DE2312816A1 - Verfahren zur herstellung von halbzeug aus faserverstaerkten thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von halbzeug aus faserverstaerkten thermoplastischen kunststoffen

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Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG· »-» ο-ι ο ο ι r
ZO UO ID
Unser Zeichen: O.Z.29 771 Dd/UB
6700 Ludwigshafen, 14.3-1973
Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen
Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen, bei dem eine Kunststoffschmelze mit einem vorerwärmten textlien Flächengebilde zusammengeführt und anschließend verpreßt wird.
In der DT-OS 1 454 988 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen beschrieben, bei dem Halbzeug aus faserverstärkten Thermoplasten bis zum plastischen Fließen erhitzt und anschließend verformt wird. Dadurch lassen sich auf einfache Weise stabile und stark beanspruchbare Formteile herstellen, die z.B. im Automobilbau oder Möbelbau Anwendung finden können. Das Halbzeug, das nach diesem Verfahren verarbeitet wird, besteht aus ebenen Bahnen, Tafeln oder Platten, die durch Beschichten von textlien Flächengebilden, z.B. Glasfasermatten, mit einer Kunststoff schmelze mittels eines Extruders hergestellt werden können. Bei diesem einfachen Verfahren ist jedoch eine einwandfreie Tränkung der Fasermatte mit Thermoplastschmelze auch dann nicht möglich, wenn die Fasermatte beidseitig beschichtet wird. Im fertigen Halbzeug bilden sich Hohlräume oder Lunker, wodurch die Festigkeit der Endprodukte stark herabgesetzt wird.
Diese Erscheinungen werden auch nicht vollständig vermieden, wenn man nach der DL-PS 20 549 oder nach der DT-OS 2 007 370 lockere Glasfasermatten mit einem thermoplastischen Kunststoff laminiert oder imprägniert und anschließend heiß verpreßt. Außerdem ergibt sich bei einer kontinuierlichen Auaführungsform dieses Verfahrens der Nachteil, daß das heiße Halbzeug anschließend an das Verpressen in einem besonderen Arbeitsgang abgekühlt werden muß. Das dauert verhältnismäßig lange, so daß die Zykluszeiten stark verlängert werden.
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Ein anderes Prinzip zur Herstellung von Halbzeug -aus faserverstärkten Thermoplasten ist in der DT-OS 2 054 471 beschrieben. Danach werden die Fasermatten mit Thermoplastdispersionen beschichtet. Anschließend wird das Wasser verdampft und das Halbzeug bis zum Erweichen des Kunststoffes erwärmt. Damit Iäi3t sich zwar lunkerfreies Halbzeug herstellen, das Verfahren ist jedoch sehr aufwendig, da zur vollständigen Entfernung des Wassers komplizierte Trocknungseinrichtungen angewandt werden müssen.
Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und rasch durchzuführendes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen zu entwickeln, aus welchem sich Formteile mit hohen Festigkeitswerten herstellen lassen.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelö;st.
Für das Verfahren sind alle thermoplastisch verarbeitb-iren kunststoffe geeignet, beispielsweise
Olefinpolymerisate, wie Polyäthylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol öder Copolymere des Styrole mit bis zu 50 Gew. # Acrylnitril,oC-Methyl-styrol, Maleinsäureanhydrid, Methylmethacrylat, sowie kautschukmodifizierte Styrolpolymerisate, vorzugsweise solche, die 2 bis 25 Gew. i» eines Butadienkautschuks enthalten; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid oder chlorierte Polyolefine; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polyester aus Terephthalsäure und gesättigten Diolen, Polycarbonat, sowie Mischungen dieser Polymerisate.
Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten.
Als textile Flächengebilde sind Matten, Vliese, Filze oder Gewebe geeignet, die aus Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoff-Fasern oder Asbest hergestellt sein können. Um einen besseren Zusammenhalt der Fasern im Flächengebilde zu bewirken, werden
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sie zweckmäßigerweise mit üblichen Bindern auf Kunststoffbasis beschichtet. Glasfasern werden mit üblichen Schlichten behandelt, die z.B. einen Haftvermittler auf Silan- oder Chrombasis enthalten. Vorzugsweise werden lockere Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von 250 bis 1200 g/m verwendet, die zusätzlich mit Oberflächenvliesen von 30 bis 60 g/m2 Flächengewicht bedeckt sein können.
Das Verhältnis Kunststoff zu Faser wird so gewählt, daß das fertige Halbzeug zwischen 10 und 70, vorzugsweise 20 bis 60 Gewichtsprozent Fasern enthält. Man kann entweder nur eine Matte mit der Kunststoffschmelze tränken, es können jedoch auch mehrere Matten Ubereinandergelegt und getränkt werden.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die textlien Flächengebilde vor dem Zusammenbringen mit der Kunststoffschmelze auf Verarbeitungstemperatur erwärmt werden. Dies geschieht beispielsweise, indem sie mit IR-Strahlern beheizt, durch einen Ofen geführt oder über heiße Walzen geleitet werden. Die Verarbeitungstemperatur liegt zwischen 150 und 3000C, vorzugsweise bei 200 bis 28O0C. Wird das Flächengebilde nicht vorerwärmt, so entstehen bei der Weiterverarbeitung des Halbzeugs Formteile mit geringerer Festigkeit.
Die Temperatur der Thermoplastschmelze richtet sich nach der Erweichungs- bzw. Zersetzungstemperatur des Thermoplasten. Sie liegt im allgemeinen zwischen 170 und 3000C. Die Schmelze sollte möglichst dünnflüssig sein; bei Polyolefinen sollte die Viskosität bei der Verarbeitüngstemperatur vorzugsweise unterhalb von 5 · 105 cP, bei Styrolpolymerisaten unterhalb von 1 · 10 cP und bei Polyamiden unterhalb von 1 · 1Cr cP liegen. Die Schmelze wird zweckmäßigerweise aus einem Extruder mit Breitschlitzdüse ausgepreßt.
Beim Zusammenführen von Schmelze und textilem Flächengebilde dringt diese nur teilweise in die Matten ein. Erst beim unmittelbar anschließenden Verpressen wird die Matte vollständig getränkt und die Ijuft daraus verdrängt. Dieses Verpressen findet
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auf kontinuierlich arbeitenden Bändern oder Walzen atatt. Dabei sollte die Verweilzeit in der Druckzone verhältnismäßig lang sein, da Preßvorgang und Abkühlen praktisch gleichseitig ablaufen, so daß also beispielsweise ein einfaches Walgenpaar nicht brauchbar ist. Geeignet ist dagegen eine mit einem endlosen Band teilweise umspannte !Trommel nach dem Beispiel 2 oder eine Formenkette nach dem Beispiel 3 der DT-OS 1 454 988, sowie ein endloses Druckband nach dem Beispiel .7 der DIr-FS 20 549.
In dieser Druokeone werden Künstetoffschmelze und textiles Flttchengebilde miteinander verpreßt. Der Preßdruck liegt ewisohen 0,1 und 20, vorzugsweise zwischen 1 und 15 bar. Dabei werden die textlien Flächengebilde im allgemeinen zusammengepreßt{ bei Verwendung von Glasfasermatten beispielsweise etwa um das 5-faohe. Die Preßwerkzeuge sind im allgemeinen nicht beheizt, so daß eine Abkühlung des heißen Halbzeugs in der Druokzone stattfindet. Dies kann durch eine Kühlung der Werkzeuge noch beschleunigt werden. Die Verweilzeit des Halbzeugs in der Druokzone liegt im allgemeinen zwischen 20 Sekunden und 3 Minuten.
Das fertige Halbzeug hat im allgemeinen eine Dicke von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 5 mm. Es kann geschnitten oder - bei dünnem Material - aufgerollt werden. Man kann es entweder gleich anschließend weiterverarbeiten oder lagern. Die Welterverarbeitung erfolgt zweckmäßigerweise nach dem in der DI-OS 1 454 988 beschriebenen Verfahren. Dadurch lassen sich Fertigteile, wie Wellplatten, Automobilkarosserieteile, Behälter, Abdeckplatten oder Möbelteile herstellen.
Beispiel 1
Das Verfahren wurde in einer Apparatur nach Fig. 1 durchgeführt. Zwei Endlosglasseidenmatten (4) mit einer Dicke von 0,5 cm und einem Flächengewicht von 900 g/m werden durch Infrarot-Strahler (5) auf etwa 23O0C aufgeheizt, über zwei beheizte Walzen (2) werden sie in eine Druckzone eingeführt. Zwischen die Matten wird aus einer Breitschlitzdüse (6) ein ca. 1,5 mm dicker Strang aus Polypropylen mit einer Temperatur von 23O0C extrudiert
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(Schmelzviskosität 2 · 10 cP). In der Druckzone werden Glasfasermatte und Polypropylenschmelze bei einem Druck von etwa 5 bar durch endlose Stahlbänder (1) zusammengepreßt. Die Verweilzeit in der Druckzone beträgt 2 Minuten. Über gekühlte Walzen (3) verläßt das fertige Halbzeug (X) die Druckzone. Es hat dabei eine Temperatur von 600C und eine Dicke von 2,8 mm. Der Glasfasergehalt des Halbzeugs beträgt 48 Gew. ^. Die Festigkeit wurde nach DIN 53 455 gemessen. Sie beträgt 1100 Kp/cm . Der Ε-Modul nach DIN 53 457 beträgt 80 000 Kp/cm2. Das Halbzeug hat etwa gleiche Festigkeit und Steifigkeit wie ein 0,8 mm dickes Stahlblech. Dies bedeutet eine Gewichtsersparnis von 37 %.
In einem Vergleichsversuch wurden die Glasfasermatten nicht vorerwärmt. Das fertige Halbzeug hat hier nur eine Festigkeit von 850 Kp/cm2.
Beispiel 2
Zur Herstellung von verstärktem thermoplastischem Halbzeug wurde eine Anlage, wie sie in Fig. 2 skizziert ist, verwendet. Sie besteht aus einer großen kühlbaren Walze (11), auf die ein endloses Stahlband (12) durch Druck- (13) und Spannwalzen (14) aufgepreßt wird. In den Spalt zwischen Walze und Band werden zwei durch IR-Strahler (15) vorgeheizte Glasseidenmatten (16) mit einem Flächengewicht von 300/m eingezogen und zwischen sie Polyamid-6-Sohmelze von ca. 2600C über eine Breitschlitzdüse (17) extrudiert. Im Auslauf ist das Halbzeug (X) bereits auf ca. 700C abgekühlt und kann dann auf einen Kern (18) aufgewickelt werden. Es hat eine Dicke von ca. 0,8 mm und einen Glasgehalt von ca. 50 Gew. £. Die Zugfestigkeit liegt über 2000 Kp/ cm und der Ε-Modul wurde zu 110 000 Kp/cm bestimmt.
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Claims (4)

- 6 - O.Z. 29 771 Patentansprüche
1. ,'Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug
aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere textile Flächengebilde, welche auf Temperaturen zwischen 150 und 3000C vorerwärmt wurden, und eine Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffes zusammengeführt und dann in einer Druckzone miteinander verpreßt und abgekühlt werden.
2. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als textile Flächengebilde Glasfasermatten verwendet werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschmelze eine Temperatur zwischen 170 und 3000C aufweist.
4. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß textile Flächengebilde und thermoplastischer Kunststoff bei einem Druck von 0,1 bis 10 bar miteinander verpreßt werden.
Badische Anilin- A Soda-Fabrik AG
Zeichn.
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