DE2804737A1 - Fibre-reinforced thermoplastic, elastomeric or duroplastic extrudate - is prepd. by previously subbing the reinforcement with a low polymeric adhesion aid which sets to ensure good adhesion - Google Patents

Fibre-reinforced thermoplastic, elastomeric or duroplastic extrudate - is prepd. by previously subbing the reinforcement with a low polymeric adhesion aid which sets to ensure good adhesion

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Abstract

Process or reinforcing extruded plastics by fibrous strands which have been impregnated with reactive adhesion adjuvants comprises using such adhesion adjuvants as are adapted to impregnate the fibres by virtue of their low viscosity. However, the adhesion adjuvant solidifies during the fabricating step within the extruder so that firm adhesion of reinforcement and matrix is achieved. Prods., e.g. profiles, films, sheets of almost any cross-section can be continuously mfd. Depending on the type of reinforcement used, stiffness, resistance to flexural stresses, and tensile and compressive strength can be considerably increased.

Description

Beschreibung der Erfindung zur Patentanmeldung Description of the invention for patent application

Titel : n VERFAHREN ZUM ARMIEREN VON KUNSTSTOFFEN BEI DER EXTRUSION DURCH MIT REAKTIVEN HAFTVERMITTLERN GETRÄNKTE FASERSTRÄNGE Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Armieren von Kunststoffen bei der Extrusion durch mit reaktiven Haftvermittlern getränkte Faserstränge dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler zwischen Fasern und Extrudat die Faserstränge aufgrund seiner geringen Viskosität zu tränken vermag. Der Haftvermittler geht im Verlauf der Fertigung über das Extrusionswerkzeug infolge einer Polyreaktion in festen Zustand über und vermittelt feste Haftung zwischen Verstärkungsstoff und Extrudat.Title: n METHOD FOR REINFORCEMENT OF PLASTICS DURING EXTRUSION FIBER STRANDS IMPROVED WITH REACTIVE ADHESIVERS This invention relates to a process for reinforcing plastics during extrusion by using reactive Fiber strands impregnated with adhesion promoters, characterized in that the adhesion promoter the fiber strands between the fibers and the extrudate due to its low viscosity able to soak. The adhesion promoter goes over the extrusion tool in the course of production as a result of a polyreaction into a solid state and mediates firm adhesion between Reinforcement fabric and extrudate.

Dieses Verfahren gestattet, kontinuierlich hergestellte Kunststoffprofile und -folien nahezu beliebiger Querschnittsgeometrie an bestimmten Stellen längs der Extrusionsrichtung mit Verstärkungsstoffen zu armieren. Die damit eingebrachte Verstärkungswirkung führt je nach Art und Menge des Verstärkungsstoffes zu erheblicher Steigerung der Steifigkeit gegenüber Biegbeanspruchung sowie Erhöhung der Zug- und Druckbelastbarkeit der Produkte.This process allows continuously produced plastic profiles and foils of almost any cross-sectional geometry at certain points along the length to reinforce the extrusion direction with reinforcing materials. The one brought in with it Depending on the type and amount of the reinforcing material, the reinforcing effect leads to considerable Increasing the rigidity against bending stress and increasing the tensile and Pressure resistance of the products.

Da beim Fügevorgang im Extrusionswerkzeug Verbund entsteht, können Plastomere, Elastomere und Duromere zu armierten Produkten verarbeitet werden.Since the joining process in the extrusion tool creates a bond, Plastomers, elastomers and duromers can be processed into reinforced products.

Aus der GFK- und KFK-Technik, insbesondere der Verarbeitungstechnik, bei der Glasfaserrovings, -matten und -gewebe zu Laminaten verarbeitet werden, ist bekannt, daß die dabei eingesetzten Kunstharze nicht zuletzt aufgrund der geringen Verarbeitungsviskosität, die entsprechend mit Haftvermittlern vorbereiteten Verstärkungsstoffe benetzen. Ferner können Stränge, Matten und Gewebe mit diesen Harzen getränkt werden, so daß im späteren Produkt kaum noch Lufteinschlüsse in den Matten vorliegen.From GRP and KFK technology, in particular processing technology, in which glass fiber rovings, mats and fabrics are processed into laminates known that the synthetic resins used, not least because of the low Processing viscosity, the reinforcing agents prepared accordingly with adhesion promoters wet. Furthermore, strands, mats and fabrics can be impregnated with these resins, so that there are hardly any air pockets in the mats in the later product.

Anders verhalten sich thermoplastische Schmelzen. Sie liegen selbst unter üblichen Extrusions- und Spritzgießdrücken relativ hochviskos vor, so daß sie zwar in der Lage sind, ein Faserbündel zu benetzen, das Bündel jedoch nur unter extremen Bedingungen so zu durchdringen, als daß Durchtränkung gewährleistet ist.Thermoplastic melts behave differently. You lie yourself relatively highly viscous under normal extrusion and injection molding pressures, so that they are able to wet a bundle of fibers, but only under the bundle to penetrate extreme conditions so that impregnation is guaranteed.

Dabei kann zwischen Matrixwerkstoff (Kunststoff) und Verstärkungsstoff nicht überall mit festem Verbund gerechnet werden.It can be used between matrix material (plastic) and reinforcement material cannot be expected to have a permanent bond everywhere.

Unter Anwendung des Preßdrucks ist es E 1 2 (Anm.: Literatur am Ende der Beschreibung) gelungen, glasfasermattenverstärkte Plastomere herzustellen, die als Halbzeug zu Formteilen weiterverarbeitet werden können.When the pressure is applied, it is E 1 2 (Note: literature at the end the description) succeeded in producing glass fiber mat reinforced plastomers that can be further processed as semi-finished products into molded parts.

Bei der Tränkung einer Glasfasermatte ist der Verarbeiter stets mit der Tatsache konfrontiert, daß die Schmelzefronten nach dem Umfließen der Glasfasern beim Zusammenfließen die Kohäsionsfestigkeit, die Eigenfestigkeit des Plastomeren nicht erreichen. Selbst bei der Koextrusion, wo etwa Schmelzeströme ein-und desgleichen Kunststoffes über einen längeren Bereich der Extrusionsdüse in Berührung stehen, verfließen in der Grenzfläche nicht so gut, als daß die Verbundfestigkeit Kohäsionsfestigkeiten erreicht. Hier, mehr noch aber bei der Koextrusion verschiedener Werkstoffe, hilft man sich durch die Verwendung von Jonomeren als haftvermittelnde Zwischenschicht.The processor is always involved in the impregnation of a fiberglass mat confronted with the fact that the melt fronts after flowing around the glass fibers when confluent, the cohesive strength, the intrinsic strength of the plastomer not reach. Even with coextrusion, where for example melt flows come in and the same Are in contact with the plastic over a longer area of the extrusion nozzle, do not flow in the interface so well as that the bond strength cohesive strength achieved. Here, but even more so with the coextrusion of different materials, it helps you yourself through the use of ionomers as an adhesion-promoting intermediate layer.

Aus früheren Arbeiten des Erfinders 2,3 2 ist bekannt, daß sich reaktive Polymere und thermoplastische Schmelzen durch Fügeurformen mit Polyreaktion" etwa im Spritzgieß- oder Extrusionsprozeß unter Druck zu flächenhaften Verbundteilen in einem Werkzeug und einem Arbeitsgang fügen lassen. Danach entsteht zwischen dem jeweiligen reaktiven Stoffsystem (z.B. ungesättigter Polyester) und verschiedenen Plastomeren fester Verbund.From earlier work by the inventor 2, 3 2 it is known that reactive Polymers and thermoplastic melts by joining molding with polyreaction "for example in the injection molding or extrusion process under pressure to form flat composite parts Can be joined in one tool and one operation. After that arises between the respective reactive substance system (e.g. unsaturated polyester) and various Solid composite plastomers.

Während die Verstärkung von Plastomeren mit Kurz fasern unter 0,5 mm Länge ebenso wie die damit verbundenen Schwierigkeiten der Haftvermittlung relativ gut gelöst ist, sind auf dem Gebiet der Verstärkung von Plastomeren mit langen bis zu Endlosfasern lediglich einige Ansätze gemacht worden. Problematisch ist weiterhin das Tränken eines Stranges aus üblicherweise sehr dünnen Fasern mit thermoplastischer Schmelze.While the reinforcement of plastomers with short fibers below 0.5 mm in length as well as the associated difficulties of bonding relatively is well resolved are in the field of reinforcement of plastomers with long up only a few approaches have been made to continuous fibers. Is still problematic the impregnation of a strand of usually very thin fibers with thermoplastic Melt.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Produkte, die üblicherweise extrudiert werden, an konkret von den Erfordernissen der Anwendung bestimmten Stellen derart zu armieren, d.h. zu verstärken, als daß im Verstärkungsstrang zwischen Matrixstoff und Verstärkungsfasern ebenso fester Verbund zustandekommt, wie zwischen den Verstärkungsfasern und der Kunststoffschmelze bzw. Extrudat.This invention is based on the object of products that are usually be extruded, at specific points determined by the requirements of the application to reinforce, i.e. to reinforce, in such a way as that in the reinforcement strand between the matrix material and reinforcing fibers as well as a solid bond between the reinforcing fibers and the plastic melt or extrudate.

Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der mit einem reaktiven oder niedermolekularen polymeren Haftvermittler getränkte Armierungsstoff mit der zu extrudierenden Kunststoffschmelze im Extrusionswerkzeug zu festem Verbund zwischen Fasern und Extrudat gefügt wird. Der Verbund bleibt auch im Zuge nachfolgender Kühlung des Produkts erhalten.The object is achieved according to the invention in that the with a reactive or low molecular weight polymeric adhesion promoter impregnated reinforcing material with the plastic melt to be extruded in the extrusion tool to form a solid bond is joined between fibers and extrudate. The association also remains in the course of the following Maintain cooling of the product.

Als Haftvermittler kommen in Abhängigkeit von den zu extrudierenden Kunststoffen reaktive Phasen auf der Basis von Phenolharz, Epoxidharz, Ungesättigtem Polyester und dgl. zur Anwendung. Um den Dampfdruck entstehender Abspaltprodukte oder niedermolekularer Bestandteile zu höheren Temperaturen zu verschieben, und um Hohlraumbildung zu vermeiden, wird der Fügevorgang unter dem Extrusionsdruck der Schmelze durchgeführt.As a bonding agent come depending on the to be extruded Plastics reactive phases based on phenolic resin, epoxy resin, unsaturation Polyester and the like. For use. About the vapor pressure of the cleavage products or move low molecular weight components to higher temperatures, and In order to avoid the formation of cavities, the joining process is carried out under the extrusion pressure carried out the melt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß etwa extrudierte Rohre, Profile, Folien und Bänder an jenen Stellen mit Verstärkungsstoffen armiert werden können, an denen im konkreten Anwendungsfall die höchsten Belastungen auftreten. Wesentliche Voraussetzung dafür bietet die Tatsache, daß hier Verstärkung und Extrudat in festem Verbund miteinander vorliegen.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that about extruded pipes, profiles, foils and tapes in those places with reinforcing materials can be reinforced, on which the highest loads in the specific application appear. An essential prerequisite for this is the fact that there is reinforcement here and extrudate are firmly bonded to one another.

Ein wirtschaftlicher Vergleich eines verstärkten und unverstärkten Produkts fällt zugunsten der Verstärkung aus. Die Relation Zugfestigkeit zu Dichte bei der Paarung Polypropylen/UP-gebundener Glasroving zu reinem PP ist etwa 30 : 1. Die Materialkosten verhalten sich wie etwa 1,1 : 1, wenn von gleichbleibenden Profilquerschnittsflächen ausgegangen wird.An economic comparison of a reinforced and unreinforced Product fails in favor of reinforcement. The relation between tensile strength and density when pairing polypropylene / UP-bonded glass roving to pure PP is about 30: 1. The material costs behave like about 1.1: 1 if of constant Profile cross-sectional areas are assumed.

In Hinblick auf die Verarbeitung bieten sich Vorteile hinsichtlich verbesserter Beherrschung der Profile bei der Extrusion an. Die Formgebung im Werkzeug bei herkömmlicher Extrusion ist bestimmt vom Werkzeugwiderstand und der sich daraus ergebenden Konsequenz für die Verfahrenstechnik im Extruder, insbesondere was die Druckverhältnisse anbelangt.In terms of processing, there are advantages in terms of improved control of the profiles during extrusion. The shaping in the tool with conventional extrusion it is determined by the tool resistance and that resulting from it resulting consequence for the process engineering in the extruder, in particular what the Pressure conditions are concerned.

Mit vorliegender Erfindung kann der Extrusionsvorgang dadurch erleichtert werden, daß über die Verstärkungsstränge auf das Extrudat bereits im Werkzeug Zug ausgeübt werden kann. Der Vorgang wird vom Verbund zwischen Plastomer und Verstärkungsstrang begünstigt. Dies kann zu höherem Ausstoß und damit zu höherer Wirtschaftlichkeit führen.With the present invention, the extrusion process can thereby be facilitated be that over the reinforcement strands on the extrudate already in the tool train can be exercised. The process is based on the bond between the plastomer and the reinforcement strand favored. This can lead to higher emissions and thus to higher profitability to lead.

Der bei der Kabelummantelung beobachtete Effekt, wonach sich der metallische Leiter vor dem Erstarren des Plastomeren durch Schwerkraft aus der Kabelmitte verlagert, tritt hier desto weniger in Erscheinung, je geringer die Dichteunterschiede zwischen Verstärkungsstoff und Plastomer sind (Kupfer : PE wie 9 : 1, GFK : PE wie 2,4 : 1 Ausführungsbeispiel Hergestellt wird ein Vierkantrohr mit den Maßen 30 x 30 x 3 mm und mit 4 x 4 Glasrovings versteift.The effect observed with the cable sheathing, after which the metallic Conductor relocated from the center of the cable by gravity before the plastomer solidifies, the less it appears here, the smaller the density differences between Reinforcement material and plastomer are (copper: PE like 9: 1, GRP: PE like 2.4: 1 Exemplary embodiment A square tube is produced with the Dimensions 30 x 30 x 3 mm and stiffened with 4 x 4 glass rovings.

Maschinen und Geräte Für die Plastomerextrusion wird eine handelsübliche Extrusionsanlage für ein Produkt aus Polystyrol-Copolymeren verwendet. Das Werkzeug ist Teil eines duerspitzkopfes. Die Nachfolgeeinrichtungen wie Kalibrier-, Kühl- und Ablängvorrichtungen sind analog der Verarbeitung ohne Verstärkungsstoff ausgebildet.Machines and devices A commercially available Extrusion line used for a product made from polystyrene copolymers. The tool is part of a duerspitzkopf. The downstream equipment such as calibration, cooling and cutting devices are designed analogously to processing without reinforcing material.

Zur Verarbeitung des Verstärkungsstoffes werden Rovings einer Abwickelstation entnommen. Die Glasstränge gelangen getrennt in eine Tränkwanne mit dem Haftvermittler und von dort über eine Hochfrequenz-Vorwärmstrecke in das Extrusionswerkzeug. Die Verstärkungsstränge (getränkte Rovings) werden im Werkzeug einzeln geführt und an diskreten Stellen des Extrusionsprofils in die Schmelze geleitet. Hier findet unter Zuführung zusätzlicher Wärme der Fügevorgang statt. Die im Reaktionssystem auftretende Schwindung wird durch unter Druck nachfließende Plastomerschmelze kompensiert. Ferner verhindert die Gegenwart des Extrusionsdruckes etwaige Bildung von Gasblasen. Er begünstigt auch übliche Vorgänge zur Selbstkompensation der Schwindung bei einigen Reaktions-Haftvermittlern.To process the reinforcement material, rovings are used in an unwinding station taken. The glass strands arrive separately in a soaking tub with the adhesion promoter and from there via a high-frequency preheating section into the extrusion tool. the Reinforcement strands (soaked rovings) are individually guided in the tool and attached passed into the melt at discrete points of the extrusion profile. Find here under Supply of additional heat instead of the joining process. The one occurring in the reaction system Shrinkage is compensated for by the plastomer melt flowing in under pressure. Further the presence of the extrusion pressure prevents any formation of gas bubbles. He also favors common processes of self-compensation for shrinkage in some Reaction adhesion promoters.

Materialien Plastomer : Polystyrol 482 G BASF AG Haftvermittlungssystem (Gewichtsteile GT) 100 GT Ungesättigtes Polyesterharz Vestopal X 2407 Hüls AG 1 GT Härter Trigonox 21 S Akzo Chemie 1 GT Cobaltbeschleuniger (1 %ig) BASF AG Verstärkungsfasern : Glasfaserroving Vetrotex EC 10-2400-K931 -Gevetex Textil-Glas GmbH (40) Literatur 1. Ehrenstein, G.W. u.a. Glasfaserverstärkte Thermoplaste, Vortrag anläßlich der 13. öffentlichen Jahrestagung der AVK 1976 in Freudenstadt 2. Käufer, H. und Wachsmann, M.-A.Materials Plastomer: Polystyrene 482 G BASF AG adhesion promoting system (Parts by weight GT) 100 GT unsaturated polyester resin Vestopal X 2407 Hüls AG 1 GT hardener Trigonox 21 S Akzo Chemie 1 GT cobalt accelerator (1%) BASF AG reinforcing fibers : Glass fiber roving Vetrotex EC 10-2400-K931 -Gevetex Textil-Glas GmbH (40) literature 1. Ehrenstein, G.W. including glass fiber reinforced thermoplastics, lecture on the occasion of the 13th public annual meeting of the AVK 1976 in Freudenstadt 2nd buyer, H. and Wachsmann, M.-A.

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Claims (12)

Patentansprüche zur Anmeldung mit dem Titel VERFAHREN ZUM ARMIEREN VON KUNSTSTOFFEN BEI DER EXTRUSION DURCH MIT REAKTIVEN HAFTVERMITTLERN GETR0NKTE FASERSTRÄNGE Hauptanspruch: Verfahren zum Armieren von Kunststoffen bei der Extrusion durch mit reaktiven Haftvermittlern getränkte Faserstränge dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler zwischen Fasern und Extrudat die Faserstränge aufgrund seiner geringen Viskosität zu tränken vermag. Der Haftvermittler geht im Verlauf der Fertigung über das Extrusionswerkzeug infolge einer Polyreaktion in festen Zustand über und vermittelt feste Haftung zwischen Verstärkungsstoff und Extrudat.Claims for registration with the title VERFAHREN ZUM ARMIEREN OF PLASTICS DURING EXTRUSION THROUGH IMPROVED WITH REACTIVE ADHESION AGENTS FIBER STRANDS Main claim: Process for reinforcing plastics during extrusion characterized by fiber strands impregnated with reactive adhesion promoters, that the adhesion promoter between fibers and extrudate, the fiber strands due to its low viscosity is able to impregnate. The bonding agent goes in the course of manufacturing via the extrusion die as a result of a polyreaction in the solid state via and provides a firm bond between reinforcement and extrudate. Unteransprüche: 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsstrang allseitig vom Extrudat umschlossen wird.Dependent claims: 2. The method according to claim 1, characterized in that that the reinforcement strand is enclosed on all sides by the extrudate. 3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Fügevorgang unter Extrusionsdruck des schmelzflüssigen Plastomeren, Elastomeren oder Duromeren erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the joining process under the extrusion pressure of the molten plastomer, elastomer or thermoset he follows. 4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsstoff als Roving sowie als vorkonfektioniertes getränktes oder ungetränktes Band, Netz, Schlauch oder dergleichen zur Anwendung kommt.4. The method according to claim 1, characterized in that the reinforcing material as roving as well as pre-fabricated impregnated or unimpregnated tape, net, Hose or the like is used. 5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsstoff als Teil mit endlicher Länge oder endlos etwa von der Spule oder dergleichen zugeführt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the reinforcing material supplied as a part with a finite length or endlessly, for example, from the spool or the like will. 6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudat zum Zeitpunkt des Fügens als thermoplastische Schmelze vorliegt.6. The method according to claim 1, characterized in that the extrudate is present as a thermoplastic melt at the time of joining. 7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Fügepartner getrennt hergestellt und im Extrusionswerkzeug gefügt werden.7. The method according to claim 1, characterized in that the joining partners manufactured separately and joined in the extrusion tool. 8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler kurz vor dem Fügevorgang als niedermolekulares Polymer durch einen zweiten Extrusionsprozeß auf den Verstärkungsstrang gebracht wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the adhesion promoter shortly before the joining process as a low molecular weight polymer through a second extrusion process is brought to the reinforcement strand. 9. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsstoff in Tandem-Verfahrensweise in ein und demselben Werkzeug mit Haftvermittler versehen wird, in dem unmittelbar danach der Fügevorgang erfolgt.9. The method according to claim 1, characterized in that the reinforcing material Adhesion promoter is applied in tandem in one and the same tool in which the joining process takes place immediately afterwards. 10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion des Haftvermittlers vor dem Fügevorgang d.h. bereits außerhalb des Fiigewerkzeugs gestartet oder durch Ablauf geeigneter Vorgänge auf den Fügevorgang vorbereitet wird.10. The method according to claim 1, characterized in that the reaction of the bonding agent before the joining process, i.e. outside the fixing tool started or prepared for the joining process by running suitable processes will. 11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Polyreaktion durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Hochfrequenz oder auf chemische Weise gestartet wird.11. The method according to claim 1, characterized in that the polyreaction started by thermal conduction, thermal radiation, high frequency or in a chemical way will. 12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsstrang, der auf einer Vorbehandlungsstrecke mit Haftvermittler versehen und einer vollständigen Aushärtung unterzogen wurde, nochmals mit dem gleichen Haftvermittler benetzt und über das Fügewerkzeug mit der Schmelze vereinigt wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the reinforcing strand, which is provided with an adhesion promoter on a pretreatment section and a complete one Was subjected to curing, wetted again with the same adhesion promoter and is combined with the melt via the joining tool.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3929146A1 (en) * 1989-09-02 1991-03-07 Martin Rudolph Continuous thermoplastic FRP prodn. - by feeding suitable fibrous material together with heated thermoplastics and consolidating combination by passing it through e.g. extruder

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