DE3014000A1

DE3014000A1 - Faserverstaerktes, thermoplastisches harzpraeparat

Info

Publication number: DE3014000A1
Application number: DE19803014000
Authority: DE
Inventors: Steven R Gerteisen; David R Wetzel
Original assignee: Dart Industries Inc
Current assignee: Dart Industries Inc
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1980-04-11
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE3014000C2; BR8002272A; GB2047253A; JPS55139453A; JPS5651186B2; IT8021387A0; AR218577A1; US4388422A; IT1141276B; BE882633A; GB2047253B; FR2454450A1; CA1149147A

Description

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PATENTANWÄLTE

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK · dr. P. WEINHOLD · München dipping. G. DANNENBERG · dr. D. GUDEL · dipl.-ing. S. SCHUBERT· Frankfurt

SIEGFRIEDSTRASSE 8 ΘΟΟΟ MÜNCHEN 4O

TELEFON: (O89> 335024 + 335025 TELEX: 5215679

SK/SK

RC-1441-M38

Dart Industried Inc.

ΡΐΟ. Box 3157 Terminal Annex

Los Angeles, Ca. 90051 / USA

Faserverstärktes, thermoplastisches Harzpräparat

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Die Verwendung von Kunststoffgehäusen für elektronische Anlagen und Komponenten wird heute auf dem Gebiet der Auto- j mobilindustrie und elektronischer Anlagen weitgehend akzep- ■ tiert. Die derzeit verfügbaren Kunststoffmaterialien haben ! jedoch den Nachteil, für elektromagnetische Interference (Strahlung)(üblicherweise als EMI bezeichnet) durchlässig : zu sein. Dieser Nachteil der verfügbaren Kunststoffmaterialien führt zu erheblichen Vorbehalten hinsichtlich der Anfälligkeit elektronischer Anlagen gegen die nachteiligen Wirkungen einer EMI Emission durch eine wachsende Anzahl von Verbrauchsgütern, die solche EMI Signale produzieren, und bezüglich der immer schärferen Vorschriften bezüglich einer derartigen elektromagnetischen Umweltverschmutzung. ^s

Der augenblickliche, wesentliche Versuch, die Abschirmprobleme von Kunststoffmaterial zu lösen, erfolgt durch Aufbringung metallischer Oberflächenüberzüge auf den verformten Kunststoff. Dabei bedient man sich der Vakuumabseheidung, einer Auskleidung mit Metallfolie, metallgefüllter Sprüh- : überzüge, des Zink-Flammsprühens und elektrischer Bogen- ^: entladung. Jedes dieser Verfahren ist von einem oder mehreren Nachteilen bezüglich Kosten, Haftung, Kratzfestigkeit,Umweltbeständigkeit, der zur Aufbringung notwendigen Zeitdauer und

ot, Schwierigkeiten beim angenessemen Schutz vieler unterschiedlicher geometrischer Formen, in welche der geformte Kunststoff gebracht werden muß, begleitet. \

In jüngerer Zeit wurde versucht, das EMI Problem durch Formulierung von Kunststoffkompositmaterialien zu lösen, die auf ,

der Verwendung verschiedener Füller in thermoplastischen Grundmassen beruhen. Keines der bisher entwickelten Kunststoffkompositprodukte hat sich jedoch als vollständig zufriedenj stellend erwiesen.

Weiter wird festgestellt, daß die getrennte Zugabe von Glasfasern und Kohlefasern zu harzartigen Materialien zwecks Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften

; auf dem Gebiet der verstärkten Kunststoffmaterialien bekannt

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ist. Glasfasern sind auch in den für elektrische Zwecke verwendeten Präparaten, z.B. als isolierende Emails für elektrische Leiter, eingesetzt worden. Die Verwendung der Glas- :> fasern für diese Zwecke erfolgte jedoch zwecks Verleihung physikalischer Eigenschaften, wie Beständigkeit gegen Kunst-= stofffluß, und zur Verhütung eines Abriebs des Emails.

Es wurde nun gefunden, daß man ein Kompositprodukt mit aus-) gezeichneten Abschrimeigenschaften gegen elektromagnetische Interferenzen erhält, wenn man das verstärkte thermoplastische Harzpräparat verformt, das durch Einverleibung metallisierter Glasfasern und Kohlefasern in eine thermoplastische Harzmatrix erhalten ist. ,

Die Kombination dieser beiden faserartigen Materialien mit : einem thermoplastischen Harz liefert ein Kompositprodukt mit

ausgezeichneter Abschirmwirkung gegen elektromagnetische \ \ Interferenz. Die erfindungsgemäßen Kompositprodukte eignen ! i?o sich ausgezeichnete für Abschirmzwecke in vielen verschie- · ; denen Endprodukten, wie Radios, Transmittoren, Computer usw. I

Das Kompositprodukt aus dem thermoplastischen Harz den Glas- \ und Kohlefasern kann nach üblichen bekannten Verfahren her- _?;, gestellt werden. Die vorteilhaftesten Eigenschaften werden ''■■

jedoch erzielt, wenn man, wie festgestellt wurde, diese , Komposite nach dem Verfahren der US PS 2 877 501 herstellt, i die hiermit in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Im Kompositprodukt sind die Fasern in der Harzmatrix mlteinj ander -vermischt, und das erhaltene Präparat wird nach den ! auf diesem Gebiet üblichen Verfahren verformt. Vorzugsweise ! werden jedoch die Endprodukte durch Spritzgußverformung her- ; gestellt, wobei dieses Verfahren optimale Ergebnisse lie- I j-^fert. *(" commingled")

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Die faserverstärkten Komponenten werden zweckmäßig nach dem sog. "Langglas"-Verfahren (" long glass" process) hergestellt, wobei die erhaltenen Produkte in der Technik als sog. "Langfaser"-Produkte bezeichnet werden. Bei diesen "Langfaser"-Produkten liegt die Länge des größten Teils der Fasern gewöhnlich erheblich über dem Bereich der durch-

j schnittlichen Fasernlänge in den sog. "Kurzfaser"-Produkten.

. Dieser Bereich liegt gewöhnlich zwischen etwa 0,25 mm ίο bis etwa 0,75 mm und umfaßt gewöhnlich die Gesamtlänge

·; der Stücke selbst. Bei diesem Verfahren werden gewöhnlich kontinuierliche Filamentlängen verwendet und durch ein das geschmolzene Harz enthaltendes Bad geleitet, wodurch die

; Fasern mit der gewünschten Harzmenge imprägniert werden.

15 Nach Imprägnierung der kontinuierlichen Filaments werden \ sie kontinuierlich aus dem Bad abgezogen, untereinander

: gemischt, bevor oder nachdem sie eine Wärmequelle passieren, und abgekühlt, um das geschmolzene Harz um die verwirrten ;

^! Filaments aus Kohlefaserrovings/*und metallisierten Glas- , ' ?n fasernrovings/ zu verfestigen, worauf sie in Querrichtung

- zur Bildung kurzer Stücke zerschnitten werden. Diese Stücke sind den Stücken der oben beschriebenen "Kurzfaser"-Produkte ähnlich, indem sich die Fasern praktisch parallel zueinander

und praktisch parallel zur Achse erstrecken, die durch die _?sRichtung definiert wird, in welcher die Materialien aus dem Bad abgezogen werden. Im Gegensatz zu den "Kurzfaser"-Pro-

; dukten erstreckten sich die Fasern der "Langfaser"-Produkte jedoch praktisch über den gesamten Abstand von einer abgeschnittenen Seite des Stückes zur anderen. Die Stücke des 30"Langsfaser"Produktes können eine Länge zwischen etwa 1,6 mm bis etwa 3β mm _P vorzugsweise etwa 3»2 bis 25 mm haben. Ein derartiges Verfahren wird in der US PS 3 042 570 beschrieben, die hiermit in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

■35/ (Vorgespinste)

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Statt der Verwendung eines Bades aus geschmolzenem Harz im j obigen Verfahren können die Filaments selbstverständlich j auch mit einer Harzsuspension oder -emulsion imprägniert | und anschließend einer zum Trocknen und Schmelzen des Harzes ! um die gemischten Filaments ausreichenden Wärme unterworfen \ werden; dieses Verfahren ist z.B. in der US PS 2 877 501 ! beschrieben.

ίο Die Filaments aus Kohlefaserrovings und metallisierten
Glasfaserrovings . können vor oder nach dem Durchgang durch
das geschmolzene Harzbad oder die Harzsuspension gemischt j oder verwirrt werden. Es wird jedoch bevorzugt, die getrennten Fasern durch ein gemeinsames Harzreservoir zu leiten und

κι die getrennten, überzogenen Stränge vor oder nach dem Durch- ^: gang durch eine Wärmequelle anschließend zu mischen. ^!

Neben einer ausgezeichneten elektromagnetischen Abschirm- !

j wirkung verleiht die Kombination aus Kohlefaserrovings und

^: ?o metallisierten Glasf aserovings ^em Material selbst auch j verbesserte Verarbeitungseigenschaften. Bei der Verarbeitung j einer Abschirmverbindung aus einem Polycarbonatharz und
metallisierten Glasfaserrovings nach dem "Langfaser¹¹ Verfahren können bei der Aufrechterhaltung eines kontinuierxliehen Verfahrens gewisse Schwierigkeiten auftreten. Die [ Schmelzviskosität des Polycarbonatharzes an dem Punkt, wo
die metallisierten Glasfaser.rovings eingeführt werden,
kann eine ausreichende Spannung ausüben, um den Strang zu i zerreißen, wodurch das kontinuierliche Überzugsverfahren

unterbrochen wird.

Bei der Verarbeitung der Kombination aus metallisierten Glas-; und Kohlefasersträngen nach der vorliegenden Erfindung kann
man trotz der hohen Schmelzviskosität des Polycarbonatharzes \ ₃₅ein kontinuierliches Verfahren aufrechterhalten. Wenn mit ; dem metallisierten Glasfaser roving ein Strang aus Kohlefaser roving anwesend ist, kann trotz eines gelegentlichen ί Reißens der metallisierten Glasfasern ein kontinuierliches
überzugsverfahren aufrechterhalten werden. Der nicht

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gerissene Kohlefaserstrang hält das überzugsverfahren in Gang und erlaubt die physikalische, erneute Kombination der metallisierten Glasfaserrovings zurück in den Uberzugs-Vorgang, und zwar in relativ kurzer Zeit, wodurch die bisherigen Schwierigkeiten durch Reißen des metallisierten Glasfaserrovings überwunden werden.

In Abwesenheit der Kohlefaserrovings ist bei einem Reißen ein zeitraubendes erneutes Einleiten der metallisierten Glas-* faserrovings durch das Harzbad notwendig. Die Wirkung der Anwesenheit von Kohlefaserrovings während der Verarbeitung mit anderen Polymeren, die höhere oder niedrigere Schmelzviskositäten als Polycarbonatharz haben, variiert mit der Schmelzflußviskosität.

In beiden, d.h. den "Kurzfaser"- und "Langfaser"-Produkten kann die Querschnittsdimension in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren erheblich variieren. Bei den durch Strangj 20 pressen von Strängen gebildeten "Kurzfaser"-Produkten hängt j die Querschnittsdimension von der Größe der Strangpreßöffnung ab. Bei den durch Imprägnieren kontinuierlicher Filamentj längen gebildeten "Langfaser"-Produkten hängt die Querschnittsdimension ab von der Gesamtzahl der imprägnierten und gesam- ; _?5 melten Filaments und der Harzmenge. Selbstverständlich gibt ^: es bestimmte praktische Grenzen für die Querschnittsdimen- : sionen der Stücke aufgrund von Verarbeitungsbegrenzungen. Allgemein wurde es als besonders zweckmäßig gefunden, Stücke :

ί mit einer nominellen Querschnittsdimension zwischen etwa ;

j

j301,6 bis etwa 6,4 mm zu bilden. ^!

i

Längliche Granulate, die vermischte metallisierte Glasfasern I

und Kohlefasern in einer thermoplastischen Harzmetrix enthal-i ten, werden nach den bereits beschriebenen Verfahren herge- ; ₃₅stellt. Nach Herstellung der länglichen Granulate aus metallisierten Glas- und Kohlefasern im thermoplastischen Harz z.B. , jeweils in Polycarbonatharz, wird das erhaltene Komposit j nach bekannten Verfahren verformt. Die Homogenisierung erfolgt

in der Verformungsstufe. ■

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Die Verhältnisse der Komponenten in der Endmischung kann bezüglich Gesamtfaserverstärkung zu Harz zwischen etwa 10 bis etwa 45 %_t vorzugsweise etwa 15 bis etwa 35 %_t variiert werden. Innerhalb dieses Bereiches härgt das optimale Verhältnis vom Endverwendungszweck oder dem besonderen, gewünschten Ziel ab. In manchen Fällen wurde für optimale Ergebnisse ein Verhältnis von Faser zu Harz von 1 bis 4 ^; als besonders zweckmäßig gefunden.

■ Das Verhältnis von metallisierten Glasfasern zu Kohlefasern j innerhalb der Faserverstärkungskomponente kann zwischen etwa ; 20 bis etwa 80 %, vorzugsweise zwischen etwa 50 zu 80 %, j liegen. Für optimale Ergebnisse hat sich ein Verhältnis von ] _1S 3 Teilen metallisierter Glasfaser zu etwa 1 Teil Kohlefaser ! als besonders wirksam erwiesen.

j Selbstverständlich kann man in das Präparat übliche Glasfasern, wie z.B. "E"-Glasfasern, als Streckmittel einverleiben. Weiter können auch andere übliche Füller, Pigmente usw., mitverwendet werden.

Man kann auch längliche Granulate getrennt herstellen, die metallisierte Glasfasern und Kohlefasern in der thermoplastischen Matrix enthalten, wobei man eines der oben beschriebenen Verfahren anwendet. Nach der Herstellung der länglichen Granulate aus metallisierten Glasfasern im thermoplastischen Harz und Kohlefasern im thermoplastischen Harz, z.B. Jeweils in Polycarbonatharz, kann man eine physikalische Mischung dieser beiden Arten faserverstärkter Kunststoffmaterialien herstellen und die erhaltene Mischung dann nach bekannten Verfahren verformen. Zur Herstellung der Mischung sind keine besonderen Bedingungen notwendig, wobei ein einfaches physikalisches Mischen ausreicht. Die Homo-

„ genisierung der Mischung erfolgt in der Verformungsstufe.

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_Γ a= ...

Die erfindungsgemäß verwendeten Verstärkungsfasern sind me- ' tallisierte Glasfasern und Kohlefasern. Diese Fasern sind im Handel als Rovings und in geschnittener Form verfügbar. : ⁵ Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung hat es sich ' als besonders vorteilhaft erwiesen, sowohl die metallisier- '■ ten Glasfasern als auch die Kohlefasern in Form von Rovings I zu verwenden.

;^l0 Zur Herstellung der verstärkten Harzkomponente können allge- ■ ; mein thermoplastische Harze verwendet werden; dazu gehören ' Polyolefine, insbesondere Polypropylen und Mischpolymere aus Äthylen und Propylen; Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-

• Polymere, ABS Polymere (Polymere auf Basis von Acrylnitril- ! isPolybutadien-Styrol); Nylons, insbesondere Nylon 6,6; PoIy- I phenylenoxide, Polyphenylenoxid-Polystyrol-Mischungen; PoIy- ! phenylensulfide; Polyacetale; Polysulfone; Polycarbonate}" \ Polyurethane; Celluloseester; Polyester, wie Polyäthylen- ! terephthalat; Polymonochlorstyrol; Acrylpolymere; Polyvinyl- ?ochloride; Polyvinylidenchloride; Mischpolymere aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid; verschiedene thermoplastische EIa-

• stomere, wie solche auf Basis von Styrol und Butadien oder Äthylen oder Propylen; und Mischungen der oben genannten

I Harze;

Bei der Verarbeitung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials

, wird die Mischung in üblicher Weise in den Beschickungstrichter der Spritzgußverformungsanlage eingeführt und dann in

I üblicher Weise bei einer Temperatur durch die Anlage verar-

Uobeitet, die das Harz schmilzt und fließbar macht. ^!

j Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
Beispiel 1 ^:

!35 Längliche Granulate mit 25 % Gehalt an aluminisierten Glas-■ legierungsfasernrovings in Polycnrbonatharz wurden mit : länglichen Granulaten mit 21 % Gehalt an Kohlefaserrovings j in Polycarbonatharz unter Verwendung eines Mischungsverhält-

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nisses vom 75 Teilen aluminisiertem Glasprodukt zu 25 Teilen i Kohlefaserprodukt gemischt. Die erhaltene Mischung enthielt | etwa 5,25 % Kohlegasern und etwa 18,75 % aluminisierte Glasfasern. j

Das obige gemischte Präparat wurde in eine Schneckenspritzguß Verformungsmaschine eingeführt und in dieser bei Temperaturen zwischen 260 bis 3O5°C zu einem Formprodukt mit ίο angenehmer Einheitlichkeit des Aussehen und guten physikalischen Eigenschaften verarbeitet.

Vergleichsweise wurden längliche Granulate mit 25 % Gehalt an mit einer Aluminiumlegierung überzogenen Glasfaserrovings in Polycarbonatharz unter identischen Bedingungen verarbeitet, und das erhaltene verformte Produkt wurde gegen das Produkt getestet, das die Kombination aus aluminisierten Glas- und Kohlefasern enthielt. Die Ergebnisse dieses Tests der EMI Abschwächung sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt:

Tabelle 1 Frequenzbereich 12 20 50 50 70 100 Megaherz

A 18 18 18 19 22 28 dB

B 27 27 27 28 30 35 dB

A = aluminisierte Glasfasern allein
B = Kombination aluminisierte Glas/Kohlefasern Beispiel 2

Es wurden Präparate hergestellt, die Λ) 5 % Kohlefasern, 2) 15 % aluminisierte Glasfasern und 3) eine Kombination aus 5 % Kohlefasern und 15 % aluminisieren Glasfasern, Jeweils in einer Matrix aus Polycarbonatharz, enthielten.

Die Präparate wurde nach dem Verfahren von Beispiel 1 spritzgußverf ormt und die erhaltenen Produkte auf EMI Abschwächung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

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	(D (2) (3)	von vom von	oben oben oben	*-Λ4-*	$00	2	30U000	i ι	(dB)
			- yo - Tabelle	1 5 <1/2 2 4 10	Abs chvrä chung	2000 Mhz
			100 Mhz		Mhz 1000 Mhz	10 15
			8 14
Probe

A 5 B C

Während in den obigen Beispielen Kohlefasern aus der Pyrolyse organischer Fasern, wie Rayon oder Polyacrylnitril, d.h.
die unter dem Warenzeichen PAN verfügbaren Fasern, und
aluminisierte Legierungsglasfasern und aluminisierte Glasfasern verwendet werden, können Kohlefasern aus einem Pechvorläufer und metallisierte Glasfasern, in denen ein anderes
Metall als Aluminium, z.B. Nickel, Zink oder Chrom, vorliegt,

anstelle der oben genannten Materialien verwendet werden.

S 20

2b

30 I 35

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Claims

Patentansprüche I

μ)- Faserverstärktes thermoplastisches Harzpräparat, umfas- J

send ein thermoplastisches Harz und darin einverleibte, ge- I mischte ("commingles¹¹) Fasern aus metallisierten Glasfasern j

_f) und Kohlefasern. \

2.- Präparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 10 bis etwa 45 Gew.-#, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 35 Gew.-?6, Fasern, bezogen auf das Gewicht des Harzes enthält.

j 3.- Präparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ; die metallisierten Glasfasern in einem Verhältnis von etwa : 20 bis etwa 80 Gew.-#, vorzugsweise von etwa 50 bis etwa 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Kohlefasern, anwesend

is ^sind· :

4.- Präparat nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, \ daß die metallisierten Glasfasern aluminiumbehandelte Glas- ί fasern sind. j

S 5.- Präparat nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, \ daß die metallisierten Glasfasern mit Aluminiumlegierung !

j behandelte Glasfasern ("aluminized alloy glass fiber") sind, ί

6,- Präparat nach Anspruch 1 bis 5t dadurch gekennzeichnet, '

! daß das thermoplastische Harz ein Polyolefin, Polystyrol, _s

Styrol/Acrylnitril-Polymeres, Acrylnitril/Polybutadien/ j

^; Styrol, Nylon, Polyphenylensulfid, Polyacetal, Polysulfon, i j Polycarbonat, Polyurethan, Celluloseester, Polyester,

L_n Acrylpolymeres, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, j

j Copolyraeres aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, Poly- ;

phenylenoxid, Polyphenylenoxid/Polystyrol-Mischung oder ;

eine Mischung dieser Harze ist.

7.-Formkörper, hergestellt aus einem Präparat gemäß Anspruch 1 bis 6, vorzugsweise durch Spritzgußverfahren hergestellt,

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