DE3788609T2

DE3788609T2 - Faserverstärkte, Druckumformbare, thermoplastische Platte.

Info

Publication number: DE3788609T2
Application number: DE3788609T
Authority: DE
Inventors: Harold Frazee Giles
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-09-11
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2007-08-22
Also published as: EP0259676A2; EP0259676B1; JPS63107556A; EP0259676A3; DE3788609D1; BR8705160A; US4873133A

Description

Beschreibung

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf faserverstärkte, druckverformbare bzw. druckumformbare thermoplastische Platten. Mehr im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf solche Platten, die zu Formgegenständen mit verbesserten Oberflächeneigenschaften formbar sind.

Hintergrund der Erfindung

Formgegenstände aus faserverstärkten, druckumformbaren Platten sind bekannt. Allgemein ist eine druckumformbare Platte ein Verbundstoff, der erhalten ist durch ein Laminierungsverfahren, bei dem eine verstärkende Fasermatte und eine Schicht aus thermoplastischem Harz bei Temperaturen oberhalb des thermoplastischen Schmelzens zusammengepreßt werden. Beim Druckumformen wird die druckumformbare Platte unter Druck bei Temperaturen unterhalb der thermoplastischen Schmelze deformiert, um einen Formgegenstand zu bilden.
Ein Hauptproblem in Verbindung mit dem Laminierungsverfahren besteht darin, glatte Oberflächen aus dem Formverfahren zu erhalten. Dies ist besonders schwierig, wo entweder hohe Konzentrationen von Glasfasern oder geschnittene Glasfasern benutzt werden. Faserstränge, die aus der Oberfläche vorstehen, rauhen die druckumformbare Platte auf. Diese schlechte Oberflächenqualität der druckumformbaren Platte wird auf den fertigen Formgegenstand übertragen. Die Fachleute bemühen sich fortgesetzt, die Oberflächeneigenschaften dieser fertigen druckumgeformten Teile zu verbessern.
Ein Verfahren zum Verbessern der Oberflächenqualität einer druckumformbaren Platte besteht darin, außerhalb der die langen Glasfasern enthaltenden Harzschicht eine Harzschicht zu benutzen, die kurze Glasfasern oder Mineralfasern enthält. Dieses Verfahren und Variationen davon sind in den US-PSn 4,044,188; 4,098,943; 4,145,227 und 4,269,884 offenbart. Die Produkte dieser Verfahren leiden daran, daß sie eine Schicht enthalten, die keinen Nutzen von dem Einsatz langer Glasfasern hat.
Ein anderes Verfahren zum Verbessern der Oberflächenqualität besteht im Einsatz eines Oberflächen-Gewebevlieses, das zwischen einer äußeren Harzschicht und einer inneren Harzschicht, die lange Glasfasern enthält, angeordnet ist. Dieses Verfahren ist in den US-PSn 4,379,801 und 4,471,018 offenbart. Die Produkte dieses Verfahrens leiden auch daran, daß eine äußere Harzschicht keine verstärkenden Fasern enthält und das Fasernetzwerk daher nicht kontinuierlich ist.
In der GB-A 2 147 850 ist ein faserverstärktes thermoplastisches Laminat offenbart, das zwei oder mehr verstärkende Schichten umfaßt, die jeweils ein erstes thermoplastisches Material umfassen, das verstärkende Fasern enthält und, angeordnet zwischen benachbarten verstärkenden Schichten, eine thermoplastische Schicht, deren Material gleich oder verschieden vom ersten thermoplastischen Material ist, wobei das Verhältnis der Dicke der genannten thermoplastischen Schicht zu jeder der verstärkenden Schichten von 9 : 1 bis 1 : 4,5 reicht. Die Anordnung der verstärkenden Fasern in den verstärkenden Schichten ist vorzugsweise derart, daß maximale Festigkeit erhalten wird. Das Laminat kann zusätzlich äußere Schichten eines dritten thermoplastischen Materials umfassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine faserverstärkte druckumformbare Platte herzustellen, die glattere Oberflächen aufweist und die diese Glätte beibehält, wenn sie in fertige Gegenstände druckumgeformt wird.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine druckumformbare Platte mit einer verstärkenden Fasermatte herzustellen, bei der die Fasern durch den Gebrauch eines Trägerfilmes intern positioniert sind.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine faserverstärkte druckumformbare Platte mit glatten Oberflächen zu schaffen, in der das Fasernetzwerk kontinuierlich ist und lange Glasfasern enthält.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Schichtstruktur, die nach der Laminierung eine druckumformbare Platte nach dieser Erfindung bildet.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer druckumformbaren Platte im Rahmen dieser Erfindung, die erhalten ist aus der Schichtstruktur der Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung wird eine faserverstärkte, druckumformbare Platte geschaffen, die in einem Druckumform-Verfahren zu glatten Formgegenständen formbar ist.
Die faserverstärkte, druckumformbare Platte gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Diese druckumformbare Platte wird erhalten durch Laminieren von
a) einer thermoplastischen Harzschicht und
b) einer Fasern umfassenden verstärkenden Fasermatte, die durch einen thermoplastischen Harzfilm getragen ist.
In besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung sind die Fasern auf jeder Seite des Trägerfilmes aus thermoplastischem Harz unproportional verteilt, wobei ein Hauptteil der Fasern auf einer Seite des thermoplastischen Harzfilmes angeordnet ist, vorzugsweise 85 bis 99 Gew.-%, und ein untergeordneter Anteil auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%. In den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung liegt während der Laminierung die Seite des thermoplastischen Filmes, die den untergeordneten Teil Fasern aufweist, benachbart der thermoplastischen Harzschicht.
Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung bestehen aus einer druckumformbaren Platte, die mindestens eine äußere Oberfläche verbesserter Glätte aufweist, d. h., daß die Oberfläche, die auf der Seite des Trägerfilmes gebildet wird, die einen untergeordneten Anteil an Fasern enthält, und sie hat eine Oberfläche mit Standard-Glätte, d. h. die Oberfläche, die auf der Seite des Trägerfilmes gebildet wird, die einen Hauptanteil der Fasern enthält. Die Kombination aus thermoplastischer Harzschicht und verstärkender Fasermatte kann wiederholt werden, um eine Struktur herzustellen, bei der beide Oberflächen eine verbesserte Glätte aufweisen, d. h., zwei Trägerfilme werden mit benachbarten thermoplastischen Harzschichten angeordnet, um die Seite mit einem untergeordneten Faseranteil an jeder äußeren Oberfläche zu haben.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt. Eine primäre Harzschicht 1 umfaßt eine oder mehrere thermoplastische Harzschichten. Ein Trägerfilm 3 umfaßt auch ein oder mehrere Filme aus thermoplastischem Harz. Fasern 2 durchdringen den Trägerfilm 3, wobei kurze Enden der Harzschicht 1 gegenüberliegen. Ein untergeordneter Faseranteil befindet sich auf der Oberflächenseite 5, die eine Oberfläche verbesserter Glätte für eine druckumformbare Platte schafft. Ein Hauptteil der Fasern befindet sich auf der Körperseite 4 des Trägerfilmes 3, die die Oberfläche von Standard-Glätte für die druckumformbare Platte schafft.
Das Laminieren der Schichtstruktur der Fig. 1 schafft eine druckumformbare Plattenstruktur innerhalb des Rahmens dieser Erfindung. Diese laminierte Struktur umfaßt eine thermoplastische Harzmatrix und ein kontinuierliches Netzwerk verstärkender Fasern, das so angeordnet ist, daß die Glätte mindestens einer Seite der druckumformbaren Platte verbessert ist. Dieses angeordnete Fasernetzwerk wird geschaffen durch eine Matte aus verstärkenden Fasern, die auf einem thermoplastischen Harzfilm getragen sind. In den bevorzugten Ausführungsformen ist dieses Fasernetzwerk so angeordnet, daß die Glätte beider Oberflächen der druckumformbaren Platte verbessert ist. Dies geschieht, wo die Schichtstruktur der Fig. 1 wiederholt wird, um beide Oberflächen der druckumformbaren Platte mit verbesserter Glätte zu versehen. Ist das thermoplastische Harz opak, ist es möglich, druckumformbare Platten ohne sichtbare Fasern auf der Oberfläche verbesserter Glätte herzustellen. In den folgenden Beispielen ist die Glätte der druckumformbaren Platte durch eine Abnahme im quantitativen Wert in "mm" ["u in." (microinches)] von etwa 0,25 bis 1,25 (10 bis 50) gezeigt. Andere Meßverfahren können ein anderes Verbesserungsniveau für die gleiche Probe ergeben. Zusätzlich wird eine größere Verbesserung hinsichtlich der Glätte für andere Ausführungsformen dieser Erfindung erwartet.
In Fig. 2 ist eine druckumformbare Platte 9, die aus der Schichtstruktur der Fig. 1 erhalten worden ist, gezeigt. Das gleichmäßig verteilte Netzwerk 6 verstärkender Fasern ist von der thermoplastischen Harzmatrix 10 umgeben. Die Oberfläche 8 hat eine Standard-Glätte, während die Oberfläche 7 eine verbesserte Glätte hat.
Thermoplastische Harze, die hier zum Einsatz geeignet sind, schließen Polycarbonate, Polyamide, Polyester, Poly(ethylenoxide), Poly(etherimide), Polyolefine, einschließlich Polystyrole, Polypropylene, ABS-Harze, Polyethylene und Polyacrylate; Epoxyharze, Poly(phenylensulfide), Polysulfone, Polyurethane und ähnliche ein, einschließlich Mischungen, Blockcopolymere und statistische Copolymere davon. Diese harzartigen Materialien erfüllen die Hauptkriterien, daß sie zu Platten oder Filmen extrudiert und in eine Fasermatte imprägniert werden können, um eine Harzmatrix zu bilden. Bevorzugte thermoplastische Harze zum Einsatz hier sind solche, die auf dem Markt leicht erhältlich und für ihre Festigkeit und Zähigkeit bekannt sind.
Ein bevorzugtes thermoplastisches Harz ist Polycarbonatharz. Geeignete Polycarbonatharze können hergestellt werden durch Umsetzen eines zweiwertigen Phenols mit einem Carbonat-Vorläufer, wie Phosgen, einem Halogenformiat oder einem Carbonatester. Allgemein gesagt, können solche Carbonat-Polymeren als wiederkehrende Struktureinheiten bzw. Repetiereinheiten der folgenden Formel aufweisend charakterisiert werden:
worin D ein zweiwertiger aromatischer Rest des in der Polymer herstellenden Reaktionsmischung eingesetzten zweiwertigen Phenols ist. Vorzugsweise haben die Carbonat-Polymeren, die zur Schaffung der harzartigen Mischung der Erfindung eingesetzt werden, eine Grenzviskosität (gemessen in Methylenchlorid bei 25ºC) im Bereich von etwa 0,30 bis etwa 1,00 dl/g. Die zweiwertigen Phenole, die zur Schaffung solcher aromatischen Carbonat-Polymerer eingesetzt werden können, sind einkernige oder mehrkernige aromatische Verbindungen, die als funktionelle Gruppen zwei Hydroxyreste enthalten, die jeweils direkt an ein Kohlenstoffatom eines aromatischen Kernes gebunden sind. Das bevorzugte Polycarbonatharz zur Verwendung hierin ist ein Homopolymer aus 2,2-Bis(4-hydroxphenyl)propan und einem Carbonat-Vorläufer.
Diese aromatischen Polycarbonate können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. So kann zum Beispiel ein zweiwertiges Phenol mit einem Carbonat-Vorläufer, wie Phosgen, nach Verfahren umgesetzt werden, wie sie in den US-PSn 4,018,750 und 4,123,436 beschrieben sind, oder es können Umesterungs-Verfahren benutzt werden, wie sie in der US-PS 3,154,008 offenbart sind ebenso wie andere, dem Fachmann bekannte Verfahren.
Unter den Begriff "Polycarbonat" fallen auch Blockcopolymere mit Polycarbonatblöcken und Blöcken aus einem zweiten Polymer, zum Beispiel Polyether oder Polydiorganosiloxan. Poly(diorganosiloxan-polycarbonat)- Blockcopolymere sind bekannt und in den US-PSn 3,189,662; 3,819,744; 3,821,325 und 3,832,419 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Poly(ether-carbonat)-Blockcopolymere sind ausführlich in der US-PS 3,030,335 und in J. Poly Sci., Teil C, Nr. 4, Seiten 707- 730 beschrieben, auf die ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird.
Ein anderes bevorzugtes thermoplastisches Harz ist Polyesterharz, das durch Polymerisation von Disäuren und Diolen erhalten wird. Die Disäure kann eine aliphatische difunktionelle Carbonsäure sein, doch ist sie vorzugsweise eine aromatische difunktionelle Carbonsäure. Die Diole können aliphatische Diole, cycloaliphatische Diole oder zweiwertige Phenole sein. Beispielhafte aliphatische difunktionelle Carbonsäuren sind Sebacinsäure, Adipinsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure usw. Beispielhafte aromatische difunktionelle Carbonsäuren sind Isophthalsäure und Terephthalsäure. Beispielhafte Diole schließen Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol usw. als aliphatische Diole und 1,4-Cyclohexandimethanol als cycloaliphatisches Diol ein. Zweiwertige Phenole sind einkernige und mehrkernige aromatische Verbindungen, die als funktionelle Gruppen zwei Hydroxylreste enthalten, von denen jeder direkt an ein Kohlenstoffatom eines aromatischen Kernes gebunden ist.
Besonders bevorzugte Polyester zur Verwendung hierin schließen die Polyarylate ein, die aus einer aromatischen difunktionellen Carbonsäure und einem zweiwertigen Phenol durch Polymerisation erhalten sind, die Poly(alkylenterephthalate), die Poly(ethylenterephthalat) und Poly(butylenterephthalat) einschließen sowie die Poly(cycloalkylenterephthalate), die Poly(1,4-cyclohexandimethanolterephthalat und deren Ethylenglykol enthaltende Copolymere einschließen. Die Polymerisation dieser Polymeren ist nicht kritisch für die vorliegende Erfindung, und sie ist dem Fachmann bekannt.
Ein anderes bevorzugtes thermoplastisches Harz ist Polyamidharz. Geeignete Polyamide können erhalten werden durch Polymerisieren einer Monoaminomonocarbonsäure oder eines Lactams davon, das mindestens 2 Kohlenstoffatome zwischen der Amino- und der Carbonsäuregruppe aufweist oder durch Polymerisieren im wesentlichen äquimolarer Anteile eines Diamins, das mindestens 2 Kohlenstoffatome zwischen den Aminogruppen enthält und einer Dicarbonsäure oder durch Polymerisieren einer Monoaminocarbonsäure oder eines Lactams davon, wie oben definiert, zusammen mit den wesentlichen äquimolekularen Anteilen eines Diamins und einer Dicarbonsäure. Die Dicarbonsäure kann in Form eines funktionellen Derivates oder eines Äquivalentes davon, zum Beispiel eines Esters oder Säurechlorides, eingesetzt werden.
Beispiele der oben erwähnten Monoaminomonocarbonsäuren oder Lactame davon, die brauchbar sind bei der Herstellung der Polyamide, schließen solche Verbindungen ein, die von 2 bis 16 Kohlenstoffatome zwischen den Amino- und Carbonsäuregruppen enthalten, und im Falle von Lactonen bilden die genannten Kohlenstoffatome einen Ring mit einer -CO-NH-Gruppe. Als besondere Beispiele von Aminocarbonsäure und Lactamen können erwähnt werden: Aminocapronsäure, Butyrolactam, Pivalolactam, Caprolactam, Capryllacatam, Enantholactam, Undecanolactam, Dodecanolactam und 3- und 4-Aminobenzoesäure.
Diamine, die zum Einsatz bei der Herstellung der Polyamide geeignet sind, schließen die geradkettigen und verzweigten Alkyl-, Aryl- und Akylaryl-Diamine ein.
Solche Diamine schließen zum Beispiel solche ein, die durch die allgemeine Formel repräsentiert werden:
H&sub2;N(CH&sub2;)nNH&sub2;
worin n eine ganze Zahl von 2 bis 16 ist, wie Trimethylendiamin, Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Octamethylendiamin und speziell Hexamethylendiamin sowie Trimethylhexamethylendiamin, m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, m-Xyloldiamin, p-Xyloldiamin und ähnliche.
Die Dicarbonsäuren können aromatisch sein, zum Beispiel Isophthalsäure und Terephthalsäure, oder es können aliphatische Dicarbonsäuren der Formel sein:
HOOC-Z-COOH
worin Z eine zweiwertige aliphatische Gruppe repräsentiert, die mindestens 2 Kohlenstoffatome enthält. Beispiele solcher Säuren sind Sebacinsäure, Octadecansäure, Suberinsäure, Glutarsäure, Pimelinsäure und Adipinsäure.
Noch ein anderes bevorzugtes thermoplastisches Harz ist Poly(phenylenoxid)-Harz mit wiederkehrenden bzw. Repetiereinheiten der Formel:
worin Q gleich oder verschieden sein kann und ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Halogenen, Kohlenwasserstoffresten, Kohlenwasserstoffoxyresten, Halogenkohlenwasserstoffoxyresten und n ist eine ganze Zahl von mindestens etwa 20 und üblicherweise mindestens 50.
Im allgemeinen sind diese Polymeren Selbstkondensationsprodukte einwertiger monocyclischer Phenole, die hergestellt sind durch Umsetzen von Phenolen mit Sauerstoff in Gegenwart von komplexen Metallkatalysatoren. Geeignete Verfahren für ihre Herstellung sind in den US- PSn 3,306,874; 3,306,875; 3,257,357 und 3,257,358 offenbart, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Phenolische Monomere, aus denen die Polyphenylenether-Harze hergestellt werden können, schließen ein: 2,6-Dimethylphenol, 2,6-Diethylphenol, 2,6-Dibutylphenol, 2,6-Dilaurylphenol, 2,6-Dipropylphenol, 2,6-Diphenylphenol, 2-Dimethyl-6-ethylphenol, 2,6-Dimethoxyphenol, 2,3,6-Trimethylphenol, 2,3,5,6-Tetramethylphenol, 2,6-Diethoxyphenol, doch sind sie auf diese nicht beschränkt.
Im allgemeinen werden die Poly(phenylenoxide) mit einer polyvinylaromatischen Verbindung vermischt, um eine brauchbare Form- oder Strangpress-Masse herzustellen. Eine bevorzugte polyvinylaromatische Verbindung ist Polystyrol.
Die verstärkende Fasermatte zur Verwendung hierin hat zwei erforderliche Strukturkomponenten, d. h. die verstärkenden Fasern und einen Trägerfilm aus thermoplastischem Harz, auf dem diese Fasern verankert sind. Die verstärkende Fasermatte kann derart charakterisiert werden, daß sie den Hauptteil der Fasern, bezogen auf das Gewicht, auf einer Seite des internen Trägerfilmes angeordnet aufweist. Diese Seite wird als die Körperseite des Trägerfilmes bezeichnet, da diese Seite eine unfertige Oberfläche standardgemäßer Glätte bietet. Die verstärkende Fasermatte sollte auf der Körperseite des inneren Trägerfilmes von etwa 55 bis etwa 99 Gew.-% der Fasern und vorzugsweise von etwa 85 bis etwa 99 Gew.-% der Fasern aufweisen, wie oben angegeben.
Die hier eingesetzten verstärkenden Fasern können vernetzte organische Fasern sein, wie Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyimidfasern usw.; leitende Fasern, wie Fasern aus korrosionsbeständigem Stahl, nickelüberzogene Kohlenstoff- oder Glas-Fasern, Nickelfasern usw.; Kohlenstoffasern; aus ökonomischen Gründen sind jedoch Glasfasern bevorzugt. Die wichtigsten Eigenschaften für diese Fasern sind eine hohe Zugfestigkeit, gute Flexibilität und eine geringe Stranggröße.
Die bevorzugten Glasfasern zur Verwendung hier werden in Form von Strängen oder Bündeln von Filaments bzw. Fasern benutzt, die mindestens etwa 2,5 cm (1,0 Zoll) Länge aufweisen. Die einzelnen Glasstränge oder -bündel können von etwa 20 bis etwa 2.000 und vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 1.000 Filaments aufweisen. Jedes Filament kann einen Durchmesser von etwa 0,005 (0,00020) bis etwa 0,025 mm (0,001 Zoll), vorzugsweise von etwa 0,006 (0,00025) bis 0,02 mm (0,00085 Zoll) aufweisen. Im Falle von Glasfasern können die verstärkenden Fasern der verstärkenden Fasermatte ein Gewicht von etwa 10 (0,03) bis etwa 334 mg/cm² (10 Unzen pro Quadratfuß) aufweisen.
Die verstärkende Faserkomponente ist aufgrund der ungeordneten bahnartigen oder Ringel-Anordnung der Fasern leicht von anderen Formen faserartiger Verstärkung unterscheidbar und sollte daher nicht mit gewebten Verstärkungsarten verwechselt werden, wie Glastuch, gewebten Rovings, gewebtem Scrim bzw. Garngelege und ähnlichem. Die verstärkende Faserkomponente ist auch leicht unterscheidbar von kurzer geschnittener Faserverstärkung. Kurze geschnittene Faserverstärkung ist am nützlichsten in mittleren Langen von etwa 0,25 mm (0,01 Zoll) bis 2,13 cm (0,85 Zoll) und vorzugsweise einer mittleren Länge von etwa 0,38 mm (0,015) bis 1,88 cm (0,75 Zoll).
Der thermoplastische Trägerfilm kann entweder ein Film, Netz oder eine unregelmäßig gemusterte bahnartige Struktur sein, die bei dem Laminierungsverfahren schmilzt oder zerfällt, um die druckumformbare Platte zu bilden und die verstärkenden Fasern freizusetzen. Da es erwünscht ist, daß der Trägerfilm bei einem solchen Laminierungsverfahren schmilzt oder zerfällt, ist ein thermoplastisches Harz mit einem Schmelzpunkt unterhalb der Laminierungstemperatur ein erwünschtes Material für die Herstellung des Films. Geeignete thermoplastische Materialien zum Einsatz in dem Trägerfilm sind solche, die oben für den Einsatz in der Oberflächenschicht aus thermoplastischem Harz erwähnt sind. Vorzugsweise sollte der Trägerfilm so dünn als möglich sein und nur eine genügende Dicke aufweisen, um die Fasern zu tragen und bei der Verarbeitung nicht zu reißen oder sich wesentlich zu recken oder seine Gestalt zu verlieren. Eine größere Dicke des Trägerfilms kann brauchbar sein, doch sollte sie nicht so groß sein, daß es schwierig wird, ihn während des Laminierungsverfahrens zu schmelzen oder zu zerstören, daß es schwierig ist ihn mit Glas zu durchdringen, oder daß er einfach zu viel thermoplastisches Harz enthält, so daß erwünschte Eigenschaften der druckumformbaren Platte aufgrund der durch den Trägerfilm verursachten Verdünnung nicht erhalten werden können. Vorzugsweise hat der Trägerfilm eine Dicke von weniger als 1,25 mm (50 mils) und am bevorzugtesten eine Dicke von etwa 0,013 (0,5) bis etwa 0,5 mm (20 mils).
Die verstärkende Fasermatte kann hergestellt werden nach einem Verfahren, bei dem die verstärkenden Fasern den thermoplastischen Trägerfilm einer solchen Weise durchdringen, daß der Hauptteil der Fasern, bezogen auf das Gewicht, im wesentlichen auf einer Seite, d. h. auf der Körperseite des Trägerfilms, verbleibt. Es müssen nicht alle Fasern den Trägerfilm durchdringen, doch muß es mindestens eine genügende Anzahl von Fasern sein, die den Film durchdringt, so daß die Fasern sicher an dem Trägerfilm gehalten werden und die Oberfläche der druckumformbaren Platte verbessert wird. Vorzugsweise durchdringen die Fasern den Film in einer solchen Weise, daß der Prozentsatz der Faserenden auf der Körperseite des Trägerfilmes im wesentlichen gleich ist dem oder größer als der Gewichtsprozentsatz der Fasern auf dieser Seite.
Eine verstärkende Fasermatte, wie sie hier bevorzugt ist, kann zum Beispiel hergestellt werden unter Anwendung eines Verfahrens, bei dem die Fasern durch den Trägerfilm nadelartig hindurchgestochen werden. In der Praxis des Vernadelungsverfahrens werden die Fasern auf einer Seite eines Trägerfilmes gehalten und von der gegenüberliegenden Seite werden Nadeln mit Widerhaken durch den Film geführt und von der gleichen Richtung zurückgezogen. Nach dem Zurückziehen fängt der Widerhaken der Nadeln unregelmäßig Glasstränge ein und zieht diese durch den Trägerfilm. Durch Verdrehen der Nadeln, Bewegen des Trägerfilmes oder in anderer Weise können die Glasstränge von dem Widerhaken an dem Punkt entfernt werden, an dem eine geeignete Menge Glas durch den Trägerfilm gezogen worden ist. Die Dichte der Nadeldurchdringung durch den Trägerfilm liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 25 bis etwa 450 Durchdringungen pro 6,25 cm² (Zoll²). Bei diesem Verfahren der Herstellung der verstärkenden Fasermatte sind die Faserenden grob auf jeder Seite des Trägerfilms im gleichen Anteil wie das Fasergewicht verteilt, da eine nahezu unregelmäßige Probe der Fasern mittels des Widerhakens durch den Trägerfilm gezogen ist.
Der Fachmann kann sich andere Arten vorstellen, die oben beschriebene verstärkende Fasermatte herzustellen. Hier ist das Verfahren der Herstellung der Matte nicht kritisch, solange die Fasern durch die Matte in der Schichtstruktur getragen sind.
Die druckumformbare Platte wird hergestellt aus einer Schichtstruktur, die unter Wärme und Druck laminiert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Schichtstruktur hergestellt durch in planaren Kontakt bringen von einer oder mehreren thermoplastischen Harzschichten oder -folien mit einer verstärkenden Fasermatte. Um die verbesserte Glätte zu erhalten, ist es kritisch, daß die verstärkende Fasermatte mit der Körperseite des thermoplastischen Trägerfilmes gegenüber der Harzschicht angeordnet ist. Anders ausgedrückt, sollte die verstärkende Fasermatte so angeordnet werden, daß der Hauptanteil der Fasern, bezogen auf das Gewicht, der Matte auf der Seite des thermoplastischen Trägerfilms angeordnet ist, die der Harzschicht gegenüber liegt.
Die Dicke sowohl der thermoplastischen Harzschichten der Oberflächenschicht als auch die Glasdichte der verstärkenden Fasermatte kann in weitem Rahmen variieren, und sie werden bestimmt durch die erwünschte Größe des fertigen Gegenstandes, die erwünschten Eigenschaften des fertigen Gegenstandes und die relativen Dicken und die Glasdichte. Die thermoplastischen Schichten mit einer Dicke von 0,25 (10) bis 3,13 mm (125 mils) sind üblich. Der Fachmann auf dem Gebiet druckumformbarer Platten kann leicht die richtige Dicke und Glasdichte bestimmen. Im allgemeinen sollte die Konzentration der Fasern in der druckumformbaren Platte im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 Gew.-% der Gesamtheit aus Faser- und thermoplastischem Harzgehalt liegen.
Die Schichtstruktur kann in einer symmetrischen Weise wiederholt und laminiert werden, um eine druckumformbare Platte mit glatteren Oberflächen auf beiden Seiten herzustellen; zum Beispiel eine Schichtstruktur mit einer Schichtkonstruktion aus Harzschicht/verstärkender Fasermatte/verstärkender Fasermatte/Harzschicht. Es können natürlich thermoplastische Harzschichten und andere übliche verstärkende Schichten auf der Körperseite der verstärkenden Fasermatte oder zusätzliche thermoplastische Folien und übliche verstärkende Schichten als ein zentraler Kern angeordnet werden; zum Beispiel ein zentraler Kern für die oben erwähnte Doppelseiten-Schichtstruktur. Es ist nur kritisch, daß die hier beschriebene Harzschicht und die verstärkende Fasermatte den äußeren Teil der aufeinander gelegten Struktur bilden.
Die Schichtstruktur kann in irgendeiner üblichen Weise konstruiert sein, zum Beispiel in einem ansatzweisen Verfahren, bei dem geschnittene Folien der verschiedenen Schichten manuell oder mechanisch in der richtigen Reihenfolge angeordnet werden oder in einem kontinuierlichen Verfahren, wo kontinuierliche Folien jeder Schicht in parallelen Kontakt gebracht werden. Die Effizienz diktiert die Anwendung eines kontinuierlichen Verfahrens, doch ist das Verfahren zum Herstellen der Schichtstruktur für die Erfindung nicht kritisch.
Die Schichtstruktur wird unter Druck und bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur der thermoplastischen Harzschicht und irgendwelcher anderer thermoplastischen Schichten in der aufgelegten Struktur und oberhalb der Schmelz- oder Zerfalls-Temperatur des thermoplastischen Trägerfilmes laminiert. Der Druck sollte genügen, um die thermoplastische Schmelze zum freien Fließen in die verstärkende Fasermatte zu drücken und die Schichtstruktur zu einer zusammenpassenden druckumformbaren Platte zu verdichten.
Wärme und Druck können in einer einfachen Preßapparatur, die allgemein bei einem ansatzweisen Betrieb benutzt wird, oder durch Hindurchführen der Schichtstruktur durch eine Walzenvorrichtung, die im allgemeinen mit einem kontinuierlichen Betrieb verbunden ist, ausgeübt werden. Eine geeignete Walzenvorrichtung schließt nicht nur einfach gepaarte Walzen ein, zwischen denen die Schichtstruktur hindurchgeführt wird, sondern auch gepaarte kontinuierliche Bänder, die über mehrere Rollen laufen und für einen ununterbrochenen Kontakt unter Wärme und Druck sorgen.
Die Oberflächenqualität ist natürlich eine Funktion verschiedener Variablen, die die Oberflächenqualität der Presse oder Rollen bzw. Walzen einschließen, die zum Ausüben von Wärme und Druck benutzt werden. Es sollte sorgfältig darauf geachtet werden, daß die Verbesserung der Oberflächenqualität, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden kann, nicht durch eine schlechte Oberflächenqualität der Presse oder Walzen beeinträchtigt bzw. maskiert wird.
Die druckumformbare Platte der vorliegenden Erfindung kann danach zu Formgegenständen umgeformt bzw. gestanzt werden. Das Umformen wird im allgemeinen bei Temperaturen unterhalb, doch nahe der Schmelztemperatur des thermoplastischen Hauptbestandteils der druckumformbaren Platte ausgeführt. Der Fachmann kann auf der Grundlage des thermoplastischen Gehaltes und einschließlich anderer Zusätze, wie Weichmacher, leicht eine geeignete Temperatur bestimmen. Da das Druckumformen unterhalb der Schmelztemperatur ausgeführt wird, werden die Oberflächeneigenschaften der druckumformbaren Platte im wesentlichen auf den Formgegenstand übertragen.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Druckumformen wird die druckumformbare Platte auf einem kontinuierlichen Band durch einen Ofen geführt, wo sie auf die geeignete Temperatur erhitzt wird. Nach dem Austreten aus dem Ofen wird die erhitzte Platte in einer Druckumformpresse angeordnet und mit einem stark polierten und chromplattierten Werkzeug bei einer geeigneten Werkzeugtemperatur unter dem geeigneten Druck umgeformt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die folgenden Beispiele illustrieren die Herstellung gewisser Zusammensetzungen innerhalb des Rahmens der Erfindung. Sie sind jedoch nicht dahingehend zu verstehen, daß sie die Erfindung in irgendeiner Weise einschränken.

Tests

Die Oberflächenrauheit wurde mit einem von Taylor Hobson Limited hergestellten Meßgerät SURTRONIC 3 gemessen und in "Millimeter" (microinches) angegeben, was eine Messung des mittleren Abstandes zwischen dem tiefsten Punkt und dem höchsten Punkt auf der Oberfläche und analog einer Amplitude ist. Nach der Kalibrierung wurden zehn Messungen über verschiedenen Flächen der Testoberfläche durch Anordnen der motorgetriebenen Diamant spitze des Meßgerätes auf der öl- und schmutzfreien Oberfläche, die deren Querbewegung gestattet, ausgeführt. War die Messung ein offensichtlicher Ausreißer, d. h. wich sie mehr als 0,38 mm (15 microinches bzw. uin.) vom Mittelwert ab, wurde sie ignoriert. Die berichtete Oberflächenrauheit ist der Mittelwert der zehn Ablesungen.

Materialien

Polycarbonat (PC) Poly(bisphenol A-carbonat), Lexan 121-Harz, hergestellt durch General Electric Company, Pittsfield, MA.
Polyester Poly(butylen-terephthalat), VALOX 310-Harz, hergestellt durch General Electric Company, Pittsfield, MA.
Polyester/Polycarbonat 50/50-Mischung, bezogen auf das (PBT/PC) Gewichtsverhältnis, von Poly- (butylen-terephthalat)/Poly- (bisphenol A-carbonat), XENOY 1600-Harz, hergestellt durch General Electric Company, Pittsfield, MA.
Hohe Glasmatte Kontinuierliche Glasstrangmatte mit einer Dichte von 66,8 mg/cm² (2 oz/ft²), M-8608-Matte, hergestellt durch Owens Corning Fiberglass.
Genadelte Glasmatte Glasmatte mit 67% von 22,5 cm (9 in.)-Fasern und 33% 2,5-5 cm (1-2 in.)-Fasern, die durch einen 0,1 mm (4 mil) bahnförmigen Poly(ethylen-terephthalat)-Trägerfilm genadelt sind, bei einer Dichte von 66,8 mg/cm² (2 oz/ft²), 110 Nadeln/6,25 cm² (in²) und mit etwa 99 Gew.-% der Fasern auf der Körperseite des Films, hergestellt durch Fiberglass Industries.

Beispiele 1-6

Schichtstrukturen wurden gebildet, die Schichten der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen aufwiesen und in der Reihe der Spalten A/B/C/D/E angeordnet waren. Waren die Schichten B und D genadelte Glasmatten, dann war die Seite des Trägerfilmes, die den Hauptteil der Fasern, bezogen auf das Gewicht, aufwies, d. h. die Körperseite des Trägerfilmes, so angeordnet, daß sie der Schicht C gegenüber und benachbart lagen. Die Schichtstrukturen wurden als kontinuierliche Folien mit etwa 60 cm (24 in.) Breite zu einer kontinuierlichen druckumformbaren Platte mit einer Dicke von 2,5 mm (100 mil) laminiert, die zu Längen von 90 bis 150 cm (3-5 ft) geschnitten wurde. Die Laminierung erfolgte auf einer Doppelgurt- Laminierungspresse von Sandvik mit einer Zufuhrrate und einem Temperaturprofil, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind. Der Laminierungsdruck betrug etwa 3,3 bar und die Maximaltemperatur innerhalb des Laminates war die gezeigte Schmelztemperatur. Der nominelle Glasgehalt der druckumformbaren Platte betrug 35 Gew.-%, wo hohe Glasmatte benutzt wurde, und 38 Gew.-%, wo genadelte Glasmatte eingesetzt wurde. Die Oberflächenrauheit wurde auf einer Probe jedes Beispiels gemessen, und sie ist in Tabelle 1 angegeben.
Wie ersichtlich, hatte ein druckumformbare Platte, die aus einer richtig angeordneten genadelten Glasmatte hergestellt war, eine verbesserte Oberfläche, verglichen mit einer identischen Platte, die aus einer hohen Glasmatte hergestellt war. Tabelle 1 Beisp. SCHICHTEN A B C D E Zufuhrrate m/min Schmelztemperatur ºC ZONENTEMPERATUREN Oberflächenrauheit mm (u in.) PC-Film Hohe Glasmatte Genadelte Glasmatte PBT-Film

Claims

1. Faserverstärkte, druckumformbare Platte, erhalten durch Laminieren von (a) einer Oberflächenschicht (1) aus thermoplastischem Harz und (b) einer verstärkenden Fasermatte, umfassend (i) einen Trägerfilm (3) aus thermoplastischem Harz mit einem Schmelzpunkt unterhalb der Laminierungstemperatur und (ii) lange Fasern (2), die in den Trägerfilm eingelagert und durch diesen Film angeordnet sind, wobei ein Hauptteil der langen Fasern auf einer Seite des Trägerfilmes angeordnet ist, ein untergeordneter Teil von etwa 1 bis 45 Gew.-% der langen Fasern auf einer gegenüberliegenden Seite des Trägerfilms angeordnet ist und der untergeordnete Teil der Fasern benachbart der Oberflächenschicht angeordnet ist.

2. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin der Film aus thermoplastischem Harz eine Dicke von weniger als 1,25 nun (50/1000 Zoll) hat.

3. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin die Fasern der verstärkenden Matte eine mittlere Länge von mindestens etwa 2,5 cm (1 Zoll) haben.

4. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin der untergeordnete Teil etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% der Fasern ausmacht.

5. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 4, worin die Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus vernetzten organischen Fasern, leitenden Fasern, Kohlenstoffasern und Glasfasern.

6. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 5, worin die Fasern aus Glas sind und eine mittlere Länge von mindestens etwa 2,5 cm (1 Zoll) haben.

7. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 6, worin die Fasern Bündel von 20 bis etwa 2.000 Glasfäden umfassen.

8. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 5, worin die verstärkende Fasermatte ein Gewicht von etwa 10 (0,3) bis etwa 334 mg/cm² (10 US-Unzen/Fuß²) hat.

9. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 4, worin der Trägerfilm aus thermoplastischem Harz aus einem thermoplastischem Harz mit einem Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes der Trägerschicht aus thermoplastischem Harz zusammengesetzt ist.

10. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 4, worin der thermoplastische Trägerfilm und die thermoplastische Harzschicht jeweils aus einem thermoplastischem Harz zusammengesetzt sind, das unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonaten, Polyamiden, Polyestern, Poly(phenylenoxiden), Poly(etherimiden), Polyolefinen, Epoxyharzen, Poly(phenylensulfiden), Polysulfonen, Polyurethanen und deren Mischungen.

11. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 4, worin der thermoplastische Trägerfilm eine Dicke von etwa 0,012 (0,5) bis 0,5 mm (20/1000 Zoll) hat.

12. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin der Prozentgehalt der Faserenden auf der Seite des thermoplastischen Trägerfilms etwa gleich oder größer als die Gewichtsprozent der Fasern auf dieser Seite ist.

13. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 3, worin die Fasern der verstärkenden Fasermatte durch den thermoplastischen Trägerfilm gestochen sind.

14. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin die Konzentration der Fasern im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 Gew.-% des Gesamtgewichtes der faserverstärkten, druckumformbaren Platte liegt.

15. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin mehrere Trägerschichten aus thermoplastischem Harz und verstärkende Fasermatten laminiert sind.

16. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 1, worin die Oberflächenschicht aus thermoplastischem Harz ein thermoplastisches Harz umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonatharzen und Polycarbonat-Polyester-Harzmischungen.

17. Faserverstärkte, druckumformbare Platte nach Anspruch 16, worin die Seiten-Oberflächenschicht eine Oberflächenrauheit von höchstens etwa 0,8 mm (etwa 32,5 u-Zoll) hat.