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TECHNISCHER BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
leichten, faserverstärkten
Produktes aus thermoplastischem Harz. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein Verfahren zum Spritzformen spezieller faserverstärkter thermoplastischer
Harzpellets und einer geringen Menge eines Schaumerzeugers zur Herstellung
eines leichten, faserverstärkten,
insbesondere glasfaserverstärkten
Produktes aus thermoplastischem Harz mit guter Oberflächeneigenschaft,
großer
Festigkeit und hoher Steifigkeit, und ebenfalls betrifft die Erfindung
ein leichtes Formprodukt.
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STAND DER TECHNIK
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Aufgrund
ihrer hohen Zugfestigkeit, hohen Steifigkeit und hohen Hitzebeständigkeit
werden glasfaserverstärkte
Harze sehr stark als verschiedenste Materialien eingesetzt. Insbesondere
spritzgeformte Produkte aus dieser Art Harz sind am weitesten verbreitet
aufgrund ihrer guten Formbarkeit. Allerdings haben sie den Nachteil,
dass ihre spezifische Schwerkraft mit der Erhöhung des Glasfasergehaltes
steigt und ihre Festigkeit verringert wird, da Glasfasern während des
Formens oft zerschnitten werden. Da sie zusätzlich anisotropisch sind,
haben sie ferner den Nachteil, dass ihre Verziehungsverformung groß ist. Um
diesen Nachteilen abzuhelfen, wurde ein Verfahren zur Verwendung
von glasfaserverstärkten
Harzpellets vorgeschlagen, bei welchem die verstärkenden Glasfasern dieselbe
Länge aufweisen
wie jedes Pellet, nämlich
zwischen 2 und 100 mm, und sie miteinander parallel ausgerichtet
sind (siehe beispielsweise JP-B Sho-63-37694, JP-A Hei-3-188131).
Ebenefalls wurde ein Verfahren zum Formen faserverstärkter thermoplastischer
Harzpellets vorgeschlagen, bei welchem die Fasern eine Länge von
10 bis 100 mm aufweisen und miteinander parallel ausgerichtet sind,
zur Herstellung faserverstärkter
thermoplastischer Harzformteile mit verwickelten Fasern, die eine
Länge von
5 bis 100 mm aufweisen (siehe JP-A hei-6-198753). Allerdings sind
diese Verfahren immer noch problematisch insofern als die geformten
Produkte in Abhängigkeit
von dem Glasfasergehalt schwer sind.
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Andererseits
ist zur Verringerung des Gewichtes von glasfaserverstärkten Harzformteilen
ein Schäumspritzformverfahren
bekannt, bei welchem ein Schaumbildner eingesetzt wird (siehe JP-A-Hei-7-247679).
Allerdings ist dieses Verfahren insofern problematisch als dass
es eine große
Menge an Schaumbildner erfordert, dass es nicht einfach ist eine
2 bis 5-fache Schaumvergrößerung zu
erreichen, und dass der Glasfasergehalt natürlich begrenzt ist. Ebenfalls
bekannt ist ein Spritzpressformverfahren, welches das Einspritzen
eines einen Schaumbildner enthaltenden Harzes in den Hohlraum einer
geöffneten
mehrteiligen Form und das nachfolgende Schließen der Form umfasst. Allerdings
ist dieses Verfahren immer noch dadurch problematisch, dass bei
Verwendung einer großen
Menge an Schaumbildner zum Erhalt aufgeschäumter Formteile mit einer hohen
Schaumvergrößerung,
fehlerhafte Formteile mit Silberflecken von Dampfwegen auf ihrer
Oberfläche
hergestellt werden, und dass die meisten der hergestellten Formteile
eine geringe Festigkeit und Steifigkeit aufweisen. Aus diesen Gründen konnten
die bekannten Verfahren bisher nicht in die Praxis umgesetzt werden.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Harzformteile ist bekannt,
welches das Plastizieren eines Gemisches aus Verstärkungsfasern
und einem thermoplastischen Harz mit nachfolgendem Formen unter
Zusammenpressen umfasst, und welches dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Druck auf die Oberfläche
des Formteils, in welchem es beabsichtigt ist, die Verstärkungsfasern
wieder in ihren ausgedehnten Zustand zu bringen, teilweise nachgelassen
wird, wodurch sich die Fasern, die in der Oberflächenschicht des Formteils vorhanden
sind, aufrichten und/order teilweise innerhalb des Formteils Hohlräume ausgebildet
werden, um das Formteil mit einem schalldämmenden Bereich zu versehen
(siehe WO96/25280). Allerdings zielt dieses Formverfahren darauf
ab, Formteile mit einer speziellen, verbesserten Oberflächeneigenschaft
herzustellen und ist nicht in der Lage, Formteile mit glatter Oberfläche herzustellen.
Da es zusätzlich
den Pressformschritt aufweist, ist dieses Verfahren dadurch problematisch,
dass seine Produktivität
gering ist, dass das Rohmaterialgemisch nicht sehr homogenisiert
werden kann, und dass, wenn das Gemisch stark homogenisiert wird,
die verstärkenden
Glasfasern zu einem großen
Teil gebrochen sind. Aus diesen Gründen ist der Einsatz der durch
dieses Verfahren hergestellten Formteile begrenzt.
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Die
Schrift
EP 0 658 410
A2 legt ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen,
geformtem Gegenstandes mit einem Außenschichtmaterial dar, das
auf die Oberfläche
eines aufgeschäumten
thermoplastischen Harzes laminiert ist, mit:
Anordnung eines
Außenschichtmaterials
zwischen einem ungeschlossenen Paar aus weiblicher und männlicher
Form;
Einbringen einer geschmolzenen Harzzusammensetzung, die
erhalten wird durch Schmelzkneten eines Schaumbildners mit einem
Glasfaser enthaltenden thermoplastischen Harz, welches 3–40 Gew.-%
Glasfaser enthält
und ein Biegeelastizitätsmodul
von 20.000 kg/cm
2 oder mehr bei Raumtemperatur
aufweist, zwischen das Außenschichtmaterial
und eine der weiblichen und männlichen
Form;
Schließen
der Formen zum Einfüllen
der geschmolzenen Harzzusammensetzung in einen von sowohl der weiblichen
als auch männlichen
Form gebildeten Hohlraum;
Öffnen
der beiden Formen und Aufschäumen
der geschmolzenen Harzzusammensetzung durch Verringerung des Drucks;
und
Abkühlen,
um sie zu verfestigen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wir,
die vorliegenden Erfinder, haben fleißig Studien betrieben, um leichte,
hochfeste, faserverstärkte Produkte
aus thermoplastischem Harz durch Spritzformen zu erhalten, und haben
im Ergebnis herausgefunden, dass die beabsichtigten leichten Produkte
durch eine Kombination aus einem speziellen Formmaterial und einem
speziellen Formmodus erhalten werden, und dass die erhaltenen Produkte
ein gutes Aussehen mit guten Oberflächeneigenschaften für eine glatte
Außenschicht
aufweisen. Auf der Basis dieser Erkenntnisse haben wir die vorliegende
Erfindung ausgearbeitet.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, ein leichtes, faserverstärktes Harzprodukt
bereitzustellen, das eine Außenschicht
mit keiner Blase in ihrer Oberfläche
aufweist, deren Innenseite sehr gleichmäßig ausgebildet ist, und das
faserverstrickte, durchgehend offene Blasen mit keinem großen Hohlraum
aufweist, und das Produkt weist eine relativ hohe Biegefestigkeit
auf. Insbesondere liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines leichten, faserverstärkten
Produktes aus thermoplastischem Harz, wie in den Ansprüchen 1 bis
7 definiert, und ein leichtes, faserverstärktes Formprodukt aus thermoplastischem
Harz, wie in den Ansprüchen
8 bis 10 definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführung einer
Spritzform illustriert, die eingesetzt wird, um das leichte, faserverstärkte Produkt
aus thermoplastischem Harz der Erfindung herzustellen.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführung einer
Spritzform illustriert, die eingesetzt wird, um das leichte, faserverstärkte Produkt
aus thermoplastischem Harz der Erfindung herzustellen.
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In
diesen Abbildungen bezeichnet (A) den Schritt des Einspritzens eines
Harzes in den Hohlraum der Form und (B) bezeichnet den Zustand eines
geformten Endproduktes nach dem Öffnen
der Form.
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BESTE DURCHFÜHRUNGSARTEN
FÜR DIE
ERFINDUNG
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Nunmehr
werden Ausführungen
der Erfindung hiernach beschrieben.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines leichten, faserverstärkten Produktes
aus thermoplastischem Harz der Erfindung verwendet die oben genannten,
speziellen, Fasern enthaltenden thermoplastischen Harzpellets (A)
als eine Komponente des Formmaterials. Das hierbei verwendete thermoplastische
Harz ist nicht speziell definiert und kann beispielsweise Harze
auf Polyolefin-Basis, Harze auf Polystyrol-Basis, Harze auf Polyvinylchlorid-Basis,
Harze auf Polyamid-Basis, Harze auf Polyester-Basis, Harze auf Polyacetal-Basis,
Harze auf Polycarbonat-Basis, Harze auf der Basis polyaromatischer
Ether oder Thioether, Harze auf der Basis polyaromatischer Ester,
Harze auf Polysulfon-Basis, Harze auf Acrylatbasis, etc. umfassen.
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Harze
auf Polyolefin-Basis umfassen beispielsweise Homopolymere und Copolymere
von α-Olefinen, wie
Ethylen, Propylen, Buten-1, 3-Methylbuten-1, 3-Methylpenten-1, 4-Methylpenten-1; und
Copolymere solcher α-Olefine
mit anderen copolymerisierbaren ungesättigten Monomeren. Als besondere
Beispiele für
die Harze seien Harze auf Polyethylen-Basis erwähnt, wie Hochdichte-, Mitteldichte
oder Niedrigdichte-Polyethylen,
lineares Polyethylen, ultra-hoch molekulares Polyethylen, Ethylenvinylacetatcopolymer,
Ethylenethylacrylatcopolymer; Harze auf Polypropylen- Basis, wie syndiotaktisches
Polypropylen, isotaktisches Polypropylen, Propylen-Ethylenblock- oder
-zufallscopolymer; Poly-4-Methylpenten-1, etc.
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Die
Harze auf Styrol-Basis umfassen beispielsweise Homopolymere und
Copolymere von Styrol und α-Methylstyrol;
und deren Copolymere mit anderen copolymerisierbaren, ungesättigten
Monomeren. Als spezielle Beispiele für die Harze seien erwähnt allgemeines
Polystyrol, stoßfestes
Polystyrol, wärmebeständiges Polystyrol
(α-Methylstyrol-Polymer),
syndiotaktisches Polystyrol, Acrylonitrilbutadienstyrolcopolymer
(ABS), Acrylonitrilstyrolcopolymer (AS), Acrylonitrilpolyethylenchloridstyrolcopolymer
(ACS), Acrylonitrilethylenpropylengummistyrolcopolymer (AES), Akrylgummiacrylonitrilstyrolcopolymer
(AAS), etc.
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Die
Harze auf Polyvinylchlorid-Basis umfassen beispielsweise Vinylchloridhomopolymere
und Copolymere von Vinylchlorid mit anderen copolymerisierbaren
ungesättigten
Monomeren. Als spezielle Beispiele für die Harze seien Vinylchloridacrylatcopolymer,
Vinylchloridmethacrylatcopolymer, Vinylchloridethylencopolymer,
Vinylchloridpropylencopolymer, Vinylchloridvinylacetatcopolymer,
Vinylchlorid-Vinylidenchloridcopolymer etc. Diese Harze auf Polyvinylchlorid-Basis
können
nach-chloriert werden, um ihren Chlorgehalt zu steigern, und die
so nach-chlorierten Harze sind ebenfalls in der Erfindung einzusetzen.
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Die
Harze auf Polyamid-Basis umfassen beispielsweise Polymere, die durch
Ring spaltende Polymerisierung zyklischer aliphatischer Laktame
hergestellt wurden, wie 6-Nylon,
12-Nylon; Polykondensate aliphatischer Diamine und aliphatische
Dikarbonlsäuren,
wie 6,6-Nylon, 6,10-Nylon, 6,12-Nylon; Polykondensate von mxylendiamin
und Adipinsäure;
Polykondensate aromatischer Diamine und aliphatischer Dikarbonlsäuren; Polykondensate
von p-Phenylendiamin und Terephthalsäure; Polykondensate von m-Phenylendiamin
und isophtalischer Säure;
Polykondensate aromatischer Diamine und aromatischer Dikarbonsäuren; Polykondensate von
Aminosäuren,
wie 11-Nylon, etc.
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Die
Harze auf Polyester-Basis umfassen beispielsweise Polykondensate
aromatischer Dikarbonsäuren
und Alkylenglykole. Als besondere Beispiele für die Harze seien Polyethylenterephthalat,
Polybutylenterephthalat, etc. genannt.
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Die
Harze auf Polyacetal-Basis umfassen beispielsweise Homopolymere,
wie Polyoxymethylen; und Formaldehydethylenoxidcopolymere, die aus
Trioxan und Ethylenoxid gewonnen werden.
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Die
Harze auf Polycarbonat-Basis umfassen beispielsweise Polycarbonate
auf 4,4'-Dihydroxy-Diarylalkan-Basis.
Bevorzugt werden Polycarbonate auf Bisphenol-A-Basis, die hergestellt
werden durch Phosgenierung durch Reaktion von Bisphenol A mit Phosgen
oder durch Interesterifizierung durch Reaktion von Bisphenol A mit
Dicarbonaten, wie Diphenylcarbonat. Ebenfalls einsetzbar sind modifizierte
Polycarbonate auf Bisphenol-A-Basis, von denen der Bisphenol-A-Anteil
teilweise durch 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propan oder
2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dibromophenyl)propan
ersetzt wird; und flammwidrige Polycarbonate auf Bisphenol-A-Basis.
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Die
Harze auf polyaromatischer Ether- oder Thioether-Basis weisen Ether-
oder Thioetherbindungen in der Molekülkette auf und ihre Beispiele
umfassen Polyphenylenether, Styrol-gepfropfter Polyphenylenether, Polyetheretherketon,
Polyphenylensulfid, etc.
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Die
Harze auf polyaromatischer Esterbasis umfassen beispielsweise Polyoxybenzoyl,
das durch Polykondensation von p-Hydroxybenzoesäure erhalten wird; Polyarylate,
die erhalten werden durch Polykondensation von Bisphenol A mit aromatischen
Dikarbonsäuren,
wie Terephthalsäure
und Isophthalsäure,
etc.
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Die
Harze auf Polysulfon-Basis weisen Sulfongruppen in der Molekülkette auf
und ihre Beispiele umfassen Polysulfon, das durch Polykondensation
von Bisphenol-A mit 4,4'-dichlorodiphenylsulfon
erhalten wird; Polyether-Sulfone, welche an ihren p-Positionen über die
Ethergruppe und Sulfongruppe gebundene Phenylengruppen aufweisen;
Polyarylen-Sulfone, welche abwechselnd über die Sulfongruppe gebundene
Diphenylengruppen und Diphenylenethergrupen aufweisen, etc.
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Die
Harze auf Acrylatbasis umfassen beispielsweise Methacrylatpolymere
und Acrylatpolymere. Als Monomere für diese Polymere werden beispielsweise
Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl- und Butyl-Methacrylate und
-acrylate verwendet. In der industriellen Anwendung finden typischerweise
Methyl-Methacrylat-Harze Anwendung.
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In
der Erfindung können
die oben genanten thermoplastischen Harze entweder einzeln oder
in Kombination verwendet werden. Von den oben erwähnten Harzen
werden Harze auf Polypropylen-Basis bevorzugt, wie Polypropylen,
Zufalls- oder Blockcopolymere von Propylen mit anderen Olefinen
und ihre Gemische. Besonders bevorzugt sind Harze auf Polypropylen-Basis,
die Säure-modifizierte
Harze auf Polyolefinbasis enthalten, die mit ungesättigten
Karbonsäuren
oder ihren Derivaten modifiziert sind.
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Die
Harze auf Polyolefin-Basis für
die Säure-modifizierten
Harze auf Polyolefinbasis umfassen beispielsweise Polypropylen,
Polyethylen, Ethylen-α-Olefin-Copolymere,
Propylenethylen-Zufallscopolymere, Propylenethylen-Blockcopolymere,
Ethylen-α-Olefin-Copolymergummi,
Ethylen-α-Olefin
unkonjugierte Diencopolymere (z.B. EPDM) und Ethylen-aromatische
Monovinylverbindungs-konjugierte Diencopolymergummi. Die α-Olefine
umfassen beispielsweise Propylen, Buten-1, Penten-1, Hexen-1 und
4-Methylpenten-1
und eine oder mehrere dieser Verbindungen sind entweder einzeln
oder in Kombination einsetzbar. Von diesen Harzen auf Polyolefinbasis
werden Harze auf Polypropylen-Basis oder auf Polyethylen-Basis,
die Copolymere enthalten, bevorzugt, und noch bevorzugter sind Harze
auf Polypropylen-Basis.
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Als
besondere Beispiele für
die ungesättigten
Karbonsäuren
und ihre Derivate, die zur Modifizierung der Harze einzusetzen sind,
seien ungesättigte
Karbonsäuren
wie Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Maleinsäure, Fumarsäure, Itakonsäure, Krotonsäure, Citrakonsäure, Sorbinsäure, Mesakonsäure, Angelicasäure genannt; sowie
Säureanhydride,
-ester, -amide, -imide und Metallsalze, wie Maleinanhydrid, Itakonanhydrid,
Citrakonanhydrid, Methylacrylat, Methylmethacryla, Ethylacrylat,
Butylacrylat, Monoethylacrylat, Acrylamid, Maleinsäuremonoamid,
Maleimid, N-Butylmaleimid,
Natriumacrylat, Natriummethacrylat. Hiervon werden ungesättigte Dikarbonsäuren und
ihre Derivate bevorzugt; und noch bevorzugter ist Maleinanhydrid.
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Bei
der Modifizierung der Harze auf Polyolefin-Basis mit irgendeiner
dieser ungesättigten
Karbonsäuren
und ihren Derivaten, können
eine oder mehr dieser Säuren und
ihrer Derivate einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Das
Modifizierungsverfahren ist nicht speziell definiert und kann irgendein
bekanntes konventionelles Verfahren sein. Beispielsweise wird ein
zu modifizierendes Harz auf Polyolefin-Basis in einem geeigneten,
organischen Lösemittel
gelöst,
zu welchem eine ungesättigte
Karbonsäure
oder ihr Derivat zusammen mit einem ein Radikal erzeugenden Mittel
zugegeben und unter Wärme
gerührt
wird; oder aber diese Komponenten werden in einen Extruder gegeben
und darin geschmolzen und geknetet. In den modifizierten Harzen
auf Polyolefin-Basis beträgt
der Gehalt der zugegebenen ungesättigten
Karbonsäure
oder ihrer Derivate vorzugsweise zwischen 0,01 und 20 Gew.-%, bevorzugter
zwischen 0,1 und 10 Gew.-%. Besonders bevorzugt sind Maleinanhydrid
modifizierte Harze of Polypropylen-Basis, in welchen der Gehalt
an zugegebenem Maleinanhydrid zwischen 0,1 und 10 Gew.-% beträgt.
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Die
in der Erfindung zu verwendenden Fasern sind nicht speziell definiert,
aber bevorzugt werden Glasfasern.
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Außer Glasfasern
können
auch Keramikfasern verwendet werden, wie Borfasern, Silikoncarbidfasern, Tonerdefasern,
Silikonnitridfasern, Zirkonerdefasern, Calciumsilikatfasern, Steinwolle;
anorganische Fasern, wie Magnesiumoxidfasern, Magnesiumoxysulfatfasern,
Magnesiumhydroxidfasern, Gipsfasern; Metallfasern, wie Kupferfasern,
Messingfasern, Stahlfasern, Edelstahlfasern, Aluminiumfasern, Aluminiumlegierungsfasern; organische
Fasern, wie Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, Aramidfasern,
Polyarylatfasern; und Kohlenstofffasern. Bevorzugt werden Glasfasern,
organische Fasern, Kohlenstofffasern und Metallfasern; und noch bevorzugter
sind Glasfasern und Verbundfasern, die im Wesentlichen aus Glasfasern
bestehen. Eine oder mehr dieser Fasern derselben oder unterschiedlicher
Art können
hierbei einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
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Die
Glasfasern zur Verwendung in der Erfindung sind vorzugsweise oberflächenbehandelt
mit Haftvermittlern. Die Haftvermittler können irgendwelche bekannten,
konventionellen, so genannten Silan- oder Titan-Haftvermittler sein.
Als spezielle Beispiele für
Silan-Haftvermittler seien hier genannt:
Triethoxysilan, Vinyltris(β-Methoxyethoxy)Silan,
γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan,
γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan,
β-(1,1-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan,
N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan,
N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan
γ-Aminopropyltriethoxysilan
N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan
γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan
γ-Chloropropyltrimethoxysilan,
γ-Aminopropyltrimethoxysilan,
γ-Aminopropyl-tris(2-methoxy-ethoxy)silan,
N-Methyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan,
N-Vinylbenzyl-γ-aminopropyltriethoxysilan,
Triaminopropyltrimethoxysilan,
3-Ureidopropyltrimethoxysilan,
3-4,5-Dihydroimidazol-propyltriethoxysilan,
Hexamethylsisilazan,
N, O-(bistrimethylsilyl)amid,
N, N-bis(trimethylsilyl)Harnstoff
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Von
diesen werden Aminosilane und Epoxysilane bevorzugt, wie
γ-Aminopropyltriethoxysilan,
N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan,
γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan,
β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan.
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Besonders
bevorzugt werden Aminosilane, wie sie oben genannt sind.
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Als
spezielle Beispiele für
die Titanhaftvermittler seien genannt:
Isopropyltriisostearoyltitanat,
Isopropyltridodecylbenzensulfonyltitanat,
Isopropyltris(dioctylpyrophosphat)titanat,
Tetraisopropylbis(dioctylphosphit)titanat,
Tetraoctylbis(ditridecylphosphit)titanat,
Tetra(1,1-diallyloxmethyl-1-butyl)bis(ditridecyl)phosphittitanat,
Bis(dioctylpyrophosphat)oxyacetattitanat,
Bis(dioctylpyrophosphat)ethylentitanat,
Isopropyltrioctanoyltitanat,
Isopropyldimethacrylisostearoyltitanat,
Isopropylisostearoyldiacryltitanat,
Isopropyltri(dioctylphosphat)titanat,
Isopropyltricumylphenyltianat,
Isopropyltri(N-amidoethyl, aminoethyl)titanat,
Dicumylphenyloxyacetattitanat,
Diisostearoylethylentitanat, Diisostearoylethylentitanat, etc.
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Die
Oberflächenbehandlung
von Glasfasern mit solchen Haftvermittlern kann in irgendeiner herkömmlichen
Weise durchgeführt
werden und ist nicht besonders definiert. Beispielsweise wird eine
Leimlösungsbehandlung
unter Anwendung eines Leimmittels bevorzugt, das aus einer Lösung oder
Suspension des Haftvermittlers in einem organischen Lösemittel
besteht, und das auf die Glasfasern durch Trockenmischen oder Sprühen aufgebracht
wird.
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Der
Haftvermittler kann mit einer Film bildenden Substanz für Glas kombiniert
werden. Die Film bildende Substanz ist nicht speziell definiert
und umfasst beispielsweise Polymere auf Polyesterbasis, Urethanbasis, Epoxidharzbasis,
Acrylbasis, Vinylacetatbasis und Isocyanatbasis.
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In
der Erfindung werden bevorzugt Glasfasern als Verstärkungsfasern
verwendet im Hinblick auf die Festigkeit und das Modul (die Steifheit)
der leichten Formprodukte, und bevorzugte Ausführungen der Erfindung, welche
Glasfasern einsetzen, werden hiernach genannt. Hierbei sind Glasfasern
aus E-Glas, S-Glas oder dergleichen anwendbar, welche einen mittleren
Faserdurchmesser von nicht größer als
20 μm, vorzugsweise
zwischen 1 und 17 μm,
noch bevorzugter zwischen 4 und 14 μm aufweisen. Die Verwendung
von zu dünnen
Glasfasern, welche einen mittleren Faserdurchmesser von kleiner
als 1 μm
aufweisen, macht es schwierig sie mit Harz zu benetzen oder sie
mit Harz zu durchtränken
bei der Herstellung von Harzpellets, die sie enthalten. Zu dicke
Glasfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von größer als
20 μm werden
bei ihrer Verwendung oft während
des Schmelzens und Knetens des sie enthaltenden Harzes zerbrochen.
Zusammen mit den Glasfasern wird das thermosplastische Harz, insbesondere
das oben genannte Polyolefinharz auf Polypropylenbasis gezogen und
zu Pellets geformt, die eine Länge
von 2 bis 100 mm aufweisen. In diesen Pellets können die Glasfasern die gleiche
Länge wie
jedes Pellet, nämlich
von 2 bis 100 mm, aufweisen. In der Erfindung werden diese Glasfaser
verstärkten
thermoplastischen Harzpellets verwendet. Vorzugsweise werden die
Glasfasern in dem Harz, das zu Pellets geformt werden soll, mit
einem geeigneten Bindemittel zu Fasersträngen zusammengebunden, die
jeweils aus 100 bis 10000 Fasern bestehen, bevorzugter zwischen
150 und 5000 Fasern.
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Das
Bindemittel kann irgendeines auf Urethanbasis, Olefinbasis, Acrylbasis,
Butadienbasis und Epoxidharzbasis sein. Von diesen werden Bindemittel
auf Urethanbasis und Olefinbasis bevorzugt. Das Bindemittel auf
Urethanbasis enthält
allgemein ein Polyisocyanat, das erhalten wird durch Additionspolymerisation
einer Diisocyanatverbindung und eines Polyalkohols, in einer Menge
von nicht weniger als 50 Gew.-% und das in eine Gruppe einzugruppieren
ist, die in einer Lösung
vorliegt, und die Öl
modifizierte, durch Feuchtigkeit härtende und Blockbindemittel
umfasst, und in eine Gruppe, die in zwei Lösungen vorliegt, und die durch
Katalysator härtende
und durch Polyol härtende
Bindemittel umfasst. Irgendeines dieser Bindemittel kann in der
Erfindung verwendet werden. Als Harz auf Polyolefinbasis ist irgendeines
von modifizierten Harzen auf Polyolefinbasis verwendbar, die mit
ungesättigten
Karbonsäuren
oder ihren Derivaten modifiziert sind. Die Glasfaserstränge werden
mit dem thermoplastischen Harz durchtränkt und dann werden die Glasfaser
enthaltenden thermoplastischen Harzpellets (A) ausgebildet. Um das
Harz auf die Glasfaserstränge
aufzubringen, wird beispielsweise ein Verfahren zum Eintauchen der
Glasfaserstränge
in eine Harzschmelze, ein Verfahren zum Führen der Glasfaserstränge durch
eine Beschichtungsdüse
für das
Harz oder ein Verfahren zum Extrudieren einer Harzschmelze durch
eine Düse
um die Glasfaserstränge
herum eingesetzt. Um die Durchtränkung
der Faserstränge
mit der Harzschmelze weiter zu verbessern und um die Benetzbarkeit
der Faserstränge
mit der Harzschmelze zu verbessern, wird ein Ziehverfahren eingesetzt,
welches einen Ziehring mit einer aufgerauten Oberfläche verwendet,
und bei welchem die mit der Harzschmelze beschichteten Faserstränge unter
Spannung gezogen und dann zwischen Druckwalzen verpresst werden.
Das Bindemittel ist nicht immer erforderlich, jedenfalls solange
nicht wie die Glasfasern zufrieden stellend von dem thermoplastischen
Harz durchtränkt sind
und das sich ergebende, Fasern enthaltende Harz zufrieden stellend
zu Pellets geformt wird. Die so erhaltenen langfaserigen, thermoplastisches
Harz enthaltenden Stränge
werden abgekühlt
und dann in Pellets mit einer geeigneten Länge zerschnitten. So werden
Glasfasern enthaltende, thermoplastische Narzpellets (A) hergestellt,
in welchen die Glasfasern parallel zueinander ausgerichtet sind,
wobei sie die gleiche Länge
wie jedes Pellet aufweisen.
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Die
Pellets, die in der Erfindung eingesetzt werden sollen, weisen eine
Länge von
2 bis 100 mm auf, wobei die Glasfasern dieselbe Länge aufweisen
wie jedes Pellet, nämlich
zwischen 2 und 100 mm. Wenn zu kurze Glasfasern mit einer Länge von
weniger als 2 mm in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, ist
es schwierig leichte Formprodukte herzustellen und die erzeugten
Produkte weisen oft eine geringe mechanische Festigkeit auf und
werden stark verbogen und verformt. Wenn andererseits zu lange Glasfasern
mit einer Länge
von mehr als 100 mm verwendet werden, ist das Spritzformen des sie
enthaltenden Harzes schwierig und zusätzlich könnten die Glasfasern in dem
Harz nicht gleichmäßig verteilt
sein, wodurch die Oberflächeneigenschaften
der Formprodukte verschlechtert werden. Die Länge der Harzpellets liegt vorzugsweise
zwischen 3 und 80 mm, um kaum verformbare, leichte Formprodukte
mit großer
mechanischer Festigkeit und gutem äußeren Aussehen herzustellen,
aber bevorzugter liegt die Länge
zwischen 5 und 50 mm in Anbetracht der Verteilbarkeit von Fasern
in dem Harz und des äußeren Aussehens
und der Oberflächeneigenschaften
der herzustellenden Formprodukte.
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Das
zu Pellets zu formende Harz auf Polypropylen-Basis weist vorzugsweise
einen Schmelzindex (MI, bei 230°C
und 2,16 kgf) von 10 bis 1000 g/10 min, bevorzugter zwischen 30
und 600 g/10 min im Hinblick auf das Einziehen in die Fasern und
seine Formbarkeit auf. Durch Steuerung der Polymerisationsbedingungen kann
das Harz auf Polypropylen-Basis einen gewünschten MI aufweisen; oder
durch Zugabe eines Peroxids zu dem Harz und ihre Durchmischung und
ihr Durchkneten kann das Harz so gesteuert werden, dass es einen erhöhten MI
aufweist. Die Pellets sind nicht auf diejenigen beschränkt, die
durch Zerschneiden von Harzsträngen
hergestellt werden. Geformte Harzbögen, -streifen oder -bänder können ebenfalls
in Pellets zerschnitten werden, in welchen die Fasern im Wesentlichen
eine Länge
von 2 bis 100 mm aufweisen.
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In
dem Verfahren zur Herstellung von leichten Harzprodukten der Erfindung
können
nur die Faser enthaltenden, thermoplastischen Harzpellets (A) verwendet
werden, oder aber die Pellets (A) können mit irgendeinem anderen
thermoplastischen Harz außer
(A) vermischt werden, um ein Gemisch herzustellen, und das Harzgemisch
kann ebenfalls eingesetzt werden. In dem letzteren Fall muss der
Fasergehalt der Pellets (A) von 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von
20 bis 80 Gew.-% des Harzgemisches betragen. Insbesondere wenn Glasfasern
verwendet werden, muss der Fasergehalt von 20 bis 80 Gew.-% betragen,
um leichte Formprodukte zu erhalten. Der Fasergehalt kann in geeigneter
Weise bestimmt werden in Abhängigkeit
von der Art, der Dichte und der Länge der verwendeten Fasern.
Die thermoplastischen Harze außer
(A) können
die gleichen oder andere sein als die Harze, die bei der Herstellung
von (A) eingesetzt werden, und sie sind nicht speziell definiert. Als
zusätzliche
Harze können
handelsübliche,
Harzpellets von normaler Qualität,
Granulate und sogar Pulver verwendet werden und ihre Form ist nicht
speziell definiert. Allerdings werden Pellets bevorzugt. Selbst
wenn die zusätzlichen
Harze von derselben Art sind wie die Harze von (A), können ihr
Molekulargewicht und ihre Schmelzfließfähigkeit unterschiedlich von
denjenigen der Harze von (A) sein.
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In
dem Verfahren zur Herstellung leichter Harzprodukte der Erfindung
kann das zu verwendende Formmaterial Zusatzstoffe enthalten wie
Verstärkungsmittel,
Streckmittel, Oxydationsinhibitor, Antistatikmittel, Flammenhemmer,
Pigment und Dispergiermittel, wie Talk, Mika, Calciumcarbonat, gemahlene
Glasfasern, Kohlenstofffasern, Magnesiumsulfatfasern, Kaliumtitanatfasern,
Titanoxidfasern, organische Fasern, etc.
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Zur
Herstellung der Glasfaser verstärkten,
leichten Harzprodukte der Erfindung wird das Formmaterial mit den
hier oben erwähnten
Komponenten durch Spritzformen unter einer besonderen Bedingung
geformt. Die Glasfasern in dem Formmaterial, welches die Harzpellets
aufweist, sind parallel zueinander in jedem Pellet ausgerichtet,
wobei sie eine Länge
von 2 bis 100 mm aufweisen, vorzugsweise von 3 bis 80 mm, und der
Glasfasergehalt des Formmaterials beträgt zwischen 20 und 80 Gew.-%,
vorzugsweise zwischen 30 und 70 Gew.-%. Wenn zu kurze Glasfasern
mit einer Länge
von weniger als 2 mm verwendet werden, können die hergestellten Produkte
nicht leicht sein. Wenn zu lange Glasfasern mit einer Länge von
mehr als 100 mm verwendet werden, ist das Formmaterial schwierig
in die Spritzformvorrichtung einzufüllen, und selbst wenn es in die Vorrichtung
eingefüllt
ist, kann das Material nicht stabil plastiziert werden, so dass
gleichmäßig geformte
Produkte nur sehr schwierig zu erhalten sind. Wenn der Fasergehalt
geringer als 20 Gew.-% ist, ist es oft schwierig bei der Herstellung
von lange Fasern enthaltenden Harzpellets kontinuierlich Glasfäden zu ziehen
und so können
leichte Formprodukte nicht erhalten werden. Wenn der Fasergehalt
größer als
80 Gew.-% ist, kann das Harz nicht ausreichend die Faserstränge durchtränken, so
dass verschlossene Fasern in den Formprodukten verbleiben. Verschiedene
Arten von Fasern ethaltenden, thermoplastischen Harzpellets (A)
mit einer unterschiedlichen Faserlänge und einem unterschiedlichen
Fasergehalt können
kombiniert werden, falls gewünscht.
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Zum
Schmelzen, Kneten und Einspritzen des Formmaterials wird beispielsweise
irgendein Spritzformverfahren (1) eingesetzt, welches umfasst: Einbringen
des Formmaterials in den heißen
Zylinder einer Spritzformvorrichtung, Erhitzen und Schmelzen des
Materials und Dispergieren der Fasern in der sich ergebenden Harzschmelze
und danach Einspritzen der Harzschmelze in den oberen Bereich der
Vorrichtung mit Hilfe eines Kolbens oder dergleichen, und Formen
des Materials in dem Hohlraum der Vorrichtung; (2) ein Spritzformverfahren,
welches aufweist: Einbringen des Formmaterials in den heißen Zylinder
einer Spritzformvorrichtung, dann Erhitzen und Schmelzen des Materials,
Fördern
der sich ergebenden Harzschmelze in den Schneckenbereich der Vorrichtung
mit Hilfe eines Kolbens oder dergleichen, dann Dispergieren der
Fasern in der Harzschmelze und danach Einspritzen der Harzschmelze
in den Hohlraum der Vorrichtung; und (3) ein Spritzformverfahren,
welches umfasst: Fördern
des Formmaterials in den oberen Bereich einer Spritzformvorrichtung
mit einer Förderschnecke,
die tiefe Rillen und einen geringen Zerkleinerungsgrad aufweist,
wobei die Zylindertemperatur extrem hoch gehalten wird und dabei
verhindert wird, dass die Fasern brechen, und Einspritzen der Harzschmelze
in den Hohlraum der Vorrichtung mit Hilfe eines Kolbens oder dergleichen.
Das Spritzformverfahren, auf das sich hier bezogen wird, umfasst
gewöhnliche
Spritzformverfahren, Kompressionsspritzformverfahren und Druckspritzformverfahren.
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Die
Erfindung wird nunmehr genauer unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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In 1 und 2 ist 1 eine
feste Pressform, 2 ist eine bewegliche Pressform, 3 ist
eine Spritzdüse, 4 ist
ein Eingusskanal, 5 ist ein Arbeitskern, 6 ist
eine vorwärts
und rückwärts bewegliche
Einheit, 7 ist eine Harzschmelze, 8 ist ein Anfangshohlraum
und 9 ist ein Endhohlraum (für Endprodukte). In diesen Abbildungen zeigt
(A) den Schritt des Einspritzens des Harzes an und (B) zeigt den
Endschritt des Formens.
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1 zeigt
eine Ausführung
des Verfahrens zur Herstellung von leichten Harzprodukten der Erfindung.
Wie in 1(A) gezeigt, wird zunächst ein
Schmelzgemisch eines Formmaterials in den Hohlraum 8 der
zweiteiligen Form eingespritzt, welche so geschlossen wird, dass
das Volumen des Hohlraums 8 kleiner ist als dasjenige des
Endproduktes. In diesem Schritt wird das Harz, das an die Oberfläche der
Form angrenzt, gekühlt,
um eine obere Außenschicht
auszubilden, wie beim herkömmlichen
Spritzformen. Danach, bevor oder nachdem das Harzeinspritzen beendet
ist, wird die Form soweit geöffnet,
dass ihr Hohlraumvolumen gleich dem Volumen des beabsichtigten Endproduktes 9 ist,
wie in 1(B) zu sehen. In diesem Schritt
dehnt sich die ausdehnbare Harzschmelze, welche verstrickte Fasern
enthält,
aus bis zum Erreichen eines Volumens, das gleich dem Volumen des
Endproduktes ist. Danach wird dieses abgekühlt und die bewegliche Form 2 wird gelockert,
um das Endprodukt herauszunehmen. Auf diese Weise wird das beabsichtigte
leichte Harzprodukt erhalten.
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Bei
dem illustrierten Verfahren können
der geschlossene Zustand des Anfangshohlraums und der geöffnete Zustand
des Endhohlraums in geeigneter Weise bestimmt werden in Abhängigkeit
von dem Fasergehalt des einzusetzenden Formmaterials, der Länge der
Fasern in dem Formmaterial und der Porosität (oder spezifischen Schwerkraft)
des herzustellen Produktes. Der Zeitpunkt des Öffnens des Formhohlraums kann abhängig von
der Formtemperatur, der Dicke der Außenschicht, die auf der Oberfläche des
Produktes ausgebildet ist, und der Dicke des Produktes in geeigneter
Weise bestimmt werden.
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2 zeigt
eine andere Ausführung
des Verfahrens zum Herstellen von leichten Harzprodukten der Erfindung.
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Gemäß 2 umfasst
die Formvorrichtung für
diese Ausführung
die feste Form 1, die bewegliche Form 2 und den
Arbeitskern 5, der innerhalb der beweglichen Form derart
angeordnet ist, dass er vorwärts
und rückwärts in der
gleichen Richtung wie die Bewegungsrichtung der beweglichen Form,
aber unabhängig
von der Bewegung der beweglichen Form bewegt werden kann. Hierbei
ist der Hohlraum von der festen Form, der beweglichen Form und dem
Arbeitskern gebildet, und sein Volumen ist variierbar durch Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
des Arbeitskerns. In dem Endschritt des illustrierten Verfahrens
ist der Formhohlraum, außer seinem
Bereich zum Formen der Kanten des Endproduktes, geöffnet. In
der Ausführung
der 2 wird der Arbeitskern 5 mit Hilfe der
vorwärts
und rückwärts beweglichen
Einheit 6 (diese ist ein hydraulisches Gleitsystem) vorwärts und
rückwärts bewegt.
Kurz gesagt, eine Harzschmelze wird in den geschlossenen Formhohlraum
eingespritzt und kurz bevor das Harzeinspritzen beendet ist und
der Hohlraum mit dem Harz gefüllt
ist, oder nachdem das Harzeinspritzen beendet ist und die Kanten
des Produktes geformt sind, wird der Arbeitskern rückwärts bewegt,
bis dass das Volumen des Formhohlraums gleich demjenigen des Endproduktes
ist. Alternativ wird eine geringere Menge bezüglich des Volumens des geschlossenen
Formhohlraums der Harzschmelze in den geschlossenen Formhohlraum
eingespritzt und vor, gleichzeitig mit oder nach dem Beenden des
Harzeinspritzens wird die bewegliche Form oder der Arbeitskern einmal
vorwärts
bewegt, so dass der Formhohlraum vollständig mit dem Harz gefüllt ist
und während
oder nachdem der Formhohlraum vollständig mit Harz gefüllt wird,
kann die bewegliche Form oder der Arbeitskern 5 rückwärts bewegt
werden, um dadurch das Volumen des Kernhohlraums gleich demjenigen
des Endproduktes zu machen. Da das Harzeinspritzen mit einem geringeren
Einspritzdruck durchgeführt
werden kann, ist es bei diesem Verfahren möglich zu verhindern, dass die
Verstärkungsfasern,
welche während
des herkömmlichen
Einspritzfüllens
häufig
zerbrochen oder anders ausgerichtet werden, zerbrechen oder unvorteilhaft
ausgerichtet werden. Bei dem Schritt des einmaligen Vorwärtsbewegens
der beweglichen Form oder des Arbeitskerns, um dadurch den Formhohlraum vollständig mit
dem Harz zu füllen,
beträgt
die Bewegungsstrecke vorzugsweise 0,1 bis 50 mm. Bevorzugter beträgt die Bewegungsstrecke
zwischen 0,1 und 10 mm, um zu verhindern, dass Luft in die Oberfläche des Produktes,
das gerade geformt wird, eindringt. Das Eintragen von Luft ist ungünstig, da
Fließschlieren
auf der Oberfläche
des Produktes ausgebildet werden, und die Produkte mit solchen Fließschlieren
weisen ein schlechtes äußeres Aussehen auf.
Die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung
kann allgemein zwischen 0,5 und 30 mm/Sek. liegen.
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Die
Kanten des Endproduktes, die gemäß der Ausführung der 2 hergestellt
werden, bilden Bereiche des Produktes, die nicht gemeinsam mit dessen
restlichem Bereich durch die Rückwärtsbewegung
des Arbeitskerns geformt werden. In der illustrierten Ausführung werden
diese Kanten vor der Rückwärtsbewegung des
Arbeitskerns geformt. Mit anderen Worten, bevor der Arbeitskern
rückwärts bewegt
wird, sind diese Kanten bereits geformt. Daher werden diese Kanten
des Produktes, das gerade geformt wird, überhaupt nicht beeinflusst
von der Rückwärtsbewegung
des Arbeitskerns und das Endprodukt weist ein gutes äußeres Erscheinungsbild
an seinen Kanten auf und seine Form entspricht getreu der Form der
verwendeten Pressform. Die Geschwindigkeit der Rückwärtsbewegung des Arbeitskerns
variiert in Abhängigkeit
von dem eingesetzten, Harz enthaltenden Formmaterial und der Form
des herzustellenden Endproduktes, kann aber allgemein zwischen 0,1
und 10 mm/Sek. betragen. Es ist nicht immer erforderlich, die Geschwindigkeit
konstant zu halten. Falls gewünscht,
kann die Geschwindigkeit schrittweise gesteigert werden, so dass
sie höher
ist als diejenige in dem Anfangsschritt der Rückwärtsbewegung.
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Wenn
die Rückwärtsbewegung
des Arbeitskerns nicht an der Position gestoppt wird, in welcher
das Volumen des geöffneten
Formhohlraums gleich demjenigen des Endproduktes ist, kann der Arbeitskern
einmal zu einer Position zurück
bewegt werden, in der das Volumen des geöffneten Formhohlraums größer ist
als dasjenige des Endproduktes und danach wird er wieder vorwärts bewegt,
wodurch das herzustellende Harzprodukt zusammengepresst wird, bis
zu der beabsichtigten Position, in welcher das Volumen des geöffneten Formhohlraums
schließlich
gleich demjenigen des Endproduktes ist. Auch in der Ausführung der 1 kann die
gleiche Art von vorwärts
und rückwärts beweglicher
Einheit 6 wie diejenige, die in der Ausführung der 2 eingesetzt
ist, zwischen der beweglichen Form und der Halterung für die bewegliche
Form angeordnet werden.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung leichter Harzprodukte der Erfindung
beträgt
die Menge des Schaumbildners zwischen 0,1 und 0,8 Gewichtsanteilen
bezüglich
100 Gewichtsanteilen des Formmaterials, wenn der Fasergehalt des
Materials von 30 bis 80 Gew.-% beträgt, oder die Menge liegt zwischen
0,05 und 1,5 Gewichtsanteilen bezüglich den o.g. Gewichtsanteilen,
wenn der Fasergehalt des Materials 20 bis 30 Gew.-% beträgt.
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Die
Art des einzusetzenden Schaumbildners ist nicht speziell definiert,
er muss aber unter Wärme
zersetzt werden, um Gas zu erzeugen. Konkret umfasst der Schaumbildner
beispielsweise Oxalsäurederivate, Azokörper, Hydrazinderivate,
Semicarbazide, Azidverbindungen, Nitrosoverbindungen, Triazole,
Harnstoff und ihm verwandte Verbindungen, Nitrite, Hydride, Carbonate,
Bicarbonate, etc.
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Wenn
seine Menge geringer als 0,01 Gewichtsanteile ist, kann der Schaumbildner
keine ausreichende Menge Gas erzeugen, was dazu führt, dass
wenn die bewegliche Form rückwärts bewegt
wird, um den Formhohlraum zu vergrößern, nicht verhindert werden
kann, dass der Innendruck in dem Hohlraum verringert wird, und zusätzlich ist
seine Wirkung bei der Unterstützung
des Ausdehnens des Formmaterials sehr gering.
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In
dem leichten faserverstärkten
Harzprodukt der Erfindung liegt der Fasergehalt zwischen 20 und
80 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 und 70 Gew.-%, wenn die Verstärkungsfasern
aus Glasfasern bestehen. Die Porosität des Produktes beträgt zwischen
10 und 80%, vorzugsweise zwischen 20 und 70%. Wenn sie geringer
als 10% ist, kann das Produkt kein leichtes Gewicht aufweisen. Wenn
sie größer als
80% ist, wird es schwierig, die Außenschicht sicher ohne Blasen
auf der Oberfläche
des Produktes auszubilden und zusätzlich ist die Festigkeit des
Produktes gering. Die Porosität,
auf die sich hier bezogen wird, zeigt das Verhältnis des Volumens des Produktes
außer
dem festen Anteil an Glasfasern und Harz zu dem Gesamtvolumen des
Produktes an. In dem Produkt beträgt die durchschnittliche Faserlänge 1 bis
20 mm, vorzugsweise 1,5 bis 15 mm, noch bevorzugter 2,0 bis 12 mm.
Wenn die Länge
der in dem Formprodukt vorhandenen Fasern kürzer als 1 mm ist, dehnt sich
die Harzschmelze, die zu dem Produkt geformt werden soll, wenig
aus, so dass das Produkt kaum die beabsichtigte Porosität aufweisen
kann und zusätzlich
ist die Festigkeit des Produktes gering. Selbst wenn die Länge der
Fasern größer als
20 mm ist, wird dies wenig Einfluss auf die Festigkeit des Produktes haben.
Solche langen Fasern sind eher insofern problematisch und unpraktisch,
als dass die Formbedingung mild sein muss, die Formzeit verlängert wird
und die Produktivität
gering ist. Das leichte Formprodukt der Erfindung weist eine spezifische
Biegefestigkeit (Biegefestigkeit/spezifische Gravität) von nicht
weniger als 80 MPa, vorzugsweise nicht weniger als 90 MPa, noch
bevorzugter von nicht weniger als 100 MPa auf. Die Ausbildung der
Außenschicht
auf der Oberfläche
des Produktes und das Einfügen
von verstärkenden
Glasfasern mit einer speziellen Länge in das Produkt bieten eine
solch hohe spezifische Biegefestigkeit des Produktes.
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Gemäß dem Verfahren
der Erfindung werden verschiedene leichte Harzprodukte hergestellt.
Die Form und die Größe des Faser
verstärkten,
insbesondere Glasfaser verstärkten,
leichten Produktes aus thermoplastischem Harz der Erfindung sind
nicht speziell definiert. Bevorzugt werden allerdings dünne, flächige Produkte, insbesondere
solche mit einer Dicke von nicht mehr als 30 mm und dreidimensionale
Produkte. Konkret zu erwähnen
sind Autoteile (z.B. Armaturenbrettkerne, Stoßstangenbalken, Türstufen,
Dachgepäckhalter,
hintere Seitenscheiben, Luftfiltergehäuse, Sonnenblenden, etc.);
verschiedene leichte kastenartige Produkte, die an verschiedenen
Stellen eingesetzt werden, wo eine hohe Stoßfestigkeit und hohe Festigkeit
erforderlich ist, wie an Motorrädern
anzubringende Helmkästen;
Teile von elektrischen Geräten
für den
Haushaltsbedarf; Baumaterialien (z.B. Betonplatten oder – rahmen,
Kabelwannen, Wandmaterialien, Bodenmaterialien, Bodenmaterialien
für Badeeinheiten,
Wasserkästen,
etc.); Möbel
(z.B. Stühle,
Tische, Bänke,
etc.), etc.
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Da
sich das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von leichten, faserverstärkten, insbesondere Glasfaser-,
organische Faser- oder Kohlenstofffaser-verstärkten, Produkten aus thermoplastischem
Harz von den konventionellen Spritzformverfahren unterscheidet,
erfordert es relativ milde Formpressbedingungen, ohne dass ein spezieller
Schaumbildner erforderlich ist. Selbst wenn einer benutzt wird,
kann die Menge an Schaumbildner gering sein. Die Formprodukte, die
schließlich
gemäß dem Verfahren
der Erfindung erhalten werden, weisen ein leichtes Gewicht auf und
besitzen Fasern, die innen gleichmäßig verteilt sind, wodurch
ein gutes Oberflächenaussehen
erreicht wird. Ferner weisen sie eine Außenschicht an ihren Oberflächen auf.
Diese Eigenschaften in Kombination mit der Verstärkung durch Glasfasern geben
eine hohe Festigkeit und hohe Steifheit. Zusätzlich ist das äußere Aussehen
der Kanten der Produkte gut und entspricht der Form der verwendeten
Pressform.
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Nunmehr
wird die Erfindung in genaueren Einzelheiten unter Bezugnahme auf
die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, welche
jedoch nicht dazu bestimmt sind den Rahmen der Erfindung zu begrenzen.
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Die
Glasfasern enthaltenden thermoplastischen Harzpellets (Pellets,
die lange Fasern enthalten), die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen
verwendet werden, wurden gemäß den unten
genannten Verfahren erzeugt.
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(Herstellungsbeispiel
1)
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Hierbei
wurde eine Extrusionsvorrichtung mit einer an dem oberen Ende des
Extruders befestigten Prägeform
und fünf
Stangen verwendet, die in einer Reihe in dem Harzschmelzbereich
angeordnet waren (dies ist eine Modifizierung der Vorrichtung aus 2 in
JP-A Nr. 183531/1991).
- Faserstränge: Glasrovings, die jeweils
aus 170 Glasfasern mit einem Durchmesser von 13 μm bestehen, und die mit γ-Aminopropyltriethoxysilan
oberflächenbehandelt
und mit einem Bindemittel auf Urethanbasis zusammengehalten sind.
- Vorheiztemperatur: 200°C.
- Thermoplastisches Harz: 1,0 Gew.-% Maleinanhydrid enthaltendes,
modifiziertes Polypropylen mit einem Schmelzindex (hiernach bezeichnet
als MI) von 60 g/10 min. bei 230°C
und 2,16 kgf.
- Schmelztemperatur: 240°C.
- Stangen: fünf
Stangen mit jeweils einer Größe von 6
mm (Durchmesser) × 3
mm (Länge).
- Neigungswinkel: 25 Grad
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Unter
den oben genannten Bedingungen wurden die Glasrovings in die Form
eingebracht, wobei sie zwischen Spannungswalzen gesteuert wurden,
und in das Harz getaucht. Nachdem sie abgekühlt waren, wurden sie mit einer
Pelletisiervorrichtung zerschnitten. So wurden Glasfasern enthaltende
Harzpellets mit einem Glasfasergehalt von 41 Gew.-% und einer Länge von
20 mm geformt. Diese werden hiernach als Langfasern enthaltende
Pellets A-1 bezeichnet.
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(Herstellungsbeispiel
2)
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γ-Aminopropyltriethoxysilan
behandelte, lange Glasfasern mit einem Durchmesser von 10 μm wurden durch
eine wässrige
Emulsion auf Polypropylen-Basis gezogen, um die Fasern so mit dem
Harz zu imprägnieren.
Die Fasern wurden getrocknet zur Herstellung von Glasrovings mit
einem Glasfasergehalt von 97 Gew.-%. Die verwendete wässrige Emulsion
auf Polypropylen-Basis wurde hierbei durch Rühren und Emulgieren von 80
Gewichtsanteilen Maleinanhydrid enthaltendem Polypropylen mit einem
Maleinanhydridgehalt von 5 Gew.-% und mit einer Grenzviskosität [n] von
0,20 dl/g, 100 Gewichtsanteilen Wasser, 20 Gewichtsanteilen eines
nichtionogenen Emulgators und 10 Gewichtsanteilen eines Neutralisationsmittels
hergestellt, wobei sie auf 150°C
erhitzt wurden. Diese Glasrovings wurden in der gleichen Weise zerschnitten
wie in dem Herstellungsbeispiel 1. So wurden Glasfasern enthaltende
Harzpellets mit einem Glasfasergehalt von 69 Gew.-% und einer Länge von
12 mm geformt. Diese werden hiernach als Langfasern enthaltende
Pellets A-2 bezeichnet.
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In
den folgenden Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispielen 1 bis
3 wurden die hergestellten Formprodukte und die aus den Formprodukten
ausgeschnittenen Teststücke
gemäß den unten
genannten Verfahren bewertet und getestet.
- (a)
Bewertung der Formprodukte:
Jedes Produkt wurde visuell geprüft.
- (b) Biegefestigkeit, Biegemodul:
Jedes Teststück wurde
gemäß JIS K-7203
getestet.
Relative Biegefestigkeit
= (Biegefestigkeit)/(spezifische
Gravität)
Relatives
Biegemodul
= (Biegemodul)/(spezifische Gravität)
- (c) Länge
der Durchschnittsgewichtsfaser von Glasfasern in Formprodukten:
Jedes
Formprodukt wurde verascht und die Ascheprobe wurde mit einem universellen
Projektor mit einer 10-fachen Vergrößerung photographiert. Auf
dem Bild wurden ungefähr
3000 Glasfasern mit einem Analog-Digitalumsetzer gemessen und der
Durchschnitt der Daten wurde erhalten.
- (d) Porosität
der Formprodukte:
Die Porosität jedes Formproduktes wurde
anhand des Zusammensetzungsverhältnisses
und der spezifischen Gravität
des Produktes berechnet.
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[Beispiel 1]
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Hierbei
wurden als Formmaterial die Langfasern enthaltenden Pellets A-1
und eine Spritzformvorrichtung (Mitsubishi Heavy Industries' 850-MGW Modell ausgestattet
mit Idemitsus Kompressionseinheit) verwendet. Die Harztemperatur
betrug 280°C
und die Form war dafür
bestimmt, Platten mit einer Größe von 400
mm × 800
mm × t
mm Dicke zu formen. Zuerst wurde die Form so eingestellt, dass sie
einen Hohlraum von 3 mm aufwies und das Formmaterial wurde in einer
Menge darin eingespritzt, die dem Hohlraumvolumen von 3 mm Dicke
entsprach. Danach wurde die Form geöffnet, um einen Hohlraum von
6 mm aufzuweisen entsprechend der Dicke des herzustellenden Endproduktes.
Danach wurde sie abgekühlt
und gelockert, um das beabsichtigte, leichte Formprodukt zu erhalten.
Es zeigte sich, dass die Oberfläche
des Produktes eine dichte Außenschicht
mit keinerlei Silberschlieren aufwies und ihre Innenseite gleichmäßig ausgedehnt
ohne große
Hohlräume
war. Das geformte Produkt wies ein leichtes Gewicht auf und zeigte
gute Qualität.
Die Porosität
des Produktes, die Länge
der Durchschnittsgewichtsfaser der in dem Produkt vorhandenen Glasfasern
und das äußere Erscheinungsbild,
die spezifische Gravität,
die relative Biegefestigkeit und das relative Biegemodul des Produktes
wurden gemessen und in Tabelle 1 dargestellt.
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[Beispiel 2]
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Ein
leichtes Formprodukt wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel
1 hergestellt, außer
dass eine Trockenmischung von 80 Gewichtsanteilen der Langfasern
enthaltenden Pellets A-2 und 20 Gewichtsanteilen von Polypropylenharz
mit einem MI = 60g/10 min. als Formmaterial verwendet wurde, dass
der Anfangshohlraum 2,5 mm betrug, dass das Formmaterial in einer
Menge in die Form eingespritzt wurde, die dem Hohlraum mit 2,5 mm
Dicke entsprach, und dass die Form geöffnet wurde, um einen Hohlraum
von 7,5 mm aufzuweisen entsprechend der Dicke des herzustellenden
Endproduktes. Es zeigte sich, dass die Oberfläche des Produktes eine dichte
Außenschicht
mit keinerlei Silberschlieren aufwies. Das geformte Produkt wies
ein leichtes Gewicht auf und zeigte gute Qualität. Die Daten des Produktes
sind in Tabelle 1 dargestellt.
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[Beispiel 3]
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Ein
leichtes Formprodukt wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel
1 hergestellt, außer
dass eine Trockenmischung von 50 Gewichtsanteilen der Langfasern
enthaltenden Pellets A-2 und 50 Gewichtsanteilen von Polypropylenharz
mit einem MI = 30g/10 min. als Formmaterial verwendet wurde, dass
der Anfangshohlraum 3 mm betrug, dass das Formmaterial in einer
Menge in die Form eingespritzt wurde, die dem Hohlraum mit 3 mm
Dicke entsprach, und dass 2 Sekunden nach dem Harzeinspritzen die
Form geöffnet
wurde, um einen Hohlraum von 6,5 mm aufzuweisen entsprechend der
Dicke des herzustellenden Endproduktes und dann wurde abgekühlt. Es
zeigte sich, dass die Oberfläche
des Produktes eine dichte Außenschicht
mit keinerlei Silberschlieren aufwies. Das geformte Produkt wies
ein leichtes Gewicht auf und zeigte gute Qualität. Die Daten des Produktes
sind in Tabelle 1 dargestellt.
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[Vergleichsbeispiel 1]
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Ein
Formprodukt wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass mit kurzen Glasfasern verstärkte
Pellets eines Harzes (MI = 10 g/10 min.) mit einem Glasfasergehalt
von 40 Gew.-%, in welchem die Länge
der Durchschnittsgewichtsfaser der Glasfasern 0,45 mm betrug, als
Formmaterial verwendet wurden. Es bildeten sich Vertiefungsfehler
auf der Oberfläche
des Produktes und das Produkt wies innen keine Hohlräume auf
und war nicht leicht. Die Daten des Produktes sind in Tabelle 1
gezeigt.
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[Vergleichsbeispiel 2]
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Ein
Formprodukt wurde auf dieselbe Art und Weise wie in Vergleichsbeispiel
1 hergestellt, außer
dass 4 Gewichtanteile von Schaumbildner-Muttermischungspellets (Eiwa Chemical
Industry's Polysuren
TS-182 mit einem Schaumbildnergehalt von 30 Gew.-%) zu 100 Gewichtsanteilen
der mit kurzen Glasfasern verstärkten Pellets
hinzugegeben wurden. Das Produkt wies eine Porosität von 17%
auf und hatte ein leichtes Gewicht. Allerdings wies es innen große Hohlräume auf
und hatte keine Außenschicht
auf seiner Oberfläche.
Das Produkt wies keine gute Qualität auf. Die Daten des Produktes
sind in Tabelle 1 gezeigt.
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[Vergleichsbeispiel 3]
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Hierbei
wurde dasselbe Formmaterial verwendet wie in Beispiel 3, zu welchem
allerdings noch 5 Gewichtsanteile von Schaumbildner-Muttermischungspellets
(Eiwa Chemical Industry's
Polysuren TS-182 mit einem Schaumbildnergehalt von 30 Gew.-%) zugegeben
wurden. Dieses Formmaterial wurde in einem herkömmlichen Spritzformverfahren
geformt, bei welchem der Hohlraum auf 3 mm Dicke festgelegt wurde,
und das Formmaterial wurde in einer Menge darein gespritzt, welche
dem Hohlraum mit einer Dicke von 3 mm entsprach. Die Daten des Formproduktes
sind in Tabelle 1 dargestellt.
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[Beispiel 4]
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Hierbei
wurden das Formmaterial, die Vorrichtung, die Bedingungen und das
Verfahren, die unten erwähnt
sind, eingesetzt.
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(1) Formmaterial:
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0,5
Gewichtsanteile von Schaumbildner-Muttermischungspellets (Eiwa Chemical
Industry's Polysuren EE-206
mit einem Schaumbildnergehalt von 20 Gew.-%) wurden zu 100 Gewichtsanteilen
der Langfasern enthaltenden Pellets A-1 gegeben, die in dem Herstellungsbeispiel
1 hergestellt wurden.
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(2) Form:
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Verwendet
wurde eine zweiteilige Form zum Formen rechteckiger Testplatten.
Ihre Hohlraumgröße betrug
800 mm (Länge) × 400 mm
(Breite) und die Dicke des Hohlraums war variabel. Die bewegliche
Form befand sich im Eingriff mit einem Arbeitskern an der Position,
die 3 mm von ihrer Innenfläche
entfernt war und der Arbeitskern war vorwärts und rückwärts in der gleichen Richtung
wie die Bewegungsrichtung der beweglichen Form beweglich, aber unabhängig von
der Bewegung der beweglichen Form. Siehe 2.
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(3) Formvorrichtung:
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Verwendet
wurde eine Spritzformvorrichtung (hergestellt von Mitsubishi Heavy
Industries – diese
ist ausgestattet mit Idemitsus Kompressionseinheit zum vorwärts und
rückwärts Bewegen
des Arbeitskerns).
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(4) Formbedingungen:
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- 1) Formungstemperatur (Zylindertemperatur):
260°C
- 2) Formtemperatur:50°C
- 3) Einspritzdruck: 80 kg/cm2G
- 4) Einspritzrate:60%
- 5) Harzeinfüllzeit:
3,2 Sekunden
- 6) Druck gehalten: 30 kg/cm2G
- 7) Verweilzeit: 3,0 Sekunden
- 8) Kühlzeit:
120 Sekunden
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(5) Formvorgang:
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Der
Formvorgang war der folgende:
- 1) In der Spritzformvorrichtung
wurde die bewegliche Form in die Position für das herkömmliche Spritzformen gebracht
und die zweiteilige Form wurde geschlossen.
- 2) Danach wurde der Arbeitskern vorwärts bewegt, um den Freiraum
von 4 mm zwischen der festen Form und dem Arbeitskern in dem Formhohlraum
sicherzustellen, und so wurde er fixiert.
- 3) Das Formmaterial wurde nach seinem Schmelzen durch die Einspritzeinheit
in die Form eingespritzt, wodurch der Anfangshohlraum vollständig gefüllt wurde.
- 4) Unmittelbar nachdem der Anfangshohlraum vollständig mit
der Harzschmelze gefüllt
war, wurde mit der Rückwärtsbewegung
des Arbeitskerns begonnen. Die Geschwindigkeit der Rückwärtsbewegung
lag bei 0,8 mm/Sek. und die Strecke der Rückwärtsbewegung betrug 8 mm. Als
Folge dieser Rückwärtsbewegung betrug
die Hohlraumdicke 12 mm entsprechend der Dicke des herzustellenden
Endproduktes und die Rückwärtsbewegung
wurde in dieser Position beendet.
- 5) Nach Abkühlen über den
bestimmten Zeitraum wurde die bewegliche Form rückwärts bewegt und gelockert, um
das Formprodukt zu entnehmen.
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(6) Bewertung des Formproduktes:
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- 1) Die Oberfläche des Endproduktes war glatt
und seine Kanten entsprachen alle der Form der verwendeten Pressform.
- 2) Die Dicke des Produktes betrug 12 mm oder mit anderen Worten
betrug sie 3-mal die Dicke der in den Anfangsformhohlraum eingespritzten
Harzschmelze.
- 3) Die spezifische Gravität
des Produktes lag bei ungefähr
0,4.
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[Vergleichsbeispiel 4]
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Dasselbe
Verfahren wie in Beispiel 4 wurde wiederholt, außer dass der Arbeitskern zu
Beginn rückwärts in die
Position für
das Endprodukt bewegt wurde. Hierbei wurde eine gesteuerte Menge
der Harzschmelze in den Formhohlraum eingespritzt, um eine Dicke
von ungefähr
12 mm aufzuweisen.
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(1) Bewertung des Formproduktes:
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- 1) Die Oberfläche des Endproduktes war glatt
und seine Kanten entsprachen alle der Form der verwendeten Pressform.
- 2) Die Dicke des Produktes betrug 12 mm.
- 3) Die spezifische Gravität
des Produktes lag bei ungefähr
1,08.
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Das
Produkt wurde nicht ausgedehnt und wies kein leichtes Gewicht auf.
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[Beispiel 5]
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In
den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die Formprodukte
und die aus ihnen ausgeschnittenen Teststücke gemäß den hiernach genannten Verfahren
bewertet und gestestet.
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[Bewertung der Formprodukte,
Rechteckige Testplatten]
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Rechteckige
Testplatten mit einer Größe von 700
mm × 450
mm und einer Dicke von t mm wurden wie folgt getestet:
- (a) Heiße
Ermüdung:
Unter
Befestigung ihrer beiden Hauptseiten wurde jede Testplatte bei 120°C über 24 Stunden
in einen Ofen gelegt, danach herausgenommen und bei 23°C für eine Stunde
stehengelassen. Die Ermüdung
der Platte wurde an der meist ermüdetsten Stelle gemessen.
- (b) Verbiegung
Die beiden Hauptseiten jeder Testplatte
wurden fixiert und die Verformung der Platte in jeder der dreidimensionalen
Richtungen basierend auf den fixierten Seiten wurde gemessen. Von
den Daten zeigt die größte die
Verbiegung der Platte an.
- (c) Stoßfestigkeit:
Die
beiden Hauptseiten jeder Testplatte wurden fixiert und eine Eisenkugel
mit einem Gewicht von 1 kg wurde auf die Platte fallen gelassen,
wobei der Abstand zwischen der Kugel und der Platte variiert wurde.
Die Höhe
der fallenden Kugel, bei welcher die Platte zerbrach, wurde gemessen.
- (d) Biegemodul:
Das Biegemodul jeder Testplatte wurde gemäß JIS K-7203
gemessen. Relatives Biegemodul
= (Biegemodul)/(spezifische
Gravität)
- (e) Ausdehnungszustand:
Jede Testplatte wurde in der Richtung
der Dicke aufgeschnitten und ihr Querschnitt wurde visuell überprüft.
- (f) Porosität:
Die
Porosität
jeder Testplatte wurde aus dem Zusammensetzungsverhältnis und
der spezifischen Gravität der
Platte berechnet.
-
[Beispiel 5-1]
-
Unter
Zufuhr von Rovings aus Polyarylatfasern (Kurary's Vectran, Handelsname) in die Form
einer Extrudiervorrichtung wurde Polypropylen (Idemitsu Petrochemical's J-6083H, Handelsname,
mit einem MI = 60) durch die Form extrudiert, wodurch die Faserrovings
mit dem Harz imprägniert
wurden. Die so mit Harz imprägnierten
Faserrovings wurden herausgezogen, abgekühlt und in Pellets zerschnitten
mit einer Länge
von 12 mm. Die Pellets hatten einen Fasergehalt von 42 Gew.-%.
-
0,3
Gewichtsanteile von Schaumbildner-Muttermischungspellets (Eiwa Chemical
Industry's Polysuren EV-306G
mit einem Schaumbildnergehalt von 30 Gew.-%) wurden zu 100 Gewichtsanteilen
dieser Pellets zugegeben und in einer Spritzformvorrichtung (Mitsubishi
Heavy Industries' 850
MGW Modell, ausgestattet mit Idemitsus Kompressionseinheit) geformt.
Hierzu wurden eine Form für
rechteckige Testplatten und eine Form für Sonnenblenden verwendet.
Die Harztemperatur betrug 200°C
und die Formtemperatur lag bei 80°C.
Die Form wurde geschlossen, so dass sie einen Anfangshohlraum von
2 mm aufwies und die Harzschmelze wurde in den Hohlraum in einer
Menge eingespritzt, die der Dicke des Hohlraums von 2 mm entsprach.
-
3
Minuten nach Beendigung des Harzeinspritzens wurde die Form geöffnet, so
dass sie einen Hohlraum von 6 mm aufwies entsprechend der Dicke
des herzustellenden Endproduktes. Nach erfolgter Abkühlung wurde
das beabsichtigte Endprodukt mit einer Dicke von 6 mm erhalten.
Die hierbei erhaltene rechteckige Platte und Sonnenblende wurden
getestet und die Testdaten sind in Tabelle 2 dargestellt.
-
[Beispiel 5-2]
-
Pellets
wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 5-1 hergestellt,
außer
dass Kohlenstofffasern (Toray's
Torayca, Handelsname) anstatt Polyarylatfasern verwendet wurden.
Die Pellets wiesen einen Fasergehalt von 37 Gew.-% auf. Die Pellets
wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 5-1 geformt, außer dass
die Form derart geschlossen wurde, dass sie einen Anfangshohlraum
von 3 mm aufwies, dass die Harzschmelze in den Hohlraum in einer
Menge eingespritzt wurde, die der Dicke des Hohlraums von 3 mm entsprach,
und dass 1 Minute nach Beendigung des Harzeinspritzens die Form
derart geöffnet
wurde, dass sie einen Hohlraum von 6 mm entsprechend der Dicke des
herzustellenden Endproduktes aufwies. Nach erfolgter Abkühlung wurde
das beabsichtigte Endprodukt mit einer Dicke von 6 mm erhalten.
Die hierbei erhaltenen Produkte wurden getestet und die Testdaten
sind in Tabelle 2 dargestellt.
-
[Beispiel 5-3]
-
Formprodukte
wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 5-2 geformt,
außer
dass die Form derart geschlossen wurde, dass sie einen Anfangshohlraum
von 3 mm aufwies, dass die Harzschmelze in den Hohlraum in einer
Menge eingespritzt wurde, die der Dicke des Hohlraums von 3 mm entsprach,
und dass 3 Minuten nach Beendigung des Harzeinspritzens die Form
derart geöffnet
wurde, dass sie einen Hohlraum von 9 mm entsprechend der Dicke des
herzustellenden Endproduktes aufwies. Nach erfolgter Abkühlung wurde das
beabsichtigte Endprodukt mit einer Dicke von 9 mm erhalten. Die
hierbei erhaltenen Formprodukte wurden getestet und die Testdaten
sind in Tabelle 2 dargestellt.
-
[Vergleichsbeispiel 5-1]
-
Hierbei
wurde eine Doppelschnecken-Extrudiervorrichtung eingesetzt. Polypropylen
(Idemitsu Petrochemical's
J-6083H, Handelsname, mit einem MI = 60) wurde über ihren Trichter in die Extrudiervorrichtung eingebracht,
wobei die Menge an Harz 63 Gew.-% betrug. Nachdem das Harz geschmolzen
war, wurden zerteilte Stränge
von 3 mm langen Kohlenstofffasern durch ihre Seitenaufgabeeinrichtung
eingebracht, wobei die Menge an Strängen 37 Gew.-% betrug. Das
Gemisch wurde extrudiert und zu Pellets geformt. Ohne Zugabe eines
Schaumbildners wurden die Pellets mit dem gleichen Spritzformverfahren
wie in Beispiel 4 geformt. Die hierbei erhaltenen Formprodukte wurden
getestet und die Testdaten sind in Tabelle 2 dargestellt.
-
[Vergleichsbeispiel 5-2]
-
Formprodukte
wurden in der gleichen Art und Weise hergestellt wie in dem Spritzformverfahren
in Beispiel 5, außer
dass ein Formmaterial eingesetzt wurde, das durch Zugabe von 2 Gewichtsanteilen
eines Schaumbildners zu 100 Gewichtsanteilen der gleichen Pellets
wie in Vergleichsbeispiel 5-1 hergestellt wurde. Die hierbei erhaltenen
Formprodukte wurden getestet und die Testdaten sind in Tabelle 2
dargestellt.
-
-
[Beispiel 6]
-
Die
hierbei hergestellten Formprodukte und die aus den Formprodukten
ausgeschnittenen Teststücke wurden
gemäß den hiernach
aufgeführten
Verfahren bewertet und getestet.
- 1) Biegefestigkeit,
Biegemodul:
Jedes Muster wurde gemäß JIS K-7203 getestet.
Relative
Biegefestigkeit
= (Biegefestigkeit)/(spezifische Gravität) Relatives
Biegemodul
= (Biegemodul)/(spezifische Gravität)
- 2) Länge
der Durchschnittsgewichtsfaser der Glasfasern in dem Formprodukt:
Jedes
Formprodukt wurde verascht und die Ascheprobe wurde mit einem universellen
Projektor mit einer 10-fachen Vergrößerung photographiert. Auf
dem Bild wurden ungefähr
3000 Glasfasern mit einem Analog-Digitalumsetzer gemessen und der
Durchschnitt der Daten wurde erhalten.
-
1. Formmaterial:
-
Verwendet
wurden die Langfasern enthaltenden Pellets A-1, die in Herstellungsbeispiel
1 hergestellt wurden.
-
2. Form:
-
Verwendet
wurde eine zweiteilige Form zum Formen rechteckiger Testplatten.
Ihre Hohlraumgröße betrug
800 mm (Länge) × 400 mm
(Breite) und die Dicke des Hohlraums war variabel. Die bewegliche
Form befand sich im Eingriff mit einem Arbeitskern an der Position,
die 3 mm von ihrer Innenfläche
entfernt war und der Arbeitskern war vorwärts und rückwärts in der gleichen Richtung
wie die Bewegungsrichtung der beweglichen Form beweglich, aber unabhängig von
der Bewegung der beweglichen Form. Siehe 2.
-
3. Formvorrichtung:
-
Verwendet
wurde Mitsubishi Heavy Industries' Spritzformvorrichtung, Modell 850MGW-160
ausgestattet mit Idemitsus Kompressionseinheit zum vorwärts und
rückwärts Bewegen
des Arbeitskerns.
-
4. Formbedingungen:
-
- 1) Formungstemperatur (Zylindertemperatur):
260°C
- 2) Formtemperatur:50°C
- 3) Einspritzdruck: 80 kg/cm2G
- 4) Einspritzrate:60%
- 5) Harzeinfüllzeit:
3,2 Sekunden
- 6) Druck gehalten: 30 kg/cm2G
- 7) Verweilzeit: 3,0 Sekunden
- 8) Kühlzeit:
120 Sekunden
-
5. Formvorgang:
-
Der
Formvorgang war der folgende:
- 1) In der Spritzformvorrichtung
wurde die bewegliche Form in die Position für das herkömmliche Spritzformen gebracht
und die zweiteilige Form wurde geschlossen.
- 2) Danach wurde der Arbeitskern vorwärts bewegt, um den Freiraum
von 4 mm zwischen der festen Form und dem Arbeitskern in dem Formhohlraum
sicherzustellen, und so wurde er fixiert.
- 3) Das Formmaterial wurde nach seinem Schmelzen durch die Einspritzeinheit
in die Form eingespritzt, wodurch der Anfangshohlraum vollständig unter
Druck gefüllt
wurde.
- 4) Unmittelbar nach der Verweilzeit wurde mit der Rückwärtsbewegung
des Arbeitskerns begonnen. Die Geschwindigkeit der Rückwärtsbewegung
lag bei 0,4 mm/Sek. und die Strecke der Rückwärtsbewegung betrug 4 mm. Als
Folge dieser Rückwärtsbewegung
betrug die Hohlraumdicke 8 mm und die Rückwärtsbewegung wurde in dieser
Position beendet.
- 5) Nach Abkühlen über den
bestimmten Zeitraum wurde die bewegliche Form rückwärts bewegt und gelockert, um
das Formprodukt zu entnehmen. Das Produkt wurde getestet und die
Testdaten sind unten gezeigt.
– Produktporosität:50%
– Länge der
Durchschnittsgewichtsfaser der Glasfasern im Produkt: 8,2 mm
– Spezifische
Gravität:
0,61
– Relative
Biegefestigkeit: 131 MPa
– Relatives
Biegemodul: 5870 MPa
– Ausdehnung
der Dicke: 2 mal
- Äußeres Aussehen:
Die
Oberfläche
jedes Formproduktes war glatt. Die Kanten jedes Formproduktes entsprachen
alle der Form der verwendeten Pressform. Allerdings dort, wo die
Pressform der 1 verwendet wurde, waren häufig einige
Kantenecken des Produktes abgespalten.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden leichte faserverstärkte, beispielsweise glasfaserverstärkte Harzprodukte
durch Spritzformen mit hoher Produktivität, im Wesentlichen ohne Verwendung
eines Schaumbildners hergestellt. Da das in der Erfindung einzusetzende
Formmaterial vorab mit Harz imprägniert
wird, kann es gleichmäßig geschmolzen
und mit Leichtigkeit geknetet werden und es wird verhindert, dass
die Verstärkungsfasern
während
des Knetvorgangs brechen. Das leichte Formprodukt der Erfindung
weist eine gute Außenschicht
an seiner Oberfläche
auf und seine Innenseite weist viele Hohlräume aufgrund der darin vorhandenen,
gleichmäßig verstrickten
Fasern auf. Obwohl es leicht ist, weist das Produkt eine große Festigkeit, Steifheit
und Härte
auf und ist in verschiedenen Bereichen für Autos, Möbel und Baumaterialien vielfach
einsetzbar.
