EP0126083A1 - Giessbares material ein fasererzeugnis in form von zwei- oder dreidimensionellen mikrofasern enthaltend - Google Patents

Giessbares material ein fasererzeugnis in form von zwei- oder dreidimensionellen mikrofasern enthaltend

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Publication number
EP0126083A1
EP0126083A1 EP19830902566 EP83902566A EP0126083A1 EP 0126083 A1 EP0126083 A1 EP 0126083A1 EP 19830902566 EP19830902566 EP 19830902566 EP 83902566 A EP83902566 A EP 83902566A EP 0126083 A1 EP0126083 A1 EP 0126083A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microfibers
molding compositions
molding
microfiber
compositions according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19830902566
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Otto Kopp
Helmut Holzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sud-West-Chemie GmbH
Original Assignee
Sud-West-Chemie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sud-West-Chemie GmbH filed Critical Sud-West-Chemie GmbH
Publication of EP0126083A1 publication Critical patent/EP0126083A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material

Definitions

  • the invention relates to granular, free-flowing, microfibers in the form of two- or three-dimensional fiber structures and to molding compositions containing binders, which are particularly suitable for injection molding of molded parts.
  • the invention relates to a method for producing such molding compositions and to their use.
  • thermosets or precursors thereof as binders, which, after they have completely hardened (usually in a hot form), are closely meshed, cross-linked, highly polymeric materials.
  • the molding compositions are mainly based on phenolic resins, urea resins, melamine resins, melamine-phenolic resins, polyester resins, epoxy resins and diallyl phthalate.
  • thermosetting molding compounds are reflected e.g. in their total consumption in Western Europe of about 325,000 tons in 1978 again.
  • the molded parts produced therefrom are widely used in the fields of the electrical industry, motor vehicle construction, aircraft construction, shipbuilding, rocket technology, chemical industry, office machines and household appliances.
  • the aim is to simplify the listening position of molded parts from molding compounds as much as possible and to carry them out in a safer and more environmentally friendly manner.
  • the use of a molding compound in the form of a free-flowing granulate is particularly suitable for this purpose, since this product form can be easily transported and metered within a processing device and, by avoiding dust, eliminates material losses and imposes a burden on the environment and personnel.
  • microfibers with a diameter of 0.002 to 0.015 mm and a minimum length of 0.4 mm in connection with a reinforcing resin, e.g. a phenol-formaldehyde resin has been reported (see European Patent Publication No. 0 047 701). These fibers are intended for the production of a material which protects against heat, a substrate consisting of the fibers being immersed in a solution of the said resin. So this is not a molding compound and a molded part made from it in the usual sense.
  • a reinforcing resin e.g. a phenol-formaldehyde resin
  • the invention is based on the object of specifying granulated, free-flowing, microfibers in the form of two- or three-dimensional fiber structures and molding compositions containing binders, in particular for injection molding, from which molded parts can be produced, the physical properties of which in relation to the special purpose of the respective molded part are improved compared to known molded parts. Examples of such physical properties are tensile strength, elongation at break, flexural strength, impact resistance, dimensional stability under heat, shrink resistance, thermal conductivity and electrical insulation.
  • microfibers have a maximum thickness of 0.02 mm and a maximum length of 1.0 mm and the fiber structures have a maximum diameter of 0.5 mm.
  • Molding parts can be produced from the molding compositions according to the invention which, in particular with regard to their mechanical properties, e.g. in the case of tensile, compressive, bending, impact or vibration loading, known molded parts which do not contain these special microfiber structures are superior.
  • the fiber structures have a diameter of at most 0.5 mm, preferably 0.1 mm.
  • the preferred maximum size of the fiber structures corresponds to fifty times this fiber diameter. But even at twenty or thirty times this diameter, satisfactory results are still achieved,
  • the fiber structures have a diameter of more than 0.5 mm, they can be deformed when the molding compound is injected into a mold. In this case, the optimal mechanical properties of the hardened molded parts are not achieved.
  • the cross section of the microfibers can be very different, for example approximately circular, elliptical, oval, triangular or quadrangular or polygonal or irregular. Hollow fibers may also be considered, which may have a longitudinal slot. _ 3 _
  • the microfiber can be arranged relatively regularly or very irregularly within a ball. Twisting of the individual fibers is also possible.
  • the cross-sectional circumference is of different lengths or the adhesive surface of the microfiber available for the contact between the binder of the molding composition and the microfiber is of different sizes.
  • microfibers are all the more preferred the longer the cross-sectional circumference or the larger the mentioned adhesive surface.
  • Inorganic fibers are e.g. Mineral fibers made of asbestos or calcium aluminum silicate, glass fibers or fibers made of carbon, such as graphite, or silicon carbide, silicon nitride, silicon dioxide, silica, zirconium oxide, zirconium silicate, boron, boron nitride, boron carbide, aluminum oxide or metals, such as steel, aluminum, magnesium, molybdenum or tungsten.
  • Mineral fibers made of asbestos or calcium aluminum silicate, glass fibers or fibers made of carbon, such as graphite, or silicon carbide, silicon nitride, silicon dioxide, silica, zirconium oxide, zirconium silicate, boron, boron nitride, boron carbide, aluminum oxide or metals, such as steel, aluminum, magnesium, molybdenum or tungsten.
  • organic fibers are natural fibers made of sisal, jute, hemp, henecen, cellulose fibers or palm fibers, and synthetic fibers such as fibers made of polyester, polyacrylonitrile, polypropylene, polyamide and aramid (polyamide with a high aromatic content).
  • the granules in which the molding compositions are present have a customary grain size.
  • the grain size is preferably approximately 2.5 mm.
  • the microfibers are largely individually present in the molding compositions, largely avoiding fiber bundles.
  • This has the advantage that each individual microfiber contributes to the reinforcement of the molding composition or of the molded part produced therefrom, with fewer microfibers being sufficient for a given degree of reinforcement than in the case in which fiber bundles are present, in which a large part the microfibers are ineffective.
  • the avoidance of fiber bundles leads also to reduce the cost of molding materials, as less microfibers are required if each one of them * contributes to improving the mechanical properties of the final cured product.
  • the microfibers have a length which corresponds approximately to fifty times the fiber thickness. On the one hand, this length brings with it a sufficiently large adhesive surface with respect to the binder of the molding composition for each microfiber and is also sufficient for the formation of the desired fiber structure. On the other hand, this length is not so great that when the molding compound is processed into molded parts, e.g. in injection molding, in the flow of the liquefied molding compound, the microfibers are mostly undesirably aligned.
  • the aforementioned ratio of the adhesive surface to the cross-sectional area of the microfiber can also be regarded as a measure of the length of the microfiber.
  • the stated minimum size of the adhesive surface expressed as a hundred times the cross-sectional area, results for microfibers with an essentially circular cross-section.
  • the stated ratio of adhesive surface to cross-sectional area can be approximately 150 to 230, in special cases even over 250. Microfibers with such large adhesive surfaces are particularly cheap.
  • the volume ratio of the molding compound binder (matrix) and the microfibers can be very different.
  • the ratio of the two volumes (matrix: microfiber) can e.g. about 3.2 (if the helix diameter corresponds to approximately five times the fiber diameter) to approximately 12.7 (if the helix diameter corresponds to ten times the fiber diameter).
  • This volume ratio can, however, also assume values outside the range mentioned for other coils. This depends on the number of turns of the helix and their mutual distance, for which there is a large scope within the scope of the invention. -
  • the material of the microfibers has a greater modulus of elasticity than the binder of the respective molding compound.
  • An important reason for the use of fibers in molding compositions is that, when mechanical forces act on the hardened molded part, the reinforcing fiber should relieve the surrounding resin matrix as much as possible, that is to say it should absorb as much tension as possible with as little deformation as possible. This is best achieved in that the fiber has a higher modulus of elasticity than the resin matrix to be reinforced. At the same time the self-evident prerequisite must be met that the adhesion
  • the binders of the molding compositions preferably consist of 10 to 50 percent by weight of microfibers. If less than 30 weight percent microfibers are used, only a slight reinforcing effect is achieved. The use of more than 50 percent by weight of microfibers leads to a noticeable increase in the cost of the molding compositions because of the relatively high cost of the microfibers, without a corresponding improvement in quality being achieved.
  • the molding compositions contain, as a binder or resin matrix, in which the microfibers are distributed, preferably a precondensed, prepolymerized or pre-added organic resin.
  • Such resins have the advantage that, depending on the molding process to which the molding compositions are subjected, they can be adjusted with regard to the extent of the pre-crosslinking. With these deformation processes, e.g. in injection molding, the crosslinking of the molding compound to the cured molded part is completed, i.e. Depending on the type of crosslinking reaction, the polycondensation, polymerization or polyaddition of the organic resin is completed.
  • the molding compounds can also contain other conventional constituents. These include e.g. Fillers or other auxiliary substances, e.g. can be liquid, powdery, granular, fibrous, carved or cord-like. Specific examples of this are wood flour, wood fibers, rock flour, such as chalk, kaolin, mica, talc and asbestos flour, asbestos
  • OMPI fibers Asbestos cords, lubricants, fluxes, dyes, color pigments and curing catalysts.
  • the molding compositions may also contain macrofibers which are already customary in molding compositions and whose dimensions exceed those of the microfibers.
  • microfibers used according to the invention can also be pretreated in a customary manner in order to increase the adhesion to the molding compound binder.
  • Suitable adhesion promoters are known (e.g. from "GLASS TECHNICAL REPORTS, JOURNAL FOR GLASS CUSTOMERS", Volume 37 (1964), No. 1, pages 1 to 15). It is e.g. around silanes or organic chromium complexes.
  • the coupling agent is normally applied to the fibers, e.g. Glass fibers, applied directly during fiber production in the form of a so-called "size" or as part of a final treatment of the fibers.
  • adhesion promoters that are not applied to the fibers, but be reasonably added as a mixture component the shape-.
  • the molding compositions can drive are manufactured according to the inventive Ver ⁇ , which is characterized in that interferes during the production of the respective molding material underlying the binder or the resin matrix microfibers in the binder or the resin ⁇ matrix or thereof in a preliminary stage.
  • the procedure has the advantage that the microfibers can be incorporated if the binder or resin on which the molding composition is based has a relatively low viscosity, which permits a uniform distribution of the fiber structures without substantial deformation.
  • microfibers at low viscosity not only promotes good wetting of the fibers with the resin and thus increased adhesion between the two, but also facilitates the uniform distribution of the microfibers in the molding composition while avoiding localized fiber accumulations.
  • the microfibers can be added during the condensation reaction of a phenolic resin in a process stage in which the viscosity of the resin is not yet too high.
  • the viscosity should not be too low to avoid segregation of the resin-microfiber system.
  • microfibers are incorporated into the molding compositions before other reinforcement
  • OMPI Components for example macro fibers, are supplied to the molding composition.
  • the molding compositions according to the invention can also be regarded as an improved preliminary stage for the production of the final molding composition which also contains further reinforcing agents, as mentioned above in connection with the additives.
  • Resin of the molding compound can be made, for example, by means of a roller mill with a gap width of approximately 0.5 mm or less.
  • the microfibers can also, for. B. in a S the low viscosity resin trom be introduced.
  • the aforementioned molding compositions are used for the production of molded parts.
  • the production processes include, for example the customary processes for processing molding compositions, such as injection molding, injection molding and simple pressing, into consideration.
  • microfibers are particularly evident here, since the small dimensions of these fibers or the fiber structures ensure that the original fiber structure is maintained. A deformation and / or alignment of the fiber structures with the consequence of non-optimal physical properties of the hardened molded parts is thus avoided.
  • the molding compositions are fed as granules to an injection molding device, melted there and at a temperature of about 150 ° C.-190 ° C. injected into a hot mold under pressure. This supply of heat completes the crosslinking that has already taken place to a certain extent in the molding composition, the desired cured one
  • the hardened molding compound then represents a thermosetting material which can no longer be liquefied by renewed heating, but decomposes when there is a strong supply of heat.

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Description

Mikrofasern in Gestalt von zwei- oder dreidirnensionalen Faserge- bilden enthaltende Formmassen
Die Erfindung betrifft granulierte, rieselfähige, Mikrofasern in Gestalt von zwei- oder drei¬ dimensionalen Fasergebilden sowie Bindemittel enthaltende Formmassen, die sich insbesondere zum Spritzgießen von Formteilen eignen. Außer¬ dem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Formmassen und auf ihre Verwendung.
Häufig enthalten solche Formmassen als Binde¬ mittel sogenannten "Duroplasten" oder Vorstufen hiervon, die nach ihrer vollständigen Aushärung (meist in einer heißen Form) engmaschig ver- , netzte hochpolymere Werkstoffe darstellen.
In chemischer Hinsicht basieren die Formmassen haupt¬ sächlich auf Phenolharzen, Harnstoffharzen, Melamin- harzen, Melamin-Phenol-Harzen, Polyesterharzen, Epoxid¬ harzen und Diallylphthalat.
Die Bedeutung duroplastischer Formmassen spiegelt sich z.B. in ihrem Gesamtverbrauch in Westeuropa von etwa 325.000 Tonnen im Jahre 1978 wieder. Die daraus herge¬ stellten Formteile finden eine große Anwendung in den Bereichen Elektroindustrie, Kraftfahrzeugbau, Flugzeug¬ bau, Schiffsbau, Raketentechnik, chemische Industrie, Büromaschinen und Haushaltsgeräte.
Durch die weltweit steigenden Kosten für Investitions¬ güter besteht ein großes Interesse an Formteilen ver¬ schiedenster Art mit einer sehr langen Lebensdauer. Außerdem werden für besondere Einsatzzwecke, z.B. in der Raketentechnik, Werkstoffe benötigt, die extremen mecha¬ nischen, thermischen und elektrischen Belastungen stand¬ halten müssen. Solche Formteile können.mit den verfüg- baren Formmasse'n nicht hergestellt werden.
Außerdem wird angestrebt, die HörStellung von Form¬ teilen aus Formmassen möglichst zu vereinfachen sowie sicherer und umweltfreundlicher durchzuführen. Dazu eignet sich die Verwendung einer Formmasse in Gestalt eines rieselfähigen Granulats besonders gut, da diese Produktform innerhalb einer VerarbeitungsVorrichtung leicht transportierbar und dosierbar ist sowie durch - die Vermeidung von Staub Materialverluste und eine Belastung von Umwelt und Personal ausschließt.
Es ist auch schon von der Verwendung von Mikrofasern mit einem Durchmesser von 0,002 bis 0,015 mm und einer Mindestlänge von 0,4 mm im Zusammenhang mit einem ver¬ stärkenden Harz, z.B. einem Phenol-Formaldehyd-Harz, berichtet worden (vgl. europäische Patentveröffentlichung Nr, 0 047 701). Diese Fasern sind zur Herstellung eines gegen Wärme schützenden Materials vorgesehen, wobei ein aus den Fasern bestehendes Substrat in eine Lösung des genannten Harzes getaucht wird. Es handelt sich hierbei also nicht um eine Formmasse und ein daraus hergestelltes Formteil im üblichen Sinn.
In der Veröffentlichung "VDI-Nachrichten" NR. 12, 19. März 1982, werden faserverstärkte Kunststoffe auf der Basis von Phenol- und Epoxidharzen erwähnt. Für höchst beanspruchte Formteile werden in diese Materialien Kohlenstoffasern eingearbeitet. Die Dicke einer solchen Faser liegt bei etwa 0,01 mm. über die Form der Fasern wird in dieser Druckschrift nichts ausgesagt. - -
Aus der AT 347 692 ist ein Druckgußverfahren zum Herstellen eines Gießlings aus Reaktionsharz, das Fasern als Füllstoff enthält, bekannt. In das Reaktionsharz werden als Füllstoff spiralförmige, gewellte oder gekräuselte und/oder zu Knäueln ge¬ formte Fasern eingemischt. Die Fasern haben eine Länge von 2 bis 20 mm. In der Druckschrift wird ausdrücklich betont, daß kürzere Fasern die Festig¬ keitseigenschaften nicht verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, granulierte, rieselfähige, Mikrofasern in Gestalt von zwei- oder dreidimensionalen Fasergebilden sowie Bindemittel enthaltende Formmassen, insbesondere zum Spritz- gie ßen anzugeben, aus denen Formteile hergestellt werden können, deren physikalische Eigenschaften in bezug auf den speziellen Einsatzzweck des jeweiligen Formteils gegenüber bekannten Formteilen verbessert sind. Beispiele für solche physikalische Eigen¬ schaften sind die Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit, Formbeständigkeit in der Wärme, Schrumpfbeständigkeit, Wärmeleitfähig¬ keit und elektrische Isolationsfähigkeit.
Welche der physikalischen Eigenschaften verbessert werden soll, hängt von der besonderen Art der Ver¬ wendung der aus den Formmassen herzustellenden Form¬ teile ab.
Außerdem sollen für die Formmassen kostengünstige Harze einsetzbar sein und trotzdem so vorteilhafte physikalische Eigenschaften der Massen erreicht werden, wie sie sonst nur mit kostspieligen Harzen erhältlich sind. Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikrofasern eine maximale Dicke von 0,02 mm und eine maximale Länge von 1 ,0 mm sowie die Fasergebilde einenmaximalen Durchmesser von 0,5 im auf- weisen.
Aus »den erfindungsgemäßen Formmassen können Formteile hergestellt werden, die insbesondere hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, z.B. bei einer Zug-, Druck-, Biege-, Schlag- oder Schwingungsbelastung, bekannten Formteilen, welche diese besonderen Mikrofasergebilde nicht enthalten, überlegen sind.
Die Fasergebilde weisen einen Durchmesser von -höchstens 0,5 mm, vorzugsweise von 0,1 mm, auf .
Bei Beachtung dieser Maximalgröße bleibt auch beim Spritz¬ gießen der Formmasse eine statistische, also un- orientierte Verteilung der Fasergebilde erhalten, wie sie meist erwünscht ist.
Wenn der Faserdurchmesser z.B. 0,01 mm beträgt, ent¬ spricht die bevorzugte maximale Größe der Fasergebilde dem Fünfzigfachen dieses Faserdurchmessers. Aber auch beim Zwanziq- oder Dreißigfachen dieses Durchmessers werden noch befriedigende Ergebnisse erzielt,
Wenn die Fasergebilde einen Durchmesser von mehr als 0,5 mm aufweisen, können sie verformt werden, wenn die Formmasse in eine Form eingespritzt wird. In diesem Fall werden nicht die optimalen mechanischen Eigenschaf¬ ten der gehärteten Formteile erreicht.
Der Querschnitt der Mikrofasern kann sehr unterschiedlich, z.B. etwa kreisförmig, elliptisch, oval, drei- oder vier- oder mehreckig oder unregelmäßig, sein. Auch kommen Hohlfasern in Betracht, die gegebenenfalls einen Längs¬ schlitz aufweisen. _ 3 _
Innerhalb eines- Knäuels kann die Mikrofaser relativ regelmäßig oder sehr unregelmäßig angeordnet sein. Auch ist eine Tordierung der einzelnen Faser möglich.
In Abhängigkeit von der Form des Faserquerschnitts ist der Q>uerschnittsumfang verschieden lang bzw. die für den Kontakt zwischen dem Bindemittel der Formmasse und der Mikrofaser zur Verfügung stehende Haftoberfläche der Mikrofaser verschieden groß. Im allgemeinen sind Mikrofasern umso mehr bevorzugt je länger der Quer¬ schnittsumfang bzw. je größer die genannte Haftober¬ fläche ist.
Hinsichtlich ihrer chemischen Natur kommen sehr unter¬ schiedliche anorganische und organische Mikrofasern in Frage.
Anorganische Fasern sind z.B. Mineralfasern aus Asbest oder Calciumaluminiumsilicat, Glasfasern oder Fasern aus Kohlenstoff, wie Graphit, oder Siliciumcarbid, Silicium- nitrid, Siliciumdioxid, Kieselsäure, Zirkonoxid, Zirkon- silicat, Bor, Bornitrid, Borcarbid, Aluminiumoxid oder Metallen, wie Stahl, Aluminium, Magnesium, Molybdän oder Wolfram.
Beispiele für organische Fasern sind Naturfasern aus Sisal, Jute, Hanf, Henequen, Cellulosefasern oder Palm¬ fasern, sowie Synthesefasern, wie Fasern aus Polyester, Polyacrylnitril, Polypropylen, Polyamid und Aramid (Polyamid mit hohem Aromatenanteil) .
Es können auch Gemische aus Fasern der vorgenannten Art verwendet werden, was meistens zu bevorzugen ist. Das Granulat, in der die Formmassen vorliegen, weist eine übliche Korngröße auf. Vorzugsweise liegt die Korn¬ größe bei etwa 2,5 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Mikrofasern unter weitgehender Vermeidung von Faserbündeln größtenteils einzeln in den Formmassen vor. Dies hat den Vorteil, daß jede einzelne Mikrofaser an der Verstärkung der Formmasse bzw. des daraus herge¬ stellten Formteils mitwirkt, wobei gleichzeitig bei einem gegebenen Verstärkungsgrad weniger Mikrofasern ausreichen als in dem Falle, in welchem Faserbündel vor¬ liegen, in denen ein großer Teil der Mikrofasern wirkungslos ist. Die Vermeidung von Faserbündeln führt auch zur Verringerung der Kosten für die Formmassen, da weniger Mikrofasern benötigt werden, wenn jede einzelne davon zur Verbesserung* der mechanischen Eigenschaften des gehärteten Endprodukts beiträgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung haben die Mikro¬ fasern eine Länge, die etwa dem Fünfzigfachen der Faser- dicke entspricht. Diese Länge bringt einerseits noch für jede Mikrofaser eine ausreichend große Haftoberfläche gegenüber dem Bindemittel der Formmasse mit sich und reicht auch für die Ausbildung der gewünschten Faserge¬ bilde aus. Andererseits ist diese Länge nicht so groß, daß bei der Verarbeitung der Formmasse zu Formteilen, z.B. beim Spritzgiessen, im Strom der verflüssigten Form- masse eine meist unerwünschte Ausrichtung der Mikrofasern erfolgt.
Es hat sich auch als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die für den Kontakt zwischen dem Bindemittel der Form¬ masse und einer Mikrofaser zur Verfügung stehende Haft¬ oberfläche der Mikrofaser im allgemeinen mehr als das
Hundertfache der Querschnittsfläche der Mikrofaser be¬ trägt. Mit zunehmender Größe der Haftoberfläche der einzelnen Mikrofasern wird eine Kraft, die auf das die Mikrofasern enthaltende Formteil ausgeübt wird, besser auf die Mikrofasern übertragen, wobei gleichzeitig das ausgehärtete Bindemittel im Formteil entlastet wird. Insgesamt führt dies zu günstigeren mechanischen Eigen¬ schaften des Formteils.
Das vorgenannte Verhältnis von Haftoberfläche zur Quer¬ schnittsfläche der Mikrofaser kann auch als Maß für die Länge der Mikrofaser betrachtet werden. Die genannte Mindestgröße der Haftoberfläche, ausgedrückt als das Hundertfache der Querschnittsfläche,, ergibt sich für Mikrofasern mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Bei gleicher Faserlänge, jedoch einem Faserquerschnitt mit größerem Querschnittsumfang (z.B. bei längsgeschlitzten Hohlfasern oder Fasern mit einem Querschnitt in Form eines flachen Rechtecks) kann das genannte Verhältnis von Haftoberfläche zu Querschnitts¬ fläche circa- 150 bis 230, in Sonderfällen sogar über 250, betragen. Mikrofasern mit derart großen Haftoberflachen sind besonders günstig.
Das Volumenverhältnis des Formmassenbindemittels (Matrix) und der Mikrofasern kann sehr unterschiedlich sein. Im Falle von Fasergebilden in Form von Wendeln mit etwa zweieinhalb Gängen kann das Verhältnis der beiden Volumina (Matrix : Mikrofaser) z.B. etwa 3,2 (wenn der Wendeldurch¬ messer etwa dem Fünffachen des Faserdurchmessers ent¬ spricht) bis etwa 12,7 (wenn der Wendeldurchmesser dem Zehnfachen des Faserdurchmessers entspricht) betragen. Dieses Volumenverhältnis kann aber bei anderen Wendeln auch Werte außerhalb des genannten Bereichs annehmen. Dies hängt von der Anzahl der Gänge der Wendel und ihrem gegenseitigen Abstand ab, wofür im Rahmen der Er¬ findung ein großer Spielraum gegeben ist. -
Es ist von Vorteil, wenn das Material der Mikrofasern einen größeren Elastizitätsmodul als das Bindemittel der jeweiligen Formmasse aufweist. Ein wesentlicher Grund für die Verwendung von Fasern in Formmassen liegt darin, daß bei Einwirkung mechanischer Kräfte auf das gehärtete Formteil die verstärkende Faser die umgebende Harzmatrix möglichst entlasten, also selbst eine möglichst hohe Spannung bei möglichst geringer Verformung aufnehmen soll. Dies wird am besten dadurch erreicht, daß die Faser einen höheren Elastizitätsmodul als die zu verstärkende Harz¬ matrix hat. Gleichzeitig muß die an sich selbstverständ¬ liche Voraussetzung erfüllt sein, daß die Adhäsion
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zwischen der Faser und der Harzmatrix sehr gut ist; dadurch wird eine mechanische Belastung des Formteiles auf beide Komponenten, d.h. auf die Harzmatrix und die
Fasern, verteilt.
Vorzugsweise bestehen die Bindemittel der Formmassen zu 10 bis 50 Gewichtsprozent aus Mikrofasern. Wenn weniger als 30 Gewichtsprozent Mikrofasern eingesetzt werden, wird nur eine geringe Verstärkungswirkung erzielt. Eine Verwendung von mehr als 50 Gewichtsprozent Mikrofasern führt wegen der relativ hohen Kosten der Mikrofasern zu einer merklichen Verteuerung der Formmassen, ohne daß eine entsprechende Qualtitätsverbesserung erzielt wird.
Die Formmassen enthalten als Bindemittel bzw. Harz¬ matrix, worin die Mikrofasern verteilt sind, vorzugs¬ weise ein vorkondensiertes, vorpolymerisiertes oder voraddiertes, organisches Harz. Solche Harze haben den Vorteil, daß sie sich je nach dem Verformungsverfahren, dem die Formmassen unterworfen werden, hinsichtlich des Ausmaßes der Vorvernetzung einstellen lassen. Bei diesen Verformungsverfahren, z.B. beim Spritzgießen, wird die Vernetzung der Formmasse zum ausgehärteten Formteil ver¬ vollständigt, d.h. je nach der Art der Vernetzungs¬ reaktion wird die Polykondensation, Polymerisation oder Polyaddition des organischen Harzes zu Ende geführt.
Außer den vorgenannten Formmassenkomponenten, dem Binde¬ mittel bzw. der Harzmatrix und den Mikrofasern, können die Formmassen noch andere übliche Bestandteile enthalten. Dazu gehören z.B. Füllstoffe oder andere Hilfsstoffe, die z.B. flüssig, pulverig, körnig, faserig, schnitzei¬ förmig oder schnurartig sein können. Spezielle Beispiele hierfür sind Holzmehl, Holzfasern, Gesteinsmehl, wie Kreide, Kaolin, Glimmer, Talk und Asbestmehl, Asbest-
OMPI fasern. Asbestschnüre, Gleitmittel, Flußmittel, Farb¬ stoffe , Farbpigmente und Härtungskatalysatoren.
Insbesondere können in den Formmassen außer den Mikro- fasern auch Makrofasern, die in Formmassen bereits üblich sind und deren Abmessungen jene der Mikrofasern überschreiten, vorliegen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikrofasern können auch in üblicher Weise vorbehandelt sein, um die Haftung gegenüber dem Formmassenbindemittel zu er¬ höhen. Geeignete Haftvermittler sind bekannt (z.B. aus "GLASTECHNISCHE BERICHTE, ZEITSCHRIFT FÜR GLAS- KÜNDE", Band 37 (1964) , Heft 1, Seite 1 bis 15) . Es handelt sich dabei z.B. um Silane oder organische Chromkomplexe. Der Haftvermittler wird normalerweise auf die Fasern, z.B. Glasfasern, unmittelbar bei der Faserherstellung in Form einer sogenannten "Schlichte" oder im Rahmen einer Endbehandlung der Fasern aufgebracht.
Es gibt" auch Haftvermittler, die nicht auf die Fasern aufgetragen, sondern als Mischungskomponente den Form¬ massen zugesetzt werden.
Die Formmassen können nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren hergestellt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man während der Herstellung des der jeweiligen Formmasse zugrunde liegenden Bindemittels bzw. der Harzmatrix Mikrofasern in das Bindemittel bzw. die Harz¬ matrix oder in eine Vorstufe hiervon einmischt. Diese
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Verfahrensweise hat den Vorteil, daß man die Mikro¬ fasern dann einarbeiten kann, wenn das der Formmasse zugrundeliegende Bindemittel oder Harz eine relativ niedrige Viskosität aufweist, die eine gleichmäßige Verteilung der Fasergebilde ohne wesentliche De¬ formation erlaubt.
Die Einarbeitung der Mikrofasern bei niedriger Viskosi¬ tät begünstigt nicht nur eine gute Benetzung der Fasern mit dem Harz und damit eine erhöhte Haftung zwischen beiden, sondern erleichtert auch die gleichmäßige Ver¬ teilung der Mikrofasern in der Formmasse unter Vermeidung stellenweiser Faseranhäufungen.
Beispielsweise können die Mikrofasern während der Kon- densationsreaktion eines Phenolharzes in einer Ver¬ fahrensstufe zugegeben werden, in der die Viskosität des Harzes noch nicht zu hoch ist. Andererseits soll die Viskosität auch nicht zu niedrig sein, um ein Entmischen des Harz-Mikrofaser-Systems zu vermeiden.
Es ist aber nicht unbedingt erforderlich, die Mikrofasern während der Herstellung des jeweiligen Bindemittels ein¬ zumischen. Dieses Einmischen kann auch in einer späteren Verfahrensstufe der Formmassenherstellung geschehen. Jedoch ist es zweckmäßig, wenn die Mikrofasern in die Formmassen eingearbeitet werden, bevor andere Verstärkungs-
OMPI komponenten, z.B. Makrofasern, der Formmasse zuge¬ führt werden. In diesem Sinne können die erfindungs¬ gemäßen Formmassen auch als verbesserte Vorstufe für die Herstellung der endgültigen Formmasse betrachtet werden, die noch weitere Verstärkungsmittel, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den Zusatzstoffen ge¬ nannt sind, enthält.
Das Einmischen der Mikrofasern in das Bindemittel bzw.
Harz der Formmasse kann z.B. mittels eines Walzenstuhls mit einer Spaltbreite von etwa 0,5 mm oder kleiner erfolgen. Auch können die Mikrofasern z. B. in einen Strom des niedrigviskosen Harzes eingeführt werden.
Erfindungsgemäß werden die vorgenannten Formmassen zur Herstellung von Formteilen benutzt. Als Herstellungs¬ verfahren kommen z.B. die üblichen Verfahren zur Ver¬ arbeitung von Formmassen, wie Spritzgiessen, Spritzpres¬ sen und einfaches Pressen, in Betracht.
Das wichtigste Verarbeitungsverfahren für die hier be¬ schriebenen Formmassen ist das Spritzgiessen. Hier zeigt sich besonders deutlich der Vorteil des Einsatzes von Mikrofasern, da die kleinen Abmessungen dieser Fasern bzw. der Fasergebilde eine Aufrechterhaltung der ur¬ sprünglichen Fasergebildestruktur gewährleistet. Eine Deformation und/oder Ausrichtung der Fasergebilde mit der Folge nicht optimaler physikalischer Eigenschaften der gehärteten Formteile wird somit vermieden.
Die Formmassen werden bei ihrer endgültigen Verarbeitung als Granulat einer Spritzgießvorrichtung zugeführt, dort aufgeschmolzen und bei einer Temperatur von etwa 150°C - 190°C unter Druck in eine heiße Form eingespritzt. Durch diese Wärmezufuhr wird in der Formmasse die schon vorher bis zu einem gewissen Grad erfolgte Vernetzung vervollständigt, wobei das gewünschte ausgehärtete
Formteil gebildet wird. Die ausgehärtete Formmasse stellt dann ein duroplastisches Material dar, das durch erneutes Erwärmen nicht mehr verflüssigt werden kann, sondern sich bei starker Wärmezufuhr zer¬ setzt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Granulierte, rieselfähige, Mikrofasern in Gestalt von zwei- oder dreidimensionalen Fasergebilden sowie Bindemittel enthaltende Formmassen, insbe¬ sondere zum Spritzgießen von Formteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofasern eine maximale Dicke von 0,02 mm und eine maximale Länge von 1,0 mm sowie die Fasergebilde einen maximalen Durchmesser von 0,5 mm aufweisen.
2. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Mikrofasern unter weitgehender Vermeidung von Faserbündeln größtenteils einzeln vorliegen.
3. Formmassen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofaserlänge etwa dem Fünfzigfachen der Mikrofaserdicke ent- spricht.
4. Formmassen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Kontakt zwischen dem Bindemittel der Formmasse und einer Mikrofaser zur Verfügung stehende Haftoberfläche der Mikrofaser im allgemeinen mehr als das Hundertfache der Querschnittsfläche der Mikrofaser beträgt.
5. Formmassen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofasermaterial einen größeren Elastizitätsmodul als das Bindemit¬ tel aufweist.
6. Formmassen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel zu 10 bis 50 Gewichtsprozent aus Mikrofasern besteht.
7. Formmassen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel, in dem die Mikrofasern verteilt sind, ein vorkon¬ densiertes, vorpolymerisiertes oder voraddiertes, organisches Harz enthalten.
8. Verfahren zur Herstellung der in den Ansprüchen 1 * bis 7 genannten Formmassen, dadurch gekennzeich¬ net, daß man während der Herstellung des Bindemit¬ tels in dieses oder eine seiner Vorstufen Mikro¬ fasern einmischt.
9. Verwendung der Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung, insbesondere zum Spritz¬ gießen, von Formteilen.
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