DE2311856B2

DE2311856B2 - Glasfaserverstaerkte thermoplastische platte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2311856B2
Application number: DE19732311856
Authority: DE
Inventors: Bernard Chantilly; Chevallier Gabriel Pont Ste Maxence; Oise Bitsch (Frankreich)
Original assignee: Societe Chimique des Charbonnages S.A, Paris la Defense, Courbevoie, Hautsde-Seine (Frankreich)
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FR2174786B1; GB1418512A; DE2311856A1; FR2174786A1; CH569565A5; ES412478A1; IE37390B1; IT979718B; NL7303396A; BE796072A; IE37390L; DE2311856C3

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoplastische Platte aus einer Matrix aus thermoplastischem Material, in welcher Glasfasern verteilt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher thermoplastischer Platten durch Vermischen von Glasfasern mit einem thermoplastischen Material in Pulver- oder Kugelform unter Einsatz eines Trockenmischers vom Typ der Innenmischer mit einer Drehachse, auf welcher Arme oder Misch- bzw. Knetwerkzeuge befestigt sind, und durch Warmverpressen des dabei erhaltenen Gemisches zu Platten, wobei das Vermischen bis zu einer homogenen Verteilung der Fasern in dem thermoplastischen Material durchgeführt wird.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Platten aus thermoplastischen Materialien bekannt. In derartigen Verfahren verwendet man in der Regel eine Matte, d. h. einen Filz oder ein Netzwerk aus Fasern. Das thermoplastische Material kann in Form einer wäßrigen Dispersion oder in Form einer Lösung in einem Lösungsmittel in die Matte eingearbeitet werden, wie es beispielsweise in der britischen Patentschrift 791 567 angegeben ist. Es isi jedoch schwierig, nach Beendigung des darin beschriebenen Verfahrens aus dem Endprodukt das darin enthaltene Wasser oder Lösungsmittel vollständig wieder daraus zu entfernen. Das thermoplastische Material kann auch in Form eines Pulvers in die Matte eingearbeitet werden, wie beispielsweise in der US-Patentschrift 2372433 beschrieben. In diesem Falle ist es jedoch schwierig, eine vollständig homogene Mischung aus den Fasern und dem eingearbeiteten Pulver herzustellen. Darüber hinaus haben die aus solchen Glasfasermatten hergestellten Platten den Nachteil, daß sie nicht wärmeverformbar sind. Sie haben ferner ein schlechtes Oberflä

chenaussehen auf Grund der Tatsache, daß bestimmte Fasern aus der Platte herausragen, was außerdem dazu führen kann, daß Wasser eindringt, das die Eigenschaften des Endproduktes beeinträchtigt.

In anderen Verfahren, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 1956038 und in der britischen Patentschrift 1055395 beschrieben sind, wird die Mischung aus den Fasern und dem thermoplastischen Materia! dadurch erzielt, daß man die Fasern und das thermoplastische Material in Form eines Pulvers gleichzeitig auf ein Förderband fallen läßt. In diesem Falle haben die Fasern jedoch die Neigung, sich parallel zur Oberfläche des Förderbandes anzuordnen. Man erhält daher bei Durchführung dieser Verfahren Platten, in denen die Fasern nicht in allen drei Richtungen gleichmäßig verteilt sind, worunter ihre mechanischen Eigenschaften leiden.

In der deutschen Auslegeschril't 1504949 ist ein Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffplatten beschrieben, in denen die Fasern ebenfalls praktisch parallel zur Oberfläche der Platte angeordnet sind. Bei der Durchführung dieses Verfahrens erfolgt die Durchmischung der Fasern mit dem Kunststoffmaterial in Gegenwart von Wasser und eines Lösungsmittels, was zur Folge hat, daß das Wasser und das Lösungsmittel nach Beendigung des Verfahrens wieder auf umständlichem Wege daraus entfernt werden müssen. In der US-Patentschrift 2356826 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Glasfasern im Augenblick des Vermischens derselben mit dem Kunststoffmaterial in situ hergestellt werden. Auch in diesem Falle weisen die in der nach diesem Verfahren erhaltenen Mischung enthaltenen Fasern eine bevorzugte Orientierung auf und die Kohäsion der dabei erhaltenen Fasern mit dem Kunststoff material ist schlecht. Zur Durchführung dieses Verfahrens benötigt man darüber hinaus eine spezielle Vorrichtung für die Herstellung der Fasern, da die handelsüblichen Glasfasern in diesem Verfahren nicht eingesetzt werden können. Auch in der britischen Patentschrift 1255 233 sind durch Glasfasern verstärkte Kunststoffkörnchen beschrieben, in denen die Glasfasern eine bevorzugte Orientierung, nämlich parallel zur Achse der Körnchen, aufweisen.

Aus der britischen Patentschrift 1087 859 ist es bekannt, Glasfasern mit einem Kunststoffmaterial zu mischen unter Verwendung einer Strangpresse. Die Verwendung einer solchen Strangpresse führt zwar zu einer sehr intensiven Vermischung der Fasern mit dem fließfähigen Kunststoffmaterial, siu bewirkt jedoch, daß die Fasern in unerwünschter Weise in kleine Fragmente zerbrechen. Auf diese Weise erhält man Gemische, die Fasern mit einer Länge von nicht mehr als einigen mm enthalten. Das gilt auch für die in der britischen Patentschrift 1055 395 beschriebene Mischung aus Glasfasern und Kunststoff unter Verwendung einer Einspritzschnecke.

Es ist bekannt, kurze Glasfasern einer Länge von weniger als 1 cm mit thermoplastischen Materialien zu vermischen. Solange die Länge der Glasfaser einige mm nicht übersteigt, besteht keine Gefahr der Bildung von Faserknäueln während der Durchführung des Mischens, die den Mischer verstopfen können. Auch wenn dabei die Glasfasern zerbrechen, ist dies im allgemeinen von geringer Bedeutung, solange man Mischungen herstellen will, die kurze !Fasern enthalten. Für die Herstellung solcher Mischungen können die verschiedensten Mischer mit Erfolg eingesetzt wer-

den. Verfahren dieses Typs sind beispielsweise in der Schweizer Patentschrift 475833, in den britischen Patentschriften 890731, 1086980 und 1 159994 sowie im Beispiel 4 der deutschen Patentschrift 1778 781 beschrieben. Im Beispiel 5 der zuletzt genannten deutschen Patentschrift ist die Herstellung einer glasfaserverstärkten Nylonplatte beschrieben, bei der man von Nylonfasern und Glasfasern ausgeht, die miteinander verdrillt sind. Dabei erhält man ein Produkt, in dem die Glasfasern in zwei Richtungen angeordnet sind, dadurch ist jedoch keine gleichmäßige Verteilung der Glasfasern in allen drei Dimensionen erzielbar.

Aus der britischen Patentschrift 1259241 ist ein Verfahren bekannt, mit dem es möglich ist, glasfaserverstärkte Kunststoffplatten aus polymeren Vinylhalogeniden herzustellen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens werden zum Vermischen der Polyvinylhalogenide, der eingesetzten Hilfsstoffe, der verwendeten festen Wärmestabilisatoren und der Glasfasern, die eine Größe zwischen 1,6 und 9,5 mm haben, Trokkenmischer vom Typ der Innenmischer eingesetzt, die mit einer Drehachse ausgestattet sind, auf der Arme oder Misch- bzw. Knetwerkzeuge befestigt sind. Von

■■ der Verwendung längerer Glasfasern wird in dieser

Patentschrift jedoch ausdrücklich abgeraten, weil längere Glasfasern zu Verstopfungen und Ablagerungen innerhalb der verwendeten Mischer führen.

Das heißt, nach diesem bekannten Verfahren erhält man nur mit verhältnismäßig kurzen Glasfasern befriedigende Ergebnisse und das nur dann, wenn verschiedene Zusätze vorder Einführung der Glasfasern in das Kunststoffmaterial eingearbeitet werden.

Keines der vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren erlaubt die direkte Einarbeitung von Glasfasern einer Länge von mehr als 1 cm in thermoplastische Materialien unter Erzielung einer homogenen Mischung, in der die Glasfasern in allen drei Richtungen gleichmäßig verteilt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine glasfaserverstärkte thermoplastische Platte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, in der Glasfasern einer Länge von mehr als etwa 1 cm in allen drei Richtungen gleichmäßig verteilt sind, so daß eine solche thermoplastische Platte in allen drei Richtungen etwa gleiche mechanische Eigenschaften aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist eine thermoplastische Platte aus einer Matrix aus thermoplastischem Material, in welcher Glasfasern verteilt sind, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Glasfasern im Innern der Platte in allen drei Richtungen in isolierter Form gleichmäßig verteilt sind und eine Länge zwischen 1 cm und 10 cm aufweisen und das thermoplastische Material aus Polystyrol besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Platten des vorstehend beschriebenen Typs durch Vermischen von Glasfasern mit einem thermoplastischen Material in Pulver- oder Kugelform unter Einsatz eines Trokkenmischers vom Typ der Innenmischer mit einer Drehachse, auf welcher Arme oder Misch- bzw. Knetwerkzeuge befestigt sind, und durch Warmverpressen des dabei erhaltenen Gemisches zu Platten, wobei das Vermischen bis zu einer homogenen Verteilung der Fasern in dem thermoplastischen Material durchgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein lockeres Vorgarn aus Glasfasern mit einer Länge von wenigstens 1 cm und vorzugsweise mit einer Länge zwischen 1 und 10 cm verwendet und als thermoplastisches Material Polystyrol einsetzt.

Durch die vorliegende Erfindung lassen sich gegenüber dem Stand der Technik die folgenden Vorteile > erzielen:

a) im Gegensatz zu den nach den bekannten Verfahren aus Fasermatten hergestellten Produkten sind die erfindungsgemäßen Platten wärmeverformbar, und sie haben ein besseres Oberflächenaussehen und eine homogenere Zusammensetzung als die bekannten Kunststoff platten;

b) im Gegensatz zu den bekannten glasfaserverstärkten Kunststoffplatten, in denen die Glasfasern vorzugsweise parallel zu einer Ebene oder in einer bevorzugten Richtung angeordnet sind, haben die erfindungsgemäßen thermoplastischen Platten in allen Richtungen homogene mechanische Eigenschaften;

c) im Gegensatz zu den bekannten Platten, die durch kurze Glasfasern verstärkt sind, weisen die erfindungsgemäßen thermoplastischen Platten eine höhere Steifigkeit und bessere thermische Eigenschaften, insbesonder eine höhere Wärmeverformungstemperatur, auf.

Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Platten verwendete thermoplastische Material besteht vorzugsweise aus Teilchen einer Größe von weniger als 500 Mikron. Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Vorgarn besteht aus Fasern mit einer Länge von wenigstens 1 cm und vorzugsweise mit einer Länge zwischen 1 und 10 cm.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck »wenig gebundenes Vorgarn« ist ein Vorgarn zu verstehen, das sich leicht in Einzelfasern auftrennen läßt. Bei den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren Mischern handelt es sich um Trockenmischer vom Innenmischer-Typ, die eine Drehachse aufweisen, auf welcher Mischarme oder Mischwerkzeuge befestigt sind, wie z. B. Blattmischer, Pflugschaufelmischer oder Bandschneckenmischer.

Das Vermischen bzw. Durchkneten muß ausreichend kräftig und lange erfolgen, um eine Auflösung des Vorgarns in die einzelnen Glasfasern zu erzielen, es darf jedoch nicht so stark sein, daß ein nennenswerter Anteil der Glasfasern zerbricht.

Bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen erhält man ein dreidimensionales Netzwerk aus untereinander verwirrten Glasfasern mit einer regelmäßigen Verteilung der thermoplastischen Materialteilchen innerhalb des Glasfasernetzwerkes, an dem sie haften.

Der Anteil der Glasfasern in den Ausgangsmischungen beträgt zweckmäßig 0,5 bis 50, vorzugsweise 20 bis 30%.

Das nach dem Vermischen bzw. Durchkneten erhaltene Gemisch wird zweckmäßig anschließend bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials gepreßt. Dabei erhält man ein Gemisch, das aus einer Matrix aus einem dreidimensionalen Netzwerk von Glasfasern besteht, innerhalb der die Teilchen aus dem thermoplastischen Material gleichmäßig verteilt sind, d. h. bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man thermoplastische Platten, in denen die Glasfasern in allen drei Richtungen gleichmäßig innerhalb der thermoplastischen Matrix verteilt sind.

Das Oberflächenaussehen der dabei erhaltenen

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Platten ist gut, und es kann dadurch noch weiter verbessert werden, daß man das Ausgangsgemisch, nachdem es entweder über oder unter eine dünne Folie oder Platte aus dem thermoplastischen Material oder auch zwischen zwei Folien bzw. Platten aus dem thermoplastischen Material gelegt worden ist, verpreßt. Die dafür verwendeten Deckfolien bzw. Deckplatten können aus kristallinem Polystyrol oder aus einem schlagzähen Polystyrol oder aus einem Acrylnitril/ Butadien/Styrol-Mischpolymerisat oder einem Styrol/Acrylnitril-Mischpolymerisat u. dgl. bestehen.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erhalten, wenn man die Mischung aus den Glasfasern und dem thermoplastischen Material, die aus dem Mischer bzw. Kneter austritt, in einen Walzenstuhl überführt, in dem sie zu einer endlosen Bahn oder Platte verformt wird. Diese Bahn oder Platte wird anschließend kontinuierlich zwischen 2 Platten oder Folien aus dem thermoplastischen Material gelegt. Das Ganze wird dann in einen Wärmeofen eingeführt, in dem es weich wird, und anschließend wird es zwischen mehreren Walzen hindurchgeführt, wodurch es seine endgültige Form erhält.

Die erfindungsgemäßen glasfaserverstärkten thermoplastischen Platten können auf an sich bekannte Weise tiefgezogen oder wärmeverformt werden. Sie liefern Endprodukte, die wegen der gleichmäßigen Verteilung der darin enthaltenen verstärkenden Glasfasern in allen drei Richtungen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1
In einen Pflugschaufelmischer werden 70 Teile Ku-

■"> geln aus (homopolymerem) Polystyrol mit einem Durchmesser unterhalb 500 μπι und 30 Teile Vorgarn aus Glasfasern mit einer Länge von 2,5 cm eingegeben. Dieses Gemisch wird 45 Sekunden durchgeknetet. Das erhaltene Produkt wird in einer Presse bei

ι« 200 bis 205° C 2 Minuten lang unter einem von 270 auf 300 bar ansteigenden Druck entweder für sich allein oder in Anwesenheit einer Folie aus kristallinem Polystyrol einer Stärke von 0,2 mm gepreßt.

Die erhaltenen Platten von 3 mm Stärke werden bei 140 bis 150° C 20 Sekunden lang auf einer Warmverformungseinrichtung warmverformt. Hierbei wird festgestellt, daß das Produkt sich an die Form ohne anormale Verminderung der Stärke an den Winkeln gut anpaßt und daß die Glasfasern in der Masse sehr gut verteilt sind.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei diesmal jedoch die Mischung aus Glasfasern und dem perlförmi-

2^r> gen Thermoplasten in der Presse in Anwesenheit einer Folie aus schlagzähem Polystyrol von 1,5 mm Stärke 2 Minuten lang bei einer von 165° C auf 205° C ansteigenden und bei einem von 160 auf 100 bar abnehmenden Druck gepreßt wird. Hieraus können dann

jo warmverformte Gegenstände mit guter Qualität hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermoplastische Platte aus einer Matrix aus thermoplastischem Material, in welcher Glasfasern verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern im Innern der Platte in den drei Richtungen in isolierter Form gleichmäßig verteilt sind und eine Länge zwischen 1 und 10cm aufweisen und das thermoplastische Material aus Polystyrol besteht.

2. Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Platten nach Anspruch 1 durch Vermischen von Glasfasern mit einem thermoplastischen Material in Pulver- oder Kugelform unter Einsatz eines Trockenmischers vom Typ der Innenmischer mit einer Drehachse, auf welcher Arme oder Misch- bzw. Knetwerkzeuge befestigt sind, und durch Warmverpressen des erhaltenen Gemisches zu Platten, wobei das Vermischen bis zu einer homogenen Verteilung der Fasern in dem thermoplastischen Material durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man ein lockeres Vorgarn aus Glasfasern mit einer Länge von wenigstens 1 cm und vorzugsweise mit einer Länge zwischen 1 und 10 cm verwendet und als thermoplastisches Material Polystyrol einsetzt.