5% nylon 66 40.0% short glass fibers 0.5% auxiliaries Mass D 59.5 % Nylon 66 40.0% glass beads with an average diameter of 150 microns 0.5% auxiliaries mass E 79.5% nylon 66 20.0% short glass fibers 0.5% auxiliaries Mass F 100.0% nylon 66 The various tests and the results of these tests tnd compiled in a table.

Arbeitsweise nach Massen ASTM-Vorschrift A B C D E F Formschrumpfung D955-61 in cm/cm 0,019 0,005 0,003 0,017 0,005 -Bruchfestigkeit D638-64T in kg/cm2 997 1622 2100 627 1408 807 (10³ psi) (14.1 23.1 29.9 8.94 20.1 11.5) Biegemodul D790-63 in kg/cm² 51300 89900 116000 51000 58400 30200 (105 psi) (7.31 12.8 16.5 7.26 8.31 4.3) Druckfestigkeit D695-63T in kg/cm² 2560 1784 1818 1840 1655 2948 (10³ psi) (36.5 25.4 25.9 26.2 23.6 4.2) prozentuale Verformung unter einer Belastung von 280 kg/cm² bei 50°C D621-64 0.80 0.86 0.57 1.25 1.15 -Kerbschlagzähigkeit in cm kg/2,54 cm D256-56 9,9 16,4 19,8 3,3 11,5 16,4 (Ft-lb/inch of Notch) (0.6 1.0 1.2 0.2 0.7 1.0) Taber-Abrieb D1044-56 mg/1000 Zyklen 38.0 52.0 45.0 44.0 54.0 -Fließgeschwindigkeit D 1238-65T g/10 Min. 4.3 1.4 0.8 0.7 0.9 - Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, haben die Massen nach der Erfindung, d.h. die Massen A und B physikalische Eigenschaften, die dem ungefAllten Nylonharz weit überlegen sind.Working method according to mass ASTM regulation A B C D E F mold shrinkage D955-61 in cm / cm 0.019 0.005 0.003 0.017 0.005 - Breaking strength D638-64T in kg / cm2 997 1622 2100 627 1408 807 (10³ psi) (14.1 23.1 29.9 8.94 20.1 11.5) bending module D790-63 in kg / cm² 51300 89900 116000 51000 58400 30200 (105 psi) (7.31 12.8 16.5 7.26 8.31 4.3) Compressive strength D695-63T in kg / cm² 2560 1784 1818 1840 1655 2948 (10³ psi) (36.5 25.4 25.9 26.2 23.6 4.2) percentage deformation under a load of 280 kg / cm² at 50 ° C D621-64 0.80 0.86 0.57 1.25 1.15 - notched impact strength in cm kg / 2.54 cm D256-56 9.9 16.4 19.8 3.3 11.5 16.4 (Ft-lb / inch of notch) (0.6 1.0 1.2 0.2 0.7 1.0) Taber abrasion D1044-56 mg / 1000 cycles 38.0 52.0 45.0 44.0 54.0 - flow rate D 1238-65T g / 10 min. 4.3 1.4 0.8 0.7 0.9 - As can be seen from the table is, the masses according to the invention, i.e. the masses A and B are physical Properties that are far superior to unfilled nylon resin.

Hinsichtlich der faserverstärkten Nylonharze kann weiter festgestellt werden, daß insgesamt die physikalischen Eigenschaften der mit festen Glasperlen verstärkten Nylonkunst stoffe auch überlegen sind.With regard to the fiber-reinforced nylon resins, it can be further stated be that overall the physical properties of having solid glass beads reinforced nylon plastics are also superior.

Um die ausgezeichneten Schrumpfeigenschaften der Formmassen nach der Erfindung darzustellen, wurde ein Barren mit einer Länge von etwa 16,5 cm ( 6 1/2 inch),einer Breite von 2,45 cm (1 nach und einer Dicke von 0>635 cm (1/4 inch) unter Verwendung der Massen A, B und C geformt und die Schrumpfung gemessen. Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht die Ergebnisse.In order to ensure the excellent shrinkage properties of the molding compounds according to the To illustrate the invention, an ingot about 16.5 cm (6 1/2 in.) Long was made inch), a width of 2.45 cm (1 inch) and a thickness of 0> 635 cm (1/4 inch) molded using compositions A, B and C and measured the shrinkage. the the following table illustrates the results.

Durchschnittliche Schrumpfung cm/cm (inch/i « Länge Breite Dicke Masse A 0,0115 0,021 0,022 Masse B o,oo88 0,020 0,0265 Masse C 0,0047 0,022 0,042 Es wird betont, daß die Schrumpfung in der Länge, die in diesem Fall in Strömungsrichtung verläuft, weitgehend durch den Zusatz von Glasfasern verringert wird, während die Schrumpfung in der Breite und Dicke gleichmäßiger wird, wenn Glaskugeln oder Glasperlen zugesetzt werden. Insgesamt ist die Schrumpfung gleichmäßiger, wenn Glasperlen in der Formmasse vorhanden sind. Average shrinkage cm / cm (inch / i «length width thickness Mass A 0.0115 0.021 0.022 Mass B o, oo88 0.020 0.0265 Mass C 0.0047 0.022 0.042 It is emphasized that the shrinkage is in length, which in this case is in the direction of flow runs, is largely reduced by the addition of glass fibers, while the Shrinkage in width and thickness becomes more uniform when glass spheres or glass beads can be added. Overall, the shrinkage is more uniform when glass beads are in the molding compound are present.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Molding compound made from a polyamide molded plastic and a filler, characterized in that the filler consists of solid balls or beads from a Alkali silicate glass that is 6 to 100 microns in diameter is made of Molding composition are present in amounts of 35 to 45% by weight.

2. Composition according to claim 1, characterized in that the pearls diameter from 10 to 50 microns.

3. molding compound according to claim 1 or 2, characterized in that the Filler contains glass fibers in addition to the glass beads.

4. Composition according to claim 3, characterized in that the glass fibers in the molding compound in amounts from 20 to 10% by weight and the beads in amounts from 20 to 30% by weight are present.