DE2606340A1

DE2606340A1 - Verbundmaterial aus aromatischen polysulfonen

Info

Publication number: DE2606340A1
Application number: DE19762606340
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Chem Dr Blinne; Klaus Dipl Chem Dr Boehlke
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1976-02-18
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2606340C2; FR2341620B1; GB1568548A; BE851549A; FR2341620A1

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O.Z. 3I 852 M/Be

67OO Ludwigshafen, 16.2.1976 Verbundmaterial aus aromatischen Polysulfonen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbundmaterialien aus aromatischen Polysulfonen, die mit Glasfasern verstärkt sind, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Aromatische Polysulfone sind beispielsweise aus den deutschen Auslegeschriften 1 520 131, 1 520 379 und 1 5^5 I06 bekannt.

Verbundmaterialien aus derartigen aromatischen Polysulfonen und Kohlefasern mit einer Länge von mindestens 2,5 cm werden in der DT-OS 2 156 346 beschrieben. Die Verbundmaterialien besitzen bei höheren Temperaturen gute mechanische Eigenschaften. Nachteilig ist jedoch, daß lange Kohlefasern relativ schwer zugänglich, teuer und gefärbt sind, so daß sich die Verbundmaterialien insbesondere wegen ihres hohen Preises auf dem Markt nur wenig durchsetzen konnten. Außerdem sind Kohlefasern nur schwierig in die Polymerschmelze einzuarbeiten, so daß ausschließlich aufwendige Einarbeitungsverfahren mit Polymerlösungen angewendet werden müssen. Zudem weisen Polymere mit Kohlefasern bekannterweise im Vergleich zu solchen mit Glasfasern geringere Zähigkeiten und Bruchdehnungen auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, hochtemperaturbeständige Werkstoffe auf der Basis von aromatischen Polysulfonen herzustellen, die gegenüber Verbundelementen auf Kohlenfaserbasis verbesserte oder zumindest gleich gute mechanische Eigenschaften aufweisen und preisgünstige, verstärkend wirkende Füllstoffe incorporiert enthalten.

Es wurde gefunden, daß diese vorteilhaften Eigenschaften Verbundmaterialien aufweisen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus einer Matrix ays einem oder mehreren aromatischen Polysulfonen bestehen, welche durch Glasfasern verstärkt sind.

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Die erfindungsgemäß verwendbaren aromatischen Polysulfone, die beispielsweise in den obengenannten deutschen Auslegeschriften 1 520 131, 1 520 379 und 1 545 106 beschrieben werden, weisen im allgemeinen wiederkehrende Einheiten der Formel:

-Ar - X-

auf, in welcher Ar ein zweiwertiger aromatischer Rest und X eine -0- oder -SOg-Gruppe ist, und wobei jede Gruppe von einer Einheit zur anderen in der Polymerkette variieren kann, so daß sich Copolymere unterschiedlicher Zusammensetzungen und Eigenschaften bilden. Die aromatischen Polysulfone können einige Einheiten der Struktur enthalten

in welcher Y für -CO- oder Schwefel steht oder ein zweiwertiges Radikal des 2,2-(4,4'-Dihydroxy-diphenyl)-propans ist und X die obengenannte Bedeutung hat. Derartige Polymere besitzen beispielsweise wiederkehrende Einheiten der Formeln

V so

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Selbstverständlich ist es auch möglich, Copolymere, die die obengenannten Einheiten aufweisen, zu verwenden. Ferner können die Polymeren zusätzliche Einheiten der Formeln

und/oder

in welcher X -0- oder -SOp- und Y -CO- oder Schwefel sind, in verschiedenen Mengen copolymerisiert enthalten. Als besonders geeignet haben sich aromatische Polyäthersulfone erwiesen, die überwiegend Einheiten der Formeln

— und/oder

enthalten. Vorzugsweise verwendet werden aromatische Polyäthersulfone, die aus wiederkehrenden Einheiten der Formeln

oder

bestehen und Molekulargewichte von 15 000 bis 50 000, vorzugsweise von 20 000 bis 40 000 und Inherent Viskositäten (gemessen bei 20⁰C in 1-gewichtsprozentiger n-Methylpyrrolidon-Lösung) von 0,35 bis 0,85, vorzugsweise von 0,40 bis 0,70 aufweisen.

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•Γ'

Als verstärkend wirkende Füllstoffe werden vorzugsweise Glasfasern in Form von beispielsweise Glasseidenrovings, geschnittener Glasseide, Glasgeweben, -matten und/oder -vliesen verwendet. Die glasfaserverstärkten Verbundmaterialien enthalten neben gegebenenfalls Zusatz- und Hilfsstoffen 90 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8θ bis 30 Gewichtsprozent, aromatische Polysulfone und 10 bis 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise 20 bis 70 Gewichtsprozent Glasfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht aus aromatischen Polysulfonen und Glasfasern. Die Glasfasern können gegebenenfalls teilweise durch andere Füllstoffe, beispielsweise Asbestfasern, Cellulosefasern und synthetische Fasern ersetzt werden.

Die Glasseidenrovings oder geschnittene Glasseide werden vorzugsweise in die Schmelze der aromatischen Polysulfone eingearbeitet. Hierbei kann es vorteilhaft sein,als zusätzliche Hilfsstoffe, beispielsweise Haftvermittler, wie Epoxi- oder Aminosilane und/oder Filmbildner, wie Epoxidharze oder Polysulfone mitzuverwenden. Vorzugsweise gelangen alkaliarme Ε-Glasfasern in Form von Glasseidenrovings oder geschnittener Glasseide mit einem Durchmesser von 5 bis 20yum, vorzugsweise 8 bis 15 /um zur Anwendung, die nach ihrer Einarbeitung eine mittlere Länge zwischen 0,05 und 1 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen. Die mit Glasseidenrovings oder geschnittener Glasseide verstärkten aromatischen Polysulfone enthalten zwischen 10 und 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise 20 bis 50 Gewichtsprozent des Verstärkungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht.

Glasgewebe, Glasmatten und/oder Glasvliese werden vorteilhaft mit einer Lösung des aromatischen Polysulfone, vorzugsweise in einem flüchtigen Lösungsmittel, wie Chloroform, Chlorbenzol, 1,2-Dichloräthylen, o-Dichlorbenzol, 1,1,1-Trichloräthan, 1,1,2-Trichloräthan, Trichloräthylen, 1,1,2,2-Tetrachloräthan, Tetrachloräthylen, Tetrachlorkohlenstoff, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon und insbesondere Methylenchlorid imprägniert. Die Konzentration des aromatischen Polysulfone sollte nicht so hoch sein, daß

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die Lösung für eine gute Benetzung zu viskos ist. Andererseits sollte sie auch nicht zu stark verdünnt sein, um nicht unnötig hohe Lösungsmittelmengen entfernen zu müssen. Bevorzugt wird eine Konzentration von 50 g bis 150 g Polysulfon pro Liter Lösungsmittel. Zum Imprägnieren sind verschiedene Methoden geeignet, beispielsweise Tauchen, Sprühen, Bürsten oder Walzen. Diese Operationen können gegebenenfalls mehrere Male durchgeführt werden, um die gewünschte Imprägnierstärke zu erzielen. Das Lösungsmittel wird im allgemeinen an der Luft oder im Vakuum entfernt.

Bevorzugt werden dabei Temperaturen in der Nähe des Lösungsmittel-Siedepunktes oder darüber verwendet. Das Lösungsmittel kann gegebenenfalls zurückgeführt und wieder verwendet werden. Nach der Trocknung enthalten die imprägnierten Glasgewebe, -matten oder -Vliese zwischen 10 und 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 30 und 60 Gewichtsprozent aromatisches Polysulfon, bezogen auf das Gesamtgewicht.

Die getrockneten und imprägnierten Glasgewebe, Glasmatten und/oder Glasvliese können im Anschluß formgepreßt werden. Dabei können sie einzeln oder in mehreren Schichten bei einer Temperatur, die oberhalb des Erweichungspunktes des Polymeren liegt, verpreßt werden. Die Eigenschaften des fertigen Produktes hängen stark von Zeit, Temperatur und Druck während des Preßvorganges ab. Dabei müssen die Bedingungen vor allem so gewählt werden, daß keine merkliche Zersetzung des Polymeren einsetzt.

Das erhaltene Verbundmaterial kann einer weiteren Formgebung unterworfen werden. Aromatische Polysulfone, denen in der Schmelze Glasfasern in Form von Glasseidenrovings oder geschnittener Glasseide zugeführt wurden, werden vorteilhaft über die Schmelze weiterverarbeitet, beispielsweise durch Spritzguß oder Extrusion zu Werkstoffen mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften sowie einer hervorragenden Temperaturbeständigkeit. Glasfasern in Form von Glasgeweben, -matten und/oder -vliesen, die in der beschriebenen Weise mit

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Lösungen aromatischer Polysulfone behandelt wurden, können durch Wärmeverformung zu Formkörpern verarbeitet werden, denen gute Eigenschaften zukommen.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

75 Teile aromatisches Polyäthersulfon mit wiederkehrenden Einheiten der Formel:

und einer V) . , von 0,5 (gemessen bei 20⁰C in 1-prozentiger n-Methylpyrrolidon-Lösung) werden in 5βθ Teilen Methylenchlorid gelöst. 70 Teile Glasseidengewebe mit einem Flächengewicht von I06 g/m (Leinwandgewebej thermisch entschlichtet), 70 Teile Glasseidengewebe mit einem Flächengewicht von 200 g/m (Köpergewebej thermisch entschlichtet), 70 Teile spinngeteilte Glasseidenmatten (Flächengewicht: 300 g/m ) und 70 Teile Glasseiden-Endlosmatten (Flächengewicht: 450 g/m²) werden mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur mit je JiO Teilen der obengenannten Polyathersulfonlösung getränkt und anschließend bei l40°C getrocknet, 2 bis 20 Lagen der imprägnierten Glasseidengewebe bzw. -matten werden durch Heißpressen bei 370⁰C und I80 kp/cm während 10 Minuten zu flächigen Mehrschichtplatten verarbeitet.

Die an diesen Platten, die Glasgehalte von 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aufweisen, gemessenen mechanisehen Eigenschaften betragen: Reißfestigkeit = 150 N/mm (DIN 53 455)i Schlagzähigkeit = 45 kg/m² (DIN 53 453); E-Modul = 18 000 N/mm² (DIN 53 ^57); Dauerwärmebeständigkeit = ca. 19O⁰C.

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Beispiel 2

70 Teile eines aromatischen Polyathersulfons gemäß Beispiel 1 werden mit 20 Teilen bzw. 30 Teilen Kurzglasfasern mit einem Faserdurchmesser von 10/um auf zweiwelligen Schneckenextrudern verarbeitet. Aus dem dabei anfallenden Granulat werden durch Spritzgießen Normkörper mit einem Glasgehalt von 35*6 Gewichtsprozent bzw. 23j^ Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, hergestellt, die folgende mechanischen Eigenschaften aufweisen:

Reißfestigkeit N/mm² Schlagzähigkeit kg/m

E-Modul N/mm

Dauerwärmebeständigkeit ca. 190⁰C
Mittlere Glasfaserlänge ca. 0,25

120	bzw „	130	DIN	53	455
21	bzw.	27	DIN	53	453
12 500	bzw.	10 800	DIN	53	457

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Claims

Patentansprüche

1. Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Matrix aus einem oder mehreren aromatischen Polysulfonen besteht, die durch Glasfasern verstärkt ist.

2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatischen Polyäthersulfone wiederkehrende Einheiten der Formeln

und/oder

enthalten.

j5. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polysulfon ein Polyathersulfon ist, das aus Einheiten der Formel

besteht,

4. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polysulfon ein Polyathersulfon ist, das aus Einheiten der Formel

besteht.

ORIGINAL INSPECTED

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5. Verbundmaterial nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern in Form von Glasseidenrovings, geschnittener Glasseide, Glasgeweben, -matten und/oder -Vliesen eingesetzt werden.

6. Verbundmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines mindestens einschichtigen Preßkörpers hergestellt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) 90 bis 10 Gewichtsprozent aromatische Polysulfone,

b) 10 bis 90 Gewichtsprozent Glasfasern, und

c) gegebenenfalls Hilfs- und Zusatzstoffe intensiv vermischt, wobei die Gewichtsprozente bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Komponenten a) und b).

8. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials gemäß Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern in Form von Glasseidenrovings oder geschnittener Glasseide in die Polymerschmelze aus aromatischen Polysulfonen gegebenenfalls in Gegenwart eines Haftvermittlers und/oder Filmbildner= eingearbeitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern vorzugsweise alkaliarme Ε-Glasfasern in Form von Glasseidenrovings oder geschnittener Glasseide mit einem Durchmesser von 5 bis 20yum, vorzugsweise 8 bis 15/um sowie nach ihrer Einarbeitung mit einer mittleren LHnge zwischen 0,05 und 1 mm, vorzugsweise 0,1 und 0,5 mm darstellen.

10. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Glasfasern in Form von Glasgeweben, -matten und/oder -Vliesen mit

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einer Lösung des aromatischen Polysulfons tränkt und im Anschluß daran das Lösungsmittel verdampft.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verbundmaterial, vorzugsweise in mehreren Schichten, nach dem Verdampfen des Lösungsmittels dem Formpressen unterwirft.

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