DE2606340C2

DE2606340C2 - Verbundmaterial aus aromatischen Polysulfonen

Info

Publication number: DE2606340C2
Application number: DE19762606340
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Chem. Dr. 6713 Freinsheim Blinne; Klaus Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Boehlke
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1976-02-18
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1986-06-12
Also published as: GB1568548A; BE851549A; FR2341620A1; DE2606340A1; FR2341620B1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polysulfon ein Polyethersulfon aus Einheiten der Formel

L

2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern in Form von Glasseidenrovings, geschnittener Glasseide, Glasgeweben, -matten und/oder -vliesen vorliegen.
3. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) 90 bis 10 Gew.-% aromatische Polysulfone,

b) 10 bis 90 Gew.-% Glasfasern, und

c) gegebenenfalls Haftvermittler und/oder Filmbildner als Hilfsstoffe

intensiv vermischt, wobei die Gewichtsprozente bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Komponenten a) und b).

4. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials gemäß Anspruch 3, 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 Filmbildners, eingearbeitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern, vorzugsweise alkaliarme Ε-Glasfasern, in Form von Glasseidenrovings oder geschnittener Glasseide mit einem Durchmesser von 5 bis 20 ,um eingesetzt werden und nach ihrer Einarbeitung eine mittlere Länge zwischen 0,05 und 1 mm aufweisen.

■» 6. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Glasfasern in Form von Glasgeweben, -matten und/oder -vliesen mit einer Lösung des aromatischen PoIysulfons tränkt und im Anschluß daran das Lösungsmittel verdampft.

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

Aromatische Polysulfone sind bespielsweise aus den deutschen Auslegeschriften 1520131, 1520379 und 1545106 bekannt.

Verbundmaterialien aus derartigen aromatischen Polysulfonen und Kohlefasern mit einer Länge von mindestens 2,5 cm werden in der DE-OS 2156 346 beschrieben. Die Verbundmaterialien besitzen bei höheren Temperaturen gute mechanische Eigenschaften. Nachteilig ist jedoch, daß lange Kohlefasern relativ schwer zugänglieh, 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 auschließlich 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 gleichgute 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, aus einem oder mehreren aromatischen Polysulfonen bestehen, welche durch Glasfasern verstärkt sind und daß sie bestehen aus

a) 90-10 Gew.-% eines Polyethersulfone aus Einheiten der Formel

b) 10-90 Gew.-% Glasfasern, sowie gegebenenfalls

c) Haftvermittler und/cder Filmbildner der Hilfsstoffe.

In der US-PS 3804802 sind glasfaserverstärkte thermoplastische Massen beschrieben. Als Kunststoffe sind u. a. Polysulfone, z. B. Bakelite P 1700, genannt. Polysulfone bestehen aus Einheiten der Formel s

— O

Gegenüber diesen haben die erfindungsgemäß eingesetzten Polyethersulfone eine höhere Erweichungstemperatur und Schmelzviskosität. Durch den Glasfasergehalt wird die für die Verarbeitung notwendige Temperatur noch weiter erhöht. Es war nicht ohne weiteres zu erwarten, daß sich Verbundmaterialien aus Polyethersulfonen und Glasfasarn durch Spritzguß oder Extrusion ohne Zersetzung des Kunststoffs noch verarbeiten lassen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyethersulfone weisen Molekulargewichte von 15000 bis 50000, vorzugsweise von 20000 bis 40000, und Inherent Viskositäten (gemessen bei 20⁰C in lgewichtsprozentiger N-Methylpyrrolidon-Lösung) von 0,35 bis 0,85, vorzugsweise von 0,40 bis 0,70 auf.

Als verstärkend wirkende Füllstoffe werden Glasfasern in Form von Glasseidenrovings, geschnittener Glasseide, Glasgeweben, -matten und/oder -vliesen verwendet.

Die Glasseidenrovings oder geschnittene Glasseide werden vorzugsweise in die Schmelze des aromatischen Polysulfone eingearbeitet. Hierbei kann es vorteilhaft sein, als Hilfsstoffe 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 20 μΐη, vorzugsweise 8 bis 15 μτη 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 bevorzugt zwischen 10 und 60 Gew.-%, insbesondere 20 bis 50 Gew.-% 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 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 bevorzugt zwischen 10 und 80 Gew.-%, insbesondere 30 bis 60 Gew.-% 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 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. Die genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1
75 Teile aromatisches Polyethersulfon mit wiederkehrenden Einheiten der Formel:

-SO₂-

40

50

60

und einer i_U„_h_ von 0,5 (gemessen bei 20°C in l%iger N-Methylpyrrolidon-Lösung) werden in 560 Teilen Methy-

lenchlorid gelöst. 70 Teile Glasseidengewebe mit einem Flächengewicht von 106 g/m² (Leinwandgewebe; thermisch entschlichtet), 70 Teile Glasseidengewebe mit einem Flächengewicht von 200 g/m² (Körpergewebe; thermisch entschlichtet), 70 Teile spinngeteilte Glasseidenmatten (Flächengewicht: 300 g/m²) und 70 Teile Glasseiden-Endlosmatten (Flächengewicht: 450 g/m²) werden mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden Apparatur 5 mit je 30 Teilen der obengenannten Polyethersulfonlösung getränkt und anschließend be; 140°C getrocknet. 2 bis 20 Lagen der imprägnierten Glasseidengewebe bzw. -matten werden durch Heißpressen bei 370°C und 180 kp/cm² während 10 Minuten zu flächigen Mehrschichtplatten verarbeitet.

Die an diesen Platten, die Glasgehalte von 70%, bezogen auf das Gesamtgewicht, aufweisen, gemessenen mechanischen Eigenschaften betragen:

Reißfestigkeit = 150 N/mm² (DIN 53455);

Schlagzähigkeit = 45 kg/m² (DIN 53453);

E-Modul = 18000 N/mm² (DIN 53457);

Dauerwärmebeständigkeit = ca. 190⁰C.

Beispiel 2

70 Teile eines aromatischen Polyethersulfons gemäß Beispiel 1 werden mit 20 Teilen bzw. 30 Teilen Kurzglasfasern mit einem Faserdurchmesser von 10 μΐη auf zweiwelligen Schneckenextrudern verarbeitet. Aus dem 20 dabei anfallenden Granulat werden durch Spritzgießen Normkörper mit einem Glasgehalt von 35,6% bzw. 23,4%, bezogen auf das Gesamtgewicht, hergestellt, die folgende mechanischen Eigenschaften aufweisen:

Reißfestigkeit N/mm² 120 bzw. 130 DIN 53455

Schlagzähigkeit kg/m² 21 bzw. 27 DIN 53453

25 Ε-Modul N/mm² 12 500 bzw. 10800 DIN 53457

Dauerwärmebeständigkeit ca. 190⁰C -

Mittlere Glasfaserlänge ca. 0,25 mm.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbundmaterial, bestehend aus

a) 90 bis 10 Gew. % eines aromatischen Polysulfone,

b) 10 bis 90 Gew.-% Glasfasern, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht von (a) und (b), sowie gegebenenfalls

c) als Hilfsstoffe Haftvermittler und/oder Filmbildner,