DE2534188C2 - Formteile mit glatten Oberflächen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen - Google Patents

Formteile mit glatten Oberflächen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen

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Description

dadurch gekennzeichnet, daß(b)aus einer 50 bis 1000 um dicken Kunststoffolie besteht, die gefüllt ist mit 3 bis 40 Volumenprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, festem Füllstoff, der bei nichtfasriger Struktur eine Teilchengröße von 5 bis 200 μΐη und bei fasriger Struktur einen Durchmesser von 6 bis 15 μπι bei Faserlängen von 20 μπι bis 1 mm aufweist.
2. Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff der Oberflächenschicht (b) ein höheres Molekulargewicht aufweist als der glasfaserverstärkte Kunststoff (a).
3. Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Kunststoff der Oberflächenschicht (b) mit dem glasfaserverstärkten Kunststoff (a) nicht identisch und verschweißbar ist.
4. Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in (b) aus Glaskugeln, Kurzglasfasern, anorganischen Mineralien oder Metallpulvern besteht.
Die Erfindung betrifft Formteile mit glatten Oberflächen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen.
Mechanisch feste Formteile aus faserverstärkten Kunststoffen, welche verhältnismäßig langfaserige Substanzen mit Faserlängen von 10 mm und mehr enthalten, können nach dem in der DE-OS 14 54 988 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Dabei werden z. B. Zuschnitte aus glasfasermattenverstärkten Platten aus Thermoplasten bis zum plastischen Fließen des Thermoplasten außerhalb der Form erhitzt und anschließend in Formen, die eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Thermoplasten haben, verformt. Die so hergestellten Formteile weisen auch bei optimaler Verfahrensweise eine rauhe, faserhaltige Oberfläche auf, wodurch die Verwendung dieser Materialien stark eingeschränkt ist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Oberfläche zu verbessern. Verwendet man bei der Herstellung von Formteilen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen Vliese aus A- oder Ε-Glasfasern von 6 bis 15 μπι Durchmessern, wobei das Flächengewicht der Vliese zwischen 15 und 100 g/m2 liegt, so verringert sich die Oberflächenrauhigkeit des Halbzeugs erheblich. Beim Tiefziehen oder Pressen zum Formteil reißen aber die Vliese aus Glasfasern, insbesondere bei größerer Verformung. Selbst bei der Herstellung schwach gekrümmter Formteile wird nicht die Oberflächengüte erreicht, wie sie im Halbzeug vorlag. Verwendet man bei der Herstellung der Formteile Fasern aus Polymerisaten oder Vliese aus Polymerisatfasern, so erhält man nach dem Verfahren zwar Formteile mit glatten Oberflächen. Die Fasern bzw. Vliese aus Polymerisaten weisen aber nicht die für die Verarbeitung notwendige Wärmebeständigkeit auf, so daß die mechanischen Eigenschaften der Formteile ungenügend sind. Die Oberfläche der Formteile kann auch durch Aufkaschieren von Folien verbessert werden. Dieses Verfahren ist aber nur dann sinnvoll, wenn zusätzlich zwischen Halbzeug und Folie eine Zwischenlage aus möglichst dickem Vlies mit Flächengewichten von mindestens 30 g/m2 eingebracht wird. Diese Zwischenlage soll die Glasfaserbündel der Glasfasermatten ίο daran hindern, sich beim Pressen durch die Folien zu drücken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formteile mit glatten Oberflächen aufzufinden, die aus einem mit langen Glasfasern verstärkten Kunststoff und einer mit diesem verbundenen Oberflächenfolie bestehen.
Die Aufgabe wird durch Formteile gelöst bestehend aus
a) einer stabilen tragenden Schicht aus mit mindestens 10 mm langen Glasfasern verstärktem Kunststoff und
v/ nunuCSten einer πΐΐΐ ^sj an uer uuciliaCuc icst. verbundenen Oberflächenschicht
wobei (b) aus einer 50 bis 100 μπι dicken Kunststoffolie besteht, die gefüllt ist mit 3 bis 40 Volumenprozent bezogen auf die Gesamtmischung, festen Füllstoff, der bei nichtfasriger Struktur eine Teilchengröße von 5 bis 200 μπι, bevorzugt 5 bis 50 μπι, und bei fasriger Struktur einen Durchmesser von 6 bis 15 μπι bei Faserlängen von 20 μπι bis 1 mm aufweist
Der Kunststoff der Oberflächenschicht (b) kann ein höheres Molekulargewicht haben als der glasfaserverstärkte Kunststoff (a), und der Kunststoff in der Oberfiächenschicht (a) muß nicht mit dem glasfaserverstärkten Kunststoff (b) identisch sein.
Bevorzugte Füllstoffe sind Glaskugeln, Kurzglasfasern, anorganische Mineralien oder Metallpulver.
Unter Formteilen werden die aus Formmassen spanlos in Formen geformte Werkstoffe aus thermoplastischen Kunststoffen verstanden. Ihre Fertigung erfolgt vor allem durch Pressen unter Druck. Die Oberflächengüte der Formteile hängt bei Preßteilen wesentlich von der Wand der Preßform ab. Beim Pressen der glasfaserverstärkten Kunststoffe wird die Oberflächengüte in erster Linie durch die beim Pressen an die Oberfläche herangedrückten Glasfaserbündel beeinträchtigt. Unter einer glatten Oberfläche bei Formteilen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen im Sinne der Erfindung ist diejenige Oberflächengüte gemeint, die beim Verpressen von nicht-glasfaserverstärkten Kunststoffen erhalten wfwde, also eine fehlerfreie Oberfläche, frei von herausgedrückten oder sichtbaren Glasfasern. Die stabile tragende Schicht besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Als Glasfasern sind solche mit Faserlängen von 10 mm und mehr geeignet. Die Glasfasern können als Einzelfasern oder bevorzugt als Glasfasermatten zur Verstärkung des Kunststoffs eingesetzt werden. Als Kunststoffe kommen bevorzugt solche in Frage, die einen G-Modul nach DlN 53 445 von mindestens 1000 haben. Solche Kunststoffe sind insbesondere Vinylpolymerisate wie Polystyrol, Mischpolymerisate des Styrols mit anderen Comonomeren, insbesondere mit Acrylnitril, Hoch- und Niederdruckpolyäthylen, Polypropylen
sowie Mischpolymerisate des Äthylens und Propylens, Polyvinylchlorid und Vinylchlorid-Mischpolymerisate, Poly(meth)acrylsäureester, Polyamide, wie beispielsweise Polycaprolactam sowie Polycarbonate. Der Anteil an
Glasfasermatten beträgt 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 30 Volumenprozent, bezogen auf die Gesamtmischung. Die Herstellung der glasfasennattenverstärkten Kunststoffe wird in der DE-OS 1454988 und der DE-OS 23 12 816 beschrieben.
Unter einer an der Oberfläche der glasfaserverstärkten Kunststoffe fest verbundenen dünnen Oberflächenschicht werden Folien verstanden, die mit der tragenden Schicht, z. B. einer Platte, verträglich sind d. h. mit der tragenden Schicht bei der Herstellung des Halbzeugs verschweißen. Die Oberflächenschicht bzw. aufkaschierte Folie darf sich beim Gebrauch des Formteils auch unter extremen Bedingungen, wie starker Temperaturwechsel, nicht lösen. Am günstigsten ist es, wenn der Kunststoff der aufkaschierten Folie aus dem gleichen Material besteht wie der Kunststoff des verstärkten Teils. Der Kunststoff der Oberflächenschicht muß aber mit dem glasfaserverstärkten Kunststoff nicht identisch sein. Dabei hat sich herausgestellt, daß es von Vorteil für die Oberflächengüte sein kann, wenn das Deckfolienmatfinal ein höheres Molekulargewicht aufweist ais der glasfaserverstärkte Kunststoff. Die Oberflächenfolien werden in einer Dicke von 50 bis 1000 μπι, vorzugsweise 200 bis 600 μηίι vorgefertigt und dann bei der Herstellung des verstärkten Halbzeugs, z. B. nach dem Verfahren der DE-OS 23 12 816, durch einfaches Zulaufenlassen von einer oder von beiden Seiten aufkaschiert. Ein Vorwärmen der Folie erleichtert dabei das. Aufschweißen auf die tragende Schicht
Als Folienmaterial bzw. Oberflächenschicht sind alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe geeignet Insbesondere sini1 dies Olefinpolymerisate, Polyamide, Styrolpolymerisate, Polyester, Vinylohloridpolymerisate und außerdem Mischungen dieser Polymerisate. Insbesondere seien genannt: Hoch- und Niederdruckpolyäthylen, Äthylen-Propylen-Copolymerisate, Polypropylene, insbesondere solche mit hohem stereoregulärem Aufbau, Styrol-Homo- und Copolymerisate, insbesondere Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate, kautschukmodifizierte Styrol-Homo- und Copolymerisate, Polyvinylchlorid, Polyamid 6,12 oder 66, Polyesterharze auf Basis Terephthalsäure, Polyphenylenoxide und Polyoxymethylene.
Die in die obengenannten Folien bzw. Oberflächenschichten eingebrachten Füllstoffe weisen mittlere Durchmesser von 5 bis 200 μπι auf, soweit es sich um kugelförmige, körnige oder blättchenförmige feste Füllstoffe handelt Sind die festen Füllstoffe faserig, so sollen sie einen Durchmesser von 6 bis 15 μηι und eine Länge von 20 μπι bis 1 mm haben. Die Folien bzw. Oberflächenschichten sind mit Füllstoffen von 3 bis 40 Volumenprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, versehen. Eine bevorzugte Füllstoffkonzentration ist 5 bis 20 Volumenprozent
Geeignet sind als Füllstoffe insbesondere Glaskugeln mit Durchmessern bis zu 200 μπι und Kurzglasfasern mit Durchmessern von 6 bis 15 μπι und Längen bis zu 1 mm, wie sie bei Spritzgußmischungen zur Anwendung gelangen. Es können aber auch körnige und plättchenförmige, organische oder anorganische Füllstoffe eingesetzt werden. Spezielle Effekte sind z, B, augh mit Metallpulver gefüllten Folien zu erzielen. Geeignete anorganische Füllstoffe sind z. B. Kreide, Talkum, Kaolin, calziniertes Kaolin, Calziumsilikat wie Wollastonit. Die Teilchengröße sollte dabei vorzugsweise 50 μπι, besonders bevorzugt 20 μπι, nicht überschreiten. Die Folien können außer den Füllstoffen oder Füllstoffkombinationen noch transparente oder deckende Farbpigmente enthalten, die ein nachträgliches Lackieren ersparen. Derart kaschiertes Halbzeug hat nach der Verformung eine glatte, fehlerfreie Oberfläche. Die Formteile können ohne weitere Nachbehandlung als Sichtteile eingesetzt werden.
Beispiel 1
Mit einem Extruder wird über eine Breitschlitzdüse
ίο eine Folie aus Polypropylen mit einem Füllstofrgehalt von 10 VoL-% Glaskugeln der mittleren Korngröße von 25 μπι und 2 VoL-% Pigment der mittleren Teilchengröße von ca. 1 μπι gefertigt und in einem nachfolgenden Kalander auf 500 μπι Dicke kalibriert Bei der Fertigung Jon Halbzeug aus Polypropylenschmelze und 2 Glasmatten von 600 g/m2 auf einer nach Bild 1 der DE-OS 23 12 816 aufgezeigten Anlage werden zwei der gefüllten Oberflächenfolien auf jeder Seite mit zugeführt Dabei werden sie von /Ä-Strahlern auf der den Matten zugewendeten Seiten bis auf die Schmelztemperatur von Polypropylen aufgeheizt Das so hergestellte plattenförmige Halbzeug wird dann ausgestanzt, in einem IR-Oien auf ca. 2300C aufgeheizt und in einer kalten Metallform gepreßt Nach 20 see Abkühlzeit kann das Preßteil entformt werden. Die Oberflächengüte ist vergleichbar mit der von normalen nicht verstärkten Spritzgußteilen, die Glasfasern der Mat'en haben sich nicht durchgedrückt
Beispiel 2
Aus einem Polyäthylen der Dichte 0,96 g/cm3 und einem Schmelzindex von 03 g/10 Min. (1903C, 2,16 kg — ASTMD 1238-65 T) mit 15Vol.-°/o Kurzglasfasern der mittleren Länge von 0,4 mm und Dicke von 10 μπι als Füllstoff wird eine Folie von 800 μπι Dicke hergestellt. Bei der Fertigung des Halbzeugs aus einem Polyäthylen der Dichte 0,96 g/cm3 und mit einem Schmelzindex von 5 g/10 Min. und 2 Glasmatten von 600 g/m2 wird diese Folie von beiden Seiten aufkaschie.;. Zum Vergleich werden auch zwei unverstärkte Folien gleicher Dicke unter denselben Bedingungen zugefahren. Das Halbzeug weist in beiden Fällen die gleiche Oberflächenqualität auf.
Zur Herstellung einer Schüssel wird das Halbzeug ausgestanzt und in einem Umluftofen auf 210°C erwärmt und dann in einer kalten Metallform gepreßt Bei dem Teil mit unverstärkter Oberflächenfolie sind die Glasfasern der Mattenverstärkung auch an der Oberfläehe sichtbar und spürbar, während das Teil mit verstärkter Oberflächenfolie vollkommen glatt ist.
Beispiel 3
Es wird ein Halbzeug aus Polystyrol und 2 Glasfasermatten von 450 g/m2 gefertigt, das als Oberflächenbeschichtung zwei 400 μπι dicke Folien aus einem Styrol-Acrylnitril-Copolymerisat mit 8 Vol.-% Glaskugeln der mittleren Korngröße von 25 μπι und 2 Vol.-% Titandioxid der mittleren Teilchengröße von ca. 1 μιη enthält.
Streifen aus diesem Halbzeug werden zwischen IR-Strahler auf ca. 2400C aufgeheizt und in eine Stahlform zu Kotflügel verpreßt. Die Teile weisen eine weiß-glänzende, glatte Oberfläche auf, die kein nachträgliches Lackieren mehr erfordert.

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Formteile mit glatten Oberflächen, bestehend aus
a) einer stabilen tragenden Schicht aus mit mindestens 10 mm langen Glasfasern verstärktem Kunststoff und
b) mindestens einer mit (a) an der Oberfläche fest verbundenen dünnen Oberflächenschicht,
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