DE2357112A1

DE2357112A1 - Kontinuierliches strangpressverfahren und vorrichtung zur herstellung von formlingen aus faserverstaerktem, hitzehaertbarem harz

Info

Publication number: DE2357112A1
Application number: DE2357112A
Authority: DE
Inventors: Shuukichi Kawamura; Akira Mutou
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1972-11-15
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1974-06-06
Also published as: FR2206182B1; FR2206182A1; JPS4973459A; IT1001662B

Description

Kontinuierliches Strangpreßverfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formungen aus faserverstärktem, hitzehärtbarem Harz

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Strangpreßverfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formungen durch Einpressen einer Formmasse aus einem, verstärkende Fasern enthaltenden, hitzehärtbarem Harz in einen Strangpreßkopf und Aushärten in dem Strangpreßkopf. .

Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein kontinuierliches Strangpreßverfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung zur Herstellung von geformten Produkten oder Formungen unterschiedlicher Form, die aus hitzehärtbaren Harzen bestehen, die mit organischen oder anorganischen zerschnittenen Fasern oder Stapelfasern verstärkt sind. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung zur kontinuierlichen Strangpreßverformung von vorgemischten Massen, Massen, die für die Herstellung von massiven Formkörpern geeignet sind, und Blatt-Preßmassen, die aus hitzehärtbaren. Harzen bestehen, die bei der Härtung einer Polymerisation unterliegen. In jüngster Zeit wurden in verschiedenen Bereichen faserverstärkte Kunststoffe dazu vorwendet, metallische Produkte, "wie Kupfer oder Aluminium etc., zu ersetzen, da sie diesen hin-

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ORIGINAL INSPECTED

sichtlich verschiedener Eigenschaften, wie z.B. der Leichtigkeit, der Korrosionsbeständigkeit, des thermischen Isolationsvermögens, des guten Aussehens, der Verarbeitbarkeit, des Preises etc. überlegen sind. Für die Piersteilung von Produkten aus faserverstärkten Kunststoffen sind Je nach der Form und dem Verwendimgszweck des Produktes verschiedene Verfahren angewandt worden, wie z.B. das Auflegen von Hand, das Aufspritzen, das Pressen, das Spritzgießen, das Ziehverfahren (Pultrusion), das Fadenauf wickelverfahren und das Schleudergußverfahren. Von diesen Verfahren wird zur Herstellung von endlosen Formungen aus faserverstärktem Kunststoff das Ziehverfahren (Pultrusion) oder das Fadenaufwickelverfahren in der Praxis angewandt. Bei beiden Verfahren liegt die verstärkende Faser in endloser Form, z.B. in Form von Fäden., Eovings oder Geweben, vor, und es ist bekannt, daß das durch Aufwickeln von endlosen Fäden erhaltene Produkt die größte Festigkeit besitzt. Bei dem Ziehverfahren (Pultrusion) und dem Fadenaufwickelverfahren wird das endlose verstärkende Material (Faser) in der V/eise eingesetzt, daß es zunächst in ein das hitzehärtbare Harz enthaltendes Bad eingetaucht wird, um es damit zu tränken, worauf es bei dem Verformungsverfahren benutzt wird. Daher liegen, wenn eine ausreichende Harzmenge aufgebracht werden soll, da es unmöglich ist, grosse Füllst off mengen in die Harzlösung einzubringen, die Kosten für das Formmassen-Rohmaterial entsprechend hoch. Andererseits ist es, obwohl das Preßverfahren oder Spr it zve rf ormung s ve rf ahren in breitem Maße dazu angewandt wird, geformte Produkte herzustellen, die aus faserverstärktem Kunststoff bestehen, in dem als verstärkendes Material zerschnittene Fasern enthalten sind, bei diesem Verfahren unmöglich, ein derartiges, aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes, geformtes Produkt kontinuierlich in Form eines Stabes, einer Röhre oder eines endlos langen Formlings mit dem gewünschten Querschnitt herzustellen. Weiterhin ist festzuhalten, daß bei der Spritzverformung, bei der ein hoher Druck (normalerweise Joo bis I.000 kg/cm ) erforderlich ist, um die Formmasse in eine Meballform einzupressen und diese damit anzufüllen, wenn ein steifes Material_y wie Glasfasern, die häufig als verstärkende Materialien verwendet werden, eingesetzt wird, dieses in gewissen Fällen zerbricht, was eine

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Abnahme der Festigkeit des Produktes zur Folge hat. Weiterhin ist es bisher nicht gelungen, hitzehärtbare Harze, wie ungesättigte Polyesterharze oder Epoxyharze, die durch Polymerisation aushärten, durch Extrusion zu verformen. Verglichen mit den oben angegebenen herkömmlichen Verfahren würde es einen erheblichen Vorteil darstellen, wenn es möglich wäre, hitzehärtbare Harze kontinuierlich in einem Strangpreßverfahren zu verformen, da es in dieser Weise möglich würde, erhebliche Füllstoffmengen in das hitzehärtbare Harz einzuarbeiten, um die Kosten zu senken und endlos lange Gegenstände mit hoher Geschwindigkeit und beliebigem Querschnitt herzustellen.

Ganz allgemein verläuft das Verfahren zur Verformung eines hitzehärtbaren Materials durch Strangpressen wie folgt.

Bei dem Verfahren wird eine Formmasse, die aus einem hitzehärtbaren Harz, zerschnittenen Fasern üblicher Länge, einem Füllstoff und einem Härter oder weiteren Additiven wie Verdickern, Stabilisatoren lind Pigmenten etc=, besteht, in eine Strangpresse .eingebracht und in einen Strangpreßkopf oder eine Form eingepreßt, wobei die eingeschlossene Luft nach und nach ausgetrieben wird« In dem Maße,· in dem.die Formmasse durch den Preßdruck in das Innere des Strangpreßkopfes oder der Form gefördert wird, ohne daß sie im Eintrittsbereich verbleibt, wird das Material erwärmt und härtet in dem Strangpreßkopf aus, aus dessen Auslaß sie ausgepreßt wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es nun, daß bei einem derartigen Verfahren zur Strangpreßvei*formung eines hitzehärtbaren harzartigen Materials in dem Strangpreßkopf' oder der Form ein thermisch isolierter Bereich vorgesehen ist. Es ist gut bekannt, daß der innere Aufbau des Strangpreßkopfes oder der Form im allgemeinen in zwei Zonen oder Bereiche eingeteilt werden kann, ein Bereich oder eine Zone um den Eintritt oder den Einlaß herum (der in gewissen Fällen als Hauptkörper des Strangpreßkopfes bezeichnet wird) und einen Bereich um den Auslaß oder den Austritt herum (der in gewis-

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sen Fällen als Mundstück des Strangpreßkopfes bezeichnet wird), Der Fließweg der Formmasse verjüngt sich in dem ersten Bereich des Strangpreßkopfes nach und nach, wodurch ein glattes Fliessen des Materials in diesem Bereich erzielt wird, und ist natürlich mit dem zweiten Bereich verbunden, der der Formmasse die Endform verleiht. Weiterhin ist der erste Bereich um den Einlaß herum üblicherweise auf etwa 4-o bis 80⁰C vorerhitzt, um ein glattes Strömen der Formmasse zu ermöglichen, während der zweite Bereich auf eine Temperatur von I00 bis 25o G erhitzt ist, um die chemische Reaktion des hitzehärtbaren Harzes zu beschleunigen und es so vollständig wie möglich auszuhärten.

Die Erfindung betrifft somit ein kontinuierliches Strangpreßverfahren zur Herstellung von Formungen durch Einpressen einer Formmasse aus einem verstärkende Fasern enthaltenden, hitzehärtbaren Harz in einen Strangpreßkopf und Aushärten in dem Strangpreßkopf, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Formmasse derart vorwärts bewegt wird, daß keine Übertragung der bei der Häi-tungsreaktion freigesetzten Wärme erfolgt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen thermisch isolierten Bereich, mit dem die Übertragung der bei der Härtungsreaktion freigesetzten Wärme auf den Eintrittsbereich des Strangpreßkopfes verhindert wird, der zwischen dein Ende eines eich verjüngenden Durchlasses, zum Zusammenpressen der Formmasse auf annähernd den Endquerschnitt des Produktes, im Eintrittsbereich des mit der Strangpresse verbundenen Strangpreßkopfes und dem Austrittsbereich des Strangpreßkopfes angeordnet ist, in dem die Formmasse auf den Endquerschnitt geformt und ausgehärtet wird.

Erfindungsgemäß wird somit ein thermisch isolierter Bereich zwischen dem Ende des Eintrittsbereichs und einer bestimmten Stelle des Austrittsbereichs, in dem offensichtlich das Aushärten der Formmasse beginnt, angeordnet. Der Grund, warum erfindunesgemäß der thermisch isolierte Bereich vorgesehen wird,

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ergibt sich aus den folgenden Ausführungen.

Wenn die Hitzehärtungsreaktion im Austrittsbereich des Strangpreßkopfes oder, der Form abläuft, wird Wärme freigesetzt, die, mit zeitlicher "Verzögerung, von einem Bereich mit niedrigerer Temperatur, mit anderen Worten dem Eintrittsbereich, aufgenommen wird, wodurch der Bereich hoher Temperatur nach und nach in den Eintrittsbereich wandert, wodurch die Hitzehärtungsreaktion immer mehr beschleunigt wird, was zur Folge hat, daß es unmöglich wird, den Strangpreßdruck konstant zu halten. Schließlich wird es unmöglich, den Betrieb fortzusetzen, da der eine hohe Temperatur aufweisende Reaktionsbereich so groß wird, daß der Reibungswiderstand zwischen dem umgesetzten Material und der Strangpreßkopfwandung größer wird als der Strangpreßdruck. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist es erforderlich, in dem Strangpreßkopf mindestens einen isolierten Bereich vorzusehen. In dieser Weise wird erfindungsgemäß die bislang vorherrschende Schwierigkeit, ein hitzehärtbares Harz kontinuierlich durch Strangpressen, zu verformen, gelöst. Weiterhin ist die erfindungsgemäß gewählte Position des isolierten Bereiches von Bedeutung, dadurch daß der Bereich zwischen dem Ende des sich verjüngenden Durchlasses des Eintrittsbereiches und einer gewissen Stelle im Austrittsbereich des Strangpreßkopfes, bei der die Härtungsreaktion der Formmasse mit Sicherheit beginnt, und in dem das Material schließlich zu der gewünschten Form vollständig ausgehärtet wird, angeordnet sein muß.

Wie bereits erwähnt, -muß, .obwohl der thermisch isolierte Bereich dazu vorgesehen ist, die Übertragung der durch die Härtungsreaktion freigesetzten Wärme auf den Eintrittsbereich zu verhindern, erneut hervorgehoben werden, daß die Temperatur im Eintrittsbereich des Strangpreßkopfes ohne Temperaturabfall auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden muß, damit ein glattes, gleichmäßiges Fließen der Formmasse sichergestellt ist. Daher ist es erwünscht, die Temperatur des isolierten Bereiches auf einer gewünschten Temperatur zu halten, indem man ein geeignetes Medium durch den Bereich

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zirkulieren läßt.

Wie bereits erwähnt, wird es durch die Anordnung des thermisch isolierten Bereiches in einem Übergangsbereich, des Durchlasses eines Strangpreßkopfes und Einstellen dessen Temperatur möglich, ein hitzehärtbares Harz als Formmasse kontinuierlich durch Strangpressen zu verformen, obwohl es technisch erforderlich ist, den Extrusionsdruck der Formmasse konstant zu halten.

Im allgemeinen zieht sich eine ein hitzehärtbares Harz enthaltende Formmasse beim Härten zusammen, was auch beim Strangpreßverformen der Fall ist und durch einen schmalen Zwischenraum zwischen dem Material und der Innenwandung des Strangpreßkopfes oder der Form beobachtet werden kann. Durch diesen Zwischenraum wii-d nicht nur die Wärmeübertragung auf die Formmasse vermindert sondern auch der Reibungswiderstand zwischen dem Material und der Wandung extrem stark erniedrigt, was einen su niedrigen Extrusionsdruck zur Folge hat. Dies äußert sich in einem rauhen Aussehen des Produktes oder einem nicht vollständig ausgehärteten Material, wobei es im schlimmsten Fall unmöglich werden kann, den Betrieb zur Herstellung eines gevränsehten Produktes fortzusetzen.

Neben der oben erwähnten Kontraktion des Materials beim Aushärten gibt es einen weiteren Grund, der eine gleichmäßige Aushärtung des Produktes oder im schlimmsten Fall es unmöglich macht, einen normalen Betrieb fort zusetzen. Eine SOzminasEe, die ein hitzehärtbares Harz enthält, kann ihren Zustand, bis sie in dem Strangpreßkopf den festen Endzustand erreicht hat, verändern, wobei sie sicherlich einen fluiden Gelzustand durchläuft· und vor dem Härten während der Härtungsreaktion gewisse Gase freisetzt, die aus der Formmasse auf die innere Wandung des Strangpreßkopfes zu entweichen. Wenn eine derartige Maoae in Form einer Vormischung oder einer Zusammensetzung zur massiven Formung erhitzt wird, um die Hitzehärturigsreaktion in dsm Austr-ittsbereich eines Strangpreßkopfes zu beschleunigen, wird, z.B. aus Verbindungen, d-is aus ungesättigten Polyestern aufge-

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baut sind, monomerer Styrol-Dampf gebildet, der zv/ischen die * Innenwand des Austrittsbereiches des Strangpreßkopfes und die Formmasse entweichen kann, was den Zwischenräum vergrös— sert und die Wärmeübertragung vermindert. Daher ist, zur Beseitigung der oben erwähnten Schwierigkeiten, das Strangpreßverfahren zum Formen von hitzehärtbaren Harzen durch derartige Maßnahmen gekennzeichnet, daß zunächst die in der Formmasse eingeschlossene Luft, während diese durch die Strangpresse fließt, so vollständig wie möglich abgetrennt wird, worauf die Formmasse unter einem bestimmten Druck, der höher liegt als der vom Fachmann zu erwartende, in einen Strangpreßkopf oder eine Form eingepreßt wird, wodurch die freigesetzten gasförmigen Bestandteile in dem Austrittsbereich des Strangpreßkopfes in der Formmasse gelöst werden oder gleichmäßig, durch einen derartig hohen. Druck, durch den Bereich getrieben werden. Der genannte bestimmte Druck hängt seinex^seits von der Formmasse (insbesondere der Härte des Materials), der Umdrehungszahl der Schnecke der Strangpresse (oder des extrudierten Menge), der Länge des Strangpreßkopfes, dem Durchmesser des Strangpreßkopfdurchlasses und der Länge der Roahtionszone in dem ,Strangpreßkopf (Temperaturverteiluiig in dem Strangpreßkopf) etc. ab und ist schwierig durch eine allgemeine Formel darzustellen.

Der für die Praxis geeignete Betriebsdruck oder der definierte "konstante Extrusionsdruck kann experimentell in der Weise bestimmt werden, daß man eine in bestimmter Menge mit verschiedenen Vinylpolymerisaten, thermoplastischen Harzen und gesättigten Polyesterharzen, die die Kontraktion der ungesättigten Polyesterharze beim Erhitzen vermindern, vermischte Formmasse zuführt oder das Austreten des aus dem Strangpreßauslaß ausgepreßten geformten Produktes mit Hilfe von Aufnah— me-Brems-Eollen bremst.

V/eitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beispielen, in denen auf Zeichnungen Bezug genommen wird, und gemäß denen lange Form-

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BAD OtJOlNAL

linge mit rechteckigem Querschnitt unter Verwendung einer in der Fig. 1 schematisch als Schnitt dargestellten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden.

Für die erfindungsgemäße Herstellung eines Formlings wird eine Formmasse der im folgenden angegebenen Zusammensetzung eingesetzt:

Formmasse

1. ungesättigtes Polyesterharz Jo Gewichtsprozent

2. Glasfasern (Faserlänge:

o,655cm; 1/4- Inch) ." 2o "

5. Calciumkarbonat 4-8 "

4. Polyäthylenpulver 2 "

5. Benzoylperoxid 1,4- " (bezogen auf 1oo

Gewichtsprozent des Harzes)

6. Magnesiumoxid o,8 " (")

7. Hydrochinon o,1 " (")

8. Zinkstearat 1,o » (")

Zur Herstellung des Formlings werden zunächst Calciumkarbonat, Polyäthylenpulver und Zinkstearat in eine Kneteinriehtung eingefüllt und fünf Minuten vermischt, worauf eine zuvor hergestellte Mischung aus ungesättigtem Polyesterharz, Magnesiumoxid, Benzoylperoxid und Hydrochinon zugesetzt und während etwa zehn Minuten eingeknetet wird, bis der Inhalt der Kneteinrichtung eine pastenartige Konsistenz angenommen hat. Anschließend werden zu der Paste Glasfasern zugesetzt, wox^auf weitere fünf Minuten geknetet wird, um diese gleichförmig zu verteilen. Nach dem Alterndes verkneteten Materials mit einer Schichtdicke von 5 cm, durch 2o-stüridiges Erhitzen auf 4o' C, erhält man die Formmasse 1 in' Form einer für die Massenformung geeigneten Zusammensetzung (bulk moulding compound). Die Formmasse 1 kann direkt nach dem Verkneten ohne Altern verwendet werden, obwohl es vorteilhafter ist, aus Gründen der leichteren Verarbeitbarkeit sie, wie oben erwähnt, bei

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erhöhter Temperatur zu altern. Die erhaltene Formmasse 1 wird mit Hilfe eines Stempels 4 zugeführt und von der Schnecke 3 der Strangpresse. 2 weitergefördert. Der Zylinder 5 der Strangpresse 2 ist von einem Heiz- oder Kühlmantel 6 umgeben, der die Temperatur der Formmasse, die durch die Strangpresse gepreßt wird, konstant hält. Mit Hilfe der Schnecke 3 wird die Formmasse kontinuierlich in den· Eintrittsbereich 8 des Querstrangpreßkopfes oder Querspritzkopfes 7> der einen sich verjüngenden Durchlaß aufweist, und dann in einen thermisch isolierten Bereich 9 gefördert. Der Eintrittsbereich 8 ist mit einem Mantel 1o ausgerüstet, der von warmem Wasser mit einer Temperatur von 4-o°C durchströmt wird, wodurch verhindert wird, daß die Formmasse im Eintrittsbereich des Strangpreßkopfes verbleibt. Im Eintrittsbereich 8 ist ein Druckmesser 11 vorgesehen, mit dem der Druck in einem für die die Herstellung des gewünschten Gegenstandes geeigneten Bereich gehalten wird, und auf dem in diesem Beispiel ein Extrusionsdruck von

5o kg/cm abgelesen werden kann.

Um den thermisch isolierten Bereich 9 zirkuliert warmes Wasser mit einer Temperatur von 4o°C, wodurch die Wärmeübertragung der Wärme, die im Austrittsbereich 12 gestaut wird, auf den Eintrittsbereich 8 des Strangpreßkopfes verhindert wird.

Weiterhin ist der Austrittsbereich 12 in zwei Bereiche aufgeteilt, nämlich einen Gelbildungsbereich 13, in dem die Formmasse in einen Gelzustand überführt wird, und einen Härtungsbereich 14, der sich an den Gelbildungsbereich 13 anschließt, zwischen denen ein zweiter, durch warmes,zirkulierendes Wasser auf 95°C gehaltener, thermisch isolierter Bereich 9¹ vorgesehen ist. Durch Anwendung einer Temperatur von 1oo G in dem Gelbildungsbereich 13 und einer Temperatur von 13o°C in dem Härtungsbereich 14 mit Hilfe von Bandheizgeräten 15 gelingt es, die Formmasse innerhalb des Strangpreßkopfes oder der Form vollständig auszuhärten und einen länglichen, rechteckigen Formling mit dem gewünschten schönen Aussehen zu erhalten. Der aus dem Strangpreßkopf austretende längliche, rechteckige Formling 16 wird gerade in eine Kühleinrichtung

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18 eingeführt, wobei die Weiterbewegung durch Aufnahme-Bremswalzen 17 aus hitze- und abnutzungs-beständigem Kautschuk gebremst wird, und dann mit Hilfe der Schneideeinrichtung 19 auf die gewünschte Länge abgeschnitten.

Gemäß diesem Beispiel erhält man bei einem. Extrusions-Betriebsdruck von 50 kg/cm einen Formling gewünschter guter Qualität, obwohl der Preßdruck in Abhängigkeit von der Formmasse verändert werden sollte. Wenn z.B. eine Formmasse der gleichen Zusammensetzung, wie sie oben in Beispiel 1 angegeben ist, mit dem Unterschied, daß kein Polyäthylenpulver enthalten ist, verwendet wird, so zeigt sich, wenn die gleiche Strangpresse und der gleiche Strangpreßkopf verwendet v/erden, bei sonst gleichen Bedingungen, daß der Extrusionsdruck 34- bis 37 kg/cm betrug und das ausgepreßte Produkt eine rauhe Oberf3.äche aufwies. Im Laufe der Zeit wurde es unsinnig, den Betrieb aufrechtzuerhalten, da zu viele nicht ausgehärtete Bereiche auftraten. Zur Steigerung des Extrusionsdruckes wurden vier Aufnahme-Bremsv/alzen eingesetzt und der Betrieb erneut aufgenommen, wobei sich zeigte, daß der Betriebsdruck auf 5o kg/cm anstieg, und in gleicher Weise wie in Beispiel 1 ein rechteckiges, langes Produkt guter Qualität erhalten werden konnte. Der optimale Betriebsdruck bei dem erfindungsgemäßen Strangpreßverfahren

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kann, wie bereits erwähnt, von 5 kg/cm bis zu 12o kg/cm schwanken, was natürlich von der Zusammensetzung der Formmasse, den Formungsbedingungen (insbesondere der Forinteinperatur-Verteilung) und der Länge des Austrittsbereiches des Strangpreßkopfes etc. abhängt. Ganz allgemein kann gesagt werden, daß in dem Fall, da der optimale Betriebsdruck bei dem Strangpressen 12o kg/cm übersteigt, es nicht mehr bevorzugt ist, diesen Druck in der Praxis anzuwenden, weil die Formmasse zu hart ist, um leicht von der Schnecke der Strangpresse befördert zu werden, oder weil die in der Formmasse als Verstärkungsmaterial enthaltenen Fasern zu stark beschädigt werden.

Als Kühleinrichtung, die in gewissen Fällen nicht erforderlich ist, kann entweder ein Wasserkühlungs- oder Luftkühlungs-System verwendet werden. Als Schneideeinrichtung kann irgend-

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eine herkömmliche Vorrichtung dieser Art eingesetzt werden.

Obwohl gemäß Beispiel 1 ein längliches Produkt mit rechteckigem Querschnitt (wie in der Pig. 2A dargestellt ist) erhalten wird, ist es möglich, ein längliches Produkt beliebiger Art herzustellen, indem die Form des Strangpreßkopfes oder des Mundstücks verändert wird, so daß man stangenartige (Pig. 2B), röhrenartige (Fig. 2C), eine L-Form aufweisende (Fig. 2D) und kreuzartig geformte (Fig. 2E) Produkte etc. erhalten kann. In Fig. 2 sind die Querschnittsformen der Formlinge dargestellt. · .

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, einen verbesserten Formling"mit länglichen Abmessungen herzustellen, der, verglichen mit dem gemäß-Beispiel 1 erhaltenen Produkt, erheblich verbesserte mechanische Eigenschaften, wie Schlagfestigkeit und Zugfestigkeit etc., aufweist, dadurch, daß' in Längsrichtung des länglichen Produktes lange Rovings als verstärkendes Material eingearbeitet werden. Im folgendes sei daher ein Beispiel dieser Ausführungsform erläutert. Die dieser Ausführungsform entsprechende Zeichnung ist in Fig. J dargestellt, in der ein Querschnitt durch die verwendete Vorrichtung gezeigt ist, der schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht. In dieser Figur sind die Bezugsziffern als 1-2, 2-2 und 3-2 etc. angegeben, wobei die erste, vor dem Bindestrich stehende Zahl den in der Fig. 1 dargestellten Bezugsziffern entspricht und die zweite, hinter dem Bindestrich stehende Zahl für die Nummer des 3. «ispiels steht.

Beispiel 2

Bei dem HerstellungsveirCahren dieser Ausführungsform wurde eine Formmasse der folgenden Zusammensetzung eingesetzt:

A. Zusammensetzung der Formmasse

(bulk boulding compound)

1. ungesättigtes Polyesterharz 6o Gewichtsprozent 409823/0787

2. Glasfasern (Faserlänge: 3,56 cm; 1,4 Inch)

3· Calciumkarbonat
4. Polyäthylenpulver

5· 1,1,3,3-ietramethylperoxy-2-äthylhexanat

6. Magnesiumoxid

7· Hydrochinon <

8. Zinkstearat \

B. langes, faserartiges, verstärkendes Material und Zusammensetzung des Harzes, mit dem dieses imprägniert ist

1. Glas-Roving (Glasseidenstrang)

ungesättigtes Polyesterharz

Gewichtsprozent
"

"

1,o " (bezogen auf 1oo Gewichtsprozent des Harzes)

2.
3-

Gewichtsprozent
"

1»Ί,3,3-Tetramethylperoxy-2-äthylhexanat

Hydrochinon

1,o " (bezogen auf 1oo Gewichtsprozent des Harzes)

C. Verfahren zur Herstellung des Formlings

In gleicher Weise und unter Einhaltung der gleichen Bedingungen, wie sie in Beispiel 1 angegeben sind, wird aus der unter A. angegebenen Formmassen-Zusammensetzung eine Formmasse hergestellt.

Die erhaltene Formmasse 1-2 wird mit Hilfe eines Stempels 4-2 einer Förderschnecke 3-2 der Strangpresse 2-2 zugeführt. Mit
Hilfe eines Heismantels 6-2 wird der Zylinder 5-2 der Strangpresse auf 25°C erwärmt. Die Formmasse 1-2 wird, unter Austreibung der eingeschlossenen Luft, durch den Druck der
Schnecke 3-2 in den mit der Strangpresse verbundenen Querstrangpreßkopf 7-2 gepreßt. Andererseits werden-die Glasseidenstränge 2o, nachdem sie einen Harzbehälter 21, der das
flüssige Harz mit einer Viskosität von 5 bis 3o poises, das

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gemäß der unter B. angegebenen Weise erhalten wurde, enthält, durchlaufen haben, wodurch eine ausreichende Durchtränkung erfolgt, über ein feines Rohr 22, das in dem Strangpreßkopf 7-2 vorgesehen ist, in diesen eingeführt.

Das Ende des feinen Rohres 22 zur Einführung der Glasseidenstränge erstreckt sich bis zu einer Stelle des Strangpreßkopfes, von der man annimmt, daß dort die Formmasse mit konstanter Geschwindigkeit durch den Durchlaß des Strangpreßkopfes fließt. Mit anderen Worten erstreckt es sich bis zu dem thermisch isolierten Bereich 9-2, der zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich vorgesehen ist. Daher vereinigt sich die !formmasse mit den über das feine Rohr 22 eingeführten Glasseidensträngen 2o erstmals in dem thermisch isolierten Bereich 9-2, nachdem sie den sich verjüngenden Bereich des Querstrangpreßkopfes durchströmt hat„ und wird dann zusammen mit den Glasseidensträngen in den Austrittsbereich des Strangpreßkopfes überführt. Durch einen um den Austrittsbereich des Strangpreßkopfes gelegten Mantel zirkuliert Wasser mit einer Temperatur von 3o°0o Die Temperaturverteilung im Austrittsbereich wird mit Hilfe eines Bandheizgerätes 15-2 und einer Heizeinrichtung 23, die in einen inneren Strangpreßkopf 7-2 eingeführt ist_? auf einen solchen Gradienten eingestellt, daß im Einlaßbereich des Durchlasses 8o°G vorherrschen, die sich nach und nach auf 16o°C_s die im Austrittsbereich vorliegen, erhöhen. Durch einen Mantel, der um einen zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich liegenden thermisch isolierten Bereich 9-2 angeordnet ist, zirkuliert Wasser mit einer Temperatur von 25 Co Die durch den Strangpreßdruck zu dem Austrittsbereich geförderte Formmasse wird vollständig ausgehärtet und aus dem Strangpreßkopf ausgepreßt. Der extrudierte röhrenförmige,längliche Formling, der einen Innendurchmesser von 2o mm und einen Außendurchmesser von 3o mm·aufweist, wird in eine (in der Fig. 3 nicht dargestellte) Kühleinrichtung eingeführt, wobei die Weiterbewegung, in gleicher Weise wie in Beispiel 1 angegeben, durch (in der Fig_e nicht dargestellte) Kautschuk-Aufnahme-Bremswalzen verzögert wird,, worauf der Formling mit Hilfe einer (in der Fig_o nicht dargestellten) Schneideeinrichtung auf die

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gewünschte Länge abgeschnitten wird, wobei ein röhrenförmiges Endprodukt der gewünschten Länge erhalten wird. Während dieses Vorganges zeigt der im Eintrittsbereich des Strangpreßkopfes angeordnete Druckmesser einen Extrusionsdruck von 80 kg/cm an, In diesem Zusammenhang sei auf einen wesentlichen Punkt des Zuführungsverfahrens, neben der Formmasse und den behandelten Glasseidensträngen., hingewiesen, der darin besteht, daß es möglich ist,den Extrusionsdruck in einem höheren Bereich zu halten, wenn auf die mit dem Harz imprägnierten und als Verstärkungsmaterial dienenden langen Glasseidenstränge im Bereich des Einlasses des Führungsrohrs 22 für die Glasseidenstränge eine Spannung ausgeübt wird, um den Transport der Formmasse zusammen mit den Glasseidensträngen zu verzögern, was durch die am Austrittsbereich des Strangpreßkopfes angeordneten Aufnahme-Bremswalzen unterstützt wird. Bei diesem Beispiel beträgt die auf das verstärkende Material ausgeübte Zugspannung 1»5 kg/Glasseidenstrang. Wie in der Fig. 2-F dargestellt ist, sind innerhalb des länglichen röhrenförmigen Produktes lange Faserbündel längs des Produktes innerhalb des Umfangs verteilt angeordnet, wobei das Produkt eine glatte Oberfläche und überlegene mechanische Eigenschaften_s wie Stoßfestigkeit und Zugfestigkeit etc., besitzt.-

Beisp_iel_3

Formmasse:

1. ungesättigtes Polyesterharz 3o Gewichtsprozent

2. Glasfasern (Länge: Q,635 ^cm>

1/4 Inch) . 1o ^f!

3. Polyvinylalkoholfasern

(Länge: 6 mm) 5 "

4. Calciumkarbonat 55 °

5. Polyäthylenpulver . 1o,o ^u (bezogen auf I00

Gewichtsprozent des Harzes)

6. Benzoylperoxid 1„5 " C¹¹)

7. Zinkstear-at 3^O⁰C¹O

Aus der obigen Zusammensetzung wird eine Yormischungs-Zusaitt-

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mensetzung als Formmasse hergestellt, mit einer Kneteinrich-. tung ausreichend verknetet und zur Herstellung eines länglichen stabförmigen Formlings mit einem Durchmesser von 15 eu& verwendet, wozu eine Vorrichtung der Art verwendet wird, die in der Fig. 4 im Querschnitt dargestellt ist. Zwischen dem Ende des sich verjüngenden Durchlasses und dem'Beginn des Austrittsbereiches.eines mit einer Strangpresse 2-3 verbundenen Strangpreßkopfes wird ein thermisch isolierter Bereich 9-2 vorgesehen, durch den Wasser mit Raumtemperatur (25°C) zirkuliert.

Die vordere Hälfte des Austrittsbereiches 12-3 hinter dem iso lierten Bereich des Strangpreßkopfes wird mit Hilfe von Bandheizgeräten auf 1oo°G erhitzt, während die hintere Hälfte in gleicher Weise auf 13o C erwärmt wird. Bei diesem Beispiel ist es nicht erforderlich, Aufnahme-Bremswalzen vorzusehen, .mit denen ein bestimmter Druck aufrechterhalten wird, der dazu dient, ein Produkt guter Qualität zu liefern, da in der Formmasse eine größere Menge Poiyäthylenpulver verwendet wird und der in dem Eintrittsbereich jdes Strangpreßkopfes angeord-

nete Druckmesser einen Druck von 37 kg/cm anzeigt.

Das Verfahren wird in gleicher Weise,wie in Beispiel 3 angegeben, durchgeführt, wobei jedoch kein Kühlwasser durch den um den isolierten Bereich herumgelegten Mantel geführt wird. Obwohl während einer kurzen Zeit ein stabförmiger Formling erhalten wird, steigt der Extrusionsdruck nach und nach an, . führt zu einer rauhen Oberfläche des Formlings und erhöht sich schließlich auf mehr als 2oo kg/cm (einem Druck, der höher liegt als der für den Strangpreßkopf zulässige), was zur Folge hat, daß der Betrieb notwendigerweise abgebrochen v/erden muß.

Formmasse:

1. ungesättigtes Polyesterharz 3o Gewichtsprozent

2. Glasfasern (Länge: 1,27 cm;

1/2 Inch) . 15 " - ' ·

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3. Calciunikarbonat 53 Gewichtsprozent

4. Polyvinylchloridpulver 2 " .

5· tert.-Butylperbenzoat 1,5 " (bezogen, aufioo

Gewichtsprozent des Harzes)

6. Magnesiumoxid - 1t° " C")

7. Hydrochinon. · o,o5^M (")

8. Zinkstearat ^:- 3,O¹¹C")

Aus der obigen Zusammensetzung wird eine für die Massenformung hergestellte Formmasse bereitet, mit einer Kneteinrichtung ausreichend verknetet und für die kontinuierliche Herstellung eines röhrenförmigen Formlings mit einem Innendurchmesser von 2o mm und einem Außendurchmesser von 3o mm verwendet, wozu eine in der Fig. 5 in. Querschnittsform gezeigte Vorrichtung angewandt wird. Der Eintrittsbereich 8-4 des sich verjüngenden Durchlasses des Strangpreßkopfes 7-4, der mit einer Strangpresse 2-4 verbunden ist, wird mit warmem Wasser auf 46⁰C erwärmt, während durch einen Mantel eines ersten thermisch isolierten Bereiches 9-4-»' der zwischen dem Ende des sich verjüngenden Durchlasses des Strangpreßkopfes und dem Beginn des Austrittsbereichs 2-4 vorgesehen ist, warmes Wasser mit einer Temperatur von 4o°C zirkuliert. Weiterhin ist fast in der Mitte des Austrittsbereichs 12-4 des äußeren Strangpreßkopfes hinter dem ersten.thermisch isolierten Bereich ein zweiter thermisch isolierter Bereich »^!-4 vorgesehen, durch dessen Mantel auf 12o°C erhitztes Öl strömt.

Die ersten und zweiten thermisch isolierten Bereiche sind mit auf 12o C erhitzten Bandheizgeräten bedeckt. Weiterhin ist der Austrittsbereich des äußeren Strangpreßkopfes, der hinter dem zweiten isolierten Bereich angeordnet ist, ebenfalls mit einem Bandheizgerät versehen und wird auf 16o°G erhitzt. In den inneren Strangpreßkopf 7-4- wird an einer dem Austrittsbereich des äußeren Strangpreßkopfes entsprechenden Stelle eine Heizeinrichtung 24 eingeführt, mit der der Strangpreßkopf von innen erhitzt wird. Aufgrund der Anwendung von vier Aufnahme-Bremswalzen zeigt der am Eintrittsbereich des Strangpreßkopfes angeordnete Druckmesser 11-4 einen Extrusionsdruck von

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6ο kg/cm an. Das stranggepreßte Produkt wird durch Aufblasen von Luft auf 2o°C abgekühlt. Das erhaltene röhrenförmige Produkt besitzt eine glatte Oberfläche und zeigt eine dichte und zusammenhaftende Innenstruktur.

Aus der obigen Beschreibung ist zu ersehen, daß als erfindungsgemäß einzusetzende, zerschnittene Stränge,natürliche Fasern, wie Baumwoll- und Hanffasern, synthetische organische Fasern wie Polyvinylalkohol-Fasern, ifylon-Fasern, Polyester-Fasern etce oder anorganische Fasern, wie Gasfasern, Asbestfasern und Kohlenstoff-Fasern etc., geeignet sind, wobei ,vom Standpunkt der Festigkeit des' Produktes und der Kosten aus gesehen,Glasfasern und Polyvinylalkohol-Fasern besonders geeignet sind_e Natürlich können sie einzeln oder auch in Form von Mischungen eingesetzt werden* Die Längen der Fasern erstrecken sich von 2,5 "bis 1oo mm, bevorzugter von 5 bis 25 mm«

Als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzendes, hitzehärtbares Harz sind in der Hitze durch Polymerisation aushärtende Harze,-wie ungesättigte Polyesterharze oder Epoxyharze, insbesondere das erstere, geeignete Wenn ein ungesättigtes Polyesterharz, das bei der Aushärtung polymerisiert, verwendet wird, stellt das Harz selbst eine Mischung aus einem ungesättigten Polyester und einem Monomeren dar, das mit dem Polyester reagiert und in ein dreidimensionales Polymerisat überführt, wobei Mischungsverhältnisse von 3o bis 9o Gewichtsprozent des ungesättigten Polyesters zu Λο bis 7o Gewichtsprozent des Monomeren anwendbar sind_o

Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verminderung der Kontraktion des ungesättigten Polyesterharzes bei der Härtung und zur Erzielung eines guten Produktes mit glatter Oberfläche eine Mischung aus verschiedenen Vinylpo-r lymerisaten, thermoplastischen Polymerisaten und gesättigten Polyestern etc, verwendet» Wie bereits erläutert, ist es für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung, daß die Formmasse

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im Härtungsbereich in engem Kontakt mit der Innenwandung des Strangpreßkopfes steht. Dies ermöglicht es, einen definierten konstanten Betriebsdruck aufrechtzuerhalten, das Material mit ausreichendem Druck zusammenzupressen und einen guten thermischen Wärmeübergang von der Wandung auf die Formmasse zu erreichen, was zu einem glatten und schönen Aussehen des Produktes und einem guten -Wirkungsgrad des Herstellungsverfahrens führt. Daher ist es bevorzugt, eine Kombination aus derartigen thermoplastischen Harzen, wie eines gesättigten Polyesters, und dem ungesättigten Polyester zu verwenden.

Weiterhin können die erfindungsgemäß verwendeten Additive, wie anorganische oder organische Füllstoffe, wie z.B. Calciumkarbonat, Bariumsulphat, Ton, Talkum, Eolzpulver und Faserpulver etc., sowie die Art und die Menge in Abhängigkeit von dem Verwendungszv/eck oder der Verarbeitbarkeit ausgewählt werden.

Als Härtungskatalysator für die Härtung des hitzehärfharen Harzes, wie des ungesättigten Polyesterharzes, sind freie Radikale "bildende Katalysatoren, wie Benssoylperoxid, tert,-Butylperbenzoat und di-Cumylperoxid etc_os anwendbar, wobei schnell härtende Katalysatoren, wie 1,1,3 ? 3-T'etramethylperoxy-2-äthylhexanat, tert.-Butylperoxylaurat und Lauroy 1-peroxid etc.,geeigneter sind.

Als Weitere Additive, zusätzlich zu den oben erwähnten, die zu der Formmasse zugegeben werden, können Verdicker·, Stabilisatoren, Pigmente und die Ablösung erleichternde Mittel (release agent) etc. in geeigneter Weise und an die Betriebsführung angepaßt ausgewählt werden.

Obwohl zur Durchführung des erfindungsgexnäßen Verfahrens entweder eine Schneckenstrangpresse oder eine Kolbenstrangpresse, mit oder ohne Entlüftung, eingesetzt werden können., ist es offensichtlich vorteilhafter, eine mit einer Entlüftung ausgerüstete Strangpresse einzusetzen^ die die eingeschlossene Luft

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kontinuierlich, abführt, was eine notwendige Voraussetzung für die Erzielung eines überlegenen Produktes ist. Bei der Zufüh-. rung des Materials, v/ie einer vorgemischten Zusammensetzung, einer für die Massenformung geeigneten Zusammensetzung oder einer für die Blättformung hergestellten Zusammensetzung, als Formmasse, können erhebliche Luftmengen von der Strangpresse aufgenommen werden und das Material begleiten, das selbst eine beträchtliche Menge Luft enthält. Der L/D-Wert der Schnecke (wobei L der Länge und D dem Durchmesser der Schnecke entspricht) muß kleiner als zwanzig sein und soll vorzugsweise etwa fünfzehn betragen. Ein Kompressionsverhältnis im Bereich von 1,o bis 2,ο ist für ein ausreichendes Entgasen geeignet, ohne daß eine beträchtliche Beschädigung der Glasfasern erfolgt.

Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, obwohl Axialstrangpreßköpfe und Querstrangpreßköpfe geeignet sind, der Querstrangpreßkopf geeigneter, da die Wirkung der Strömung der Formmasse (in der Technik als Schweißnaht (weld line) bezeichnet) auf das geformte Endprodukt gering ist. Wie bereits erwähnt, muß der Strangpreßkopf zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich mindestens einen thermisch isolierten Bereich aufweisen. Als Heizeinrichtung für den Strangpreßkopf kann irgendeine geeignete Einrichtung, wie z.B. eine elektrische Heizeinrichtung, ein ein flüssiges Medium benützendes Heizsystem, eine Hochfrequenzheizeinrichtung oder eine Induktionsheizeinrichtung etc., angewandt werden. Weiterhin ist es bevorzugt, die innere Oberfläche des Strangpreßkopfes mit Metall zu vergolden oder mit Teflon zu beschichten, um sie gegen die durch die Berührung mit der Formmasse hervorgerufene Korrosion und Reibungsabnützung zu schützen.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene geformte Produkt zeichnet sich, verglichen mit den in herkömmlicher Weise hergestellten, zerschnittene Fasern enthaltenden Produkten aus faserverstärktem Kunststoff, die durch Faden— wickelverfahren oder durch Ziehverfahren hergestellt wurden, durch die billige Herstellungsweise und die Möglich-

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keit, erhebliche Additivmengen zuztunisehen, aus. Weiterhin zeigt sich das erfindungsgemäße Produkt dem herkömmlichen Produkt,das durch übliches Strangpreßverformen eines thermoplastischen Harzes hergestellt wurde, in der thermischen Beständigkeit, der Chemikalienbeständigkeit und der ölbeständigkeit überlegen und kann in mannigfacher Weise eingesetzt werden.

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Claims

1. Kontinuierliches Strangpreßverfahren zur Herstellung von Formungen durch Einpressen einer Formmasse aus einem verstärkende Fasern enthaltenden, hitzehärtbaren Harz in einen .Strangpreßkopf und Aushärten in dem Strangpreßkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse derart vorwärts bewegt wird, daß keine Übertragung der bei der Härtungsreaktion freigesetzten Wärme erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen thermisch isolierten Bereich (9), der zwischen dem Ende eines sich verjüngenden Durchlasses im Eintrittsbereich (8), des mit der Strangpresse (2) verbundenen Strangpreßkopfes (7) und dem Austrittsbereich (12) des Strangpreßkopfes (7) angeordnet ist.

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