DE69023407T2

DE69023407T2 - Verfahren zur Oberflächenverbesserung von Gegenständen auf Basis faserverstärkter Kunststoffmaterialien.

Info

Publication number: DE69023407T2
Application number: DE69023407T
Authority: DE
Inventors: David George Jeffs; Peter Liam Wallace
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Current assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2010-07-25
Also published as: FI102740B; EP0410678B1; NO940295L; NZ234596A; ES2080120T3; NO304270B1; NO178294C; DE69032377D1; DE69032377T2; NO178294B; ATE166903T1; DE69023407D1; NO903212L; BR9003561A; AU5919590A; EP0588374A2; EP0588374B1; US5458973A; FI102740B1; JP2568133B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenverbesserung von Gegenständen auf der Basis faserverstärkter Kunststoffe.
Die US-Patentschrift 4,734,321 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines permeablen tafelförmigen Materials, welches aus unverfestigtem Kunststoff, insbesondere aus thermoplastischem Material, und relativ kurzen Verstärkungsfasern, typischerweise 50 mm oder kürzer, besteht. Nach einer Zwischenverarbeitung, bei der die Kunststoffkomponente geschmolzen wird, um die Verstärkungsfasern vollständig zu benetzen, eignet sich das Material zur Kaltformung faserverstärkter Kunststoffartikel. Hierbei können verschiedene Zwischenverarbeitungsstufen erfolgen.
Beispielsweise kann das permeable Material, wie es in dem genannten US-Patent beschrieben ist, Hitze und Druck ausgesetzt und dann abgekühlt werden, um eine verfestigte Tafel zu bilden. Vor dem Formvorgang wird die Tafel wieder erhitzt, wodurch die Kunststoffkomponente erweicht und die Spannungen in den Verstärkungsfasern abgebaut werden, wodurch sich die Tafel wiederexpandiert, welche dann kalt geformt werden kann.
Die Verwendung kurzer einzelner Fasern in dem Ausgangsmaterial hat erhebliche Vorteile, da diese in dem geschmolzenen Thermoplasten, in welchen sie eingearbeitet sind, fließen, wenn sie in der Form einem Druck ausgesetzt werden. Dies ergibt eine sehr gleichmäßige Verteilung der Fasern innerhalb der Form und damit eine gleichmäßige Verstärkung über die gesamte geformte Struktur, und zwar auch bei sehr verwinkelten Formen.
Bei dem Kaltformungsverfahren wird ein über die Schmelztemperatur der Kunststoffkomponente aufgeheiztes Ladematerial in die Form gegeben, wobei die Formteile auf einer Temperatur gehalten werden, die unter der Temperatur liegt, bei der sich die Kunststoffkomponente verfestigt. Es wird dann ausreichend schnell der Formdruck auf das heiße Ladematerial angewandt, um sowohl die Kunststoff- als auch die Faserkomponente der Ladung zum Ftießen in die richtige Form zu bringen, bevor die Kunststoffkomponente sich verfestigt.
Die Kaltformung ist eine wohlbekannte Technik zur Formung von unverstärktem Kunststoff. Es wurde herausgefunden, daß diese Technik bei der Formung von Kunststoffen, welche mit kurzen Fasern verstärkt sind, zu Oberflächenunebenheiten des Formteils führen kann. Aus verschiedenen Gründen weisen auch andere faserverstärkte Kunststoffe Oberflächendefekte aufgrund hindurchtretender Fasern auf.
Durch das Herstellungsverfahren für das Ausgangsmaterial, wie es in der US-Patentschrift Nr. 4,734, 321 beschrieben ist, werden die enthaltenen Fasern im wesentlichen in der Ebene der Tafel orientiert. Es wurde herausgefunden, daß die bei aufeinanderfolgenden Formvorgängen auftretenden Oberflächenunebenheiten durch das Herausstehen von Fasern durch die Oberfläche der Tafel bewirkt werden.
Eine andere Art faserverstärkter Kunststofftafeln wird hergestellt, indem mit Hilfe einer Plattenpresse Schichten aus genadelten Glasfasermatten und thermoplastischem Harz wie Polypropylen zusammenlaminiert werden. Verfahren zur Herstellung derartiger Produkte sind in den US-Patenten 3,664,909, 3,684,645, 3,713,962 und 3,850,723 beschrieben. Es wurde jedoch herausgefunden, daß die Verwendung derartiger Tafeln beim Kaltformen oder bei Stanzvorgängen zu einem geringfügigen Hervorstehen der Fasern aus der Oberfläche der erzielten Form führt, wodurch sich visuell sichtbare Irregularitäten in der Oberfläche ergeben.
Ein weiteres System zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe ist in der US 3,328,383 beschrieben, wobei eine Mischung aus Glas- und Thermoplastfasern auf einer flachen Oberfläche abgelegt und dann nach dem Heizen durch Druck verfestigt wird. Auch hier führt ein nachfolgendes Formen der verfestigten Tafel dazu, daß Fasern durch die Oberfläche der Tafel hervorstehen.
Es gehört zu den Zielen der vorliegenden Erfindung, die Oberflächenbeschaffenheit der aus diesen Tafeln hergestellten Formen zu verbessern.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer durchlässigen Tafel und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Tafel nach den Ansprüchen 1 und 2.
Das partikelförmige Material kann ein mineralischer Füllstoff sein, beispielsweise Ton oder Lehm, Ruß oder Titandioxid Calciumcarbonat, ein Thermoplast, ein wärmeaushärtender Kunststoff, ein Antioxidationsmaterial, ein Pigment oder eine Mischung aus diesen Materialien. Alternativ hierzu oder zusätzlich können anorganische Füllstoffe verwendet werden, welche beispielsweise in der internationalen (PCT) Anmeldung WO 88/006606 und in der UK-Patentanmeldung Nr. 2 179 665 A beschrieben sind.
Die Herstellung einer partikelförmigen Oberflächenbeschichtung hat verschiedene Vorteile hinsichtlich der Handhabung der Tafeln, wenn Tafelmaterialien eingesetzt werden, wie sie in der US 4,734,321 beschrieben sind. Weil jedes Partikel direkt oder indirekt einzeln an die Tafeloberfläche gebunden ist, wirkt es sich weder auf die Flexibilität der Tafel noch in erheblichem Umfang auf deren Permeabilität aus. Im Ergebnis kann die Tafel aufgewickelt und auch vor dem Formvorgang durch Durchführung heißer Luft durch die Tafel aufgeheizt werden, wie es beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 85 300 033 (Veröffentlichungsnurnmer 0 148 762) beschrieben ist.
Derartige partikelförmige Beschichtungen haben auch Vorteile im Gebrauch mit anderen Arten faserverstärkter Kunststofftafeln. So wurde zum Beispiel herausgefunden, daß die Verwendung eines mineralischen Füllstoffs in der Oberflächenschicht die Viskosität des Kunststoffgehalts der Tafel an der Oberfläche erhöht, was wiederum das Hervortreten der Verstärkungsfasern durch die Oberfläche vermindert.
Die Verwendung partikelförmigen Kunststoffs in der Oberflächenschicht erzeugt eine Anreicherung der Oberfläche mit Kunststoff, was zu einem ähnlichen Ergebnis führt.
Die partikelförmige Oberflächenschicht kann mit Hilfe einer Vielzahl von Methoden aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine wässrige Beschichtung aus einer Dispersion des partikelförmigen Materials in herkömmlicher Weise aufgebracht werden. Alternativ hierzu kann eine oberflächenaktive Substanz hinzugefügt und die Dispersion zur Bildung eines Schaums gerührt werden, wobei der Schaum dann als Beschichtungsmaterial verwendet wird, wie es im UK-Patent 1 039 540 oder im US-Patent 4,263,344 beschrieben ist.
Auch hier kann das partikelförmige Material als Trockenpulver mit Hilfe verschiedener Methoden aufgebracht werden, vorausgesetzt, daß die Prozeßbedingungen so gewählt werden, daß sich das Pulver an die Tafel bindet.
Eine wässrige Dispersion mit einer Konsistenz von 0,5 bis 30 Gew.-% oder 5 bis 300 g/l Wasser kann verwendet werden. Für eine typische Produktionsrate von 7 m/min zu beschichtender Tafel würde die Beschichtung mit einer Rate von 0,8 bis 500 l/min pro Meter Tafelbreite aufgebracht.
Eine geschäumte Beschichtung kann mit einer Rate zwischen 50 und 500 g/m² aufgebracht werden, wobei die Schaumkonsistenz zwischen 0,5 und 10 Gew.-% oder 5 bis 100 g/l Wasser liegt. Bei einem Luftgehalt von 67 % entspricht dies 1,6 bis 33 g/l Schaum.
Die Tafel wird bei einer typischen Produktionsrate von 5 m/min beschichtet, wobei der Flußratenbereich für den Schaum von 8 bis 4000 l/min pro Meter Tafelbreite variiert.
Trockenpulver können mit einer Rate zwischen 50 und 500 g/m² bei typischer Produktionsrate von 7 m²/min aufgebracht werden.
In einem bekannten Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkten, thermoplastischen Tafelmaterials wird eine Mischung aus zerhackten Glasfasern, Polypropylenpulver und einem anorganischen Füllstoff wie Kaolin, Calciumcarbonat, Kreide, Mica, Titandioxid oder Aluminiumtrihydrat zusammen mit einer oberflächenaktiven Substanz (welche anionisch oder nichtionisch sein kann) unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers in Wasser dispergiert, was zu einem stabilen Schaum mit relativ geringem Feststoffgehalt führt. Dieser Schaum wird gleichförmig über der Oberfläche eines fortlaufenden Drahtnetzes verteilt, wie es üblicherweise in einer Fourdrinier-Papiermaschine verwendet wird und die wässrige Phase wird über das Drahtnetz durch Schwerkraft und Saugen herausgenommen. Die so gebildete Feststoffmatte auf der oberen Oberfläche des Drahtnetzes wird dann bei einer Temperatur von etwa 100ºC getrocknet. Die sich ergebende trockene Matte wird, üblicherweise nachdem sie in Stücke geeigneter Größe geschnitten und zu einem mehrschichtigen Tafelmaterial geschichtet wurde, zwischen St ahlplatten bei einer Temperatur von etwa 200ºC gepresst und dann innerhalb der Presse abgekühlt, was eine tafelartige Komponente ergibt, beispielsweise ein Armaturenbrett für ein Auto. Alternativ hierzu können die Lagen einzelner Stücke mit Hilfe eines Heißluftstroms oder durch Infrarotstrahlung auf etwa 200ºC erhitzt und dann in der Presse auf etwa 60ºC abgekühlt werden, um das tafelartige Material zu erzeugen.
Zusätzlich zu den Glasfasern sind häufig Polypropylen und ein anorganischer Füllstoff notwendig, um in die Ausgangsmischung des glasfaserverstärkten, thermoplastischen Materials einen geringen Anteil, normalerweise weniger als 4 Gew.-% des gesamten Feststoffs an Ruß einzubringen. (Ruß ist die Bezeichnung für einen Bereich feiner Kohleprodukte, welche durch teilweise Verbrennung oder thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen in der Dampfphase erzeugt werden können. Die sich letztlich ergebenden kolloidalen Einheiten aus Ruß können in Form von Aggregaten, also zusammengebundener Partikelgesamtheiten entstehen. Typischerweise haben Ruße Partikeldurchmesser bis zu 500 nm. Die meisten Ruße haben einen Kohlenstoffgehalt von über 90 %.) Der Ruß wird nicht nur eingeführt, um das sich ergebende Tafelmaterial schwarz zu färben, wie es im Handel häufig verlangt wird, sondern auch zur Erzeugung eines Abschirmeffekts gegen die schädigende Wirkung der Ultraviolettstrahlung auf das Material. Immer, wenn jedoch Ruß zur Ausgangsmischung zugegeben wird, treten Probleme aufgrund der wohlbekannten Schwierigkeiten der Handhabung feinen Rußpulvers auf, wobei eine Wolke von schwarzen Partikeln, die sich einem breiten Flächenbereich niederschlägt, vermieden werden soll. Dieses Problem ist von besonderer Bedeutung, wenn trockener Ruß mit einem trockenen Kunststoff gemischt wird. Der Halt des auf den Fasern gebundenen Rußes in der Matte während des Formungsvorgangs auf dem Drahtnetz ist darüberhinaus schwach und im allgemeinen ist der Ruß in dem getrockenen und gepressten Material ungleichmäßig verteilt, wobei das Tafelmaterial ein geädertes oder geflecktes Aussehen aufweist mit dunklen Bereichen, in denen eine hohe Konzentration von Ruß vorliegt, die sich mit hellen und fast durchscheinenden Bereichen abwechseln.
Es ist oft vorteilhaft, in die Ausgangsmischung für den glasmattenverstärkten thermoplastischen Kunststoff 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht eines anorganischen Füllstoffes, eines Antioxidationsmittels zuzugeben.
In der GB-A-2 179 665 ist eine Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Füllstoffs beschrieben, bei dem ein partikelartiger anorganischer Füllstoff mit einer natürlichen oder synthetischen Latexzusammensetzung behandelt, entwässert und die sich ergebende Mischung getrocknet wird. Der oberflächenbehandelte anorganische Füllstoff kann vorteilhaft in einer polymeren Harzzusammensetzung verwendet werden.
Es wurde herausgefunden, daß ein verbesserter glasmattenverstärkter thermoplastischer Kunststoff erhalten wird, falls die auf der oberen Oberfläche des Drahtnetzes der Fourdrinierpapiermaschine gebildete Matte aus Feststoffen mit einer Zusammensetzung beschichtet wird, die eine wässrige Suspension einer Mischung aus Polypropylenpulver, anorganischen Füllerkörnchen, einem Schaumbildner und, wahlweise, zusätzlichen natürlichen oder synthetischen Latexfeststoffen enthält. Es wurde herausgefunden, daß, wenn unbeschichteter glasmattenverstärkter thermoplastischer Kunststoff in Form eines Stapels aus geschnittenen Stücken wie oben beschrieben heißgepresst wird, eine Tendenz für die Verstärkungsglasfasern vorliegt, durch die Oberfläche des Tafelmaterials gedrückt zu werden, was zu einer "haarigen" Textur der Oberfläche führt. Wenn jedoch mindestens eine Seite jeder Matte mit einer Zusammensetzung der oben beschriebenen Art beschichtet wird und ein Stapel geschnittener Stücke der Matte so präpariert wird, daß sich an jeder Außenseite des Stapels eine beschichtete Oberfläche befindet, wird die Oberfläche der gepressten, tafelartigen Komponente wirksam versiegelt, so daß die Glasfasern nicht mehr durch die Oberfläche hervorstehen können.
Ein körniger Füllstoff zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung und geeignet zur Aufnahme in einer Zusammensetzung für die Beschichtung der Oberfläche eines glasmattenverstärkten thermoplastischen Kunststoffes beinhaltet (a) ein partikelförmiges anorganisches Material, (b) zwischen 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials, feinen Rußes und (c) eine ausreichende Menge einer natürlichen oder synthetischen Latexzusammensetzung, um zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.-% elastomerer Feststoffe zu ergeben, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials, wobei die Körnerdurchmesser im Bereich zwischen 0,01 mm und 0,1 mm aufweisen.
Eine Zusammensetzung für die Beschichtung der Oberfläche eines glasmattenverstärkten thermoplastischen Kunststoffs gemäß der Erfindung weist eine wässrige Suspension eines Polypropylenpulvers, eines körnigen Füllstoffes gemäß des einen Aspekts der Erfindung und eines Schaumbildners auf. Vorzugsweise beinhaltet die Zusammensetzung auch natürliche oder synthetische Latexfeststoffe zusätzlich zu den in dem körnigen Füllstoff vorhandenen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines durchlässigen faserverstärkten Kunststofftafelmaterials mit einer partikelartigen Oberflächenschicht gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Tafel aus Figur 1 nach Verfestigung unter Hitze und Druck,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Abfolge der Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffmaterials, wobei eine partikelartige Oberflächenschicht gemäß der Erfindung aufgebracht wird,
Fig. 4 bis 7 vier schematische Querschnittsdarstellungen von vier verschiedenen Vorrichtungen zur Herstellung durchlässiger faserverstärkter Kunststofftafeln gemäß der Erfindung,
Fig. 8 bis 10 schematische Ansichten, welche verschiedene Methoden zur Verteilung trockener Partikel auf einer Matte Tafelmaterial zeigen,
Figur 1 zeigt ein permeables Tafelmaterial, welches ein Substrat 2 umfaßt, das entsprechend dem in dem US-Patent Nr. 4,734,321 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde und auf welches eine partikelhaltige Oberflächenschicht 3 aufgebracht wurde. Nach einer Behandlung mit Hitze und Druck und nachfolgender Abkühlung in einem Kaltformungsverfahren wird eine verfestigte Tafel oder Form 4 gebildet, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Diese Form 4 weist eine faserverstärkte Basisschicht 5 und eine unverstärkte Oberflächenschicht 6 auf, wobei die Schichten 5 bzw. 6 aus den in Figur 1 dargestellten Schichten 2 bzw. 3 gebildet wurden.
Falls es gewünscht wird, kann das Substrat 2 auf alternative Weise auch durch Trockenlegen einer Mischung aus Verstärkungsfasern und thermoplastischem Material hergestellt werden, wie es in dem US-Patnet Nr. 3,328,383 beschrieben ist, dessen Inhalt durch Bezugnahme auch zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht wird. Anschließend wird eine partikelhaltige Schicht auf das sich ergebende Substrat aufgebracht, bevor die Hitzefusion zu einer permeablen Struktur stattfindet.
Der Charakter der partikelhaltigen Schicht aus Figur 1 kann je nach dem Charakter des Substrats, auf welches sie aufgebracht wird und dem bei dem geformten Artikel zu erzielenden Endergebnis variieren. Somit können Partikel eines mineralischen Füllstoffes, welche mit einer ausreichenden Menge Binder vermischt sind, um sie an die Oberfläche des Substrats anzukleben, in einigen Fällen geeignet sein. Während des Formungsvorgangs erhöht der Füllstoff die Viskosität des Thermoplasten nahe der Oberfläche der Basisschicht und widersteht dem Durchbrechen von Fasern. Alternativ hierzu können thermoplastische Partikel verwendet werden, welche, wenn sie schmelzen, die Oberflächenbereiche des Laminats mit thermoplastischem Material anreichern und das Durchbrechen von Fasern verhindern. Wiederum können thermoplastisch beschichtete mineralische Partikel alleine oder in Kombination mit thermoplastischen Partikeln zur Bildung der Oberflächenschicht verwendet werden. Geeignete partikelhaltige Materialien sind in der internationalen Anmeldung (PCT) Nr. WO 88/00608 und in der UK-Patentanmeldung Nr. 2 179 665 A beschrieben. Das partikelhaltige Material, welches als Oberflächenschicht zugegeben wurde, kann auch partikelförmiges Antioxidationsmaterial enthalten.
Figur 3 zeigt eine Abfolge von Operationen zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Formteils. Wie im folgenden beschrieben wird, kann die partikelhaltige Oberflächenschicht an verschiedenen Stellen dieser Abfolge aufgebracht werden.
Figur 3 zeigt ein Fourdrinierdrahtnetz 12, auf welchem eine flexible und permeable offene tafel-, bahn- bzw. bogenförmige Struktur aus Verstärkungsfasern und partikelhaltigem Kunststoffmaterial gebildet wird, wie es im wesentlichen in dem US-Patent Nr. 4,734,321 beschrieben ist. diese Tafelstruktur wird durch eine Erhitzer/Trockher-Vorrichtung 13 geführt, wie sie in diesem Patent beschrieben ist und sodann auf eine von drei verschiedenen Weisen behandelt. Sie kann in einer Doppelgurtpresse 14 verfestigt werden, wie sie wiederum in dem US-Patent 4,734,321 beschrieben ist. Alternativ hierzu kann die permeable Tafel in einem Heizer 15 vorgeheizt und dann in einem Walzensystem 16, wie es in der europäischen Patentanmeldung Nr. 87 306 602 (Veröffentlichungsnummer 0 255 316) beschrieben ist, verfestigt und wiederexpandiert werden. Dieses System erzeugt eine steife, aber permeable Tafel. Als zweite Alternative kann das permeable Tafelmaterial, welches auf dem Fourdrinierdrahtnetz 12 erzeugt wurde, aufgespult werden, was mit der Bezugszahl 17 verdeutlicht ist, um es ohne weitere Zwischenbehandlung weiter zu verwenden.
Es ist erkennbar, daß die vorgeschlagenen alternativen Verfahren eine impermeable verfestigte Tafel ergeben, welche somit ungeeignet zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist, eine permeable, halbexpandierte Tafel oder eine permeable, flexible (aufgespulte) Tafel, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann oder die vorliegende Erfindung ergibt, falls sie mit Granulat behandelt wird, wie es unter Bezugnahme auf die Figuren 8, 9 und 10 beschrieben ist oder falls die tafelförmige Struktur hergestellt wird, wie es unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 7 beschrieben ist. Durch Verwendung einer Guillotine 18 können diese drei Materialformen in Tafeln geschnitten werden, was mit der Bezugszahl 19 verdeutlicht ist.
Die Tafeln 19 werden dann hintereinander durch eine Vorheizvorrichtung 20 geführt, und zwar vor der Kaltformung in einer Form 21, um ein faserverstärktes Kunststoff- Formteil 22 zu bilden. Die Art der verwendeten Vorheizvorrichtung 20 hängt von der Art der zu erhitzenden Tafeln ab. Für impermeable Tafeln eignet sich eine Infrarotvorheizvorrichtung, für permeable Tafeln können Flachbett- oder Rotationslufterhitzer verwendet werden. Für alle Arten von Tafeln können auch Mikrowellenerhitzungsgeräte eingesetzt werden.
Eine Oberflächenschicht partikelhaltigen Materials kann an verschiedenen Stellen der beschriebenen Operationsabfolge aufgebracht werden, wobei die optimale Stelle sowohl von der Natur des aufzubringenden partikelhaltigen Materials als auch von der Tafel, auf welches dieses aufgebracht wird, abhängt.
Figur 4 zeigt ein Fourdrinierdrahtnetz 30, dem eine multiple flow box 31 zugeordnet ist. Die flow box 31 führt dem Drahtnetz 30 eine Mischung geschäumter Fasern und partikelhaltigen Kunststoffmaterials über einen Bereich 32 zu, sowie ein geschäumtes partikelhaltiges Material auf die obere Oberfläche der Bahn, welches in einem zweiten Bereich 33 aufgelegt wird. Die Basis und die so gebildeten Oberflächenschichten 34 und 35 werden durch das Drahtnetz gleichzeitig drainiert.
Figur 5 zeigt eine Konfiguration, welche der in Figur 4 dargestellten ähnlich ist. In diesem Fall sind jedoch getrennte flow boxen 36 und 37 zum Aufbringen der Basisschicht bzw. der Oberflächenschicht aus geschäumten Dispersionen vorgesehen.
Figur 6 zeigt eine Konfiguration zum Aufbringen einer Oberflächenschicht aus einer wässrigen Dispersion. In diesem Fall wird die Basistafel 34 aus einer wässrigen Dispersion über eine flow box 36 aufgebracht und die Oberflächenschicht wird aus einer wässrigen Dispersion mit Hilfe einer Vorhangsbeschichtungsvorrichtung 37 aufgebracht.
Figur 7 zeigt eine Konfiguration, bei welcher die Schichten 34 und 35 aus einem Mehrschichten-Endkasten aufgebracht werden, wie er beispielsweise von KMW oder von Beloit unter der Marke "Converflo" verkauft wird. Die Basisschicht 34 wird aus einem geschäumten Vorrat aufgebracht, welcher über die untere Gleitbahn 38 des Endkastens geführt wird und die Oberflächenschicht partikelhaltigen Materials wird aus der oberen Gleitbahn 39 des Endkastens aufgebracht.
Figur 8 zeigt ein System, welches am Eingang des Trockners oder der in Figur 5 dargestellten Vorheizvorrichtung verwendet werden kann. Das System umfaßt eine Gewichtsverlustschraube oder ein Gürtelzuführungssystem 40, wie es von der Schweizer Firma K-Tron Soder AG verkauft wird. Das Schraubenzuführungssystem führt partikelhaltiges Material einem Rütteltisch 41 zu, welcher dieses Material wiederum einer Verteilungsrutsche 42 zuführt, von der aus es auf die Bahn 43 fällt. Nachfolgende Heizung in dem Trockner oder Heizer führt dazu, daß das partikelhaltige Material mit der Bahn verklebt.
Figur 9 zeigt ein ähnliches System, bei welchem Materialien wie thermoplastische Fasern 45 über Vibrationsverlust in eine Gewichtszuführungsvorrichtung 46 auf eine Rutsche 47 gebracht werden, die der Rutsche 42 ähnlich ist und sodann auf die Bahn 48. Wiederum werden die Fasern während des Durchgangs durch den Trockner oder Heizer mit der Bahn verklebt.
Die in den Figuren 8 und 9 beschriebenen Systeme können auch an den Ausgängen der Trockner oder Heizer eingesetzt werden, falls die Temperatur des austretenden Basismaterials ausreichend hoch ist, um die Anbindung des partikelhaltigen Materials zu bewirken.
Figur 10 zeigt ein System zum Aufbringen partikelhaltigen Materials auf eine poröse Bahn innerhalb eines Trockners oder Heizers. Luft aus einem Ventilator 50 zirkuliert durch einen Rohrkreislauf 51, welcher eine Heizbank 52 und eine Heizkammer 53 aufweist, durch welche sich die Bahn 54 bewegt. Eine Schraubenzuführungsvorrichtung 55 führt das partikelhaltige Material 56 in die Heizkammer oberhalb der Bahn, wobei das Material durch Luftturbulenz über die Bahn verteilt wird und sich gleichzeitig daran anbindet, um eine Oberflächenschicht 57 zu bilden.
Ein Granulatfüllstoff, welcher sich zur Inkorporation in eine Mischung zur Verwendung zur Beschichtung der Oberfläche eines glasmattenverstärkten thermoplastischen Materials eignet, umfaßt (a) ein partikelhaltiges anorganisches Material (b) zwischen 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials, feinen Rußes, und (c) eine ausreichende Menge einer natürlichen oder synthetischen Latexzusammensetzung, um zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.- % elastomeren Feststoffs zu ergeben, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials, wobei die Körnchen des Granulats Durchmesser zwischen 0,01 mm und 0,1 mm aufweisen.
Eine Zusammensetzung zur Verwendung zur Beschichtung der Oberfläche eines glasmattenverstärkten thermoplastischen Materials gemäß der Erfindung umfaßt eine wässrige Suspension eines Polypropylenpulvers, einen Granulatfüllstoff gemäß des einen Aspekts der Erfindung und ein Schäumungsmittel. Die Mischung enthält vorzugsweise auch natürlichen oder synthetischen Latexfeststoff, zusätzlich zu demjenigen im Granulatfüllstoff.
Die Größe der Körnchen des Granulats, welches den Füllstoff bildet, ist von Bedeutung, weil es notwendig ist, daß die Körnchen relativ fein sind, falls das anorganische Material, die Latexfeststoffe und der Ruß, welche die Körnchen bilden, im wesentlichen gleichförmig in der Oberflächenschicht des glasmattenverstärkten thermoplastischen Materials verteilt werden. Falls die Körnchen relativ fein sind, besteht außerdem eine geringere Wahrscheinlichkeit, daß der Ruß verklumpt und es ergibt sich eine intensivere und gleichförmigere schwarze Pigmentierung.
Die Körnchen des Füllstoffes können auch zwischen 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials, eines Antioxidationsmittels für das Polypropylen enthalten. Das Antioxidationsmittel besteht vorzugsweise aus dem nichtfärbenden, gehinderten Phenoltyp.
Das partikelhaltige anorganische Material kann ein Kaolinlehm (z.B. Kaolin- oder Kugellehm), ein calcinierter Kaolinlehm, ein Calciumcarbonat, ein Silicat aus Aluminium und Calcium (z.B. das natürliche Calciumsilicat, bekannt als Wollastonit), Bauxit, Kreide, Mika, Aluminiumtrihydrat, Silica, Carbonate und Hydroxide aus Magnesia (z.B. natürlicher Hydrotalcit), Dolomit (z.B. das natürliche Doppelcarbonat aus Calcium und Magnesium), Calciumsulfat (z.B. Gips) und Titandioxid sein. Das anorganische Material kann natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein und insbesondere können sowohl natürliche als auch synthetische Formen von Calciumcarbonat, Aluminiumsilicat und Calciumsilicat, Silica, Carbonaten und Hydroxiden aus Magnesium, Aluminiumtrihydrat, Calciumsulfat und Titandioxid eingesetzt werden und fallen in den Bereich der Erfindung. Falls das Material synthetisch ist, kann es präzipitiert sein (wie bei Calciumcarbonat, Silica und Titandioxid). Allgemeiner ausgedrückt wurde herausgefunden, daß die anorganischen Materialien, welche sich am besten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, diejenigen sind, welche als weiße anorganische Materialien bezeichnet werden (es ist anzumerken, daß in diesem Zusammenhang der Begriff "weiß" in Bezug auf den Begriff "anorganisches Material" nicht unbedingt bedeutet, daß das Mineral eine rein weiße Farbe aufweist, sondern, daß es im wesentlichen frei von irgendwelchen starken nichtweißen Komponenten ist). Viele der anorganischen Materialien, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind kristallin. Vorzugsweise sind die Partikel nicht größer als etwa 50 Mikron, und am besten nicht größer als 20 Mikron im Durchmesser.
Die Füllstoffkörnchen werden vorzugsweise in Form von Mikrokügelchen zubereitet und werden am besten durch Sprühtrocknung einer wässrigen Suspension hergestellt. Vorzugweise wird diese Suspension in einem Sprühtrockner des Fontänendüsentyps entwässert, weil dieser Sprühtrocknertyp eine gute Kontrolle über die Größe der erzeugten Mikrokügelchen im gewünschten Größenbereich zwischen 0,01 mm und 0,1 mm ermöglicht. Eine geeignete wässrige Dispersion kann aus Wasser, vorzugsweise mit einem Dispersionsmittel, dem anorganischen Material, Ruß, einer Latexzusammensetzung und, wahlweise, einem Antioxidationsmittel bestehen.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Füllstoffkörnchen weist die folgenden Schritte auf:
(a) feiner Ruß wird mit Wasser, welches ein Dispersionsmittel enthält, zur Bildung einer Suspension vermischt, welche vorzugsweise zwischen 5 und 25 Gew.-% Ruß enthält;
(b) eine Suspension, vorzugweise mit 50 bis 65 Gew.-% auf Trockengewichtsbasis, eines weißen anorganischen Materials und eines Dispersionsmittels für das anorganische Material wird mit der in Verfahrensschritt (a) gebildeten Rußsuspension in einem Verhältnis vermischt, so daß die Menge des Rußes vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 Gew.-% auf Trockengewichtsbasis liegt, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials;
(c) mit der Suspension aus anorganischem Material und Ruß, welche im Verfahrensschritt (b) gebildet wurde, wird eine ausreichende Menge einer natürlichen oder synthetischen Latexzusammensetzung vermischt, um zwischen 1 und 10 Gew.-% Latexfeststoffe, basierend auf dem Gewicht des anorganischen Materials, zu ergeben; und
(d) die in Verfahrensschritt (c) gebildete gemischte Suspension wird zur Bildung hohler Mikrokügelchen aus im wesentlichen trockenen Material getrocknet, wobei die Mikrokügelchen Durchmesser im Bereich zwischen 0,01 mm und 0,1 mm aufweisen.
Im Verfahrensschritt (a) kann das Dispersionsmittel beispielsweise ein wasserlösliches Salz von Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure oder einem Kopolymer sein, welches 10 bis 80 Gew.-% Acrylnitril oder Methacrylnitrilmonomereinheiten und zwischen 90 und 20 Gew.-% Acrylsäure oder Methacrylsäuremonomereinheiten enthält. Das durchschnittliche Molekulargewicht des wasserlöslichen Polymers liegt vorzugsweise bei weniger als 10.000. Die Menge des Dispersionsmittels liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0-1 Gew.-% und 5 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des trockenen Rußes.
Im Verfahrensschritt (b) ist das Dispersionsmittel für das anorganische Material vorzugsweise ein wasserlösliches Salz von Polyacrylsäure oder Polymethacrylsäure mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von unter 10.000. Vorzugweise ist das Dispersionsmittel für das anorganische Nlaterial das gleiche wie das für den Ruß verwendete. Die Menge des Dispersionsmittels liegt vorzugweise im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des trockenen anorganischen Materials. Das anorganische Material benötigt keine chemische Vorbehandlung, außer der Dispersion mit einem Dispersionsmittel.
Im Verfahrensschritt (c) kann der verwendete Latex natürlicher Gummi oder natürlicher Gummi mit substituierten funktionellen Gruppen sein oder ein synthetischer Gummi wie Styrolbutadiengummi (styrene butadiene rubber = SBR). Andere geeignete Gitter beinhalten die aus Acrylkopolymeren gebildeten (entweder Elastomere oder Nichtelastomere, jedoch werden Elastomere bevorzugt) und nichtelastomeren Materialien, wie Polyvinylacetat und Kopolymere aus Vinylacetat.
Das Acrylkopolymer kann ein Kopolymer eines kurzen Alkylesters aus Acrylsäure mit einem kurzen Alkylester aus Methacrylsäure sein. Besonders bevorzugt sind Kopolymere aus Äthylacrylat und Methylmethacrylat. Ebenfalls geeignet sind Kopolymere aus einem kurzen Alkylester oder Acrylsäure und einem kurzen Alkylester aus Methacrylsäure mit einem weiteren Monomer, welches Vinylacetat, Styrol oder Acrylnitril sein kann oder Mischungen hieraus. Die Alkylketten der kurzen Alkylester aus Acrylsäure und Methacrylsäure weisen vorzugsweise zwischen einem und vier Kohlenstoffatome auf.
Die Kopolymere aus Vinylacetat können durch Kopolymerisation von Vinylacetat mit einem Kopolymerisationsmonomer gebildet sein, welches sein kann ein kurzes Alkylester aus Acrylsäure, ein kurzes Alkylester aus Methacrylsäure, Styrol, Acrylnitril und Mischungen hieraus.
Die Latexzusammensetzung, welche eine stabilisierte Suspension aus Polymerpartikeln in Wasser ist, enthält typischerweise etwa 40 bis 60 Gew.-% Feststoff. Das Latex kann mit Hilfe einer oberflächenaktiven Substanz oder einem wasserlöslichen Kolloid stabilisiert sein, obwohl üblicherweise eine oberflächenaktive Substanz eingesetzt wird, weil sie ein Latex geringerer Viskosität ergibt.
Die im Verfahrensschritt (c) gemischte Suspension kann auch ein Antioxidationsinittel enthalten, am besten eines des nichtfärbenden, gehinderten Phenoltyps. Üblicherweise wird ein solches Antioxidationsmittel mit Wasser gemischt, um eine Suspension zu bilden, welche zwischen etwa 40 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% des trockenen Oxidationsmittels enthält und die Suspension wird mit der in Verfahrensschritt (c) gebildeten Suspension in einem solchen Verhältnis gemischt, daß zwischen 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-% des trockenen Antioxidationsmittels vorliegen, basierend auf dem Gewicht des trockenen anorganischen Materials.
Im Verfahrensschritt (d) beträgt die Einlaßtemperatur des Sprühtrockners vorzugsweise weniger als 400ºC und liegt am besten unterhalb von 350ºC, um eine thermische Degradation des elastomeren Materials oder eine Verpuffung des Rußes zu verhindern.
Die Körnchen des Füllstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung können in eine Beschichtungszusammensetzung für ein glasmattenverstärktes thermoplastisches Material eingebunden werden, indem die Körnchen Wasser zugefügt werden und das Polypropylenpulver im Bereich zwischen 5 Gew.-Teilen Körnchen und 95 Gew.- Teilen Polypropylen und 95 Gew.-Teilen Körnchen und 5 Gew.-Teilen Polypropylen liegt. Vorzugsweise wird eine genügende Menge einer Latexzusammensetzung der oben beschriebenen Art zugegeben, um zwischen 0,5 und 10 Gew.-Teile Latexfeststoff pro 100 Gew.-Teile Körnchen und Polypropylen zu ergeben. Schließlich wird ein Schäumungsmittel zugesetzt welches anionisch, beispielsweise Natriumdodecylsulfonat, oder nichtionisch sein kann. Die Ingredienzien werden dann sehr stark miteinander vermischt, um einen Schaum zu bilden, welcher am besten mit Hilfe einer Vorhangsbeschichtungsvorrichtung auf das glasmattenverstärkte thermoplastische Material auf dem Fourdrinierdrahtnetz der Papiermaschine gegeben wird.
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels noch einmal erläutert.

Beispiel

Ein Rußpulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,02 Mikrometer wurde in Wasser so dispergiert, daß sich eine Suspension mit 20 Gew.-% Ruß ergab, wobei im Wasser 2 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des trockenen Rußes, eines Natriumpolyacrylatdispersionsmittels mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1.680 aufgelöst war. Die Rußsuspension wurde dann zu einer Suspension mit 60 Gew.-% eines Kaolinlehms zu Papierfüllzwecken und 0,2 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des trockenen Kaolins, des gleichen Dispersionsmittels wie dem für den Ruß verwendeten, gegeben. Der Kaolinlehm hatte eine derartige Partikelgrößenverteilung, daß 20 Gew.-% der Partikel einen äquivalenten Kugeldurchmesser von 10 Mikrometer und 35 Gew.-% der Partikel einen äquivalenten Kugeldurchmesser von unter 2 Mikrometern aufwiesen. Die Rußsuspension wurde mit der Kaolinsuspension in einem Verhältnis vermischt, bei dem die Menge des trockenen Rußes 5,6 Gew.-% betrug, basierend auf dem Gewicht des trockenen Kaolinlehms.
Zu der so gebildeten schwarzen Suspension aus Kaolin und Ruß wurde zunächst ein Latex mit 50 Gew.-% eines elastomeren Acrylkopolymers aus Äthylacrylat und Methylmethacrylat in einem Verhältnis zugegeben, bei welchem die Menge des trockenen elastomeren Kopolymers 5,6 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des trockenen Kaolinlehms betrug; sodann wurde eine Suspension mit 50 Gew.-% eines nichtfärbenden Antioxidationsmittels des gehinderten Phenoltyps in einem Verhältnis zugegeben, daß die Menge des trockenen Antioxidationsmittels 1,1 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des trockenen Kaolinlehms, betrug.
Die sich ergebende gemischte Suspension wurde in einer Fontänendüsensprühtrocknungsvorrichtung getrocknet, deren Einlaßtemperatur 300ºC betrug und die Düseneinstellung wurde so gewählt, daß die Feststoffkomponente der Mischung in Form trockener, hohler Mikrokügelchen von Durchmessern zwischen 0,01 und 0,1 mm gewonnen wurde.
Zwei Beschichtungszusammensetzungen wurden hergestellt: in jedem Fall wurden Anteile des Granulats und des Polypropylenpulvers in Wasser gerührt und sodann wurde Natriumdodecylsulfonat als Schäumungsmittel zugegeben und eine Menge eines Polyvinylacetatlatex. In jedem Fall wurden die Zusätze sehr stark gemischt, was einen Schaum ergab, welcher der oberen Oberfläche eines glasmattenverstärkten Polypropylenmaterials auf dem sich fortbewegenden Drahtnetzgurt einer Fourdrinierpapiermaschine zugeführt wurde.
Die beiden Beschichtungszusammensetzungen enthielten 30 Gew.-Teile Füllstoffkörnchen und 70 Gew.-Teile Polypropylenpulver bzw. 50 Gew.-Teile Füllstoffkörnchen und 50 Gew.-Teile Polypropylenpulver. In jedem Fall hatte das sich ergebende Tafelmaterial, nachdem das beschichtete glasmattenverstärkte thermoplastische Material in Stücke geschnitten wurde und die Stücke gestapelt und bei 200ºC zwischen Stahlplatten gepreßt und sodann in der Presse abgekühlt wurden, eine weiche Oberfläche mit einer gleichmäßigen schwarzen Farbe und wies keine hervorstehenden Glasfasern auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer durchlässigen Tafel aus faserverstärktem thermoplastischem Substrat (2) zur Formung in ein geformtes Produkt mit einer verbesserten Oberflächengüte, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Oberflächenschicht (9) aus partikelhaltigem Material, welche zu der thermoplastischen Komponente des Substrats (2) entweder kompatibel oder inert ist, und welche die Bildung einer geschichteten, luftdurchlässigen Struktur bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelhaltige Material ein mineralischer Füllstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Füllstoff Lehm, Ruß, Titandioxid, Calciumcarbonat, ein Thermoplast, ein wärmeaushärtender Kunststoff, ein Antioxidationsmaterial, ein Pigment oder eine Mischung aus diesen Materialien ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelhaltige Material einen anorganischen Füllstoff mit einer polymeren Beschichtung aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die partikelhaltige Oberflächenschicht (3) unter Verwendung einer wässrigen Beschichtung einer Dispersion des partikelhaltigen Materials aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oberflächenaktive Substanz zugefügt wird und die Dispersion zur Bildung eines Schaums in starke Turbulanz gebracht wird, welcher dann als Beschichtung aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelhaltige Material als Trockenpulver aufgebracht wird.

8. Durchlässige Tafel aus einem faserverstärkten thermoplastischen Substrat (2) zur nachfolgenden Verformung in ein geformtes Produkt mit einer verbesserten Oberflächengüte, hergestellt durch das Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Oberflächenschicht (9) partikelhaltigen Materials aufweist, welche zu der thermoplastischen Komponente des Substrats (2) entweder kompatibel oder inert ist und welche eine geschichtete, luftdurchlässige Struktur erzeugt hat.