DE4207244A1 - Composite sheet for e.g. cars - comprises polyolefin reinforced with mat based on natural fibre with fibres wt. above 10 tex, pref. sisal - Google Patents

Composite sheet for e.g. cars - comprises polyolefin reinforced with mat based on natural fibre with fibres wt. above 10 tex, pref. sisal

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Abstract

Composite sheets (I) are claimed, contg. a polyolefin matrix (II) reinforced with mats of natural fibre with fibre wt. above 10 tex (III). (I) contains 20-70 wt.% (III), pref. in the form of needled mat based on sisal fibres more than 10mm long (mean.) (II) is polypropylene (PP) with MFI (230/2.16) = 5-500g/10 mins., or a mixt. of 99-80 wt.% PP and 1-20 wt.% maleic anhydride-grafted USE/ADVANTAGE - Used for producing moulded parts for cars, machine construction and domestic appliances. (I) are composite materials with high toughness, strength and rigidity, which are cheaper than corresp. materials contg. glass fibre.

Description

Die Erfindung betrifft einen flächigen Verbundwerkstoff aus einer Polyolefinmatrix und Naturfasermatten als Verstär­ kungsmaterial.The invention relates to a flat composite material a polyolefin matrix and natural fiber mats as reinforcements material.

Verbundwerkstoffe aus einer Polypropylenmatrix und Glas­ fasermatten als Verstärkungsmaterial sind bekannt. Sie werden in zunehmendem Maße zur Herstellung von Automobil­ teilen verwendet. Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Ver­ bundwerkstoffe sind jedoch durch den verhältnismäßig hohen Preis der Glasfasermatten begrenzt. Eine Möglichkeit zur Kostenreduzierung wäre der Einsatz billigerer Fasermate­ rialien.Composites made of a polypropylene matrix and glass Fiber mats are known as reinforcing material. they are increasingly used to manufacture automobile share used. The uses of such Ver However, composite materials are due to the relatively high Price of the fiberglass mats limited. A way to The cost reduction would be the use of cheaper fiber mate rialien.

In der DE-A 14 54 988 ist die Herstellung von Formkörpern aus mit faserigen Substanzen verstärkten Thermoplasten be­ schrieben, wobei vorgebildete Verbundstoffe zum plastischen Fließen erhitzt und anschließend unter Druck verformt wer­ den. Die faserigen Substanzen können in Form von Matten vor­ liegen, sie können auch organischer Natur sein, wobei als Beispiele Wolle und Baumwolle genannt sind. Diese Fasern ergeben jedoch Verbundwerkstoffe, die eine geringe Festig­ keit und Steifigkeit aufweisen und daher leicht brechen. Die EP-A 3 45 463 betrifft faserverstärkte Thermoplastbahnen. Als geeignete Naturfasern, aus denen die verstärkend wirkenden Fasermatten hergestellt werden können, sind z. B. Jutefasern genannt. Es hat sich gezeigt, daß Verbundwerkstoffe aus Po­ lyolefinmatrix und Jutefasermatten zwar ein verbessertes Festigkeits- und Steifigkeitsniveau aufweisen; die Schlagzä­ higkeit der Verbundwerkstoffe ist aber zu niedrig, was zu Sprödbruch führen kann.DE-A 14 54 988 describes the production of moldings from thermoplastics reinforced with fibrous substances wrote, where preformed composites for plastic Flow heated and then deformed under pressure the. The fibrous substances can be in the form of mats lie, they can also be organic in nature, being as Examples of wool and cotton are mentioned. These fibers however, result in composite materials that have a low strength exhibit rigidity and stiffness and therefore break easily. The EP-A 3 45 463 relates to fiber-reinforced thermoplastic webs. As suitable natural fibers from which the reinforcing Fiber mats can be produced, for. B. jute fibers called. It has been shown that composites made of Po lyolefin matrix and jute mats an improved one Have strength and rigidity levels; the impact Composites are too low, which too Can cause brittle fracture.

In WO-A 88/10 286 ist ein Verbundmaterial beschrieben, das durch homogenes Einarbeiten von Holzmehl und von Natur­ fasern, z. B. aus Sisal, in eine Polyolefinmatrix und Zer­ kleinern zu Partikeln hergestellt wird. Platten, die aus einem solche Kurzfasern enthaltenden Verbundmaterial ge­ fertigt werden, weisen auch eine recht geringe Festigkeit und Schlagzähigkeit auf. Dies trifft auch auf Verbundkörper zu, die nach US-A 37 28 294 durch Beschichten von 6,3 mm langen Sisalfasern mit einem Siliconöl, Vermischen mit Ther­ moplast-Granulat und Spritzgießen der Mischung hergestellt wurden.WO-A 88/10 286 describes a composite material which through homogeneous incorporation of wood flour and nature fibers, e.g. B. from sisal, in a polyolefin matrix and Zer smaller is made into particles. Plates that made up such a composite material containing short fibers manufactured, also have a very low strength and impact resistance. This also applies to composite bodies  to that according to US-A 37 28 294 by coating 6.3 mm long sisal fibers with a silicone oil, mixing with Ther moplastic granulate and injection molding the mixture were.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, billige Ver­ bundwerkstoffe aus einer Polyolefinmatrix und Naturfaser­ matten bereitzustellen, die eine verhältnismäßig hohe Zähig­ keit, Festigkeit und Steifigkeit aufweisen.The invention was therefore based on the object, cheap Ver composite materials made of a polyolefin matrix and natural fiber provide mats that have a relatively high toughness have strength, strength and rigidity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen flächigen Verbundwerkstoff aus einer Polyolefinmatrix und Naturfasermatten als Verstärkungsmaterial, wobei die Natur­ fasern ein Fasergewicht von mehr als 10 tex, vorzugsweise von mehr als 20 tex, aufweisen.This object is achieved by a flat composite material made of a polyolefin matrix and Natural fiber mats as a reinforcing material, being nature fibers have a fiber weight of more than 10 tex, preferably of more than 20 tex.

Als Polyolefine sind Ethylen- und Propylenhomo- und copoly­ merisate bevorzugt. Besonders gut geeignet ist Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI zwischen 5 und 500, insbesondere zwischen 50 und 400 (g/10 min) (bei 230°C/2,16 kg), sowie entsprechende Pfropfcopolymerisate, z. B. mit Acrylsäure oder Maleinsäureanhydrid. Wenn man als Polyolefinmatrix eine Mi­ schung verwendet aus 91-80 Gew.-% Polypropylen und 1-20 Gew.-% eines mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Po­ lypropylens, dann erhält man Verbundwerkstoffe mit besonders guter Festigkeit und Steifigkeit. Dem Polyolefin können bis zu 100 Gew.-% Rezyklat von aufgearbeitetem Abfallmaterial mit 20 bis 50 Gew.-% kurzen Naturfasern oder Glasfasern zu­ gesetzt sein, ferner kann es die üblichen Zusatzstoffe wie Stabilisatoren, Füllstoffe und Flammschutzmittel enthalten.As polyolefins are ethylene and propylene homo- and copoly merisate preferred. Polypropylene is particularly suitable with a melt index MFI between 5 and 500, in particular between 50 and 400 (g / 10 min) (at 230 ° C / 2.16 kg), as well corresponding graft copolymers, for. B. with acrylic acid or Maleic anhydride. If, as a polyolefin matrix, a Mi used from 91-80 wt .-% polypropylene and 1-20% by weight of a Po grafted with maleic anhydride lypropylene, then you get composite materials with special good strength and rigidity. The polyolefin can up to 100% by weight of recycled waste material with 20 to 50% by weight of short natural fibers or glass fibers be set, it can also be the usual additives such as Stabilizers, fillers and flame retardants included.

Als Fasermatten kommen vorzugsweise sehr grobe Pflanzen­ fasern in Frage, insbesondere solche aus Sisal (25-35 tex), Kokos (50-70 tex) oder Banane (20-35 tex). (Zum Vergleich: Jute hat ein Fasergewicht von etwa 3-4 tex, Baumwolle ebenfalls von weniger als 10 tex.) Die Matten werden auf üb­ liche Weise durch Ablegen von Fasern oder nach dem Krempel­ verfahren hergestellt. Die Fasern, aus denen die Matten be­ stehen, sollen vorzugsweise eine mittlere Länge von mehr als 10 mm aufweisen, besonders bevorzugt sind sie 20 bis 100 mm lang. Es ist nicht notwendig, die Fasern mit einem Beschich­ tungsmittel, z. B. einem Haftvermittler oder einer Schlichte zu versehen. Bei einer speziellen Ausführungsform werden auf übliche Weise genadelte Matten eingesetzt, die bauschiger und voluminöser sind als ungenadelte Matten. Das Flächenge­ wicht der Fasermatten kann sich in weiten Grenzen zwischen 200 und 4000 (g·cm-2) bewegen.Very coarse plant fibers are particularly suitable as fiber mats, in particular those made from sisal (25-35 tex), coconut (50-70 tex) or banana (20-35 tex). (For comparison: jute has a fiber weight of about 3-4 tex, cotton also less than 10 tex.) The mats are manufactured in the usual way by laying down fibers or using the carding process. The fibers from which the mats are made should preferably have an average length of more than 10 mm, particularly preferably they are 20 to 100 mm long. It is not necessary to treat the fibers with a coating agent, e.g. B. to provide an adhesion promoter or a size. In a special embodiment, needled mats are used in the usual way, which are bulky and voluminous than non-needled mats. The area weight of the fiber mats can range between 200 and 4000 (g · cm -2 ).

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe werden die Fasermatten mit geschmolzenem Polyolefin impräg­ niert. Die Mengenverhältnisse sind dabei so zu wählen, daß im fertigen Werkstoff der Fasergehalt 20 bis 70, vorzugs­ weise 42 bis 60 Gew.-% beträgt. Bei einer bevorzugten Aus­ führungsform werden in eine Doppelbandpresse gleichzeitig Fasermatten und Polyolefinschmelze zugeführt und bei Drücken zwischen 1 und 50 (bar) miteinander verpreßt. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Polyolefin in Form von Folien, Pulver, Granulat, sowie als Lösung oder Emulsion mit den Fasermatten zusammen zuführen und gemeinsam oberhalb der Schmelztemperatur diskontinuierlich oder kontinuierlich, z. B. auf einem Kalander, zu verpressen. Das Verpressen muß unter einem so hohen Druck vorgenommen werden, daß nach dem Abkühlen, vorzugsweise auf Raumtemperatur, ein kompaktes, flächiges Halbzeug entsteht.For the production of the composite materials according to the invention the fiber mats are impregnated with melted polyolefin kidney. The proportions are to be chosen so that in the finished material the fiber content 20 to 70, preferably is 42 to 60 wt .-%. With a preferred off are in a double belt press at the same time Fiber mats and polyolefin melt fed and at pressures between 1 and 50 (bar) pressed together. Basically it is also possible to use the polyolefin in the form of films, Powder, granules, as well as a solution or emulsion with the Feed the fiber mats together and together above the Melting temperature discontinuous or continuous, e.g. B. on a calender. The pressing must be made under such a high pressure that after Cooling, preferably to room temperature, a compact, flat semi-finished product is created.

Dieses Halbzeug kann zugeschnitten und nach üblichen Metho­ den durch Pressen oder Tiefziehen bei Temperaturen oberhalb des Erweichungsbereichs des Thermoplasten zu Formteilen ver­ arbeitet werden, die z. B. in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und für Haushaltsgeräte Anwendung finden.This semi-finished product can be cut and made using the usual method by pressing or deep drawing at temperatures above ver the softening range of the thermoplastic to molded parts are working, the z. B. in the automotive industry, in Mechanical engineering and for household appliances.

Beispielexample

Eine genadelte Sisalfasermatte mit dem Flächengewicht 800 (g·m-2) wird mit Polypropylen-Schmelzefilmen mit einem Schmelzindex von 80 (230°C; 2,16 kg) getränkt und in einer Doppelbandpresse zu einem flächigen Halbzeug mit einer Dicke von 3,8 mm verpreßt.A needled sisal fiber mat with a basis weight of 800 (g · m -2 ) is impregnated with polypropylene melt films with a melt index of 80 (230 ° C; 2.16 kg) and in a double belt press to a flat semi-finished product with a thickness of 3.8 mm pressed.

Passend zugeschnittene Halbzeugtafeln werden in einem Um­ luftofen auf 210°C erhitzt und in einer schnell schließenden hydraulischen Presse zu einem Fertigteil verpreßt.Appropriately cut semi-finished sheets are made in one order air oven heated to 210 ° C and in a quick closing hydraulic press pressed into a finished part.

Claims (7)

1. Flächiger Verbundwerkstoff aus einer Polyolefinmatrix und Naturfasermatten als Verstärkungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern ein Fasergewicht von mehr als 10 tex aufweisen.1. Flat composite material made of a polyolefin matrix and natural fiber mats as a reinforcing material, characterized in that the natural fibers have a fiber weight of more than 10 tex. 2. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 20 bis 70 Gew.-% Fasern enthält.2. Flat composite material according to claim 1, characterized characterized in that it contains 20 to 70 wt .-% fibers. 3. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten genadelt sind.3. Flat composite material according to claim 1, characterized characterized in that the fiber mats are needled. 4. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, aus denen die Matten bestehen, eine mittlere Länge von mehr als 10 mm auf­ weisen.4. Flat composite material according to claim 1, characterized characterized in that the fibers that make up the mats exist, an average length of more than 10 mm point. 5. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten aus Sisal-Fasern bestehen.5. Flat composite material according to claim 1, characterized characterized in that the fiber mats made of sisal fibers consist. 6. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin ein Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI zwischen 5 und 500 (g/10 min) (230°C/2,16 kg) ist.6. Flat composite material according to claim 1, characterized characterized in that the polyolefin has a polypropylene a melt index MFI between 5 and 500 (g / 10 min) (230 ° C / 2.16 kg). 7. Flächiger Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Polyolefinmatrix eine Mischung aus 99-80 Gew.-% Polypropylen und 1 bis 20 Gew.-% eines mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Polypropylens ist.7. Flat composite material according to claim 1, characterized ge indicates that the polyolefin matrix is a mixture of 99-80% by weight of polypropylene and 1 to 20% by weight of one polypropylene grafted with maleic anhydride.
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