DE1966299A1 - Method of making a composite - Google Patents
Method of making a compositeInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/05—Mixers using radiation, e.g. magnetic fields or microwaves to mix the material
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Description
PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 8O, MAUERKiRCHERSTR. 48PATENT LAWYERS 8 MUNICH 8O, MAUERKiRCHERSTR. 48
Monsanto Company
St. Louis, Missouri / USAMonsanto Company
St. Louis, Missouri / USA
"Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes""Process for the production of a composite material"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes aus orientiertem Füllstoff in einem Polymerisat.The invention relates to a method for producing a composite of oriented filler in one Polymer.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Orientieren von Füllst off materialien in einer polymeren Zubereitung. EbensoIn a preferred embodiment, the present relates to Invention a method for orienting filler materials in a polymeric preparation. as well
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betrifft diese Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren zur Bildung eines Kraftfeldes in einer Füllstoffsuspension in einem Präpolymerisatsys.tem, durch welches die Püllstoffteilchen in einer einheitlichen Richtung orientiert werden und das System zur Fixierung der Püllstoffteilchen in ihrer orientierten Lage polymerisiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Kraftfeldes einer Füllstoffsuspension in einem nicht-viskosen geschmolzenen Polymerisat, wodurch die Püllstoffteilchen in einheitlicher Richtung orientiert werden und das Semisch gekühlt wird, um die Püllstoffteilchen in ihrer orientierten Lage zu fixieren.This invention relates in a preferred embodiment to a method for forming a force field in a Filler suspension in a prepolymer system through which the filler particles move in a uniform direction are oriented and polymerized the system for fixing the powder particles in their oriented position will. The invention also relates to a method for forming a force field in a filler suspension a non-viscous molten polymer, whereby the filler particles are oriented in a uniform direction and the semicircle is cooled in order to fix the powder particles in their oriented position.
!Das Rühren oder Bewegen bzw. Rütteln von Flüssigkeiten oder Pulvern in einem Behälter wird üblicherweise durch mechanische Vorrichtungen bewirkt, wie durch eingetauchte Rührschaufeln bzw. -blätter, die sich drehen oder schwingen, eingetauchte stationäre Schaufeln bzw. Blätter mit einem sich drehenden oder schwingenden Behälter und eingetauchte Schaufeln bzw. Blätter und Behälter, die sich beide sowohl umeinander drehen wie schwingen. In manchen Fällen, wo man die zu rührende Flüssigkeit vollständig isoliert halten will, wird der Rührvorgang unter Vermeidung von in die Flüssigkeit eingetauchter Rühr vorrichtungen bewirkt. So bewirkt beispielsweise die physikalische! Stirring or moving or shaking liquids or powders in a container is usually done by mechanical devices, such as submerged stirring paddles that rotate or vibrate, co-operate with submerged stationary paddles a rotating or vibrating container and submerged blades or leaves and containers that move both rotate around each other as well as swing. In some cases where you can completely stir the liquid Wants to keep isolated, the stirring process is carried out avoiding stirring devices immersed in the liquid causes. For example, the physical
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Trägheit des Inhalts eine Durchmischung, wenn man den Behälter in Schwingungen versetzt. Weiterhin wurde "bereits eine Durchmischung mittels eines magnetischen Rührelementes, gewöhnlich ein Permanentmagnet in Stabform, durchgeführt, wobei der Stab magnetisch mit einem rotierenden Außenmagnet gekuppelt wird.Inertia of the contents mixing when the container is vibrated. Furthermore, "already mixing is carried out by means of a magnetic stirring element, usually a permanent magnet in the form of a rod, the rod being magnetically coupled to a rotating external magnet.
Es wurden weiterhin Versuche unternommen, Schallwellen zum Rühren von Flüssigkeiten zu verwenden. Ein derartiges Verfahren ist in der U.S.-Patentschrift 2 693 394 beschrieben. Weiterhin wurden akustisch-mechanische Transducer verwendet, um das Rühren von Flüssigkeiten ohne herkömmliche mechanische Rührwerke zu erreichen. Eine Vorrichtung dieser Art ist in der U.S.-Patentschrift 3 072 808 beschrieben. Jedoch besitzen diese Verfahren alle den Nachteil, daß sie genau genommen auf Flüssigkeiten beschränkt sind und nur noch für partikelförmige Materialien verwendet werden können. Darüber hinaus haben die partikelförmigen Materialien, die verwendet werden können, im allgemeinen eine hohe Dichte, wodurch entsprechend groß ausgelegte Vorrichtungen im Hinblick auf die zu leistende Kraft notwendig werden.Attempts continued to be made to sound waves to be used for stirring liquids. One such method is described in U.S. Patent 2,693,394. Furthermore, acoustic-mechanical transducers were used to measure liquids without stirring to achieve conventional mechanical agitators. An apparatus of this type is shown in U.S. Patent 3 072 808. However, these methods all have the disadvantage that, strictly speaking, they apply to liquids are limited and can only be used for particulate materials. In addition, have the particulate materials that can be used generally have a high density, thereby correspondingly large-scale devices with regard to the force to be performed become necessary.
Es wurden bisher auch zahlreiche Untersuchungen hinsieht-· lieh der gesteuerten Orientierung von synthetischen Fa-So far, numerous investigations have also been looked at- lent the controlled orientation of synthetic fibers
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serrf durch elektrostatische Vorrichtungen vorgenommen, wie z.B. bei. der Herstellung von Fasertapeten. Bei diesen Verfahren wird ein starkes, elektrostatisches Feld zur Orientierung der Fasern verwendet in einer im wesentlichen zur Oberfläche des Papiers oder des Substrats senkrechten Richtung. Es wurden ebenso in der Textilindustrie elektrostatische Dispersions- und Orientierungsverfahren zur Steuerung des Faserverlaufs angewandt. Jedoch waren bei allen diesen Verfahren nach dem Stande der Technik die verwendeten Medien gasförmige Nichtleiter, wie beispielsweise Luft.serrf made by electrostatic devices, such as at. the production of fiber wallpapers. In this process, a strong, electrostatic field is used Orientation of the fibers used is substantially perpendicular to the surface of the paper or substrate Direction. Electrostatic dispersion and orientation processes have also been used in the textile industry Control of the fiber flow applied. However, in all of these prior art methods, the media used, gaseous non-conductors, such as air.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das geeignet ist, eine einheitliche Dispersion von teilchenformigem Material während der Polymerisation eines flüssigen Mediums beizubehalten, bis die Viskosität desselben einen Punkt erreicht, wo sie ausreichend groß ist, um eine weitere Bewegung und das Absitzen der Partikel zu verhindern.It is therefore an object of the present invention to provide a method which is capable of a uniform Dispersion of particulate material during polymerization of a liquid medium until its viscosity reaches a point where it is sufficient is large to prevent further movement and settling of the particles.
Dae erfindungsgemäße Verfahren wird durch die Zeichnungen näher erläutert, in denen entsprechende Vorrichtungen mit neuartigen Merkmalen hinsichtlich ihrer Form, Konstruktion, Anordnung und Kombination für die Durchführung des Verfahrens gezeigt werden.The method according to the invention is illustrated by the drawings explained in more detail, in which corresponding devices with novel features with regard to their shape, construction, Arrangement and combination for carrying out the method are shown.
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In den begleitenden Zeichnungen (5 Blatt) ist;In the accompanying drawings (5 sheets) is;
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die die Eigenschaften des Zeta-Potentials erläutert und das Zeta-Potential für eine Außenhülle und eine Anordnung von Ionen um ein Teilchen zeigt;Fig. 1 is a schematic illustration which explains the properties of the zeta potential and the zeta potential shows for an outer shell and an arrangement of ions around a particle;
Fig. 2 ein Diagramm, das die Wirkung der Abnahme des "Fig. 2 is a graph showing the effect of the decrease in "
elektrischen Potentials als Funktion der Entfernung von der Partikeloberfläche zeigt;electrical potential as a function of distance from the particle surface shows;
Fig. 3 ein schematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 is a schematic side elevation of a reaction vessel for carrying out the method according to the invention;
Fig. 4 ein schematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- j rens, wobei eine modifizierte Form der hier verwendeten Elektroden gezeigt wird;4 shows a schematic side elevation of a reaction vessel for carrying out the method according to the invention rens showing a modified form of the electrodes used herein;
Fig. 5 ein schematischer Seitenaufriß einer leicht modifizierten Form eines Reaktionsgefäßes für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die zufällige Orientierung des partikelförmigen Materials in einemFig. 5 is a schematic side elevation of a slightly modified form of reaction vessel for the implementation of the method according to the invention, the random Orientation of the particulate material in one
Lobt-leitenden flüssigen Medium kurz nach der Erzeugung -.'.,*t-i-:~i iilekirtüüiien Feldes gezeigt wird;Lobt-conducting liquid medium shortly after the generation -. '., * Ti-: ~ i iilekirtüüiien field is shown;
9 ν fi %%* f i '■■-' fi ? 9AD λβ,-.. - 6 - 9 ν fi %% * fi '■■ -' fi ? 9AD λβ, - .. - 6 -
Fig. 6 ein sehematischer Seitenaufriß des Reaktionsgefässes von Fig. 5, wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials nach der Erzeugung des elektrischen Feldes nach einer etwas längeren Dauer gezeigt wirdj6 is a schematic side elevation of the reaction vessel of Fig. 5, the distribution of the particulate material after the generation of the electric field according to a slightly longer duration is shown j
Fig. 7 ein sehematischer Seitenaufriß des Reaktionsgefässes von Fig. 5, wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials in einer ähnlichen Weise gezeigt wird, wie sie in Fig. 6 erläutert wird, ausgenommen nach einer längeren Dauer;Fig. 7 is a schematic side elevation of the reaction vessel of Fig. 5 showing the distribution of particulate matter in a manner similar to that shown in FIG is illustrated in Figure 6, except after a longer period;
Fig. 8 ein sehematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes, das dem von Fig. 5 ähnlich ist, wobei die Anordnung des partikelförmigen Materials gezeigt wird, nachdem die gesamte Bewegung des partikelförmigen Materials aufgehört hat;8 is a schematic side elevation of a reaction vessel; which is similar to that of Fig. 5, the arrangement of the particulate material being shown after all movement of the particulate material has ceased;
Fig. 9 ein scheraatiseher Seitenaufriß einer weiteren Modifikation des Reaktionsgefäßes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials in einem nicht leitenden flüssigen Medium nach der Erzeugung eines elektrischen Feldes gezeigt wird;Fig. 9 is a schematic side elevation of another modification of the reaction vessel for carrying out the process according to the invention, the distribution of the particulate Material in a non-conductive liquid medium after the creation of an electric field will be shown;
Fig. 10 ein sehematischer Seitenaufriß einer weiterenFig. 10 is a schematic side elevation of another
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modifizierten Form des Reaktionsgefäßes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials in einem nicht-leitenden flüssigen Medium gezeigt wird, wenn kein elektrisches Feld erzeugt worden war;modified form of the reaction vessel to carry out of the method according to the invention, wherein the distribution of the particulate material in a non-conductive liquid medium is shown when no electric field has been generated;
Fig. 11 ein schematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes, das dem von Fig. 10 ähnlich ist, wobei die Vertei- λ lung des partikelförmigen Materials gezeigt wird, nachdem während 9 Minuten ein elektrisches Feld erzeugt worden war;. FIG. 11 is a schematic side elevation of a reaction vessel, which is similar to that of Figure 10, wherein the distribution lung λ is shown of the particulate material after for 9 minutes, an electric field was generated;
Fig. 12 ein schematischer Seitenaufriß des Reaktors von Fig. 10, wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials gezeigt wird, nachdem 3 Minuten ein viel stärkeres elektrisches Feld im Reaktionsgefäß erzeugt worden war;FIG. 12 is a schematic side elevation of the reactor of FIG Figure 10, showing the distribution of particulate matter after 3 minutes a much stronger one electric field was generated in the reaction vessel;
Fig. 13 ein schematischer Seitenaufriß der modifizierten Form eines Reaktionsgefäßes, wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials gezeigt wird, wenn kein elektrisches Feld im Reaktionsgefäß erzeugt worden war;Fig. 13 is a schematic side elevation of the modified form of a reaction vessel showing the distribution of the particulate matter is shown when no electric field has been generated in the reaction vessel;
Fig. 14 ein schematischer Seitenaufriß des Reaktionsgefäßes von Fig. 13» wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials gezeigt wird, nachdem 1 Minute lang ein elektrisches Feld in dem Reaktionsgefäß erzeugt worden war;Figure 14 is a schematic side elevation of the reaction vessel of Figure 13, showing the distribution of particulate matter after 1 minute an electric field was generated in the reaction vessel;
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Fig. 15 ein schematischer Seitenaufriß des Reaktionsgefäßes von Fig. 13» wobei die Verteilung des partikelförmigen Materials gezeigt ist, nachdem 10 Minuten lang ein elektrisches Feld erzeugt worden war;Figure 15 is a schematic side elevation of the reaction vessel of Fig. 13 »where the distribution of the particulate Material is shown after an electric field has been generated for 10 minutes;
Fig. 16 ein schematischer·Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes mit flachen Elektroden, wobei das Kraftfeld und das Fließen des Fluidums in diesem gezeigt wirdJFigure 16 is a schematic side elevation of a reaction vessel with flat electrodes, showing the force field and the flow of fluid in it
Fig. 17 ein schematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes mit zugespitzten Elektroden, wobei das Kraftfeld und das Fließen des Fluidums in diesem gezeigt wird;17 is a schematic side elevation of a reaction vessel with pointed electrodes, the force field and showing the flow of fluid therein;
Fig. 18 ein schematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes mit einer flachen und einer zugespitzten Elektrode, wobei das Kraftfeld und das Fließen des Fluidums darin gezeigt wird, und18 is a schematic side elevation of a reaction vessel with a flat and a pointed electrode; showing the force field and the flow of fluid therein, and
Fig. 19 ein schematischer Seitenaufriß eines Reaktionsgefäßes mit flachen parallelen Platten, die die gleiche Größe wie das Reaktionsgefäß haben und das gebildete Kraftfeld zeigen.Figure 19 is a schematic side elevation of a reaction vessel with flat parallel plates that are the same Have the size of the reaction vessel and show the force field formed.
Da die Verwendung elektrischer Phänomene zur SteuerungBecause the use of electrical phenomena for control
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des Verhaltens von partike-lförmigem Material in einem fließenden Medium ein relativ neues Gebiet ist, erscheint es notwendig, die folgenden Definitionen für die hier verwendeten Bezeichnungen zu geben.the behavior of particulate material in one fluent medium is a relatively new field, it seems necessary to use the following definitions for here to give the terms used.
Elektrostatisches Potential - die Potentialdifferenz, die in einem elektrischen Feld verbleibend auftritt. Elektrostatische Wirkungen oder Phänomene sind im Gegensatz zu elektromotorischen oder elektrokinetischen Kräften das Ergebnis von Coulomb-Kräften. Diese Wirkungen sind im allgemeinen in einem gasförmigen Medium vorherrschend und können zur Bewegungssteuerung von partikelförmigen Materialien in Luft verwendet werden, wie bei dem elektrostatischen Farbspritzen, Faserausflocken, der Xerographie und dem elektrostatischen Schablonensiebdruck. Electrostatic potential - the potential difference that occurs remaining in an electric field. In contrast to electromotive or electrokinetic forces, electrostatic effects or phenomena are the result of Coulomb forces. These effects are generally prevalent in a gaseous medium and can be used to control the movement of particulate materials in air such as in electrostatic paint spraying, fiber flocculation, xerography and electrostatic stencil printing.
Elektrokinetisches Potential - die Potentialdifferenz, die in einem elektrischen Feld als Ergebnis der relativen Bewegung zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit an der Peststoff/Flüssigkeitsgrenzfläche, mitunter als Zeta-Potential bekannt, auftritt, Elektrokinetische Wirkungen oder Phänomene, die diese relative Bewegung begleiten sind Electrokinetic Potential - the potential difference that occurs in an electric field as a result of relative movement between a solid and a liquid at the substance / liquid interface, sometimes known as the zeta potential, which are electrokinetic effects or phenomena that accompany this relative movement
(1) Elektroosmose, d.h. Bewegung einer Flüssigkeit entlang eines Feststoffs in einem elektrischen Feld,(1) electroosmosis, i.e. movement of a liquid along a solid in an electric field,
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(2) Elektrophorese oder Kataphorese, d.h. Bewegung eines Peststoffs, der in einer Flüssigkeit suspendiert ist, in einem elektrischen Feld,(2) electrophoresis or cataphoresis, i.e. movement of one Pesticide suspended in a liquid in an electric field,
(3) Strömungspotential, d.h. Bildung einer Potentialdifferenz zwischen dem Anfluß- und Abflußteil einer Flüssigkeitsader, die an einem Festkörper vorbeiläuft, und(3) streaming potential, i.e. formation of a potential difference between the inflow and outflow part of a fluid vein, which passes a solid, and
(4) Niederschlagspotential, d.h. die Bildung einer Potentialdifferenz zwischen oben und unten in einem Behälter, in welchem ein in einer Flüssigkeit suspendiertes festes Pulver sich allmählich zum Boden absetzt.(4) Precipitation potential, i.e. the formation of a potential difference between top and bottom in a container in which a solid suspended in a liquid Powder gradually settles to the bottom.
Kraftfeld (Feldkraft) - ein Feld oder eine unter dem Einflußbereich einer elektrischen Kraft stehende Region, wobei das elektrokinetische Potential einen signifikanten Beitrag zu der Gesamtkraft bildet und oftmals in der Gesamtkraft vorherrscht. Während Coulomb-Kräfte vorhanden sein können, sind elektrokinetische Kräfte, die sich aus der Bildung eines Zeta-Potentials ergeben, beträchtlich. Force field (field force) - a field or a region under the influence of an electrical force, where the electrokinetic potential makes a significant contribution to the total force and often predominates in the total force. While Coulomb forces can be present, electrokinetic forces resulting from the formation of a zeta potential are considerable.
Dispersion - eine Suspension von partikelförmigem Material in einem flüssigen Medium, in dem die Fasern oder Teilchen nicht durch anderes teilchenförmiges Material eingeengt sind und das partikelförmige Material sich in allen Dimensionen bewegen kann. Dispersion - a suspension of particulate material in a liquid medium in which the fibers or particles are not constricted by other particulate material and the particulate material can move in all dimensions.
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Orientierung - ein Zustand einer dreidimensionalen vorbestimmten lagemäßigen Anordnung in einem flüssigen Medium. Orientation - a state of three-dimensional predetermined positional arrangement in a liquid medium.
Packung - der Grad, in welchem das partikelförmige Material ein Raumvolumen ausfüllt. Packing - the degree to which the particulate material fills a volume of space.
stäbohenartiges -partikelförmiges Material - als "Faser" g rod-like - particulate material - as "fiber" g
definiert.Are defined.
Mischen - die Bezeichnung "Mischen" wird hier in ihrer in diesem Fachgebiet allgemein anerkannten Bedeutung verwendet, d.h. als Vereinigen oder Kombinieren zu einem Gemisch oder Agglomerieren oder Verschmelzen zur Bildung eines mehr oder weniger homogenen Ganzen. Diese Definition beinhaltet nicht den vollkommenen Verlust der Identität eines Elements und die Elemente wie faseriges Material oder partikelförmiges Material sind zu unterscheiden. Die Bezeichnung "Mischen" beinhaltet den Vorgang des Vermischens, Vermengens. Mixing - the term "mixing" is used herein in its generally accepted meaning in the art, ie as combining or combining into a mixture or agglomerating or fusing to form a more or less homogeneous whole. This definition does not include the complete loss of identity of an element and elements such as fibrous material or particulate material must be distinguished. The term "mixing" includes the process of mixing, blending.
Seitenverhältnis - eine Vergleichsbezeichnung, die durch !Teilen der Nennlänge durch den NenndurGhmesser (Querschnitt) des partikelförmigen Materials erhalten wird. (Die Wirksamkeit der Verstärkung in Verbundsystemen ist Aspect ratio - a comparative term obtained by dividing the nominal length by the nominal diameter (cross section) of the particulate material. (The effectiveness of reinforcement in composite systems is
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unmittelbar abhängig von dem Seitenverhältnis des als Füllstoff verwendeten teilchenförmigen Materials).directly dependent on the aspect ratio of the particulate material used as filler).
Teilchenförmiges Material (Füllstoff) - sehr kleine Teilchen eines Feststoffs einer Größe, die ausreichend ist, physikalische und mechanische Masseneigenschaften des Feststoffs aufzuweisen. "Partikel" werden'als teilchenförmiges Material mit einem kleineren Seitenverhältnis als 5, "Fasern" als partikelförmiges Material mit einem Seitenverhältnis größer als 5 definiert. (Bei der Bestimmung des Seitenverhältnisses von partikelförmigem Material, das keine kreisförmigen Querschnitte aufweist, wird die Länge der Faser mit einem äquivalenten Durchmesser eines Kreises verglichen, der den gleichen Durchschnitt skreisumfang wie das partikelförmige Material hat). Particulate matter (filler) - very small particles of a solid of a size sufficient to have physical and mechanical bulk properties of the solid. "Particles" are defined as particulate material with an aspect ratio less than 5, "fibers" as particulate material with an aspect ratio greater than 5. (In determining the aspect ratio of particulate material that is not circular in cross-section, the length of the fiber is compared to an equivalent diameter of a circle that has the same average circumference as the particulate material).
Whisker - eine monokristalline Faser. Whisker - a monocrystalline fiber.
Verstärkung - die Bezeichnung "Verstärkung" wird hier in erster Linie im Hinblick auf eine Verbesserung der Eigenschaften eines Elements im mechanischen oder strukturellen Sinne, wie einer Verbesserung der Festigkeit, des Moduls, · der Schlagzähigkeit, des Kriechens (Fließens, Verformung) verwendet. Reinforcement - the term "reinforcement" is used here primarily with a view to improving the properties of an element in the mechanical or structural sense, such as improving strength, modulus, impact strength, creep (flow, deformation).
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KupplunA"smi1tel - ein Mittel, das "bewirken soll, daß die Oberfläche einer Verstärkungsfaser mit einer Grundmasse (Matrix) "bindet, wie im PaIIe von Aminosilanen. Coupling "smi1tel" - a means which "is supposed to cause the surface of a reinforcing fiber to bond with a matrix", as in the pallet of aminosilanes.
thermoplastik - ein Harzkunststoff, der ohne Abbau bei Hitze und Druck fließen kann, wie Polystyrol, Polypropylen und die Polycarbonate usw. thermoplastic - a resin plastic that can flow under heat and pressure without degradation, like polystyrene, polypropylene and the polycarbonates etc.
Hitzehärtbar - ein Harz oder Kunststoff, der nicht ohne Abbau unter den Bedingungen von Hitze und Druck fließt, wie die Phenol-, Epoxy-, Polyester- und Polyimidharze usw. Thermosetting - a resin or plastic that does not flow under the conditions of heat and pressure without degradation, such as the phenolic, epoxy, polyester and polyimide resins, etc.
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren, bei dem elektrokinetische Phänomene zum Bewirken verschiedener physikalischer und chemischer Änderungen verv/endet werden. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung das Orientieren und die Packung von partikel-The present invention relates generally to a method in which electrokinetic phenomena are caused various physical and chemical changes can be used. In particular, this relates to Invention of orienting and packing of particulate
fö'rfiiigen Materialien in einem flüssigen Medium, wie einem Präpolymerisatsystem. Im allgemeinen wird der Füllstoff, der aus Verstärkungsfasern bestehen kann, in ein flüssiges «Iedium, das eine niederere Dielektrizitätskonstante h&t, eingeführt und in einer vorbestimmten Stellung ausfei'Vrioatet, in der er gehalten wird, während das Medium ii Kühlen odor Polymerisation verfestigt wird. Im beist es Möglich, unter Verwendung eines Kraftfel-pourable materials in a liquid medium, such as a Prepolymer system. In general, the filler, which can consist of reinforcing fibers, into a liquid medium with a lower dielectric constant h & t, introduced and released in a predetermined position, in which it is held while the medium is solidified ii cooling or polymerization. In the bye it is possible to use a force field
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des, das durch, eine aus partikelförmigem Material enthaltende flüssige Matrix gebildet wird, die folgenden Ergebnisse zu erhalten:des, by, containing a particulate material liquid matrix is formed to obtain the following results:
1. Entwirren der lasern1. Untangling the lasers
2. Dispergieren der Fasern2. Disperse the fibers
3. Orientieren der Fasern in dem flüssigen Medium nach, einem vorbestimmten Muster3. Orientation of the fibers in the liquid medium according to, a predetermined pattern
4·. Mischen der Fasern mit der Matrix ohne jede merkliche physikalische Schädigung der Fasern und4 ·. Mixing the fibers with the matrix without any noticeable physical damage to the fibers and
5. Packen der Fasern in der vorbestimmten gewünschten Anordnung, 5. packing the fibers in the predetermined desired arrangement,
Es sind im allgemeinen drei verschiedene Kräfte, die aus einer Entfernung wirken und die zum Bewegen von partikelförmigem Material verwendet werden können. Es sind dies die Gravitations-, magnetischen und elektrischen Kräfte. Diese Kräfte wirken im allgemeinen einzeln auf jedes Teilchen oder auf jede Faser und beruhen nicht unbedingt auf einem mechaniseuen Kuppeln oder dem Zusammenspiel von Partikeln. Jedoch weisen die Gravitations- und magnetischen Kräfte verschiedene Fachteile auf, wie die Notwendigkeit, daß bei einem magnetischen System entweder die Teilchen oder die Flüssigkeit ferromagnetisch sein müssen, um wirksame Geschwindigkeiten au erreichen. In ähnlicherThere are generally three different forces acting from a distance and acting to move particulate matter Material can be used. These are the gravitational, magnetic and electrical forces. These forces generally act individually on each particle or on each fiber and are not necessarily based on mechanical domes or the interaction of Particles. However, the gravitational and magnetic forces have different components, such as the need to that in a magnetic system either the particles or the liquid must be ferromagnetic, to achieve effective speeds au. In a similar way
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Weise Weist die Verwendung von Gravitationskräften verschiedene Nachteile auf, wie beispielsweise die Beschränkung der Bewegung auf praktisch nur eine Richtung. Es wurde gefunden, daß elektrische Kräfte für eine allgemeine Anwendung besonders brauchbar sind.The use of gravitational forces has several disadvantages, such as the limitation of movement in practically only one direction. It has been found that electrical forces for a general Application are particularly useful.
Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, eine elektrische Kraftquelle zur Bildung einer Potentialdifferenz in dem Behälter zu bilden. Die auf das System wirkenden Kräfte, die zum Fließen der Flüssigkeit beitragen, wirken innerhalb eines vorbestimmten Volumteiles dieses Systems. Die Art der Kräfte, ihre Richtungen und ihre Lage hängt von der Größe und Formgebung des Kessels und der der Elektroden ab. Die Formgebung des Kessels wird im allgemeinen von der Form und Größe des gewünschten Endprodukts bestimmt. Die Formgebung der Elektroden ist von der gewünschten Verteilung des partikelförmigen Materials in dem Produkt abhängig.· Die Art der Kräfte, die Richtungen und die lage derselben werden ferner von dem elektrischen Feld beeinflußt und sie sind weiterhin von den elektrischen Eigenschaften des Systems abhängig.To carry out the present invention, it is necessary to have an electrical power source for forming a Form potential difference in the container. The forces acting on the system that cause the fluid to flow contribute, act within a predetermined volume part of this system. The nature of the forces, their directions and their location depends on the size and shape of the kettle and that of the electrodes. The shape of the Kettle is generally determined by the shape and size of the final product desired. The shape of the electrodes depends on the desired distribution of the particulate material in the product. · The type of Forces, the directions and the position thereof are also influenced by the electric field and they are still dependent on the electrical properties of the system.
Die Hauptkraft, die die einzigartigen Ergebnisse der vorliegenden Erfindung ermöglicht, wird durch ein elektri-The main force that enables the unique results of the present invention is due to an electrical
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seiles Feld hervorgerufen, das innerhalb einer Flüssigkeit unter solchen Bedingungen gebildet wird, daß elektrokinetische Wirkungen entstehen. -Der Ausdruck "elektrokinetisches Potential" wurde oben erläutert und seine Funktionen können aus den Fig. 1 und 2 ersehen werden. Die elektrokinetischen Wirkungen sind -eingehender zu verstehen, wenn man sich ein Teilchen in einer Lösung vorstellt.roped field generated within a liquid is formed under conditions such that electrokinetic effects arise. -The phrase "electrokinetic Potential "has been explained above and its functions can be seen from Figures 1 and 2. The electrokinetic Effects are to be understood in more detail when one imagines a particle in a solution.
Eine Ladung kann auf dem Teilchen in verschiedener Weise entstehen, sie ist jedoch gewöhnlich das Ergebnis der Absorption von Ionen aus der Lösung. Die absorbierten Ionen induzieren in den benachbarten Molekülen eine Ladung mit entgegengesetztem Torzeichen und sie werden durch die Ionen-induzierte Dipöl-Anziehung dicht an der Oberfläche gehalten. Eine Ladung in der Flüssigkeit entsteht durch die Anziehung von Ionen entgegengesetzter Ladung durch die geladene Oberfläche. Es werden daher Schichten entgegengesetzter elektrischer Ladungen gebildet wie bei einem Kondensator. Die. innere Hülle dieser doppelten Schicht ist eng und kompakt, während die äußere Hülle aufgelockert und diffus ist, mit einer hohen Ionenkonzentration nahe der inneren Hülle und mit einer mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Partikels abnehmenden Ionenkonzentration. Die innere Hülle haftet, wohin sich dieses auch bewegt, fest an dem Partikel, während die äußere diffuseA charge can be on the particle in different ways but it is usually the result of the absorption of ions from solution. The absorbed ions induce a charge with the opposite gate sign in the neighboring molecules and they become through the Ion-induced dipole attraction close to the surface held. A charge in the liquid is created by the attraction of ions of opposite charge the charged surface. Layers of opposite electrical charges are therefore formed as with one Capacitor. The. inner shell of this double layer is tight and compact, while the outer shell is loosened up and is diffuse, with a high concentration of ions near the inner shell and with an increasing distance ion concentration decreasing from the surface of the particle. The inner shell sticks wherever it goes moved, firmly attached to the particle, while the outer diffuse
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Hülle entgegengesetzt geladener Ionen leicht abgestreift werden kann.Shell of oppositely charged ions slightly stripped off can be.
Der G-esamtpotentialabfall zwischen der Oberfläche eines Partikels und dem Hauptkörper der Lösung kann in zwei Anteile geteilt werden, wobei der erste das Potential zwischen der inneren Hülle und der'Partikeloberfläche ist. Der zweite Anteil, als zeta- oder elektrokinetisches Po- ä tential bezeichnet, betrifft den Potentialabfall innerhalb der äußeren Hülle, wobei diese sich von der äußeren Kante der inneren Hülle bis zum Körper der Lösung erstreckt. Dieses zeta-Potential mit der diffusen äußeren Hülle und der Anordnung der Ionen rund um ein Teilchen ist schematisch in Fig. 1 gezeigt, worin X die Oberfläche des Partikels und Y einen in einem Abstand befindlichen Punkt in der Lösung darstellt. Pig. 2 zeigt, in welchem Maße das Potential abnimmt, wenn sich der Abstand von der Partikeloberfläche erhöht.The total potential drop between the surface of a particle and the main body of the solution can be divided into two parts, the first being the potential between the inner shell and the particle surface. The second portion, as similar zeta or electrokinetic Po denotes tential, relates to the potential drop within the outer shell, which extends from the outer edge of the inner shell to the body of the solution. This zeta potential with the diffuse outer shell and the arrangement of the ions around a particle is shown schematically in Fig. 1, in which X represents the surface of the particle and Y represents a point in the solution located at a distance. Pig. Figure 2 shows the extent to which the potential decreases as the distance from the particle surface increases.
Eine eingehendere Beschreibung dieser Wirkung befindet sich in der "Encyclopedia of Electro-chemistry" von Clifford A. Hampel, Seiten 471 bis 475.A more detailed description of this effect can be found in the "Encyclopedia of Electro-chemistry" by Clifford A. Hampel, pages 471 to 475.
Bei der eingehenderen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im einzelnen auf die Zeichnungen einzu-In the more detailed description of the invention Procedure is to be detailed in the drawings
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gehen, die praktische Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung erläutern. Datei bezeichnet A1 ein elektrokinetisches Dispersions- und Rührsystem, das im allgemeinen aus einem Reaktionsgefäß 1 (Fig. 3) "bestehen kann, das aus irgendeinem geeigneten, nicht-leitenden Material, wie Glas, Quarz oder verschiedenen Kunststoff- und synthetischen Harzmaterialien hergestellt sein kann. Das Gefäß 1 kann an seinem oberen Ende zur Einführung einer nicht-leitenden Flüssigkeit und von partikelförmigem Material geöffnet werden. Ein erster elektrischer Leiter oder eine Elektrode 2 ist mit dem unteren Ende des Reaktionsgefässes 1 verbunden und ragt in dieses in der in Fig. 1 erläuterten Weise hinein. Diese erste Elektrode 2 kann durch einen geeigneten, gegen Flüssigkeit abdichtenden Dichtungsring 3 abgedichtet werden. Eine zweite Elektrode 4 wird durch eine Verschlußkappe 5 gesichert, die ihrerseits beweglich am oberen Ende des Reaktionsgefäßes angeordnet ist. Die Kappe 5 kann mit dem oberen Rand des Gefäßes 1 durch einen flüssigkeitsdichten Verschluß gesichert werden. Ebenso wird die Elektrode 4 in der Kappe durch einen flüssigkeitsdichten Verschluß 6 gesichert. Jede der Elektroden 2 und 4 sind ihrerseits mit einer geeigneten Kraftquelle für das elektrische Potential verbunden (nicht eingezeichnet).go, explain the practical embodiments of the present invention. File A 1 denotes an electrokinetic dispersion and stirring system which generally may consist of a reaction vessel 1 (Fig. 3) "made of any suitable non-conductive material such as glass, quartz or various plastic and synthetic resin materials The upper end of the vessel 1 can be opened for the introduction of a non-conductive liquid and particulate material. A first electrical conductor or an electrode 2 is connected to the lower end of the reaction vessel 1 and protrudes into it in the manner shown in FIG. 1. This first electrode 2 can be sealed by a suitable, liquid-sealing sealing ring 3. A second electrode 4 is secured by a closure cap 5, which in turn is movably arranged at the upper end of the reaction vessel upper edge of the vessel 1 can be secured by a liquid-tight closure The electrode 4 is secured in the cap by a liquid-tight closure 6. Each of the electrodes 2 and 4 are in turn connected to a suitable power source for the electrical potential (not shown).
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Fig. 4 zeigt eine modifizierte Form des Reaktionsgefässes .Α«, das nach, einer besonderen Ausführungsform ausgelegt ist, wobei es dem Reaktionsgefäß A- im wesentlichen ähnlich ist. In dem Reaktionsgefäß A^ ist jede der Elektroden 2 und 4 im wesentlichen im Querschnitt rund und die gegenüberliegenden Endflächen sind flach. Bei dem vorliegenden Reaktionsgefäß Ap ist jede der Elektroden 2 und 4 mit nach außen konisch geformten, genau entgegen- ä gesetzt gestellten vergrößerten Köpfen 9 und 10 versehen.Fig. 4 shows a modified form of the reaction vessel .Α «, which is designed according to a particular embodiment, wherein it is substantially similar to the reaction vessel A-. In the reaction vessel A ^, each of the electrodes 2 and 4 is substantially round in cross section and the opposite end surfaces are flat. In the present reaction vessel Ap, each of the electrodes 2 and 4 with conical shaped to the outside, exactly like entgegen- set identified enlarged heads provided 9 and 10. FIG.
Fig. 5 zeigt eine weitere modifizierte Form eines Reaktionsgefäßes A_ mit einer leicht unterschiedlichen Formgebung des Gefäßes als solchen. Zusätzlich hat eine der Elektroden ein zugespitztes Ende., während die entgegengesetzte Elektrode eine rundgeformte flache Scheibe hat. Wenn man diese Elektrodenart verwendet, kann das Fließen eines Mediums und eine Verteilung des partikelförmigen Materials erfolgen. Die Wirkungen dieser Reaktorform wird neben weiteren Angaben nachfolgend im einzelnen beschrieben. Fig. 5 shows another modified form of reaction vessel A_ with a slightly different shape of the vessel as such. In addition, one of the Electrodes have a pointed end, while the opposite electrode has a round-shaped flat disc. When using this type of electrode, the flow of a medium and a distribution of the particulate Material. The effects of this type of reactor are described in detail below, along with further information.
Diese Vorrichtungen haben breite Anwendungsmöglichkeiten und sind besonders zum Entwirren und Dispergieren von Fasern und Whiskern, die in nicht-leitenden Flüssigkeiten" eingetaucht sind, geeignet, ohne daß ein wesentlicherThese devices have a wide range of uses and are particularly useful for detangling and dispersing Fibers and whiskers that are "immersed in non-conductive liquids" are suitable without a substantial amount
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Faser- oder Whiskerbruch eintritt. Die Vorrichtungen sind ebenso zum Bewegen bzw. Rühren von nicht-leitenden flüssigkeiten und zum Mischen flüssiger polymerisierbarer Mehrkomponentensysteme brauchbar. Sie dienen ebenso dazu, partikelförmiges Material in polymerisierbaren flüssigen Medien in Dispersion zu halten. Eine besonders wichtige Verwendung dieser Vorrichtungen gemäß dem' Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Orientierung von dispergierten, stäbchenartigen partikelförmigen Materialien in polymerisierbaren flüssigen Medien zu bewirken. Fiber or whisker breakage occurs. The devices are also for moving or stirring non-conductive liquids and useful for mixing liquid multicomponent polymerizable systems. They also serve to to keep particulate material in polymerizable liquid media in dispersion. A particularly important one Use of these devices according to the 'method of The present invention is an orientation of dispersed rod-like particulate materials to effect in polymerizable liquid media.
Die Verwendung der hier beschriebenen elektrischen Felder ermöglicht viele einzigartige Ergebnisse. Wenn das elektrische Feld in einem Gefäß gebildet wird, das eine Flüssigkeit und ein partikelförmiges Material enthält, können sehr auffällige und sofort eintretende Änderungen beobachtet werden. Wach der Bildung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden wird eine sofortige Bewegung der Flüssigkeit festgestellt. Im allgemeinen besteht der Beginn darin, daß sich jedes Teilchen und jede Faser aus der Masse von partikelförmigem Material zu entwirren sucht. Die weitere fortgesetzte Anwendung des elektrischen Feldes schafft über elektrokinetische Wirkungen einen Zustand der weitgehenden Dispersion des partikelförmigen MaterialsUsing the electric fields described here enables many unique results. If the electric Field is formed in a vessel that contains a liquid and a particulate material very noticeable and immediately occurring changes can be observed. Wake up to the formation of the electric field between Immediate movement of the liquid is detected on the electrodes. Generally there is the beginning in that every particle and every fiber seeks to untangle itself from the mass of particulate matter. The continued application of the electric field creates a condition through electrokinetic effects the extensive dispersion of the particulate material
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und der Fasern. Dies bewirkt von sich aus ein gründliches Mischen der Fasern mit der G-rundmasse (Matrix), Zusätzlich ist festzustellen, daß dieses Mischen einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bisher nach dem Stande der Technik verwendeten Mischverfahren aufweist. Dadurch, daß keine physikalisch wirksamen Vorrichtungen zum Mischen verwendet werden, entstehen auch keine merkliche Schaden an den Paserraaterialien, die normalerweise sogar bei leich- g tem Kontakt mit einem physikalisch wirkenden Element auftreten. Durch Einstellen der Elektroden in einer Weise, wie sie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird, ist es möglich, jede gewünschte Orientierung des Pasermaterials und des teilchenförmigen Materials in dem flüssigen Medium zu erhalten. Darüber hinaus ist es durch geeignete Auswahl und Stellung der Elektroden möglieh, dichte Faserpackungen in einer vorbestimmten gewünschten Anordnung zu erhalten. Die Erkenntnis dieser Phänomene und der wesentlichen Holle, die hierbei die elektrokinetischen Kräfte bei deren Bildung spielen, führt su vielen Verwendungsmöglichkeiten, besonders bei den verstärkten Kunststoffen, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.and the fibers. This by itself causes a thorough mixing of the fibers with the base material (matrix). In addition, it should be noted that this mixing has a significant advantage over the mixing methods previously used according to the prior art. In that no physically active devices are used for mixing, no noticeable damage to the Paserraaterialien that normally occur with even slight g tem contact with a physically-acting element are formed. By adjusting the electrodes in a manner as will be described in detail below, it is possible to obtain any desired orientation of the fiber material and the particulate material in the liquid medium. In addition, by suitable selection and positioning of the electrodes, it is possible to obtain dense fiber packings in a predetermined desired arrangement. The knowledge of these phenomena and the essential hell that the electrokinetic forces play in their formation leads to many possible uses, especially in the case of reinforced plastics, as will be explained below.
Eine der wichtigsten Anwendungsniöglichkeiten der oben beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren besteht in der Bildung eines Verbundmaterials aus faserverstärktem Kunst-One of the most important uses of the one described above Devices and methods consists in the formation of a composite material from fiber-reinforced plastic
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stoff, d.h. einer polymeren Zubereitung, die geregelt orientierte fasern enthält, wobei sie aus einem Gemisch von Füllstoff mit einem Präpolymerisatsystem hergestellt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Kraftfeld für das Endgemisch verwendet, um den Füllstoff in der gewünschten Stellung zu orientieren und zu halten. Das Kraftfeld wird beibehalten, bis im wesentlichen die Polymerisation erfolgt ist, so daß der Füllstoff in einer orientierten Stellung ohne Beitrag des Kraftfeldes gehalten wird, wonach das Kraftfeld aufgegeben und das Polymerisat schließlich gehärtet werden kann. Die Bezeichnung "Präpolymerisatsystem", wie sie hier verwendet wird, umfaßt sowohl Monomere wie Präpolymerisate mit geeigneten Katalysatoren, Initiatoren, Inhibitoren, Regulatoren, Härtungsmitteln usw. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt zusätzlich das Mischen eines Füllstoffs mit einer nichtviskosen Schmelze eines Polymerisats, wobei ein Kraftfeld bei der erhaltenen Aufschlämmung zur Orientierung des Füllstoffs verwendet und die Aufschlämmung mit dem orientierten FüllBtoff auf wenigstens eine Temperatur gekühlt wird, bei der das Polymerisat ausreichend viskos ist, um den Füllstoff in einer orientierten Stellung ohne Hilfe des Kraftfeldes zu halten. Danach kann das Kraftfeld entfernt und das Polymerisat weiter gekühlt werden.substance, i.e. a polymeric preparation that regulates contains oriented fibers, being made from a mixture of filler with a prepolymer system will. In this process, a force field is used on the final mix to turn the filler into the desired Orientate and hold a position. The force field is maintained until essentially polymerization occurs so that the filler is held in an oriented position with no contribution from the force field, whereafter abandoned the force field and the polymer can finally be cured. The term "prepolymer system" as used herein includes both monomers such as prepolymers with suitable catalysts, initiators, inhibitors, regulators, curing agents etc. The method of the present invention additionally comprises mixing a filler with a non-viscous melt of a polymerizate using a force field used in the obtained slurry for orientation of the filler and the slurry with the oriented one Filler is cooled to at least a temperature at which the polymer is sufficiently viscous to to hold the filler in an oriented position without the aid of the force field. After that, the force field can be removed and the polymer can be further cooled.
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Die Lage des Kraftfeldes ist in hohem Maße von der Form und Art des Endprodukts abhängig. Da die größtmöglichste
Verstärkung der mit Füllstoff versehenen polymeren Zubereitung in den Richtungen erreicht wird, die parallel zu
der Orientierung des Füllstoffs verlaufen, kann es "besonders bei der Herstellung von Gegenständen in komplexen
Formen wünschenswert sein, an den verschiedenen Teilabschnitten der Formen getrennte Kraftfelder zu verwenden, ™
um eine Füllstofforientierung zu erreichen, die eine optimale Gesamtverstärkung des Gegenstandes bewirkt.The position of the force field depends to a large extent on the shape and type of the end product. Since the greatest possible reinforcement of the filled polymeric preparation is achieved in the directions which run parallel to the orientation of the filler, it can "especially in the manufacture of objects in complex
Molds, it may be desirable to use separate force fields at the different sections of the molds, in order to achieve a filler orientation that provides optimal overall reinforcement of the article.
Die Stärke des notwendigen Kraftfeldes hängt von vielen Faktoren ab, wie dem Ausmaß der gewünschten Orientierung,
der Menge, der Größe und der Formgebung des Füllstoffs, der dem Präpolymerisat- oder dem Polymerisatsystem einverleibt
werden soll, der Viskosität des präpolymeren
oder polymeren Mediums und der durch Verwendung des Kraft- ι feldes in dem Polymerisatsystem erzeugten Wärme» Die nachfolgenden
Beispiele beschreiben einige geeignete Kraftfelder, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung
brauchbar sind. Dem Fachmann ist es möglich, unter Berücksichtigung der Eigenschaften, die er bei dem Endgegenstand
wünscht, in Verbindung mit dieser Beschreibung stärkere oder schwächere Kraftfelder mit gleichem oder
nahezu gleichem Erfolg zu verwenden.The strength of the force field required depends on many factors, such as the extent of the desired orientation, the amount, size and shape of the filler which is to be incorporated into the prepolymer or the polymer system, and the viscosity of the prepolymer
or polymeric medium and the heat generated by using the force field in the polymer system »The following examples describe some suitable force fields which can be used in the practical implementation of the invention. It is possible for the person skilled in the art, taking into account the properties that he desires in the end article, in connection with this description, stronger or weaker force fields with the same or
to use almost equal success.
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Einige der Füllstoffmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind partikelförmige Materialien,· die entweder nicht-leitende oder elektrisch leitfähige Materialien sein können. Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für die Probleme der Ausrichtung und Packung bei der Herstellung von faserverstärkten Verbundstoffen, insoweit als die verwendeten Kraftfelder eine einzigartige Möglichkeit für die Packung der Teilchen und die Ausrichtung derselben darstellen, ohne eine Faserschädigung hervorzurufen. Einige der wesentlichsten Voraussetzungen für eine gute Ausrichtung und enge Packung der Teilchen in den starken Feldbereichen des Systems sind!Some of the filler materials that can be used in the present invention are particulate Materials · which can be either non-conductive or electrically conductive materials. The present invention provides a solution to the alignment and packing problems in the manufacture of fiber-reinforced Composites, in that the force fields used provide a unique way of packing the particles and depict their orientation without causing fiber damage. Some of the most essential Requirements for good alignment and tight packing of the particles are in the strong field areas of the system!
1) Die Dielektrizitätskonstante der suspendierten Fasern muß erheblich größer sein als die der Flüssigkeit;1) The dielectric constant of the suspended fibers must be considerably larger than that of the liquid;
2) das verwendete elektrische Feld muß intensiv genug sein, um ein ausreichendes Bewegen zu bewirken, und2) the electric field used must be intense enough to cause sufficient agitation, and
3) die resultierende Bewegung muß groß genug sein, anfangs das partikelförmige Material zu dispergieren und sie darf andererseits nicht so groß sein, daß ein intensiver elektrokinetischer Fluß der Flüssigkeit in den letzten Stufen hervorgerufen wird.3) the resulting agitation must be large enough to initially disperse the particulate material, and it must be allowed on the other hand not be so great that an intense electrokinetic Flow of the liquid is caused in the last stages.
Das Füllstoffmaterial sollte vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante besitzen, die wenigstens um das 1 1/2-fache größer ist als die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit.The filler material should preferably have a dielectric constant have which is at least 1 1/2 times greater than the dielectric constant of Liquid.
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Bei einem jeweils ausgewählten System sollte das partikelförmige Material sein: Quarz und andere Formen von SiIiciumdioxyd wie dehydratisiertes Silikasol, "fumed silica", Silikagel, Glasfasern, Gristobalit usw, Mineralsilikate wie Wollastonit, Spodumen, Glimmer, Mullit, Sillimanit, Asbeste wie Ohrystotil und Grocidolit, Forsterit und Hercynit, Tone wie Kaolinit, Dickit, Hacrit, Beidellit, Bentonit, Hectorit, Montmorillonit, Nontronit? Saponit und Attapulgit, Metalle wie Eisen, Kobalt, Hiekel, Aluminium, Sinn, Blei, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirconium, Vanadium, Chrom, Mangan, Kupfer und Zink, die entsprechenden Oxyde der oben angegebenen Metalle und andere anorganische Materialien wie Schwermetallphosphate, Sulfide und Sulfate.In the case of a system selected, the particulate material should be: quartz and other forms of silicon dioxide such as dehydrated silica sol, "fumed silica", silica gel, glass fibers, gristobalite, etc., mineral silicates such as wollastonite, spodumene, mica, mullite, sillimanite, asbestos such as earcidystotile and , Forsterite and hercynite, clays such as kaolinite, dickite, hacrite, beidellite, bentonite, hectorite, montmorillonite, nontronite ? Saponite and attapulgite, metals such as iron, cobalt, hiekel, aluminum, sense, lead, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, zirconium, vanadium, chromium, manganese, copper and zinc, the corresponding oxides of the metals given above and other inorganic ones Materials like heavy metal phosphates, sulfides, and sulfates.
Der Füllstoff kann die Form von Teilchen oder Fasern aufweisen. Teilchen-enthaltende Präpolymerxsatsysteme sind gießfähiger und verformbarer als Präpolymerisatsysteme, 'The filler can be in the form of particles or fibers. Particle-containing prepolymer systems are more pourable and deformable than prepolymer systems, '
die eine entsprechende Menge faserige Füllstoffe enthalten. Jedoch sind bei faserigen Füllstoffen hinsichtlich der Struktureigenschaften viel größere Verbesserungen wie bei der Druck-, Zug-, Biege- und Scherfestigkeit und der Moduli gegenüber körnigem Material möglich. Die Faserverstärkung verbessert ferner, besonders hinsichtlich der Schlagfestigkeit, Zähigkeit und des Kriechens, die dyna-which contain a corresponding amount of fibrous fillers. However, fibrous fillers are concerned with the structural properties like much greater improvements possible in terms of compressive, tensile, flexural and shear strength and the modulus compared to granular material. The fiber reinforcement also improves, especially with regard to impact resistance, toughness and creep, the dynamic
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mischen mechanischen Eigenschaften in erheblich höherem Maße als beim körnigen Material. Die Füllstoffsysterae können daher so rezeptiert werden, daß sie die gewünschten Eigenschaften des jeweiligen Endprodukts in optimaler Y/eise liefern.mix mechanical properties to a much greater extent than in the case of granular material. The filler systems can therefore be formulated in such a way that they optimally achieve the desired properties of the respective end product Y / eise deliver.
Die Bindung des Füllstoffs an das gehärtete Polymerisat kann durch einfache, mechanische Bindung mittels physikalischer Kräfte erreicht werden oder der Füllstoff kann in dem Polymerisat durch ein in dem Präpolymerisatsystem enthaltenes Kupplungsmittel, das sowohl mit dem Füllstoff als auch dem Polymerisat unter Ausbildung einer chemischen Bindung reagiert, chemisch gebunden vorliegen.The bonding of the filler to the cured polymer can be achieved by simple, mechanical bonding by means of physical Forces can be achieved or the filler can be in the polymer by one in the prepolymer system contained coupling agent, which both with the filler and the polymer to form a chemical bond reacts, present chemically bonded.
Ein Präpolymerisatsystem kann einen Anteil an orientierbarem Füllstoff zusammen mit einem Anteil an einem nichtorientierbaren Verstärkungsmittel enthalten. Optimale Verhältnisse von Polymerisat zu nicht-orientiertem Verstärkungsmittel zu orientiertem Füllstoff können gießbare oder (beispielsweise durch Spritzguß) verformbare Zubereitungen mit sehr hoher Festigkeit, hohem Modul und hoher Schlagfestigkeit liefern.A prepolymer system can have a proportion of orientable filler together with a proportion of a non-orientable filler Contain reinforcing agents. Optimal proportions of polymer to non-oriented reinforcing agent Preparations which can be poured or shaped (for example by injection molding) can be formed into an oriented filler with very high strength, high modulus and high impact resistance.
Der zu verwendende Anteil an Füllstoff hangt von verschiedenen Voraussetzungen, wie der Verarbeitbarkeit des zusam-The proportion of filler to be used depends on various requirements, such as the processability of the
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mengesetzten (Yerbund)-Gemische oder der Weiterverarbeitbarkeit des Endprodukts, dem zur Verwendung vorgesehenen Präpolymerisatsystem, der Teilchengröße und -form, der Auslegung der Verformungsvorrichtung, der Art und Stärke des Kraftfeldes, dem spezifischen Gewicht des Füllstoffs und "besonders dem Grad der gewünschten Verstärkung, ab. Je nach diesen und anderen Faktoren kann der Füllstoffanteil von ungefähr 5 bis ungefähr 95 Gew.-$> der Endzube- ä reitung betragen. Ein bevorzugter Bereich, der zum Erreichen einer beträchtlichen Verstärkung bei der Durchführung dieses Verfahrens brauchbar ist, liegt im Bereich von ungefähr 40 bis ungefähr 90 Gew.-$ der Gesamtzubereitung. Wenn bei der Verstärkung des Polymerisats keine Füllstofforientierung vorgesehen ist„ kann ein geringerer Bereich der Füllstoffkonzentration von ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-$ bevorzugt werden.set (Yerbund) mixtures or the further processability of the end product, the prepolymer system intended for use, the particle size and shape, the design of the deformation device, the type and strength of the force field, the specific gravity of the filler and "especially the degree of reinforcement required," . Depending on these and other factors, the filler can range from about 5 to about 95 wt -.. $> be the Endzube- like reitung a preferred range that is useful for achieving a significant strengthening in the implementation of this method is in the range from about 40 to about 90% by weight of the total preparation. If no filler orientation is provided in the reinforcement of the polymer, a lower range of filler concentration from about 5 to about 50% by weight may be preferred.
Zu den in der vorliegenden Erfindung brauchbaren Polymerisaten gehören synthetische und natürliche Harzmaterialien, die in ausreichendem Maße flüssig sind oder beim Erhitzen werden, um die Bewegung der Füllstoffpartikel nach Erzeugung eines Kraftfeldes in dem Füllstoff-Polymerisatgemisch in eine orientierte Lage zu ermöglichen. Es gehören ferner die Monomeren oder Präpolymerisate synthetischer thermoplastischer und hitzehärtbarer Harze dazu mit einerThe polymers useful in the present invention include synthetic and natural resin materials, which are sufficiently liquid or when heated to the movement of the filler particles after creation to enable a force field in the filler-polymer mixture in an oriented position. It belong also the monomers or prepolymers of synthetic thermoplastic and thermosetting resins with a
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Fließ-Viskosität in einem Bereich, der die Bewegung der lullstoffpartikel in eine orientierte Stellung nach Anlegen 'eines Kraftfeldes in dem Füllstoff-Monomeren- oder Präpolymerisatgemisch ermöglicht. Besonders bevorzugte Polymerisate weisen relativ hohe Biege- und Zugfestigkeiten und Moduli ohne Verstärkung auf. Zu solchen Polymerisaten gehören beispielsweise hitzehärtbare Harze, wie die Polyester, Polyimide, Phenolformaldehyde und Epoxydharze und thermoplastische Harze, wie die Vinylpolymerisate oder Mischpolymerisate, die Polycarbonate und dergl. Weitere Harzsysteme können jedoch normalerweise für Verwendungezwecke, bei denen andere Eigenschaften als Festigkeit und Steifigkeit gewünscht werden, erhöhte und erweiterte Brauchbarkeit haben, wenn sie nach dieser Erfindung gepackt oder verstärkt werden. Zu solchen Polymerisaten gehören Polyolefine, Polyvinylchlorid und Polyurethane. Flow viscosity in a range that allows for the movement of the bulking material particles into an oriented position after application 'a force field in the filler-monomer or Allows prepolymer mixture. Particularly preferred polymers have relatively high flexural and tensile strengths and moduli without amplification. Such polymers include, for example, thermosetting resins such as the polyesters, polyimides, phenol formaldehydes and epoxy resins and thermoplastic resins such as the vinyl polymers or copolymers, the polycarbonates and the like. However, other resin systems can normally be used for purposes where properties other than strength and rigidity are desired, increased and expanded Have utility when packed or reinforced in accordance with this invention. Such polymers include polyolefins, polyvinyl chloride and polyurethanes.
Nachdem das partikelförmige Material in dem Kraftfeld orientiert und eingebettet worden ist, kann die Grundmasse dann in jeder herkömmlichen Weise poljnnerisiert werden. Wenn beispielsweise diese eine hitsehärtbare Matrix ist, kann die Verwendung von Wärme bei dem katalysierten System eine Härtung der Matrix bewirken. Die in dieser Erfindung verwendeten Polymerisationsabläufe sind üb-After the particulate material in the force field Once oriented and embedded, the matrix can then be polymerized in any conventional manner. For example, if this is a hit-curable matrix, the use of heat on the catalyzed System cause hardening of the matrix. The polymerization processes used in this invention are
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liehe und daher hier im einzelnen weder erläutert noch beschrieben. Es ist jedoch ebenso möglich, die Polymerisationsreaktionen nach dem Verfahren und der Vorrichtung der Anmelderin (Anwalts-Akte 18 993) zu beschleunigen. Diese Polymerisat!onsart bildet den Gegenstand einer anderen Erfindung und wird hier weder erläutert noch beschrieben.borrowed and therefore neither explained nor explained here in detail described. However, it is also possible to carry out the polymerization reactions according to the method and apparatus of To expedite the applicant (attorney's file 18 993). This type of polymerisation forms the subject of another Invention and is neither explained nor described here.
Die Größe und Form der Elektrode wird durch die gewünschte Größe und Form des Endprodukts bestimmt. Die Elektroden müssen aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, wie Kupfer oder rostfreiem Stahl. Jedoch wird das jeweilig zur Verwendung vorgesehene spezifische Material durch das System bestimmt. Die Elektroden können sich in unmittelbarem Kontakt mit der Flüssigkeit befinden oder es können als Modifikation die beiden Oberflächen der Elektroden durch Luft, ein Vakuum oder einem festen Nichtleiter gegenüber dem flüssigen Medium isoliert werden. Wenn jedoch die Elektroden gegenüber der Flüssigkeit isoliert werden, sind höhere Spannungen erforderlich.The size and shape of the electrode is determined by the desired size and shape of the final product. The electrodes must be made of an electrically conductive material such as copper or stainless steel. However, it will be different specific material intended for use is determined by the system. The electrodes can be in direct contact The two surfaces of the electrodes can be in contact with the liquid or as a modification be isolated from the liquid medium by air, a vacuum or a solid dielectric. But when the electrodes are isolated from the liquid, higher voltages are required.
Das Fließen flüssiger Nichtleiter als Folge dea Aufbaus eines elektrischen Feldes, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, resultiert aus einer Reihe von Faktoren. Die Flüssigkeit enthält gewöhnlich zumindest Spuren an lonisierbarem Material, wie Wasser, das unterThe flow of liquid dielectrics as a result of the build-up of an electric field, as in the present invention used results from a number of factors. The liquid usually contains at least Traces of ionizable material, such as water, which under
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dem Einfluß des Feldes zerlegt wird. Ferner können Ionen in den Elektrodenoberflächen durch elektrochemische Reaktionen gebildet werden. Diese Ionen neigen ohne Rücksicht auf ihre Entstehung dazu, in Richtung der Elektrode mit der entgegengesetzten Ladung zu wandern und gleichzeitig mit den mehr polaren Gruppen des flüssigen Nichtleiters elektrostatisch in Wechselwirkung zu treten, wodurch sie die Moleküle mitziehen. Im allgemeinen haben die Ionen entgegengesetzter Ladung ungleiche Größe, Ladung und Fähigkeit, mit den Nichtleitermolekülen Komplexe zu bilden. Demzufolge entwickelt sich ein relativ schnelles Fließen der Flüssigkeit in Richtung auf eine Elektrode in den Bereichen der größten Feldstärke. Die Rückkehr (der Kreislauf) der Flüssigkeit in der genau entgegengesetzten Richtung erfolgt zu bzw. in Bereichen relativ schwacher Feldstärke. Dies tritt dann auf, wenn die Feldstärke nicht einheitlich ist.the influence of the field is decomposed. Furthermore, ions can enter the electrode surfaces through electrochemical reactions are formed. These ions tend to move in the direction of the electrode regardless of their origin of the opposite charge and at the same time with the more polar groups of the liquid dielectric to interact electrostatically, thereby pulling the molecules with them. Generally the ions have opposite charge, unequal size, charge and ability to form complexes with the dielectric molecules. As a result a relatively rapid flow of the liquid towards an electrode develops in the areas the greatest field strength. The return (the cycle) of the liquid takes place in exactly the opposite direction to or in areas of relatively weak field strength. This occurs when the field strength is not uniform is.
Das Fließen der Flüssigkeit tritt ebenso beim Vorhandensein der oben beschriebenen elektrischen Doppelachioht an den Phasengrenzflächen auf. Der Übergang einer geringen Menge freier Ladung aus der Flüssigkeit nahe oder bei der Grenzfläche auf die Featatoffoberfläohe stellt eine Senkung der freien Energie in dem System dar. Wenn in dem System ein elektrisohea Feld aufgebaut wird, wird derThe flow of the liquid also occurs in the presence of the electrical double axis described above the phase interfaces. The passage of a small amount of free charge from the liquid near or at the Interface on the Featatoffoberfläohe represents a reduction in free energy in the system. If in the System an electric field is built up, the
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Feststoff eine Kraft in einer Richtung erhalten und die diffuse, geladene Schicht wird mit der eng an der Grenzfläche liegenden Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung, gewöhnlich entlang der Grenzfläche, fließen. Dieser Effekt,, der auch als Elektroosmose bekannt ist, ist leicht bei den Zellwandungen in Systemen zu beobachten, bei denen die nicht-leitende Flüssigkeit eine sehr geringe Leitfähigkeit hat und die Wirkungen als Folge des lonentrans- λ ports sehr gering sind. Die Flüssigkeit bewegt sich im Kreislauf von den Phasengrenzflächen weg in Bereichen in Abhängigkeit von Verengungen, die durch die Zellform gebildet werden, und von Gravitationskräften. Wenn partikelförmige Feststoffe in der Flüssigkeit suspendiert sind, bewegen sich die Partikel qualitativ so, wie dies von elektrischen Doppelschichten zu erwarten ist. Normalerweise stört jedoch der Kreislauf der Flüssigkeit in einem geschlossenen System schnell das von elektrischen Kräften herrührende Strömungsbild der suspendierten Partikel. YTeiterhin wird das Bild der normalen elektrischen Doppelschicht vollkommen überlagert, wenn die suspendierten Teilchen die Elektroden berühren und eine starke entgegengesetzte Ladung erhalten.Solid will receive a force in one direction and the diffuse, charged layer will flow with the liquid close to the interface in the opposite direction, usually along the interface. This effect ,, which is also known as electroosmosis, is easily observed in the cell walls in systems where the non-conducting liquid has a very low conductivity and the effects as a result of the lonentrans- λ ports are very low. The liquid moves in the circuit away from the phase interfaces in areas depending on constrictions, which are formed by the cell shape, and on gravitational forces. When particulate solids are suspended in the liquid, the particles move qualitatively as one would expect from electrical double layers. Normally, however, the circulation of the liquid in a closed system quickly disrupts the flow pattern of the suspended particles resulting from electrical forces. Furthermore, the image of the normal electric double layer is completely superimposed when the suspended particles touch the electrodes and receive a strong opposite charge.
Ein weiteres Phänomen des Fließens der nicht-leitenden Flüssigkeit ist von Bedeutung. In einem heterogenen SystemAnother phenomenon of the flow of the non-conductive liquid is important. In a heterogeneous system
2098U/1282 . BAD OR\®Hkh 2098U / 1282. BAD OR \ ®Hkh ' ^ " '^ "
(wie "bei einem in einer Flüssigkeit dispergierten teilchenförmigen Feststoff-Anteil), in dem ein nicht einheitliches, elektrisches Feld aufgebaut ist, wird ein Energieminimum erreicht, wenn die Strömungslinien des elektrischen Feldes durch ein maximales Volumen Material mit hoher Dielektrizitätskonstante laufen. Dies wurde bereits früher erwähnt. Wenn die Dielektrizitätskonstante des festen Materials beträchtlich größer ist als die der Flüssigkeit, werden die Teilchen in den Bereichen relativ schwacher Feldstärke zu solchen stärkerer Feldstärke wandern, wodurch sie die Flüssigkeit verdrängen, bis die durch die feste Phase hindurchlaufende Strömungsmasse ein Maximum erreicht hat. In ähnlicher Weise wird die Flüssigkeit dazu neigen, feste Teilchen aus den Bereichen großer Feldstärke zu verdrängen, wenn die flüssige Phase die größere dielektrische Konstante aufweist. Sogar in homogenen Lösungen, von Flüssigkeiten kann die Komponente mit der höchsten dielektrischen Konstante dazu neigen, sich im Bereich der größten Feldstärke zu sammeln. Es darf angenommen werden, daß feste Leiter in solchen Systemen eine im wesentlichen unbegrenzte Dielektrizitätskonstante aufweisen. (like "for a particulate dispersed in a liquid Solid content), in which a non-uniform, electric field is built up, becomes an energy minimum achieved when the flow lines of the electric field through a maximum volume of material with high dielectric constant. This has been mentioned earlier. If the dielectric constant of the solid material is considerably larger than that of the liquid, the particles in the areas will be relative Weak field strength migrate to such stronger field strength, whereby they displace the liquid until the Flow mass passing through the solid phase has reached a maximum. Similarly, the liquid becomes tend to displace solid particles from the areas of high field strength when the liquid phase is the has a larger dielectric constant. Even in homogeneous solutions, the component can contain liquids of the highest dielectric constant tend to collect in the area of the greatest field strength. It can be accepted will be that solid conductors in such systems have a substantially unlimited dielectric constant.
Stäbchenförmige Teilchen mit hoher Dielektrizitätskonstante, die in einer Flüssigkeit mit geringerer Dielek-Rod-shaped particles with a high dielectric constant, which in a liquid with a lower dielectric constant
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BAD ORiQiMAI,BAD ORiQiMAI,
trizitätskonstante, in welcher ein elektrisches Feld aufgebaut ist, dispergiert sind, neigen auch dazu in eine axiale Richtung mit den leldströmungslinien aus ä.en gleichen Gründen gezwungen zu werden, wie sich die leuchen aus schwachen zu starken Feldbereichen in nicht-homogenen Feldern bewegen. Wenn diese Partikel mit dem Feld ausgerichtet werden, wobei die anderen Gegebenheiten gleich bleiben, hat das Flüssigkeit-Partikelsystem geringere ftrizitätskonstante in which an electric field is built up, are dispersed, tend to also be forced in an axial direction with the leldströmungslinien from ä.en same reasons as the move Leuchen from weak to strong field regions in non-homogeneous fields. If these particles are aligned with the field, with the other conditions remaining the same, the liquid-particle system has lower f
Energie, d.h. ein größerer Seil der Gesamtlänge der. Strömungslinien verläuft durch ein Material mit höherer Dielektrizitätskonstante, als bei zufälliger Orientierung. Ein System dieser Art kann als ein Kondensator mit einer Vielzahl beweglicher Platten angesehen werden. Wenn bei einem solchen Kondensator eine einheitliche Spannung verwendet wird (wie dies im allgemeinen in dem vorliegenden System der Fall ist), wird er dazu neigen sich so zu verhalten, daß sich ein Potentialminimum zwischen den Grenzflächen bildet und seine Kapazität und Energiespeicherung erhöhen.Energy, i.e. a larger rope the total length of the. Flow lines runs through a material with a higher dielectric constant than with random orientation. A System of this type can be viewed as a capacitor with a plurality of movable plates. If with one such capacitor a uniform voltage is used (as is generally the case in the present system is the case), it will tend to behave in such a way that there is a potential minimum between the interfaces and increase its capacity and energy storage.
Obgleich das Partikel-Flüssigkeitssystem, in dem eine konstante elektrische Feldströmung besteht, keine Abnahme an freier Energie erfährt, wenn sich das partikelförmige Material mit dem Feld ausrichtet und zu dem stärkeren Feld wandert, nimmt die Energie des gesamten Kondensators (der die bei konstantem Potential gehaltenen geladenen Elektro-Although the particle-liquid system in which there is a constant electric field flow, there is no decrease experiences of free energy as the particulate material aligns with the field and toward the stronger field moves, the energy of the entire capacitor (which holds the charged electrical
2098U/1282 - 34 -2098U / 1282 - 34 -
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den beinhaltet) während diesem Verfahren 201. In dem Maße, wie die Wanderung und Ausrichtung fortschreitet, wird die Kapazität erhöht und die Ladung den Elektroden zugeführt, was bei konstanter Spannung einer Zunahme der in dem Kondensator gelagerten Energie entspricht:which includes) during this process 201. To the extent that as the migration and alignment progresses, so will the Capacity increases and the charge is supplied to the electrodes, which at constant voltage increases the in the capacitor stored energy corresponds to:
E = 1/2 CV2 = 1/2 QV = 1/2E = 1/2 CV 2 = 1/2 QV = 1/2
worin E = Energie des geladenen Kondensators in Joulewhere E = energy of the charged capacitor in joules
V = die Spannung, mit der der Kondensator geladen istV = the voltage with which the capacitor is charged
Q = die in dem Kondensator gelagerte Ladung in Coulomb undQ = the charge stored in the capacitor in coulombs and
C « die Kapazität, Coulomb pro Volt ist.C «is the capacitance, coulombs per volt.
Ein kräftiges Fließen der Flüssigkeit kann daher bei vielen dielektrischen Flüssigkeitssystemen dadurch hervorgerufen werden, daß man starke, nicht wechselnde und im allgemeinen nicht einheitliche elektrische Felder verwendet. Der Energiebedarf für ein solches Rühren bzw. Bewegen scheint ungefähr dasselbe zu sein und möglicherweise etwas weniger, als wenn man nach dem herkömmlichen mechanischen Rühren einen ähnlichen Erfolg erreichen möchte. Das elektrokinetisch^ Bewegen bzw. Rühren hat jedoch bestimmte Vorteile bei der Herstellung von Verbundmaterialien, örtliche hohe Scher- und Stoßkräfte führen während des mecha-A strong flow of the liquid can therefore be caused in many dielectric liquid systems be that one uses strong, non-alternating and generally non-uniform electric fields. The energy requirements for such stirring appear to be about the same, and possibly something less than if one wanted to achieve similar success after conventional mechanical stirring. The electrokinetic ^ However, agitation has certain advantages in the manufacture of composite materials, local ones high shear and impact forces lead during the mechanical
2098U/12822098U / 1282
nischen Rührvorgangs bei Whisker- oder kurzfaserigen Dispersionen oftmals dazu, daß ein wesentlicher Anteil der
Teilchen bricht. Dies kann beim elektrokinetischen Rühren
vermieden werden, weil die einzelnen Teilchen relativ milden, nicht-mechanischen Kräften unterworfen werden und
die sekundären Scherkräfte, die durch das Fließen und die Partikel-Partikel-Wechselwirkungen' entstehen, auch nicht Λ
annähernd so schwer sind wie bei den mechanisch gerührten Systemen.Niche stirring process with whisker or short-fiber dispersions often results in a substantial proportion of the
Particle breaks. This can be avoided in the electrokinetic stirring, because the individual particles relatively mild, non-mechanical forces are subjected to and the secondary shear forces arising from the flow and particle-particle interactions' also not Λ are approximately as heavy as in the mechanically stirred systems.
Wie bereits erwähnt, wird die Größe und Form der Elektrode von der gewünschten Größe und Formgebung des Endprodukts
bestimmt. Weiterhin beeinflußt sowohl die Größe und Formgebung der Elektroden als auch die Größe und Formgebung
des Gefäßes die Kraftfelder in hohem Maße, die ihrerseits die Strömungsbilder sowohl der flüssigen Medien als auch
der Fasermedien beeinflussen. Diese Wirkungen sind eingehend in den Fig. 16 bis 19 erläutert.As mentioned earlier, the size and shape of the electrode will depend on the desired size and shape of the final product
certainly. It also affects both the size and shape of the electrodes and the size and shape
of the vessel the force fields to a large extent, which in turn determine the flow patterns of both the liquid media as well
affect the fiber media. These effects are explained in detail in FIGS. 16-19.
In Fig. 16 ist ein Reaktionsgefäß A. mit einem im wesentlichen
flachen Elektrodenpaar 21, 22 dargestellt. Die
Elektroden sind im Durchmesser wesentlich kleiner als der Querschnittdurchmesser des Gefäßes A.. Die Kraftlinien,
die auftreten, wenn ein Potential zwischen den Elektroden aufgebaut wird, sind durch die ausgezogenen Linien gekenn-16 shows a reaction vessel A. with an essentially flat pair of electrodes 21, 22. the
Electrodes are much smaller in diameter than the cross-sectional diameter of vessel A .. The lines of force,
which occur when a potential is built up between the electrodes are indicated by the solid lines.
2098U/1282 - 36 -2098U / 1282 - 36 -
zeichnet. Die Pasern könnten anfänglich in der Weise fließen, wie- es im wesentlichen durch die punktierten Linien aufgezeigt ist. Die Pasern könnten dann längs der Kraftlinien orientiert werden. Die Flüssigkeit würde ebenso in Übereinstimmung mit den Kraftlinien fließen.draws. The pasers could initially be like that flow as- it is essentially through the dotted Lines is shown. The lines could then be oriented along the lines of force. The liquid would as well flow in accordance with the lines of force.
Die Pig. 17 erläutert eine modifizierte Pörm eines Reaktionsgefäßes A1- mit einer oberen Elektrode 24 und einer unteren Elektrode 25, die relativ scharfe Spitzen haben. Bei dieser Art von Elektrodensystem dehnen sich, die Feldstärken in einem sehr engen Muster zwischen den beiden Elektroden aus und neigen nicht dazu, einen großen Teil des diametralen Querschnitts des Gefäßes auszufüllen.The Pig. Figure 17 illustrates a modified shape of a reaction vessel A 1 - having an upper electrode 24 and a lower electrode 25 which have relatively sharp tips. In this type of electrode system, the field strengths expand in a very narrow pattern between the two electrodes and do not tend to fill a large part of the diametrical cross-section of the vessel.
In Fig. 18 ist ein Gefäß Ag mit einer oberen, zugespitzten Elektrode 27 und einer relativ flachen unteren Elektrode 28 dargestellt. Die Kraftlinien, die durch, diese Art von Elektroden gebildet werden, zeigen das durch die ausgezogenen linien dargestellte Bild. Es sei bemerkt, daß die Kraftlinien bei der Spitze der Elektrode 27 enger konzentriert sind und daß sie dazu neigen, aich bei der unteren Elektrode 28 auszubreiten. Die Pasern neigen fernerdazu eine räumliche Verteilung einzunehmen, die etwa mit dem Kraftfeld coincident ist. Es ist festzustellen, daß die zugespitzten Elektroden dazu neigen, das Feld eu koneen- 18 shows a vessel Ag with an upper, pointed electrode 27 and a relatively flat lower electrode 28. The lines of force formed by these types of electrodes show the image represented by the solid lines. It should be noted that the lines of force are more concentrated at the tip of the electrode 27 and that they tend to spread out at the lower electrode 28 as well. The passers also tend to have a spatial distribution that is roughly coincident with the force field. It is to be noted that the pointed electrodes tend to cone the field eu
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trieren, während die relativ flachen Elektroden ein viel breiteres Kraftfeld bilden. Natürlich ist das konzentriertere leid das intensivere.trieren, while the relatively flat electrodes form a much wider force field. Of course that's more focused sorry for the more intense.
Ein ziemlich einheitliches System entsteht bei dem Heaktionsgefäß A^, das in Pig. 19 erläutert iet und relativ flache Elektroden 30 und 31 aufweist. In diesem Gefäß haben die Elektroden 30 und 31 die gleiche diametrale Größe wie das Gefäß. Wenn die Elektroden 30 und 31 zueinander vollkommen parallel stehen, können sich die Kraftlinien einheitlich zwischen den beiden Elektroden ausdehnen» A fairly uniform system arises in the case of the heating vessel A ^ that in Pig. 19 explains iet and relative has flat electrodes 30 and 31. In this vessel the electrodes 30 and 31 are the same diametrical Size as the vessel. If the electrodes 30 and 31 are completely parallel to one another, the lines of force can expand uniformly between the two electrodes »
Auf Gkrujid der beschriebenen Kraftfeld- und Strömungsbilder
ist es möglich, die bei der Bewegung des partikelf örmigei| Materials auftretenden Phänomene hier im einzelnen
zu erläutern. Tatsächlich besteht zunächst eine Anordnung ;in form einer voluminösen Masse, wobei die Teilchen
TOI
zogen Qt On the basis of the force field and flow images described, it is possible to determine the effects of the movement of the particle Material occurring phenomena to be explained here in detail. In fact, there is initially an arrangement; in the form of a voluminous mass, with the particles TOI
pulled Qt
der Masse zu den Linien des stärksten Teldes geer angetrieben werden, nämlich zu den Kraftlinien,of the earth to the lines of the strongest part are driven, namely to the lines of force,
die unmittelbar wischen den beiden Elektroden verlaufen» Natürlich wird ein stärkeres Kraftfeld für konzentriertem Systeme benötigt. which run directly between the two electrodes » Of course, a stronger force field is required for concentrated systems.
Wenn die feilohen ein Geeamt-zeta-Potential aufweisen,If the hawkers have a total zeta potential,
201114/1192 0RK3!NAL inspecteo201114/1192 0RK3! NAL inspecteo
i · M,in the,
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werden sie sich auf eine Elektrode hinbewegen. Sie Teilchen werden dazu neigen, zu derjenigen Elektrode zu wandern, die entgegengesetzt*geladen ist. Natürlich wird sich das System in Richtung auf den Zustand hin entwickeln, der die geringste freie Energie aufweist. Dabei sind es tatsächlich zwei Zuötände von freier Energie, die jedes der Teilchen beeinflussen. Der erste dieser Zustände ist die freie Energie, die zur Orientierung der Faser in dem feld beiträgt und der zweite ist die freie Energie, die zu den Wanderungen der Faser als Folg· der auf ihr befindlichen Itadung einwirkt.they will move towards an electrode. The particles will tend to migrate to the electrode that is oppositely charged *. Of course it will the system evolves towards the state with the least free energy. There are actually two states of free energy affecting each of the particles. The first of these states is the free energy that helps orient the fiber in the field and the second is the free energy that acts on the migrations of the fiber as a result of the charge on it.
Es wurde gemää der vorliegenden Erfindung gefunden, daß der Energiebedarf für eine solche Bewegung, d.h. für eine Bewegung des partikelförmigen Materials durch die Flüssigkeit, oft ungefähr der gleiche oder möglicherweise geringer ist» wie er bei dem herkömmlichen mechanischen Rühren zu ein·« ähnlichen Ergebnis benötigt würde. Da« elektrokinetisch· Rühren ist in fielen Fällen, die gemeinhin bei der Herstellung von Verbundmaterjalitn in vielen Bereichen auftreten, vorteilhaft. Zu iwei «ehr wirksamen Verwendungsmöglichkeiten diese· einzigartig·* Verfahren» gehören System·, di· eerbreoBliohe oder brüohig· kurs·It has been found according to the present invention that the energy required for such agitation, i.e. for agitation of the particulate material through the liquid, is often about the same or possibly less than that of conventional mechanical agitation to get a similar result. Since “electrokinetic” stirring is common in fell cases occur in many areas in the manufacture of composite materials. Too much more effective Possible uses of this · unique · * process » belong to the system
f
goaetntn Gegenständen mittel· einer Polymerisation im f
goaetntn objects by means of a polymerization in
situ. Beim mechanischen Rühr·» von Whisker- oder kur*·situ. With mechanical stirring · »of whiskers or short * ·
20ISU/12S2 . "20ISU / 12S2. "
faserigen Dispersionen treten gewöhnlich hohe örtliche Scher- und Stoßkräfte auf, wodurch bei einem wesentlichen Anteil der Partikel ein Brechen erfolgt. Dieses Brechen wird jedoch bei dem elektrokinetischen Rühren, bei dem die einzelnen Partikel und Fasern mäßigen, nicht mechanischen Kräften unterworfen werden und die aus der Strömung und den Partikel-Wechselwirkungen auftretenden sekundären mechanischen Kräfte nicht sehr stark sind, bedeutend verringert oder meist völlig vermieden.fibrous dispersions usually experience high local shear and impact forces, causing a substantial Fraction of particles breaking occurs. However, this breaking occurs in the electrokinetic stirring in which the individual particles and fibers are subjected to moderate, non-mechanical forces and those from the flow and the secondary mechanical forces involved in particle interactions are not very strong reduced or mostly avoided completely.
Die Erfindung wird weiter durch die nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert.The invention is further illustrated by the following, non-limiting examples.
Beiaplel 1 B eiaplel 1
DieseB Beispiel erläutert die Verwendung eines ziemlich uneinheitlichen elektrischen Feldes zur Bildung einer relatlT schnellen Strömung der Flüssigkeit iß den Bereichen großer Feldstärke auf eine Elektrode zu und dem starken Kreislauf der Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung in den Bereichen relativ schwacher Feldstärke. In Fig. 4- wird ein vertikal angeordnetes zylindrisches Pyrex-Reaktionsgefäß, das einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt aufweist, mit Methylffiethacrylatmonomeren, das 25 ppm Hydrochinon und eine Spur Wasser enthält, gefüllt.ThisB example explains the use of a pretty inconsistent electric field to form a relatively rapid flow of the liquid in the areas high field strength towards an electrode and the strong circulation of the liquid in the opposite direction in the areas of relatively weak field strength. In Fig. 4- a vertically arranged cylindrical Pyrex reaction vessel, which has a circular horizontal cross-section, with methyl ethyl acrylate monomers, the Contains 25 ppm hydroquinone and a trace of water.
2098U/1282 " 40 -2098U / 1282 " 40 -
In diesem System wurden 6,3 mm starke Flachkopfschrauben als G-ehäuseelektroden eingeführt. Die Erzeugung eines statischen elektrischen Feldes von mehreren hundert YoIt pro cm ließ ein merkliches Fließen erkennen. Bei mehreren tausend YoIt pro cm trat ein heftiges Hießen in dem Bereich großer Feldstärke zwischen den Schraubenkopfen auf.In this system were 6.3 mm thick flat head screws Introduced as housing electrodes. The creation of a static electric field of several hundred yoIt per cm showed a noticeable flow. With several a thousand yoIt per cm a violent heat occurred in the area high field strength between the screw heads.
Das folgende Beispiel erläutert die Orientierung von Teilchen und das schnelle Rühren in einem G-raphitt-eilchen enthaltenden Hylonflocken-System. Bei diesem besonderen System wurde ein relativ kurzes, vertikal angeordnetes Pyrex-Reaktionsgefäß verwendet. Das Reaktionsgefäß hatte gleichfalls einen kreisrunden horizontalen Querschnitt. Der Behälter des Reaktionsgefäßes hatte einen Innendurchmesser von 76 mm und die obere Elektrode oder Anode wurde durch Schleifen einer scharfen Spitze an einen 6,3 mm starken Bolzen aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die untere Elektrode oder Kathode bestand aus einer 25»4 mm χ 3»1 mm starken Scheibe, die am Ende eines 6,3 mm starken Bolzens befestigt war, wobei alle Teile aus rostfreiem Stahl gefertigt waren. Der Abstand von der Spitze der oberen Elektrode zur Mitte der unteren Elektrode betrug 2,1 cm. Das Gefäß wurde mit einem Tetrachlorkohlenstoff-HexangemischThe following example illustrates the orientation of particles and rapid stirring in a graphite particle containing Hylon flake system. With this particular system a relatively short, vertically positioned Pyrex reaction vessel was used. The reaction vessel also had a circular horizontal cross-section. The container of the reaction vessel had an inner diameter of 76 mm and the top electrode or anode was made by grinding a sharp point on a 6.3 mm thick Bolts made of stainless steel. The lower electrode or cathode consisted of a 25 »4 mm 3» 1 mm strong washer, which was attached to the end of a 6.3 mm thick bolt, with all parts made of stainless steel was. The distance from the tip of the upper electrode to the center of the lower electrode was 2.1 cm. That Vessel was filled with a carbon tetrachloride-hexane mixture
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gefüllt und in diesem Gemisch, wurden G-raphitteilehen enthaltende Nylon-Tapetenflocken (1,0 mm lang, Seitenverhältnis: 60) suspendiert. Das Lösungsmittel hatte eine Dichte von 1,14 g pro ml. Fig. 5 zeigt die statistische Verteilung der Fasern in der nicht-leitenden Flüssigkeit vor dem Aufbau eines elektrischen Feldes, Fig. 6 die Orientierung und Packung der Fasern um die Elektrode, nachdem eine Feldstärke von 2000 Volt 3 Minuten bestand. Fig. 7 zeigt die Packung in statistischer Orientierung der Fasern, nachdem ein elektrisches Feld von 2000 YoIt 9 Minuten erzeugt wurde. Aus den Fig. 6 und 7 ist zu ersehen, daß sich einige der G-raphitteilchen enthaltenden Nylonflockenteilchen bei der Elektrode gesammelt hatten, aber es ist ersichtlich, daß die dispergierten Fasern starr und längs der Feldströmung ausgerichtet sind. In diesem System war nur der Bruchteil einer Sekunde notwendig, um die Fasern in die Feldanordnung springen zu lassen. Fig. zeigt die dichte Packung der Fasern im Bereich der maximalen Strömung nach 20 Minuten nach Anwendung von 23 000 Volt.filled and in this mixture, were graphite-containing Nylon wallpaper flakes (1.0 mm long, aspect ratio: 60) suspended. The solvent had a density of 1.14 g per ml. Fig. 5 shows the statistical distribution of the fibers in the non-conductive liquid before the build-up of an electric field, Fig. 6 shows the orientation and packing the fibers around the electrode after applying a field strength of 2000 volts for 3 minutes. Fig. 7 shows the packing in random orientation of the fibers after an electric field of 2000 yoIt 9 minutes was generated. It can be seen from Figures 6 and 7 that some of the nylon flake particles containing graphite particles are at the electrode, but it can be seen that the dispersed fibers are rigid and aligned along the field flow. In this system only a split second was needed to to let the fibers jump into the array. Fig. Shows the close packing of the fibers in the region of the maximum Flow at 20 minutes after applying 23,000 volts.
Das Ergebnis dieses Versuchs zeigt, daß bestimmte Vorbedingungen für eine starre Ausrichtung und eine wirksame, enge Packung in dem Feldbereich hoher Stärke gegeben sein müssen, wie die Bedingung, daß die elektrokinetische Strö-The result of this experiment shows that certain preconditions for a rigid alignment and an effective, close packing must be given in the field area of high strength, such as the condition that the electrokinetic currents
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mung der Flüssigkeit relativ gering sein muß. Die Teilchen werden während des Verfahrens starr nach dem elektrischen Feld ausgerichtet und folgen den einzelnen Strömungslinien sogar dann, wenn es sich um gebogene Linien handelt, die um das Mehrfache langer sind als der Elektrodenabstand.tion of the liquid must be relatively low. The particles become rigid after the electrical during the procedure Field aligned and follow the individual flow lines even if it is curved lines that are several times longer than the electrode spacing.
Bin Reaktionsgefäß, das dem Reaktionsgefäß von Beispiel 1 ähnlich ist, wurde verwendet und Methylmethacrylatmonomeres in das Reaktionsgefäß eingefüllt. 0,79 mm lange "©"-Glasfasern wurden dem flüssigen Monomeren zugegeben. Das Reaktionsgefäß war aus Glas, hatte einen Innendurchmesser von 25 mm und einen Elektrodenabstand von ungefähr 3 cm. Das minimale Potential im Gehäuse betrug zwischen den Elektroden H 000 Volt Gleichstrom. Sofort nach Aufbau der Spannung ergab sich ein kräftiges Zirkulieren der Flüssigkeit im Gehäuse und der verwirrte Faserhaufen wurde nach wenigen Minuten in der Flüssigkeit dispergiert. Inzwischen begannen sich die dispergierten Fasern bei der Anode zu sammeln und nach ungefähr 10 Minuten nahmen die Faaern im Gehäuse etwa die in Fig. 9 gezeigte Stellung ein. Bei dem Gehäusepotential von H 000 Volt Gleichstrom bewegten sieh die Glasfasern von der unteren zur oberen Elektrode und sammelten sich dort. Bei 20 000 Volt Gleich- A reaction vessel similar to the reaction vessel of Example 1 was used, and methyl methacrylate monomer was charged into the reaction vessel. 0.79 mm long "©" glass fibers were added to the liquid monomer. The reaction vessel was made of glass, had an inner diameter of 25 mm and an electrode spacing of approximately 3 cm. The minimum potential in the housing was H 000 volts direct current between the electrodes. Immediately after the tension was built up, the liquid circulated vigorously in the housing and the tangled pile of fibers was dispersed in the liquid after a few minutes. In the meantime, the dispersed fibers began to collect at the anode and after about 10 minutes the fibers in the housing assumed approximately the position shown in FIG. At the housing potential of H,000 volts direct current, the glass fibers moved from the lower to the upper electrode and collected there. At 20,000 volts DC
209814/1282 \ " 43 "209814/1282 \ " 43 "
ORfölNAL INSPSCTEOORFOLNAL INSPSCTEO
strom nehmen die Teilchen nach ungefähr 10 Minuten die in Fig.. 9 erläuterte Anordnung ein und sind der Länge nach entsprechend dem elektrischen Feld ausgerichtet.After about 10 minutes, the particles assume the arrangement illustrated in FIG. 9 and are longitudinally aligned according to the electric field.
Es bestand keine Neigung der Fasern, sich durch die schnell zirkulierende Flüssigkeit von dem Haufen wegstoßen zu lassen. Die Stromzufuhr wurde dann abgestellt und man ließ die Fasern am Boden des Gehäuses absitzen. Es wurde Cumolhydroperoxyd (0,103 ml in 70$-iger Lösung) und anschliessend eine äquivalente Menge Triäthylbor-Pyridinkomplex in η-Hexan zugegeben.There was no tendency for the fibers to be pushed away from the pile by the rapidly circulating fluid. The power was then turned off and the fibers allowed to settle to the bottom of the housing. It became cumene hydroperoxide (0.103 ml in 70 $ solution) and then an equivalent amount of triethylboron pyridine complex in η-hexane was added.
Nach Aufbau eines Potentials von 23 000 Volt im Gehäuse wurde eine beträchtliche Durchmischung und ein Anfangsstrom von ca, 2 χ 10 Ampere beobachtet. Der Gehäusestrom nahm in dem Maße allmählich ab, wie sich die Fasern bei der Anode sammelten. Ebenso nahm die Durchmischung mit dem Strom ab und nach 20 Minuten war die Bewegung nicht mehr ausreichend, um die verbleibende Menge an losen Fasern vom Boden des Gehäuses zu bewegen.After a potential of 23,000 volts had built up in the housing, there was considerable mixing and an initial current observed from approx. 2 10 amperes. The casing current gradually decreased as the fibers at the anode collected. The mixing with the current also decreased and after 20 minutes there was no agitation more sufficient to move the remaining amount of loose fibers from the bottom of the case.
60 Minuten nach der Zugabe des Freiradikal-Initiators und nach Aufbau des elektrischen Feldes im Gehäuse war die flüssige Phase extrem viskos geworden und es traten in dem Raum zwischen den Elektroden Blasen auf. Zu diesem60 minutes after adding the free radical initiator and After the electrical field had built up in the housing, the liquid phase had become extremely viscous and it entered bubbles in the space between the electrodes. To this
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Zeitpunkt wurde das angelegte elektrische Feld abgestellt und ein Luftstrom auf das Glasrohr gerichtet, um die stark exotherme Reaktion unter Kontrolle zu halten. Nach einstündigem Kühlen wurde das Gehäuse 30 Minuten in einen Ofen von 1000G gebracht, um die Polymerisation zu beenden. Nach Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde der Glasmantel entfernt und die Probe in einer Ebene senkrecht zur Elektrodenachse durchgeschnitten. Die abgeschnittene Fläche des oberen Stücks mit der noch intakten Anode wurde poliert und mikroskopisch unter 500-facher Vergrößerung geprüft. Es waren nur Enden von Glasfasern erkennbar, was die Ausrichtung mit der Strömung des elektrischen Feldes beweist. Die Faserverteilung war einheitlich und die Packung ziemlich dicht. Es wurden dann mikrophotographische Aufnahmen von einer dünnen Scheibe des erhaltenen Verbundmaterials hergestellt. Die Scheibe wurde poliert .und mit 165- und mit 320-facher diametraler Vergrößerung photographiert. Die Photographien zeigten, daß die einzelnen Fasern parallel zu dem aufgebauten Feld ausgerichtet worden waren. Die wenigen Fasern, die sich rund um den Schaft der Anode gesammelt hatten, waren wiederum zu dem elektrischen Feld radial orientiert ausgerichtet. At this point, the applied electric field was turned off and a stream of air was directed onto the glass tube in order to keep the strongly exothermic reaction under control. After cooling for one hour, the case was placed in an oven of 100 0 G for 30 minutes to terminate the polymerization. After cooling to room temperature, the glass jacket was removed and the sample was cut through in a plane perpendicular to the electrode axis. The cut-off surface of the upper piece with the anode still intact was polished and examined microscopically under 500-fold magnification. Only ends of glass fibers could be seen, which shows the alignment with the flow of the electric field. The fiber distribution was uniform and the packing fairly dense. Photomicrographs were then taken of a thin disk of the resulting composite material. The disk was polished and photographed with 165 and 320 times diametrical magnification. The photographs showed that the individual fibers had been aligned parallel to the built-up field. The few fibers that had collected around the shaft of the anode were again oriented radially to the electric field.
2098U/178?2098U / 178?
BADBATH
Beispiel 4Example 4
Dieses Beispiel enthält eine Zusammenfassung der Arten der. verschiedenen Phänomene, die in den Kraftfeldern der vorliegenden Erfindung auftreten.This example summarizes the species the. various phenomena occurring in the force fields of the present invention.
Ein Reaktionsgefäß, das dem "in den Fig. 5 bis 8 erläuterten Reaktionsgefäß ähnlich war, wurde mit einem Gemisch von Tetrachlorkohlenstoff und Hexan gefüllt und dann wurde zu diesem Gemisch eine Menge Titandioxydteilchen enthaltende Nylonflocken zugegeben, mit einer Größe von 1,01 mm und einem Durchmesser von 0,177 mm. Nach der Zugabe der Flocken wurde ein Kraftfeld von 2000 Volt zwischen den Elektroden erzeugt. Fig. 10 zeigt die Verteilung der Flocken vor dem Aufbringen der Spannung. Fig. 11 erläutert die Dispergierung der Flocken nach 9 Minuten nach Verwendung einer Spannung von 2000 Volt. Fig. 12 erläutert die Dispergitrung der Flocken nach weiteren 3 Minuten bei einer Verwendung einer Spannung von 23 000 Volt. Die Fig. 13,14 und 15 zeigen, wie sich Graphitteilchen enthaltende Nylonflocken gleichen Durchmessers, suspendiert in dem gleichen Lö'aungsmittel, in einem Gehäuse bei unterschiedlicher Elektrodenform verhalten. Fig, 13 zeigt die Dispergierung des Flockenmaterials vor dem Anlegen der Spannung, Fig. 14 die Diapergierung nach 1 Minute bei Verwen-A reaction vessel similar to the one illustrated in FIGS. 5 to 8 was filled with a mixture of carbon tetrachloride and hexane, and then to this mixture was added a quantity of titanium dioxide particle-containing nylon flakes, 1.01 mm in size and one Diameter of 0.177 mm. After the addition of the flakes, a force field of 2000 volts was created between the electrodes. Fig. 10 shows the distribution of the flakes before the application of the voltage. Fig. 11 illustrates the dispersion of the flakes after 9 minutes after the application of a voltage of 2000 V. Figure 12 illustrates the dispersion of the flakes after a further 3 minutes using a voltage of 23,000 V. Figures 13, 14 and 15 show how nylon flakes of the same diameter containing graphite particles are suspended in the same solution. a means, behave in a housing with different electrode shapes. Fig. 13 shows the dispersion of the flake material before the Anl egen the tension, Fig. 14 the diapering after 1 minute when using
dung einer Spannung von 2200 Volt und Fig. 15 die Diapergierung nach 10 Minuten bei Verwendung von 2200 Volt. In diesem zuletzt angegebenen Fall war das Gehäuse 76,2 mm lang und hatte einen Durchmesser von 76»2 mm, einen Abstand zwischen den Elektroden von 2 cm und eine Kapazität von 1000 bis 23 000 Volt. Die gleichen Versuche wurden mit Glas- und Silieiumcarbid-Whiskerfasem anstelle der Nylonflocken durchgeführt» In einer dem Verhalten von Nylon ähnlichen Weise wurden diese Fasern bei Erzeugung eines starken elektrischen Feldes entwirrt, dispergiert und orientiert.application of a voltage of 2200 volts and FIG. 15 the diapering after 10 minutes when using 2200 volts. In this last given case was the case 76.2 mm long and 76 »2 mm in diameter, a distance between the electrodes of 2 cm and a capacity of 1000 to 23,000 volts. Same attempts were made with glass and silicon carbide whisker fibers instead of nylon flakes »In one of the behavior of In a manner similar to nylon, these fibers were disentangled, dispersed when a strong electric field was generated and oriented.
Es ist selbstverständlich, daß Änderungen und Modifikationen in der Form, in der Konstruktion, der Anordnung und Kombination der Teile gegenüber dtn hier beschriebenen und ausgeführten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne Ton dem Erfindungsgedanken abzuweiohen.It goes without saying that changes and modifications in shape, construction, arrangement and combination of the parts opposite dtn described here and executed embodiments can be made, deviating from the inventive idea without sound.
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