DE19806270C2

DE19806270C2 - Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte

Info

Publication number: DE19806270C2
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: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: DE19806270A1; GB2332872A9; JP2857620B1; GB2332872A; GB2332872B; JPH11207737A; GB9800249D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte aus thermoplastischem Harz, die durch orien tierte, lange, unterbrochene Fasern unterschiedlicher Länge verstärkt ist.

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 Arti keln sind aus den Pellets des faserverstärkten Harzes durch Spritzgußformung herstellbar. Der oben geschriebene Vor gang 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 Endpro dukte, die nach dem obigen Verfahren aus den Pellets hergestellt sind, ist deshalb eine Kompromißlösung, da die End produkte nur von unorientierten kurzen Fasern verstärkt werden, die allerdings 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 of fenbart. Das Verfahren ist in POLYMER ENCINEERING AND SCIENCE Vol. 15, No. 7 (1975), Seiten 525-531 veröf fentlicht. Das Verfahren ist jedoch 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 Be reichs von ±15° zur Längenachse ausgerichtet sind.

Einer der Erfinder der vorliegenden Erfindung, Herr Chen-Chi Martin Ma und seine Kollegen haben Pellets aus faser verstärktem 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 Artikel durch Spritzgußformung geeignet. Die Pellets können leicht geformt oder gestaltet werden; allerdings brechen die in den Pel lets enthaltenen Fasern leicht bei der Spritzgußformung. Die aus derartigen Kunststoffpellets hergestellten Artikel ent halten 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 Artikel hergestellt aus mit durchlaufenden Fasern ver stärktem thermoplastischen Harzverbundmaterial.

Die aus mit durchlaufenden Fasern verstärktem thermoplastischem Harzverbundmaterial hergestellten Artikel haben eine relativ hohe Steifigkeit und Stärke. Dieses Material kann jedoch nicht leicht geformt oder gestaltet werden, weil es ihm an Biegsamkeit fehlt. Daher ist das Material nicht geeignet zur Herstellung eines Artikels, der Ausnehmungen oder eine komplizierte Gestaltung aufweist. Mit anderen Worten, der aus diesem Material hergestellte Artikel, ist empfindlich be züglich 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 (abge kürzt LDF), eingeführt. Das Verfahren ist in 32nd INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM, Seiten 1413-1425, of fenbart. Das von den LDF verstärkte thermoplastische Harzverbundmaterial weist Fasern mit Längen zwischen 2.54 und 15.24 cm auf. Die Fasern sind so regelmäßig geordnet, 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 thermoplastische Harzverbundmaterial viel leichter geformt und gestaltet werden als das von den durch laufenden Fasern verstärkte thermoplastische Harzverbundmaterial, wie von James F. Pratte, et. al. in 34th INTERNA TIONAL 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 Corporation US noch nie ein Ver fahren zur Herstellung des LDF-verstärkten thermoplastischen Harzverbundmaterials offenbart. Außerdem ist kein Ver fahren zur Herstellung eines Verbundplattenprodukts aus LDF-verstärktem thermoplastischem Harzverbundmaterial be kannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundplattenprodukts bereitzu stellen, bei dem orientierte lange, unterbrochene Fasern mit Längen zwischen 1 cm und 20 cm das thermoplastische Harzverbundmaterial verstärken. Das Plattenprodukt enthält vorzugsweise lange Fasern, die zu mehr als 85% unter ei nem Abweichungswinkel zwischen ±5° zur Längenachse ausgerichtet sind.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1:

Im ersten Schritt werden eine Vielzahl vorgetränkter rechteckiger Streifen eines faserverstärkten thermoplastischen Harzverbundmaterials einer horizontalen vibrierenden Siebplatte zugeführt. Die vorgetränkten Streifen können im we sentlichen gleiche Abmessungen 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 vor getränkten Streifen zur Siebplatte unter dieser angeordnet. Die vorgetränkten Streifen fallen durch die Vibration der Siebplatte auf die Formplatte oder das Plattenprodukt, das das thermoplastische Harz enthält, durch die Schlitze der Sieb platte.

Nach dem zweiten Schritt sind die vorgetränkten Streifen auf der Formplatte oder dem Plattenprodukt, das das ther moplastische 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 Plattenprodukt 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 Streifen werden vorzugsweise durch Schneiden einer vorgetränkten Platte oder Folie aus mit durchlaufenden Fasern verstärktem thermoplastischem Harzver bundmaterial geformt. Das Material hat eine Dicke von 0.01 cm bis 0.2 cm. Die vorgetränkte Platte wird geschnitten, 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 vorgetränkten Platte benutzten durchlaufenden Fasern können in Form eines Strangs, eines 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 Erfindung eine Glasfaser, Kohlenstoff faser, aromatische Polyamidfaser, Keramikfaser, Metallfaser, 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 wesentlichen in einer Richtung senk recht zu ihrer horizontalen Fläche.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind 95% der Fasern so orientiert, daß sie innerhalb eines Ab weichungswinkels 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 Plattenprodukts. Die Zugfestigkeit des Plattenpro dukts der vorliegenden Erfindung ist jedoch viel größer als die Zugfestigkeit bei Verbundmaterialien, die mit unorientier ten langen Fasern und kurzen Fasern verstärkt sind.

Die vorliegende Erfindung offenbart weiter ein Verfahren zur Vorbereitung eines Plattenprodukts, 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 wesent lichen die gleichen Abmessungen haben, auf einer horizontal angeordneten vibrierenden Siebplatte abgelagert. Die Sieb platte hat eine große Anzahl von Schlitzen, die parallel zueinander sind. Die Schlitze haben eine Länge größer 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 Ab lagerung der Fasern auf der Siebplatte unter die Siebplatte gestellt. Die Fasern fallen durch die Vibration der Siebplatte auf die Unterschicht.

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

Die mit den darauf abgelagerten Fasern versehene Unterschicht wird von einer Oberschicht aus einem thermoplasti sches 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 unterbro chenen langen Fasern verstärkt und aus thermoplastischen 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.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vibrationsmaschine, die im Verfahren nach vorliegender Erfindung verwen det ist;

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

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung von Zugfestigkeit eines PEEK-Verbundmaterials in Abhängigkeit von verschie denen Faserlängen der verstärkenden Kohlenstoffasern;

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung von Biegefestigkeit des PEEK-Verbundmaterials in Abhängigkeit von verschie denen 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 beschrie ben sind.

Im ersten Schritt wird ein PP vorgetränktes Plattenprodukt, ein Nylon vorgetränktes Plattenprodukt, ein ABS vorge tränktes Plattenprodukt, ein PC vorgetränktes Plattenprodukt, ein PEEK vorgetränktes Plattenprodukt etc. vorbereitet, welches von durchlaufende Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstoffasern oder aromatischen Polyamidfasern, verstärkt ist, deren Dicke zwischen 0.01 und 0.2 cm sind. Irgendeines der obengenannten vorgetränkten Plattenprodukte wird in mehrere vorgetränkten rechteckförmige 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 hinunterlaufenden halbellipsen förmigen Rinne eingeführt. Dann fallen die vorgetränkte Streifen auf einer vibrierende horizontale Siebplatte einer Vi brationsmaschine. Die Vibrationsmaschine weist eine Plattform auf, über der die horizontale Siebplatte angeordnet 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 vorge tränkten Streifen. Die Vibrationsfrequenz des Motors beträgt zwischen 1 und 50 Hz.

Im dritten Schritt des Verfahrens wird vorher oder gleichzeitig zur Einführung vorgetränkter 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 Platten produkts durch die Schlitze.

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

Die Zugfestigkeit des hergestellten Materials ist abhängig von der Länge und der Orientierung der verstärkenden Fa sern. 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 taiwa nesischen Patenten 44 724 und 57 397 offenbart sind, ersetzbar.

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 zugeführt 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 Harz platte abgedeckt und dann erwärmt und gepreßt, um die Plattenformungs-Zusammensetzung zu bilden, die die orientier ten Fasern enthält.

Wie es in Fig. 1 illustriert ist, enthält eine in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Vi brationsmaschine eine Plattform 10, eine horizontale Siebplatte 20 und einen Vibrationsmotor 30. Die Siebplatte ist über der Plattform 10 angeordnet, 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 Vibrationsmotor 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 an grenzende Schlitze in einem Abstand von 3 mm angeordnet sind.

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen Prozeß zur Orientierung der Fasern. In dem Pro zeß werden aus durchlaufendem Nylon 12/Glasfaserband von Baycomp, Kanada produzierte Streifen verwendet. Das Band hat den Produktencode 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 Vibrationsma schine gleichmäßig abgelagert. Wenn der Motor 30 gestartet wird, hat die verursachte Vibration eine Vibrationsfrequenz von 10 Hz. Als Resultat 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 Ka mera aufgenommen. Der obengenannte Prozeß wird 10mal wiederholt, um 10 Orientierungsbilder in Folge zu erhalten. Die Orientierungsbilder sind auf ein Computer-Display übertragbar. Unter Verwendung 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 Winkelbereich von ±10° zur Längenachse orientiert sind.

Zur Vorbereitung eines Verbundmaterials aus thermoplastischem Harz mit unterbrochenen langen Verstärkungsfasern wird eine Unterform 50 auf die Plattform 10 gestellt. Die Unterform 50 ist mit einem Auslösefilm 40, der von Firma Air tech Corporation, USA hergestellt 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 Aus lösefilmen 40 und 40' eingekeilt sind, wie es in Fig. 1a illustriert 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 Laminat-Produkt entnommen wurden und dann in einer Kaltmatrize für 15 Minuten abgekühlt wur den. Danach wird das Laminat-Produkt aus den Formen 50 und 60 entnommen, bevor es zwischen einem Paar Rollen un ter Hitze und Druck durchgeführt wird. Nach Beendigung des Heiz- und Preßvorgangs, des Abkühlvorgangs, und des Rollvorgangs für ein weiteres Mal ist ein von den orientierten und unterbrochenen langen Fasern verstärktes, aus ther moplastischem 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 obengenannte 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 Vibrationsfrequenz auf die Faserorientierung ist deshalb unbedeutend.

Tabelle 2

Bei einer dritten Ausführungsform wird die Wirkung der Faserlänge auf die Faserorientierung studiert. Die dritte Aus führungsform 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 Faserorientierung am schlechtesten bei einer Faserlänge von 2 cm ist. Mit anderen Worten waren nur 58% der rechteckigen kleinen Stücke in nerhalb des Winkelbereich von ±10 zur Längenachse orientiert, wenn die verwendete Faserlänge 2 cm war. Die Wirkung ist daher groß.

Tabelle 3

Bei der vierten Ausführungsform wurde die Wirkung der Breite der Schlitze der Siebplatte auf die Faserorientierung untersucht. Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die erste, außer daß jetzt eine hori zontale Siebplatte 20 verwendet wird, die Schlitze mit einer Breite von 1.5 mm statt der 2.5 mm hat. Die Resultate sind in der Tabelle 4 dargestellt. Es ergibt sich, daß die Faserorientierung verbessert ist, wenn die Breite der Schlitze der Sieb platte 20 abnimmt. Mit anderen Worten hat der Prozentsatz der rechteckigen kleinen Stücke, die innerhalb des Winkel bereichs 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 Zugfestigkeit 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 Endprodukte sind nach dem Verfahren ASTM D3039 gemessen. Die Untersuchungsresultate sind in den Tabelle 5 dargestellt.

Tabelle 5

Als sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde ein AS-4/PEEK vorgetränktes und mit durchlaufen den Kohlenstoffasern verstärktes Material zur Herstellung des Endplattenprodukts verwendet, das 60 Vol-% Kohlen stoffasern 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 vor liegenden 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 Vibrationsfrequenz 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 bestimmt 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 innerhalb des Winkelbe reichs von ±5° zu der Längenachse orientiert sind.

Entsprechend zur ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind verschiedene aus thermoplastischem Harz gebildete Plattenprodukte gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden. Diese sind von den unterbrochenen Fasern mit Längen von 5 cm, 4 cm, 3 cm und 2 cm verstärkt und wurden einem Heizvor gang 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 Verfahren von ASTM D3039, D790 und D256 wurden Zugfestigkeit, Biegefestig keit und die Izod-Kerbschlagfestigkeit der Plattenprodukte im Vergleich zu den Untersuchungsresultaten der AS- 4/PEEK Plattenprodukten geprüft, die 30 Gew.-% der eine Länge von 0.009 cm aufweisenden und verstärkenden kurzen Kohlenstoffasern enthalten. Die Resultate 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 mit 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 horizontalen, vibrierenden Siebplatte, welche eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, die parallel zueinander ausgerichtet sind und eine Länge, beziehungsweise Breite auf weisen, die größer als eine Länge der vorgetränkten Streifen, beziehungsweise eine Breite oder Dicke der vor getränkten Streifen ist;
b) Anordnen der vorgetränkten Streifen auf einer feststehenden Formplatte oder einem thermoplastisches Harz enthaltenen Plattenprodukt unterhalb der horizontalen Siebplatte, wobei die vorgetränkten Streifen durch die Vibration durch die Schlitze hindurchfallen und gleichmäßig auf eine Fläche der feststehenden Formplatte 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 thermoplastischem Harz gebildeten Plat tenprodukt angeordneten, vorgetränkten Streifen zur Bildung einer durch die orientierten, unterbrochenen, lan gen Fasern verstärkten Verbundplatte aus thermoplastischem Harz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der rechteckigen, vorgetränkten Streifen mit ei ner Länge von 1 bis 20 cm zugeführt wird.

3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der recht eckigen, 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 rechtecki gen, vorgetränkten Streifen durch Schneiden einer vorgetränkten Platte aus einem mit durchlaufenden Fasern ver stärkten und aus thermoplastischem Harz gebildeten Verbundmaterial mit im wesentlichen gleichen Abmessungen hergestellt 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 faserver stärkte und aus thermoplastischem Harz gebildete Verbundmaterial als thermoplastisches Harz Polypropylen, Poly amid, Acrylnitril-Butadien-Styren Copolymer, Polycarbonat oder Poly (Äther Äther Keton) enthält.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das faserver stärkte aus thermoplastischem Harz gebildete Verbundmaterial als Fasern Glasfasern, Kohlenstoffasern, aromati sche Polyamidfasern, Keramikfasern, Metallfasern oder aus diesen gebildete Hybridfasern enthält.

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

10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der recht eckigen, 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 Vibrations frequenz der horizontalen Siebplatte 1 bis 50 Hz beträgt.

13. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrations frequenz 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 thermopla stischem Harz gebildeten Verbundplatte mit den folgenden Schritten:

a) Zuführen einer Vielzahl von Fasern zu einer horizontalen, vibrierenden Siebplatte, welche eine große An zahl 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 thermoplastisches Harz enthaltenen Plattenprodukt unterhalb der horizontalen Siebplatte, wobei die Fasern durch die Vibration durch die Schlitze hindurchfallen und gleichmäßig über eine Fläche der feststehenden Unterschicht verteilt werden;
c) Entfernen der Unterschicht mit darauf abgelagerten Fasern in horizontaler Richtung von unterhalb der ho rizontalen Siebplatte;
d) Verbinden einer Oberschicht aus thermoplastisches Harz enthaltenem Verbundplattenprodukt mit der Un terschicht 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, unterbro chenen, 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, Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styren Copolymer, Poly carbonat oder Poly (Äther Äther Keton) verwenden.

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

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze der hori zontalen 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 Sieb platte mit einer Vibrationsfrequenz von 1 bis 50 Hz vibriert.

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

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