DE2948235C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Harzplatte - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Harzplatte

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von mit Fasern verstärkten thermoplastischen Kunststoffplatten (DE-OS 12 816). Dabei werden zwei Glasfasermatten zunächst erwärmt und am Zusammenführungspunkt ge- m schmolzcnes thermoplastisches Material zwischen die
Matten eingebracht. Beim Zusammenführen von Schmelze und Malten dringt diese teilweise in die Matten ein. Erst beim unmittelbar anschließenden Verpressen wird die Matte vollständig getränkt und die Luft daraus verdrängt. Dieses Verpressen findet zwischen kontinuierlich arbeitenden Bändern statt, wobei Preßvorgang und Abkühlen praktisch gleichzeitig ablaufen. Die Preßwerkzeuge sind im allgemeinen nicht beheizt, so daß eine Abkühlung des heißen Halbzeugs in der Druckzone stattfindet. In Beispiel 1 dieser Druckschrift ist angegeben, daß die Endlos-Glasseidenmatten über zwei beheizte Walzen in die Druckzone eingeführt werden.
Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß es unvermeidbar ist, daß geringe Lufteinschlüsse in den auf diese Weise durchprägnierten Harzmatten bestehen bleiben, die sich bei Aufhebung des Anpreßdruckes aufweiten und zu einem Aufgehen der faserverstärkten Matten führen. Diese Matten sind im übrigen auch relativ elastische Matten, die sich unter Druck zwar verpressen lassen, jedoch anschließend dazu neigen, federnd zurückzuspringen.
Weiterhin sind mit Glasfasern verstärkte theimoplastische Platten bekannt, die unter Anwendung von Wärme und Druck eine Vielzahl von Formen, zum Beispiel für die Verwendung in der Automobilindustrie, geprägt werden können. Typische Verfahren für die Herstellung solcher Produkte sind zum Beispiel in den US-PS 36 64 909, 37 13 962 und 38 50 723 beschrieben. In US-PS 36 84 645 sind glasfaserverstärkte thermoplastische Platten und deren Herstellung beschrieben, die Fasern unterschiedlicher Länge aufweisen. Diese Platten weisen die oben beschriebenen Nachteile auf.
Derartige mit Glasfasern verstärkte Harzlaminate können in üblicher Weise geprägt werden, wie dies zum Beispiel aus den US-PS 36 21 092 und 36 26 053 bekannt ist.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Hersteilung einer mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Harzplatte bereitzustellen, wobei dieses Verfahren sich insbesondere auch für die kontinuierliche Durchführung unter Verwendung relativ dicker genadelter Matten und hochviskoser Harze eignen soll.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
Es wurde festgestellt, daß eine Vorerwärmung der verstärkenden Matten nicht erforderlich ist, wenn man eine definierte heiße Laminierzone ausbildet und in dieser einen speziell ausgewählten Druck an das Laminat anlegt.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden infolgedessen die Glasfasermatten und ein geschmolzenes thermoplastisches Harz und auf der Außenseite jeder Matte ein Film aus thermoplastischem Harz in eine Laminierzone geführt. In der Laminierzone werden Wärme und ein spezieller Druck an das Harz und die Glasfasermatte angelegt, um sicherzustellen, daß das Harz während des Durchgangs durch diese Zone im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Die Verweilzeit der Matte und des geschmolzenen Harzes während ihres Durchgangs durch diese Zone wird so gewählt, daß sie ausreichend ist, daß das geschmolzene Harz durch die Glasmatte fließt und diese sorgfältig imprägniert. Dann wird das Laminat in eine Kühlzone geführt, die unter Druck gehalten wird, wobei das in die Matte eingedrungene Harz sich verfestigt, so daß am Ausgang der Kühlzone eine kontinuierliche Platte aus mit Glasfaser verstärktem Harz erhalten wird. Durch die Kombination dieser Maßnahmen wird die Dichte und die Dikke der Platte und ihr Gehalt an Hohlräumen gleichbleibend gesteuert. Die erhaltene mit Glasfasern verstärkte Platte läßt sich in bekannter Weise weiter verarbeiten, zum Beispiel durch Prägen.
Es können bei der Erfindung verschiedene thermoplastische Harze für die Herstellung der Laminate verwendet werden.
Dabei handelt es sich um thermoplastische Kunststoffe, wie Homopolymere und Copolymere. Beispiele derartiger Harze sind:
1. Vinylharze, die durch Polymerisation von Vinylha-Iogeniden oder durch Copolymerisation von Vinylhalogeniden mit anderen ungesättigten polymerisierbaren Verbindungen erhalten werden, zum Beispiel mit Vinylestern, «^-ungesättigten Säuren,
b5 ^-ungesättigten Estern, «,^-ungesättigten Ketonen, ^-ungesättigten Aldehyden und ungesättigten Kohlenwasserstoffen, wie Butadicncn und Styrol en;
2. Poly-Ä-olefine, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyisopren und Copolymeren von a-ÖleFinen;
3. Phenoxyharze;
4. Polyamide, wie Polyhexamethylenadipamid;
5. Polysulfone;
6. Polycarbonate;
7. Polyacetale;
8. Polyäthylenoxid;
9. Polystyrol, einschließlich Copolymeren von Styrol mit anderen monomeren Verbindungen, wie Acrylnitril und Butadien;
10. Acrylharze, wie Polymeren von Methyl-(meth)acrylat. Acrylamid, Methylolacrylamid. Acrylnitril und Copolymeren mit anderen Monomeren, wie Styrol und Vinylpyridinen;
11. Polychlorbutadien;
12. Polyphenylenoxidharze;
13. Polyester, wie Polybutylenterephthalat und PoIyäthylenterephthaJat und
14. Celluloseester, wie Cellulosenitrat, -acetat und -propionat.
Die bei der Erfindung verwendeten Glasfasermatten können durch bekannte Verfahren, zum Beispiel gemäß der US-PS 38 83 333 hergestellt werden. F.ei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren wird die Matte dadurch hergestellt, daß man einen kontinuierlichen Glasseidenspinnfaden auf einem Fließband in einer ineinandergreifenden Kette in der gewünschten Tiefe ablegt. Die Spinnfäden werden üblicherweise durch eine Ausziehvorrichtung abgelegt, die den Spinnfaden auf der Oberfläche des Fließbands quer über die Breite der Oberfläche in einer Richtung quer zu der Bewegung des Fließbandes ablegt. Die in dieser Weise abgelegte Matte wird dann durch eine Nadelvorrichtung geführt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das thermoplastische Harz als geschmolzenes Extrudat einem Extruder entnommen. Dabei wird das Extrudat zwischen die Laminieroberflächen in einer Plattenform aus einem Extrusionswerkzeug eingebracht, wobei dieses Werkzeug bei einer ausreichenden Temperatur und einem ausreichenden Druck gehalten wird, um das Harz in einem fließfähigen Zustand bei der Zufuhr in die Laminierzone zu halten. Zusätzlich werden Filme des thermoplastischen Harzes auf der Außenseite jeder Matte in die Laminierzone eingeführt.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung könren außer den bereits genannten Stoffen auch noch andere Materialien zugesetzt werden, die die Eigenschaften der erfindungsgemäßen verstärkten Harzplatte nicht nachteilig beeinflussen. Hierzu gehören Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe und andere übliche Zusatzstoffe, beispielsweise Antioxidantien, Bacterizide. antistatische Mit'.el, Stabilisatoren und Mittel gegen das Wachstum von Meerestieren und -pflanzen. Im allgemeinen liegt die Menge solcher Zusät/e unterhalb etwa 30 Gew.-% des Produktes, typischerweise zwischen IO und 20 Gew. %.
Das Laminierverfahren nach der Erfindung wird bei bestimmten Drucken und Temperaturen durchgeführt. Bei der ersten Stufe des Verfahrens wird die verstärkende Glasfasermatte mit dem geschmolzenen Hur/, in der Weise in Berührung gebracht, daß das Harz in die Matte eindringt und sie sorgfältig benetzt. In dieser heißen Stufe des Laminierungsverfahrens liegen die Drücke in der Regel zwischen 2,36 bis 3,05 bar. Die gewählte Temperatur hängt von der Erweichungstemperatur der verwendeten Harze ab und liegt im allgemeinen bei 177 bis 288°C. Wenn man Polypropylen als Harz verwendet, so wählt man in der heißen Stufe typischerweise eine Temperatur von 204 bis 232° C. In der Kühlzone wird mindestens der gleiche Druck an das Laminat angelegt wie in der heißen Laminierzone, so daß eine Ausdehnung von eventuell noch unter Gasdruck stehender Hohlräume in der Kühlzone unmöglich ist und ein Produkt mit einheitlichen Oberflächenmessungen entsteht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenem Verfahrens weht zwei um Walzen umlaufende, die beheizte Laminierzone und die Kühlzone durchlaufende endlose Bänder und Einrichtungen zum Ausüben von Preßdruck auf die Bänder auf. In der erwärmten Laminierzone und der Kühlzone sind jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung der umlaufenden Bänder bewegbare, mit hydraulischem Druck betriebene obere und untere Druckplatten zum Ausüben von Preßdruck vorgesehen. Diese wirken jeweils auf eine Vielzahl die Bewegung der Bänder durch die Zonen bewerkstelligenden, in den Zonen quer über die Bänder angeordneten Walzen ein.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die eine Laminiervorrichtung zeigt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
Bei dem schematisch dargestellten Verfahren werden Harzfolien beziehungsweise Harzplatten 100 und 101. Glasfasermatten 102 und 103 und erweichtes Harz 104 zwischen die Bänder 105 und 106 einer kontinuierlichen Laminiereinrichtung eingebracht. Die Bänder 105 und 106 sind kontinuierliche Bänder, die um die Walzen 107 und 108 beziehungsweise die Walzen 109 und 110 bewegt werden.
Die Laminiervorrichiung ist in zwei getrennte Abschnitte 120 und 130 unterteilt. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß eine räumliche Trennung dieser Art einerseits nicht unbedingt erforderlich ist und daß andererseits mehr als zwei Unterteilungen möglich sind. In der Zeichnung ist 120 die heiße Laminierzone, die mit einer oberen Druckplatte 121 und einer unteren Druckplatte 122 ausgestattet ist. Diese Druckplatten lassen sich in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsbahn der Bänder 105 und 106 bewegen Diese Druckplatten 121 und 122 \verden unter hydraul schem Druck betrieben und können Drücke bis 3.05 bar auf das Material ausüben, das in der Laminierzone zwischen den Bändern 105 und 106 hindurchgeführt wird. Die Bewegung des laminierten Materials durch diese Zone wird durch eine Vielzahl von Walzen 123 und 124. die an den oberen beziehungsweise unteren Bereichen der Laminierzone angeordnet sind, bewerkstelligt. Die Walzen 123 und 124 sind Stäbe, die sich quer über die Bänder 105 und 106 erstrecken. An ihren Enden sind sie mi' einer Gelenkkette verbunden, die über Gelenkzahnräder 125 beziehungsweise 126 läuft. Die Gelenkzahnräder 125 und 126 werden durch einen nicht gezeigten Motor angetrieben. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird der durch die Bänder 105 und 106 ausgeübte Laminierdruck auf die Bänder durch die Walzen 123 und 126 übertra-
fao gen. wenn die Druckplatten 121 und 122 in Kontakt mit ihnen sind. Die Walzen 123 und 124 bewegen die Bänder 105 und 106 durch die Zone 120. wobei die Drücke der Druckplatten 121 und 122 auf die Bänder 105 und 106 während ihres Durchganges durch diese Zone ausgeübt werden.
Der Zone 120 wird außerdem Wärme zugeführt, die das Plattenmaterial beim Durchgang durch diese Zone erreicht, um das Harz in einem erweichten Zustand zu
halten und sicherzustellen, daß es die Glasfasermatten sorgfältig imprägniert.
Das Laminat wird dann aus der Zone 120 in die Zone 130 geführt, die mit Druckplatten 131 und 132 und Walzen 133 und 134 an ihren oberen beziehungsweise unteren Abschnitten ausgestattet ist. In ähnlicher Weise, wie in Zone 120 werden die Walzen 133 und 134 über Kettenzahnräder 135 und 136 und eine Kette 137. die an den Walzen 133 und 134 befestigt sind, bewegt. Die Druckplatten 132 und 131 üben Druck auf das Laminat wäh- κι rend seines Durchgangs durch die Zone 130 aus. Mit Hilfe einer nicht gezeigten Einrichtung für indirekten Wärmeaustausch durch ein l'luides Medium wird in der Zone 130 und beim Durchgang zwischen den Walzen 133 und i34 von dem Laminat Wärme abgeführt, so daß das Harz erstarrt. Das fertige feste Produkt 140 wird aus der Zone 130 entfernt und kann dann gespalten, geschnitten oder in anderer Weise verarbeitet oder verpackt werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung besitzen eine erheblich höhere Flexibilität hinsichtlich der physikalischen Bedingungen der Herstellung von Laminaten aus thermoplastischen Harzen mit verstärkenden Glasfasern. So können im Bereich der heißen Zone 120 durch Verwendung der Druckplatten 121 und 122 Drücke innerhalb der Grenzen der Vorrichtung verwendet werden. Im allgemeinen können die Drücke bis zu 3,05 bar betragen, wobei jedoch ein Druck von 2,36 — 3,05 bar angewendet wird. In ähnlicher Weise kann Wärme in der heißen Zone 120 leicht und innerhalb eines großen Bereiches variiert werden, um eine befriedigende Imprägnierung der Glasfasermatte zu erreichen. Typischerweise liegen die Temperaturen in diesem Bereich der Vorrichtung bei 149 bis 316°C, wobei Temperaturen von 121 bis 288° C bevorzugt sind. Für Polyolefinkunststoife sind Temperaturen von 204 bis 232° C bevorzugt.
In der Kühlzone 130 kann der Druck durch die Platten 131 und 132 ebenfalls genau gesteuert werden, so daß der Hohlraumanteil des fertigen Laminats 140 nach Wunsch eingestellt werden kann. Es werden Drücke von 1,32 bis 9,22 bar, bevorzugt 2,36 bis 5,1 bar eingestellt. Wenn infolgedessen der Druck in der Zone 130 bei einem größeren Wert gehalten wird als in der Zone 120, erhält man ein Produkt mit einem niedrigen Anteil an Hohlräumen, der nahezu bei 0 liegen kann. Unter Verwendung des Verfahrens und bei Benutzung eines Drukkes von 3.05 bar in der heißen Zone 120 und auch in der Kühlzone 130 erhält man beim Laminieren mi: Polypropylen ein Produkt mit einem Anteil an Hohlräumen von 3 bis 4 Vol.-%. Man kann auch Produkte mit einem niedrigeren Prozentgehalt an Hohlraumvolumen dadurch erzeugen, daß man in der Kühlzone 130 einen höheren Druck aufrechterhält als in der Zone 120.
In der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden vorgefertigte thermoplastische Filme 100 und 101 verwendet und ein erweichtes Extrudat, das zwischen den Glasmatten 102 und 103 angeordnet wird. Dies ist die übliche Ausführungsform des Verfahrens, doch kann das Verfahren auch abgewandelt werden. Man kann beispielsweise eine Vielzahl von Schichten des Extrudats entweder aus getrennten Extrudern oder aus einem einzigen Extruder mit mehreren Düsen verwenden. Bei der zuletzt erwähnten Ausführungsform werden die Matten oder die Matte in solcher Weise b5 zugeführt, daß das Extrudat auf die Außenseite der Glasmatte und auch auf die Innenseite der Glasmatte aufgebracht wird. Der Vorteil der Verwendung eines Extrudats anstelle von Filmschichten 100 und 101 besteht darin, daß das Extrudat keine Wärme zum Erweichen des thermoplastischen Materials in der Heizzone 120 erfordert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Harzplatte durch kontinuierliches Zufuhren genadelter Glasfasermatten und geschmolzenem thermoplastischen Harz in einer erwärmten Laminierzone mit einer das Harz im erweichten Zustand haltenden Temperatur, Imprägnieren der Matten mit dem geschmolzenen thermoplastischen Harz, Kühlen des Laminats bis zur Verfestigung des Harzes, wobei in der Laminierzone und bei Kühlen ein Druck von 0,1 —20 bar ausgeübt wird, und Abführen der mit Glasfasern verstärkten festen Harzplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der erwärmten Laminierzone auf der Außenseite jeder Matte ein Film aus theriiioplasti'-chem Harz zugeführt und oabei ein Druck von 2,36—3.05 bar angelegt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei um Walzen umlaufenden, eine beheizte Laminierzone und eine Kühlzone durchlaufenden endlosen Bändern und mit Einrichtungen zum Ausüben von Preßdruck auf die Bänder, dadurch gekennzeichnet, daß in der erwärmten Laminierzone (120) und der Kühlzone (130) jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung der umlaufenden Bänder (105, 106) bewegbare, mit hydraulischem Druck betriebene obere Druckplatten (121,131) und untere Druckplatten (122,132) vorgesehen sind, die jeweils auf eine Vielzahl die Bewegung der Bänder (105, 106) durch die Zonen (120, 130) bewerkstelligenden, in den Zonen (120, 130) quer über die Bänder (105, 106) angeordneten Walzen (123, 124, 133, 134) einwirken.
DE2948235A 1978-12-04 1979-11-30 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Harzplatte Expired DE2948235C2 (de)

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