DE2448217A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten thermoplastischen materialien - Google Patents

Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten thermoplastischen materialien

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DE2448217A1 DE19742448217 DE2448217A DE2448217A1 DE 2448217 A1 DE2448217 A1 DE 2448217A1 DE 19742448217 DE19742448217 DE 19742448217 DE 2448217 A DE2448217 A DE 2448217A DE 2448217 A1 DE2448217 A1 DE 2448217A1
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Description

Priorität: 9. Oktober 1975 - Großbritannien
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Bändern und Granalien aus faserverstärkten thermoplastischen Polymeren, .
Es ist bereits bekannt, Bänder (und durch Zerkleinern der Bänder auch Granalien) aus faserverstärkten thermoplastischen Polymeren dadurch herzustellen, daß man ein Roving mit einem pulverisierten thermoplastischen Polymer imprägniert, das imprägnierte Roving bis zum Schmelzen des Polymers erhitzt und das erhitzte Roving durch eine Düse hindurchführt, um das Produkt zu konsolidieren. Ein Verfahren
dieser Art ist in der GB-PS 1
702+beschrieben.
Die Erfindung betrifft nun eine modifizierte Form dieses Verfahrens.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren für die gleichzeitige Herstellung mehrerer Bänder aus faserverstärkten thermoplastischen Polymeren, welches die folgenden Sehritte umfaßt:
GB-PS 1
702 entspricht DT-OS 2 II7 095 5 0 9 8 15/1187
(a) Imprägnieren eines jeden einzelnen mehrerer Rovings mit einem pulverisierten thermoplastischen Polymer;
(b) Erhitzen eines jeden imprägnierten Rovings in einer gesonderten Kammer, um das darin befindliche Polymer zu schmelzen;
(c) Erhitzen vor oder nach der unter (b) bezeichneten Erhitzung aller Rovings in einer gemeinsamen Kammer und in Kontakt mit einem gemeinsamen Pool aus geschmolzenem Polymer; und
(d) Hindurchleiten eines jeden Rovings durch eine eigene gesonderte Düse, um das Roving in ein Band zu konsolidieren, wobei überschüssiges Polymer in den Schmelzpool zurückgeführt wird.
Die Stufe (a) wird zweckmäßig gemäß GB-PS 1 2J54 702 ausgeführt, d.h. dadurch, daß man das Roving unter und über eine Reihe von Stangen, die gegebenenfalls Gewinde aufweisen und in einem fluidisiertes Bett des Polymers eingetaucht sind, führt.
Wie es in der DT-OS 2 427 J4o beschrieben ist, wird es bevorzugt, die Größe des Schmelzpools zu überwachen. So wird gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung das Vorliegen oder die Abwesenheit des gemeinsamen Schmelzpools durch einen geeignet angeordneten Detektor (gegebenenfalls auch durch mehrere geeignet angeordnete Detektoren) festgestellt, der die Imprägnierung ein oder mehrerer Rovings in solcher Weise überwacht, daß die Imprägnierung höher ist, wenn "Abwesenheit" festgestellt wird, als es der Fall ist, wenn "Anwesenheit" festgestellt wird. In geeigneter Weise wird die Menge des Polymers, welches in jedes Roving hineingeht, dadurch reduziert, daß man nach Bedarf einen Luftstrahl dagegen richtet.
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Die Anordnung der Überwachungselemente hängt von der Glätte des Schmelzpools ab. Wenn der Pool ausreichend glatt ist, dann besteht die bevorzugte Anordnung in einem einzigen Detektor, der die Imprägnierung aller Rovings überwacht. Diese Anordnung überwacht die Größe des Pools. Es besteht aber keinerlei Überwachung der Verteilung. Der Pool selbst wird glatt sein, wenn seine Viskosität entsprechend ist.
Wenn der Pool sich selbst nicht gleichmäßig genug verteilt, dann wird es bevorzugt, mehrere Detektoren zu verwenden, von denen jeder die Imprägnierung mehrerer benachbarter Rovings überwacht. Bei dieser Art Anordnung befaßt sich jeder Detektor mit einem Abschnitt des Schmelzpools. Dabei kann ein zu stark gefüllter Abschnitt abgesenkt werden, während ein Abschnitt mit Mangel ergänzt wird. In der kompliziertesten Form umfaßt diese Anordnung einen Detektor für jedes Roving, wobei jeder Detektor die Imprägnierung seines eigenen Rovings überwacht.
Die Detektoren sind in geeigneter Weise Kapazitäten, welche in geeignete Trigger-Schaltungen eingebaut sind. Einzelheiten über solche Schaltungen sind in der DT-OS 2 427 J>kO zu finden.
Die gemäß obiger Vorschrift hergestellten Bänder können durch herkömmliche Verfahren in Granalien geschnitten werden. Dieses Schneiden wird dadurch verbessert, daß man nach dem Herstellen in der Düse auf das Band einen Belag aufbringt. Ein Verfahren zum Aufbringen solcher Beläge ist in der DT-OS 2 340 369 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung kann zur Herstellung von Granalien durch Zerkleinern des Bands verwendet werden. Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Granalien umfaßt folgende Schritte:
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(e) Leiten aller Bänder von (d) oben, über die Oberfläche eines Bads einer pulverisierten thermoplastischen Zusammensetzung, während ihre Temperaturen noch so hoch sind, daß ihre Oberflächen klebrig sind, wobei ein Luftstrom von unterhalb der Oberfläche des Bads gegen jedes Band gerichtet wird, so daß Pulver aus dem Bad an der Oberfläche eines jeden Bands haften bleibt;
(f) Leiten aller Bänder in eine gemeinsame Erhitzungszone und Erhitzen aller in (e) aufgebrachten granulären Beläge in einem gemeinsamen Pool aus geschmolzenem Polymer, so daß Jeder Belag schmilzt;
(g) Leiten eines jeden Rovings mit seinem geschmolzenen Belag durch eine gesonderte Düse, so daß jeder Belag gleichförmiger gemacht wird, und
(h) Abkühlen des Bands von (g) und Schneiden desselben in Granalien.
Es ist erwünscht, die Schmelzpoolgröße in (f) zu überwachen. Dies kann in ähnlicher Weise geschehen, wie die Überwachung des Schmelzpools in (c).
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden .Vorteile erhalten, wenn die Düse für die Konsolidierung des Rovings in ein Band von der Kammer getrennt ist, in welcher das imprägnierte Roving zum Schmelzen des Polymers erhitzt wird. Der Polymerüberschuß, der durch die Düse vom imprägnierten Roving entfernt wird, kann so eingestellt werden, daß an der Düse ein kleiner Schmelzpool entsteht. Der Hauptvorteil, der dadurch erhalten wird, liegt darin, daß die Spannung im Roving beträchtlich verringert wird. Bei einem typischen Experiment, bei welchem ein glasfaserverstärktes Polypropylenband herge-
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stellt wurde, .wurde die Spannung im Roving um einen Paktor von 5 herabgesetzt, wenn die Düse von einem erhitzten Rohr zum Schmelzen des Polymers des imprägnierten Rovings getrennt war, und zwar im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Düse am Ende des erhitzten Rohrs angeordnet war. Als Folge, der verringerten Spannung wird nicht nur das Risiko des Reißens des Rovings und damit ein Produktionsverlust vermieden, sondern, auch
des Rovings erhöht werden kann.
der Durchsatz.pro Einheit erhöht, da die Abzugsgeschwindigkeit/ Ein weiterer Vorteil der reduzierten Spannung im Roving liegt darin, daß die Abnutzung in der Vorrichtung, insbesondere in der Abzugsmaschinerie, beträchtlich verringert wird.
Die Erfindung wird nun an Hand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Bändern gemäß der Erfindung;'
Fig. 2 einen Querschnitt an der Linie II-II von Fig. 1; Flg. J. einen Querschnitt an der Linie III-III von Flg. 1; Fig. 4 einen Längsschnitt auf dem Weg eines der Rovings; Fig. 5 eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform; Fig. 6 eine Aufsicht, welche die Beschichtung der Bänder
und das Schneiden in Granalien zeigt; und Fig. 7 und 8 Schaltdlagramme für die Überwachungssysteme.
Das Verfahren von Fig. 1 erzeugt neun faserverstärkte Polypropylenbänder von neun Spulen 10a bis 1Oi mit Glasrovings* Die Rovings lla bis Hi laufen in ein fluidisiertes Bett 12, das Polypropylen enthält (wobei sie über und unter Stangen laufen, wie dies in Fig. 4 zu sehen ist). Während sie durch das Bett 12 hindurchgehen, werden die Rovings mit (einem Überschuß.von) Polypropylen imprägniert. Beim Verlassen läuft Jedes Roving an einer der Düsen IJa bis IJi vorbei, welche intermittierend Luft auf die Rovings blasen. Durch
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diese Luftströme werden die äußeren Schichten der Rovings verarmt, so daß der Überschuß jetzt zu einem Mangel wird. Eine entsprechende Einstellung der Strahlen (wie weiter unten beschrieben) ermöglicht es, die durchschnittliche Polypropylenaufnahme den Anforderungen anzupassen.
Nach der Imprägnierung läuft jedes Roving in eines von neun heißen Rohren 14a bis I4i. Die Rohre befinden sich in einem erhitzten Block 15 (Fig. 2). Die Rovings laufen von den heissen Rohren 14a bis I4i über einen schmalen Abstand in eine er» hitzte gemeinsame Kammer 16 (in Flg. 5 gezeigt). Die gemeinsame Kammer besitzt Düsen 17a bis 171. Jedes Roving läuft durch seine eigene Düse, so daß es zu einem Band wird, d.h., daß das Roving 11a durch die Düse 17a läuft und zum Band 26a wird, das Roving lib durch die Düse 17b läuft und zum Band 26b wird, usw.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt der erhitzte Block 15 obere und untere Hälften 20 und 21 mit elektrischen Heizern 22 und 23, die (nicht gezeigte) Thermostate aufweisen. Alle diese Bauteile sind in einer Isolation 24, 25 eingeschlossen. Jede der Hälften 20 und 21 besitzt Nuten. Die Rohre 14a bis 141 passen in diese Nuten. Mittels eines Bindemittels ist ein guter thermischer Kontakt hergestellt. Der Abstand zwischen den Rohren entspricht ungefähr ihrem äußeren Durchmesser. Dies ergibt eine gute Wärmeübertragung und eine kompakte Anordnung. Die Bohrung eines jeden Rohrs ist ungefähr zweimal so groß wie die Querschnittsfläche eines Imprägnierten Rovings. Fig. 3 zeigt, daß die Anordnung für die gemeinsame Kammer 16 ähnlich ist wie die in Fig. 2 gezeigte Anordnung.
Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Bänder. Da dieser Schnitt für alle Rovings gilt, werden die Zusatzbezeichnungen a bis i nicht verwendet. Fig. 4 zeigt die Anordnung von fünf Stangen
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40 innerhalb des fluidisieren Polypropylenbetts. Das Roving läuft unter und über diese Stangen, d.h. unter die erste und unter die letzte. Nach dem Verlassen des Betts läuft das Roving an der Düse IJ vorbei, die so angeordnet ist, daß das Polypropylen von der Oberfläche des Rovings 11 ab und zurück in das Bett 12 geblasen wird.
Die Wirkungsweise des Verfahrens ist wie folgt. Wenn das Roving 11 unter und über die Stangen 4o läuft, werden seine Fäden ausgebreitet, wobei pulverisiertes Polypropylen zwischen die Fäden eingelagert werden kann. Wenn das Roving wieder gebildet wird, d.h., wenn es aus dem Bett herauskommt, wird weiteres Pulver zwischen den Strängen festgehalten, so daß ein imprägniertes Roving erzielt wird. (Bemerkung: Diese Imprägnierung ist die gleiche, wie sie in der GB-PS 1 554 702 beschrieben ist.)
Wie bereits festgestellt, läuft das Roving 11 an einer Düse 15 vorbei, so daß die äußeren Schichten des Rovings verarmen, wenn die Luftzufuhr angeschaltet ist. Hierauf betritt das Roving das heiße Rohr 14, worin das Polypropylen schmilzt. Das Roving fördert das geschmolzene Polypropylen in die gemeinsame Kammer 16 und abschließend verläuft das Roving durch die Düse 17, wobei es in ein Band 26 konsolidiert wird.
Überschüssiges Polypropylen wird durch die Düse entfernt. Das Roving läuft dann in einen Schmelzpool 18, der so lange wächst, bis er die Kammer 16 bis zum Detektor 19 auffüllt.
Die Anwesenheit des Schmelzpools 18 am Detektor 19 hat zur Folge, daß die Luftzufuhr zur Düse 15 angeschaltet wird, wodurch die Oberflächenschicht des imprägnierten Rovings verarmt. Diese Verarmung wird auf Kosten des Schmelzpools 18 wieder ausgeglichen, der solange kleiner wird, bis die Ab-
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Wesenheit des Schmelzpools am Detektor 19 wieder zur Folge hat, daß die Luft abgeschaltet wird. Auf diese Weise wird der Schmelzpool 18 im wesentlichen auf eine konstante Größe gehalten .
Eine weitere Beschreibung der Behandlung des Bands 11 nach der Düse 17.und auch des Überwachungssystems sind in der Folge angegeben.
Eine modifizierte Version des Systems ist in Fig. 5 zu sehen. Der einzige wichtige Unterschied zwischen den Fig. 1 und 5 besteht darin, daß in Flg. 5 die gemeinsame Kammer l6 vor den heiß'en Rohren l4a bis l4i liegt, und nicht nachher. Somit führen die Rohre I2Ja bis I1Ii nicht so wie in Fig. 1 in die Kammer und dann in die Düsen, sondern direkt in die Düsen 17a bis 17i. Der Detektor 19 befindet sich am stromaufwärtigen Ende der Rohre. Bei Betrieb bedeutet dies, daß die Rohre l4a bis l4i voll von geschmolzenem Polymer sind. Dies besitzt den Vorteil gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1, daß das geschmolzene Polymer eine bessere Wärmeübertragung in den Rohren ergibt, als dies bei Luft der Fall ist, wenn Wärme auf die Rovings übertragen wird. Es besteht aber der Nachteil, daß das Volumen des geschmolzenen Polymers etwas höher ist und damit auch der thermische Abbau etwas größer ist. (Aber auch gemäß Fig. 5 spielt der thermische Abbau keine wesentliche Rolle.)
Die oben beschriebenen Bänder werden beschichtet und geschnitten, wie es in Fig. 6 zu sehen ist.
Die (heißen) Bänder 26a bis 26i, die aus den Düsen 17a bis 171 (eine der Fig. 1 oder 5) herauskommen, laufen über ein fluidisiertes Bett 44 aus Polypropylen. Während sie über das · Bett 44 laufen, gehen sie durch Vorhänge aus Polymerteilchen hindurch, die in einem Luftstrom aufgenommen sind, d.h., daß sie durch einen dauerhaften Vorhang 42 und einen intermittie-
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renden Vorhang 43 durchlaufen. Diese Polymervorhänge werden dadurch erzeugt, daß Luft gegen die Bänder 26a bis 26i von unterhalb der Oberfläche des Betts geblasen wird. Dabei werden Polypropylenteilchen nach oben getragen, wobei sie an den Bändern kleben bleiben. Der Polymervorhang 42 ergibt einen Belag, der durch den Polymervorhang 4 3 vermehrt wird. Die beschichteten Bänder laufen nun in eine zweite gemeinsame Kammer 47 (die der Kammer l6 von Fig. 1 sehr ähnlich ist). Der Detektor 46 regelt die Luftzufuhr zum Vorhang 43. Wenn der Schmelzpool 45 zu groß ist, dann wird die Luftzufuhr abgeschaltet, so daß der Schmelzpool 45 kleiner wird.
Bein Verlassen der Düsen 4la bis 4li werden die Bänder in einem Wasserbad 48 abgekühlt, durch Abzugsrollen 49 geführt und in herkömmliche Schneider 50 geleitet, wo sie in Granalien geschnitten werden.
Das Überwachungssystem ist als Blockdiagramm in Fig. 7 zu sehen. Es umfaßt einen Signalgenerator 60, der über einen Kondensator 63 an eine Meßschaltung 6l angeschlossen ist, die so abgeglichen ist, daß ein Ausgang von "Null" entsteht, wenn im Kondensator 63 kein Polypropylen vorhanden ist.
Der Kondensator 63 1st der erwähnte Detektor. Er ist in Fig. mit 19, in Fig. 5 ebenfalls mit 19 und in Fig. 6 mit 46 bezeichnet. Er besteht aus einem Sondenpaar, wobei jede Sonde eine zentrale Elektrode aufweist, die innerhalb eines geerdeten Gehäuses, aber isoliert davon, angeordnet ist.
Die Anwesenheit von Polypropylen als Dielektrikum im Kondensator 63 bringt die Schaltung 6l aus dem Gleichgewicht und verursacht dadurch ein Signal, das zu einem Trigger 62 geht, der den Strom zu einem elektromagnetischen Ventil anschaltet, das die Zufuhr von Luft zu den Düsen 13a bis 13i (oder die Luft zum Vorhang) regelt.
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Pig. 7 erläutert eine Schaltung für einen einzigen Detektor, der in der Nähe des Bands e an der Stelle angeordnet ist, die in Fig. 1 mit 19, in Fig. 5 ebenfalls mit 19 "nd in Fig. 6 mit 46 bezeichnet ist.
Fig. 8 zeigt eine Schaltung für drei Detektoren, die in der Nähe der Bänder b, e und h angeordnet sind, und zwar an den Stellen, die in Fig. 1 mit 19, in Fig. 5 ebenfalls mit 19 und in Fig. 6 mit 46 bezeichnet sind.
PATENTANWALT»
»IL-tMG.RFiNCKE, Clrt.-ING.H.eOMS DIPHNG. S. STASGW
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Claims (1)

Patentansprüche
1. Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Bänder aus faserverstärkten thermoplastischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) ein jedes mehrerer Rovings mit einem pulverisierten thermoplastischen Polymer imprägniert;
(b) jedes imprägnierte Roving in einer gesonderten Kammer erhitzt, um das im Roving befindliche Polymer zu schmelzen;
(c) vor oder nach der Erhitzung gemäß (b) alle Rovings in einer gemeinsamen Kammer und in Kontakt mit einem gemeinsamen Pool aus geschmolzenem Polymer erhitzt; und
(d) jedes Roving durch seine geeignete gesonderte Düse hindurchführt, um das Roving in ein Band zu konsolidieren, wobei überschüssiges Polymer in den Schmelzpool entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung dadurch erfolgt, daß das Roving unter und über eine Reihe von Stangen geführt wird, die in ein fluidisiertes Bett aus dem Polymer eingetaucht sind, wodurch das Roving in Fadenbündel getrennt wird und das Pulver in das Roving eindringen kann.
J). Verfahren zur Herstellung von Granalien aus faserverstärkten thermoplastischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man die nach einem der Ansprüche 1 und 2 hergestellten faserverstärkten Bänder bei einer Temperatur, die ausreicht, daß die Oberfläche des Bands klebrig ist, über die Oberfläche eines Bads aus einer pulverisierten thermoplastischen Zusammensetzung führt, während ein Luftstrom gegen jedes Band von unterhalb der Oberfläche des Bads gerichtet wird,
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wodurch Pulver vom Bad zum Haften an der Oberfläche eines jeden Bands veranlaßt wird, daß man alle so behandelten Bänder in eine gemeinsame Erhitzungszone einführt und alle aufgebrachten Pulverbeläge in Kontakt mit einem gemeinsamen Pool aus geschmolzenem Polymer erhitzt, so daß jeder Belag schmilzt, da& man hierauf jedes Roving mit dem geschmolzenen Belag durch eine gesonderte Düse führt, so daß jeder Belag gleichförmig wird, daß man das erhaltene beschichtete Band abkühlt und daß man dieses Band schließlich in Granalien schneidet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Größe des Schmelzpools in der gemeinsamen Kammer zum Schmelzen des imprägnierten Pulvers und/oder in der gemeinsamen Erhitzungszone zum Schmelzen des Pulverbelags durch mindestens einen Detektor überwacht, der so angeordnet ist, daß er die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Schmelzpools feststellen kann, wobei die Zuführung von pulverisiertem Polymer zum Roving verringert wird, wenn die Anwesenheit von Pulver festgestellt wird und/oder erhöht wird, wenn die Abwesenheit von Pulver festgestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Abschnitte des Schmelzpools durch einen einzigen Detektor überwacht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von pulverisiertem Polymer zum Band dadurch geregelt wird, daß man einen Luftstrahl verwendet, um die Zufuhr von Polymerpulver zu verringern oder zu steigern.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse für die Konsolidierung des Rovings
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nach der Imprägnierung mit Polymerpulver und das anschliessende Schmelzen des Pulvers von der Erhitzungskammer für das Schmelzen des Pulvers getrennt sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche Γ bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Roving ein Glasroving verwendet wird.
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50981 5/1187
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