DE3521229A1

DE3521229A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von halbzeug aus faserverstaerkten kunststoffen

Info

Publication number: DE3521229A1
Application number: DE19853521229
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. 6750 Kaiserslautern Gehrig
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1985-06-13
Publication date: 1986-12-18

Description

BASF Aktiengesellschaft . : · . O. Z. ΟΟρΟ/37776

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten Kunststoffen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es ist bekannt, härtbare Stoffe, z.B. ungesättigte Polyester-, Melamin-, Phenolharze und dergleichen, mit Fasern in verschiedenster Form zu kombinieren. Dabei werden im allgemeinen die in Frage kommenden Fasermateria- lien mit den Vorkondensaten solcher Produkte in einem Tränkbad imprägniert, was aufgrund der geringen Viskosität derartiger Einstellungen ohne größere Schwierigkeiten möglich ist. Der Nachteil der Kombination von Fasern mit härtbaren Stoffen besteht darin, daß einerseits eine relativ lange Tränkzeit erforderlich ist und andererseits die Dosiergenauigkeit der härtbaren Stoffe häufig unzureichend ist.

Auch die Kombination von Fasern mit Thermoplasten ist bekannt. Dabei handelt es sich jedoch meist nicht um eine Imprägnierung, sondern lediglich um eine Oberflachenbeschichtung von Geweben, Vliesen und dergleichen. Vor allem soll der textile Charakter, also die textile Geschmeidigkeit derartiger Halbzeuge erhalten bleiben. In Ausnahmefällen wird auch imprägniert, z.B. mit Pasten, Lösungen oder Dispersionen. Bei diesen Verfahren ist es jedoch immer notwendig, Lösungsmittel- oder - bei Kunststoffdispersionen - Wasser zu entfernen. Das bringt mit sich, daß durch den auf- wendigen Trockenprozeß eine Anreicherung des Kunststoffes in der Oberfläche der Halbzeuge entsteht. Die Imprägnierung ist nicht homogen. Lufteinschlüsse in den Halbzeugen sind, wenn überhaupt, nur mit hohem Aufwand zu verhindern.

Wichtig bei der Herstellung hochfester faserverstärkter Halbzeuge ist eine vollständige Benetzung aller Faserelemente mit Kunststoff. Darüber hinaus dürfen die Faserelemente nicht brechen und es soll ein Minimum an Kunststoff im Halbzeug verbleiben, um den Abstand zwischen benachbarten Fasern möglichst klein zu halten. Die bekannten Verfahren konnten diese

Bedingungen nicht vollständig erfüllen.

Es war daher Aufgabe der Erfindung ein einfaches und rasch durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten Kunststoffen zu schaffen, bei dem eine sehr gleichmäßige Verteilung des Kunst-Stoffs im Fasermaterial erreicht wird und ein gewünschtes Mengenverhält nis Fasermaterial/Kunststoff einstellbar ist.

BASF Aktiengesellschaft -Jh'-..' ".." O. Z. 00

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Maßnahme nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs vorgeschlagen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich Fasermaterial in praktisch jeder gewünschten Gestalt sowohl mit durch Strahlung oder Peroxiden härtbaren Kunststoffen als auch mit thermoplastischem Kunststoff zu durchtränken.

Als durch Strahlung oder Peroxide härtbare Kunststoffe können alle Kunstharze verwendet werden, die durch freie Radikale vernetzt werden können, wie z.B. ungesättigte Polyesterharze, ungesättigte und gesättigte Acrylharze, modifizierte Epoxyharze, modifizierte Polyurethanharze oder Mischungen dieser Harze. Außerdem können mit Erfolg auch Gemische dieser Harze mit damit mischpolymerisierbareri ungesättigten Monomeren verwendet f5 werden.

Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind beispielsweise Olefinpolymerisate, wie Polyethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrols mit bis zu 50 Gew. 7. Acrylnitril, α-Methyl-styrol, Maleinsäureanhydrid, Methylmethacrylat, sowie kautschukmodifizierte Styrolpolymerisate, vorzugsweise solche, die 2 bis 25 Gew.7. eines Butadienkautschuks enthalten; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid oder chlorierte Polyolefine; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polyester aus Terephthalsäure und gesättigten Diolen, Polycarboriat sowie Mischungen dieser Polymerisate.

Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten.

Als Fasermaterialien kommen strang- oder bandförmige Gebilde aus natürlichen und synthetischen organischen Fasern, wie z.8. Aramid, Polyamid-, Polyester-, Polyacrylnitril-, Polyvinylchlorid-, Polyvinylalkohol-, Baumwoll-, Hanffasern und dergleichen sowie aus anorganischen Fasern, z.8.

Glasfasern, Kohlenstoffaserri usw. in Betracht. Unter diesen sind Glasfasern, Kohlenstoffasern, Polyesterfasern und Polyvinylalkoholasern besonders bevorzugt. Diese Fasern können bei ihrer Verwendung in Form eines Garns, eines Vorgespinstes, in Farm von Stapelfasern oder in Form eines Gewebes, "non-woven fabrics", Gewirkes oder Vlies vorliegen. Für einen besseren Zusammenhalt der Fasern sind diese üblicherweise mit Bindern auf Kunststoffbasis beschichtet. Glasfasern sind mit üblichen Schlichten behandelt, die z.B. einen Haftvermittler auf Silan- oder Chrombasis enthalten.

OPSQSNAL SMSFECTED

BASF Aktiengesellschaft -,a·"'-""- - - O. Z. 0050/37776

Im allgemeinen wird das Fasermaterial von Vorratsrollen abgenommen und kontinuierlich durch eine Tränkzone, in der der Kunststoff in flüssiger Form vorliegt, zugeführt. Während des Transports durch die beispielsweise aus einer Wanne o. dgl. bestehende Tränkzone kann das Fasermaterial mehrfach umgelenkt werden. Auf diese Weise ergibt sich u.a. eine Verlängerung der Tränkzeit bzw. Behandlungszeit. Weiterhin ist es möglich, das Fasermaterial in Form von locker gewickelten Spulen oder aufeinander geschichteten Lagen in die Tränkzone einzubringen. Bei dieser diskontinuierlichen Arbeitsweise kann das Durchtränken des Fasermaterials dadurch intensiviert werden, daß der Kunststoff unter Druck durch den eine perforierte Mantelfläche aufweisenden Spulenkern gefördert wird oder daß im Spulenkern ein Unterdruck erzeugt wird.

In der Tränkzone wird das Fasermaterial und der Kunststoff der Einwirkung von Ultraschall ausgesetzt. Dabei bilden sich im Kunststoff unzählige winzige Vakuumbläschen, die sofort wieder implodieren. Durch dieses Pulsieren wird das Fasermaterial aufgebrochen und durchtränkt, d.h., die zwischen den Monofilamenten vorhandene Luft wird verdrängt. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind handelsübliche Ultraschallgeneratoren geeignet. Die entsprechenden Sonotroden können sowohl an der Unterseite als auch an den Seitenwänden der die Tränkzone bildenden und gegebenenfalls mit einem Heizmantel versehenen Wanne angebracht werden. Sie bestehen vorzugsweise aus Titan oder Titanlegierungen. Der Frequenzbereich dieser Geräte liegt im allgemeinen zwischen 10 und 30, zweckmäßigerweise zwischen 18 und 25 kHz. Auch der Amplitudenbereich des Ultraschalls liegt meist im üblichen Bereich und soll mindestens 5, vorzugsweise 20 bis 40 /im betragen. Je nach Art und Aufbau des Fasermaterials sowie je nach Viskosität des Kunststoffs erfordert der Tränkvorgang einige Sekunden bis mehrere Minuten.

Das getränkte Fasermaterial kann entweder gleich weiterverarbeitet oder als Halbzeug aufgerollt und gelagert werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt nach an sich bekannten Verfahren. Aus den erfindungsgemäß getränkten Verstärkungsmaterialien lassen sich insbesondere hochfeste Fertigteile, wie Druckbehälter, Antriebs- und Kurbelwellen, Pleuel, Federn und andere Maschinenelemente herstellen.

Beispiel

Ein gespultes Gebinde aus Glasfasern mit einer Wicklungsdicke von 30 mm wurde in eine mit eindickfähigem Kunststoff von 3000 mPa.s gefüllte Wanne gelegt und mit Ultraschall (160 Watt) beaufschlagt. Nach 10 Minuten war das Fasermaterial gut durchtränkt und konnte aus der Wanne entnommen, in

BASF Aktiengesellschaft ^: - ^: ~-,T-- '■''■- O. Z. 0050, 3777c

'£■ 3S21229

Folie eingeschlagen und in einem Wärmeschrank zum Eindicken bei 80⁰C 3 h gelagert werden. Von einem aus diesem Halbzeug hergestellten Wickelkörper mit 8 mm Wanddicke wurden Proben zur Bestimmung der mechanischen Werkstoffdaten entnommen:

Biegefestigkeit : 980 N/mm²

Biege-E-Modul : 40.000 N/mm²

Glasmassenanteile : 66

Claims

BASF Aktiengesellschaft - :::::: : O. Z.

Patentanspruch

Verfahren zum Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten Kunststoffen, bei dem Fasermaterial in gebundener Form kontinuierlich oder diskonti-5 nuierlich in eine Tränkzone eingebracht und mit flüssigem Kunststoff durchtränkt wird, dadurch qekennzeichriet. daß in der Tränkzone das Fasermaterial und der Kunststoff der Einwirkung von Ultraschall ausgesetzt werden.

2/85 Wr/ro 12.06.19&5 ro-0115