DE3321006A1

DE3321006A1 - Verfahren zur herstellung von glasfasermatten

Info

Publication number: DE3321006A1
Application number: DE19833321006
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr. 6700 Ludwigshafen Seiler; Ludwig 6707 Schifferstadt Wahl; Martin 6702 Bad Dürkheim Welz
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1984-12-13
Also published as: AU2931184A; FR2547238A1; BE899868A

Description

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Verfahren zur Herstellung von Glasfasermatten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bindemittelfreien Glasfasermatten, bei dem ein Gelege aus Glasfasern durch Nadeln zu einer Matte verfestigt wird.

Flächige Kunststoffbauteile lassen sich bekanntlich besonders günstig durch Pressen von glasmattenverstärkten thermoplastischen Kunststoffen herstellen. Man geht dabei aus von dünnen, glasmattenverstärkten Kunststoff-Platten. Flache Stücke aus diesem faserverstärkten thermoplastischen Halbzeug werden dann so hoch erhitzt, daß der Thermoplast erweicht und fließfähig wird. Diese Stücke werden in eine kalte oder leicht erwärmte Form aus zwei aufeinanderpassenden Teilen (Matrize, Patrize) eingebracht und die Form schnell geschlossen. Die eingelegten Plattenstücke fließen hierbei und füllen die Höhlung der Form aus. Die Form wird solange unter Druck geschlossen gehalten, bis das eingebrachte Material abgekühlt ist, worauf man dann die Presse öffnet und das geformte Bauteil herausnimmt.

Dieses wirtschaftlich interessante Preßverfahren stellt besondere Anforderungen an das Verstärkungsinaterial. Die Fertigteile sollen eine sehr glatte, ansprechende Oberfläche, eine gleichmäßige Faserverteilung, eine hohe Festigkeit und eine gute Formbeständigkeit in der Wärme haben. Um diese Eigenschaften zu erreichen, ist es erforderlich, daß die Faserbestandteile der Glasfasermatten frei gegeneinander beweglich sind und sich während des Fließens des Thermoplasten beim Schließen der Preßform schnell und gleichmäßig verteilen.

Dies ist nicht der Fall bei Matten aus Glasfäden, die durch Bindemittel, z.B. härtbare Kunstharze, verfestigt sind. Dabei werden die Glasfäden durch aushärtendes Bindemittel an ihren Kreuzungspunkten miteinander verklebt, wodurch ihre Beweglichkeit innerhalb der Matte behindert wird. Dadurch wird diese einerseits besser handhabbar, andererseits verhindert die Fixierung der Glasfasern, daß beim Fließpressen von Halbzeug, das mit solchen Glasmatten verstärkt ist, die Fasern gleichmäßig in die Randzonen des herzustellenden Fertigteils fließen. Oftmals wirkt das Bindemittel auch schädigend auf den zu verstärkenden thermoplastischen Kunststoff oder verhindert die Haftung des Glases am Kunststoff, so daß die mechanischen Eigenschaften des Fertigteils beeinträchtigt werden. 40

Bindemittelfrei Glasfasermatten können bekanntlich dadurch hergestellt werden, daß man ein Gelege aus Glasfasern durch Nadeln zu einer Matte verfestigt. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in der DE-A 2 113 714 be-

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schrieben. Dabei wird das Glasfasergelege mit einer Vielzahl von Nadeln, die Widerhaken aufweisen, durchstochen. Die Faserstränge werden hierdurch miteinander verschlauft und viele von ihnen werden dabei in kurze Stücke zerbrochen. Die Oberfläche der Matte weist dann auf der Nadelaustrittseite immer eine hohe Dichte von herausstehenden Glasfaserenden auf. Um einen hohen Anteil von kurzen Faserstiicken zu erhalten, der für das gleichmäßige Fließen der Fasern beim Verpressen der Halbzeuge notwendig ist, sind hohe Einstichzahlen (100 und mehr Einstiche je m^) erforderlich. .Diese Matten sind deshalb dicht und filzähnlich und mit vielen herausstehenden Glasfaserenden gespickt, wodurch die Tränkung mit Thermoplasten bei der Halbzeugherstellung schwierig und aufwendig wird. Solche Matten werden daher entweder mit relativ geringem Mattengewicht je m^ hergestellt oder in Kombination mit anderen, offeneren Matten, eingesetzt.

Geschnittene Glasfasern, die nicht durch ein Bindemittel verfestigt sind, lassen sich nur mit großem apparativen Aufwand nadeln, da das lose Gelege keinen inneren Zusammenhalt hat und nicht ohne weiteres in die Nadelvorrichtung transportiert werden kann. Ähnliches gilt auch für Endlos-Glasfasern, wo Problemen bei der Übergabe der Fasern von dem bewegten Band, auf dem sie abgelegt wurden, auf die Nadelmaschine auftreten.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, mit geringem apparativen Aufwand ein mattenförmiges Verstärkungsmaterial herzustellen, das die Nachteile bekannter Glasmatten nicht aufweist und eine gute Fließfähigkeit mit gleichmäßiger Faserverteilung im Fertigteil besitzt. Das mattenförmige Verstärkungsmaterial sollte weiterhin gut mit Therraoplastschmelze tränkbar sein und zu einem faserverstärkten Kunststoff mit hoher Festigkeit und Zähigkeit in allen Beanspruchungsrichtungen führen. Fertigteile aus diesem Material sollten eine glatte Fertigteiloberfläche aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß dadurch gelöst, daß man Glasfasern auf einer Thermoplastfolie ablegt und zusammen mit dieser Folie durch Nadeln zu einer Matte verfestigt.

Man geht aus von üblichen Glasfasersträngen oder Spinnfäden. Diese bestehen aus einer Vielzahl von Einzelfäden, die durch übliche Schlichten miteinander verbunden sind. Solche Schlichten enthalten gewöhnlich einen Haftvermittler, z.B. auf Organosilan-Basis, ein niedermolekulares Gleitmittel und einen Filmbildner, z.B. Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat oder ein Polyesterharz. Die Schlichte wird in Mengen von 0,3 bis 3 %, bezogen auf das Gewicht des Glases angewandt» Diese endlosen Glasfaserstränge können direkt auf der Thermoplast-Folie abgelegt werden; in einer bevor-

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zugten Ausführungsform werden sie mit üblichen Schneidgeräten auf eine Länge von 10 bis 250 mm, vorzugsweise 25 bis 50 mm geschnitten und lose auf der Folie abgelegt. Es lassen sich auch vorgeschnittene Stapelfasern (chopped strands) oder Mischungen der verschiedenen Fasertypen zu Gelegen vereinigen.

Die Thermoplast-Folie hat vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 500, im besonderen von 50 bis 100 um. Sie kann gegebenenfalls aufgerauht sein, was z.B. durch Nadeln erreicht werden kann. Als Material für die Folie wird vorzugsweise der gleiche thermoplastische Kunststoff eingesetzt, aus dem später das Halbzeug hergestellt werden soll. Ist eine solche Folie nicht verfügbar, herstellbar oder zu teuer, kann auch eine Therraoplastfolie verwendet werden, die zumindest teilweise mit dem zu verstärkenden Material verträglich ist bzw. die Eigenschaften des verstärkten Thermoplasten nicht beeinträchtigt. Die Trägerfolie wird in die Glasraatte mit eingearbeitet und in der Regel daraus nicht wieder entfernt. Sollte jedoch aus bestimmten Gründen die Folie nicht in der Glasmatte verbleiben, so werden Nadeln verwendet, die die Glasfasern nicht in Einstichrichtung, sondern in Ausstichrichtung transportieren bzw. brechen. Dadurch verbindet sich die Folie nicht mit der Glasmatte und kann problemlos entfernt werden. Auf diese Weise kann eine solche folienfreie Glasmatte für alle Arten von thermoplastischen und härtbaren Kunststoffen verwendet werden.

Bei der bevorzugten Verwendung von Schnittglasfasern sind die für ein gutes Fließverhalten erforderlichen kurzen Faserlängen vorgegeben. Die Nadelung dient hier vorwiegend zur Verfestigung mit Hilfe der Trägerfolie. Bei Endlosfasern wird neben der Verfestigung auch ein Brechen der Glasfasern in kürzere Stücke angestrebt, um die notwendige Fließfähigkeit zu erhalten. Je nach Intensität des Nadeins werden die Glasfaserstränge mehr oder weniger stark in Einzelfäden aufgespalten. Der Grad der dadurch bedingten Verfilzung bestimmt wiederum die Tränkbarkeit mit der Thermoplastschmelze .

Durch Variation der Einstichzahl pro cm⁴ kann der Anteil an Faden-Bruchstellen sowie die Faserlänge gezielt eingestellt werden. In der Regel genügen auch bei hohen Anforderungen an die Fließfähigkeit bei Schnittglas 20 bis 35 Einstiche pro cm . Aber auch bei höheren Vernadelungsdichten, z.B. bis zu 100 Einstichen pro era¹-, ist ein störungsfreier Transport des Geleges auf der Folie durch die Nadelmaschine noch möglich. T)ie durch die Nadelung erzielte Verbindung der Glasfäden untereinander ist für eine Handhabung der Matte ausreichend. Ein störender Mattenbinder ist nicht erforderlich. Die Reißfestigkeit einer Matte mit 50 mm langen Fäden liegt z.B. bei etwa 50 N pro 100 mm bei Raumtemperatur.

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Zur Bildung des Mattengeleges genügt eine ebene Fläche, die bis zum Nadelmaschinentisch reicht und über die die Thermoplast-Folie gleitet. Durch den gleichmäßigen Transport der Trägerfolie unterhalb des Schneidwerks bzw. der Roving-Ablegevorrichtung und durch die Nadeleinrichtung hindurch wird ein konstantes Mattengewicht gewährleistet. Glasbruch und Glasstaub, der beim Nadeln entsteht, verbleibt zum größten Teil in der erzeugten Matte, so daß Glasverluste und Störungen durch Verstopfen der Nadeltischbohrunaen vermieden werden.

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Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße, binderfreie, genadelte Glasfasermatte in 2 Stufen genadelt.

Das lose, auf der Trägerfolie abgelegte Fasergelege wird zunächst durch eine Vor-Nadelungseinrichtung mit einem schmalen Nadelbalken mit geringer Einstichgeschwindigkeit geführt. Bewährt hat sich eine Balkenbreite von 50 bis 100 mm und eine Einstichzahl von 5 bis 15 Einstichen pro cm-. Dadurch wird ein Verwirbeln der losen Fäden vermieden. Das vorverfestigte Gelege wird anschließend durch eine Haupt-Nadelungseinrichtung mit breiten Nadelbalken (100 bis 300 mm) und hoher Einstichgeschwindigkeit geführt. Dutch diese Maßnahme wird die Produktivität enorm gesteigert; Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 20 m/min sind erreichbar.

Beispiel 1

Das Verfahren wurde in der in der Abbildung dargestellten Apparatur durchgeführt.

48 Glasfaserrovings (1) (2400 tex) mit Innenabzug und 40 tex Faden werden unter Einhaltung gleicher Fadenabstände über die gesamte vorgesehene Ma ttenbreite Von i2Öct5 einem kommerziell erhältlichen Breitschneidwerk (2) (Herstellet Schmidt/Heinzmann, Bruchsal) zugeführt und in Stücke von 25 und 50 mm Länge geschnitten. Diese Faserstücke (3) rieseln kontinuierlich auf eine mit 4 m/min Vorschub laufende Trägerfolie (4) aus Polypropylen (75 μ Dicke), die auf einem einfachen Tisch gleitet. Das dabei gebildete lose Fadengelege aus Schnittglasfasern mit 600 g/m^ wird durch seitliche Führungskanten begrenzt.

Das Gelege wird der Vornadeleinrichtung (5) zugeführt. Die Einstichtiefe wird so gewählt, daß die Folie von den Nadeln etwa 4 mm durchstoßen wird und die raitgeführten Glasfäden unterhalb der Folie sich als kleine Schlaufen ausbilden. Für das Vorfertigen durch Aufnadeln genügen schon 6 Einstiche/cm^.

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Die anschließende Fertignadelung in der Hauptnadeleinrichtung (6) erfolgt rait üblichen Filznadeln, die rait Widerhaken versehen sind. Die Einstichzahl beträgt 20 pro cm² und die Einstichtiefe 11 mm, einschließlich der 6 mm langen Spitze. Die Reißfestigkeit der erhaltenen Matte (7) bei Raumtemperatur beträgt ca. 50 N/100 mm.

Beispiel 2

Oberhalb des Ablagetisches, auf dem die Therraoplastfolie gleitet, befindet sich ein Roving-Lieferwerk aus zwei zusammenpreßbaren Gummiwalzen, deren Drehzahl stufenlos regelbar ist. 6 Glasfaserrovings (2400 tex) mit Innenabzug und 40 tex Fäden werden mittels dieser Einrichtung mit ca. 230 m/min 6 Düsen, die auf einer changierenden Stange gleichmäßig über die Mattenbreite von 120 cm verteilt befestigt sind, zugeführt. Die Düsen sind verstellbar, so daß die Rovings unter einem gewünschten Winkel mittels Luft gegen ein Prallblech geblasen werden. Durch die zweidimensionale Bewegung, Changierweg und Folienlauf werden die in Einzelfäden aufspringenden Rovings kreisförmig abgelegt, wobei sich die Fadenringe schuppenartig überlappen. Die Trägerfolie aus Polypropylen (75μ Dicke) läuft auch hier mit 4 m/rain Vorschub. Das gebildete endlose Fadengelege mit ca. 600 g/m wird ebenfalls durch die seitlichen Führungskanten begrenzt.

Die Vornadelung entspricht dem Beispiel 1. Die anschließende Fertignade-

lung erfolgt mit üblichen Filznadeln. Die Einstichzahl beträgt 60 pro cra^ und die Einstichtiefe 16 mm einschließlich der 6 mm langen Spitze.

Beispiel 3

In Kombination der Arbeitsweisen nach Beispiel 1 und 2 wurde eine Matte hergestellt, die zur Hälfte ca. 300 g/m² Endlosfäden und 300 g/m² Schnittglasfäden enthielt. Nur die Hauptnadelung erfolgte abweichend von Beispiel 1 und 2 mit 50 Einstichen pro cm^ und einer Einstichtiefe von 11 mm.

Beispiel 4

Ein Polypropylen-Schmelzband wurde beidseitig mit je einer der nach den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Glasfasermatten zusammengeführt und so verpreßt, daß 3 mm dicke Halbzeugplatten mit einem Glasgehalt von 30 Gew.% entstanden. Diese wiesen eine Reißfestigkeit von etwa 55 N/mm und einen Ε-Modul von über 5000 N/mm auf. Die Oberflächen waren glatt und spiegelnd. Ein Fasermuster ist kaum festzustellen. Fließtestproben zeigten eine gute Verteilung der Fasern, auch in tiefen Verrippungen. Zeichn.

Claims

BASF Aktiengesellschaft °* * °° O.Z. 0050/36559 Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von bindemittelfreien Glasfasermatten, bei dem man ein Gelege aus Glasfasern durch Nadeln zu einer Matte verfe-05 stigt, dadurch gekennzeichnet, daß man Glasfasern auf einer Therraoplast-Folie ablegt und zusammen mit dieser Folie nadelt.
2. Verfahren nach Anspruch I₁, dadurch gekennzeichnet, daß man Schnittglasfasern einer Länge von 10 bis 250 mm auf die Thermoplast-Folie ablegt. 10

3» Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Glasfasermatten zur Herstellung von thermoplastisch durch Pressen verformbarem Halbzeug, dadurch gekennzeichnet, daß man die Matten mit einem thermoplastischen Kunststoff tränkt. 15

158/83 Dd/HB O9.O6.I983