DE2345278B2 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung eines faserverstaerkten, zum verpressen bestimmten kunststoffkoerpers - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines faserverstärkten, zum Verpressen bestimmten Kunststoffkörpers, bei welchem eine Harzschicht auf eine untere Trägerfolie und eine obere Harzschicht an der Unterseite einer oberen Trägerfolie aufgebracht werden, wonach Faserstränge auf der unteren Harzschicht verteil! und die Harzschichten und die Faserstränge zusammengepreßt werden.

Es ist bekannt, Kunststoffkörper herzustellen, indem eine Lage von I larzmatcrial, wie Polymerharz, auf ein Paar aus Kunststoff bestehender Trägerfolien aufgetragen wird. Anschließend wird eine Anzahl von Glas-Rovings in kurze Einzelsträngc durchlteniu, wonach diese Einzelstränge regellos auf der unleren Harzlage verteilt weiden, bevor die obere Harzlage mit Hilfe eines Walzenpaares mit der unteren Lage verbunden wird. Die Zugfestigkeit des dadurch gewonnenen Kunststoffkörpers ist in allen Richtungen etwa gleichförmig, da die verstärkenden Glasfasern regellos verteilt sind.

Der Kunststoffkörper wird darauf normalerweise /wischen Meiallformen zu einem Formstück preßgeformt. Es hat sich dabei gezeigt, daß das Formstück in vielen Füllen schwache Stellen besitzt, und zwar häufig an der Verbindungsstelle, wo die Harzlagen während des Preßformens zusammenfließen. So sind bei der Herstellung eines als Behälter dienenden Troges die Kanten schwach und können leicht brechen.

Es wurden ferner bereits kontinuierliche Faserstränge zur Verstärkung auf einer Trommel aufgewickelt, wonach ein Schnitt in Längsrichtung, d. h. parallel zur Achse der Trommel, durchgeführt wurde. Die Verstärkung wurde anschließend von der Trommel abgenommen. Obwohl dieses Verfahren die Herstellung von Teilen mit großer Festigkeit ermöglichte, hat es den Nachteil, daß der erhaltene Formteil nicht länger stin kann als der Gesamtumfang der Trommel, auf welcher die Fasern aufgewickelt wurden. Falls die Faserstränge nicht sehr fest auf der Trommel aufgewickelt werden, besitzen sie außerdem die Neigung, sich seitlich zu bewegen, was zu Zwischenräumen zwischen ihnen und somit zu schwächeren Punkten des Formteils führt.

Beim Versuch, die vorausgehend genannten Schwierigkeiten zu überwinden, wurden Verstärkungen durch Weben der Glasfasern entwickelt (DT-PS 8 53 820). Durch die Verwendung gewebter Verstärkungsmatten wird zwar eine seitliche Bewegung der Glasfasern verhindert, jedoch ist das Weben kostspielig. Außerdem können die einzelnen Faserstränge nicht ausreichend innerhalb des Harzes imprägniert werden, was zur Erzielung einer maximalen Zugfestigkeit des Faserstranges notwendig ist. Solange einzelne Glasfasern nicht mit Hilfe des Harzes voneinander getrennt sind, können sie sich gegenseitig reiben, was zu einer Materialschwächung und damit zur Verringerung der Gesamtfestigkeit der Glasfasern führt. Darüber hinaus wird bei dem bekannten Verfahren nur eine Gewcbekige zwischen zwei Harzlagen eingelegt, so daß bei starken Harzlagen nur in der Mittelebene des Kunststoffkörpers eine Verstärkung erzielt wird, jedoch nicht eine gleichmäßige Verstärkung im wesentlichen über den gesamten Kunststoffkörperquerschnitt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffkörpers zu schaffen, durch welches zwar der Kunststoffkörper auf einfache Weise über seine gesamte Querschnittsfläche gleichmäßig mit kontinuierlichen Fasersträngen durchsetzt werden kann, jedoch beim Zusammenpresse der beiden Harzlagen keine Gefahr besteht, daß die Faserstränge bis /ur Oberfläche des Kunststoffkörpers durchtreten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Faserstränge durch eine Anzahl kontinuierlicher Stränge gebildet werden, deren Achsen quer zu den Trägerfolien verteilt sind, und die durch ein von einer Rakel begrenztes Bad von Harzmateiial und von dort durch eine Anzahl von Öffnungen in der Rakel hindurchgezogen werden, und daß gleichzeitig jeweils ein Teil der imprägnierten kontinuierlichen Faserstränge in Längsrichtung der Trägerfolie in das untere Harzmaterial gelegt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein zusätzli eher kontinuierlicher Faserslrang in kürzere Faserab schnitte geschnitten und diese werden über der imprägnierten kontinuierlichen Fasersträngen verteil und die harzbeschichteten Trägerfolien werden dant mit den dazwischen liegenden Faserverstärkungei zusammengepreßt.

Die Verwendung von kontinuierlichen Glasfasen größerer Länge in Verbindung mit kürzeren Glasfaser stücken ist für glasfaserverstärkte viilkanisierban Elastomere aus der DT-AS 15 79 302 und der DT-O! 17 79 841 bereits bekannt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eine Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnun; erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorricli uing zur Durchführung des Verfahrens, F i g. 2 eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig.

F i g. 3 eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig.] und 2,

Fig.4 eine Schnittansicht der Rakel nach der Linie 4-4 in F i g. 3.

F i g. 5 eine Vorderansicht der Rakel,

Fig-6 eine weitere Schnittansicht der Rakel nach Linie 6-6 in F i g. 5, und

Fig. 7 eine Darstellung des nach dem Verehren erhaltenen Kunststoffkörpers.

Der nach dem Verfahren erhaltene Kunststoffkörper weist gemäß Fig.7 mehrere kontinuierliche Faserstränge 12 auf, welche innerhalb einer Harzschicht 14 angeordnet sind. Die Harzschicht 14 wird zwischen einem Paar von Trägerfolien 16a und 166 gebildet, welche aus einem beliebigen dünnen und flexiblen Material bestehen können, beispielsweise aus Polyäthylen.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Imprägniermaschine 20 zur Herstellung eines Kunststoffkörpers, welche zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens modifiziert wurde. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung befinden sich die I ragerfolien 16;; und 16i> in den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Positionen. Jede der Folien wird mit Hilfe einer Rakel von der Art der Rakel 30 mit einem dünnen, gleichlormigen Belag des HarzmateriaK 14 beschichtet. Beim beanspruchten Verfahren wird die herkömmliche Rakel 30 nur verwendet, um die obere Trägerfolie 16a /u beschichten, wahrend die untere Trägerfolie \bb durch eine besondere Rakei 22 beschichtet wird, diese kann mit Hilfe von Halleblöcken 32 gestützt werden. Wandkörper 33 können benutzt werden, um eine beträchtliche Menge Harzmatenal 14 vor der Rakel 22 zu fuhren.

Gemäß Fig. 6 ist die Rakel 22 als länglicher Körper mit ebenen Seitenflächen 24, 26 und einer schmalen Grundfläche 27 ausgebildet. Diese dient da/u, das Hai/. 14 in Form einer dünnen Schicht auf der T rägerfolie 166 zu verteilen. Die Grundfläche 27 ist etwa 1,55 mm breit und in der Regel eben. Die Rakel ist mit mehreren öffnungen durchsetzt, welche aus einem zylindrischen Teil 28 und einem konischen Teil 29 bestehen.

Bei der dargestellten Alisführungsform des Verfahrens sind die Öffnungen der Rakel in vier parallelen Reihen angeordnet, jede Reihe ist bezüglich der angrenzenden Reihe bzw. Reihen horizontal versetzt. Nachdem die imprägnierten Faserstränge durch die Rakel gezogen sind, verbleiben sie jedoch nicht in ihrer Mehrlagen-Anordnung, sondern vereinen sich alle innerhalb einer Schicht. Der konische Teil 29 der Rakel bildet einen Winkel von etwa 50°. Der zylindrische Teil 28 kann einen Durchmesser von etwa 2,28 nrn besitzen, welcher knapp größer ist als dem Durchmesser des Rovings vor Imprägnierung entspricht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die öffnungen jeder Reihe einen Mittelpunklsabstand von otwa 22 mm, während angrenzende Reihen in ihrer Horizontallagc um etwa 9,5 mm voneinander getrennt sind.

Die gegenständliche Ausbildung der Rakel 22 ist durch die DT-PS 23 63 009 geschützt. Die Funktion der erwähnten öffnungen wird nachfolgend ausführlicher erläutert.

Gemäß den F i g. 1 und 2 treten die Faserstränge von ihren Speicherpositionen durch öffnungen der ersten Führungsstange 34 hindurch. Mit Hilfe der zweiten Führungsstange 36 werden sie im wesentlichen horizontal gerichtet gehalten. Es ist zweckmäßig, daß die Faserstränge 12 nahezu horizontal in das Harzmaterial 14 eintreten, um den Widerstand auf ein Minimum herabzusetzen. Nachdem sie durch den konisch zulaufenden Teil 29 und den zylindrischen Teil 28 der Rakel gezogen wurden, sind d<e Faserstränge gleichförmig durch das Harz imprägniert. Nach Passieren der Rakel werden die imprägnierten Faserstränge 12' zwischen die beschichteten Trägerfolien 16a, 16i> eingelegt. Die aus Trägerfolien, Hai'zlagen und imprägnierten Fasersträngen bestehende Anordnung wird dann durch das Walzenpaar 38 zusammengepreßt.

Als Faserstränge werden vorzugsweise Glasfasern verwendet, deren Zugfestigkeit im Bereich von 35 200-52 700 kp/cm² liegt. Die Glasfasern sind mit den üblichen Harzmaterialien verträglich und im allgemeinen chemisch inert. Als Faserstränge eignen sich auch Sisal- und Hanffasern, sowie Fasern aus Asbest, Graphit, Bor, Metall, Wolle, Baumwolle, Polyester und Nylon. Es hat sich herausgestellt, daß die Zugfestigkeit des Kunststoffkörpers in Faserrichtung gegenüber herkömmlichen Kunststoffkörpern um das Doppelte erhöht werden kann, wenn an Stelle von willkürlich verteilten kurzen Fasern bekannter Art kontinuierliche Faserstränge verwendet werden. Falls eine größere Zugfestigkeit in mehr als einer Richtung gefordert wird, ist es möglich, eine Lage des kontinuierliche Faserstrange enthaltenden Kunststoffkörpers innerhalb der Presse so auf eine weitere Lage aufzulegen, daß mehrere Lagen einen bestimmten Winkel zueinander einnehmen.

Der Anteil der Faserstränge kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Falls nur eine kleine Zunahme der Zugfestigkeit erwünscht ist, genügen wenige Faserstränge. Ein Kunststoffkörper mit einem Anteil von 50 Gewichtsprozent kontinuierlicher Faseistränge und einem Anteil von 50 Gewichtsprozent Harzgemisch liefert sehr gute Ergebnisse hinsichtlich maximaler Zugfestigkeit, ohne daß ein Bruch der imprägnierten und geschützten Faserstränge auftritt. Nahezu optimale Ergebnisse können erzielt werden, wenn man sowohl den Anteil der Fasersträngc als auch des Harzgemisches innerhalb eines Bereiches von 40 bis 60 Gewichtsprozent hält.

Gemäß Fig.4 treten die einzelnen Fasersträngc 12 durch das Bad aus Harz 14 und werden anschließend durch die Rakel hindurchgezogen. Dabei wird ein geringer Anteil des Harzmaterials in den konischen Teil 29 eingezogen. Dieses überschüssige Harz wird durch den sich bewegenden Faserstrang abgewischt, wenn dieser den zylindrischen Teil 28 durchläuft. Das Harz dient zur gegenseitigen Trennung der Fasern. Auf diese Weise wird gegenseitiger Abrieb der Einzelfasern und eventueller Bruch vermieden. Es war bisher schwierig, kontinuierliche Faserstränge mit stark gefüllten Gemischen ausreichend zu imprägnieren, um maximalen Nutzen der größeren Festigkeit des Faserstranges zu erzielen. Durch das beanspruchte Verfahren ist es möglich, gleichzeitig und kontinuierlich eine beliebige Anzahl von Fasersträngen bis zu 50 oder mehr zu imprägnieren.

Als Harzmaterial eignen sich beispielsweise Polyesterharze, Phenolharze, Epoxyharze, Siliconharze, Alkydharze, Acrylharze und Polyäthylenharze. Wännehärtcnde Harze werden jedoch vorwiegend verwendet. Bei Anwendungen, welche höhere Zugfestigkeit erfordern, werden Polyesterharze benutzt. Für gewisse Anwendungsfälle kann es erwünscht sein, ein wärmehärtendes Harz, wie Polyester als Basismaterial und thermoplastisches Harz zur Verbesserung der Oberflächengüte zu verwenden. Dem Harzgemisch kann ein Dickmittcl beigegeben werden, wie ein Metalloxid der

Gruppe II, ζ. Β. Magnesiumoxid oder Calciumoxid.

Wenn eine herkömmliche Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffkörpern für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens umgestaltet wird, dann sollte die Rakel 22 normalerweise eine tiefere Einstellung erhalten, d. h. näher an der unteren Trägerfolic liegen als eine herkömmliche Rakel. Durch die tiefere Einstellung der Rakel wird eine dünnere Lage des Harzgeniisches auf der unteren Trägerfolie aufgetragen. Als Folge davon erhält man einen Kunststoffkörper, dessen l-'aserverstärkung und Harzgemisch die gleichen Proportionen einnehmen, wie sie bei herkömmlichen Kunststoffkörpern vorliegen. Die Einstellung der Rakel 22 sollte etwa 0,25 mm unterhalb der Einstellung herkömmlicher Art liegen, welche normalerweise zwischen 1,0 bis 1,5 mm beträgt.

Die Zugfestigkeit des Kunststoffkörpers quer zur

Orientierung der kontinuierlichen Faserstränge läßt sich verbessern, wenn einer oder mehrere der kontinuierlichen Faserstränge in eine Hack bzw. Schnitzelstation eingeführt wird bzw. werden, die sich strömungsabwärts der Rakel befindet. Die kurzen, gewöhnlich etwa 25 bis 50 mm langen Faserabschnitlc läßt man unter willkürlicher Verteilung auf die untere Harzschicht mit den imprägnierten kontinuierlichen Fasersträngen fallen, d. h. kurz bevor die obere Harzschichl mit dieser

ίο Anordnung verbunden und zu einer Folie bzw. Platte zusammengepreßt wird. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse, nach welchen für die vorstehend erläuterte bevorzugte Ausführungsform ein Anteil von 50 Gewichtsprozent Fasersträngen benutzt wird, sollte der Anteil der kürzeren Faserstränge gegenüber den kontinuierlichen Fasersträngen etwa 30 Gewichtsprozeni nicht übersteigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines faserverstärkten, zum Verpressen bestimmten Kunststoffkörpers, bei welchem eine Harzschicht auf eine untere Trägerfolie und eine obere Harzschicht an der Unterseite einer oberen Trägerfolie aufgebracht werden, wonach Faserstränge auf der unteren Harzschicht verteilt und die Harzschichten und die Faserstränge zusammengepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstränge durch eine Anzahl kontinuierlicher Stränge gebildet werden, deren Achsen quor zu den Trägerfolien verteilt sind, und die durch ein von einer Rakel begrenztes Bad von Harzmaterial und von dort durch eine Anzahl von Öffnungen in der Rakel hindurchgezogen werden, und daß gleichzeitig jeweils ein Teil der imprägnierten kontinuierlichen Faserstränge in Längsrichtung der Trägerfolie in das untere Harzmaterial gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher kontinuierlicher Faserstrang in kürzere Faserabschnitte geschnitten wird und diese über den imprägnierten kontinuierlichen Fasersträngen verteilt werden, und daß dann die harzbeschichteten Trägerfolien mit den dazwischenliegenden Faserverslärkungen zusammengepreßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstränge aus Glasfasern bestehen.