DE19607650A1 - Verstärker für Duroplaste und Thermoplaste - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Verstärker nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Kunststoffen Füllstoffe zuzusetzen. Verstärker sind Füllstoffe, welche nicht nur die Steifigkeit, sondern auch die Festigkeit und/oder die Bruchdehnung der Kunststoffe erhöhen.

Die meisten Formteile aus Duro- und Thermoplasten sind platten­ bzw. schalenförmig und werden durch Biegemomente und Zugkräfte vorwiegend in Richtung der Plattenfläche und weniger in der Dickenrichtung belastet. Benötigt werden deshalb Verstärker, die parallel zur Bauteiloberfläche - und zwar möglichst richtungsunabhängig (zweidimensional isotrop) - verstärken. Eine Vorzugsrichtung der Verstärkung hat nämlich zur Folge, daß die mechanischen Eigenschaften parallel zur Bauteiloberfläche richtungsabhängig werden. Dies führt u. a. zum Verzug der Bauteile und ist in der Regel unerwünscht.

Die bekanntesten Verstärker haben Faserform und bestehen beispielsweise aus Glas. Fasern verstärken naturgemäß eindimensional. Sind die Fasern jedoch parallel zur Bauteiloberfläche regellos verteilt, so können sie trotzdem zweidimensional isotrop verstärken. Es ist aber so, daß bei den am häufigsten angewandten Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen die Kunststoffmasse bei der Formgebung fließt. Durch die Strömung werden die Fasern teilweise ausgerichtet und die Verstärkung dadurch anisotrop. Für eine isotrope Verstärkung der schalenförmigen Strukturen erscheinen deshalb Verstärker günstiger, deren Längen : Breiten-Verhältnis nicht zu stark vom Wert 1 abweicht.

Es sind für Kunststoffe eine Reihe von mineralischen, körnigen Füllstoffen bekannt, deren Längen : Breiten-Verhältnis nicht zu stark von 1 abweicht. Solche Füllstoffe werden den Kunststof­ fen, beispielsweise zur Verbilligung oder zur Erhöhung der Steifigkeit oder um bei Kunststoffmischungen Unverträglichkeiten zwischen den Mischungskomponenten abzubauen, häufig zugesetzt.

Bei Elastomeren wirken alle Füllstoffe, zum Beispiel körnige Kieselsäure, auch verstärkend. Es ist auch bekannt, daß beispielsweise Gummi und Silicongummi durch Kieselgur ver­ stärkt werden (s. in "Industrial Minerals and Rocks", American Institute of Mining Metallurgical and Petroleum Engineers, Inc., New York, 1975 auf den Seiten 605 bis 635 den Abschnitt "Diatomite" von F.l.Kadey, Jr.). Eingesetzt wird Kieselgur dabei jedoch nicht wegen ihrer gegenüber anderen Füllstoffen gesteigerten Verstärkerwirkung, sondern weil sie preiswerter als die sonst übliche Kieselsäure ist.

Bei Duroplasten und Thermoplasten verschlechtern jedoch körnige Füllstoffe die Festigkeit. Andrerseits sind Teilchen bekannt, die, wie Glimmer (s. Fig. 1), ein Längen : Breiten-Verhältnis von etwa 1 und außerdem eine Plättchenstruktur haben, d. h. eine Dicke haben, die wesentlich geringer ist als ihre Länge bzw. Breite, und die eine verstärkende Wirkung haben. Es wurde festgestellt, daß Glimmer, der eine glatte Oberfläche hat und sich bei der Verarbeitung weitgehend parallel zur Bauteilober­ fläche orientiert in Duroplasten und Thermoplasten in erster Linie versteifend und in geringem Umfang festigend wirkt, allerdings die Bruchdehnung kaum oder sogar negativ beeinflußt. Als Verstärker für BMC-Massen ist auch Perlit bekannt. Perlit ist vulkanischen Ursprungs und enthält als Hauptbestandteil Alkalifeldspat. Es wird in Form von Teilchen eingesetzt, die im Mikroskop wie Flaschenscherben aussehen, d. h. auch eine im wesentlichen glatte Oberfläche haben. BMC (Bulk Molding Compound)-Massen enthalten als Kunststoffkomponenten ein ungesättigtes Polyesterharz in Styrol gelöst und zur Verringerung der Schwindung einen ebenfalls in Styrol gelösten Thermoplasten. Als Füllstoff ist Kreide zugefügt. Ein Teil der Kreide einer unverstärkten BMC-Masse läßt durch einen geringen Anteil Perlit ersetzen. Perlit erhöht die Festigkeit, erniedrigt jedoch die Steifigkeit im Vergleich zu unverstärkten BMC-Massen. Die Bruchdehnung wird durch Perlit erhöht, und erreicht bei einem bestimmten Gehalt ein Maximum. Mit höheren Perlitanteilen läßt sich deshalb keine entsprechende Erhöhung der Bruchspannung erreichen. Es ist also offensichtlich so, daß ein nicht faserförmiger Verstärker, wenn er einem Duroplasten oder Thermoplasten oder einer solche Kunststoffe und ggf. zusätzlich Füllstoffe enthaltenden Mischung zugesetzt wird, nie in gleichem Maße die Festigkeit, die Steifigkeit und Bruchdehnung zu erhöhen vermag. Vielmehr wird er eine Erhöhung im Normalfall nur bei einem oder zwei der Parameter bewirken, während die anderen oder der andere beim Zusatz des Verstärkers im wesentlichen gleich bleiben oder sogar schlechter werden. Dies trifft im übrigen auch für Glasfasern zu, die - jedenfalls in der Richtung, in der der Kunststoff beim Formen geflossen ist - die Steifigkeit und die Festigkeit von BMC-Massen beachtlich erhöhen, aber auf die Dehnung bis zum ersten Anriß nur einen geringen Einfluß haben. Der passende Verstärker muß deshalb je nach der Anwendung, die ins Auge gefaßt wird, und je nach den gewünschten mechanischen Eigenschaften der verstärkten Kunststoffe ausgewählt werden. Es ist deshalb wünschenswert, eine Reihe unterschiedlich wirkender, zweidimensional isotrop verstärkender Verstärker für Duroplaste und Thermoplaste zur Verfügung zu haben, um aus ihnen den für ein gewünschtes Eigenschaftsprofil geeignetsten auswählen zu können.

Vorteile der Erfindung

Der Verstärker nach der Gattung des Anspruchs 1, bei dem die Teilchenoberfläche reliefartig strukturiert ist, vermag bei Thermoplasten und Duroplasten die Steifigkeit und die Festigkeit und bei unverstärkende Füllstoffe enthaltenden Kunststoffmassen auf der Basis von Thermoplasten und Duroplasten die Festigkeit und die Bruchdehnung zu verbessern. Unter einer reliefartig strukturierten Oberfläche ist im vorliegenden Zusammenhang eine Oberfläche zu verstehen, die Erhöhungen und Vertiefungen aufweist und beispielsweise netzartig durchbrochen und/oder mit Stacheln bestückt sein kann. Die verstärkende Wirkung des erfindungsgemäßen Verstärkers beruht offenbar auf seinem guten Formschluß mit dem Kunststoff, der verstärkt werden soll. Diesen guten Formschluß dürfte das erfindungsgemäße Material seiner reliefartig struktuierten Oberfläche verdanken. Damit eine Verstärkung eintritt, muß der Anteil des Verstärkers so groß sein, daß mindestens ein Teil der Verstärkerteilchen miteinander überlappen. So ist zwar der Zusatz von ca. einem halben % (diese und die folgenden Prozentangaben sind auf ein Gewicht bezogen) Kieselgur zur Oberflächenmattierung von Lacken auf der Basis von Duroplasten und Thermoplasten bekannt. Dieser Zusatz hat aber keine verstärkende Wirkung.

Es ist vorteilhaft, wenn - bezogen auf den verstärkten Kunst­ stoff - der Anteil des Verstärkers in ihm zwischen etwa 15 und etwa 45% liegt. Ein Anteil von 15% stellt offenbar sicher, daß im Kunststoff eine Martrix von sich überlappenden Verstär­ kerteilchen vorhanden ist, was für eine Verstärkerwirkung wesentlich ist. Bei einem Anteil von 45% ist noch eine ausreichende Fließfähigkeit der Kunststoffmasse gegeben.

Um einerseits die Festigkeit und/oder die Bruchdehnung beacht­ lich zu erhöhen und andererseits die Verarbeitbarkeit der Kunststoffmasse weiter zu verbessern, ist es günstig, wenn der Verstärker eine Teilchengröße im Bereich zwischen etwa 5 und etwa 100 µm aufweist, wobei eine Teilchengröße von etwa 20 µm besonders vorteilhaft ist.

Die Haftung zwischen dem Kunststoff und dem Verstärker wird verbessert, wenn die Teilchen als Hauptbestandteil SiO₂ enthalten. Der SiO₂-Anteil liegt bevorzugt bei < 70%.

Zu den Materialien, welche sowohl einen hohen SiO₂-Gehalt als auch eine reliefartig strukturierte Oberfläche aufweisen, gehören Kieselgur und Radiolarienerde oder Mischungen dieser Stoffe. Diese in der Natur vorkommenden Materialien sind im Handel preisgünstig erhältlich (Glasfasern sind etwa dreimal so teuer). Eine Vorbehandlung der Kieselgur und der Radiola­ rienerde, welche über die Entfernung von Verunreinigungen und das Trocknen hinausgeht, kann zwar die Verstärkerwirkung weiter erhöhen, ist aber nicht erfindungswesentlich. Kieselgur und Radiolarienerde haben gegenüber Glasfasern nicht nur den Vorteil des geringeren Preises und der isotropen Wirkung, vielmehr läßt sich mit Kieselgur beispielsweise in BMC-Massen die Bruchdehnung wesentlich stärker erhöhen als mit Glasfasern (s. u.). Wenn man bezüglich der Bruchdehnung die Wirkungen von Kieselgur, Perlit und Glimmer in BMC-Massen vergleicht, stellt man fest, daß Glimmer einen negativen Einfluß hat (s. o.) während - bezogen auf die zugegebene Menge - Kieselgur eine wesentlich deutlichere Erhöhung als Perlit bringt.

Es ist vorteilhaft, wenn Kieselgur und/oder Radiolarienerde einen Tridymit- und/oder Cristobalitgehalt haben der - bezogen auf den Verstärker - insgesamt zwischen etwa 2 und etwa 60% liegt. Mit der Zunahme des kristallinen Anteils nimmt die Verstärkungswirkung zu.

Es ist vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Verstärker in Duroplaste und Thermoplaste der Gruppe eingebracht wird, die aus Polyamiden, Epoxidharzen, ungesättigten Polyestern und mindestens einen dieser Kunststoffe enthaltenden Gemischen besteht.

Um die Haftung zwischen dem Kunststoff und dem Verstärker weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoff einen Haftvermittler enthält oder der Verstärker mit einem Haftvermittler behandelt ist.

Es kann vorteilhaft sein, dem erfindungsgemäßen Kunststoff zusätzlich einen nicht verstärkenden Füllstoff, wie Kreide, zuzusetzen.

Die Zeichnung

Sie zeigt Fotografien von teilchenförmigen Verstärkern und zwar Glimmerplättchen in 500facher Vergrößerung (Fig. 1), Kieselgurteilchen in 3000facher Vergrößerung (Fig. 2) und Radiolarien unter dem Scanner-Elektronenmikroskop (Fig. 3).

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der folgenden Beschreibung wird generell Kieselgur als Verstärker eingesetzt. Es sei aber klargestellt, daß Kieselgur zwar wegen ihres günstigen Preises und ihrer Eigenschaften als Verstärker besonders günstig ist, daß aber die Erfindung nicht auf Kieselgur beschränkt ist. Vielmehr können, um die mit Kie­ selgur erzielten Wirkungen zu erzielen, neben Radiolarien auch noch mittels bekannter Verfahren hergestellte Verstärker einge­ setzt werden, welche bevorzugt als Hauptbestandteil SiO₂ enthalten und welche die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur und bevorzugt die in den Unteransprüchen offenbarte Teilchen­ größe aufweisen. Außerdem werden in der Beschreibung als Duro­ plaste nur Epoxidharze und BMC-Massen, als Thermoplast nur Polyamid und außerdem BMC-Massen erwähnt. Auch dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf diese Kunststoffe zu verstehen. Vielmehr ist die Erfindung auf die ganze Vielfalt der Duroplaste und Thermoplaste und deren Mischungen anwendbar, welche die Technik zur Verfügung stellt.

Der Vergleich der drei Abbildungen zeigt, daß Glimmerplättchen (s. Fig. 1) selbst in 500facher Vergrößerung eine weitgehend glatte Oberfläche zeigen, während Diatomen (s. Fig. 2), aus welchen Kieselgur besteht, und noch mehr Radiolarien (s. Fig. 3) eine stark strukturierte, z. T. netzartig durchbrochene und/oder mit stachelförmigen Gebilden besetzte Oberfläche aufweisen. Dieser Unterschied dürfte das unterschiedliche Verstärkungsverhalten der erfindungsgemäßen Verstärker gegenüber dem von Glimmer - und auch von Perlit - bezüglich Steifigkeit, Festigkeit und Bruchdehnung erklären.

Kieselgur und Radiolarienerde sind fossile Ablagerungen der Skelette von Einzellern, nämlich den im Wasser lebenden Diatomeen und Radiolarien, mit einem Durchmesser von bis zu einigen 1/10 mm. Die Skelette können auch aus Plakton oder aus Diatomeen- und Radiolarieschlämmen am Grund von Gewässern gewonnen werden. Die Skelette bestehen aus amorphem Siliciumdioxid (Opal) mit geringen kristallinen Anteilen (< 3% Tridimit und Christobalit). Viele der ca. 5000 Einzelformen stellen plättchen- oder schalenförmige und dabei mehr oder weniger runde oder zylindrische, z. T. netzartig durchbrochene und/oder mit Stacheln bewehrte Gebilde dar. Die von anorgani­ schen Beimengungen, wie Sand und Kalk, weitgehend gereinigten fossilen Materialien enthalten neben vollständigen Skeletten unterschiedliche Anteile von Bruchstücken. Sie werden hauptsächlich als Zusätze zu Kosmetika, zu Anstrichfarben und als Filtrationshilfsmittel eingesetzt und sind in drei Aufbereitungen erhältlich:

• - getrocknet bei 180 bis 220°C, wobei organische Verunreinigungen oxidiert werden,
• - geglüht ohne Zusatzstoffe bei 700 bis 900°C (kalziniert)
• - geglüht mit kalzinierenden Zusätzen, wie Alkalisalzen, bei 700 bis 900°C (flußkalziniert). Beim Flußkalzinieren reagie­ ren als Verunreinigung vorhandene rotbraune Eisenoxide und Aluminiumoxid mit den zugesetzten Alkalisalzen unter Bildung von farblosen Eisen-Aluminiumsilikaten. Gleichzeitig ablau­ fende Sintervorgänge greifen die Feinstrukturen an und führen teilweise zur Bildung von Agglomeraten.

Die unterschiedlich aufbereiteten Materialien sind in verschie­ denen Siebungen mit mittleren Partikelgrößen < 5 µm erhältlich. Bei der Verwendung als Verstärker ist es unerheblich, ob diese aus Plankton, aus Radiolarien- oder Diatomeenschlämmen oder aus fossilen Lagerstätten gewonnen wurden.

Durch die Glühbehandlung vergrößert sich der Anteil an Tridymit und Cristobalit von < 3% im getrockneten Kieselgur auf 20% im kalzinierten und < 60% im flußkalzinierten Kieselgur.

Die Verwendung der im Handel erhältlichen geglühten Qualitäten hat sich als vorteilhaft erwiesen. Sie sind nicht nur von orga­ nischen und einem Großteil der anorganischen Verunreinigungen befreit (sie reagieren bei Anwesenheit von Wasser weder sauer noch alkalisch), sondern durch ihre erhöhte Kristallinität erhöht sich auch die Festigkeit der Kunststoffverbunde.

Zusätzliches Glühen von flußkalzinierter Kieselgur bei 1000°C vergrößert den kristallinen Anteil, gleichzeitig nimmt aber infolge Sinterns der Anteil sternförmiger Strukturen ab, Öffnungen in den Teilchenoberflächen wachsen zu und es bilden sich Agglomerate. Solche Strukturänderungen sind ungünstig, weil sie die erreichbare Verbundfestigkeit vermindern.

Thermoplaste sind - bezogen auf den verstärkten Kunststoff - mit höchstens 50% eingearbeiteter Kieselgur noch fließfähig. Bis zu 40% werden normalerweise eingesetzt. Bei den Versuchen werden die Kieselgur und ein gemahlener Thermoplast, wie gemahlenes Polyamid (PA) 6-Granulat, trocken gemischt, zu 40 mm×40 mm×1 mm großen Platten mittels eines Extruders spritzgegossen und diese gemahlen. Das Mahlgut wird durch Spritzgießen zu 80 mm×80 mm×1 mm großen Platten mit Bandanschnitt verarbeitet.

Aufgrund der zerklüfteten Struktur von Kieselgur sind in Duro­ plasten und BMC-Massen Füllgrade von - bezogen auf den ver­ stärkten Kunststoff - höchstens ca. 55% möglich. Eingebracht werden normalerweise bis zu 50%. Die Kieselgur wird bei einer Temperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur des Harzes liegt - beispielsweise - in ein Epoxidharz eingeknetet. Aus dieser Masse gepreßte ca. 4 mm dicke Scheiben werden zur Aushärtung 12 Stunden lang bei 160°C getempert. Aus den Scheiben werden zur Prüfung der Festigkeit und der Steifigkeit 80 mm lange und 10 mm breite Probestäbe entnommen.

Um die Festigkeit zusätzlich zu erhöhen, können der Kunststoffmasse ein Haftvermittler, wie Vinylsilane für ungesättigte Polyesterharze, Epoxy- and Aminosilan für Epoxidharze und Aminosilane für Polyamide, zugesetzt werden.

Die Festigkeit, die Steifigheit und die Bruchdehnung werden mittels der Dreipunkt,-Biegeprüfung entsprechend DIN 53 452 bzw. 150 178 gemessen. Dabei unterscheidet man zwischen der Randfa­ serspannung bzw. der Dehnung beim ersten Anriß (erste Unstetig­ keit im Spannungs-Dehnungs-Diagrammm) und der Bruchspannung bzw. Bruchdehnung. Je nach dem, ob die Verbindungslinie zwischen den beiden äußeren Auflagen in Fließrichtung oder senkrecht dazu liegt, läßt sich mit dem Verfahren die Festig­ keit, Steifigkeit und die Bruchdehnung in der Fließrichtung der Kunststoffe bei der Formgebung oder senkrecht dazu bestimmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen weiter veranschaulicht. In den Beispielen wurden Kieselgur enthaltende Kunststoffe hergestellt und geprüft. Die mit ihnen erzielten Ergebnisse wurden denen gegenübergestellt, die mit den in den Vergleichsbeispielen hergestellten Kunststoffe erzielt wurden, die keinen Verstärker bzw. Glasfasern als Verstärker enthielten. Bei den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden je 10 Proben hergestellt und untersucht. In den Tabellen 1 und 2 sind jeweils die Mittelwer­ te der bei den 10 Proben erhaltenen Werte eingetragen. Bei den Meßwerten, die von Polyamid und Epoxidharz enthaltenden Proben erhalten worden waren, ist auch noch deren Streuung aufgeführt.

Bei den Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 (V1 und V2) wurde Polyamid 6 als thermoplastischer Kunststoff eingesetzt, welcher Kieselgur (Beispiele 1 und 2) bzw. Glasfa­ sern (V1) als Verstärker bzw. keinen Verstärker (V2) enthielt.

Beispiel 1

Gemahlenes Polyamid 6 (Ultramid B3K, hergestellt von der BASF) und flußkalzinierte Kieselgur (Typ "Spezial" der Fa. Seitz) wurden im Gewichtsverhältnis 60 : 40 trocken gemischt und mittels eines Extruders zu 40 mm×40 mm×1mm großen Platten spritzge­ gossen. Die Platten wurden gemahlen. Das Mahlgut wurde zu 80 mm×80 mm×1mm großen Platten spritzgegossen. An den so herge­ stellten Platten wurde - wie oben beschrieben - der Biege-E- Modul, die Biegespannung und die Bruchdehnung jeweils in Fließrichtung und senkrecht dazu ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2

Außer daß die eingesetzte Kieselgur noch zusätzlich 48 Stunden lang bei 1000°C geglüht worden war, wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 vorgegangen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Vergleichsbeispiel 1

Mit dem Unterschied, daß 0,4 mm lange Glasfasern anstelle von Kieselgur als Verstärker eingesetzt wurden, wobei das Gewichtsverhältnis von Kunststoff zu Glasfasern bei 75 : 25 lag, wurde in derselben Weise wie beim Beispiel 1 vorgegangen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde dem Kunststoff kein Verstärker zugemischt. Unverstärktes Ultramid B3K wurde zu 80 mm×80 mm× 1 mm großen PLatten mittels eines Extruders spritzgegossen. Dieselben Messungen wie beim Beispiel 1 wurden durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Ein Vergleich von verstärktem (Beispiel 1) und unverstärktem Material (V 2) ergibt eine Verdopplung der Steifigkeit bei einer Zunahme der Festigkeit um ca. 15%. Die zusätzlich 48 Stunden bei 1000°C geglühte Kieselgur (s. Beispiel 2) bewirkt dagegen trotz ihrer höheren Kristallinität eine deutlich geringere Verstärkung als die nur kalzinierte Kieselgur, was vermutlich auf eine Strukturänderung zurückzuführen ist (s. o.). Die Ergebnisse lassen die Prognose zu, daß mit einer besser strukturierten Kieselgur, d. h. einer Kieselgur, in der die ursprüngliche Oberflächenstruktur, noch weitgehend unverändert erhalten ist, in Verbindung mit einem geeigneteren Aufbereitungsverfahren (Verwendung eines Zweischneckenextru­ ders) und dem Zusatz eines Haftvermittlers eine weitere Festig­ keitssteigerung generell, d. h. bei Thermoplasten und Duroplas­ ten, erreichbar ist.

Bei mit Glasfasern verstärktem Polyamid 6 (V1) ist in Fließrichtung die Festigkeit etwa um den Faktor 2 und die Steifigkeit deutlich besser als bei den Kieselgur enthaltenden Proben. Senkrecht zur Fließrichtung sind die Werte deutlich kleiner (bei der Steifigkeit sogar kleiner als bei der mit Kieselgur verstärkten Probe), d. h. beim glasfaserverstärkten Polyamid sind die in Fließrichtung gemessenen Werte sehr ver­ schieden von den senkrecht dazu gemessenen, während bei den mit Kieselgur verstärkten Proben die entsprechenden Werte innerhalb der Streuung liegen und keine Unterscheidung zulassen. Wegen der starken Anisotropie bei den gemessenen Werten können in Polyamid die Glasfasern trotz ihrer größeren Verstärkung in Fließrichtung ungünstiger als Kieselgur sein. Man kann davon ausgehen, daß sich diese Feststellung auf Bauteile aus Thermoplasten und Duroplasten übertragen läßt, bei deren Formgebung fließfähige Massen in Formen fließen.

Beim Beispiel 3 und beim Vergleichsbeispiel 3 (V3) war der Kunststoff ein Epoxidharz, d. h. ein Duroplast.

Beispiel 3

In das Epoxidharzsystem LY 556/HT 976 (100 : 36) (hergestellt von der Ciba AG) wurden - bezogen auf das Gemisch aus Kunststoff und Verstärkungsmaterial - 50% flußkalzinierte Kieselgur (Typ "Spezial" der Fa. Seitz) eingeknetet, die zusätzlich noch 48 Stunden bei 1000°C geglüht worden war. Die beim Kneten erhaltene Masse wurde zu 4 mm dicken Platten gepreßt und anschließend 12 Stunden lang bei 160°C getempert. Aus den Platten wurden 80 mm lange und 10 mm breite Probestäbe herausgeschnitten. Die Festigkeit, die Steifigkeit und die Bruchdehnung der Stäbe wurde wie oben beschrieben mittels des Dreipunkt-Biegeprüfung bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.,

Vergleichsbeispiel 3 (V3)

Außer daß dem Epoxidharzsystem kein Verstärker beigemischt wurde und die Platten gegossen wurden, wurde in derselben Weise wie im Beispiel 3 vorgegangen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Ein Vergleich der Ergebnisse zeigt, daß ein Zusatz von 50% Kieselgur im Vergleich zu unverstärktem Epoxidharz eine Stei­ figkeitserhöhung um den Faktor 2,9 ohne Einbuße an Festigkeit bewirkt.

Bei den Beispielen 4 bis 8 und bei den Vergleichsbeispielen 4 und 5 bestand der Kunststoff aus BMC-Massen.

Beispiel 4

27% Harzlösung, 62% Kreide, 10% Kieselgur und 1% Trennmit­ tel, wie Aliminium-, Calcium- oder Magnesiumstearat, (die %- Gehalte sind auf die fertige Mischung bezogen) wurden zusammen geknetet. Als Kieselgur wurde ein Produkt mit dem Handelsnamen Celatom FPISL (hergestellt von Eagle Pichers Minerals Inc. (USA) eingesetzt, bei dem es sich um ein kalziniertes Produkt handelt. Die beim Kneten erhaltene teigartige Masse wurde zu 4 mm dicken Platten gepreßt. Aus den Platten wurden 80 mm lange und 10 mm breite Probestäbe herausgesägt. Außer daß bei der Messung der Bruchspannung und der Bruchdehnung nur bis zum ersten Anriß gedehnt wurde, wurde die Festigkeit, die Steifig­ keit und die Bruchdehnung der Stäbe wie oben beschrieben bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Beispiele 5 bis 8

Außer daß in der gekneteten Masse die Anteile der Bestandteile so waren, wie in der Tabelle 2 für die Beispiele 5 bis 8 ange­ geben ist, wurde in den Beispielen 5 bis 8 in derselben Weise vorgegangen wie in Beispiel 4. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Vergleichsbeispiele 4 und 5 (V4 und V5)

Außer daß bei V4 der Verstärker aus 6 mm langen Glasfasern bestand und bei V5 kein Verstärker zugegen war und daß die prozentuale Zusammensetzung der gekneteten Masse bei V4 und V5 so war, wie es in der Tabelle 2 bei V4 bzw. V5 aufgeführt ist, wurde in V4 und V5 in derselben Weise vorgegangen wie in

Beispiel 4. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Ein Vergleich der Ergebnisse von den als Verstärker Kieselgur enthaltenden BMC-Massen mit denen von BMC-Massen, die keinen Verstärker oder als Verstärker Glasfasern enthalten, zeigt, daß Kieselgur die Biegespannung und die Bruchdehnung erhöht, während die Steifigkeit durch den Kieselgurzusatz erniedrigt wird und daß Kieselgur bei der Bruchdehnung bessere Ergebnisse als Glasfasern und darüber hinaus - absolut gesehen - den höchsten Wert liefert.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der Gegenstand der Erfin­ dung eine wertvolle Ergänzung der bereits bekannten Verstärker für Duro- und Thermoplaste darstellt, die es erlaubt, bestimmte Anwendungen in einem Maß zu optimieren, das bisher nicht erreichbar war.

Claims (11)

1. Verstärker für Duroplaste und Thermoplaste, der aus Teilchen besteht, deren Längen:Breiten-Verhältnis in der Größenordnung von 1 liegt, deren Materialdicke kleiner als die Breite ist und deren Anteil - bezogen auf den verstärkten Kunststoff - zwischen etwa 10 und etwa 50 Gew.-% liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenoberfläche reliefartig strukturiert ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Anteil zwischen etwa 30 und etwa 40 Gew.-% liegt.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Teilchengröße im Bereich zwischen etwa 5 und etwa 100 µm liegt.

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße bei etwa 20 µm liegt.

5. Verstärker nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teilchen als Hauptbe­ standteil SiO₂ enthalten.

6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teilchen < etwa 70 Gew.-% SiO₂ enthalten.

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Diatomeem, Radiolarien, Kieselgur, Radiolarienerde oder aus Mischungen dieser Substanzen bestehen.

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselgur und/oder die Radiolarienerde einen Tridymit- und/oder Cristobalitgehalt haben der - bezogen auf den Verstärker - insgesamt zwischen etwa 2 und etwa 60 Gew.-% liegt.

9. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er in Duroplaste und Thermoplaste aus der Gruppe eingebracht ist, welche aus Polyamiden, Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen und mindestens einen dieser Kunststoffe enthaltenden Gemischen besteht.

10. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zusammen mit einem Haftvermittler in duroplastischen und/oder thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt wird.

11. Verstärker nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in duroplastischen und/oder thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt wird, welche zusätzlich mindestens einen Füllstoff enthalten.