DE2204673A1

DE2204673A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von mit Glimmerplättchen verstärkten Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE2204673A1
Application number: DE19722204673
Authority: DE
Inventors: Francis W. Guelph Ontario Maine (Kanada)
Original assignee: Fiberglas Canada Inc
Current assignee: Owens Corning Canada Inc
Priority date: 1971-02-01
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1972-08-10
Also published as: ZA72640B; IT948376B; FR2124315A1

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys.Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462

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FIBERGLAS CANADA LIMITED 48 St.Clair Avenue West, TORONTO 195, Ontario / Canada

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von mit Glimmerplättchen verstärkten Kunststoffgegenständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstandes aus formbarem polymerem Werkstoff, der mit Glimmerplättchen verstärkt ist. Die ""'Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem polymeren

Z/M

Trägermaterial, in dem GIi mmerplättchen eingebettet sind, wobei die Mischung durch eine Behandlungsvorrichtung in Form eines Schraubenextruders, einer Spritzgußvorrichtung oder dergleichen geleitet wird.

Zur Verstärkung von aus Kunststoff hergestellten Gegenständen sind bisher schon verschiedene Materialien vorgeschlagen und auch verwendet worden. So ist es bekannt, Fasern aus Glas oder beispielsweise Asbest zu verwenden, die zu einer Matte geformt und mit einem harzigen Trägermaterial imprägniert werden. Die imprägnierte Matte wird daraufhin geformt und in ihre endgültige Form gebracht. Dies wurde häufig von Hand durchgeführt. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, faseriges Verstärkungsmaterial einem Kunstharz träger zuzufügen und den letzteren daraufhin unter Anwendung eines der bekannten Kunststoff-Formverfahren als Gegenstand auszuformen.

Bei der Verwendung dieses faserigen Verstärkungsmaterials haben sich beträchtliche Schwierigkeiten ergeben, insbesondere im Hinblick darauf, daß das Zusammenbacken bzw. Zusammenkleben der einzelnen Fasern verhindert werden soll, um deren gleichmäßige Verteilung im Trägermaterial zu erhalten. Es liegt auf der Hand₅ daß eine Verteilung des Verstärkungsmaterials, die von optimaler Gleichmäßigkeit ist, in besonderem Maße dazu beiträgt, daß ein Gegenstand mit optimalen Festigkeitseigenschaften hergestellt werden kann, insbesondere wenn man bei der Festigkeit den vom Verstärkungsmaterial geleisteten Beitrag berücksichtigt. Bisher sind verschiedene Mischverfahren vorgeschlagen worden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich mit diesen Verfahren, die einen beträchtlichen Aufwand hinsichtlich der technischen Behandlung des Verstärkungsmaterials beinhalten, nicht die gewünschten Vorteile erreichen lassen. Dies beruht entweder auf einer Beschädigung des Verstärkungsmaterials oder ist durch die

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große Anzahl von Spannungskonzentrationspunkten begründet, die sich wegen der Veränderung von Fäden unterschiedlicher Längen ergeben. Im letzteren Fall tendieren die Enden der einzelnen Fäden dahin, als "Spannungssteiger" zu dienen, was zu einem vorzeitigen Bruch bzw. Ausfall des Gegenstandes führt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit und Elastizitätscharakteristik eines aus polymeren! Trägermaterial hergestellten Gegenstandes durch Verstärken des Materials mit Glimmerplättchen zu verbessern.

Die physikalischen Eigenschaften von Glimmer sind ebenso wie die verschiedenen Glimmerarten bekannt. Dies wird daher nicht mehr im einzelnen beschrieben. Es sollte jedoch an dieser Stelle noch einmal festgestellt werden, daß eine bestimmte Eigenschaft von Glimmer üblicherweise bekannt ist und dort verwendet wird, wo ein hoher elektrischer Widerstand gewünscht wird. Glimmer kann in Blatt- bzw. Plättchenform ausgebildet oder hergestellt werden, obwohl hierbei die Tendenz besteht, daß sich die Blätter durch Abblättern des Glimmers selbst zerstören. Darüber hinaus wird allgemein angenommen, daß Glimmer u&zu neigt, in einem gewissen Ausmaß spröde zu sein. Hinsichtlich der Zugfestigkeit von Glimmerplättchen sind bisher sehr wenige Daten bekannt. Aufgrund dieser fehlenden Information und in der Erkenntnis, daß Glimmer dazu neigt abzublättern sowie aufgrund seiner Sprödigkeit ist Glimmer im allgemeinen nicht als für ein Verstärkungsmaterial geeignet erachtet worden. Glimmer wurde bisher in erster Linie als Füllmittel verwendet, das in polymere Trägermaterialien eingebettet wurde. Die Verwendung von Glimmer als Füllmittel auf diesem

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besonderen Anwendungsgebiet beruhte jedoch auf seinen bekannten elektrischen, chemischen und dekorativen Eigenschaften.

Im Gegensatz zu den hinsichtlich Glimmer bisher bekannten Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten hat sich jedoch im Versuch gezeigt, daß zahlreiche Kunststoffe, wenn sie mit Glimmerplättchen verstärkt sind, Festigkeitseigenschaften aufweisen, die den Festigkeitseigenschaften von glasfaser-verstärkten Kunststoffen vergleichbar sind. Diese Festigkeitseigenschaften sind beträchtlich besser gegenüber denjenigen eines reinen Polymers, das nicht mit einem Füllmaterial versehen ist. Die verbesserten Festigkeitscharakteristiken ergeben sich insbesondere dann, wenn Glimmerplättchen mit einem relativ hohen Durchschnitts längen-bzw. Größenverhältnis, d.h. dem Verhältnis aus durchschnittlichem Plättchendurchmesser zu Dicke, ausgewählt werden. Es hat sich gezeigt, daß sich ganz bedeutend verbesserte mechanische Eigenschaften ergeben, wenn die Glimmerplättchen in ein polymeres Trägermaterial eingebettet und relativ gleichmäßig sowie gründlich verteilt werden. Es ergeben sich daher ganz bedeutende "vorteile; wc-nr.. solch, ein verstärkter Kunststoff als Baumaterial verwendet wird,

Wie schon erwähnt, smd sowohl verschiedene Arien vor, Glimmer bekannt als auch der ümsiaiidj daß Glimmer in als Form dünner Plättchen gebracht werden kann. Es isc jodoeli bisiier aufgrund der dem Glimmer eigenen Sprödigkeit äuSeisi ^cü?/ierig gewesen, aus Glimmer Gegenstände von einer einigerττΛββη. verwendbaren Form herzustellen.

Gleichwohl hat sich völlig überraschend gezeigt, .IaS Glimmerplätt« chen mit einem Durchsehnittsgroßeix^srhält-iis über 20μ unü mit

einem Durchmesser von vorzugsweise etwa 15 bis 250 P- (Mikron) gleichmäßig in ein polymeres Trägermaterial eingemischt und bei , Anwendung von Hitze und Druck in vielerlei brauchbare Formen ausgebildet werden können. Bisher wurde hierbei angenommen, daß die Zähigkeit einer Glimmer-Kunststoff mischung zu hoch wäre, als daß es möglich sei, diese Mischung in einer üblichen Kunststoff behandlungsvorrichtung zu verarbeiten» Völlig im Gegensatz zu dem, was hätte erwartet werden können, hat sich jedoch gezeigt, daß die Glimmerplättehen, wenn sie durch eine Behandlungsvorrichtung, selbst sogar durch einen Schraubenextruder, hindurehgeleitet werden, nicht merklich in dem Sinne zerstört werden oder aufbrechen müssen, daß die vorteilhaften Verstärkimgseigensehaften dieser Plättchen beeinträchtigt werden. Überraschenderweise waren die einzelnen Zähigkeiten ausreichend niedrig, s© daß die Glimmer-Kunststoff mischung mit den üblicherweise betonnten Techniken behandelbar war. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß das Einkapseln oder Umhüllen der Gliaiaierplätteheii mit einer geringen Menge Polymer als Schutzumhüllung oder -schiebt üazu beiträgt, das Aufbrechen bzw. Absplittern der Plättchen zn verhindern. Weiterhin hat sich gezeigt, daß clis Behandlung von Mischungen aus einem mit Glimmerplättclien verstärkten polymeren Trägermaterial in Vorrichtungen, wie Schraubenextrudern, Spritzgußvorrichtungen, Preßgußvorrichtungen oder dergleichen, ein Baumaterial ergab, das bedeutend verbesserte Festigkeitseigenschaften aufwies. Auch hat sieh gezeigt,, daß, wenn beispielsweise ein Schraubenextruder verwendet wird, di@ Tätigkeit der Extruderschraube dazu beiträgt, /aie Glimmerplättehen im polymeren Trägermaterial vorwärtsbewegt werden und die gleichmäßige und gründliche Mischung beibehalten wird, insbesondere wenn Maßnahmen zur Verringerung der Plättchenverwitterung unternommen werden.

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Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus formbarem, polymerem Werkstoff _f der mit Glimmerplättchen verstärkt ist, durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: Es wird eine Mischung aus ausgewähltem polymeren Material und hierin gleichmäßig verteilten Glimmerplättchen hergestellt, wobei die Mischung bis zu 75 Vol. -% Glimmerplättchen enthält und in einer Behandlungsvorrichtung einer Temperatur etwa zwischen 100⁰C bis 500⁰C sowie einem Druck etwa zwischen Umgebungsdruck bis 1410 kp/cm (20.000 psi) unterworfen wird, um die Mischung in einen fließfähigen, Eäh-elastischen Zustand zu bringen, worauf die plastische Mischung aus der Vorrichtung in eine gewünschte Form ausgebracht wird«

Bei einer bevorzugten Ausführxmgsform wird die ausgetragene plastische Mischung in Form von Pellets extrudiert, um sie nachfolgend zu einer beliebigen Zeit in demselben oder einem anderen Extruder, einer Spritzgußvorriehtung odei* einer anderen Behandlungsvorrichtung verwenden zu können. Die Behandlungsvorrichtung, in der die Mischung aus Träger material und Glimmer in einen zäh-elastischen Zustand verbracht wird, kann ein Schraubenextruder,, eine Spritzgußmaschine mit eiaer Mn» und hergehenden Schraube, einem Druckkolben oder dergleichen, eine Druckgußmaschine oder eine Preßgußmaschine sein. Die Glimmerplättchen können vor ihrer Eingabe in die Behandlungsvorrichtung umhüllt oder verkapselt werden, was jedocii nicht unbedingt erforderlich ist. Die Glimmerplättchen haben Tor-zugfiweise ein Durchschnittsgrößenverhältnis bis zu 1.000, vorzugsweise jedoch im Bereich von etwa 20 bis 100. Die Glimmerplättehen haben demgemäß einen Durchmesser, der in der Größenordnung von etwa 2,5 bis 5.000 μ liegt.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstandes aus mit Glimmerplättchen verstärktem, formbarem, polymerem Werkstoff vorgesehen; diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung, mittels der eine vorgegebene Menge aus ausgewähltem, polymerem Material und den Glimmerplättehen eingegeben werden kann, durch eine Vorrichtung zum Mischen des Werkstoffes und der Glimmerplättchen, wobei die Miechung einen bestimmten Betrag in Vol. -% an gleichmäßig verteiltem Glimmer aufweist, durch eine Förder- einrichtung für die Mischung«, durch eine Behandlungsvorrichtung, die die von der Fördereinrichtung transportierte Mischung aufnimmt ü:"«3 daimrtig betätigbar Igt, daß die Mischung einer Wärme und Druckbehandlung unterworfen sowie in ©inai-:zäh-©lastis©heffi- Zustand überführt wird „und dureli eine Austrageinriehtung für die behandelte Mischung.

Bei einer bevorzugtes Aiisfüi^iagflorEffl Igt die Befeandtagsvorstehtung ein Schrauben- oder Seifceekeneisfcrad©^ in dem ii© Folymer-Glimmermischung auf ©ine Temps^atw in der Größenordnung «stm zwischen 15O⁰C bis BOO⁰C erMt.it waü ela@ai Druck bis im etwa

ο
527 kp/cm (7.500 psi) uatei^jwfes w@TÜ@m

Durch die Erfindung können dato* 6©g©aitlnde aiii mit plättchen verstärktem Kunststoff hergestellt werd©a₀ haftere Formen und Ausbildung©^;, beispielsweise la Blättern oder Rohren, als

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Wq-ΛφϊΙ® ü©t Er-ftedliMg geben sich aus den Aii<spri!eli@ii bgwM aiig der folgoni bung bevorzugte? AliisfitlirasgSAOs^Eaeni asnimsM der ^

Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch einen mittigen Längsschnitt durch eine Spritzgußvorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Schraubenextruders, mittels dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine SpritEgußvorrichtung mit hin- und hergehender Schraube;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Spritzgußvorrichtung und

Fig. 5, im Schnitt bzw, in der Seitenansicht eine Druck- und ^{öa lin} Preßgußvorrichtung, mittels denen das orfindungsge-

mäße Verfahren durchgeführt 'Ä^:eri!en kann,

Die aus Fig.l ersichtliche; ijisgesrimfc :nit 10 bezeichnet«» Spritzgießvorrichtung ist auf einem nicht ä&iv-sstellteii ständer angeordnet und mit einem elektrischen Stenerl/ro^s var^iien, der den bei dieser Vorrichtung gewünschhi-i Avu£,ixüutlMj£ rigolt. Es ist ein Einfüllbehälter 20 τ or ge selten, der >-'a Reservoir für ei« ausgewähltes polymeres Trägermaterial 23 ftlldel» Dieses enthält gleichmäßig in ihm verteilte Giimmerpiälfcel'fii Γ.4, Die Gehäusewami des Einfüiltrichter··? 20 bestellt au.i Äfetall ^Mr einem ^ur Aufbewahrung der Mischung geeigneten Wer-1'S-icK. Die Mischung aus Trägermaterial 22 und GlimmerplfiitcliSii ?A Imiin in einer mechanischen Mischung, d.h. in einem Ueinengs vorliegen; os können aber auch die Glimmerplaitci:^ 24. von einem polymeren

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Trägermaterial umhüllt sein oder es kann eine Zusammensetzung aus polymerem Trägermaterial und verstärkenden Glimmerplättehen vorgesehen werden, die vorzugsweise in Form" von Pellets vorliegt und im folgenden beschrieben wird: Der Einfülltrichter 20 kann durch ein anderes Gebilde ersetzt werden, sofern durch dieses einerseits eine vorbestimmte Menge des besonderen Trägermaterials und andererseits Glimmerplättehen bestimmter Art und Größe der Behandlungsvorrichtung, d.h. der Spritzgußvorrichtung 10, eingegefeen werden können. Die gewünschten Mengen der einseinen Zutaten können statt dessen auch in einem geeigneten Mischer aueammengebracht werden, der" die Zutaten, meehaniseh mischt, d.h. vermengt, und aus diesen eine Mischung mit dem gewünschten Verhältnis, d.h. ausgedrückt in Vol.-%,an Glimmer plättchen 24 bildet. Dar Mischung können darüber hinaus noch zusätzliche Zutaten beigegeben werden, um bestimmte gewünschte Eigenschaften zn erzielen. Dies© Bestandteile oder Zutaten können Färbemittels, Stabilisierungsmittel, Schmier mittel^ Streck- bsw. Füllmittel und ander® ¥©rstärkungsmittel sein. Darüber hinaus können diese Zutaten;, die an sich bekannt sind, vor, während oder nach dem- Mischen angegeben wer« den. Hierbei sind die Anordnung und der Zeitpunkt, zu dem diese Zutaten der Mischung beigegeben v/erden, in gewissem Staue von den Eigenschaften der besonderen Zutaten abhängig» Unter all diesen zusätzlichen Bestandteilen haben sieh die in 'Faserform vorliegenden'Verstärkungsmittel als besonders vorteilhaft und geeignet erwiesen, der sich ergebenden glimmerverstärkten Zusammensetzung eine verbesserte Schlagfestigkeit zu erteilen, ohn© dal andere physikalische Eigenschaften beeinträchtigt werden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der Einfülltrichter 20 eine Auslaßöffnung 26 auf, die mit einer Einlaßöffnung 28 des %lintes 30 -

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der Spritzgußvorrichtung 10 in Verbindung steht. Die Einlaßöffnung 28 führt in ein Kerngebiet 32, d.h. in das Innere des Zylinders 30. Das Beschickungsende des Zylinders 30 ist mit einem Befestigungsflansch 34 versehen, mittels dem der Zylinder 30 an eine nicht dargestellte Vorrichtung gekuppelt werden kann, welche die hin- und hergehende Bewegung eines Spritzgußdruckkolbens 36 in zum Zylinderinnern 32 koaxialer Richtung bewirkt. In der normalen Ruhestellung ist die Nase oder das Kopfteil des Druckkolbens 36 etwas "stromaufwärts" von der Einlaßöffnung 28 angeordnet, wodurch die Mischung aus Trägermaterial 22 und Glimmerplättchen 24 in das Zylinderinnere 32 eingeführt werden kann. Der "stromabwärts" liegende Teil des Zylinders 30 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von elektrisch leitenden Widerstandserhitzungsspulen 38 umgeben, Diese Spulen 38 sind mit dem schon erwähnten Steuerkreis verbunden, damit die Mischung im Zylinderinnern 32 bei einer Temperatur in der Größenordnung etwa von 100⁰C bis 500⁰C gehalten werden kann. Die exakte Behandlungstemperatur in jedem Einzelfall hängt von den besonderen Werkstoffen ab, welche die Mischung bilden. Selbstverständlich sind die Spulen 38 entsprechend isoliert, um die Wärmeabgabe von der Spritzgußvorrichtung 10 nach außen auf ein Minimum zu reduzieren.

Zur Erhitzung der Mischung innerhalb des Zylinderinneren 32 können auch andere Verfahren bzw. Techniken angev/endet werden. So kann vorgesehen werden, daß der stromabwärts liegende Teil des Zylinders von einer Ringkammer oder einem Rohr umgeben wird. Ih diesem Fall kann die Ringkammer oder das Rohr mit Heißluft, Verbrennungsabgasen oder dergleichen versorgt werden, welche den gewünschten Erhitzungsvorgang durchführen.

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Das Spritzende des Zylinders 30 ist bei 40 mit einer Ausnehmung versehen, die einen Spritzkopf oder eine Düse 42 aufnimmt und hält. Die Spritzdüse 42 selbst weist eine zapfenförmige Auslaßöffnung 44 auf, die mit einer insgesamt mit 46 bezeichneten Form zusammenwirkt. Die Form 46 weist zwei Teile 47 und 49 auf, wobei das Teil 47 ein Bohrloch 48 mit einem Auslaß aufweist, der zu dem von der Form 46 gebildeten Hohlraum 50 innerhalb des Teiles 49 führt.

Wie aus Fig.l ersichtlich, kann das Zylinderinnere 32 im Bereich der Erhitzungsbänder 38 bei einigen Ausführungsbeispielen einen "Torpedo" 52 aufweisen. Dieser Torpedo 52 ist normalerweise an entsprechenden, mit den Wänden des Zylinders 30 verbundenen Verstrebungen gelagert und üblicherweise sowohl an seinem stromaufwärts als auch stromabwärts liegenden Ende zugespitzt» Der Torpedo 52 dient dazu, einen Ringraum 53 aus der herzustellenden Mischung aus Trägermaterial 22 und Glimmerplättchen 24 zu bilden. Der Ringraum 53 kann daher durch die Erhitzungsbänder 38 gleichförmiger erhitzt und plastifiziert werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Mischung aus Trägermaterial 22 und Glimmerplättchen 24 aus diesem Grund in einen zäh-elastisciien Zustand überführt werden, aufgrund dessen sie durch Plastifizierung, d.h. durch alleinige Anwendung von Hitze, fließen kann. So wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. I eine bestimmte Menge polymeres Trägermaterial 22, das gleichmäßig verteilte Glimmerplättchen 24 enthält, in den Kern 32, d.h. das Zylinder innere der Spritzgußvorriehtung 10 eingeführt. Dort wird die Mischung unter dem Einfluß der Hitze, die in diesem Fall von den Erhitzungsbändern 38 herrührt, in einen zäh-elastischen Zustand überführt, in dem sie fließen kann. Wenn daher der Steuer-

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kreis für die Spritzgußvorriciitimg 10 den Druckkolben 36 betätigt, erzeugt dessen Bewegung einen bestimmten ausgewählten Spritzdruck. Die hiervon herrührende Kraut drückt die plastiiizierte Mischung durch die Auslaßöffnung 44 :n die Hohlform 50. Diese kann selbstverständlich jede mögliche Form aufweisen, die von dem durch Spritzguß herzustellenden besonderen Teil abhängt.

Unter Anwendung einer der in Fig.l dargestellten Spritzgußvorrichtung 10 ähnlichen Vorrichtung sind einige Versuche durchgeführt worden« Bei einigen Beispielen wurde eine Hohlform mit einer bestimmten gewünschten Ausbildung verwendet, während bei anderen Beispielen die aus Fig.l ersichtliche Form 46 durch ein Strangpreßwerkzeug, d.h. einen Preßstempel oder Preßmatrize, ersetzt wurde.

Beispiel IM-(A)

Pellets aus Muskowit-Glimmer mit einem Durchschnittsgrößenverhältnis von etwa 30 in Monsanto Lustran (Warenzeichen)-Styrol (genannt SAN) wurden durch Extrudieren einer Mischung von 50 Gew. -% Glimmer '- 50 Gew. -% SAN mittels eines 11,43 cm-Extruders hergestellt. Diese Pellets wurden sodann mittels einer Druckkolben-Spritzgußmaschine spr ItK verges sen und hierdurch ein Gußartikel gebildet. IJm das Ablesen u?,s Gegenstandes von der Form zu erleichtern., wurde den Pellets sin feinverteiltes Schmiermittel zugegeben, das unter dem Na^ien ^:iQ POWDER" erhältlich ist und von Specialty Products Limited .hergestellt wird, Folgende Formbedingungen lagen vor;

2 0 9 8 3 3 / 1 C Ή

Zylindertemperatur 327 C Zylinderdruck 35,2kp/cm

Arbeitszeit 20 Sek.

Kühlzeit 8 Sek.

Gesenktemperatur 48,9⁰C

Bemerkung: Die Bedingungen, unter denen die Pellets aus in SAN vorliegendem Muskowit-Glimmer hergestellt wurden, waren ähnlich denen, die bei der Herstellung der in Beispiel M-(D) beschriebenen Eingabepellets vorlagen.

Beispiel M-(B) (Preßmatrize)

Plättchen aus Muskowit-Glimmer mit einem Durchschnittsgrößenverhältnis von etwa 30 wurden mit Polystyrol bis zu einem Ausmaß umhüllt, daß der Glimmer in einem Betrag von etwa 60 Gew.-% vorlag. Das Umhüllen wurde mittels eines Verfahrens durchgeführt, das folgende Schritte aufwies: Dispergieren des Glimmers in Wasser, Zugabe eines Siliciumalkyl-Kupplungs mittels zur Suspension und Polymerisierung des Styrols in der Suspension unter Druck. Der überzogene Pulver wurde sodann am Auslaßende einer mit einer Preßmatrize versehenen Druckkolben-Spritzgußmaschine extrudiert, wodurch Rohrsegmente mit einem Außendurchmesser von 1,27 cm, einem Innendurchmesser von 1,12 cm (7/16") und einer Länge von 30,48 cm hergestellt wurden. Folgende Formbedingungen lagen vor:

Zylindertemperatur 200⁰C

2 Druck 7,03 kp/cm

Extrudiertes Rohr mit Wassersprühnebel gekühlt

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Die Größe der in Fig.l und in anderen Figuren dargestellten Glimmerplättchen 24 wurde erheblich übertrieben, um ihre Anwesenheit in der Mischung, aus der ein Gegenstand hergestellt wird, schematisch zu verdeutlichen. In Wirklichkeit weisen die Glimmerplättchen in einem weiten Bereich eine Dicke von etwa 0,1 bis 100 μ auf und besitzen einen Durchmesser von etwa 2,5 bis 5.000 μ sowie ein Durchschnittsgrößenverhältnis, das in der Größenordnung von etwa 20 bis 1.000 liegt. Vorzugsweise weisen die Glimmerplättchen eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,5 bis 10 μ , einen Durchmesser von etwa 15 bis 250 μ und ein Durchschnittsgrößenverhältnis von 25 bis 100 auf. An handelsüblichen, d.h. allgemein verkäuflichen und erhältlichen Muskowit-Glimmerproben wurden die Abmessungen der Glimmerplättchen gemessen, die eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,7 bis 17,9μ , einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 6,8 bis 622 μ und ein Durchschnittsgrößenverhältnis in der Größenordnung von etwa 4,5 bis 144 aufwiesen. Darüber hinaus wurden die Glimmerplättchen eines ausgewählten Bruchs bzw. Bruchteils, der unter dem Namen Laviolette-Glimmer bekannt ist und einer Maschen- bzw. Siebgröße in der Größenordnung von -20 bis +35 entspricht, gemessen, die eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,6 bis 227 μ , einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 80 bis 2.400 μ und ein Durchschnittsgrößenverhältnis in der Größenordnung von etwa 16 bis aufwiesen.

lh diesem Zusammenhang wird darauf verwiesen, daß hierbei von Durchschnittsgrößenverhältnissen gemäß einer mikroskopischen Skala und nicht etwa gemäß einer makroskopischen Skala gesprochen wird.

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Bei steigenden Durchschnittsgrößenverhältnissen- weisen" die Glimmerplättchen mehr und mehr eine blattähnliche Form auf. Es wird daher angenommen, daß diese Plättellen, wenn sie als Verstärkungsmaterial in einem aus polymeren Trägermaterial gegossenen Gegenstand eingebettet sind, dahin tendieren, als Schich'tgefüge und als Schichten innerhalb des Körpers dieses Gegenstandes zu wirken. Dies wird insbesondere dann angenommen, wenn sich die Plättchen in einer Richtung zu orientieren oder auszurichten suchen, die, ganz allgemein gesprochen, etwa parallel zu den Oberflächen des gegossenen Gegenstandes verläuft. Man nimmt an, daß sich hier eine direkte Verstärkung der Festigkeitseigenschaften eines aus polymerem Material gegossenen, mit Glimmerplättchen verstärkten Gegenstandes ergibt, und zwar insbesondere in Richtungen, die zu den Schichten der Glimmerplättchen innerhalb des Gegenstandes koplanar sind.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform, die aus Fig.2 ersichtlich ist, wird ein üblicher, insgesamt mit 60 bezeichneter Schrauben- oder Schneckenextruder verwendet. Dieser weist einen Ständer 62 mit einem Teil 63 für den Antrieb und mit einem Teil 65 auf, welches das _Extruderaustragsende lagert. Ein Einfülltrichter 64 enthält die Eingabemenge des polymeren Trägermaterials 66, in dem Glimmerplättchen 68 gleichmäßig verteilt sind. Der Einfülltrichter 64 führt zu einer Einlaßöffnung 70. Diese befindet sieh innerhalb eines blockähnlichen Elementes 72, das eine mittige Bohrung 74 aufweist; diese trägt ein Eade einer Antriebs- oder Extruderschraube 76. Die Extfuderschraube 76 ist innerhalb eines mittigen Kerns 78, d.h. im Zylinderinnera eines röhrenförmigen Extruderzylinders 80 gelagert. Wie bei dieser Vorrichtung bekannt, kann die Extruderschraube 76 eine ein- oder mehrstufige

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Ausbildung zur Erzeugung des Extrudierdruckes aufweisen. Der Zylinder 80 ist am einen Ende mittels Befestigung am Block 72 und am anderen Ende durch ein Austragsende eines Extrudergehäuses 82 gelagert. Das Extrudergehäuse 82 ist seinerseits am austragsseitigen Ständerteil 65 des Extruders 60 gelagert. Die Extruderschraube 76 ist mit einem Antriebskopf 84 verbunden, der über eine Transmission 86 und eine Antriebswelle 88 mit einem Motor 90 gekuppelt ist. Die Transmission 86 und der Motor 90 sind jeweils auf der Antriebsseite eines Bockes 87 und des Ständers 82 gelagert. Der Motor 79 ist üblicherweise elektrisch angetrieben und ansonsten ein bekannter Typ, wobei ein elektrischer Steuerkreis vorgesehen ist, der mit dem Motor 90 und anderen Teilen des Extruders 60 in Wirkverbindung steht.

Die Außenfläche des Extruderzylinders 80 ist mit einer Anzahl elektrischer Widerstandserhitzungsbänder 92 versehen, die eine entsprechende Hitze erzeugen, um die Trägermischung bei einer Temperatur zu halten, bei der die Mischung plastifiziert wird. Außerdem ist eine entsprechende Isolierung sowie ein bekannter Satz Thermoelemente oder dergleichen vorgesehen. Die Erhitzungsbänder 92 und die nicht dargestellten Thermoelemente sind mit dem vorher erwähnten Steuerkreis für den Extruder 60 verbunden. Da diese Einzelteile sowohl in ihrer Ausbildung als auch in ihrer Arbeitsweise allgemein bekannt sind, werden sie im folgenden nicht weiter beschrieben. Die elektrischen Widerstandserhitzungsbänder 92 in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 können jedoch durch jede andere, entsprechend wirkende Vorrichtung ersetzt werden, sofern durch diese nur gewährleistet ist, daß die im Innern des Extruderzylinders 80 befindliche Trägermischung einer ausreichenden Erhitzung unterworfen wird, so daß die Mischung

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in zäh-elastischen Zustand überführt und in diesem gehalten wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das stromabwärts liegende Austragsende des Extruderzylinders 80 mit einer Preßmatrize 94 verbunden, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen derart geformten Auslaßschlitz 96 aufweist, daß ein blattähnlicher Gegenstand 98 extrudiert wird. Die Preßmatrize 94, die beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 auf das Auslaßende des Zylinders 80 aufgeschraubt ist, kann statt dessen auch mit einer Flansch- und Schraubenkupplung oder dergleichen versehen sein.. Darüber hinaus kann die Preßmatrize 94 auch so ausgebildet sein, daß extrudierte Gegenstände 98 von querschnittlich anderer Form gebildet werden, beispielsweise Gegenstände in röhrenförmiger und rechtwinkeliger oder zylindrischer Form, kompakter und zylindrischer Form, Gegenstände in Form dünnwandiger Rohre oder dergleichen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig« 2 sorgt die mit dem Einsatz der von den Erhitzungsbändern 92 stammenden Wärme gekuppelte Extruderschraube 76 für die Erhitzung und mechanische Bearbeitung des polymeren T rager materials 66 und der Glimmerplättchen 68, was erforderlich ist, um die Mischung in einen zähelastischen Zustand zu überführen, der bearbeitbar und fließfähig ist. Die Extruderschraube 76 führt jedoch nicht nur die obenerwähnte mechanische Bearbeitung durch, sondern trägt auch zu einem gründlichen Mischen und Kneten der Mischung innerhalb des Zylinders 80 bei. Hinsichtlich der Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des extrudierten Gegenstandes 98 ist das gründliche Mischen und das gleichmäßige Verteilen der Glimmerplättchen 68 innerhalb des Trägermaterials 66 von entscheidender Bedeutung und besonders vorteilhaft.

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Wie schon erwähnt, ist erfindungsgemäß die Herstellung von Pellets aus mit Glimmerplättchen verstärktem polymerem Trägermaterial möglich. Zur Herstellung solcher extrudierter Pellets, die späterhin zu einem beliebigen Zeitpunkt verwendet werden können, kann der Extruder 60 gemäß Fig. 2 zur Anwendung gelangen. Darüber hinaus können diese extrudierten Pellets als Eingabematerial für den Extruder verwendet werden, in dem sie ursprünglich hergestellt wurden, wobei jedoch diesmal ihre Form abgewandelt wird, indem eine andere Preßmatrize als die aus Fig. 2 ersichtliche Preßmatrize 94 verwendet wird. Weiterhin können die extrudierten Pellets an einen anderen Hersteller verfrachtet werden, bei dem eine der zuvor beschriebenen Behandlungsvorrichtungen zur Anwendung gelangen kann, d.h. ein Schraubenextruder, eine Spritzgußvorrichtung, eine Druckgußvorrichtung, eine Preßgußvorrichtung oder dergleichen. In solchen Fällen stellen die in einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 hergestellten extrudierten Pellets ein Zwischenprodukt dar, mit dem andere Behandlungsvorrichtungen beschickt werden.

Bei den folgenden beiden Beispielen wurde ein Extruder gemäß Fig. 2 zur Herstellung eines extrudierten Gegenstandes in Blattform verwendet.

Beispiel E-(A)

Muskowit-Glimmer von etwa -100 bis etwa +400 US-Maschenbzw. Siebgröße wurde in einer Trommel mit Monsanto Lustran-(Warenzeichen)-Styrol-Copolymer und Dupont "Sclair" (Warenzeichen-Polyäthylen gemischt, um eine 30 Gew. -% Mischung herzustellen. Unter Verwendung eines 1, 905mm-Brabender Extruders wurden Blätter mit einer Breite von 76,2 mm und

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einer Dicke von 0,07 mm (1/32") hergestellt Es lagen folgende Extrudierbedingungen vor:

P.E. SAN

	30% Muskowit	30% Muskowit	30% Phlogopit
Zone 1 (⁰C) (stromaufwärts gelegenes Ende)	177	229	229
Zone 2 (⁰C) (Mitte)	193	236	236
Zone 3 (⁰C) (Extrudierende)	188	243	243
Preßwerkzeug (⁰C)	171	199	199
Schraubengeschwindigkeit	120	120	120
\C/ 111111/ Druck (kp/cm )	35,2	56,2	56,2

Es wurden außerdem Blätter hergestellt aus einer Mischung von SAN mit 30Gew.-% Phlogopit-Glimmer (-140 bis +200 US-Maschengröße) von einem Größenverhältnis von etwa 40 bis 50, und zwar unter den in obiger Tabelle aufgeführten Bedingungen. Daraufhin wurden diese Blätter in 20, 32cm-Längen geschnitten und mittels Druckgießen bei 23O⁰C und 422 kp/cm (6.000 psi) in eine Platte mit den Abmessungen 20,32 cm χ 20,32cm χ 35,56cm (8" χ 8"xl4/") umgeformt. Das Werkstück wurde vor seiner Entfernung aus der Form auf Raumtemperatur abgekühlt.

Beispiel E-(B)

Muskowit-Glimmer mit einem Größenverhältnis von etwa 50 wurde zuvor mit Polystyrol umhüllt, um 75 Gew. -% Glimmer herzustellen und wurde sodann mittels eines Brabender-Extruders extrudiert, wodurch Stangen mit einem Durchmesser von etwa 0,318 cm
(1/8") und einer Länge von 20,32cm hergestellt wurden. Es lagen

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folgende Extrudierbedingungen vor:	282⁰C
Zone 1	293⁰C
Zone 2	282⁰C
Zone 3	200⁰C
Preßwerkzeug	100 U/min
Schraubengeschwindigkeit	35, 2. kp/cm
Druck

Diese Stangen wurden mittels Druckguß, und zwar bei einer Tempe-

ratur von 230 C und einem Druck von 492 kp/cm während eines Zeitraumes von 30 Minuten, in eine Stange mit den Abmessungen 0,318cm χ 1,9cm χ 21, 59cm umgeformt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Stange aus der Form herausgenommen und auf Biegung beansprucht. Hinsichtlich der Biegefestigkeit

2
ergab sich ein Wert von 1287 kp/cm und hinsichtlich des Biege-

c 2

moduls ein Wert von 3, 71 χ 10 kp/cm .

Die aus Fig. 3 und 4 ersichtlichen Spritzgußvorrichtungen sind gegenüber der vereinfachten Ausbildung gemäß Fig. 1 abgewandelte Ausführungsformen. In Fig. 3 ist sehr schematisch ein Extruder mit hin- und hergehender Schraube dargestellt. Dem Extruder 100 ist ein Einfülltrichter 102 zugeordnet, durch den polymeres Trägermaterial 103, das gleichförmig verteilte Glimmerplättchen 104 enthält, eingegeben wird. Die Öffnung des Einfülltrichters 102 mündet in das Innere des Zylinders 106 des Extruders 100. Innerhalb des Zylinders 106 ist eine Extruderschraube oder -schnecke beweglich angeordnet und mit einer Antriebswelle 110 gekuppelt. Die Antriebswelle 110 ist mit einer Transmission und mit einem Antrieb verbunden, mittels dessen die Welle 110 und die Extruderschraube 108 sowohl im Zylinder 106 hin- und herbewegt als auch

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um dessen Achse gedreht werden können. Durch die Drehbewegung der Extruderschraube 108 wird die Mischung aus dem Trägermaterial 103 und den Glimmerplättchen 104 mechanisch bearbeitet. Dies bewirkt zusammen mit dem Einsatz von Wärme, die beispielsweise mittels außen am Extruderzylinder 106 vorgesehener elektrischer Widerstandserhitzer 112 erzeugt wird, daß das Trägermaterial 103 und die Glimmerplättchen 104 in einen zäh-elastischen Zustand überführt werden. In diesem Zustand kann die Mischung plastisch fließen und aufgrund der Kraft des Treibdruckes, der durch die Wechselwirkung der Extruder schraube 108 erzeugt wird, ausgespritzt werden. Die Konstruktion und Ausbildung der Extruder schraube 108 ist nicht Gegenstand der hier vorliegenden Erfindung, weswegen sie nicht im einzelnen beschrieben wird. Es sei lediglich noch erwähnt, daß die Extruderschraube 108 dazu dient, das Trägermaterial 103 und die Glimmerplättehen 104 zu bearbeiten sowie gleichmäßig und gründlich miteinander zu mischen. Darüber hinaus drückt die Schraube 108 die plastiffeierte Mischung im Zylinder 106 stromabwärts und unterwirft die Mischung einem immer größeren Druck, wodurch diese komprimiert wird.

Am Austragsende des Zylinders 106 ist ein Spritzkopf 114 befestigt. Dieser ist mit einem Auslaßkanal 116 versehen, der normalerweise einen konisch sich verengenden Querschnitt aufweist. Der Kanal 116 mündet in eine Austragsdüse 118, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel so ausgebildet ist, daß das extrudierte Produkt eine stangenförmige Ausbildung aufweist. Demgegenüber können jedoch bei anderen Ausführungsbeispieleii Austragsdüsen verwendet werden, deren öffnung eine beliebig andere geometrische Form aufweist. Bei einigen Ausführungsbeisptelen kann es vorteilhaft sein, den Spritzkopf 114 zu erhitzen und selbstverständlich auch die gesamte

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Länge des Extruderzylinders 106 entsprechend zu isolieren. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der Extruder mit einem elektrischen Steuerkreis versehen, der die Arbeitsbedingungen des Extruders regelt. Dieser Steuerkreis ist an sich bekannt und wird daher ebenfalls nicht beschrieben.

Aus Fig. 4 ist eine gegenüber der grundsätzlichen Spritzgußvorrichtung gemäß Fig.l abgewandelte Ausführungsform ersichtlich. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform weist zwei Kolben und Zylinder auf und ist allgemein als Vorplastifiziersystem des Druckkolbentyps bekannt. Die insgesamt mit 130 bezeichnete Druckkolben-Spritzgußvorrichtung gemäß Fig. 4 weist einen Einfülltrichter 132 auf, mittels dessen das polymere Trägermaterial 134, das gleichförmig verteilte Glimmerplättchen 136 enthält, eingegeben wird. Der Einfülltrichter 132 mündet in das Zylinderinnere eines Plastifizierzylinders 138. Innerhalb des Zylinders 138 ist ein hin- und herbeweglicher Kolben oder Druckkolben 140 angeordnet, der mittels eines nicht dargestellten Antriebssystems betätigbar ist. Das Antriebssystem und dessen Steuerung sind bekannt, weswegen sie hier nicht beschrieben werden. Das Austragsendteil des Plastifizierzylinders 138 ist.mit einem Torpedo 142 versehen, der an mehreren schematisch dargestellten Verstrebungen 143 gelagert ist. Auf der Außenseite des Plastifizierzylinders 138 sind mehrere elektrische Widerstandserhitzer 144 vorgesehen. Die von den Erhitzungsbändern 144 erzeugte Hitze und die mechanische Bearbeitung des polymeren Trägermaterials 134 und der Glimmerplättchen 136 tragen gemeinsam dazu bei, daß die Mischung in einen zäh-elastischen Zustand überführt wird, in dem sie plastisch fließfähig ist. Das Austragsende des Plastifizierzylinders 138 ist an einen Kupplungskopf 146 angeschlossen, in dom ein Mehr-

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wegventil 148 vorgesehen ist. Ein Kanal 150 führt vom Innern des Plastifizierzylinders 138 über das Mehrwegventil 148 und über einen weiteren Kanal 152 in das Innere eines Spritzzylinders 154. Innerhalb diesem ist ein hin- und herbeweglicher Spritzdruckkolben 156 vorgesehen. Dieser ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden, der den Druckkolben 156 über den bekannten, zuvor erwähnten Steuerkreis periodisch betätigt, wodurch die plastifizierte Mischung aus Trägermaterial 134 und Glimmerplättchen 136 in eine ebenfalls nicht dargestellte Form eingedrückt wird. Das Mehrwegventil 148 weist T-förmige Durchlässe auf, wobei der Plastifizierkolben 140 bei seiner Betätigung die zähelastische Mischung in der Stellung des Ventils gemäß Fig. 4 in den Spritzzylinder 154 drückt. Dieser ist von zusätzlichen Erhitzungsbändern 160 umgeben, welche die plastifizierte Mischung auf ihre optimale Spritzgußtemperatur bringen. Diese Temperatur hängt selbstverständlich von dem besonderen, im Einzelfall verwendeten polymeren Trägermaterial 134 ab. Das Mehrwegventil wird sodann durch den Steuerkreis, der den Arbeitsablauf der Spritzgußvorrichtung 130 regelt, um 90° im Uhrzeigersinn (in der Darstellung gemäß Fig.4) gedreht. Daraufhin wird der Spritzdruckkolben 156 betätigt, der die innerhalb des Zylinders 154 befindliche plastische Mischung durch den Kanal 152 und eine Spritzdüse in die nicht dargestellte Form drückt, die dem herzustellenden Gegenstand entspricht. Die Spritzdüse 162 ist selbstverständlich am Kupplungskopf 146 befestigt; sie kann bei einigen Ausführungsbeispielen durch eine Preßmatrize ersetzt werden, die der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform entspricht.

Die folgenden drei Beispiele erläutern den Arbeitsablauf der schematisch in Fig. 3 und 4 dargestellten Spritzgußvorrichtungen.

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Beispiel IM-(C)

In einer Trommel wurde Monsanto Lustran Kopolymer und gemahlener Phlogopit-Glimmer mit einem Größenverhältnis von etwa 50 gemischt und eine Mischung mit 50 Gew. -% Glimmer hergestellt. Diese Mischung wurde in einen Brabender-Plastifizier-Extruder eingegeben und in Pellets von etwa 0,318cm Durchmesserund 0,635cm Länge ausgeformt. Es lagen folgende Extrudierbedingungen vor:

Zone 1	249⁰C
Zone 2	293⁰C
Zone 3	26O⁰C
Preßwerkzeugtemperatur	21O⁰C
Schraubengeschwindigkeit	80 U/min
Druck	42, 2 bis 49,2 kp/cm²

Diese Pellets wurden sodann mittels einer Newbury-Spritzgußvorrichtung mit hin- und hergehender Schraube (in Fig. 3 schematisch dargestellt) in Stangen mit den Abmessungen 0,318 cm χ 3,492cm χ 7,62 cm gegossen. Es lagen folgende Formbedingungen vor:

Zone 1 277⁰C

Zone 2 271⁰C

Zone 3 227⁰C

Spritzgußzeit 8 Sek.

Arbeitszeit 40 Sek.

Schraubengeschwindigkeit 150 U/min

Formtemperatur 65,6⁰C

Spritzdruck 35,2 kp/cm

Rückkehrdruck 0 kp/cm

Spritzgeschwindigkeit voll ·

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Die sich ergebenden Proben wurden im Biegeversuch geprüft und mit einer aus reinem SAN gegossenen Stange verglichen, die auf die gleiche Weise geprüft wurde?

Probe	Biegefestigkeit kp/cm	Biegemodul 10⁶ kp/crn
50% Phlogopit	1214	0,2166
reines SAN	872	0,0394
Beispiel M-(D)

Muskowit-Glimmer mit einem Durehsehnittsgrößenverhäjtnis von etwa 35 wurde mit einer Polyester-Leimung überzogen, sodann
mit SAN gemischt, um eine 50 Gew.»% Glimmer-Mischung herzustellen. Die gleiche Glimmerart wurde außerdem in nicht überzogenem Zustand mit SAN gemischt und eine 50%-Mischung hergestellt (als Schmiermittel wurde 1% Ärosol-OTB beigegeben).
Diese Mischungen wurden sodann auf einem Brabender-Plastifizierer unter folgenden Bedingungen in 0,313cm χ 0,635cm -Pellets
extrudiert:

Ohne Leimung Mit Leimung (ohne Überzug) (mit Überzug)

Zone 1 (⁰C) Zone 2 (⁰C) Zone 3 (⁰C) Preßwerkzeug (⁰C) Schraubengeschwindigkeit (U/min)

ο Druck (kp/cm )

260	260
299	271
271	271
232	232
n) 120	140
35,2	35,2

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Diese Pellets wurden sodann unter den nachfolgenden Bedingungen mit einer Newbury-Spritzgußvorrichtung in Stangen mit den Abmessungen 0,318 cm χ 3,492 cm χ 7,62cm ausgeformt. Die Proben wurden sodann im Biegeversuch geprüft; die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt und lassen erkennen, daß sich das Überziehen der Glimmerteilchen vorteilhaft auf die Festigkeit im Sinne ihrer Vergrößerung auswirkt:

Ohne Leimung Mit Leimung (ohne Überzug) (mit Überzug)

260	249
260	249
188	260
8	8
40	30
lin) 150	150
82,2	51,7
70,3	140,6
0	0
voll	voll
745	844
0,1663	0,1565

Rückwärtige Zone (⁰C)
Mittlere Zone (⁰C)
Düsenzone (⁰C)
Spritzgußzeit (Sek)
Arbeitszeit (Sek)
Schraubengeschwindigkeit (U/min)

Formtemperatur ( C)

ο
Spritzdruck (kp/cm )

ο
Rückkehrdruck (kp/cm )

Spritzgeschwindigkeit
Biegefestigkeit (kp/cm )
Biegemodul (10 kp/cm )

Beispiel IM-(E)

Hierbei wurde die Zusammensetzung durch Mischen der aufgeführten Zutaten hergestellt, worauf die Mischung auf einem Brabender-Extruder in Pellets von 0,318 cm Durchmesser χ 1,27 cm Länge ausgeformt wurde und die Pellets mittels einer Newbury-Spritzgußvorrichtung mit hin- und hergehender Schraube vergossen wurden:

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«*■■

- 27 -

Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3

% Glimmer (T-4 O Grad aus Franklin-Mineralien) 50 10

% Monsanto TSI-San 50 50 80

% 1,27 cm-Glasfaserhäcksel - 40 20

Biegefestigkeit (kp/cm²) 1148 1160 1090

Biegemodul (10⁶ kp/cm²) 0,1951 0,1697 0,0661

Kerbschlagfestigkeit ( kp/cm²) . 0,0337 0,0675 0,061

Wie schon erwähnt, weist Glimmer die ihm eigentümliche Neigung auf abzublättern; Außerdem neigt es auch dazu, in einem gewissen Ausmaß spröde zu sein. Es wurde versucht, diese Eigenschaften, die bei Verwendung der Glimmerplättchen zur Verstärkung eines polymeren Träger materials unerwünscht sind, zurückzudrängen; hierbei wurde Glimmer in Mischungen in der Größenordnung bis zu 75 Vol. -% Glimmer eingekapselt bzw. umhüllt. Mittels dieser Umhüllung lassen sich hochvolumige Mischungen aus Glimmer und Trägermaterialien erhalten, während gleichzeitig das Ausmaß der Verwitterung des Glimmers verringert wird. Die erzeugten Mischungen hatten eine Dichte in der Größenordnung von etwa 1,1 bis etwa 2,4 gms/ccm und wurden bei einem Druck von etwa 492 kp/cm in eine Form mit den Abmessungen 20,32 cm χ 1,9 cm χ 0,3302 cm ausgegossen. Außerdem wurde eine zusammengesetzte Mischung, die 30 Vol. -% verkapseltes Glimmer enthielt, auf eine Temperatur von etwa 200⁰C erhitzt worden war und einem Druck von

ο
105,7 kp/cm unterworfen wurde, durch eine Preßform extrudiert.

Das folgende Beispiel erläutert eine weitere Anwendungsform der Erfindung:

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Beispiel M-(F)

Muskowit-Glimmer von etwa -140 bis +200 US-Maschengröße wurde mit Polystyrol umhüllt,und es wurden gleichmäßige Mischungen mit 60 und 75 Gew.-%-Anteil gebildet; diese wurden mittels einer Newbury-Spritzgußvorrichtung in Stangen mit den Abmessungen 0,318 cm χ 7,62cm χ 3,492cm ausgeformt. Diese Stangen wurden sodann im Biegeversuch geprüft. Die Formbedingungen und Eigenschaften sind nachstehend aufgeführt:

60% 75%

Rückwärtige Zone (⁰C)	277	277
Mittlere Zone (⁰C)	277	277
Düsenzone (⁰C)	277	277
Spritzgußzeit (Sek)	8	8
Arbeitszeit (Sek)	40	60
Schraubengeschwindigkeit (U/min	150	150
Formtemperatur ( C)	79,5	79,5
ρ Spritzdruck (kp/cm )	49,2	70,3
p Rückkehrdruck (kp/cm )	0	0
Spritzgeschwindigkeit	voll	voll
p Biegefestigkeit (kp/cm )	689	577
Biegemodul (10 kp/cm )	0,1769	0,2433

Wie schon erwähnt, können zur Durchführung des Verfahrens auch Druck- und Preßgußvorrichtungen verwendet werden, So ist aus Fig. 5 und 5a eine Druckgußvorrichtung ersichtlich, deren Preßflächen in Fig. 5a in offenem und in Fig. 5 in geschlossenem Zustand dargestellt sind. Es ist ersichtlich, daß die Mischung aus polymeren! Trägermaterial mit gleichförmig verteilten Glimmerplättchen direkt in eine Hohlform 202 eingegeben worden ist,

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die normalerweise erhitzt wird. Ein oberer Teil der Form oder ein Druckkolben 204 wird sodann in die als Gesenk dienende Hohlform 202 abgesenkt, wobei die Form während eines zum Behandeln oder Setzen der Mischung erforderlichen Zeitraums geschlossen bleibt. Die Formtemperatur und der Druck werden mittels eines nicht dargestellten Steuerkreises und einer entsprechenden Vorrichtung geregelt. Darüber hinaus müssen die zur Erzielung eines befriedigend gegossenen Stückes erforderlichen Temperatur-und Druckbedingungen gesondert für jede Art des verwendeten Trägermaterials bestimmt werden. Dies ergibt sich in einigen Fällen aus den Angaben der Lieferanten und Hersteller und kann ansonsten leicht bestimmt werden. Wenn sich das Trägermaterial-verfestigt hat, werden die Druckflächen voneinander entfernt, wobei der · Druckkolben 204 zurückgezogen wird. Daraufhin werden zwei Ablösezapfen 206 betätigt, die das gegossene Stück lösen. Etwaiges überschüssiges Material 208 wird einfach abgeschlagen bzw. weggeworfen.

Die folgenden beiden Beispiele erläutern diese Ausführungsformen:

Beispiel CM-(A)

Pellets aus in SAN dispergiertem Muskowit-Glimmer gemäß Beispiel M-OD) wurden in Stangen mit den Abmessungen 0,318 cm χ 1,9 cm χ 21, 59 cm druckvergossen und im Biegeversuch geprüft. Es lagen folgende Formbedingungen vor:

Formtemperatur .

Druck 49,2 kp/cm²

Haltezeit 30 min

Kühlung unter Druck auf Raumtemperatur.

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Eigenschaften:

Biegefestigkeit Biegemodul (kp/cm²) (10⁶ kp/cm²)

Ohne Überzug 703 0,1181

mit Überzug 809 0,1515

Beispiel CM (B)

Muskowit- und Phlogopit-Glimmer von etwa -140 bis +200 US-Maschengröße, die vorher nach dem Verfahren gemäß Beispiel IM-(B) (Preßwerkzeug) mit Polystyrol zur Herstellung von 75 Gew. -%-Glimmermischungen überzogen worden waren, wurden bei 23O⁰C

ο
und 352 kp/cm in Stangen mit den Abmessungen 0,318cm χ 1,9cm χ 21,59 cm druckvergossen. Die Proben wurden aus der Form entfernt, nachdem sie unter Druck auf Raumtemperatur abgekühlt worden waren.

Biegefestigkeit Biegemodul (kp/cixT) ^

Muskowit 1755 0,513

Phlogopit 1012 0,77

Unter Anwendung einer Preßgußvorrichtung kann eine weitere Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt werden. Die erwähnte Vorrichtung ist in Fig. 6 schematisch dargestellt und insgesamt mit 220 bezeichnet. Hierbei weist die Preßgußvorrichtung 220 ein Oberteil 222 und ein Unterteil 224 auf, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen eine aus einem Paar Halbkreisen bestehende Hohlform bilden. Das Oberteil 222 ist mit einem erhitzten Tiegel 228 versehen, in den eine Charge 230 polymeres Trägermaterial, das die Glimmerplättchen enthält, eingegeben

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wird. Wenn die Charge 230 entsprechend erhitzt ist, wird sie unter Druck, der durch einen Kolben oder einen Druckkolben 232 erzeugt wird, über nicht dargestellte Kanäle in die Hohlformen 226 überführt. Es ist selbstverständlich von großer Bedeutung, daß die Klemmkraft, welche die beiden Formteile 222 und 224 zusammenhalt, wesentlich größer ist als der vom Druckkolben 232 erzeugte Druck. Wenn der Druckkolben 232 zurückgezogen ist und die beiden Teile 222, 224 getrennt sind, werden zwei Auslösezapfen oder -stangen 234 betätigt, um die gegossenen Teile aus den Hohlformen abzulösen. Im Rahmen des hier vorliegenden Verfahrens werden Preßgußvorrichtungen in erster Linie in Verbindung mit wärmeaushärtbaren Polymeren verwendet.

Aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird deutlich, daß sich die Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften von polymeren Trägermaterialien bedeutend verbessern, wenn Glimmerplättchen als Verstärkung verwendet werden. Zum Vergleich sind in der folgenden Tabelle die Festigkeitseigenschaften einiger anderer typischer formbarer Kunststoffe aufgeführt:

Typische Eigenschaften einiger Kunststoffe Biegefestigkeit Biegemodul

Wärmehärtbares Material

(kp/cm²) (10⁶ kp/cm²)

Phenol-Formaldehyd-Preßmischung 844 - 1050

Phenol-Formaldehyd mit

Glimmer als Füllmaterial 562 - 844

_K._QQ 209833/1074

Biegefestigkeit (kp/cm²)

Biegemodul (ΙΟ⁶ kp/cm²)

Thermoplastisches Material Polypropylen

mit Polypropylen gefülltes Inertmaterial

Polypropylen glasverstärkt (20-40 Gew. -%)

SAN

SAN, glasverstärkt (20-40 Gew. -%)

SAN, mit Glimmer verstärkt (50 Gew. -% Glimmer)

nicht verstärktes Polystyrol

glasverstärktes Polystyrol (20-40 Gew. -% Glas)

422 - 562
562 - 633

605 - 738
844 - 1340

0,014 0, 021 - 0,0457

0, 0373 - 0, 0668 0,0387

- 162O⁺ 0,0773 - 0,1301

844 - 1200"

352 - 844
1050 - 1230

mit Glimmer verstärktes 1012 - 1755

Polystyrol (75 Gew. -% Glimmer)

0,1579 - 0,2166 0, 0232 - 0, 0281 0,0668 - 0,1055

0,513 - 0,77

+ größte Festigkeit bei hohem Vol. -% Glasanteil ++ tatsächlich gemessene Werte, ausgehend von einer Biegefestigkeit von 844 kp/cm² bei reinem SAN.

Obige Tabelle zeigt, daß Glimmer als Verstärkungsmaterial und nicht lediglich als Füllmaterial wirkt; sie zeigt die Größenunterschiede bei den Werten für ein Polymer,, für ein mit Füllmaterial versehenes Polymer und für ein verstärktes Polymer, wobei für letzteres als Vergleich das glasfaserverstärkte Polymer dient; weiterhin ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die Werte bezüglich der mit Glimmer verstärkten Materialien den Werten der mit Glas verstärkten Materialien entsprechen, wenn nicht sogar besser als diese zuletzt genannten Werte sind; auf jeden Fall stellen sie jedoch eine beträchtliche Verbesserung gegenüber einem mit Füllmaterial nicht versehenen Polymer dar.·

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548B

Claims

Patentansprüche

Il J Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus formbarem bzw. gießbarem polymerem Werkstoff, der mit Glimmerplättchen verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus einem ausgewählten polymeren Material und hierin gleichförmig verteilten Glimmerplättchen mit einem vorzugsweise hohem Durchschnittsgrößenverhältnis zubereitet wird, wobei die Mischung bis zu 75 Vol. -% Glimmer enthält, daß die Mischung daraufhin in einer Behandlungsvorrichtung einer Temperatur in der Größenordnung von etwa 100⁰C bis etwa 500⁰C und einem Druck in der

ο Größenordnung von etwa Umgebungsdruck bis etwa 1410 kp/cm unterworfen wird, bis sie in einen zäh-elastischen Zustand überführt und plastisch fließfähig ist, und daß die plastische Mischung sodann aus der Behandlungsvorrichtung in eine gewünschte Form ausgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mischung Glimmerplättchen mit einem Durchschnittsgrößenverhältnis von wenigstens 20 verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmerplättchen vor der Wärme- und Druckbehandlung verkapselt bzw. umhüllt werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung einer Wärme- und Druckbehandlung in einer Spritzgußvorrichtung mit einer hin- und hergehenden Schraube unterworfen wird, wobei die Vorrichtung periodisch betätigt wird und jeweils eine bestimmte Menge der plastifizieren Mischung in eine Form spritzt bzw. drückt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Wärme- und Druckbehandlung in einer Spritzgußmaschine mit einem Druckkolben unterworfen v/ird, wobei die Vorrichtung periodisch betätigt wird und die plastifizierte Mischung in eine Form spritzt bzw. drückt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung in einer Druckgußmaschine der Wärme- und Druckbehandlung unterworfen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung in einem Schrauben-Extruder der Wärme- und Druckbehandlung unterworfen wird und die Extruderschraube dazu verwendet wird, die gleichförmige und gründliche Mischung der Glimmerplättchen aufrechtzuerhalten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Extruder mit Doppelschrauben verwendet wird, mittels dem Pellets zur nachfolgenden Verwendung in einer Spritzguß- oder Extrudierform hergestellt werden.

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9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Extruder mit einer einzigen Schraube verwendet wird, mittels dem ein extrudierter Gegenstand in der Form eines Rohres oder eines Blattes hergestellt wird, der wärmeverformbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder bei einer Temperatur etwa zwischen 15O⁰C bis 35O⁰C und bei einem Druck etwa zwischen 3, 52 bis 352 kp/cm betätigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Glimmerplättchen mit einem Druchmesser etwa zwischen 2, 5 bis 5.000 μ verwendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Glimmerplättchen mit einer Größe etwa zwischen -140 bis +200 US-Maschenweite verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung mit etwa 5 bis 75 Vo. -% Glimmer hergestellt wird und die behandelte Mischung eine Dichte in der Größenordnung etwa zwischen 1,1 bis 2,4 gms/ccm aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glimmer verkapselt bzw. umhüllt wird, wobei die zusammengesetzte Mischung etwa 30 Vo. -% Glimmer enthält und der Rest ein mit dem zur Umhüllung verwendet en Polymer verträgliches Polymer-Verdünnungsmittel ist, und daß die Mischung in einem Schrauben-Extruder einer Wärme- und Druckbehandlung unterworfen wird.

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15. Verfahren nach An Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Glimmer plättchen mit einem Größenverhältnis von etwa 20 bis 1.000 verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß der auszutragenden Mischung wenigstens ein zusätzlicher Bestandteil zugegeben wird, der aus einem weiteren Verstärkungsmaterial, einem Färbemittel, einem Stabilisierungsmittel, einem Schmiermittel oder einem Füllmittel ausgewählt wird,
17. Verfahren zur Herstellung ein^s !^ctimmengesstzten polymeren Materials, das zur Verstärkung GVunn:.oⁱ:^!plä^ftebcn aufweist= dadurch gekennzeichnet, daß eine beslima·.,.^ Meiige polymeres Trägermaterial und eine bestimmte Me»igε Glimiaiorplätiehen nut einem Dui'chschniitsg.rcß'-y-'ivorlväl.üvü· »Όλ- v/emg>;^::ins 20 ausgewählt, in eine Exti'udier\orrichi;u:n^ emgeg-'b^: uid dort zu einer zusammengesetzten Mischung- v-'ccr gl^e:::^: vid^i¹ ^erladlus^ tier OlimmerpläLtchen vermischt ve^df-':"., ^·οΐ:ν^; ;!:<:- '^^.öni.arpla-'tchen bis zu 75 VoI,-% der Mischung bilde.: u..-J Δν.ΰ -ί:■■,"■ -.-/mamnienpOsetate Mischung üur Hersteliung iti, pol*,:;.:^u^;:;'. ^'uiii'i^ls in 3ine gewünschte Form extruder' wird.
18. Verfahren nach .A■■··.■-.----^.i \r. ^ad'j Glimmerplättchen mit ^It^-.λ O^'c¹?.:)^.,;.: von etwa 15 bis 25Ou ver-yencUd ''-erdiu:-.

v^b ;-.;sk'?^ü2;eichnet-.₍ daß -^ U: cs;^ Gröfienordüung
19. Verfahreil nach Anspruch 17, ci;-;.äv.roh ^c'K'i.^üiclmet, daß Glimmerpliittchen mit einer Größe Im .Bsro.'Cu zwischen -140 bis +200 US-Maschenweite verwendet werden,

2 C ? Β 2 3 / U 7 ·
20. Verfahren nach Ansprach 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung mit einem Glimmeranteil von etwa 5 bis 75 VoL -% zubereitet wird und die Mischung eine Dichte in der Größenordnung von etwa 1,1 bis 2,4 gms/cem aufweist.
21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmerplättchen vor der Wärme- und Druckbehandlung verkapselt bzw. umhüllt werden,
22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Glimmer umhüllt wird, wobei die zusammengesetzte Mischung einen Glimmeranteil von etwa SO VoL -% enthält und der Rest ein mit dem zur Umhüllung verwendeten Polymer verträgliches Polymer-Verdünnungsmittel ist, und daß die Ifisetang in einem Schrauben-Extruder einer Wärme- und Druckbehandlung unterworfen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der auszutragenden Mischung wenigstens ein zusätzlicher Bestandteil beigegeben wird, der aus einem weiteren Verstärkuagsmaterial, einem Färbemittel^' einem Stabilisierungsmittel, einem Schmiermittel oder einem Füllmittel ausgewählt wird»
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche I bis 23, gekennzeichnet durch eine Zufuhreinrichtung für eine vorbestimmte Menge aus einem ausgewählten polymeren Material und den Glimmerplättchen, durch eine Einrichtung zum Vermisehea des polymeren Materials und der Glimmerplättchen in eine Mischung mit einem ausgewählten Betrag in Vol. -% an gleichmäßig verteiltem Glimmer, etaeh eine Transportvorrichtung sum Austragen der Miaetang, durch

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eine Behandlungsvorrichtung, welche die von der Transportvorrichtung geförderte Mischung aufnimmt und mittels der die Mischung zur Überführung in einen zäh-elastischen Zustand einer Wärme- und Druckbehandlung unterwerfbar ist, und durch eine Einrichtung, mittels der die behandelte Mischung austragbar ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrageinrichtung Formelemente aufweist, welche die Mischung nach der Behandlung in der Vorrichtung formen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Erhitzungsvorrichtung, mittels der die Mischung auf eine Temperatur in der Größenordnung etwa zwischen 100⁰C bis 500⁰C erwärmbar ist, und durch eine Druckerzeugungsvorrichtung, mittels der die Mischung einem Druck in der Größenordnung etwa zwischen Umgebungsdruck bis 1410 kp/cm unterwerfbar ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsvorrichtung ein Schrauben-Extruder (60) ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder ein Doppelschrauben-Extruder ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsvorrichtung eine Spritzgußvorriclitung (100) mit einer hin- und herbeweglichen Schraube (108) ist, die zum Einspritzen der plastifizieren Mischung in eine Form periodisch betätigbar ist.

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30. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsvorrichtung eine Spritegußvorrichtung (130) mit einem Druckkolben (156) ist, der zum Einspritzen einer bestimmten Menge der plastifizierten Mischung in eine Form periodisch betätigbar ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 26,- dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsvorrichtung eine Preßgußvorrichtung (220) ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 26 _? dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsvorrichtung eine Braelqpißvorrichtung (202 bis 206) ist, welche die Mischung in einen die gewilaschte Form aufweisenden Gegenstand umformt.
33. Verfahren zur Herstellung ©ines zusammengesetzten polymeren

Materials, das zur Verstärkung Glimmer und Glasfasern aiafweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Menge polymeres Trägermaterial, Glimmerplättchen und Glasfasern in eine Extradier» vorrichtung eingegeben und dost imter gleiehmäßiger Verteilung der Glimmerplättchen und Glasfasern %n ©in©? zusammengesetaten Mischung vermischt werden^ wobsi der Anteil der Glimmerpläiichen und Glasfasern in der Misslrang g^sammen bis zu SO Vol. -% beträgt, und daß die zusammengesetzte Mischung extrudiert und das verstärkte polymere Material in der gewünschten Form erzeugt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mischung 5 bis_45 Vol. -% Glimmerplätfcehen und 5 bis 45 VoL -% Glasfasern enthält.

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35. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 33 oder 34, gekennzeichnet durch eine Eingabevorrichtung für bestimmte Mengen an ausgewähltem polymerem Material, ausgewählten Glimmerplättchen und ausgewählten Glasfasern, durch eine
Einrichtung zur Zubereitung einer Mischung aus dem polymeren
Material, den Glimmerplättchen und den Glasfasern mit einem
ausgewählten Betrag in Vol. -% an gleichmäßig verteilten Verstärkungsmaterialien, durch eine Transporteinrichtung zum Austragen der Mischung und durch eine Behandlungsvorrichtung.

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VJ

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