DE1963563A1 - Verfahren zur Herstellung von faserverstaerkten,synthetischen,thermoplastischen Artikeln - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von faserverstaerkten,synthetischen,thermoplastischen Artikeln

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DE1963563A1
DE1963563A1 DE19691963563 DE1963563A DE1963563A1 DE 1963563 A1 DE1963563 A1 DE 1963563A1 DE 19691963563 DE19691963563 DE 19691963563 DE 1963563 A DE1963563 A DE 1963563A DE 1963563 A1 DE1963563 A1 DE 1963563A1
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Description

PATENTANWÄLTE Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling DIpl.-Chem. Dipl.-Ing. Dipl.-Chem.
8000 MÖNCHEN 2
TAL 33
TELEFON 0811/226894
TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT
München 18. Dezember 1969 case P.21 575 / T 3422
Imperial Chemical Industries Limited London (Großbritannien)
Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten, synthetischen, thermoplastischen Artikeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her- '. stellung verstärkter synthetischer thermoplastischer Artikel bzw. auf die so hergestellten verstärkten Artikel.
Verstärkte thermoplastische Artikel werden im allgemeinen durch Compoundieren eines Verstärkungsmaterials' zusammen, mit einemihermoplastischen Material in z.B. einer Zweiwalzen- ' mühle oder in einem Extruder und anschließende Zerkleinerung des so erhaltenen K*repp bzw. Extrudats zur Erzeugung von Körnchen, die anschließend zur Gewinnung der erwünschten Artikel geformt werden, hergestellt. Ein Nachteil des Verfahrens dieser Art ist, daß, wenn das Verstärkungsmaterial faserig ist, die Fasern während des Compoundierens und der Herstellungstechniken zerbrochen bzw. zerrissen werden und es daher nicht möglich ist,
009827/1753
MOndlldw Abreden. Insbesondere durch Tatefon, bedürfen «dirmilcher Bestätigung Dresdner Bank MOnchen Kto. 108103 · Poetoehetfkonto MQndien 11 «74
Artikel mit langen Fasern zu erhalten. Ferner ist die Konzentration an den Fasern, die eingeführt werden können, bei diesen Compoundierungsverfahren begrenzt, da die Anwesenheit: der Fasern die Fließfähigkeit des thermoplastischen Materials reduziert.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten, synthetischen, thermoplastischen organischen polymeren Artikeln geschaffen, das darin besteht, daß man eine oder mehrere Schichten aus einem endlose Fasern enthaltenden Gewebe mit Schichten aus thermoplastischem Material schichtet, so daß die Schichtung mindestens eine Schicht aus dem endlose Fasern enthaltenden Gewebe zwischen zwei Schichten aus thermoplastischem Material enthält und daß man die Schichtung einem ausreichenden Druck und einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials unterwirft, so daß das thermoplastische Material unter Bildung eines lcntmaerlfehen Verbundstoff es, der das Fasergewebe einschließt, fließt.
Die gemäß der Erfindung verwendeten Fasergewebe sollen vorzugsweise auf der Basis von endlosen Fasern und nicht von Schnittfaserlängen aufgebaut sein, da gefunden wurde, daß diese
ο endlosen Fasern ein offeneres Gewebe ergeben und so die Impräjg-.
to nierung durch ein geschmolzenes Polymeres erleichtet wird.
*° Matten aus geschnitzelten Strängen können zwar verwendet werden,
. Il sind jedoch schwieriger gleichmäßig zu imprägnieren. Welche -j
cn Art von Fasergewebe auch verwendet wird, es wird bevorzugt, ω
daß die Fasern mit einem Kupplungsmittel ,das die Adhäsion zwischen den Fasern und dem thermoplastischen Material verbessert.
beschichtet sind. Die Fasern können anorganische Fasern, wie Glas7 Asbest-oder Kohlenstoffasem sein, und das gemäß der Erfindung bevorzugte Fasermaterial besteht aus einer Matte aus endlosen Glasfasern. Alternativ können die Fasern synthetische Fasern sein, vorausgesetzt, daß deren Schmelzpunkt über der Temperatur liegt, bei der die Schichtung dem Druck ausgesetzt wird; Nylon oder Polyäthylenterephthalat sind besonders geeignet. Die Fasermatte kann gewebt oder ungewebt sein, jenachdem, was erforderlich ist. Wenn die Matte gewebt ist, muß die Bindung ausreichend lose sein, um das thermoplastische Material durch die Fugen bzw. Maschen des Gewebes hindurch fließen zu lassen, wenn die Schichtung der Hitze und dem Druck ausgesetzt wird. Gefärbte Fasern, insbesondere Glasfasern können verwendet werden, um dem fertigen Formstück ein erwünschtes Aussehen zu verleihen.
Die Kunststoffschichten können in Form eines Filmes vorliegen, welche Form zweckmäßig ist, da durch dessen Verwendung der Kunststoff gleichmäßig und schnell während des Aufbaus. der Schichtung-verteilt wird. Ferner wurde die überraschende Tatsache gefunden, daß pulverisierte Thermoplaste oder Körnchen zu diesem Zweck verwendet werden können, wenn sie gleichmäßig über und unter dem Fasernetzwerk bei der Herstellung der Schichtung verteilt werden. Die Verwendung von Pulver ist besonders erwünscht, da dessen Verwendung eine vorherige Verarbeitung in einen Film oder in Körnchen erspart und da ferner dessen Verwendung die Einverleibung von bestimmten zusätzlichen Füllstoffen, wie sie nachstehend beschrieben sind, erleichtert. Altetna-
0 0 9827/1753
tiv können eine oder mehrere der Kunststoffschichten geschäumt werden, insbesondere können Schichten aus geschäumten Filmen verwendet werden.
Die Kunststoffschichten, die endlose Schichten, wie Bahnen oder Filme oder Schichten aus teilchenförmigen Materialien, wie Pulver oder Körner sein können, können aus irgendeinem geeigneten thermoplastischen Material bestehen, vorausgesetzt, daß es einen Schmelzpunkt unter der Temperatur hat, bei der das Gewebe bzw. die Matte aus endlosen Fasern beeinträchtigt wird. Die Dicke der Schicht, die verwendet werden kann, wird durch die Art des thermoplastischen Materials und die beim Preßvorgang angewendete Temperatur reguliert. Es wird bevorzugt, daß wenn die Schicht eine Bahn ist, die Bahnen nicht dicker als 1,27 cm (1/2" inch) sind, da es erforderlich ist, wenn dickere Bahnen verwendet werden, die Schichtung eine beträchtliche Zeit lang zu erhitzen, um zu gewährleisten, daß das plastische Material unter Bildung des kcntinuia-Qidien Verbindstoffes fließt. Beispiele für. geeignete Thermoplasten, aus denen die Bahnmaterialien geformt werden können, sind Polypropylen, Polyäthylen, Poly-4-methylpenten-1, Polymere und Mischpolymere aus Vinylchlorid, Polyäthylen terephthaiat, Polymere und Mischpolymere aus Acrylnitril,
insbesondere die Mischpolymeren aus Acrylnitril, Butadien und ο
ο Styrol, Polymere und Mischpolymere aus Methylmethacrylat, PoIy-
mere und Mischpolymere aus Formaldehyd und die verschiedenen ^ Polyamide (Nylons).
ω Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Schicht bzw. die Schichten aus thermoplastischem Material,
die mit: den Schichten aus dem Gewebe bzw. der Matte aus endlosen Fasern beschichtet werden, selbst einen faser- oder teilchenförmigen Füllstoff zusätzlich zu dem Fasergewebe bzw. der Fasermatte enthalten. Beispiele für geeignete Füllstoffe sind faserige anorganische Füllstoffe, wie Kohlenstoff, Glas . oder Asbestfasern; teilchenförmige anorganische Füllstoffe, wie Talk, Glimmer oder Glasplättchen oder Glaskügelchen; synthetische Fasern, wie Polyäthylenterephthalatfasern oder Polyamidfasern (Nylon) vorausgesetzt, daß die Fasern durch die zur Durchführung der Schichtung angewendeten Temperaturen nicht beeinträchtigt werden. Es wurde gefunden, daß wenn das thermoplastische Material in Form von Bahnen oder Körnern verwendet wird, zusätzlicher Verstärkungsfüllstoff zweckmäßigerweise erst in die Polymerkörnchen durch in der Technik bekannte Methoden, wie Heißmahlung oder Extrusionsmischung einverleibt werden kann. Wenn das verwendete thermoplastische Material in Form eines Pulvers vorliegt, kann das pulverisierte thermoplasteiche Polymere mit dem zusätzlichen Füllstoff vorvermischt werden und das Gemisch als thermoplastische Schicht verwendet werden. Verwendung von zusätzlichem Füllstoff, ob über bahnförmiges Material, Körnchen oder Pulver hat den Vorteil, daß ein höherer Gesamt- -. füllstoffgehalt mit demzufolge verbesserten Eigenschaften erhalten werden kann als es durch die Verwendung von Glasgeweben allein erreichbar ist, wobei die tatsächlichen Konzentrationen von der jeweiligen Polymer-Füllstoff-Kombination abhängen. Erforderlichenfalls können durch die Einverleibung von Farbstoffen und Pigmenten gefärbte Polymere verwendet werden.
0 09827/1753 '-
Pie Schichten innerhalb der Schichtung können in irgendeiner Weise angeordnet werden, wobei vorzugsweise die obere und untere Schicht aus thermoplastischem Material bestehen und die Anordnung derart ist, daß das thermoplastische Material unter Füllung der Fugen bzw. Maschen des endlosen Gewebes bzw. der endlosen Matte fließt, um einen kontdnueuiiiieri Verbutdstoff zu bilden, · wenn die Schichtung erhitzt und gepreßt wird. Vorzugsweise wer- f den die Schichten aus thermoplastischem Material und aus der Fasermatte abwechselnd geschichtet. Dies ist jedoch nicht wesentlich, sondern es können auch zwei Schichten der Matte bzw. des thermoplastischen Materials aufeinander liegen. Z.B. können drei benachbarte Schichten eine Schicht aus der Fasermatte, eine Schicht aus gefülltem thermoplastischen Material und eine Schicht aus ungefülltem thermoplastischen Material sein.
Bei dem ,Verfahren der Erfindung fließt das thermoplastische Material, wenn die Schichtung der Schichten erhitzt und dem Druck ausgesetzt wird, unter Bildung eines Verbundstoffes, der das faserige Verstärkungsmaterial einschließt. Die Kompression bringt das thermoplastische Material zum Fließen, um das faserige Material einzuhüllen und treibt im wesentlichen die ' gesamte Luft aus dem Zwischenraum zwischen dan Fasern und der' .
faserigen Masse aus.Wenn ein gleichförmig verstärktes Produkt ο
ο erhalten werden soll, soll die Fasermatte über ihre ganze Breite
gleichmäßig sein, bevor sie in die Schichtung gebracht wird.
-o- Die Schichtung der Schichten aus thermoplastischem Mate-
ω rial und den faserigen Matten kann in irgendeiner geeigneten
Weise erhitzt und komprimiert werden, beispielsweise kann sie zwischen Preßwalzen, die auf eine Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien erhitzt sind, geleitet werden. Zweckmäßigerweise wird die Schichtung durch eine Reihe von Preßwalzen, wie einen Kalander, ähnlich denjenigen, die bei der Herstellung von Metallbahnen verwendet werden, hindurchgeleitet. Alternativ kann die Schichtung in einer erhitzten Presse, die flach sein kanr> komprimiert und somit bahnförmiges Material erzeigt werden, ds zur anschließenden Wiedererhitzung und Formung geeignet ist, oder die obere und untere Oberfläche der Presse kann in geeigneter Weise so geformt sein, daß, sobald die Schichtung komprimiert wird, sie eine damit übereinstimmende Form annimmt und so ein Artikel erzeugt wird, entsprechend der ■ betreffenden Form. Bei Verwendung geeigneter, geformter Formen können geriffelte Bahnen oder gewölbte Gegenstände hergestellt werden. Die erhitzte Schichtung kann alternativ einer Prägebearbeitung unterworfen werden, die gleichzeitig bewirkt, daß der Thermoplast fließt, um das faserige Gewebe bzw. die faserige Matte einzuschließen und die Schichtung zu formen, so daß ein geformter Gegenstand der erforderlichen Form erzeugt wird.
Es wurde gefunden, daß verstärkte Thermoplasten, welche
° bis zu etwa 80% Verstärkungsmaterial enthalten, durch das Vero
^ fahren der Erfindung erhalten werden können. Die maximale Menge
^1 an Verstärkungsmaterial, die eingeschlossen werden kann, hängt * ^- ' ·
-»· von der Art des thermoplastischen Materials und des Füllstoffes ab, jedoch ist es im allgemeinen schwierig, einen krtärukrUdrai Verbundstoff aus dem thermoplastischen Material zu erhalten, der
mehr als 80 Gew.-% des faserigen Materials enthält. Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Vier Schichten aus einer endlose Glasstränge enthaltenden Matte wurden zur Einpassung in eine 38,Io χ 38,Io χ ο,316 cm (15" χ 15" χ 1/8") tiefe SchabIonenform geschnitten. Das Gesamtgewicht des Glases betrug 26o g. 415 g Polypropylenkörnchen wurden dann in fünf gleiche Gewichtsteile eingeteilt. Die Form wurde dann in der Reihenfolge - eine Schicht aus Polyethylenterephthalat film als Formlösmittel, 1/5 Teil der Polypropylencharge, die über die Formfläche ausgebreitet wurde, mit anschließenden abwechselnden Schichten aus Strangmatten und Teilen der Polypropylencharge, die gleichmäßig über die Formschicht ausgebreitet wurden, gefüllt. Eine zweite Schicht aus Formlösfilm wurde schließlich über die Charge gebracht. Die Form wurde dann geschlossen und zwischen erhitzte Platten einer Presse ge-
ο bracht, die bei einer Temperatur von 215 C erhitzt wurde. Nach
Feststellen der Preßwalzen auf der Form während fünf Minuten als Vorerhitzung wurde ein Druck von 28,12 at (ο,2 tons per square inch) für weitere fünf Minuten.angelegt, worauf die o Walzen auf 5o°C unter dem gleichen Druck Io Minuten lang gekühlt
co wurden.
CJD NJ
^ Die entstehende Bahn war o,356 cm (0,1 lio inch) dick,
cn besaß einen Füllstoffgehalt, gemessen durch den Aschengehalt von 32,7% (Gew./Gew.) und einen Biegemodul von o,385 χ Io kg/
cm2 (5,47 χ lo5 psi).
Beispiel 2
Acht Schichten einer Matte aus- endlosen Glassträngen wurden zur Einpassung in eine 16.5 χ 16,5 χ ο,316 cm (6 1/2" χ 6 1/2" χ 1/8") tiefe Schablonenform geschnitten. Dieses Glas wog 83,8 g. 3o,5 g von feinem Polypropylenpulver und 38,1 g Glimmer wurden ausgewogen und intensiv miteinander vermischt^ und das Gemisch wurde in neun gleiche Teile geteilt. Die Form wurde dann in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben mit abwechselnden Schichten aus endlosen Glassträngen und dem Polypropylen/Glimmer-Gemisch gefüllt. Das Material wurde bei einer Temperatur von 22o°C gepreßt. Dann wurde erst fünf Minuten lang vorerhitzt, dann ein Druck von 14o,6 at (l,o ton. per square inch) fünf Minuten lang angelegt, worauf bei dem gleichen Druck gekühlt wurde.
Die erhaltene geformte Bahn war o,366 cm (orl44 inch)'
dick mit einem Gesamtfüllstoffgehalt (Asche) von 79,8 Gew.-%
5 2 5 und einem Biegemodul von o,621 χ Io kg/cm (8,83 χ Io psi).
Beispiel 3
° Sechs Schichten einer Glasmatte aus endlosen Glassträn-
^0 gen wurden zur Einpassung in eine 38,Io χ 38,Io χ ο,316 cm
\ (15" χ 15" χ 1/8") tiefe Schablonenform geschnitten. Das Glas
"•J wog 415 g. 33o g Körnchen aus 3o% (Gew./Gew.) glasgefülltem cn
^3 Propylen wurden dann ausgewogen und in sieben gleiche Teile eingeteilt. Die Form wurde dann, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit
τ Io -
abwechselnden Schichten aus glasgefülltem Polypropylen und endlosen Strangmatten gefüllt. Die Form wurde bei einer Temperatur von 21o°C gepreßt. Nach einer Verweilzeit von Io Minuten wurde bei 7o,3 at (ο,5 tons per square inch) fünf Minuten lang gepreßt, worauf unter dem gleichen Druck gekühlt wurde.
Die erhaltene Bahn war o,374 cm (o,147 inch) dick,
enthielt 62,5 Gew.-% Gesamtfüllstoff und besaß einen Biege-
5 2 5
modul von ο,865 χ Io kg/cm (12,28 χ Io psi).
Beispiel 4
Eine Schicht aus einer Matte aus endlosen Glassträngen wurde zu 15,24 cm χ 15,24 cm (6" χ 6") geschnitten. Es wurden zwei Stücke, ebenfalls 15,24 cm , aus einer Bahn eines transparenten, steifen PVC einer Dicke von o,o5o8 cm (o,o2o inch) geschnitten. Die Mattenschicht wurde zwischen zwei PVC-Stücken eingelagert, und die Materialien wurden ohne Schablonen- und ohne Formlösfilm zwischen zwei Glasurwalzen gepreßt. Die Walzentemperatur war 16o°C, und nach einer Vorerhitz-Verweilzeit von Io Minuten wurde fünf Minuten lang bei 42,18 at (ο,3 tons
per square inch) gepreßt, worauf unter dem gleichen Druck geo
σ kühlt wurde.
CD
OO
K)
\ Die entstehende Bahn war o,117 cm (o,ori6 inch) dick,
>j enthielt 27,7% Glas und hatte einen Biegemodul von o,425 χ Io cn .
2 5
°° kg/cm (6,olJx Io psi). Infolge der transparenten Art des die Glasmattenschicht umgebenden Verbundstoffes hatte die geformte Bahn ein attraktives und angenehmes Aussehen und eigenete sich
gut zu dekorativen Anwendungen.
Beispiel .5
Neun Schichten aus einer endlose Glasstränge enthaltenden Hatte wurden zur Einpassung in eine 16,5 χ 16,5 χ or318 cm (6 1/2" χ 6 1/2". χ 1/8") tiefen Schablonenform geschnitten und abwechselnd mit Schichten aus einem Gemisch von steifem Polyvinylchloridpulver und Glimmer (enthaltend 5o% Glimmer) in der Form geschichtet. Die Form wurde auf eine Temperatur von 19o°C und einen Druck von 14o,6 at (ί,ο ton per square inch) unter Verwendung des in den vorigen Beispielen beschriebenen Standardformzyklus eingestellt.
Die entstehende Bahn war o,363 cm (ο,ΐΌ inch) dick, hatte einen Füllstoffgehalt von 74,o%, einen Biegemodul von 1,55 χ Io kg/cm (22,oo χ Io psi) und eine Schlagfestigkeit
2 von 91,5 cm kg/cm (42,6 ft-lbs per square inch).
Beispiel 6 Das Verfahren von Beispiel 5 wurde unter Ersatz des Q Polyvinylchlorids durch ein Acrylnitril-Styrol-Mischpolymeres
oo wiederholt. Es wurden neun Mattenschichten verwendet, entsprechend
-J 47,2% (Gew./Gew.), wobei der Verbundstoff aus Glimmer und ACNS
^ den Gesamtfüllstoffgehalt auf 73,6% bringt. Die Fonntemperatur ω war 21o°C und der Formdruck 14o,6 at (Ι,ο ton/square inch).
Die Bahn war ο,363 cm (ο,143 Inch) dick und besaß einen Gesamtfüllstoffgehalt von 66,5%. Sie war extrem steif für einen verstärkten Thermoplasten, hatte einen Biegemodul
5 2 5
von 2,14 χ Io kg/cm (3o,56 χ Io psl) und eine Schlagfestig-
keit von 7o cm kg/cm (32,6 ft-Ib per square inch).
009827/17B3

Claims (5)

- 13 Patentansprüche
1) ' Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten,
synthetischen, thermoplastischen organischen polymeren Artikeln, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere Schichten aus einer Matte oder einem Gewebe aus endlosen Fasern mit Schichten aus thermoplastischem Material so schichtet, daß die Schichtung mindestens eine Schicht aus dem Gewebe oder der Matte aus endlosen Fasern zwischen zwei Schichten aus thermoplastischem Material enthält und daß man die Schichtung einem ausreichenden Druck und einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials unterwirft, so daß das thermoplastische Material unter Bildung eines krtdrsierüchai VatudstafTes , der das Fasergewebe bzw. die Fasermatte einschließt, fließt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein endloses Fasergewebe bzw. eine endlose Fasermatte auf Basis von endlosen Fasern verwendet.
3) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern mit einem Kupplungs mittel beschichtet, das die Adhäsion zwischen den Fasern und dem thermoplastischen Material verbessert.
4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als eine oder mehrere der Schichten aus thermoplastischem Material geschäumte Schichten ver-
»09827/17i3
5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schicht oder Schichten aus thermoplastischem Material verwendet, die selbst einen faserigen oder teilchenförmigen Füllstoff enthalten.
009827/1753
DE19691963563 1968-12-18 1969-12-18 Verfahren zur Herstellung von faserverstaerkten,synthetischen,thermoplastischen Artikeln Pending DE1963563A1 (de)

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DE1963563A1 true DE1963563A1 (de) 1970-07-02

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