DE19806270A1

DE19806270A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte

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Publication number: DE19806270A1
Application number: DE19806270A
Authority: DE
Inventors: Chen-Chi Martin Ma; Shih-Hsiung Lin
Original assignee: National Science Council
Current assignee: National Science Council
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: GB2332872A9; GB2332872B; JP2857620B1; DE19806270C2; GB9800249D0; JPH11207737A; GB2332872A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines Materi- als aus thermoplastischem Harz und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte aus thermoplastischem Harz, die durch orientierte, lange, unterbrochene Fasern unterschiedlicher Länge verstärkt ist.

Hintergrund der Erfindung

Es ist bekannt, Pellets aus faserverstärktem Harz mit kurzen Fasern herzustellen, deren Länge zwischen 3 und 6 mm ist. Thermoplastisches Harzpulver oder Harzkörnchen werden in einem Extruder verarbeitet. Eine große Zahl von Artikeln sind aus den Pellets des faserverstärkten Harzes durch Spritzgußformung herstellbar. Der oben geschriebe ne Vorgang verursacht ein Brechen der kurzen Fasern auf eine Länge zwischen 0,2 und 0,4 mm. Der Verstärkungseffekt dieser kurzen Fasern wird durch deren Desorientierung weiter verschlechtert. Die mechanischen Eigenschaften der Endprodukte, die nach dem obigen Verfahren aus den Pellets hergestellt sind, ist deshalb eine Kompromißlösung, da die Endprodukte nur von unorientierten kurzen Fasern verstärkt werden, die aller dings einfach geformt oder gestaltet werden können.

Im Jahre 1975 haben L. Kacir, et al ein Verfahren zur Verbesserung der Orientierung kurzer Fasern in einer Matte offenbart. Das Verfahren ist in POLYMER ENCINEERING AND SCIENCE Vol. 15, No. 7 (1975), Seiten 525-531 veröffentlicht. Das Verfahren ist je doch nicht wirksam zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Matte, weil die Länge der Fasern nur im Bereich zwischen 3 und 12 mm liegt, obwohl bis zu 90% der kurzen Fasern innerhalb eines Bereichs von ±15° zur Längenachse ausgerichtet sind.

Einer der Erfinder der vorliegenden Erfindung, Herr Chen-Chi Martin Ma und seine Kol legen haben Pellets aus fasernverstärktem Kunststoff in den taiwanesischen Patenten 44 724 und 57 397 offenbart. Die Länge der enthaltenen Fasern beträgt bis zu 12.4 mm. Solche Pellets aus faserverstärktem Kunststoff sind zur Herstellung verschiedener Arti kel durch Spritzgußformung geeignet. Die Pellets können leicht geformt oder gestaltet werden; allerdings brechen die in den Pellets enthaltenen Fasern leicht bei der Spritz gußformung. Die aus derartigen Kunststoffpellets hergestellten Artikel enthalten deshalb Fasern, mit Längen nur zwischen 0.4 und 1.0 mm. Die daraus hergestellten Artikel sind dementsprechend im allgemeinen in der mechanischen Eigenschaft schlechter als Arti kel hergestellt aus mit durchlaufenden Fasern verstärktem thermoplastischen Harzver bundmaterial.

Die aus mit durchlaufenden Fasern verstärktem thermoplastischem Harzverbundmate rial hergestellten Artikel, haben eine relativ hohe Steifigkeit und Stärke. Dieses Material kann jedoch nicht leicht geformt oder gestaltet werden, weil es an Biegsamkeit fehlt. Da her ist das Material nicht geeignet zur Herstellung eines Artikels, der Ausnehmungen oder eine komplizierte Gestaltung aufweist. Mit anderen Worten, der aus diesem Mate rial hergestellte Artikel, ist empfindlich bezüglich Falten und Verzerrungen.

Im Jahre 1987 hat R.K Okine, ein Forscher bei Du Pont Corporation US ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen plattenförmigen Verbundmaterial aus thermoplastischem Harz mit langen, unterbrochenen Verstärkungsfasern (abgekürzt LDF), eingeführt. Das Verfahren ist in 32nd INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM, Seiten 1413-1425, of fenbart. Das von den LDF verstärkte thermoplastische Harzverbundmaterial weist Fa sern mit Längen zwischen 2.54 und 15.24 cm auf. Die Fasern sind so regelmäßig geord net, daß 85% oder mehr der Fasern innerhalb einer Abweichung von +5° bis -5° zur Längsachse ausgerichtet sind. Daher ist das durch LDF verstärkte thermoplastische Harzverbundmaterial ähnlich zu dem von den durchlaufenden Fasern verstärktem thermoplastischen Harzverbundmaterial. Ferner kann das LDF-verstärkte thermoplasti sche Harzverbundmaterial viel leichter geformt und gestaltet werden als das von den durchlaufenden Fasern verstärkte thermoplastische Harzverbundmaterial, wie von Ja mes F. Pratte, et al. in 34th INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM (1989), Seiten 2229-2242; Steven J. Medwin in 33rd INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM (1988), Seiten 317-323; und R.K. Okine, et al. in JOURNAL OF REINFORCED PLASTICS AND COMPOSITES, Vol. 8, Seiten 70-90 (1990) vorgeschlagen. Allerdings hat Du Pont Cor poration US noch nie ein Verfahren zur Herstellung des LDF-verstärkten thermoplasti schen Harzverbundmaterials offenbart. Außerdem ist kein Verfahren zur Herstellung eines Verbundplattenprodukts aus LDF-verstärktem thermoplastischem Harzverbund material bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Ver bundplattenprodukts bereitzustellen, bei dem orientierte lange, unterbrochene Fasern mit Längen zwischen 1 cm und 20 cm das thermoplastische Harzverbundmaterial ver stärken. Das Plattenprodukt enthält vorzugsweise lange Fasern, die zu mehr als 85% unter einem Abweichungswinkel zwischen ±5° zur Längenachse ausgerichtet sind.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst mit den folgenden Schritten.

Im ersten Schritt werden eine Vielzahl vorgetränkter rechteckiger Streifen eines faser verstärkten thermoplastischen Harzverbundmaterials einer horizontalen vibrierenden Siebplatte zugeführt. Die vorgetränkten Streifen können im wesentlichen gleiche Ab messungen aufweisen mit einer Länge von 1 bis 20 cm, einer Breite von 0.01 bis 0.2 cm und einer Dicke von 0.01 bis 0.2 cm. Die horizontale Siebplatte hat eine große Anzahl orientierter Schlitze, die parallel zueinander sind. Die Schlitze haben eine Länge, größer als die Länge der vorgetränkten Streifen und eine Breite, größer als Breite und Dicke der vorgetränkten Streifen. Die Schlitze haben eine Breite von 1 bis 5 mm.

Eine Formplatte oder ein Plattenprodukt aus thermoplastischem Harz wird vorher oder gleichzeitig zur Zufuhr der vorgetränkten Streifen zur Siebplatte unter dieser angeord net. Die vorgetränkten Streifen fallen durch die Vibration der Siebplatte auf die Formplat te oder das Plattenprodukt, das das thermoplastische Harz enthält, durch die Schlitze der Siebplatte.

Nach dem zweiten Schritt sind die vorgetränkten Streifen auf der Formplatte oder dem Plattenprodukt, das das thermoplastische Harz enthält, angeordnet. Die Formplatte oder das Plattenprodukt, das das thermoplastische Harz enthält, werden horizontal unterhalb der Siebplatte entnommen.

Anschließend werden Formplatte oder Plattenprodukt, das das thermoplastische Harz enthält, mit den abgelagerten vorgetränkten Streifen erwärmt und gepreßt, um ein Plat tenprodukt zu formen, das thermoplastisches Harz enthält und mit den orientierten und unterbrochenen langen Fasern verstärkt ist.

Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten vorgetränkten Strei fen werden vorzugsweise durch Schneiden eine vorgetränkten Platte oder Folie aus mit durchlaufenden Faser verstärktem thermoplastischem Harzverbundmaterial geformt. Das Material hat eine Dicke von 0.01 cm bis 0.2 cm. Die vorgetränkte Platte wird ge schnitten, um die vorgetränkten Streifen zu erhalten. Die vorgetränkten Streifen haben eine Länge von 1 cm bis 20 cm und eine Breite von 0.01 cm bis 0.2 cm. Die in der vor getränkten Platte benutzten durchlaufenden Fasern können in Form eines Strangs, ei nes Vorgespints, eines gewebten Vorgespinst, Gewebes, oder einer Matte verwendet werden.

Vorzugsweise ist das thermoplastische Harz des faserverstärkten thermoplastischen Harzverbundmaterial nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Polypropylen (PP), Polyamid (Nylon), Akrylnitril-Butadien-Styren Copolymer (ABS), Polycarbonat (PC), oder Poly (Äther-Äther-Keton) (PEEK).

Vorzugsweise ist eine Faser zur Verwendung beim Verfahren der vorliegenden Erfin dung eine Glasfaser, Kohlenstoffaser, aromatische Polyamidfaser, Keramikfaser, Metall faser, oder eine entsprechende Hybridfaser.

Vorzugsweise haben die vorgetränkten Streifen eine Länge von 1.0 cm bis 10 cm.

Vorzugsweise haben die Schlitze der horizontale Siebplatte eine Breite von 2.5 mm bis 5.0 mm.

Die Vibrationsfrequenz der Siebplatte ist 1 bis 50 Hz und vorzugsweise 10 bis 30 Hz.

Vorzugsweise erfolgt die von der horizontalen Siebplatte bewirkte Vibration im wesentli chen in einer Richtung senkrecht zu ihrer horizontalen Fläche.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind 95% der Fasern so orien tiert, daß sie innerhalb eines Abweichungswinkels von ±5° zur Längenachse liegen. Die Verstärkungsfasern haben eine Länge von beispielsweise 15 cm. Die Zugfestigkeit des nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Plattenprodukts beträgt ungefähr 80% der Zugfestigkeit eines mit durchlaufenden Fasern verstärkten Platten produkts. Die Zugfestigkeit des Plattenprodukts der vorliegenden Erfindung ist jedoch viel größer als die Zugfestigkeit bei Verbundmaterialien, die mit unorientierten langen Fasern und kurzen Fasern verstärkt sind.

Die vorliegende Erfindung offenbart weiter ein Verfahren zur Vorbereitung eines Plat tenprodukts, das von orientierten und unterbrochenen langen Fasern verstärkt ist und thermoplastisches Harz enthält. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte.

In einem ersten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, werden eine große Anzahl Fasern, die im wesentlichen die gleichen Abmessungen haben, auf einer hori zontal angeordneten vibrierenden Siebplatte abgelagert. Die Siebplatte hat eine große Anzahl von Schlitzen, die parallel zueinander sind. Die Schlitze haben eine Länge grö ßer als die Länge der Fasern. Außerdem haben die Schlitze eine Breite größer als Breite und Dicke der Fasern. Die Breite der Schlitze beträgt 1 bis 5 mm.

Eine Unterschicht aus einem thermoplastisches Harz enthaltenen Plattenprodukt wird vorher oder gleichzeitig zur Ablagerung der Fasern auf der Siebplatte unter die Sieb platte gestellt. Die Fasern fallen durch die Vibration der Siebplatte auf die Unterschicht.

Danach wird die Unterschicht horizontal von unterhalb der Siebplatte entfernt. Die Un terschicht ist nun mit den darauf abgelagerten Fasern versehen.

Die mit den darauf abgelagerten Fasern versehene Unterschicht wird von einer Ober schicht aus einem thermoplastisches Harz enthaltenen Plattenprodukt abgedeckt, um ein Laminaterzeugnis, das Oberschicht, Unterschicht und Fasern dazwischen enthält, zu bilden.

Dann wird das Laminaterzeugnis erwärmt und gepreßt, um ein Plattenprodukt, das von den orientierten und unterbrochenen langen Fasern verstärkt und aus thermoplasti schen Harz gebildet ist, zu werden.

Vorzugsweise haben die verwendeten Fasern eine Länge von 1.0 bis 20 cm, eine Dicke von 0.01 bis 0.2 cm, und eine Breite von 0.01 bis 0.2 cm.

Vorzugsweise sind die Oberschicht und die Unterschicht der Plattenprodukte aus PP, Nylon, ABS, PC oder PEEK.

Vorzugsweise sind die Fasern aus Glas, Kohlenstoff, aromatischem Polyamid, Keramik, Metall oder deren Hybriden.

Vorzugsweise haben die Schlitze der Siebplatte eine Breite von 2.5 bis 5.0 mm.

Vorzugsweise beträgt die Vibrationsfrequenz der Siebplatte zwischen 1.0 und 50 Hz, insbesondere zwischen 10 und 30 Hz.

Günstigerweise erfolgt die Vibration der Siebplatte in zur horizontalen Fläche der Siebplatte senkrechter Richtung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vibrationsmaschine, die im Verfahren nach vorliegender Erfindung verwendet ist;

Fig. 1a eine Querschnittsansicht einer Oberform und einer Unterform mit zwischen den beiden Formen ist großer Anzahl eingekeilten orientierten und vorgetränkten Streifen;

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung von Zugfestigkeit eines PEEK-Ver bundmaterials in Abhängigkeit von verschiedenen Faser längen verstärkenden Kohlenstoffasern;

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung von Biegefestigkeit des PEEK-Verbund materials in Abhängigkeit von verschiedenen Faserlängen der verstärkenden Kohlenstoffasern, und

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung von Izodkerbschlagfestigkeit des PEEK-Verbundmaterials in Abhängigkeit von verschiedenen Faserlängen der verstärkenden Kohlenstoffasern.

Ein Verfahren nach vorliegender Erfindung zur Herstellung eines Plattenprodukts, das thermoplastisches Harz enthält und durch orientierte und unterbrochene lange Fasern verstärkt ist, umfaßt mehrere Schritte, die im folgenden beschrieben sind.

Im ersten Schritt wird ein PP vorgetränktes Plattenprodukt, ein Nylon vorgetränktes Plattenprodukt, ein ABS vorgetränktes Plattenprodukt, ein PC vorgetränktes Plattenpro dukt, ein PEEK vorgetränktes Plattenprodukt etc. vorbereitet, welches von durchlaufen de Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstoffasern oder aromatischen Polyamid fasern, verstärkt ist, deren Dicke zwischen 0.01 und 0.2 cm sind. Irgendeines der oben genannten vorgetränkten Plattenprodukte wird in mehrere vorgetränkten rechteckförmi ge Streifen geschnitten. Die Streifen haben eine Länge von 1 bis 20 cm, und eine Breite von 0.01 bis 0.2 cm.

Im zweiten Schritt werden eine oder zwei Arten von vorgetränkten Streifen in einer hin unterlaufenden halbellipsenförmigen Rinne eingeführt. Dann fallen die vorgetränkte Streifen auf einer vibrierende horizontale Siebplatte einer Vibrationsmaschine. Die Vi brationsmaschine weist eine Plattform auf, über der die horizontale Siebplatte angeord net ist, sowie einen unter der Plattform gestellten Motor, welcher mit der horizontalen Siebplatte verbunden ist. Die Siebplatte ist mit einer Vielzahl von Schlitzen, die parallel miteinander verbunden sind, versehen. Die Schlitze haben eine Länge größer als die Länge der vorgetränkten Streifen. Die Schlitze haben eine Breite größer als Breite und Dicke der vorgetränkten Streifen. Die Vibrationsfrequenz des Motors beträgt zwischen 1 und 50 Hz.

Im dritten Schritt des Verfahrens wird vorher oder gleichzeitig zur Einführung vorgetränk ter Streifen eine Formplatte unter der horizontalen der Siebvibrationsplatte und auf der Plattform der Vibrationsmaschine angeordnet. Dann fallen die vorgetränkten Streifen aufgrund der Vibration auf die Formplatte oder das thermoplastischen Harz enthaltenen Plattenprodukts durch die Schlitze.

Danach wird die Formplatte oder das thermoplastische Harz enthaltene Plattenprodukt, mit den abgelagerten vorgetränkten Streifen von der Plattform in horizontaler Richtung entfernt und anschließend erwärmt und gepreßt zur Herstellung einer Verbundplatte aus faserverstärktem, thermoplastischem Harz.

Die Zugfestigkeit des hergestellten Materials ist abhängig von der Länge und der Orien tierung der verstärkenden Fasern. Die Länge der verstärkenden Fasern kann je nach Bedarf verändert werden. Es ist möglich, ein Verbundmaterial aus thermoplastischem Harz mit Fasern unterschiedlicher Längen herzustellen.

Die vorgetränkten Streifen sind durch die faserverstärkten Kunststoffpellets mit langen Fasern, wie sie in den taiwanesischen Patenten 44 724 und 57 397 offenbart sind, er setzbar.

Außerdem sind die vorgetränkten Streifen durch Fasern ersetzbar. Zum Beispiel wird im konventionellen Verfahren zur Herstellung einer Plattenformungszusammensetzung (SMC) eine durch laufende Faser von einer Schermaschine in eine große Anzahl von kurzen Fasern, die danach der horizontalen Siebplatte der Vibrationsmaschine zuge führt werden, geschnitten. Die kurzen Fasern fallen auf eine Bodenschicht aus einer Harzplatte durch die Schlitze der horizontalen Siebplatte. Danach wird die Bodenschicht mit darauf abgelagerten kurzen Fasern mit einer Oberschicht aus einer Harzplatte ab gedeckt und dann erwärmt und gepreßt, um die Plattenformungs-Zusammensetzung zu bilden, die die orientierten Fasern enthält.

Wie es in Fig. 1 illustriert ist, enthält eine in einer ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung verwendete Vibrationsmaschine eine Plattform 10, eine horizontale Siebplatte 20 und einen Vibrationsmotor 30. Die Siebplatte ist über der Plattform 10 an geordnet, so daß ein Spalt von 3 mm zwischen der Siebplatte 20 und der Plattform 10 gebildet ist. Der Vibrationsmotor 30 ist unter der Plattform 10 angeordnet, wobei der Vi brationsmotor 30 mit der Siebplatte 20 verbunden ist. Die Siebplatte 20 hat eine Länge von 30 cm und eine Breite von 30 cm. Außerdem weist die Siebplatte 20 eine große Anzahl von Längsschlitzen auf, die eine Breite von 2.5 mm haben. Die Längsschlitze sind so angeordnet, daß zwei angrenzende Schlitze in einem Abstand von 3 mm ange ordnet sind.

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen Prozeß zur Orien tierung der Fasern. In dem Prozeß werden aus durchlaufendem Nylon 12/Glasfaser band von Baycomp, Kanada produzierte Streifen verwendet. Das Band hat den Pro duktencode ATGA-300-05265 und enthält 65 Gewichts-% Fasern. Das Band hat eine Dicke von 0.5 mm und eine Breite von 30 mm. Das Band wird durch Schneiden in eine große Anzahl von kleinen rechteckigen Stücken geschnitten, die eine Länge von 5 cm und eine Breite kleiner als 1 mm haben.

Es werden jeweils 50 Stücke der kleinen rechteckigen Stücke auf der horizontalen Siebplatte 20 der Vibrationsmaschine gleichmäßig abgelagert. Wenn der Motor 30 ge startet wird, hat die verursachte Vibration eine Vibrationsfrequenz von 10 Hz. Als Resul tat fallen über 90% der kleinen rechteckigen Stücke aufgrund der Vibration der Siebplatte 20 auf die Plattform 10 in 60 Sekunden. Der Zustand der Orientierung der kleinen Stücke auf der Plattform 10 wird durch eine Kamera aufgenommen. Der oben genannte Prozeß wird 10 mal wiederholt, um 10 Orientierungsbilder in Folge zu erhal ten. Die Orientierungsbilder sind auf ein Computer-Display übertragbar. Unter Verwen dung der Japanischen "OPTIMAS" Software zur Abbildungsanalyse wird der Zustand der 500 orientierenden kleinen Stücke ausgerechnet, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Faserorientierung der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde als gut erachtet, da über 90% der rechteckigen kleinen Stücke, in einem Winkel bereich von ±10° zur Längenachse orientiert sind.

Zur Vorbereitung eines Verbundmaterials aus thermoplastischem Harz mit unterbroche nen langen Verstärkungsfasern wird eine Unterform 50 auf die Plattform 10 gestellt. Die Unterform 50 ist mit einem Auslösefilm 40, der von Firma Airtech Corporation, USA her gestellt ist, bedeckt. Danach werden 50 g der obengenannten rechteckigen kleinen Stücke auf dem Auslösefilm 40 orientiert, bevor dieser und die Unterform 50 aus der Vibrationsmaschine in horizontaler Richtung entnommen werden. Eine Oberform 60 ist mit einem Auslösefilm 40' versehen, der an der Unterseite der Oberform 60 anhaftet. Oberform 60 und Unterform 50 werden verbunden, so daß die rechteckigen kleinen Stücke zwischen zwei Auslösefilmen 40 und 40' eingekeilt sind, wie es in Fig. 1a illu striert ist, um ein Laminat-Produkt zu formen. Das Laminat-Produkt wird in einen von der Firma Airtech Corporation, USA hergestellten Vakuumbeutel gehüllt, bevor das Laminat- Produkt einem Heizvorgang und einem Preßvorgang unterzogen wird. Der Heizvorgang wurde bei einem Vorheizen von 180°C in 15 Minuten ausgeführt. Der Druck nahm bis 500 psi (3.45 Mpa) in weiteren 15 Minuten zu, bevor die Formen 50 und 60 mit dem La minat-Produkt entnommen wurden und dann in einer Kaltmatrize für 15 Minuten abge kühlt wurden. Danach wird das Laminat-Produkt aus den Formen 50 und 60 entnom men, bevor es zwischen einem Paar Rollen unter Hitze und Druck durchgeführt wird. Nach Beendigung des Heiz- und Preßvorgangs, des Abkühlvorgangs, und des Rollvor gangs für ein weiteres Mal ist ein von den orientierten und unterbrochenen langen Fasern verstärktes, aus thermoplastischem Harz gebildetes Plattenprodukt hergestellt. Das so hergestellte Produkt weist unterbrochene Fasern mit einer Länge von 5 cm auf. Das Produkt hat eine Dicke von etwa 1.0 mm.

Tabelle 1

Bei einer zweiten Ausführungsform wurde die Wirkung der Vibrationsfrequenz auf die Faserorientierung studiert. Die zweite Ausführungsform war ähnlich wie die obenge nannte erste Ausführungsform bis auf die Vibrationsfrequenzen von 40, 30 und 20 Hz. Die Resultate sind in der Tabelle 2 dargestellt. Die Faserorientierung sinkt von 91% auf 82%, wenn die Vibrationsfrequenz von 10 Hz auf 40 Hz zunimmt. Die Wirkung der Vi brationsfrequenz auf die Faserorientierung ist deshalb unbedeutend.

Tabelle 2

Bei einer dritten Ausführungsform wird die Wirkung der Faserlänge auf die Faserorien tierung studiert. Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich zur erster Ausführungsform, außer daß jetzt Fasern, mit Längen 4, 3 und 2 cm verwendet werden. Die Resultate sind in der Tabelle 3 dargestellt. Es zeigt sich, daß die Faserori entierung am schlechtesten bei einer Faserlänge von 2 cm ist. Mit anderen Worten wa ren nur 58% der rechteckigen kleinen Stücke innerhalb des Winkelbereich von ±10 zur Längenachse orientiert, wenn die verwendete Faserlänge 2 cm war. Die Wirkung ist da her groß.

Tabelle 3

Bei der vierten Ausführungsform wurde die Wirkung der Breite der Schlitze der Siebplatte auf die Faserorientierung untersucht. Die vierte Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist ähnlich wie die erste, außer daß jetzt eine horizontale Siebplatte 20 verwendet wird, die Schlitze mit einer Breite von 1.5 mm statt der 2.5 mm hat. Die Re sultate sind in der Tabelle 4 dargestellt. Es ergibt sich, daß die Faserorientierung ver bessert ist, wenn die Breite der Schlitze der Siebplatte 20 abnimmt. Mit anderen Worten hat der Prozentsatz der rechteckigen kleinen Stücke, die innerhalb des Winkelbereichs von ±10° zur Längenachse orientiert sind, zugenommen, wenn die Breite der Schlitze der Siebplatte 20 von 2.5 mm von 1.5 mm reduziert wird. Die Wirkung der Breite der Schlitze der Siebplatte 20 auf die Faserorientierung ist relativ bedeutsam.

Tabelle 4

Bei der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung war beabsichtigt, die Zug festigkeit des Endprodukts, das mit den rechteckigen kleinen Stücke verstärkt ist, für verschiedene Längen von 5 cm, 10 cm und 15 cm zu prüfen. Die Verfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden wiederholt, außer daß rechteckige kleine Stücke der verschiedener Längen verwendet wurden. Die Zugfestigkeit der End produkte sind nach dem Verfahren ASTM D 3039 gemessen. Die Untersuchungsresul tate sind in den Tabelle 5 dargestellt.

Tabelle 5

Als sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde ein AS-4/PEEK vorge tränktes und mit durchlaufenden Kohlenstoffasern verstärktes Material zur Herstellung des Endplattenprodukts verwendet, das 60 Vol-% Kohlenstoffasern enthält und eine Dicke von 0.125 mm hat. Das AS-4/PEEK vorgetränkte Material ist von der britischen Firma I.C.I., hergestellt. Die sechste Ausführungsform ist grundsätzlichweise ähnlich wie die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, außer daß die Faserorientierung der sechsten Ausführungsform von einer Siebplatte 20 erreicht wird, die mit Schlitzen einer Breite von 1.5 mm versehen ist, wobei die Vibration der Siebplatte einer Vibrations frequenz von 10 Hz hat und weiter die Faserorientierung der sechsten Ausführungsform bei Gebrauch rechteckiger kleiner Stücke mit Längen von 5 cm, 4 cm. 3 cm und 2 cm be stimmt wurde. Die Resultate der Faserorientierung sind in der Tabelle 6 dargestellt. Nach den Daten der Tabelle 6 sind 83% der eine Länge von 5 cm habenden Fasern in nerhalb des Winkelbereichs von ±5° zu der Längenachse orientiert sind.

Entsprechend zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind verschiede ne aus thermoplastischem Harz gebildete Plattenprodukte gemäß der sechsten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden. Diese sind von den unterbro chenen Fasern mit Längen von 5 cm, 4 cm, 3 cm und 2 cm verstärkt und wurden einem Heizvorgang und Preßvorgang unterworfen mit Vorheizen bei 380°C für 20 Minuten und Pressen unter einem Druck von 500 psi (3.45 Mpa) für 20 Minuten. Nach den Ver fahren von ASTM D3039, D790 und D256 wurden Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und die Izod-Kerbschlagfestigkeit der Plattenprodukte im Vergleich zu den Untersuchungsresul taten der AS-4/PEEK Plattenprodukten geprüft, die 30 Gew.-% der eine Länge von 0.009 cm aufweisenden und verstärkenden kurzen Kohlenstoffasern enthalten. Die Re sultate sind in Fig. 2, 3 und 4 gezeigt.

Tabelle 6

Die Ausführungsformen der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung sind in allen Beziehungen nur illustrativ und nicht beschränkt anzusehen. Die vorliegende Erfindung ist deshalb nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Hit orientierten, unterbrochenen, langen Fasern verstärken Verbundplatte aus thermoplastischem Harz mit den folgenden Schritten:

a) Zuführung einer Vielzahl von im wesentlichen rechteckigen, vorgetränkten Streifen eines faserverstärkten, thermoplastischen Harzverbundmaterials zu einer horizon talen, vibrierenden Siebplatte, welche eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, die parallel zueinander ausgerichtet sind und eine Länge, beziehungsweise Breite aufweisen, die größer als eine Länge der vorgetränkten Streifen, beziehungsweise eine Breite oder Dicke der vorgetränkten Streifen ist;
b) Anordnen der vorgetränkten Streifen auf einer feststehenden Formplatte oder ei nem thermoplastisches Harz enthaltenen Plattenprodukt unterhalb der horizonta len Siebplatte, wobei die vorgetränkten Streifen durch die Vibration durch die Schlitze hindurchfallen und gleichmäßig auf eine Fläche der feststehenden Form platte oder des thermoplastisches Harz enthaltenen Plattenprodukts auffallen;
c) Entfernen von vorgetränkten Streifen, Formplatte oder thermoplastisches Harz enthaltenes Plattenprodukt in horizontaler Richtung von unterhalb der horizontalen Siebplatte, und
d) Erwärmen und Pressen der auf der Formplatte oder auf dem aus thermoplasti schem Harz gebildeten Plattenprodukt angeordneten, vorgetränkten Streifen zur Bildung einer durch die orientierten, unterbrochenen, langen Fasern verstärkten Verbundplatte aus thermoplastischem Harz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der rechteckigen, vorgetränkten Streifen mit einer Länge von 1 bis 20 cm zu geführt wird.

3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der rechteckigen, vorgetränkten Streifen mit einer Breite und einer Dicke von jeweils 0,01 bis 0,2 cm zugeführt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze der Siebplatte eine Breite im Bereich von 1 bis 5 mm aufweisen.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckigen, vorgetränkten Streifen durch Schneiden einer vorgetränkten Platte aus einem mit durchlaufenden Fasern verstärkten und aus thermoplastischem Harz gebildeten Verbundmaterial mit im wesentlichen gleichen Abmessungen herge stellt werden.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen aus einem Verbundmaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 cm hergestellt werden.

7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das faserverstärkte und aus thermoplastischem Harz gebildete Verbundmaterial als thermoplastisches Harz Polypropylen, Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styren Copolymer, Polycarbonat oder Poly (Äther Äther Keton) enthält.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das faserverstärkte aus thermoplastischem Harz gebildete Verbundmaterial als Fa sern Glasfasern, Kohlenstoffasern, aromatische Polyamidfasern, Keramikfasern, Metall fasern oder aus diesen gebildete Hybridfasern enthält.

9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das durch durchlaufende Fasern verstärkte und aus thermoplastischem Harz gebil dete Verbundmaterial durch laufende Fasern in Form von einem Strang, einem Vorge spinst, einem gewebten Vorgespinst, einem Gewebe oder einer Matte enthält.

10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der rechteckigen, vorgetränkten Streifen eine Länge von 1 bis 10 cm hat.

11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze der horizontalen Siebplatte eine Breite von 2,5 bis 5 mm haben.

12. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsfrequenz der horizontalen Siebplatte 1 bis 50 Hz beträgt.

13. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsfrequenz 10 bis 30 Hz beträgt.

14. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration der horizontalen Siebplatte senkrecht zur horizontalen Fläche der Siebplatte erfolgt.

15. Verfahren zur Herstellung einer mit orientierten, unterbrochenen, langen Fasern verstärkten und aus thermoplastischem Harz gebildeten Verbundplatte mit den folgen den Schritten:

a) Zuführen einer Vielzahl von Fasern zu einer horizontalen, vibrierenden Siebplatte, welche eine große Anzahl von zueinander parallelen Schlitzen aufweist, deren Länge, beziehungsweise Breite größer als die Länge, beziehungsweise Breite oder Dicke der Fasern ist;
b) Anordnen der Fasern auf einer feststehenden Unterschicht aus einem thermo plastisches Harz enthaltenen Plattenprodukt unterhalb der horizontalen Siebplatte, wobei die Fasern durch die Vibration durch die Schlitze hindurchfallen und gleich mäßig über eine Fläche der feststehenden Unterschicht verteilt werden;
c) Entfernen der Unterschicht mit darauf abgelagerten Fasern in horizontaler Rich tung von unterhalb der horizontalen Siebplatte;
d) Verbinden einer Oberschicht aus thermoplastisches Harz enthaltenem Verbund plattenprodukt mit der Unterschicht und den darauf abgelagerten Fasern, wobei die Fasern zwischen Ober- und Unterschicht eingekeilt sind, um ein Laminat- Produkt zu formen, und
e) Erwärmen und Pressen des Laminat-Produkts unter Druck zur Herstellung eines von orientierten, unterbrochenen, langen Fasern verstärktem Plattenprodukt aus thermoplastischem Harz.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge von 1 bis 20 cm aufweisen.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Breite, beziehungsweise eine Dicke von 0,01 bis 0,2 cm aufweisen.

18. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fasern im wesentlichen gleiche Abmessungen aufweist.

19. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 15 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze 1 bis 5 mm beträgt.

20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht und die Oberschicht als thermoplastisches Harz Polypropylen, Po lyamid, Acrylnitril-Butadien-Styren Copolymer, Polycarbonat oder Poly (Äther Äther Keton) verwenden.

21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, Glasfasern, Karbonfasern, aromatische Polyamidfasern, Keramikfasern, Metallfasern oder aus diesen gebildete Hybridfasern sind.

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze der horizontalen Siebplatte eine Breite von 2,5 bis 5 mm aufweisen.

23. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Siebplatte mit einer Vibrationsfrequenz von 1 bis 50 Hz vibriert.

24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Siebplatte mit einer Vibrationsfrequenz zwischen 10 und 30 Hz vi briert.

25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Siebplatte in einer Richtung senkrecht zur horizontalen Fläche der horizontalen Siebplatte vibriert.