DE2554060B2

DE2554060B2 - Aufschaeumbare thermoplastische formmasse

Info

Publication number: DE2554060B2
Application number: DE19752554060
Authority: DE
Inventors: John Hugh Frodham Cheshire; Pearson Terence Colwyn Warrington Lancashire; O'Keeffe (Großbritannien)
Original assignee: Fillite (Runcorn) Ltd., Runcorn, Cheshire (Großbritannien)
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1977-12-29
Also published as: FI66888B; SE7512796L; DE2554060C3; NO753812L; JPS5182367A; FI753261A; IT1052500B; NO149738C; FR2293463B1; DK513075A; CA1057900A; DE2554060A1; NL7513776A; NO149738B; LU73913A1; GB1522620A; FR2293463A1; BE836315A; SE427186B; FI66888C

Description

•K)

Die Erfindung betrifft eine im Spritzguß- oder Extrusionsverfahren verarbeitbare Formmasse.

Eine bekannte Formmasse besteht aus einem Schaumstoff, welcher mit einem porösen Mineralfüllstoff versehen ist. Der Mineralfüllstoff ist hierbei puder- oder pulverförmig, um eine möglichst große spezifische Oberfläche des Füllstoffes zu erreichen. Nachteilig bei dieser bekannten Formmasse ist es, daß der verwendete Füllstoff ein hohes spezifisches Gewicht hat, was zu einem entsprechend hohen Gewicht der aus einem derartigen Material hergestellten Gegenstände führt.

Nun ist es in anderem Zusammenhang bereits bekannt, einen Füllstoff in Form von hohlen Partikeln zu verwenden, jedoch hat sich hierbei stets gezeigt, daß sich mit einem aus hohlen Partikeln bestehenden Füllstoff versehene Kunststoffe nicht extrudieren oder spritzgießen lassen. Hierbei kommt es nämlich durch die hohen Spritzgußdrücke zu einem Zusammendrükken oder Zusammenbrechen der hohlen Füllstoffpartikel, die dadurch, daß sie gebrochen sind, schleifmittelartig wirken und in der Spritzgußmaschine sowie in der Spritzgußform Schäden verursachen. Außerdem wird durch das Zusammenbrechen der hohlen Füllstoffpartikcl die Materialdichte und damit das es Gewicht des erzeugten Gegenstandes wieder erhöht.

Zwar sind auch Füllstoffe in Form von elastischen hohlen Partikeln bekannt, die unter Druck zusammendrückbar sind, jedoch ist es hierbei nachteilig, daß durch die Elastizität der Füllstoffpartikel die Steifigkeit und die Maßhaltigkeit des erzeugten Gegenstandes nicht in ausreichendem Maße gewährleistet ist. Dies eilt insbesondere in den Bereichen von Materialanhäufungen, in denen die Füllstoffpartikel ihre Ursprungsform nicht oder erst nach dem Ausformen wiedererlangen können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde eine Formmasse zu schaffen, welche bei geringer Materialdichte und einem geringen spezifischen Gewicht sich unter Aufrechterhaltung dieser Eigenschaften unter Druck verformen, also extrudieren und/oder spritzgießen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Formmasse gelöst, die aus _

a) aufschäumbarem thermoplastisch, η Kunststoff mit üblichen Zusatzstoffen und

b) einem anorganischen Füllstoff in Form einzelner hohler Partikel

besteht. . .

Mit dieser Formmasse wird erreicht, daß eine einwandfreie Verformung des Materials unter Druck durch Extrudieren oder Spritzgießen trotz der Verwendung von hohlen Partikeln als Füllstoff-.aterial möglich wird, weil die hohlen Partikel durch die durch dessen Aufformbarkeit gegebene Nachgiebigkeit des Kunststoffmaterials in ihrer Form unbeschädigt bleiben und nicht wie bei den bekannten Formmassen zusammengedrückt und zerstört werden. Die erfindungsgemäße Formmasse ermöglicht also in kostengünstiger Weise Gegenstände mit einem niedrigen spezifischen Gewicht, aber dennoch einer gleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit und gleichmäßiger Struktur sowie mit vergrößerter Steifigkeit zu erzeugen.

Gegenüber den bekannten Formmassen hat die erfindungsgemiiße Formmasse insbesondere folgende Vorteile:

a) die Rohmaterialkosten sind durch den Einschluß des Füllstoffes reduziert, da dieser sehr viel weniger kostet als das Kunststoff material;

b) die Formgebungszeit ist als Folge der reduzierten Abkühlungszeit in der Form verringert. Die Zeit, bis zu der der Formkörper eine Steifigkeit erreicht, die ausreicht, um den Formkörper aus der Form auszuwerfen, ist mithin verkürzt. Dies ergibt geringere Produktionskosten;

c) ein Gewicht und eine Oberflächenstruktur der Erzeugnisse, die ähnlich der von Holz sind, kann durch geeignete Mischungsverhältnisse des Kunststoffmaterials und des Füllstoffes erreicht werden;

d) die Oberflächenstruktur, die durch den Einschluß des Füllstoffes erhalten wird, erleichtert die Bemalung oder ähnliche Nachbehandlungen nach der Formgebung, wie ein Bedrucken und ein Metallisieren. Es wurde gefunden, daß das Bedrucken meistens unmittelbar nach der Formgebung vorgenommen werden kann, während konventionelle Formkörper mehrere Tage vor dem Druckvorgang gelagert werden müssen. Die einzige Vorbereitung der Oberfläche, die hierzu normalerweise nach dem Herstellungsverfahren nötig ist, besteht in der Aufbringung eines Primers, falls das Material Polypropylen ist. Oberflächenfehler, wie tränenförmige Tropfen oder

Risse, die normalerweise auf Polypropylenschaumkörpern erscheinen, sind eliminiert;

e) der Einschluß des Füllstoffes reduziert die Wärmeleitfähigkeit des Formkörpers;

f) die Steifigkeit, die Biegefestigkeit, die Formstabilität bzw. die Abmessungsstabilität und der Wärmeverformungspunkt des Kunststoffes sind als Ergebnis des Einschlusses des Füllstoffes vergrößert;

g) die Formkörper sind frei von Einsenkungen, so daß Formkörper von verschiedener Dicke leicht mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden können;

h) der Verschleißwiderstand der Formkörper ist

verbessert;

i) die Schaumstruktur ist über den Querschnitt des Formkörpers infolge der Wirkung des Füllstoffen als Kernhildungsmittel während des Materialflusses in die Form gleichmäßiger. Das Auftreten von großen Hohlräumen in dem Schaum ist reduziert; und

j) die im Formkörper verbleibende Spannung ist reduziert, so daß ein abmessungsstabiler Formkörper gebildet wird, der genauer der Form und den Abmessungen der Spritz- oder Gußform entspricht.

Die Partikel des Füllstoffes können die Form von hohlen Kugeln haben und vorzugsweise aus Aluminiumsilikat bestehen und eine chemische Zusammensetzung haben, die 46 bis 68 Gew.% SiO₂ und 20 bis 38 Gew.% Al₂O₃ aufweist, wobei der Rest Alkali in der Form von Na₂O und K₂O und Eisenoxyd, wie Fe₂O₃ ist und wobei der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1.5 hat.

Die Partikel des Füllstoffes können etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffgranulates haben, sie können jedoch auch wesentlich kleiner als die Partikel des Kunststoffgranulates sein, wobei in diesem Fall ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges und vor dem Formgebungsarbeitsgang zugefügt wird, um ein gleichförmiges Gemisch zu erzielen und eine Trennung der Füllstoff- und Kunststoffpartikel zu vermeiden.

Die Verwendung eines aus Aluminiumsilikat bestehenden Füllstoffes hat gegenüber den bekannten Füllstoffmaterialien trotz der an sich höheren Kosten von Aluminiumsilikat den Vorteil, daß die fertige Kunststoffmasse billiger wird. Zwar sind die auf das Gewicht bezogenen Kosten von Alumäniumsilikat zur Zeit etwa zwei- bis dreimal so hoch wie die Kosten eines üblichen Füllstoffes, jedoch hat letzterer eine vier- bis fünfmal so große Dichte im Vergleich zu dem aus hohlen Aluminiumsilikatpartikeln bestehenden Füllstoff. Damit lassen sich unter Verwendung des erfindungsgemäßen aus Aluminiumsilikat bestehenden Füllstoffes die hiermit erzeugten Gegenstände weitaus kostengünstiger herstellen.

Eine andere wesentliche Kosteneinsparung im Vergleich zu den bekannten Spritzgußverfahren besteht in der Reduzierung der Arbeitszeit pro Spritzgußvorgang infolge des schnelleren Absetzens der gespritzten Gegenstände in der Form, was es ermöglicht, diese innerhalb kürzerer Zeit aus der Form auszuwerfen. Dies ist ein direktes Ergebnis des Einschlusses des Füllstoffes. Die erfindungsgemäße Formmasse macht es außerdem leichter, geformte Gegenstände sowohl auf Schaumspritzgußmaschinen als auch auf konventionellen Formgebungsmaschinen herzustel-

len. Bisher nicht als geeignet für die Herstellung aus Schaum angesehene Gegenstände können nunmehr aus diesem Material hergestellt werden.

Bei einem Verfahren zum Extrudieren oder Spritzgießen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Formmaske kann ein thermoplastischer Kunststoff mit einem anorganischen Füllstoff in der Form von hohlen Partikeln gemischt werden, wobei die erhaltene Mischung extrudiert oder unter Druck verarbeitet wird und wobei ein Blähmittel zur Bildung eines Schaumes hinzugefügt wird. Hier ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß durch die Verwendung des Blähmittels und des Füllstoffes die Füllung der Form ohne weitere Materialzugabe gesichert ist, so daß die Erzeugung von Spannungen in dem extrudierten Material weitgehend reduziert ist. Die bei den bekannten Formmassen beim Abkühlvorgang auftretenden Kontraktionen und das hierfür erforderliche Nachfüllen von Material sind auf diese Weise wirksam vermieden. Damit ist die Produktion von Formkörpern von gleichmäßig hoher Qualität gesichert.

Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Formmasse besteht in der Zufügung des Füllstoffes zu einem Zweikomponentengemisch eines thermoplastischen Schaumes wie Polyurethan. Der Schaum wird durch chemische Reaktionen erzeugt und die Kombination der zwei Komponenten wie Polyol und Isocyanat erzeugt den Schaum mit dem darin eingelagerten Füllstoff. Der so erhaltene Schaum hat ähnliche Vorteile wie derjenige, der aus anderem Kunststoffmaterial erzeugt wird. Es können weitere Zusätze wie Verstärkungen, beispielsweise aus Glasfiber, zusammen mit der Formmasse gemischt werden. Die Verbindung Füllstoff und Glasfiber ergibt eine Kombination von verbesserten physikalischen Eigenschaften, die in vergrößerter Zugfestigkeit, vergrößerter Steifigkeit und Warmverformbarkeit bestehen, während die Vorteile einer gleichmäßigeren Schaumstruktur und einer hohen Oberflächengüte, die sich aus der Verwendung des Füllstoffes ergeben, erhalten bleiben.

Eine weitere Verbesserung in der Adhäsion des Kunststoffes zwischen dem Füllstoff und dem thermoplastischen Material kann durch die Verwendung eines Verbindungsmittels, wie Silane erhalten werden. Daraus ergibt sich eine weitere Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, wie der Zug- und Druckfestigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen unter Last.

Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Formmasse besteht in der Extrusion in profilierten Formen. Die erreichten Vorteile sind ähnlich denjenigen bei den Spritzgußverfahren und schließen Kostenersparnisse beim Rohmaterial ein, die sich aus dem reduzierten Gewicht des Extrusionsmaterials und reduzierten Materialkosten und einem vergrößerten Extrudierungsausstoß ergeben, wobei hierzu auch eine vergrößerte Steifigkeit, das Fehlen von Einsenkungen und verbesserte Formstabilitäi bzw. Abmessungsstabilität gehören. Die Extrusion von Abschnitten, die 5 mm stark oder stärker sind, wird leichter durchführbar. Die Kosten der Extrusion liegen so, daß die so hergestellten Erzeugnisse mit Erzeugnissen aus Holz konkurrenzfähig werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen näher erläutert, wobei bei den folgenden typischen Gemischen die Materialverhältnisse sämtlich Gewichtsprozente sind.

Polypropylen Füllstoff Blähmittel

Polystyrol Füllstoff Blähmittel

Polyacetal Füllstoff Blähmittel

Nylon

Füllstoff Blähmittel

Polypropylen Füllstoff

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4

Beispiet

67,0%

32,5%

0,5%

67,0%

32,5%

0,5%

75,0%

24,5%

0,5%

80,0%

19,8%

0,2%

80,0% 20,0%

Bei diesem Beispiel wird ein inertes Gas, wie Stickstoff, als Blähmittel benutzt.

Beispiel 6

Polypropylen 80,0%

Füllstoff 19,5%

Blähmittel 0,5%

Diese Mischung ist insbesondere zur Extrusion von Schaumtafeln geeignet.

Beispiel 7

Polypropylen

Füllstoff

Blähmittel

94,5% 5,0% 0,5%

Beispiel 8

Polystyrol 29,5%

Füllstoff 70,0%

Blähmittel 0,5%

Das chemische Blähmittel kann durch ein inertes Gas, wie Stickstoff, ersetzt werden bei geringfügiger Modifikation der Verhältnisse des Kunststoffmaterials und des Füllstoffes.

Claims

Patentansprüche:

1. Formmasse bestehend aus

a) aufschäumbarem thermoplastischen Kunst- ~~> stoff mit üblichen Zusatzstoffen und

b) einem anorganischen Füllstoff in Form einzelner hohler Partikel.

2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Aluminiumsilikat ist und mit einer chemischen Zusammensetzung aus 46 bis 68 Gew.% SiO₂ und 20 bis 38 Gew.% Al₂O₃, wobei der Rest Alkali in der Form von Na₂O und K₂O und Eisenoxyd, wie Fe₂O₃ ist und daß der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 '⁵ biü 1,5 hat.

3. Formmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoff es etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffgranulates haben.

4. Formmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes wesentlich kleiner als die Partikel des Kunststoffgranulates sind und daß ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges zugesetzt ist. -⁵

5. Verfahren zum Extrudieren oder Spritzgießen, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastischer Kunststoff mit einem anorganischen Füllstoff in der Form von hohlen Partikeln gemischt wird und daß die erhaltene Mischung extrudiert oder unter Druck verarbeitet wird, wobei ein Blähmittel zur Bildung eines Schaumes hinzugefügt wird.