DE2831363A1

DE2831363A1 - Thermoplastischer laminatbogen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2831363A1
Application number: DE19782831363
Authority: DE
Inventors: Michael Phillip Dellavecchia; Joseph E Mackey; Albert H Steinberg
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1979-02-08
Also published as: IT7868689A0; FR2397938B1; CA1132325A; IT1160423B; FR2397938A1; JPS5421476A; JPS6054183B2; GB2073658A; GB2073658B; GB2001282A; GB2001282B

Description

Thermoplastischer Laminatbogen und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft verstärkte thermoplastische Materialien und spezieller eine Apparatur und Methode zum Extrudieren eines stanzbaren verstärkten thermoplastischen zusammengesetzten Bogens, der als Verstärkung eine Glasfasermatte enthält.

In der Apparatur und Methode, die zur Ausbildung stanzbarer verstärkter thermoplastischer zusammengesetzter Bögen verwendet werden, wird eine lange Glasfasermatte zwischen einer mit Glasfasern gefüllten Schicht aus thermoplastischem Harz und einer faserfreien Schicht des Harzes sandwichartig eingefügt und zu einem mehrschichtigen Produkt laminiert, während sich die faserfreie Harzschicht in einem geschmolzenen Zustand befindet.

Eines der größeren Probleme mit solchen Systemen ist die Schwierigkeit eines Uberziehens im wesentlichen aller Pasern der Matte während der Laminierung. Das Problem ist besonders groß, wenn Matten mit einer hohen Konzentration an Glasfasern oder unter Benützung zerschnittener Glasfaserstränge verwendet werden. Um das Problem eines unvollständigen Überziehens zu mildern, war es oft erforderlich, das Mattengewicht und die Füllstoffkonzentration zu vermindern, die Harzmenge zu erhöhen, Harzmodifiziermittel zu benützen und die Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu senken. Diese Notwendigkeiten erhöhen die Kosten und verschlechtern die Qualität des laminierten Produktes.

809886/0775

Die Erfindung liefert einen festen, leicht stanzbaren thermoplastischen Bogen und ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines solchen Bogens in wirtschaftlicher und zuverlässiger Weise. Der Bogen ist im wesentlichen frei von Oberflächenwelligkeit und durchschauenden langen Glasfasern und umfaßt in Gewichtsprozenten einer jeden Schicht (a) wenigstens eine Schicht mit etwa 40 bis 100 % eines synthetischen thermoplastischen Polymers, etwa 0 bis 50 % eines feinteiligen Füllstoffes und 0 bis 45 % kurzer Glasfasern mit einer Faserlänge im Bereich von 0,25 bis 19 mm (0,01 bis 3/4 Inch) die allgemein parallel zu der Ebene der Bogenoberfläche angeordnet sind,(b) eine mit der ersten Schicht verbundene Verstärkungsschicht mit 50 bis 100 % synthetischen thermoplastischen Polymers auf einer extrudierten Basis, eine lange Glasfasermatte aus Fasern mit einer Länge von wenigstens 25 mm (1 Inch) und mit einem Gewicht im Bereich von 0,1 bis 16 Unzen je Quadratfuß der Mattenoberfläche und mit 0 bis 50 % feinteiligen Füllstoffen sowie (c) eine die Matte in ihre Lage bringende Einrichtung zwischen wenigstens einer Schicht und der Matte, die die Matte in der Verstärkungsschicht während der Bildung des zusammengesetzten Erzeugnisses hält, wobei die Matte in einem Grundmaterial des thermoplastischen Polymers im wesentlichen eingebettet ist und die Verstärkungsschicht im wesentlichen frei von kurzen Glasfasern ist.

Außerdem liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten laminierten Bogens, bei dem man (a) eine erste Bogenschicht, die etwa 40 bis 100 Gew.-% thermoplastisches Polymer, etwa 0 bis 50 Gew.-% feinteiligen

809886/0775

Füllstoff und 0 bis 45 Gew.-% kurze Glasfasern mit einer Menge im Bereich von 0,25 bis 19 mm (0,01 bis 3/4 Inch) die in einer Ebene allgemein parallel zu der Bogenoberfläche angeordnet sind, umfaßt, mischt und extrudiert (b) diese erste Bogenschicht in einem Walzensatz unter Bildung einer geprägten Oberfläche mit einer Vielzahl von Vorsprüngen darauf prägt, (c) eine zweite Bogenschicht, die etwa 50 bis 100 Gew.-% thermoplastisches synthetisches Polymer und 0 bis 50 Gew.-% feinteiligen Füllstoff umfaßt, aber im wesentlichen frei von Glasfasern ist, mischt und.extrudiert_;(d) den ersten Bogen, den zweiten Bogen und eine lange Faserglasmatte, deren Fasern eine Länge von wenigstens 25 mm (1 Inch) besitzen, in den Spalt eines Satzes von Laminierwalzen einführt, während das Harz des zweiten Bogens sich noch in einem geschmolzenen Zustand befindet, wobei die lichte Weite zwischen den Walzen kleiner als die Dicke der dem Walzenspalt zugeführten Bögen und Glasfasermatte zusammen ist und wobei die lange Glasfasermatte dadurch während der Imprägnierung der Matte in dem zweiten Bogen angeordnet wird, und daß man den ersten und zweiten Bogen zu einem glatten Mehrschichtprodukt laminiert.

Anhand der Zeichnung und der folgenden Beschreibung wird die Erfindung weiter erläutert. In der Zeichnungen bedeutet:

Fig. 1 schematisch ein System zur Herstellung zusammengesetzter Bögen nach der Erfindung,

809886/0775

Flg. 2 eine Stanzpresse für die Bögen nach der Erfindung,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt eines zusammengesetzten Bogens nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Alternative zu dem in Figur 3 gezeigten Bogen und Fig. 5 eine alternative Ausführungsform nach der Erfindung.

In der Zeichnung nimmt ein erster Extruder 11 ein Gemisch von thermoplastischem Harz, wie Nylon, kurzen Glasfasern undfeinteiligem Füllstoff auf und extrudiert dieses durch ein Mundstück, um einen gefüllten bzw. mit Füllstoff versehenen Bogen

13 zu produzieren, der durch eine Walze 70 eines Walzensatzes

14 geprägt wird, um eine geprägte Oberfläche 72 mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 74 darauf zu bilden. Ein ähnlicher thermoplastischer Bogen 15 wird von dem Extruder 16 gebildet und in ähnlicher Weise durch die Walze 76 eines Walzensatzes 17 geprägt. Ein dritter Extruder 19 führt einen thermoplastischen Bogen 20 in Laminierwalzen 21 gleichzeitig mit Bögen 13 und und einer oder mehreren langen Glasfasermatten 23, die von einer Walze oder von Walzen 24 zugeführt werden. Es ist wichtig, daß der Bogen 20 sich in einem geschmolzenen Zustand in dem Punkt befindet, wo die Bögen auf den Walzen 21 zusammenlaufen und daß die Bögen 13 und 15 sich unter dem Schmelzpunkt des Polymers befinden, so daß die Vorsprünge 74 die Glasmatte oder Glasmatten 23 in dem geschmolzenen Bogen 20 während der Imprägnierung der Matte oder Matten 23 durch den Bogen 20 in ihrer Lage halten.

809886/0775

- ίο -

Auf diese Weise wird die lange verstärkende Glasfasermatte in dem Bogen 20 im wesentlichen eingekapselt und beeinträchtigt nicht die Oberflächenqualitäten der Bögen 13 und 15, wenn diese miteinander laminiert werden. Der Bogen wird anschließend mit dem Schneidmechanismus 26 auf der Fördereinrichtung 27 zerschnitten und dem Stapeltisch 28 zugeführt.

Ein wichtiges Merkmal dieser Ausführungsform des Verfahrens besteht in den Arbeitsbedingungen an dem Walzensatz 21.

Der Abstand zwischen den Walzen 21 Ca) und 21(b) ist geringer als die kombinierte Dicke der vier Komponenten 13, 15, 20 und 23. (Die Dicke der Matte 23 wird unter geringer Kompression oder ohne Kompression gemessen.) Dies ist erforderlich, um eine Imprägnierung der Matte 23 durch den Bogen 20 und eine Laminierung des resultierenden Produktes zu Bögen 13 und 15 zu bekommen.

Die Temperatur des Bogens 20 sollte oberhalb (wenigstens 10 ⁰C oberhalb) des Thermoplasten-Schmelzpunktes liegen, um eine ausreichende Restwärme zu bekommen, um ein Kühlen des Bogens 20 zwischen dem Extrudermundstück 30 und dem Walzensatz 21 zu ermöglichen und dadurch eine gleichmäßige Imprägnierung der Glasfasermatte zu gestatten. Vorzugsweise ist der Bogen 50 bis 100 °C oberhalb des Polymerschmelzpunktes an dem Punkt des Zusammenlaufs zwischen den Walzen 21(a) und 21(b). Erhitzen des Bogens auf eine Temperatur höher als 350 C in dem Extruder kann einen Abbau oder eine Zersetzung des Polymers

809886/0775

verursachen und führt zu übermäßigem Energieverbrauch. Niedrigere Temperaturen führen zu einer unzureichenden Imprägnierung der Matte 23 durch den Bogen 20 einschließlich eines ungünstigen Flusses des Polymers in die Zwischenräume der Glasmatte, einer unzureichenden Bindung der Bögen 13 und 15 an den Bogen 20 und einer unzureichenden Bindung der Pasern an das Polymer, was zu schlechten physikalischen Eigenschaften in dem Endprodukt führt.

Aus den gleichen Gründen sollte der von den Walzen 21(a) und 21(b) ausgeübte Druck im Bereich von 100 bis 1500 Pound je lineares Inch und vorzugsweise 150 bis 400 Pound je lineares Inch betragen, um eine zufriedenstellende Bindung der Schichten und Imprägnierung der Glasmatte 23 durch den Bogen 20 zu gewährleisten. Die Walzen 21(a) und 21 (b) müssen geeigneten Durchmesser und geeignete Wanddicke und Lager ausreichender lasttragender Kapazität haben, um eine übermäßige Ablenkung der Walzen 21(a) und 21(b) zu veihindern. Obermäßige Ablenkung der Walzen 21(a) und 21(b), d. h. eine Ablenkung in der Grössenordnung von etwa 3 Tausendstel Inch oder mehr, können zu einer ungleichmäßigen Imprägnierung der Glasmatte 23 durch den Bogen 20, zu einer ungleichmäßigen Bindung der Bögen 13 und 15 an den Bogen 20, zu einem ungleichmäßigen Aussehen der Oberfläche und zu einer ungleichmäßigen Dicke des Bogens 25 führen.

Nach dem Verlassen des prägenden Walzensatzes 14 kommt der Bogen 13 in Kontakt mit der Walze 21(d) und dann der Walze

8 0 9886/0775

21(a). Nach dem Verlassen des prägenden Walzensatzes 17 kommt der Bogen 15 in Berührung mit der Walze 21 (c) und dann init der Walze 21 (b). Die Walzen 21 (c) und 21(d) werden auf einer Temperatur nahe dem Polymerschmelzpunkt, aber unterhalb desselben, vorzugsweise 5 bis 40 ⁰C.unterhalb des Polymerschmelzpunktes gehalten. Die Walzen 21(a) und 21(b) werden auf eine Temperatur von 10 bis 70 C unterhalb des Polymerschmelzpunktes gehalten. Die Temperaturen der Walzen 21(a), 21(b), 21 (c) und 21(d) und die Infraroterhitzer 30(a) und 30(b) werden so eingestellt, daß die Temperatur der Bögen 13 und 15 hoch genug ist, um eine feste Bindung der Bögen 13 und 15 an den Bogen 20 zu bekommen , jedoch nicht so hoch, daß man zu einem Ankleben des Bogens 13 an der Walze 21(d) oder 21(c) oder des Bogens 15 an der Walze 21(a) oder 21(b), Erweichung der Vorsprünge 74 oder Verschlechterung der Oberflächenqualität des Bogens 25 kommt.

Kühlwalzen, wie Walzen 29(a) und 29 (b) können verwendet werden, um die Temperatur des Laminats 25 schnell ausreichend für ein leichtes Schneiden auf dem Schneidmechanismus 26 zu senken.

Eine Alternativausführungsform, die in Figur 5 erläutert ist, bekommt die Glasmatte 123 durch den Bogen 120 getrennt imprägniert. Unter diesen Umständen wird die Walze 121(a) mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 174 versehen, um die Matte 123 während der Imprägnierung der Matte 123 mit dem Bogen 120 in dem Bogen 120 in ihrer Lage zu halten. Die Enden der Vorsprünge zwingen die Matte 123 in den Bogen 120 und bewirken, daß ge-

809886/0775

schmolzene Teile des Bogens 120 aus dem Extruder 119 in von benachbarten Vorsprüngen gebildete Pfade fließen, um die Matte 123 zu umschließen. Die Vorsprünge bringen somit die Matte in die Mitte des Bogens 120 und halten sie dort und erleichtern so das überziehen der Matte 123 mit dem Bogen während der Imprägnierung. Die so erzeugte imprägnierte Matte 125 kann gestanzt oder zu einem Bogen oder zu Bögen 13, 15 laminiert werden, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben ist. Außerdem können mehrere Prägewalzen 121(a) und 121(b) verwendet werden, wobei die Walze 121(b) mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 174' ähnlich den Vorsprüngen 174 der Walze 1.21 Ca), versehen ist, um die Matte 123' in dem Bogen 120 in ihre Lage zu bringen und in ihrer Lage zu halten.

Das in die Lage Bringen und in der Lage Ealten der Matte kann auch mit Hilfe eines Siebes 80 erfolgen, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist. Dieses Sieb wird zwischen den Bogen 13 und die Matte 23 vor der Laminierung eingebracht, wobei die Stränge des Siebes 80 Vorsprünge bilden und die öffnungen des Siebes Durchgänge bilden, die im wesentlichen auf gleiche Weise wie die Vorsprünge und Durchgänge der Bögen 13, 15 oder der Walze 21 Ca) funktionieren. Das Sieb 80 erleichtert die Imprägnierung der Matte C23) mit der Schmelze 20 vayd liefert ein zusätzliches verstärkendes Mittel für den zusammengesetzten Bogen, Typischerweise hat das Sieb 80 eine Maschengröße im Bereich von etwa 2,5 cm (1 Inch) bis Nr. 8 der US-Standard-Siebreihe und besteht aus Metall, Kunststoff, Fasermateriäl,

80 9 886/0775

wie Glasfasern, Graphitfasern, Baumwollfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern, Celluloseacetatfasern oder dergleichen. Wenn hier der Ausdruck eines die Matte in ihre Lage bringenden oder in ihrer Lage haltenden Mittels verwendet wird, soll dieser Ausdruck auch Einrichtungen, wie eine perforierte Platte, einen expandierten Metallbogen, Gaze oder dergleichen meinen.

Unabhängig davon, ob nun die Vorsprünge auf den Bögen 13 und 15 oder auf der Walze 21(a) vorliegen, variiert ihre Zahl und Gestalt je nach Verfahrensparametern, wie der Mattendichte, der Füllstoffkonzentration, der Laminierzeit und der Laminiertemperatur und dergleichen. Typischerweise sind die Vorsprünge kegelförmige Teile mit einer Höhe von etwa O,25 bis 2,5 mm (0,01 bis 0,1 Inch) und mit einem Basisumfang von etwa 5 bis 20 mm (0,2 bis 0,8 Inch) und die Vorsprünge sind entweder willkürlich oder regelmäßig mit einer Entfernung von etwa 1,5 bis 25 mm (0,06 bis 1 Inch) im wesentlichen über die gesamte Fläche der mit der Matte in Berührung stehenden Oberfläche des Bogens oder der Laminierwalze verteilt. Die Vorsprünge können alternativ pyramidenförmig, zylinderförmig, kubusförmig oder in einer anderen regelmäßigen oder unregelmäßigen Gestalt geformt und derart angeordnet sein, daß sie ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster, wie in der Form eines Gekritzels oder dergleichen, bilden.

Nach der Imprägnierung der Glasmatte 123 mit dem Bogen 120 in getrennter Arbeitsweise kann der vereinigte Bogen 125 mit

809886/0775

dem Bogen 13 oder den Bögen 13 und 15 in einem Laminierverfahren laminiert werden, worin die Schichten unter Druck miteinander gebunden werden. Die Laminierung des vereinigten Bogens 125 mit dem Bogen 13 oder den Bögen 13 und 15 kann auch während des Erhitzens und Stanzens erfolgen, wobei unterschiedliche Laminate je nach dem zu produzierenden Teil miteinander vereinigt werden. Ein Beispiel der letzteren Methode ist in Figur 2 gezeigt. Ein Sandwich 25, das aus den Schichten 13 und 15 und dem vereinigten Bogen 125 aufgebaut ist, wird in dem Ofen 34 erhitzt. Diese Erhitzungsstufe dient dazu, die Bögen für das Stanzen in der Presse 36 zu konditionieren und auch eine leichte Bindung zwischen den Grenzflächen der Schichten zu bewirken. Der anschließende Druck in der Presse 36 hat die Wirkung einer gleichzeitigen Laminierung des mattenhaltigen Bogens 125 mit den Bögen 13 und 15 mit einer einstückigen Ausbildung des resultierenden zusammengesetzten Teils.

Ein typischerweise produzierter zusammengesetzter Bogen ist in Figur 3 erläutert. Er besteht (a) aus einer oder mehreren Oberflächenschichten, die 40 bis 100 %Polymer, 0 bis 45 % gut dispergierte, willkürlich orientierte kurze Glasfasern und 0 bis 50 % fainteiligen Füllstoff enthalten, (b) aus einer Verstärkungsschicht, die im wesentlichen aus einer langen Glasverstärkungsmatte mit einem Gewicht von 0,1 bis 16 Unzen je Quadratfuß besteht, zusammen mit die Matte in ihre Lage bringenden unddn ihrer Lage haltenden Einrichtungen, die hier in der Form eines Siebes 80 gezeigt sind, eingebettet in ein thermoplastisches Polymergrundmaterial, das auf extrudierter Basis 50 bis 100 % thermoplastisches Harz und 0 bis 50 % feinteili-

809886/0775

gen Füllstoff enthält, so daß es im wesentlichen keine Wanderung der langen Glasfasern zu der Oberflächenschicht 13 und keine Wanderung der kurzen Glasfasern, wenn solche vorhanden sind, zu der Verstärkungsschicht, die allgemein bei 70 gezeigt ist, erfolgt.

Der stanzbare zusammengesetzte Bogen kann eine oder zwei fehlerfreie Oberflächen haben. Die kurzen, gut dispergierten Fasern 38, wenn solche vorhanden sind, sind willkürlich, aber vorherrschend zwei-dimensional in der Ebene der Bögen 13 und 15 orientiert. D.h. mehr als 50 % der Fasern sind im wesentlichen parallel zur Ebene des Bogens ausgerichtet. Eine solche Orientierung der kurzen Fasern bekommt man leicht beim Extrudieren, Walzen, Recken oder ähnlichen orien t ierenden Verfahren, und die Orientierung der kurzen Fasern dient vorzugsweise dem Zweck der Erfindung, Bögen mit glatten Oberflächen zu bekommen.

Die Dicke des Oberflächenbogens sollte wenigstens 10 Mil (0,25 mm) größer als die Höhe der Vorsprünge 74 sein, wenn darauf vorhanden, um ein Abreißen während der Laminierung zu verhindern. Typischerweise hat der Obarflächenbogen 13 eine Dicke von wenigstens 0,5 mm (20 Mil ). Ein dünnerer Oberflächenbogen kann auch gestatten, daß das Muster der Verstärkungsmatte 23 auf der Oberfläche des zusammengesetzten Bogens 25 sichtbar wird. Die Mindestdicke das Bogens 20 wird nach der Notwendigkeit bestimmt, die Glasfasermatte 23 zu imprägnieren und liegt typischerweise bei etwa 0,75 bis 2 mm (30 bis 80 Mil ). Wenn die Dicke des Bogens 20 kleiner als

809886/0775

etwa 0,25 mm ist, dann ist die Glasfasermatte 23 wahrscheinlich nicht gleichmäßig von dem Bogen 20 imprägniert, und der zusammengesetzte Bogen 25 hat dann wahrscheinlich ungleichmäßige Eigenschaften.

Die thermoplastischen Polymere, die zur Ausbildung der Bogenzusammensetzungen verwendet werden können, welche ihrerseits zu Formungen gestanzt werden können, sind nach dem Verfahren der Erfindung beispielsweise die verschiedenen thermoplastischen Materialien, die normalerweise beim Spritzformen, Extrudieren, Vakuumformen, Blasformen,, Faserspinnen oder bei ähnlichen Verfahren zur Verarbeitung von Thermoplasten verwendet werden. . . . "

Geeignete thermoplastische Harzmaterialien, die zur Herstellung des zusammengesetzten. Laminates nach der Erfindung benützt werden können, sind beispielsweise die alkeny!aromatischen Harze, wie typischerweise Polystyrol„ Styrolcopolymere, Gemische von Copolymeren und Pfropfcopolymere von Styrol und Kautschuk und dergleichen. Die Erfindung kann auch unter Benützung von Polyvinylchlorid oder Copolymeren von Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid durchgeführt werden»

Besonders erwünschte Thermoplasten in solchen Zusammensetzungen sind die Polyamide, d. h. Polymere mit regelmäßig sich wiederholenden Ämidgruppen als integraler Teil der Hauptkette. Polyamide, wie Nylon 6,6 (ein Kondensationsprodukt von Hexamethylendiamin und Adipinsäure) und Nylon 6 (das Polymerisationsprodukt von E-Aminocapronsäure oder S-Caprolactam) sind Beispiele der

809886/0775

Polyamide oder Nylonarten.

Polyolefine können ebenfalls verwendet werden, wie Polymere und Copolymere von Äthylen, Propylen, Methylpanten und Gemischen hiervon.

Weitere Polymere, die benützt werden können, sind beispielsweise Polyurethane, Polysulfone, Polycarbonate und lineare Polyester, wie Polyäthylenterephthalat und Polybutylenterephthalat, Celluloseester, wie Celluloseacetat und Cellulosepropionat, halogenierte Polyolefine und Polyacetale.

Auch eingeschlossen in den Ausdruck "Polymer" sind Gemische oder Copolymere zweier oder mehrerer polymerer Materialien. Beispiele solcher Polymere sind Polyäthylen/Polypropylen, Äthylen-Äcrylsäure-Vinylacetatterpolymere und dergleichen.

Die zur Herstellung der Fasermatte verwendeten Glasfasern werden vorzugsweise in der Form von Strängen oder Bündeln verwendet, die wenigstens etwa 25 mm (1 Inch) zusammenhängende Länge haben. Die Verstärkungsmatte kann gewebt oder ungewebt sein. Die Stränge oder Fasern, aus denen die Verstärkungsmatte besteht, werden, wenn diese ungewebt Qäer ein Vlies ist, entweder durch harzartige klebende Bindemittel (hitzehärtbare oder thermoplastische Harze) oder durch "Nadeln" zusammengehalten oder, wenn sie gewebt ist, durch die mechanische Wechselwirkung der beliebig aufgebauten Webstruktur zusammengehalten.

809886/0775

Die einzelen Glasstränge in der Matte bestehen aus etwa 2 bis 400, vorzugsweise 5 bis 120 Fäden je Strang. Jeder Faden hat einen Durchmesser von etwa 0,0075 bis etwa 0,025 mm (0,00030 bis etwa 0,001 Inch), vorzugsweise von 0,00875 bis 0,02125 mm (0,00035 bis 0,00085 Inch). Die Glasmatte, die die verstärkende Phase bildet, kann ein Gewicht von 0,3 bis 16 Unzen je Quadratfuß haben.

Die kurze Glasfaserverstärkung hat eine Durchschnittslänge in dem Endprodukt von wenigstens etwa 0,25 mm (0,01 Inch).Diese Kurzlängen der Faserverstärkung erhält man aufgrund der Eigenschaften der Verarbeitungsapparatur, die verwendet wird, um diese Verstärkung mit dem thermoplastischen Harz zu vermischen. Wenn beispielsweise Fasern von 3 mm (1/8 Inch) Länge oder größerer Länge in den Beschickungstrichter eines Extruders mit einer einzelnen Schnecke zusammen mit dem Harz gegeben werden, werden die Fasern gewöhnlich herab bis zu kürzeren Längen als die ursprüngliche Ausgangslänge von 3 mm infolge des Abriebs, der Scherkräfte, der Turbulenz und der von den Fasern ausgeübten mechanischen Arbeit unterbrochen. Größere Längen (wie beispielsweise mittlere Längen größer als 0,25 mm - 0,015 Inch) in einem größeren Teil der kurzen Faserverstärkung) können beibehalten werden, indem man den Umfang des Brechens der Faserlänge durch Scherwirkung oder mechanische Einflüsse unter etwas Opferung an Homogenität oder unter Hinnahme verlängerter Verarbeitungszeiten auf ein Minimum herabsetzt, obwohl Längen größer als 19 mm (3/4 Inch) für die Erfindung nicht erwünscht sind, da sie während des Stanzens in Rippen usw. fließen müssen. Eine

809886/07 7 5

andere Verarbeitungsmaschine,die zum Vermischen und/oder zur Herstellung des mit kurzen Fasern gefüllten Harzbogens verwendet werden kann, ist ein Doppelschneckenextruder. In diesem Fall kann das fadenförmige Verstärkungsmaterial zu gerührtem, durch Wärme plastifiziertem Polymer zwischen den Schnecken des Extruders durch eine Beschickungsöffnung, wie eine Entlüftungsöffnung, zugegeben werden. In dem letzteren Fall kann das fadenförmige Verstärkungsmaterial in den Doppelschneckenextruder in der Form von Garn oder Vorgespinst eingeführt werden, und die kurzen Faserlängen würden dann durch das mechanische Zerbrechen infolge der Mischwirkung der Schnecken erhalten werden.

Glasfasern, wie sie normalerweise für die Verstärkung von Thermoplasten verwendet werden, können mit einem Nachbehandlungsmittel behandelt oder beschichtet werden, übliche Nachbehandlungsmittel bestehen gewöhnlich aus mehreren Komponenten, von denen jede eine bestimmte Funktion hat. Beispielsweise ergibt ein Bindemittel oder Filmbildner dem Glasfaserstrang Stabilität für die Verarbeitbarkeit und verhindert ein Flockigwerden und unterstützt die Verteilung des Nachbehandlungsmittels . Ein Schmiermittel verhindert eine Unterteilung des Stranges durch Abrieb der Einzelfäden gegeneinander und gegen die Faserverarbeitungsanlage. Ein Kupplungsmittel dient dazu, eine größere Anhaftung zwischen den Glasfasern und dem Polymerharz und damit verbesserte Festigkeitseigenschaften zu bekommen. Ein Emulgier- oder Dispergiermittel gestattet eine ausreichende Auflösung der verschiedenen Bestandteile in dem erforderlichen

809886/0775

Trägermittel (häufig Wasser) und verbessert die Verträglichkeit zwischen den verschiedenen Bestandteilen. Außerdem werden auch oftmals pH-Einstellmittel, antistatische Mittel, Benetzungsmittel und oberflächenaktive Mitel zu den Nachbehandlungsmitteln zugesetzt. Gewöhnlich können siliziumorganische Verbindungen als Kupplungsmittel zweckmäßig verwendet werden. Beispielsweise sind halogenierte oder nicht halogenierte vinylhaltige und alkylhaltige, Alkylalkoxy-, Alkenyl-, Aminoalkyl-, Aminoalkoxy-, Acyloxy-, Alkenylacyloxy- und ähnliche Silane, deren Hydrolyseprodukte und Polymere der Hydrolyseprodukte für eine solche Verwendung geeignet. Zusammensetzungen dieser Art und Methoden einer Verwendung sind dem Fachmann bekannt.

Ein anderer Bestandteil des verbesserten thermoplastischen Bogenmaterials, das hier beschrieben wird, ist der feinteilige Füllstoff. Solche Füllstoffe können aus einer großen Vielzahl von Mineralien, Metallen, Metalloxiden, kieselsäurehaltigen Materialien, Metallsalzen und Gemischen hiervon ausgewählt werden. Diese Füllstoffe können gegebenenfalls mit verschiedenen Kupplungsmitteln oder Haftungsförderern behandelt werden, wie dem Fachirann bekannt ist. Vorteilhafte physikalische Eigenschaften bekommt man, wenn das Füllstoffmaterial einen Young-Modul von 10 psi oder mehr und wenigstens einen Young-Modul zweimal so groß wie der des Polymers hat. Beispiele von Füllstoffen in diesen Kategorien sind Tonerde, Aluminiumhydrate, Feldspat, Asbest, Talkum, Calciumcarbonate, Ton, Ruß, Quarz, Novaculit und andere Formen von Kieselsäure, Kaolinit, Bentonit, Granat, Glimmer, Saponit, Beidelit, Calciumoxid, Calciumhydroxid

809886/0775

usw. Die oben aufgezählten Füllstoffe sind nur erläuternde Beispiele, und die Erfindung ist nicht auf bestimmte zu verwendende Füllstoffe beschränkt.

Der feinteilige Füllstoff kann dem thermoplastischen Harz vor, während oder nach der Zugabe der kurzen Glasfasern zu dem Harz zugesetzt werden. So können beispielsweise Füllstoff und Harzpellets in dem Beschickungstrichter eines Extruders mit einer einzelnen Schnecke eingefüllt werden, und das Gemisch wird dann vermengt und zu dem Mundstück befördert. Kurze Glasfasern können dem geschmolzenen Gemisch an einer Entgasungsöffnung oder an einer anderen derartigen öffnung abstromwärts von dem Beschickungstrichter zugesetzt werden, und das Gemisch wird dann zu Pellets oder direkt zu dem Bogen der geeigneten Dicke für die !!aminierung mit der Glasmattenverstärkung extrudiert. In dem Extrudierverfahren treten die kurzen Fasern willkürlich in der Ebene des extrudierten Bogens orientiert aus dem Extruder aus.

Andere in kleineren Mengen zugesetzte Additive, die von Wert für die Bogenzusammensetzungen sein können, sind beispielsweise antistatische Mittel, Weichmacher, Schmiermittel, Keimbildungsmittel, Schlagfestigkeitsmodifiziermittel, Färbemittel, Hitze- und Lichtstabilisatoren und andere ähnliche Verarbeitungshilfsmittel .

Jeder der obigen Bestandteile hat eine spezielle Funktion innerhalb des zusammengesetzten Materials. Das thermoplastische Harz ist natürlich das Grundmaterial, das die anderen Bestandteile

809886/0775

miteinander verbindet. Als das Grundmaterial beeinflußt das Harz die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des zusammengesetzten Bogens. Wenn ein gestanztes Produkt beispielsweise mit einer extrem hohen Wärmebestandigkeit erforderlich ist, würde ein Nylon (Polyamid) oder ein linearer Polyester als Grundmaterial statt eines Polyäthylens oder Polypropylens verwendet werden. Wenn beispielsweise eine extrem hohe Schlagfestigkeit erforderlich ist, kann ein schlagfestes Styrolcopolymer oder Polycarbonat statt Polystyrol oder eines brüchigeren linearen Polyesters verwendet werden.

Mit aus Nylon-6-Harz gebildeten Bögen ist es bevorzugt, Talkum als keimbildendes Mittel für das Nylon zu benützen. Für diesen Zweck werden in den Bogen etwa 0,5 bis 1,5 Gew.-% oder mehr Talkum in das Nylon eingearbeitet. Vorzugsweise enthält der Bogen etwa 1 % Talkum, bezogen auf das Nylongewicht. Andere keimbildende Mittel können alternativ in ähnlichen Mengen mit Nylon (Polyamid) oder anderen kristallinen Polymeren verwendet werden.

Obwohl zusammengesetzte Produkte ohne Füllstoff gebildet werden können, enthalten die am meisten erwünschten Bögen Füllstoff.

Die Funktionen des feinteiUgen Füllstoffes sind: (1.) eine Erhöhung des Modul und der Steifheit des zusammengesetzten Bogens und (2.) eine wirtschaftlichere Zusammensetzung.

8 0 98 86/0775

Die Funktionen der kurzen Faserverstärkung sind: (1.) eine Erhöhung der Bogensteifheit und mechanischen Festigkeit, (2.) eine Erhöhung der Schmelzviskosität der Harzphase, (3.) eine zusätzliche Verstärkung zu der durch die lange Glasfasermatte, (4.) ein Fluß von verstärktem Kunststoff gemisch in kleine Hohlräume, Vertiefungen, Rippen, Öffnungen usw. während des Stanzens und (5.) eine verbesserte Oberfläche, in welcher die meisten kurzen dispergierten Fasern in der Ebene des Bogens orientiert sind und liegen. Außer der Fähigkeit, schmale verstärkte Rippen, Vertiefungen oder ähnliche Abschnitte zu bilden, da kurze Fasern in solche Abschnitte fließen, unterstützt die hohe Schmelzviskosität des Gemisches von Harz, Füllstoff und kurzen Fasern die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften. Wegen der allgemein verbesserten Formbarkeit der vorliegenden Zusammensetzungen können außerdem längere, dünnere und komplexer geformte Formlinge als bisher geformt werden.

Die parallel zu der Ebene des Bogens (im Gegensatz zu senkrecht zu der Ebene des Bogens) orientierten kurzen Fasern ergeben eine glatte Oberfläche, die frei von der Glasmatte und von heraustretenden Faserenden ist.

Nachfolgend wird die Erfindung spezieller durch ein Beispiel beschrieben.

Die Formung des Bogens kann mit einer Tiefziehpresse erfolgen, die einen Werkzeugsatz aus poliertem Stahl besitzt, um zylindrische Tassen mit einem Durchmesser von 12,5 cm herzustellen.

809886/0775

Die Temperatur des Werkzeugsatzes aus poliertem Stahl kann mit Hilfe eines elektrischen Erhitzers eingestellt und auf etwa 140 C gehalten werden. Die verwendeten Stahlformen sind hochpoliert und verchromt (verspiegelt).

Der vorerhitzte Bogen kann zu der Dampfpresse überführt und mit einem Druck von 800 psi, der während 10 Sekunden aufrechterhalten wird, gestanzt werden. Das gestanzte Teil kann auf Raumtemperatur gekühlt und 24 Stunden bei Raumtemperatur gehalten und der flache Boden der Tasse dann für einen Test bezüglich der Oberflachenrauhheit ausgeschnitten werden.

Beispiel

Nylon-6-Harz wird mit 25 % kurzen Glasfasern und 15 % Kaolin in einem Extruder 11 vermischt und zu einem Bogen 13 extrudiart. Ein Bogen 15 ähnlicher Zusammensetzung wird von dem Extruder 16 extrudiert. Die Bögen 13 und 15 werden von Walzen 70 und 76 geprägt, um jeden der Bögen mit einer Mattenkontaktoberfläche mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 74 zu versehen. Beide Bögen 13 und 15 werden mit Glasfasermatten 23 und dem geschmolzenen Bogen 20 beim Walzenspalt der Laminierwalzen 21(a) und 21(b) zusammengebracht. Die Matten 23 werden in dem Bogen 20 durch die VorSprünge 74 in ihre Stellung gebracht und in ihrer Stellung gehalten, um einen mittleren Verstärkungsbogen zu bilden, der 75 % Nylon und 25 % Glasmatte umfaßt.

809886/0775

Die resultierende Sandwichstruktur wird in dem Spalt der Walzen 21 (a), 21(b) und auf den Walzen 29(a) und 29(b) laminiert und nachbehandelt. Der resultierende Bogen wird zu Zuschnitten zarteilt und gelagert.

Nachdem die Erfindung in ihren Einzelheiten beschrieben wurde, liegt es auf der Hand, daß diese Einzelheiten variiert und verändert werden können, was für den Fachmann ohne erfinderisches Zutun möglich ist.

809886/0775

Claims

Dr. Hans-Heinrich Willrath f _D _ ₆₂₀₀ Wiesbaden ι

Dr. Dieter Weber _W/B Postfach 6145

T^l'r-wi DUxrn T<TUno Ca.'tf^,. Gustav-Freytag-Straße25

UipL-i nys. jsiaus oeiiiert η ο ο ι ^ fi *5 ®^{(0 61} ^{n)37 v 20}

ZO J vOw Telegrammadresse: WILLPATENT

PATENTANWÄLTE *^{W V} _Telex:4.₁₈₆₂₄₇

File 7700-979 ¹³· ^{Juli 1978}

Allied Chemical Corporation
Morristown, Nev; Jersey 07960 /USA

Thermoplastischer Laminatbogen und Verfahren zu dessen Herstellung

Priorität; 18. Juli 1977 in USA, Serial-No. 816 630

Patentansprüche

ι 1.(Thermoplastischer Laminatbogen, dadurch gekennzeichnet, daß er, ausgedrückt als Gewichtsprozente der jeweiligen Schicht,

(a) wenigstens eine Schicht mit etwa 40 bis 100 % eines synthetischen thermoplastischen Polymers, etwa 0 bis

50 % eines feinteiligen Füllstoffes und 0 bis 45 % 809886/0775

Postscheck; Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276 807

ORIGINAL INSPECTED

kurzer Glasfasarn mit einer Länge im Bereich von 0,25 bis 19 mm (0,01 bis 3/4 Inch), die allgemein parallel zu der Ebene der Bogenoberfläche angeordnet sind,

(b) eine mit der ersteren Schicht verbundene Verstärkungsschicht mit 50 bis 100 % synthetischem thermoplastischem Polymer auf extrudierter Basis, einer langen Glasfasermatte bzw. Matte mit langen Glasfasern aus Fasern mit einer Länge von wenigstens 25 mm (1 Inch) und mit einem Gewicht im Bereich von 30 bis 4883 g je Quadratmeter (0,1 bis 16 Unzen je Quadratfuß) und 0 bis 50 % auf extrudierter Basis, eines feinteiligen Füllstoffes und

(c) die Matten in ihre Lage bringende und/oder in ihrer Lage haltende Einrichtungen zwischen wenigstens einer Schicht undcfer Matte, die die Matte in der Verstärkungsschicht während der Bildung des zusammengesetzten Erzeugnisses halten, wobei die Matte im wesentlichen in einem Grundmaterial des thermoplastischen Polymers eingebettet ist und die Verstärkungsschicht im wesentlichen frei von kurzen Glasfasern ist, umfaßt.
2. Bogen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Matte in ihre Lage bringenden und/oder in ihrer Lage haltenden Einrichtungen eine Vielzahl von Vorsprüngen sind, die aus einem Stück mit wenigstens einer Schicht bestehen.

809886/0775
3. Bogen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Matte in ihre Lage bringenden und/oder in ihrer Lage haltenden Einrichtungen ein Sieb mit einer Maschengröße von etwa 25 mm (1 Inch) bis Nr. 8 dar US-Standardsiebreihe sind.
4. Verfahren zur Herstellungeines thermoplastischen Laminatbogens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man

(a) eine erste Bogenschicht, die etwa 40 bis 100 Gew.-% thermoplastisches Polymer, etwa 0 bis 50 Gew.-% eines feinteiligen Füllstoffes und 0 bis 45 Gew.-% kurzer Glasfasern mit einer Länge im Bereich von 0,25 bis 19 mm (0,01 bis 3/4 Inch) die in ainar Ebene allgemein parallel zu der Bogenoberflache angeordnet sind, umfaßt, extrudiert,

(b) diese erste Bogenschicht in einem Walzensatz unter Ausbildung einer geprägten Oberfläche mit einer Vielzahl von VorSprüngen darauf prägt,

(c) eine zweite Bogenschicht, die etwa 50 bis 100 Gew.-% synthetisches thermoplastisches Polymer und 0 bis 50 Gew.-% feinteiligen Füllstoff umfaßt, aber im wesentlichen frei von Glasfasern ist, extrudiert und

809886/0775

(d) den ersten Bogen, den zweiten Bogen und eine lange Glasfasermatte bzw. Matte mit langen Glasfasern, deren Fasern eine Länge von wenigstens 25 mm (1 Inch) haben , in einen Walzenspalt eines Satzes von Laminierwalzen einführt, während das Harz des zweiten Bogens noch in geschmolzenem Zustand ist, wobei der Abstand zwischen den Walzen kleiner als die Dicke der Bögen und der Glasmatte, die dem Walzenspalt zugeführt werden, zusammen ist und die lange Glasfasermatte bzw. Matte mit langen Glasfasern in dem zweiten Bogen während der Imprägnierung der Matte angeordnet wird, und der erste und zweite Bogen zu einem glatten Mehrschichtprodukt laminiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorsprünge auf der Oberfläche in regelmäßiger Anordnung und mit einer Höhe im Bereich von 0,25 bis 2,5 mm (0,01 bis 0,1 Inch) prägt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorsprünge in Abständen von etwa 1,5 bis 25 mm (0,06 bis 1 Inch) prägt.
7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Walzensatz eine Walze mit einer mit Vertiefungen versehenen Prägeoberfläche verwendet.
8. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Laminat-

8 0 9886/0775

bogens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) eine Bogenschicht, die etwa 50 bis 100 Gew.-% synthetisches thermoplastisches Polymer und 0 bis 50 Gew.-% feinteiligen Füllstoff umfaßt, aber im wesentlichen frei von Glasfasern ist, extrudiert,

(b) diesen Bogen und eine lange Glasfasermatte bzw. eine Matte mit langen Glasfasern, deren Fasern eine Länge von wenigstens 25 mm (1 Inch) haben, in den Walzenspalt eines Satzes von Laminierwalzen einführt, während das Harz des Bogens noch im geschmolzenen Zustand ist, wobei der Abstand zwischen den Walzen kleiner als die Dicke der Bögen und der Glasmatte, die dem Walzenspalt zugeführt werden, zusammen ist,und

Cc) die lange Glasfasermatte bzw. Matte mit langen Glasfasern während der Imprägnierung der Matte in dem Bogen anordnet und den Bogen und die Matte zu einem Plattenmehrschichtprodukt laminiert.
9. Verfahren nach Anspruch 8,_: dadurch gekennzeichnet, daß man als eine der Laminierwalzen eine solche mit einer in Berührung mit der Matte tretenden Oberfläche mit einer Vielzahl von Vorsprüngen verwendet und die Matte in dem zweiten Bogen mit Hilfe der Enden dieser Vorsprünge hält oder anordnet, wobei die Enden der Vorsprünge kleiner ausgebildet sind.

809886/0775