DE2136124A1 - Verfahren zur herstellung von faser-vorformlingen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von faser-vorformlingenInfo
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Description
BAYER AG
Str/Ra
Verfahren zur Herstellung von Paser-Vorforoilingen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Vorformlingen in Gestalt von Hohlkörpern oder hiervon abgeleiteten Formteilen aus Fasern durch Rotationsformen
unter Verwendung von Schmelzklebern.
Es ist bekannt, daß Formteile aus Kunststoffen, sowohl aus
Duromeren, wie z. B. ungesättigten Polyesterharzen, als auch Thermoplasten erst durch eine Verstärkung mit faserförmigen
Füllstoffen genügend Festigkeiten erlangen. Bei Thermoplasten wird der Füllstoff allgemein über Schneckenpressen in die
polymere Schmelze eingearbeitet, bei Duromeren werden entweder Gewebe oder Matten mit dem reaktionsfähigen Monomeren oder
Polymeren getränkt und/oder verpreßt. Rohre und ähnliche Gebilde können durch Wickeln endloser Fäden auf Kerne und
anschließende Tränkung mit dem Polymeren oder Monomeren erhalten werden.
Weiterhin wurde auch die Herstellung von Vorformlingen aus geschnittenen Fasern beschrieben. Hierbei wird die Faser
unter gleichzeitiger Zufuhr eines Bindemittels auf eine Patrize aufgebracht. Nach Verfestigung des Bindemittels kann
der Vorformling abgenommen und in einem weiteren Arbeitsgang
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mit Harzen getränkt und verpreßt werden.
Die Herstellung geschlossener, nahtloser Vorformlinge, die eine gleichmäßige mechanische Festigkeit des Fonnkörpers
gewähren, ist nach keinem der beschriebenen Verfahren möglich,
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Faser-Vorformlingen in Gestalt beliebiger Hohlkörper oder
hiervon abgeleiteten Formkörpern mit Hilfe biaxialen Rotationsformens, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das
Formwerkzeug mit Fasern und einem bei Zimmertemperatur festen
Schmelzkleber beschickt und bis zum Schmelz- oder Erweichungspunkt des Schmelzklebers unter gleichzeitiger Rotation erwärmt
wird.
Als Fasern eignen sich besonders solche mit 30 Ai bis Io cm
Länge. Glasfasern, die gegebenenfalls mit thermostabiler, haftvermittelnderi Schichten versehen sind, Asbestfasern,
Kohlenstoff-Fasern, Whiskers, aber auch Metallfasern und
in der Textilindustrie verwendete Polyamid-, Polyester- und
Polyacrylnitrilfasern sowie natürliche Cellulosefasern können zur Herstellung des Vorformlings verwendet werden.
Als Schmelzkleber können alle Polymeren verwendet werden, deren Schmelz- oder Erweichungspunkt in einem Bereich
liegt, der eine Verarbeitung durch Rotationsformen zuläßt und die mit dem nachfolgenden, den Hohlkörper bildenden
Polymeren bzw. Monomeren verträglich sind, ohne sofort gelöst zu werden. Auch Monomere können eingesetzt werden,
sofern ihr Schmelzpunkt über der Verarbeitungstemperatur des nachfolgenden, den Hohlkörper bildenden Polymeren oder
Monomeren liegt oder ihre Viskosität so hoch ist, daß ein Zusammenfallen des gebildeten Vlieses vermieden wird. Handelt
es sich um oxidationsempfindliche Schmelzkleber, so kann die Ausbildung des .Vlieses unter Schutzgasatmosphäre im
Werkzeug erfolgen.
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Geeignete Schmelzkleber sind zum Beispiel: Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen niederer Dichte, deren Copolymere
mitOC-Olefinen oder Vinylacetat, Polypropylen, Polyvinylacetate,
Polyamide, Homo- oder Copolymerisate aus Styrol, Acrylnitril und Butadien und Mischungen aus Polyvinylchloriden
und Weichmacher, Polymethacrylsäureester und Polycarbonate.
Als Monomere sind u.a. Lactame mit mindestens 7 Ringgliedern, so z. B. Caprolactam, Laurinlactam oder önanthlactam geeignet.
Die Schmelzkleber liegen vorzugsweise in Form rieselfähiger
Pulver mit Korngrößen von 3o - looo/U, vorzugsweise 5o - 4oo /u
vor. Sie werden in Konzentrationen von 1 - 5o %, vorzugsweise
5 - Io %3 bezogen auf die Fasermenge, eingesetzt.
Die Werkzeuge sind in der beim Rotationsformen je nach Maschinentyp üblichen Ausführung einwandig oder doppelwandig
und können an ihrer Innenfläche zur besseren Entformung des
Werkstückes mit einer Trennschicht, beispielsweise auf Siliconharz-Basis oder aus Polytetrafluoräthylen versehen
sein. Durch Wärmeisolierung können bestimmte Teile oder Flächen des Formteiles so ausgebildet werden, daß an diesen
Stellen keine Fasern haften.
Durch das Verfahren lassen sich Vorformlinge in Gestalt
beliebiger Hohlkörper oder hiervon abgeleiteter Formkörper herstellen, ohne daß eine Orientierung der Fasern im Vorformling,
eine Voraussetzung für einen mechanisch isotropen Hohlkörper, auftritt. Das Verfahren beruht auf dem Prinzip
des Rotationsformens in Werkzeugen unter biaxialer Rotation
bei niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten. Es war überraschend und nicht vorherzusehen, daß sich faserförmige Gebilde von
einigen Ai bis zu einigen cm Länge an der Wandung gleichmäßig
und unter Verwendung von Schmelzkleber einen Vorformling in Gestalt eines Vlieses gleichmäßiger Wanddicke bilden.
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Vielmehr mußte angenommen werden, daß die sperigen Pasern
sich zusammenballen und Paseranhäufungen bilden.
Die Bildung des Vorformlings erfolgt durch Erhitzen eines für das Rotationsformen geeigneten Werkzeuges unter mono-
oder biaxialer Rotation, nachdem dieses mit einem faserförmigen Füllstoff und einem bei Raumtemperatur festen,
vorzugsweise pulverförraigen Schmelzkleber beschickt
wurde. Der Schmelzkleber bewirkt eine Haftung der Pasern an der Formwandung und den Fasern untereinander, so daß
sich nach und nach durch Ansintern des Schmelzklebers an Formwand und Fasern ein Vlies-Hohlkörper ausbildet.
Die Drehzahlen bei der Rotation liegen im Bereich von 1 - J>o
U/min, vorzugsweise zwischen 3 und Io ü/min. Das Verhältnis
der beiden Rotationsachsen zueinander richtet sich nach der Geometrie des Formteils und liegt in einem Bereich von Primär:
Sekundärachse von 5 : 1 bis 1:5.
Die Zugabe des Faser-Schmelzkleber-Gemenges kann erfolgen:
a) als fertige Mischung,
b) Füllstoff und Schmelzkleber werden in der gewünschten Menge und im vorgeschriebenen Verhältnis getrennt
in das Werkzeug eingebracht und vermischen sich ^ durch Rotation.
c) Das fertige Gemisch wird über sogenannte rotierende
Stopfbuchsen mittels eines Inertgasstromes kontinuierlich in das Werkzeug eingetragen, so daß sich
das Vlies nach und nach an der Behälterwand aufbaut.
d) Aus einem mit dem Werkzeug verbundenen, nicht beheizten und gegen Wärmeleitung isolierten Vorratsbehälter
rieseln während der Rotation langsam die Fasern, an deren Oberfläche der noch feste Schmelz-
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kleber haftet, in das Werkzeug und bildet dort das Faservlies an der Oberfläche aus.
Diese Verfahrensweise kann vorteilhaft bei doppelwandigen, flüssigkeitsbeheizten Rotationsgußautoraaten angewendet werden.
Diese Verfahrensweise kann vorteilhaft bei doppelwandigen, flüssigkeitsbeheizten Rotationsgußautoraaten angewendet werden.
Das Vlies ist ein lockeres, poröses Gebilde, das durch
gleichzeitige oder nachfolgende Beschickung des Werkzeuges mit einer auf die Größe des Formteils abgestimmten Anzahl kugel- oder walzenförmiger Körper aus Porzellan, Ton, Glas oder Metallen verdichtet werden kann. Darüber hinaus werden von der Innenoberfläche abstehende Fasern geglättet, so daß Formteile mit geschlossener, glatterj porenfreier Innenfläche erhalten werden.
gleichzeitige oder nachfolgende Beschickung des Werkzeuges mit einer auf die Größe des Formteils abgestimmten Anzahl kugel- oder walzenförmiger Körper aus Porzellan, Ton, Glas oder Metallen verdichtet werden kann. Darüber hinaus werden von der Innenoberfläche abstehende Fasern geglättet, so daß Formteile mit geschlossener, glatterj porenfreier Innenfläche erhalten werden.
Die gebildeten Vlieshohlkörper können sofort oder in einem gesonderten Arbeitsgang mit Polymeren oder Monomeren getränkt
bzw. durchsetzt werden. Das Ausfüllen der Zwischenräume im Vlies durch das Polymere oder Monomere kann durch Rotation
unter Vakuum unterstützt werden. Andererseits besteht auch die Möglichkeit durch Aufbau eines Innendruckes die Abbildungsgenauigkeit
zu erhöhen.
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loo g Glasfasern von 6 mm Länge in Gestalt geschnittener
Rovings werden mit Io g Polyäthylen niederer Dichte (Schmelzindex nach DIN 53 735=·Μ-,2 g/lo min) gemischt und in ein
mit Polytetrafluoräthylen beschichtetes Rotationswerkzeug in Gestalt einer bombierten Flasche von 3 1 Inhalt gegeben.
Das Werkzeug wird sodann innerhalb von 15 min auf 25o C unter biaxialer Rotation erhitzt. Nach dem Abkühlen auf 5o°C
hat sich ein poröses, über die Innenwand gleichmäßig verteiltes Faservlies aufgebaut« Das voluminöse Vlies weist eine
Dicke von 3 mm auf.
In ein kaltes Rotationswerkzeug in Gestalt eines Pyramidenstupfes
mit 15 1 Inhalt werden 900 g Glasfasern mit einer durchschnittlichen Länge von 12 mm eingebracht. Hinzu fügt
man 45 g eines Copolymeren aus Äthylen und Vinylacetat,
verschließt das Werkzeug und erhitzt es unter biaxialer Rotation auf 22o°C. Nach Io min hat sich ein gleichmäßiges
Faservlies gebildet. Das Werkzeug wird auf l8o°C gekühlt und sofort mit 2 kg einer polymerIsierfähigen Schmelze aus
99 Gewichtsteilen Caprolactam, 0,5 Gewichtsteilen Natrium-Caprolactamat
und 0,5 Gewichtsteilen Hexamethylendiisocyanat 1,6 beschickt und in biaxiale Rotation versetzt. Die Werkzeugtemperatur
von l8o°C wird gehalten. Nach 3 Minuten Rotation kühlt man das Werkzeug und erhält einen nahtlosen
glasfaserverstärkten Behälter aus 6-Polyamid. Das Formteil zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Steifigkeit aus.
Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch zusätzlich werden 8 Porzellankugeln von 2o mm Durchmesser zugegeben.
Der' Aufbau des Vlieses erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben, doch ist das Vlies verdichtet und weist nur noch eine
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Dicke von 1,5 ram auf, wobei die Innenfläche des Vlieses
keine abstehenden Faserenden mehr aufweist.
Ein zylindrisches Rotationswerkzeug von 3oo mm Durchmesser
und 5oo ram Höhe, an der oberen Seite mit einem Tauchrohr zur Entlüftung versehen und im Mittelpunkt der Sekundärachse
eine rotierende Stopfbuchse tragend, wird auf 2j5o°C erhitzt.
Über eine Hohlwelle, die mit der rotierenden Stopfbuchse verbunden ist, wird durch einen Inertgasstrom ein Gemisch
aus Glasfasern von 3 mm Länge und 8 Gewichtsprozent Polyäthylen niederer Dichte mit einem Schmelzindex nach DIN 53755
= 2o g/lο min kontinuierlich in die Form eingetragen. Das Inertgas entweicht über das Entlüftungsrohr und an der
heißen Formwand baut sich kontinuierlich ein voluminöses Faservlies auf.
5oo g Asbestfasern werden mit 5o g Polyäthylen niederer
Dichte in einem Taumelmischer vermischt. Das Gemenge wird in ein Rotationswerkzeug in Gestalt eines Kegelstupfes
eingebracht und dieses verschlossen. Durch biaxiale Rotation bei 7 ü/min um die Primärachse und 3 U/min um die Sekundärachse
wird bei 25o°C ein Vlies aus Asbestfasern aufgebaut. Es ist gleichmäßig ausgebildet und hat eine durchschnittliche
Dicke von 2,5 mm.
In das in Beispiel 1 beschriebene Rotationswerkzeug wird ein Gemisch aus loo g Glasfasern mit 6 mm Länge und Io g
eines Copolymeren aus Styrol und Acrylnitril in Form eines Pulvers mit einer mittleren Korngröße von 4οολι eingebracht.
Das Werkzeug wird verschlossen und unter biaxialer Rotation
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auf l8o°C erhitzt. Es bildet sich auch hier ein Vlies, dessen einzelne Pasern untereinander durch den Schmelzkleber
verbunden sind.
Ein zylindrisches, ölbeheiztes Rotationswerkzeug mit ovaler Grundfläche und einem Inhalt von 12oo 1 wird mit Io kg
eines Gemisches, aus 90 Gewichtsprozent Glasfasern in 6,12
und 24 mm Länge in gleichen Anteilen sowie Io Gewichtsprozent Polyäthylen niederer Dichte und einem Schmelzindex nach
DIN 53755 18 g/lo min beschickt und verschlossen. Durch
Erhitzen des Werkzeuges auf 2oo°C unter biaxialer Rotation entsteht ein gleichmäßiges, homogenes poröses Faservlies
in der durch das Werkzeug vorgegebenen Gestalt.
Das in Beispiel 1 beschriebene Werkzeug wird mit 5oo g
geschnittener Stahldrähte von durchschnittlich Io mm Länge und 0,1 - 0,2 mm Dicke sowie 2o g eines Äthylenvinylacetat
Copolymeren beschickt und auf 22o°C erhitzt. Es bildet sich an der Innenfläche ein gleichmäßiges Gebilde aus unregelmäßig
angeordneten Stahldrähten, die nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur untereinander und an der Formwand durch das
Copolymere haften.
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Claims (1)
- Patentanspruch;Verfahren zur Herstellung von Faser-Vbrformlingen in Gestalt beliebiger Hohlkörper oder hiervon abgeleiteten Formkörpern mit Hilfe biaxialen Rotationsformens, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug mit Fasern und einem bei Zimmertemperatur festen Schmelzkleber beschickt und bis zum Schmelz- oder Erweichungspunkt des Schmelzklebers unter gleichzeitiger Rotation erwärmt wird.Lo A L "5 cV/-i -Q-Ίΰ° B Π'/ / (J /Β '>
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OHN | Withdrawal |