EP3600814A1 - Wetting nozzle having wetting pockets for producing a fibrous tape wetted with a polymer, method for producing this fibrous tape, and a wetted fibrous tape - Google Patents

Wetting nozzle having wetting pockets for producing a fibrous tape wetted with a polymer, method for producing this fibrous tape, and a wetted fibrous tape

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Publication number
EP3600814A1
EP3600814A1 EP18712625.5A EP18712625A EP3600814A1 EP 3600814 A1 EP3600814 A1 EP 3600814A1 EP 18712625 A EP18712625 A EP 18712625A EP 3600814 A1 EP3600814 A1 EP 3600814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wetting
sliver
wetted
impregnated
thermoplastic
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18712625.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Wilms
Herbert Börger
Henning BÖRGER
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Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Covestro Deutschland AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Covestro Deutschland AG filed Critical Covestro Deutschland AG
Publication of EP3600814A1 publication Critical patent/EP3600814A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B29C70/523Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die and impregnating the reinforcement in the die
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/122Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12Thermoplastic materials

Definitions

  • Wetting nozzle with wetting pockets for producing a polymer-wetted sliver method for producing this sliver and a wetted sliver
  • the present invention is a wetting nozzle with wetting pockets for producing a polymer-wetted sliver.
  • the wetting nozzle is designed as a vertically oriented slot die with a wetting slot whose opening is oriented horizontally and perpendicular to the feed direction of the sliver.
  • the wetting nozzle subsequently but separated from the two ends in the horizontal direction of the opening of the wetting slot in each case a wetting pocket, wherein the wetting pockets are continued in the feed direction of the wetted fiber sliver.
  • the present invention also provides a process for the continuous production of a polymer-wetted fiber ribbon with unidirectionally oriented in the direction of the wet fiber ribbon continuous filaments using the wetting nozzle according to the invention.
  • Another object of the present invention is also an impregnated sliver that can be produced with the device according to the invention or the method according to the invention.
  • the impregnated fiber sliver is produced from the wetted sliver by at least one further process step, one or more impregnation steps.
  • the longest axis of a sliver is also called running direction.
  • continuous fiber is meant that the length of the reinforcing fiber substantially corresponds to the dimension of the fiber sliver to be wetted in the orientation of the fiber.
  • Unidirectional in the context of “fiber” means that the fibers in the sliver are in only one direction
  • the advancing direction is the direction in which the sliver is moved forward during the production of the wetted sliver, the advancing direction and the running direction are parallel to each other, but the advancing direction also has a sense of direction due to the advancing movement of the sliver during the production of the wetted sliver.
  • fiber reinforced materials have steadily increased over the past few decades due to their excellent specific properties.
  • fiber reinforced materials are used to allow weight loss without sacrificing strength and rigidity of the material, thus minimizing energy consumption.
  • a fiber-reinforced material also called fiber composite material or short composite material, it is an at least two-phase material, which consists of a matrix material in which fibers are substantially completely embedded and encased.
  • the matrix has a formative function, is to protect the fibers from external influences and is necessary to transfer forces between the fibers and to initiate external loads.
  • the fibers contribute significantly to the mechanical performance of the material, in the industry often glass, carbon, polymer, basalt or natural fibers are used.
  • As a matrix material depending on the application - generally thermoset or thermoplastic
  • thermoset-based composites are often, as far as they are already present as fully consolidated semi-finished products, e.g. As continuous fiber reinforced panels or profiles, in the further processing merely heated, reshaped and cooled, which is nowadays in cycle times significantly less than a minute to realize.
  • the processing can be carried out with further process steps, such as Combine the back molding with thermoplastics, creating a very high degree
  • substantially semi-finished textile materials such as fabrics, multi-layer fabrics or non-wovens (also called nonwovens or random fiber mats) are used. These forms of fiber reinforcement are characterized in that already in the semi-finished textile, the orientation of the fiber - and thus the force paths in the later component - is fixed. Although this enables the direct production of a multidirectionally reinforced composite material, it has drawbacks with regard to the flexibility of the layer structure, the mechanical properties and the economic efficiency.
  • these textile semi-finished products are usually impregnated with polymer under pressure and temperature and subsequently cut to size as a hardened plate and further processed.
  • thermoplastic-based tapes ie slivers impregnated with a thermoplastic polymer
  • thermoplastic-based tapes are suitable for the production of multilayer structures, in particular also for the production of multidirectional structures. If only “slivers” are mentioned here, they mean both slivers wetted with thermoplastic, in short also "wetted slivers”, thermoplastic-impregnated slivers, also referred to for short as “impregnated slivers”, and non-wetted and non-impregnated slivers.
  • wetted sliver means a sliver in which, in a considered length section, the entire sliver at least externally surrounded by thermoplastic. But not every single fiber must be surrounded directly by thermoplastic; it is sufficient if the surfaces of the fibers lying on the surface of the fiber band are surrounded by thermoplastic.
  • impregnated sliver means a sliver in which, in a considered length section, at least 80% of the surface area of all the fibers is used with the respectively used sliver
  • thermoplastics are immediately surrounded; However, this does not require the surface of each fiber to be at least 80% directly surrounded by thermoplastic, it is sufficient if the sum of the surfaces of all fibers is at least 80% directly surrounded by thermoplastic.
  • a longitudinal section preferably has a length of at least 10 mm, more preferably at least 100 mm, particularly preferably at least 500 mm, especially preferably at least 1000 mm.
  • a method and an apparatus for producing a unidirectionally continuous fiber-reinforced impregnated fiber band is described, for example, in WO 2012 123 302 A1, the disclosure of which is hereby incorporated in full in the description of the present invention.
  • WO 2012 123 302 AI device in particular in Figs. 1 and 3 and the associated parts of the description, the reference numeral 12 and a wetting nozzle, there called applicator provided.
  • This wetting nozzle has a slot die (in WO 2012 123 302 AI provided with the reference numeral 14), in which a nozzle channel (in WO 2012 123 302 AI provided with the reference numeral 15) with a melt volume (in WO 2012 123 302 AI by the reference numeral 13 provided) is connected.
  • the device disclosed in WO 2012 123 302 A1 has as a first disadvantage that too much of the thermoplastic polymer is applied to the outer edges of the sliver.
  • the reason for this is that the width of the wetting slot must be greater than the width of the sliver, so that a sufficient wetting of the long edges, ie the outer edges in the running direction, of the sliver takes place.
  • reducing the width of the wetting slot results in incomplete wetting of the wetted fiber ribbon along its long edges.
  • volume of fibers in a given area of the sliver and the sum of the volumes of the thermoplastic and the volume of fibers, each without the volumes of any air pockets.
  • Typical fiber volume contents are in the range of 30 to 70%, preferably in the range of up to 35 to 60%, particularly preferably in the range of 40 to 50%.
  • the deviation from the desired fiber volume content per width section may not exceed 5%, preferably not more than 2%.
  • the sliver must be very evenly wetted with the thermoplastic.
  • a width section of the sliver in the running direction is 1%, preferably 0.5%, more preferably 0.2%, most preferably 0.1% of the total width of the sliver, but at least 0.5 mm and a maximum of 5 mm.
  • the disadvantage of cutting the impregnated fiber sliver is also the loss of material, which is particularly evident when expensive starting materials such as, for example, a polycarbonate are used as the thermoplastic matrix and carbon fibers as the fiber material.
  • the device disclosed in WO 2012 123 302 A1 has, as a second disadvantage, that the wetting of the fiber band is difficult to set.
  • thermoplastics used in the temperatures prevailing during the impregnation on the other hand, the fiber slivers inhomogeneous by agglomeration of the fibers.
  • the viscosities of the thermoplastics used are between
  • the wetting temperatures can not be arbitrarily increased, since this leads to an increased energy consumption on the one hand and to a decomposition of the thermoplastics on the other hand.
  • the lack of adjustability of the wetting of the sliver has the consequence that the sliver is often either too little wetted, that is, in a considered length section, the entire sliver is not at least externally surrounded by thermoplastic and the deviation from the desired fiber volume content per width section more than 2 %, even more than 5%, often more than 10%.
  • Polycarbonates in addition to the high price compared to the thermoplastics commonly used have the further disadvantage that they have little predisposition to creep and thus tend to cracking at a constant voltage. This is particularly problematic when used in composites containing continuous filaments; because composites containing endless fibers in their plastic matrix are under constant tension due to the endless fibers. For this reason, polycarbonates played in practice as plastic matrix for composites containing such continuous fibers only a minor role so far. In principle, however, it is desirable to extend the field of use of polycarbonates to the impregnated fiber ribbons, because polycarbonates have compared to the other conventional thermoplastics, such as polyamide or polypropylene, a lower volume shrinkage during solidification. Furthermore, compared to other thermoplastics, polycarbonates have a higher glass transition temperature Tg, higher heat resistance and lower water absorption.
  • impregnated fiber ribbons containing polycarbonate as the matrix material it is possible to provide a multi-layer composite having an aesthetically pleasing surface with low waviness and good mechanical properties.
  • a multi-layer composite material composed of impregnated fiber ribbons with polycarbonate as the matrix material has a metal-like feel, appearance and acoustics.
  • such a multilayer composite material is also suitable as a housing material for housings for electronic devices, in particular portable electronic devices such as laptops or smartphones, for the outer planking as well as for interior trim of automobiles, since such a multilayer composite material can absorb both mechanical load and an outstanding external appearance offers.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • the object of the present invention is to provide a device which is suitable for wetting a non-wetted sliver in such a way that, on the one hand, the entire sliver is at least externally surrounded by thermoplastic in a considered longitudinal section, and on the other hand the deviation of the desired fiber volume content per width section is at most 5%, preferably at most 2%.
  • the amount of the excess of thermoplastic needed to effect such wetting should be at most 5%, preferably at most 3%, most preferably at most 1% of the amount of thermoplastic, all in all for the wetting of a non-wetted sliver is consumed, ie the amount that adheres in the impregnated sliver, increased by the amount of excess.
  • the impregnated sliver produced from the wetted sliver should not have to be trimmed to achieve the desired degree of impregnation.
  • At least 90%, particularly preferably at least 95%, of the surface area of all fibers of an impregnated fiber sliver produced from the fiber sliver wetted according to the invention is impregnated with the thermoplastic used in each case.
  • the degree of impregnation in each width section of the impregnated fiber sliver should differ by a maximum of 10%, preferably not more than 5%, particularly preferably not more than 2%, from the average degree of impregnation of the impregnated fiber sliver.
  • Such a degree of impregnation is - if the sliver after impregnation is not to be cut along its long edges - to achieve only a good wetting of the sliver with the thermoplastic used. It is also an object of the present invention to provide a device can be prepared with the wetted slivers with polycarbonate as the matrix material. From these wetted slivers can then be produced by at least one further process step, in particular one or more impregnation steps, impregnated slivers.
  • impregnated fiber ribbons with polycarbonate as matrix material produced from the wetted fiber ribbons should be suitable for producing multilayer composite materials with a metal-like feel, appearance, acoustics and an excellent external appearance as well as the ability to absorb mechanical load.
  • Such multilayer composite materials are then suitable as housing material for housings for electronic devices, in particular portable electronic devices such as laptops or smartphones, for exterior planking and for interior trim of automobiles.
  • the problem is solved by the device according to the present main claim.
  • the device according to the invention is characterized in that it has a wetting nozzle with wetting pockets for the production of a thermoplastic-wetted sliver.
  • the wetting nozzle has at both horizontally lateral ends of the opening of the
  • the wetting nozzle then has a wetting pocket separated from the two horizontally lateral ends of the opening of the wetting slot.
  • Such a wetting pocket joins laterally in the horizontal direction directly to the opening of the wetting slot and continues in the feed direction of the wetted sliver, wherein the wetting pocket has a smaller depth than the wetting slot and is connected only via the wetting slot with the supply of thermoplastic.
  • the wetting bag can, for example, in plan view, that is perpendicular to the opening of the nozzle slot view, semicircular, schovalförmig, in the form of a pitch circle with an angle A of 120 ° to 135 ° with attached, in the feed direction pointed expiring triangle or be formed in any other meaningful shape.
  • the wetting bag in the plan view is semicircular or in the form of a pitch circle with an angle A of 120 ° to 135 ° with attached, pointed in the feed direction expiring triangle, in particular in the form of a pitch circle with an angle A of 120 ° to 135 ° with attached , in the feed direction pointy expiring triangle.
  • such a shaped wetting pouch makes it possible to provide sufficient matrix material for wetting, especially where the matrix material comes into contact with the previously unwetted or slightly wetted fiber sliver, and on the other hand, with increasing degree of wetting, makes less and less matrix material available to avoid excess wetting.
  • the pointed end of the triangle also causes a sharp separation between the now wetted sliver and the matrix material of the wetting pocket.
  • Wetting slot are preferably arranged mirror-symmetrically in the feed direction and configured, but it is also possible to provide at the two lateral ends of the opening of the wetting slot wetting pockets, which are not mirror-symmetrical to each other.
  • the radius R of a wetting pocket is adapted to the viscosity of the thermoplastic used. Preferably, the radius is from 0.5 mm to 2 mm, in particular about 1 mm.
  • the wetting nozzle is constructed from a plurality of mutually movable parts.
  • the opening of the slot usually has a width of 0.1 to 1 mm.
  • an impregnated fiber sliver has a matrix which consists of at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, of one or more thermoplastics.
  • the thermoplastic is preferably selected from one or more of the series comprising polycarbonate, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfone, polyetherimide, a polyether ketone such as polyetheretherketone, polyetherketone ketone, polyetheretheretherketone, polyetheretherketone ketone, poly (etherketone etherketonketon), and thermoplastic polyurethane.
  • the matrix material may contain up to 50.0% by weight, preferably up to 30% by weight, particularly preferably up to 10% by weight of customary additives.
  • This group includes flame retardants, anti-dripping agents, thermal stabilizers, mold release agents, antioxidants, UV absorbers, IR absorbers, antistatic agents, optical brighteners, light scattering agents, colorants such as pigments, including inorganic pigments, carbon black and / or dyes, and inorganic fillers in the usual for polycarbonate Amounts. These additives may be added individually or in admixture.
  • polycarbonate When talking about polycarbonate, it also means mixtures of different polycarbonates.
  • polycarbonate is used here as a generic term and thus includes both homopolycarbonates and copolycarbonates.
  • the polycarbonates may also be linear or branched in a known manner.
  • the polycarbonate preferably consists of 70% by weight, preferably 80% by weight, particularly preferably 90% by weight or substantially, in particular 100% by weight, of a linear polycarbonate.
  • the preparation of the polycarbonates can be carried out in a known manner from diphenols, carbonic acid derivatives, optionally chain terminators and branching agents. Details of the preparation of polycarbonates have been well known to those skilled in the art for at least about 40 years. For example, see Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, H. Nouvertne, BAYER AG, Polycarbonates in Encyclopaedia of Polymer Science and Engineering, Volume 11, Second Edition, 1988, pages 648-718, and finally U. Grigo, K. Kirchner and P.R. Müller Polycarbonates in BeckerBraun, Plastic Manual, Volume
  • the preparation of aromatic polycarbonates is carried out, for example, by reacting diphenols with carbonyl halides, preferably phosgene, and / or with aromatic dicarboxylic acid dihalides, preferably benzenedicarboxylic acid dihalides, by the interfacial method, if appropriate using chain terminators and if appropriate using trifunctional or more than trifunctional branching agents.
  • carbonyl halides preferably phosgene
  • aromatic dicarboxylic acid dihalides preferably benzenedicarboxylic acid dihalides
  • diphenols for the preparation of the polycarbonates are hydroquinone, resorcinol, dihydroxydiphenyls, bis (hydroxyphenyl) alkanes, bis (hydroxyphenyl) cycloalkanes, bis (hydroxyphenyl) sulfides, bis (hydroxyphenyl) ether, bis ( hydroxyphenyl) ketones, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis (hydroxyphenyl) sulfoxides, ⁇ - ⁇ '-bis (hydroxyphenyl) diisopropylbenzenes, phthalimidines derived from isatin or phenolphthalein derivatives and their nuclear alkylated, nuclear-arylated and nuclear-halogenated compounds.
  • diphenols based on phthalimides such as 2-aralkyl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) -phthalimide or 2-aryl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) - phthalimides such as 2-phenyl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) phthalimide, 2-alkyl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) phthalimides such as 2-butyl-3,3'-bis - (4-hydroxyphenyl) -phthalimides, 2-propyl-3,3'-bis- (4-hydroxyphenyl) -phthalimides, 2-ethyl-3,3'-bis- (4-hydroxyphenyl) -phthalimides or 2-methyl -3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) phthalimides and diphenols based on nitrogen-substituted isatines such as 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) -1-phenyl-1H-indol-2-one or 2
  • Preferred diphenols are 4,4'-dihydroxydiphenyl, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A), 2,4-bis (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis- (4-hydroxyphenyl) -p-diisopropylbenzene, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -propane, dimethyl-bisphenol A, bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -methane, 2 , 2-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -sulfone, 2,4-bis- (3,5-dimethyl-4-) hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -p-diisopropylbenzene and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl
  • diphenols are 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A), 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 1,1-bis (4 -hydroxyphenyl) cyclohexane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and dimethyl-bisphenol A.
  • diphenols are e.g. in US-A 3,028,635, US-A 2,999,825, US-A 3,148,172, US-A 2,991,273, US-A 3,271,367, US-A 4,982,014 and US-A 2,999,846, in DE-A 1 570 703, DE-A 2063 050, DE-A 2 036 052, DE-A 2 211 956 and DE-A 3 832 396, in FR-A 1 561 518, in the monograph H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964 and JP-A 620391986, JP-A 620401986 and JP-A 1055501986.
  • Suitable carbonic acid derivatives are, for example, phosgene or diphenyl carbonate.
  • Suitable chain terminators that can be used in the preparation of the polycarbonates are monophenols. Suitable monophenols are, for example, phenol itself, alkylphenols such as cresols, p-tert-butylphenol, cumylphenol, and mixtures thereof. Preferred chain terminators are the phenols which are mono- or polysubstituted with Cl- to C30-
  • Alkyl radicals linear or branched, preferably unsubstituted, or substituted with tert-butyl.
  • Particularly preferred chain terminators are phenol, cumylphenol andor p-tert-butylphenol.
  • the amount of chain terminator to be used is preferably 0.1 to 5 mol%, based on moles of diphenols used in each case.
  • the addition of the chain terminators can be carried out before, during or after the reaction with a carbonic acid derivative.
  • Suitable branching agents are the trifunctional or more than trifunctional compounds known in polycarbonate chemistry, especially those having three or more than three phenolic OH groups.
  • Suitable branching agents are, for example, 1,3,5-tri (4-hydroxyphenyl) benzene, 1,1,3-tri (4-hydroxyphenyl) ethane, tri- (4-hydroxyphenyl) -phenyl methane, 2,4- Bis (4-hydroxyphenylisopropyl) phenol, 2,6-bis (2-hydroxy-5'-methylbenzyl) -4-methylphenol, 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (2,4-dihydroxyphenyl) -propane, tetra- (4-hydroxyphenyl) -methane, tetra- (4- (4-hydroxyphenylisopropyl) -phenoxy) -methane and 1,4-bis - ((4,4-dihydroxytriphenyl) -methyl) -benzene and 3,3-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -2-oxo-2,3-dihydroindole.
  • the amount of optionally used branching agent is preferably from 0.05 mol% to 3.00 mol%, based on moles of diphenols used in each case.
  • the branching agents may either be initially charged with the diphenols and the chain terminators in the aqueous alkaline phase or may be added dissolved in an organic solvent prior to phosgenation. In the case of the transesterification process, the branching agents are used together with the diphenols.
  • Particularly preferred polycarbonates are the homopolycarbonate based on bisphenol A, the
  • copolycarbonates can also be used.
  • hydroxyaryloxy endblocked polydiorganosiloxanes can be used. These are known (US Pat. No. 3,419,634, US Pat. No. 3,189,662, EP 0 122 535, US Pat. No. 5,227,449) and US Pat produced by literature methods.
  • polydiorganosiloxane-containing copolycarbonates the preparation of the polydiorganosiloxane-containing copolycarbonates is described, for example, in DE-A 3 334 782.
  • the polycarbonates may be present alone or as a mixture of polycarbonates. It is also possible to use the polycarbonate or the mixture of polycarbonates together with one or more plastics other than polycarbonate as a blend partner.
  • Suitable blend components are polyamides, polyesters, in particular polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, polylactide, polyethers, thermoplastic polyurethane, polyacetal, fluoropolymer, in particular polyvinylidene fluoride, polyethersulfones, polyolefin, in particular polyethylene and polypropylene, polyimide, polyacrylate, in particular poly (methyl) methacrylate, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide , Polyether ketone, polyaryletherketone, styrene polymers, in particular polystyrene, styrene copolymers, in particular styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene block copolymers and polyvinyl chloride.
  • Polyamides which are suitable according to the invention are likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
  • Polyamides suitable according to the invention are known homopolyamides, copolyamides and mixtures of these polyamides. These may be partially crystalline and / or amorphous polyamides. Polycrystalline polyamides which are suitable are polyamide-6, polyamide-6,6, mixtures and corresponding copolymers of these components.
  • partially crystalline polyamides the acid component of which wholly or partly consists of terephthalic acid and / or isophthalic acid and / or suberic acid and / or sebacic acid and / or azelaic acid and / or adipic acid and / or cyclohexanedicarboxylic acid, whose diamine component is wholly or partly derived from m- and / or p-xylylenediamine and / or hexamethylenediamine and / or 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine and / or 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine and / or isophoronediamine and whose composition is known in principle.
  • polyamides which are wholly or partly made of lactams having 7 to 12 carbon atoms in the ring, optionally with the concomitant use of one or more of the above-mentioned starting components.
  • Particularly preferred semi-crystalline polyamides are polyamide-6 and polyamide-6,6 and their mixtures.
  • amorphous polyamides known products can be used. They are obtained by polycondensation of diamines such as ethylenediamine, hexamethylenediamine, decamethylenediamine, 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethyl-hexamethylenediamine, m- and / or p-xylylenediamine, bis (4-aminocyclohexyl) - methane, bis (4-aminocyclohexyl) -propane, 3,3'- Dimethyl 4,4'-diamino-dicyclohexylmefhan, 3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamine, 2,5- and / or 2,6-bis- (aminomethyl) -norbornane and / or 1,4- Diaminomethylcyclohexane with dicarboxylic acids such as
  • Copolymers obtained by polycondensation of several monomers are also suitable, and copolymers which are prepared with addition of aminocarboxylic acids such as e-aminocaproic acid, w-aminoundecanoic acid or w-aminolauric acid or their lactams.
  • aminocarboxylic acids such as e-aminocaproic acid, w-aminoundecanoic acid or w-aminolauric acid or their lactams.
  • Particularly suitable amorphous polyamides are the polyamides prepared from isophthalic acid, hexamethylenediamine and further diamines such as 4,4-diaminodicyclohexylmethane, isophoronediamine, 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethylhexa-methylenediamine, 2 5 and / or 2,6-bis (aminomethyl) norbornene; or from isophthalic acid, 4,4'-diamino-dicyclohexylmefhan and ⁇ -caprolactam; or isophthalic acid, 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexylmefan and laurolactam; or from terephthalic acid and the isomer mixture of 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine.
  • the isophthalic acid may be replaced by terephthalic acid up to 30%.
  • the polyamides preferably have a relative viscosity (measured on a 1 wt .-% solution in m-cresol at 25 ° C) of 2.0 to 5.0, more preferably from 2.5 to 4.0.
  • Thermoplastic polyurethanes which are suitable according to the invention are likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
  • thermoplastic polyurethanes TPU
  • Kunststoff Handbuch G. Becker, D. Braun] volume 7 "Polyurethane", Kunststoff, Vienna, Carl Hanser Verlag, 1983.
  • TPUs are usually composed of linear polyols (macrodiols), such as polyester, polyether or polycarbonate diols, organic diisocyanates and short-chain, mostly difunctional alcohols (chain extenders). They can be produced continuously or discontinuously.
  • the best known production methods are the belt process (GB-A 1 057 018) and the extruder process (DE-A 19 64 834).
  • thermoplastic polyurethanes used are reaction products of
  • diisocyanates (I) it is possible to use aromatic, aliphatic, araliphatic, heterocyclic and cycloaliphatic diisocyanates or mixtures of these diisocyanates (compare HOUBEN-WEYL "Methods of Organic Chemistry", Volume E20 “Macromolecular Materials”, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1987, pp. 1587-1593 or Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pages 75 to 136).
  • aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate
  • cycloaliphatic diisocyanates such as isophorone diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,4-cyclohexane diisocyanate and 1-methyl-2,6-cyclohexane diisocyanate and the corresponding isomer mixtures
  • 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate 2,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and 2,2'-dicyclohexylmethane diisocyanate and the corresponding isomer mixtures
  • aromatic diisocyanates such as 2,4-tolylene diisocyanate, mixtures from 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diiso
  • Diphenylmethane diisocyanate Diphenylmethane diisocyanate, urethane-modified liquid 4,4'-diphenylmethane diisocyanates and 2,4'-Diphenylmethandiiso-cyanates, 4,4'-diisocyanatodiphenyl-ethane (l, 2) and 1,5-naphthylene diisocyanate.
  • Preferably used are 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexyl methane diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate
  • the diisocyanates mentioned can be used individually or in the form of mixtures with one another. They may also be used together with up to 15% by weight (calculated on the total amount of diisocyanate) of a polyisocyanate, for example triphenylmethane-4,4 ', 4 "-triisocyanate or polyphenyl-poly-methylene-polyisocyanates.
  • Zerewitinoff-active polyols (II) are those having an average of at least 1.8 to at most 3.0 Zerewitinoff active hydrogen atoms and a number average molecular weight M n of 500 to 10,000 g / mol, preferably 500 to 6000 g / mol.
  • Suitable polyether diols can be prepared by reacting one or more alkylene oxides having 2 to 4 carbon atoms in the alkylene radical with a starter molecule containing two active hydrogen atoms bonded.
  • alkylene oxides which may be mentioned are: ethylene oxide, 1,2-propylene oxide, epichlorohydrin and 1,2-butylene oxide and 2,3-butylene oxide.
  • ethylene oxide, propylene oxide and mixtures of 1,2-propylene oxide and ethylene oxide Preferably used are ethylene oxide, propylene oxide and mixtures of 1,2-propylene oxide and ethylene oxide.
  • the alkylene oxides can be used individually, alternately in succession or as mixtures.
  • suitable starter molecules are: water, amino alcohols, such as N-alkyldiethanolamine, for example N-methyldiethanolamine and diols, such as ethylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butanediol and 1,6-hexanediol.
  • mixtures of starter molecules can be used.
  • Suitable polyetherols are also the hydroxyl-containing poly merisations consist of tetrahydrofuran.
  • the substantially linear polyether diols preferably have number average molecular weights M n of 500 to 10,000 g / mol, more preferably 500 to 6000 g / mol. They can be both individually and in the form of
  • Suitable polyester diols can be prepared, for example, from dicarboxylic acids having 2 to 12 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, and polyhydric alcohols.
  • Suitable dicarboxylic acids are, for example: aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid and sebacic acid, or aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid and terephthalic acid.
  • the dicarboxylic acids can be used individually or as mixtures, for example in the form of an amber, glutaric and adipic acid mixture.
  • polyester diols it may optionally be advantageous, instead of the dicarboxylic acids, to use the corresponding dicarboxylic acid derivatives, such as carbonic acid diesters having 1 to 4 carbon atoms in the alcohol radical, Carboxylic anhydrides or carboxylic acid chlorides to use.
  • dicarboxylic acids such as carbonic acid diesters having 1 to 4 carbon atoms in the alcohol radical, Carboxylic anhydrides or carboxylic acid chlorides to use.
  • polyhydric alcohols are glycols having 2 to 10, preferably 2 to 6 carbon atoms, for example ethylene glycol, diethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,10-decanediol, 2,2-dimethyl -l, 3-propanediol, 1,3-propanediol or di-propylene glycol.
  • the polyhydric alcohols may be used alone or mixed with each other.
  • esters of carbonic acid with the diols mentioned in particular those having 4 to 6 carbon atoms, such as 1,4-butanediol or 1,6-hexanediol, condensation products of co-hydroxycarboxylic acids such as co-hydroxycaproic acid or polymerization of lactones, for example, if appropriate substituted co-caprolactones.
  • Ethanediol polyadipates, 1,4-butanediol polyadipates, ethanediol-1,4-butanediol polyadipates, 1,6-hexanediol neopentylglycol polyadipates, 1,6-hexanediol-1,4-butanediol polyadipates and .alpha. are preferably used as polyester diols
  • the polyester diols have number-average molecular weights M n of 500 to 10,000 g / mol, more preferably 600 to 6000 g / mol and can be used individually or in the form of mixtures with one another.
  • Zerewitinoff-active polyols (III) are so-called chain extenders and have an average of 1.8 to 3.0 Zerewitinoff-active hydrogen atoms and have a number average molecular weight M n of 60 to 500 g / mol. By these is meant, in addition to amino groups, thiol groups or carboxyl-containing compounds, those having two to three, preferably two hydroxyl groups.
  • the chain extenders used are diols or diamines having a molecular weight of 60 to 495 g / mol, preferably aliphatic diols having 2 to 14 carbon atoms, for example ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, diethylene glycol and dipropylene glycol.
  • diesters of terephthalic acid with glycols having 2 to 4 carbon atoms for example terephthalic acid-bis-ethylene glycol or terephthalic acid bis-1,4-butanediol, hydroxy-alkylene ethers of hydroquinone, eg 1,4-di ( ⁇ -hydroxyethyl) - hydroquinone, ethoxylated bisphenols, eg 1,4-di ( ⁇ -hydroxyethyl) bisphenol A, (cyclo) aliphatic diamines, such as isophoronediamine, ethylenediamine, 1,2-propylenediamine, 1,3-propylenediamine, N-methylpropylene 1, 3 -diamine, ⁇ , ⁇ '-dimethylethylenediamine and aromatic diamines, such as 2,4-toluenediamine, 2,6-toluenediamine, 3,5-diethyl-2,4-toluylenediamine or 3,5
  • Ethanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,4-di ( ⁇ -hydroxyethyl) hydroquinone or 1,4-di ( ⁇ -hydroxyethyl) bisphenol A are particularly preferably used as chain extenders. It is also possible to use mixtures of the abovementioned chain extenders. In addition, smaller amounts of triols can be added. Compounds which are monofunctional with respect to isocyanates can be used in proportions of up to 2% by weight, based on thermoplastic polyurethane, as so-called chain terminators or mold release aids.
  • Suitable examples are monoamines such as butyl and di-butylamine, octylamine, stearylamine, N-methylstearylamine, pyrrolidine, piperidine or cyclohexylamine, monoalcohols such as butanol, 2-ethylhexanol, octanol, dodecanol, stearyl alcohol, the various amyl alcohols, cyclohexanol and ethylene glycol monomethyl ether.
  • monoamines such as butyl and di-butylamine, octylamine, stearylamine, N-methylstearylamine, pyrrolidine, piperidine or cyclohexylamine, monoalcohols such as butanol, 2-ethylhexanol, octanol, dodecanol, stearyl alcohol, the various amyl alcohols, cyclohexanol and ethylene glycol monomethyl
  • the relative amounts of the compounds (II) and ( ⁇ ) are preferably chosen such that the ratio of the sum of the isocyanate groups in (I) to the sum of the Zerewitinoff-active hydrogen atoms in (II) and (III) is 0.85: 1 to 1, 2: 1, preferably 0.95: 1 to 1.1: 1.
  • the thermoplastic polyurethane elastomers (TPU) used according to the invention can as adjuvants and additives up to a maximum of 20 wt .-%, based on the total amount of TPU, the customary auxiliaries and additives. Typical auxiliaries and additives are catalysts, pigments, dyes, flame retardants, stabilizers against aging and weathering, plasticizers, lubricants and mold release agents, fungistatic and bacteriostatic substances and fillers and mixtures thereof.
  • Suitable catalysts are the tertiary amines known and customary in the art, e.g. Triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, ⁇ , ⁇ '-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) ethanol, diazabicyclo [2,2,2] octane and the like, and in particular organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds or tin compounds such as tin diacetate, tin dioctoate, Tin dilaurate or the tin dialkyl salts of aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate or dibutyltin dilaurate or the like.
  • organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds or tin compounds such as tin diacetate, tin dioctoate, Tin dilaurate or the tin dialkyl salts of aliphatic carboxylic acids
  • Preferred catalysts are organic metal compounds, in particular titanic acid esters, iron and tin compounds.
  • the total amount of catalysts in the TPU is generally about 0 to 5 wt .-%, preferably 0 to 2 wt .-%, based on the total amount of TPU.
  • examples of other additives are lubricants, such as fatty acid esters, their metal soaps,
  • Reinforcing agents are, in particular, fibrous reinforcing materials, for example inorganic fibers, which are produced according to the prior art and can also be treated with a sizing agent.
  • auxiliaries and additives are the specialist literature, for example, the monograph by JH Saunders and KC Fresh "High Polymers", Volume XVI, polyurethanes, Part 1 and 2, published by Interscience Publishers 1962 and 1964, the paperback for plastic Additives by R. Gumbleter u. H. Müller (Hanser Verlag Kunststoff 1990) or DE-A 29 01 774.
  • Other additives which can be incorporated into the TPU are thermoplastics, for example polycarbonates and acrylonitrile / butadiene / styrene terpolymers, in particular ABS.
  • elastomers such as rubber, ethylene / vinyl acetate copolymers, styrene / butadiene copolymers and other TPU's can also be used.
  • plasticizers such as phosphates, phthalates, adipates, sebacates and alkylsulfonic acid esters.
  • Polyethylene which is suitable according to the invention is likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
  • the polyethylene may be PE-HD (HDPE), PE-LD (LDPE), PE-LLD (LLDPE), PE-HMW, as well as PE-UHMW.
  • the polypropylene, polyphenylene sulfone, polyetherimide and polyether ketone which are suitable according to the invention are likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
  • thermoplastic used for the matrix.
  • the fibers used according to the invention are in particular natural fibers or artificially produced fibers or a mixture of the two.
  • the natural fibers are preferably fibrous
  • Minerals or vegetable fibers and the man-made fibers preferably inorganic synthetic fibers or organic synthetic fibers.
  • Preferred according to the invention are glass, carbon or polymer fibers, again preferably glass fibers or carbon fibers.
  • glass fibers in particular having an E-modulus of greater than 50 GPa, preferably greater than 70 GPa, or carbon fibers, in particular having an E-modulus of greater than 200 GPa, preferably greater than 230 GPa.
  • carbon fibers having these properties are preferable.
  • Such carbon fibers are known, for example, under the name Pyrofil from Mitsubishi Rayon CO., LtD. available in the stores.
  • the fiber volume content in the wetted sliver is from 30 to 70%, preferably from 35 to 60%, particularly preferably from 40 to 50% by volume.
  • the sliver wetted according to the invention is distinguished by the fact that it is at least externally surrounded by thermoplastic in a considered length section, on the other hand the deviation from the desired fiber volume content per width section is at most 5%, preferably at most 2%.
  • the amount of the excess of thermoplastics which is necessary to bring about such wetting is at most 5%, preferably at most 3%, particularly preferably at most 1%, of the amount of thermoplastic, which in total for the wetting of a non-wetted fiber band is consumed, ie the amount that adheres in the impregnated sliver, increased by the amount of excess.
  • tempered tool steels are suitable, which can be machined well, for example, the steels 1.2311 or 1.2312.
  • the process according to the invention corresponds to the process described in WO 2012 123 302 A1, in particular the process described on page 1, line 26, to page 2, line 22, the wetting nozzle according to the invention being used in the process according to the invention.
  • the impregnated fiber sliver can be obtained for example by pressurization, in turn, for example, by deflecting the sliver on a roll.
  • the impregnated fiber sliver can preferably be obtained by pressure-shear vibration treatment in accordance with the method described in WO 2012 123 302 A1, in particular in the method described on page 11, line 23, to page 21, line 2, and the associated figures .
  • Another object of the present invention is also an impregnated sliver that can be produced with the device according to the invention or the method according to the invention.
  • a typical impregnated sliver generally has a length of 100 to 3000 m, a width of 60 to 2100 mm, preferably of 500 to 1000 mm, particularly preferably of 600 to 800 mm, and a thickness of 100 to 350 ⁇ in the running direction , preferably from 120 to 200 ⁇ .
  • a differently dimensioned impregnated fiber band can also be processed on the device according to the invention.
  • the impregnated fiber sliver according to the invention is characterized in that at least 90%, particularly preferably at least 95%, of the surface area of all the fibers of an impregnated sliver is impregnated with the thermoplastic used in each case. Further preferably, the degree of impregnation in each width section of the impregnated fiber sliver should differ by a maximum of 10%, preferably not more than 5%, particularly preferably not more than 2%, from the average degree of impregnation of the impregnated fiber sliver.
  • Such an impregnated fiber sliver according to the invention is particularly suitable for providing a multi-layer composite material which has an aesthetically pleasing surface with low waviness and at the same time good mechanical properties.
  • a multi-layer composite material composed of impregnated fiber ribbons with polycarbonate as the matrix material has a metal-like feel, appearance and acoustics.
  • such a multilayer composite material is also suitable as a housing material for housings for electronic devices, in particular portable electronic devices such as laptops or smartphones, for the outer planking as well as for interior trim of automobiles, since such a multilayer composite material can absorb both mechanical load and an outstanding external appearance offers.
  • a further subject of the invention is therefore also a multilayer composite material produced from the impregnated fiber band according to the invention.
  • Fig. 1 shows in simplified form a section of the impregnating nozzle according to the invention with a semicircular wetting pocket, without the invention being limited to the illustrated embodiment.
  • Fig. 2 shows in simplified form a section of the impregnating nozzle according to the invention with a wetting pocket in the form of a 120 ° sub-circle with attached, pointed in the feed direction expiring triangle, without the invention being limited to the illustrated embodiment.

Abstract

The invention relates to a wetting nozzle having wetting pockets (1) for producing a fibrous tape wetted with a polymer. The wetting nozzle is configured as a vertically aligned slot die having a wetting slot, the opening (2) of which is oriented horizontally and runs perpendicular to the feed direction (4) of the fibrous tape. In addition, the wetting nozzle has a respective wetting pocket (1) which is connected to, but separate from, the two lateral (in the horizontal direction) ends of the opening (2) of the wetting slot, wherein the wetting pockets are moved in the feed direction (4) of the wetted fibrous tape. The invention also relates to a method for the continuous production of a fibrous tape wetted with a polymer with continuous fibres aligned unidirectionally in the flow direction of the wetted fibrous tape using the wetting nozzle according to the invention.

Description

Benetzungsdüse mit Benetzungstaschen zur Herstellung eines mit Polymer benetzten Faserbands, Verfahren zur Herstellung dieses Faserbands und ein benetztes Faserband  Wetting nozzle with wetting pockets for producing a polymer-wetted sliver, method for producing this sliver and a wetted sliver
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Benetzungsdüse mit Benetzungstaschen zur Herstellung eines mit Polymer benetzten Faserbands. Die Benetzungsdüse ist als vertikal ausgerichtete Breitschlitzdüse mit einem Benetzungsschlitz ausgeführt, dessen Öffnung horizontal ausgerichtet ist und senkrecht zur Vorschubrichtung des Faserbands verläuft. Dabei weist die Benetzungsdüse anschließend an aber getrennt von den beiden in horizontaler Richtung seitlichen Enden der Öffnung des Benetzungsschlitzes jeweils eine Benetzungstasche auf, wobei die Benetzungstaschen in Vorschubrichtung des benetzten Faserbands fortgesetzt sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines mit Polymer benetzten Faserbands mit unidirektional in Laufrichtung des benetzten Faserbands ausgerichteten Endlosfasern unter Verwendung der erfindungsgemäßen Benetzungsdüse. The present invention is a wetting nozzle with wetting pockets for producing a polymer-wetted sliver. The wetting nozzle is designed as a vertically oriented slot die with a wetting slot whose opening is oriented horizontally and perpendicular to the feed direction of the sliver. In this case, the wetting nozzle subsequently but separated from the two ends in the horizontal direction of the opening of the wetting slot in each case a wetting pocket, wherein the wetting pockets are continued in the feed direction of the wetted fiber sliver. The present invention also provides a process for the continuous production of a polymer-wetted fiber ribbon with unidirectionally oriented in the direction of the wet fiber ribbon continuous filaments using the wetting nozzle according to the invention.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein imprägniertes Faserband, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. Das imprägnierte Faserband wird dabei aus dem benetzten Faserband durch mindestens einen weiteren Verfahrensschritt, einem oder mehreren Imprägnierschritten, hergestellt. Another object of the present invention is also an impregnated sliver that can be produced with the device according to the invention or the method according to the invention. The impregnated fiber sliver is produced from the wetted sliver by at least one further process step, one or more impregnation steps.
Die längste Achse eines Faserbands wird auch Laufrichtung genannt. Unter„Endlosfaser" wird verstanden, dass die Länge der verstärkenden Faser im Wesentlichen der Abmessung des zu benetzenden Faserbands in der Ausrichtung der Faser entspricht. Unter „unidirektional" im Zusammenhang mit„Faser" wird verstanden, dass die Fasern im Faserband in nur einer Richtung ausgerichtet sind. Die Vorschubrichtung ist die Richtung, in der das Faserband während der Herstellung des benetzten Faserbands vorwärts bewegt wird. Vorschubrichtung und Laufrichtung sind parallel zueinander, die Vorschubrichtung weist aber durch die Vorwärtsbewegung des Faserbands während der Herstellung des benetzten Faserbands auch einen Richtungssinn auf. The longest axis of a sliver is also called running direction. By "continuous fiber" is meant that the length of the reinforcing fiber substantially corresponds to the dimension of the fiber sliver to be wetted in the orientation of the fiber. "Unidirectional" in the context of "fiber" means that the fibers in the sliver are in only one direction The advancing direction is the direction in which the sliver is moved forward during the production of the wetted sliver, the advancing direction and the running direction are parallel to each other, but the advancing direction also has a sense of direction due to the advancing movement of the sliver during the production of the wetted sliver.
Der Einsatz von faserverstärkten Materialien hat auf Grund ihrer ausgezeichneten spezifischen Eigenschaften in den letzten Dekaden stetig zugenommen. Insbesondere bei beschleunigten Strukturen werden faserverstärkte Materialien eingesetzt, um ohne Verluste bei der Festigkeit und Steifigkeit des Materials eine Gewichtsreduktion zu ermöglichen und so den Energieverbrauch zu minimieren. The use of fiber reinforced materials has steadily increased over the past few decades due to their excellent specific properties. In particular, in accelerated structures fiber reinforced materials are used to allow weight loss without sacrificing strength and rigidity of the material, thus minimizing energy consumption.
Bei einem faserverstärkten Material, auch Faserverbundwerkstoff oder kurz Verbundwerkstoff genannt, handelt es um einen mindestens zweiphasigen Werkstoff, der aus einem Matrixmaterial besteht, in dem Fasern im Wesentlichen vollständig eingebettet und ummantelt sind. Die Matrix hat eine formgebende Funktion, soll die Fasern vor äußeren Einflüssen schützen und ist notwendig, um Kräfte zwischen den Fasern zu übertragen sowie äußere Lasten einzuleiten. Die Fasern tragen maßgeblich zur mechanischen Leistungsfähigkeit des Werkstoffs bei, wobei in der Industrie häufig Glas-, Carbon-, Polymer-, Basalt-, oder Naturfasern zum Einsatz kommen. Als Matrixmaterial werden - abhängig vom Einsatzzweck - im Allgemeinen duroplastische oder thermoplastischeA fiber-reinforced material, also called fiber composite material or short composite material, it is an at least two-phase material, which consists of a matrix material in which fibers are substantially completely embedded and encased. The matrix has a formative function, is to protect the fibers from external influences and is necessary to transfer forces between the fibers and to initiate external loads. The fibers contribute significantly to the mechanical performance of the material, in the industry often glass, carbon, polymer, basalt or natural fibers are used. As a matrix material - depending on the application - generally thermoset or thermoplastic
Polymere eingesetzt, vereinzelt auch Elastomere. Polymers used, sometimes also elastomers.
Duroplastische Polymere sind bereits in zahlreichen Industrien seit langem etabliert. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch die lange Aushärtungszeit, die bei der Verarbeitung zu Bauteilen zu entsprechend langen Zykluszeiten führt. Dies macht duroplastbasierte Verbundwerkstoffe vor allem für Industrieanwendungen mit hohen Stückzahlen unattraktiv. Thermoplastbasierte Verbundwerkstoffe hingegen werden häufig, soweit sie als bereits vollkonsolidierte Halbzeuge vorliegen, z.B. als endlosfaserverstärkte Platten oder Profile, bei der Weiterverarbeitung lediglich aufgeheizt, umgeformt und abgekühlt, was heutzutage in Zykluszeiten deutlich unter einer Minute zu realisieren ist. Darüber hinaus lässt sich die Verarbeitung mit weiteren Prozessschritten wie z.B. dem Hinterspritzen mit Thermoplasten kombinieren, wodurch ein sehr hoher Grad anThermoset polymers have long been established in many industries. A decisive disadvantage, however, is the long curing time, which leads to correspondingly long cycle times during processing into components. This makes thermoset-based composites unattractive, especially for high-volume industrial applications. On the other hand, thermoplastic-based composites are often, as far as they are already present as fully consolidated semi-finished products, e.g. As continuous fiber reinforced panels or profiles, in the further processing merely heated, reshaped and cooled, which is nowadays in cycle times significantly less than a minute to realize. In addition, the processing can be carried out with further process steps, such as Combine the back molding with thermoplastics, creating a very high degree
Automatisierung und Funktionsintegration erreicht werden kann. Automation and functional integration can be achieved.
Als Verstärkungsmaterial werden im Wesentlichen textile Halbzeuge wie Gewebe, mehrlagige Gelege oder Non-wovens (auch Vliese oder Wirrfasermatten genannt) verwendet. Diese Formen der Faserverstärkung zeichnen sich dadurch aus, dass bereits im textilen Halbzeug die Ausrichtung der Faser - und somit der Kraftpfade im späteren Bauteil - festgelegt ist. Dies ermöglicht zwar die direkte Herstellung eines multidirektional verstärkten Verbundwerkstoffes, hat aber Nachteile hinsichtlich der Flexibilität des Lagenaufbaus, der mechanischen Eigenschaften und der Wirtschaftlichkeit. Bei thermoplastbasierten Systemen werden diese textilen Halbzeuge üblicher Weise unter Druck und Temperatur mit Polymer imprägniert und anschließend als ausgehärtete Platte zugeschnitten und weiterverarbeitet. As a reinforcing material substantially semi-finished textile materials such as fabrics, multi-layer fabrics or non-wovens (also called nonwovens or random fiber mats) are used. These forms of fiber reinforcement are characterized in that already in the semi-finished textile, the orientation of the fiber - and thus the force paths in the later component - is fixed. Although this enables the direct production of a multidirectionally reinforced composite material, it has drawbacks with regard to the flexibility of the layer structure, the mechanical properties and the economic efficiency. In the case of thermoplastic-based systems, these textile semi-finished products are usually impregnated with polymer under pressure and temperature and subsequently cut to size as a hardened plate and further processed.
Neben diesen bereits etablierten Systemen auf Basis von textilen Halbzeugen gewinnen thermoplastbasierte Tapes, also mit einem thermoplastischen Polymer imprägnierte Faserbänder, zunehmend an Bedeutung. Diese bieten Vorteile in der Wirtschaftlichkeit, da der Prozessschritt der textilen Halbzeugherstellung eingespart werden kann. Diese thermoplastbasierten Tapes eignen sich zur Herstellung von mehrlagigen Aufbauten, insbesondere auch zur Herstellung von multidirektionalen Aufbauten. Sofern hier nur von„Faserbänder" die Rede ist, sind damit sowohl mit Thermoplast benetzte Faserbänder, kurz auch „benetzte Faserbänder", mit Thermoplast imprägnierte Faserbänder, kurz auch„imprägnierte Faserbänder" genannt, und nicht-benetzte und nicht-imprägnierte Faserbänder gemeint. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet„benetztes Faserband" ein Faserband, bei dem in einem betrachteten Längenabschnitt das gesamte Faserband mindestens äußerlich von Thermoplast umgeben ist. Dabei muss aber nicht jede einzelne Faser unmittelbar von Thermoplast umgeben sein; es reicht, wenn die an der Oberfläche des Faserband liegenden Oberflächen der Fasern mit Thermoplast umgeben sind. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet„imprägniertes Faserband" ein Faserband, bei dem in einem betrachteten Längenabschnitt wenigstens 80 % der Oberfläche aller Fasern mit dem jeweils eingesetztenIn addition to these already established systems based on semi-finished textile products, thermoplastic-based tapes, ie slivers impregnated with a thermoplastic polymer, are becoming increasingly important. These offer advantages in terms of cost-effectiveness, since the process step of semi-finished textile production can be saved. These thermoplastic-based tapes are suitable for the production of multilayer structures, in particular also for the production of multidirectional structures. If only "slivers" are mentioned here, they mean both slivers wetted with thermoplastic, in short also "wetted slivers", thermoplastic-impregnated slivers, also referred to for short as "impregnated slivers", and non-wetted and non-impregnated slivers. For the purposes of the present invention, "wetted sliver" means a sliver in which, in a considered length section, the entire sliver at least externally surrounded by thermoplastic. But not every single fiber must be surrounded directly by thermoplastic; it is sufficient if the surfaces of the fibers lying on the surface of the fiber band are surrounded by thermoplastic. For the purposes of the present invention, "impregnated sliver" means a sliver in which, in a considered length section, at least 80% of the surface area of all the fibers is used with the respectively used sliver
Thermoplasten unmittelbar umgeben sind; dazu muss aber nicht die Oberfläche jeder Faser zu wenigstens 80 % unmittelbar mit Thermoplast umgeben sein, es reicht, wenn die Summe der Oberflächen aller Fasern zu wenigstens 80 % unmittelbar mit Thermoplast umgeben ist. Ein solcher Längenabschnitt hat vorzugsweise eine Länge von mindestens 10 mm, weiter vorzugsweise mindestens 100 mm, besonders vorzugsweise mindestens 500 mm, insbesondere vorzugsweise mindestens 1000 mm. Thermoplastics are immediately surrounded; However, this does not require the surface of each fiber to be at least 80% directly surrounded by thermoplastic, it is sufficient if the sum of the surfaces of all fibers is at least 80% directly surrounded by thermoplastic. Such a longitudinal section preferably has a length of at least 10 mm, more preferably at least 100 mm, particularly preferably at least 500 mm, especially preferably at least 1000 mm.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines unidirektional endlosfaserverstärkten imprägnierten Faserbands ist beispielsweise in der WO 2012 123 302 AI, deren Offenbarung hiermit vollumfänglich in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird, beschrieben. A method and an apparatus for producing a unidirectionally continuous fiber-reinforced impregnated fiber band is described, for example, in WO 2012 123 302 A1, the disclosure of which is hereby incorporated in full in the description of the present invention.
Bei der in der WO 2012 123 302 AI offenbarten Vorrichtung, insbesondere in den Fig. 1 und 3 und den zugehörigen Teilen der Beschreibung, ist mit dem Bezugszeichen 12 auch eine Benetzungsdüse, dort Auftragseinrichtung genannt, vorgesehen. Diese Benetzungsdüse weist eine Breitschlitzdüse (in WO 2012 123 302 AI mit dem Bezugszeichen 14 versehen) auf, bei der ein Düsenkanal (in WO 2012 123 302 AI mit dem Bezugszeichen 15 versehen) mit einem Schmelzevolumen (in WO 2012 123 302 AI mit dem Bezugszeichen 13 versehen) verbunden ist. In the disclosed in WO 2012 123 302 AI device, in particular in Figs. 1 and 3 and the associated parts of the description, the reference numeral 12 and a wetting nozzle, there called applicator provided. This wetting nozzle has a slot die (in WO 2012 123 302 AI provided with the reference numeral 14), in which a nozzle channel (in WO 2012 123 302 AI provided with the reference numeral 15) with a melt volume (in WO 2012 123 302 AI by the reference numeral 13 provided) is connected.
Die in der WO 2012 123 302 AI offenbarte Vorrichtung hat als ersten Nachteil, dass an den äußeren Kanten des Faserbands zu viel des thermoplastischen Polymers aufgetragen wird. Grund dafür ist, dass die Breite des Benetzungsschlitzes größer sein muss als die Breite des Faserbands, damit eine ausreichende Benetzung der langen Kanten, d.h. der äußeren Ränder in Laufrichtung, des Faserbands stattfindet. Eine Verringerung der Breite des Benetzungsschlitzes führt aber dazu, dass die Benetzung des benetzten Faserbands entlang seiner langen Kanten unvollständig ist. Sowohl der Überschuss als auch der Mangel an Benetzung an den langen Kanten des benetzten Faserbands führen in der weiteren Verarbeitung zu einem imprägnierten Faserband, dass für die Weiterverwendung, beispielsweise für die Herstellung von Aufbauten aus mehreren flächig miteinander verbundenen imprägnierten Faserbändern, nicht brauchbar ist. Solche fehlerhaft benetzten Faserbänder führen zu imprägnierten Faserbänder, bei denen der Faservolumengehalt im Bereich der langen Kanten der imprägnierten Faserbänder zu hoch (bei unterschüssiger Benetzung und daraus folgend unterschüssiger Imprägnierung) oder zu niedrig (bei überschüssiger Benetzung und daraus folgend überschüssiger Imprägnierung) ist. Dies wiederum führt zu unerwünschten Abweichungen sowohl in den thermischen und mechanischen Eigenschaften im Bereich der langen Kanten der imprägnierten Faserbands gegenüber den außerhalb der langen Kanten der imprägnierten Faserbänder liegenden Bereichen der imprägnierten Faserbänder. So kann eine unterschüssige Benetzung dazu führen, dass die imprägnierten Faserbänder an den Rändern nicht ausreichend mechanisch stabil sind und zerfasern. Auch werden sowohl bei unterschüssiger als auch bei überschüssiger Benetzung die gewünschten Maße des Faserbands nicht eingehalten. The device disclosed in WO 2012 123 302 A1 has as a first disadvantage that too much of the thermoplastic polymer is applied to the outer edges of the sliver. The reason for this is that the width of the wetting slot must be greater than the width of the sliver, so that a sufficient wetting of the long edges, ie the outer edges in the running direction, of the sliver takes place. However, reducing the width of the wetting slot results in incomplete wetting of the wetted fiber ribbon along its long edges. Both the excess and the lack of wetting at the long edges of the wetted sliver result in further processing to an impregnated sliver, which is not useful for the further use, for example for the production of structures of several surface-connected impregnated fiber slivers. Such improperly wetted fiber ribbons result in impregnated fiber ribbons in which the fiber volume content in the region of the long edges of the impregnated fiber ribbons is too high (with submerged wetting and consequent low impregnation) or too low (with excess wetting and consequent excess impregnation). This in turn leads to undesirable Deviations in both the thermal and mechanical properties in the region of the long edges of the impregnated fiber slivers compared to the areas of the impregnated slivers lying outside the long edges of the impregnated fiber slivers. Thus, a sub-wetting can cause the impregnated fiber ribbons are not sufficiently mechanically stable at the edges and fiberize. Also, the desired dimensions of the sliver are not complied with, both in unterschüssiger as well as excess wetting.
Da bei der Herstellung von mehrlagigen multidirektionalen Aufbauten sich die langen Kanten der imprägnierten Faserbänder nicht nur an den Ränder der Aufbauten, sondern auch innerhalb der Aufbauten befinden, kommt es zu unerwünschten Störungen des Gefüges solcher mehrlagiger Aufbauten, bis hin zu deren Unbrauchbarkeit. Daher müssen die nach dem Stand der Technik hergestellten imprägnierten Faserbänder entlang der langen Kanten beschnitten werden. Nur so ist es möglich, ein für die Weiterverwendung brauchbares imprägniertes Faserband zur Verfügung zu stellen. Dies stellt einen weiteren Arbeitsschritt dar, für den apparativer Aufwand getrieben werden muss, das Verfahren fehleranfälliger macht, und zusätzliche Arbeitszeit kostet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „Faservolumengehalt" der Quotient aus demSince in the manufacture of multilayer multidirectional structures, the long edges of the impregnated fiber slivers are not only at the edges of the structures, but also within the structures, it comes to undesirable disturbances of the structure of such multilayer structures, to their uselessness. Therefore, prior art impregnated fiber ribbons must be trimmed along the long edges. Only in this way is it possible to provide a usable impregnated sliver for further use. This represents a further step, must be driven by the expenditure on equipment, makes the procedure more error-prone, and costs additional working time. For the purposes of the present invention, "fiber volume content" means the quotient of
Volumen der Fasern in einem bestimmten Bereich des Faserbands und der Summe der Volumen des Thermoplasten und dem Volumen der Fasern, jeweils ohne die Volumina etwaiger Lufteinschlüsse. Volume of fibers in a given area of the sliver and the sum of the volumes of the thermoplastic and the volume of fibers, each without the volumes of any air pockets.
Eine gute Benetzung ist umso schwieriger zu erreichen, je höher der Faservolumengehalt des imprägnierten Faserbands sein soll. Übliche Faservolumengehalte liegen im Bereich von 30 bis 70 %, bevorzugt im Bereich von bis 35 bis 60 %, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 50 %. Good wetting is the more difficult to achieve, the higher the fiber volume content of the impregnated fiber sliver should be. Typical fiber volume contents are in the range of 30 to 70%, preferably in the range of up to 35 to 60%, particularly preferably in the range of 40 to 50%.
Um Imprägnierung von 90 % zu erreichen, das heißt, dass in einem betrachteten Längenabschnitt wenigstens 90 % der Oberfläche aller Fasern mit dem jeweils eingesetzten Thermoplasten unmittelbar umgeben sind, darf die Abweichung vom gewünschten Faservolumengehalt pro Breitenabschnitt maximal 5 %, bevorzugt maximal 2 % betragen. Dazu muss das Faserband sehr gleichmäßig mit dem Thermoplast benetzt werden. In order to achieve impregnation of 90%, that is to say that in a considered length section at least 90% of the surface of all fibers are directly surrounded by the thermoplastic used in each case, the deviation from the desired fiber volume content per width section may not exceed 5%, preferably not more than 2%. For this purpose, the sliver must be very evenly wetted with the thermoplastic.
Ein Breitenabschnitt des Faserbands in Laufrichtung beträgt dabei 1 %, bevorzugt 0,5 %, besonders bevorzugt 0,2 %, ganz besonders bevorzugt 0,1 % der Gesamtbreite des Faserbands, mindestens jedoch 0,5 mm und maximal 5 mm. Nachteilig beim Beschneiden des imprägnierten Faserbands ist aber auch der Verlust an Material, der insbesondere dann zu Buche schlägt, wenn teure Ausgangsmaterialien wie beispielsweise ein Polycarbonat als thermoplastische Matrix und Carbonfasern als Fasermaterial verwendet werden. Die in der WO 2012 123 302 AI offenbarte Vorrichtung hat als zweiten Nachteil, dass das Benetzen des Faserbands nur schwer eingestellt werden kann. Grund dafür sind zum einen die relativ hohen Viskositäten der eingesetzten Thermoplaste bei den bei der Imprägnierung herrschenden Temperaturen, zum anderen die durch Agglomeration der Fasern in sich inhomogenen Faserbänder. Die Viskositäten der eingesetzten Thermoplaste liegen dabei zwischenA width section of the sliver in the running direction is 1%, preferably 0.5%, more preferably 0.2%, most preferably 0.1% of the total width of the sliver, but at least 0.5 mm and a maximum of 5 mm. However, the disadvantage of cutting the impregnated fiber sliver is also the loss of material, which is particularly evident when expensive starting materials such as, for example, a polycarbonate are used as the thermoplastic matrix and carbon fibers as the fiber material. The device disclosed in WO 2012 123 302 A1 has, as a second disadvantage, that the wetting of the fiber band is difficult to set. Reason for this are, on the one hand, the relatively high viscosities of the thermoplastics used in the temperatures prevailing during the impregnation, on the other hand, the fiber slivers inhomogeneous by agglomeration of the fibers. The viscosities of the thermoplastics used are between
10 und 300 Pa*s. Die Temperaturen bei der Benetzung können jedoch nicht beliebig erhöht werden, da dies zum einen zu einem erhöhten Energieverbrauch, zum anderen zu einer Zersetzung der Thermoplaste führte. Die mangelnde Einstellbarkeit der Benetzung des Faserbands hat zur Folge, dass das Faserband oftmals entweder zu wenig benetzt ist, das heißt, dass in einem betrachteten Längenabschnitt das gesamte Faserband nicht mindestens äußerlich von Thermoplast umgeben ist und die Abweichung vom gewünschten Faservolumengehalt pro Breitenabschnitt mehr als 2 %, sogar mehr als 5 %, oftmals mehr als 10 % beträgt. Mit einem derart mangelhaft benetztem Faserband ist es nicht möglich, ein imprägniertes Faserband herzustellen, bei dem wenigstens 90 % der Oberfläche aller Fasern eines imprägnierten Faserbands mit dem jeweils eingesetzten Thermoplasten imprägniert sind. Ein imprägniertes Faserband, bei dem nicht wenigstens 90 % der Oberfläche aller Fasern eines imprägnierten Faserbands mit dem jeweils eingesetzten Thermoplasten imprägniert sind, ist nicht zur Weiterverarbeitung geeignet und muss somit als Ausschuss entsorgt werden. Das bedeutet sowohl Kosten wegen des Materialverlusts als auch für die Entsorgung des unbrauchbaren Materials. Jedoch kann zum anderen der Druck eines Thermoplasten auf das Faserband nicht beliebig erhöht werden, um ein Benetzung des Faserbands mit dem Thermoplasten zu befördern. Ein zu hoher Druck hat zur Folge, dass überschüssiger Thermoplast an den Seiten des Faserbands herausquillt, was wiederum zu erhöhten Kosten durch Materialverluste und einer verringerten Maßhaltigkeit sowohl des benetzten als auch des imprägnierten Faserbands führt. Wie bereits erläutert schlagen die Kosten für Materialverluste insbesondere dann zu Buche, wenn teure Ausgangsmaterialien wie beispielsweise ein Polycarbonat als thermoplastische Matrix und Carbonfasern als Fasermaterial verwendet werden. 10 and 300 Pa * s. However, the wetting temperatures can not be arbitrarily increased, since this leads to an increased energy consumption on the one hand and to a decomposition of the thermoplastics on the other hand. The lack of adjustability of the wetting of the sliver has the consequence that the sliver is often either too little wetted, that is, in a considered length section, the entire sliver is not at least externally surrounded by thermoplastic and the deviation from the desired fiber volume content per width section more than 2 %, even more than 5%, often more than 10%. With such a poorly wetted sliver, it is not possible to produce an impregnated sliver in which at least 90% of the surface of all the fibers of an impregnated sliver impregnated with the thermoplastic used in each case. An impregnated sliver in which not at least 90% of the surface of all the fibers of an impregnated sliver impregnated with the thermoplastic used in each case, is not suitable for further processing and must therefore be disposed of as waste. This means both costs due to the loss of material and disposal of the unusable material. However, on the other hand, the pressure of a thermoplastic on the sliver can not be arbitrarily increased to promote wetting of the sliver with the thermoplastic. Excessive pressure causes excess thermoplastic to swell out the sides of the sliver, which in turn leads to increased costs due to material losses and reduced dimensional stability of both the wetted and impregnated slivers. As already explained, the cost of material losses is particularly significant when expensive starting materials such as polycarbonate are used as the thermoplastic matrix and carbon fibers as the fiber material.
Polycarbonate haben neben dem hohen Preis gegenüber den üblicherweise eingesetzten thermoplastischen Kunststoffen den weiteren Nachteil, dass sie wenig Veranlagung zum Kriechen aufweisen und somit bei konstanter Spannung zu Rissbildung neigen. Dies ist besonders beim Einsatz in Verbundwerkstoffen, die Endlosfasern enthalten, höchst problematisch; denn Verbundwerkstoffe, die in ihrer Kunststoffmatrix Endlosfasern enthalten, stehen durch die Endlosfasern unter einer konstanten Spannung. Aus diesem Grund spielten Polycarbonate in der Praxis als Kunststoffmatrix für solche Endlosfasern enthaltenden Verbundwerkstoffe bisher nur eine untergeordnete Rolle. Grundsätzlich ist es jedoch wünschenswert, das Einsatzgebiet von Polycarbonaten auch auf die imprägnierten Faserbänder auszuweiten, denn Polycarbonate weisen gegenüber den anderen üblichen thermoplastischen Kunststoffen, wie Polyamid oder Polypropylen, einen geringeren Volumenschwund beim Erstarren auf. Ferner weisen Polycarbonate im Vergleich zu anderen Thermoplasten eine höhere Glasübergangstemperatur Tg, eine höhere Wärmeformbeständigkeiten und eine geringere Wasseraufnahme auf. Polycarbonates, in addition to the high price compared to the thermoplastics commonly used have the further disadvantage that they have little predisposition to creep and thus tend to cracking at a constant voltage. This is particularly problematic when used in composites containing continuous filaments; because composites containing endless fibers in their plastic matrix are under constant tension due to the endless fibers. For this reason, polycarbonates played in practice as plastic matrix for composites containing such continuous fibers only a minor role so far. In principle, however, it is desirable to extend the field of use of polycarbonates to the impregnated fiber ribbons, because polycarbonates have compared to the other conventional thermoplastics, such as polyamide or polypropylene, a lower volume shrinkage during solidification. Furthermore, compared to other thermoplastics, polycarbonates have a higher glass transition temperature Tg, higher heat resistance and lower water absorption.
Mit imprägnierten Faserbändern mit Polycarbonat als Matrixmaterial ist es darüber hinaus möglich, einen Mehrschichtverbundwerkstoff bereit zu stellen, der eine ästhetisch ansprechende Oberfläche mit geringer Welligkeit mit gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften aufweist. So ein aus imprägnierten Faserbändern mit Polycarbonat als Matrixmaterial aufgebauter Mehrschichtverbundwerkstoff weist eine metallähnliche Haptik, Optik und Akustik auf. In addition, with impregnated fiber ribbons containing polycarbonate as the matrix material, it is possible to provide a multi-layer composite having an aesthetically pleasing surface with low waviness and good mechanical properties. Such a multi-layer composite material composed of impregnated fiber ribbons with polycarbonate as the matrix material has a metal-like feel, appearance and acoustics.
Mit diesen Eigenschaften ist ein solcher Mehrschichtverbundwerkstoff auch als Gehäusematerial für Gehäuse für elektronische Geräte, insbesondere portable elektronische Geräte wie Laptops oder Smartphones, für die Außenbeplankung sowie für Interieurblenden von Automobilen geeignet, da ein solcher Mehrschichtverbundwerkstoff sowohl mechanische Last aufnehmen kann als auch ein hervorragendes äußeres Erscheinungsbild bietet. With these properties, such a multilayer composite material is also suitable as a housing material for housings for electronic devices, in particular portable electronic devices such as laptops or smartphones, for the outer planking as well as for interior trim of automobiles, since such a multilayer composite material can absorb both mechanical load and an outstanding external appearance offers.
Um Polycarbonat der Herstellung von imprägnierten Faserbändern zugänglich zu machen, ist es daher auch eine besondere Sorgfalt beim Benetzen des Faserbands nötig, die im Stand der Technik nicht gewährleistet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. In order to make polycarbonate available for the production of impregnated fiber slivers, it is therefore also necessary to take special care in wetting the sliver, which is not guaranteed in the prior art. The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
Insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die dazu geeignet ist, ein nicht-benetztes Faserband derart zu benetzen, dass zum einen in einem betrachteten Längenabschnitt das gesamte Faserband mindestens äußerlich von Thermoplast umgeben ist, zum anderen die Abweichung vom gewünschten Faservolumengehalt pro Breitenabschnitt maximal 5 %, bevorzugt maximal 2 % beträgt. In particular, the object of the present invention is to provide a device which is suitable for wetting a non-wetted sliver in such a way that, on the one hand, the entire sliver is at least externally surrounded by thermoplastic in a considered longitudinal section, and on the other hand the deviation of the desired fiber volume content per width section is at most 5%, preferably at most 2%.
Vorzugsweise soll außerdem die Menge des Überschusses an Thermoplasts, die nötig ist, um eine solche Benetzung herbeizuführen, maximal 5 %, bevorzugt maximal 3 %, besonders bevorzugt maximal 1 % der Menge an Thermoplast beträgt, die insgesamt für die Benetzung eines nicht- benetzten Faserbands verbraucht wird, also der Menge, die im imprägnierten Faserband haftet, vermehrt um die Menge des Überschusses. Dabei soll das aus dem benetzten Faserband hergestellte imprägnierte Faserband zur Erreichung des gewünschten Grads an Imprägnierung nicht beschnitten werden müssen. Weiter vorzugsweise sind dabei wenigstens 90 %, besonders vorzugsweise wenigstens 95 % der Oberfläche aller Fasern eines aus dem erfindungsgemäß benetzten Faserband hergestellten imprägnierten Faserbands mit dem jeweils eingesetzten Thermoplasten imprägniert. Weiter vorzugsweise soll dabei der Grad der Imprägnierung in jedem Breitenabschnitt des imprägnierten Faserbands maximal um 10 %, bevorzugt maximal um 5 %, besonders bevorzugt maximal um 2 % vom durchschnittlichen Grad der Imprägnierung des imprägnierten Faserbands abweichen. Preferably, moreover, the amount of the excess of thermoplastic needed to effect such wetting should be at most 5%, preferably at most 3%, most preferably at most 1% of the amount of thermoplastic, all in all for the wetting of a non-wetted sliver is consumed, ie the amount that adheres in the impregnated sliver, increased by the amount of excess. In this case, the impregnated sliver produced from the wetted sliver should not have to be trimmed to achieve the desired degree of impregnation. More preferably, at least 90%, particularly preferably at least 95%, of the surface area of all fibers of an impregnated fiber sliver produced from the fiber sliver wetted according to the invention is impregnated with the thermoplastic used in each case. Further preferably, the degree of impregnation in each width section of the impregnated fiber sliver should differ by a maximum of 10%, preferably not more than 5%, particularly preferably not more than 2%, from the average degree of impregnation of the impregnated fiber sliver.
Eine solcher Grad an Imprägnierung ist - sofern das Faserband nach der Imprägnierung nicht entlang seiner langen Kanten beschnitten werden soll - nur über eine gute Benetzung des Faserbands mit dem eingesetzten Thermoplasten zu erreichen. Auch ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der benetzte Faserbänder mit Polycarbonat als Matrixmaterial hergestellt werden können. Aus diesen benetzten Faserbändern können dann durch mindestens einen weiteren Verfahrensschritt, insbesondere einem oder mehreren Imprägnierschritten, imprägnierte Faserbänder hergestellt werden. Diese aus den benetzten Faserbändern hergestellten imprägnierten Faserbänder mit Polycarbonat als Matrixmaterial sollen dazu geeignet sein, dass Mehrschichtverbundwerkstoffe mit einer metallähnliche Haptik, Optik, Akustik und einem hervorragenden äußeren Erscheinungsbild sowie der Fähigkeit, mechanische Last aufnehmen zu können, aus ihnen gefertigt werden können. Solche Mehrschichtverbundwerkstoffe sind dann als Gehäusematerial für Gehäuse für elektronische Geräte, insbesondere portable elektronische Geräte wie Laptops oder Smartphones, für die Außenbeplankung sowie für Interieurblenden von Automobilen geeignet. Such a degree of impregnation is - if the sliver after impregnation is not to be cut along its long edges - to achieve only a good wetting of the sliver with the thermoplastic used. It is also an object of the present invention to provide a device can be prepared with the wetted slivers with polycarbonate as the matrix material. From these wetted slivers can then be produced by at least one further process step, in particular one or more impregnation steps, impregnated slivers. These impregnated fiber ribbons with polycarbonate as matrix material produced from the wetted fiber ribbons should be suitable for producing multilayer composite materials with a metal-like feel, appearance, acoustics and an excellent external appearance as well as the ability to absorb mechanical load. Such multilayer composite materials are then suitable as housing material for housings for electronic devices, in particular portable electronic devices such as laptops or smartphones, for exterior planking and for interior trim of automobiles.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß vorliegendem Hauptanspruch. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Benetzungsdüse mit Benetzung staschen zur Herstellung eines mit Thermoplast benetzten Faserbands aufweist. Die Benetzungsdüse weist an beiden in horizontaler Richtung seitlichen Enden der Öffnung desThe problem is solved by the device according to the present main claim. The device according to the invention is characterized in that it has a wetting nozzle with wetting pockets for the production of a thermoplastic-wetted sliver. The wetting nozzle has at both horizontally lateral ends of the opening of the
Benetzungsschlitzes jeweils eine Benetzungstasche auf. Wetting slit each a wetting pocket on.
Dabei weist die Benetzungsdüse anschließend an aber getrennt von den beiden in horizontaler Richtung seitlichen Enden der Öffnung des Benetzungsschlitzes jeweils eine Benetzungstasche auf. In this case, the wetting nozzle then has a wetting pocket separated from the two horizontally lateral ends of the opening of the wetting slot.
Eine solche Benetzungstasche schließt sich seitlich in horizontaler Richtung unmittelbar an die Öffnung des Benetzungsschlitzes an und setzt sich in Vorschubrichtung des benetzten Faserbands fort, wobei die Benetzungstasche eine geringere Tiefe als der Benetzungsschlitz aufweist und nur über den Benetzungsschlitz mit der Zufuhr an Thermoplast verbunden ist. Die Benetzungstasche kann dabei beispielsweise in der Draufsicht, also senkrecht auf die Öffnung des Düsenschlitzes blickend, halbkreisförmig, halbovalförmig, in Form eines Teilkreises mit einem Winkel A von 120° bis 135° mit angesetztem, in Vorschubrichtung spitz auslaufenden Dreieck oder in jeder anderen sinnvollen Form ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Benetzungstasche in der Draufsicht halbkreisförmig oder in Form eines Teilkreises mit einem Winkel A von 120° bis 135° mit angesetztem, in Vorschubrichtung spitz auslaufenden Dreieck ausgebildet, insbesondere in Form eines Teilkreises mit einem Winkel A von 120° bis 135° mit angesetztem, in Vorschubrichtung spitz auslaufenden Dreieck. Dabei geht der Schenkel des Dreiecks, der in Vorschubrichtung an die Kontur des Teilkreises anschließt, tangential aus dem Teilkreis hervor. Eine solch geformte Benetzungstasche ermöglicht es einerseits, genügend Matrixmaterial zur Benetzung vorzuhalten, insbesondere dort, wo das Matrixmaterial mit dem bisher nicht benetzten oder nur wenig benetzten Faserband in Berührung kommt, andererseits mit zunehmenden Grad der Benetzung immer weniger Matrixmaterial zur Verfügung zu stellen, um eine überschüssige Benetzung zu vermeiden. Durch das spitz auslaufende Ende des Dreiecks wird zudem eine scharfe Trennung zwischen dem nun benetzten Faserband und dem Matrixmaterial der Benetzungstasche bewirkt. Die beiden Benetzungstaschen an den beiden seitlichen Enden der Öffnung desSuch a wetting pocket joins laterally in the horizontal direction directly to the opening of the wetting slot and continues in the feed direction of the wetted sliver, wherein the wetting pocket has a smaller depth than the wetting slot and is connected only via the wetting slot with the supply of thermoplastic. The wetting bag can, for example, in plan view, that is perpendicular to the opening of the nozzle slot view, semicircular, halbovalförmig, in the form of a pitch circle with an angle A of 120 ° to 135 ° with attached, in the feed direction pointed expiring triangle or be formed in any other meaningful shape. Preferably, the wetting bag in the plan view is semicircular or in the form of a pitch circle with an angle A of 120 ° to 135 ° with attached, pointed in the feed direction expiring triangle, in particular in the form of a pitch circle with an angle A of 120 ° to 135 ° with attached , in the feed direction pointy expiring triangle. The leg of the triangle, which adjoins the contour of the pitch circle in the feed direction, emerges tangentially from the pitch circle. On the one hand, such a shaped wetting pouch makes it possible to provide sufficient matrix material for wetting, especially where the matrix material comes into contact with the previously unwetted or slightly wetted fiber sliver, and on the other hand, with increasing degree of wetting, makes less and less matrix material available to avoid excess wetting. The pointed end of the triangle also causes a sharp separation between the now wetted sliver and the matrix material of the wetting pocket. The two wetting pockets at the two lateral ends of the opening of the
Benetzungsschlitzes sind vorzugsweise in Vorschubrichtung spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und ausgestaltet, jedoch ist es auch möglich, an den beiden seitlichen Enden der Öffnung des Benetzungsschlitzes Benetzungstaschen vorzusehen, die nicht spiegelsymmetrisch zueinander ausgeführt sind. Der Radius R einer Benetzungstasche ist der Viskosität des eingesetzten Thermoplasten angepasst. Vorzugsweise beträgt der Radius von 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere etwa 1mm. Wetting slot are preferably arranged mirror-symmetrically in the feed direction and configured, but it is also possible to provide at the two lateral ends of the opening of the wetting slot wetting pockets, which are not mirror-symmetrical to each other. The radius R of a wetting pocket is adapted to the viscosity of the thermoplastic used. Preferably, the radius is from 0.5 mm to 2 mm, in particular about 1 mm.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Benetzungsdüse aus mehreren zueinander beweglichen Teilen aufgebaut. Auf diese Weise kann die Weite des Schlitzes und damit auch die Weite der Öffnung des Schlitzes der Art und Zusammensetzung des Matrixmaterials und den Bedingungen zur Herstellung des imprägnierten Faserbands angepasst werden. Dabei hat die Öffnung des Schlitzes in der Regel eine Weite von 0,1 bis 1 mm. According to the invention, the wetting nozzle is constructed from a plurality of mutually movable parts. In this way, the width of the slot and thus also the width of the opening of the slot of the type and composition of the matrix material and the conditions for producing the impregnated fiber sliver can be adjusted. The opening of the slot usually has a width of 0.1 to 1 mm.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat ein imprägniertes Faserband eine Matrix, die zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-%, aus einem oder mehreren Thermoplasten besteht. Dabei ist der Thermoplast bevorzugt ausgewählt aus ein oder mehreren der Reihe umfassend Polycarbonat, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyphenylensulfon, Polyetherimid, einem Polyetherketon wie Polyetheretherketon, Polyetherketonketon, Polyetheretheretherketon, Polyetheretherketonketon, Poly(etherketon- etherketonketon), und thermoplastisches Polyurethan. Besonders bevorzugt ist der Thermoplast Polycarbonat. Zusätzlich kann das Matrixmaterial bis zu 50,0 Gew.-%, bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-% übliche Additive enthalten. In the context of the present invention, an impregnated fiber sliver has a matrix which consists of at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight, particularly preferably at least 90% by weight, of one or more thermoplastics. In this case, the thermoplastic is preferably selected from one or more of the series comprising polycarbonate, polyamide, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfone, polyetherimide, a polyether ketone such as polyetheretherketone, polyetherketone ketone, polyetheretheretherketone, polyetheretherketone ketone, poly (etherketone etherketonketon), and thermoplastic polyurethane. Particularly preferred is the thermoplastic polycarbonate. In addition, the matrix material may contain up to 50.0% by weight, preferably up to 30% by weight, particularly preferably up to 10% by weight of customary additives.
Diese Gruppe umfasst Flammschutzmittel, Antitropfmittel, Thermostabilisatoren, Entformungsmittel, Antioxidantien, UV-Absorber, IR-Absorber, Antistatika, optische Aufheller, Lichtstreumittel, Farbmittel wie Pigmente, auch anorganischen Pigmente, Ruß und/oder Farbstoffe, und anorganische Füllstoffe in den für Polycarbonat üblichen Mengen. Diese Additive können einzeln oder auch im Gemisch zugesetzt werden. This group includes flame retardants, anti-dripping agents, thermal stabilizers, mold release agents, antioxidants, UV absorbers, IR absorbers, antistatic agents, optical brighteners, light scattering agents, colorants such as pigments, including inorganic pigments, carbon black and / or dyes, and inorganic fillers in the usual for polycarbonate Amounts. These additives may be added individually or in admixture.
Solche Additive, wie sie üblicherweise bei Polycarbonaten zugesetzt werden, sind beispielsweise in EP-A 0 839 623, WO-A 96/15102, EP-A 0 500 496 oder„Plastics Additives Handbook", Hans Zweifel, 5th Edition 2000, Hanser Verlag, München beschrieben. Such additives as are customarily added in the case of polycarbonates are described, for example, in EP-A 0 839 623, WO-A 96/15102, EP-A 0 500 496 or "Plastics Additives Handbook", Hans Zweifel, 5th Edition 2000, Hanser Verlag , Munich described.
Wenn von Polycarbonat die Rede ist, so sind damit auch Mischungen verschiedener Polycarbonate gemeint. Ferner wird Polycarbonat hier als Oberbegriff verwendet und umfasst damit sowohl Homopolycarbonate als auch Copolycarbonate. Die Polycarbonate können ferner in bekannter Weise linear oder verzweigt sein. Bevorzugt besteht das Polycarbonat zu 70 Gew.-%, bevorzugt zu 80 Gew.-%, besonders bevorzugt zu 90 Gew.-% oder im Wesentlichen, insbesondere zu 100 Gew.-%, aus einem linearen Polycarbonat. When talking about polycarbonate, it also means mixtures of different polycarbonates. Furthermore, polycarbonate is used here as a generic term and thus includes both homopolycarbonates and copolycarbonates. The polycarbonates may also be linear or branched in a known manner. The polycarbonate preferably consists of 70% by weight, preferably 80% by weight, particularly preferably 90% by weight or substantially, in particular 100% by weight, of a linear polycarbonate.
Die Herstellung der Polycarbonate kann in bekannter Weise aus Diphenolen, Kohlensäurederivaten, gegebenenfalls Kettenabbrechern und Verzweigern erfolgen. Einzelheiten der Herstellung von Polycarbonaten sind dem Fachmann seit mindestens etwa 40 Jahren gut bekannt. Beispielhaft sei hier auf Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, auf D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, H. Nouvertne, BAYER AG, Polycarbonates in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 11, Second Edition, 1988, Seiten 648-718 und schließlich auf U. Grigo, K. Kirchner und P.R. Müller Polycarbonate in BeckerBraun, Kunststoff-Handbuch, BandThe preparation of the polycarbonates can be carried out in a known manner from diphenols, carbonic acid derivatives, optionally chain terminators and branching agents. Details of the preparation of polycarbonates have been well known to those skilled in the art for at least about 40 years. For example, see Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, H. Nouvertne, BAYER AG, Polycarbonates in Encyclopaedia of Polymer Science and Engineering, Volume 11, Second Edition, 1988, pages 648-718, and finally U. Grigo, K. Kirchner and P.R. Müller Polycarbonates in BeckerBraun, Plastic Manual, Volume
31, Polycarbonate, Polyacetale, Polyester, Celluloseester, Carl Hanser Verlag München, Wien 1992, Seiten 117-299 verwiesen. 31, polycarbonates, polyacetals, polyesters, cellulose esters, Carl Hanser Verlag Munich, Vienna 1992, pages 117-299 referenced.
Die Herstellung aromatischer Polycarbonate erfolgt z.B. durch Umsetzung von Diphenolen mit Kohlensäurehalogeniden, vorzugsweise Phosgen, und oder mit aromatischen Dicarbonsäuredihalogeniden, vorzugsweise Benzoldicarbonsäuredihalogeniden, nach dem Phasengrenzflächenverfahren, gegebenenfalls unter Verwendung von Kettenabbrechern und gegebenenfalls unter Verwendung von trifunktionellen oder mehr als trifunktionellen Verzweigern. Ebenso ist eine Herstellung über ein Schmelzepolymerisationsverfahren durch Umsetzung von Diphenolen mit beispielsweise Diphenylcarbonat möglich. Für die Herstellung der Polycarbonate geeignete Diphenole sind beispielsweise Hydrochinon, Resorcin, Dihydroxydiphenyle, Bis- (hydroxyphenyl)-alkane, Bis-(hydroxyphenyl)-cycloalkane, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfide, Bis- (hydroxyphenyl)-ether, Bis-(hydroxyphenyl)-ketone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfone, Bis- (hydroxyphenyl)-sulfoxide, a-a'-Bis-(hydroxyphenyl)-diisopropylbenzole, Phtalimidine abgeleitet von Isatin- oder Phenolphthaleinderivaten sowie deren kernalkylierte, kernarylierte und kernhalogenierte Verbindungen. The preparation of aromatic polycarbonates is carried out, for example, by reacting diphenols with carbonyl halides, preferably phosgene, and / or with aromatic dicarboxylic acid dihalides, preferably benzenedicarboxylic acid dihalides, by the interfacial method, if appropriate using chain terminators and if appropriate using trifunctional or more than trifunctional branching agents. Likewise, a preparation via a melt polymerization by reaction of Diphenols possible with, for example, diphenyl carbonate. Examples of suitable diphenols for the preparation of the polycarbonates are hydroquinone, resorcinol, dihydroxydiphenyls, bis (hydroxyphenyl) alkanes, bis (hydroxyphenyl) cycloalkanes, bis (hydroxyphenyl) sulfides, bis (hydroxyphenyl) ether, bis ( hydroxyphenyl) ketones, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis (hydroxyphenyl) sulfoxides, α-α'-bis (hydroxyphenyl) diisopropylbenzenes, phthalimidines derived from isatin or phenolphthalein derivatives and their nuclear alkylated, nuclear-arylated and nuclear-halogenated compounds.
Vorzugsweise werden bei den Diphenolen auf der Basis von Phthalimiden, wie beispielsweise 2- Aralkyl-3,3'-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phthalimide oder 2-Aryl-3,3'-Bis-(4-hydroxyphenyl)- phthalimide wie 2-Phenyl-3,3'-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phthalimid, 2-Alkyl-3,3'-Bis-(4- hydroxyphenyl)-phthalimide, wie 2-Butyl-3,3'-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phthalimide, 2-Propyl-3,3'- Bis-(4-hydroxyphenyl)-phthalimide, 2-Ethyl-3,3'-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phthalimide oder 2- Methyl-3,3'-Bis-(4-hydroxyphenyl)-phthalimide sowie Diphenolen auf der Basis von am Stickstoff substituierten Isatinen wie 3,3-Bis(4-hydroxyphenyl)-l-phenyl-lH-indol-2-on oder 2,2-Bis(4- hydroxyphenyl)-l-phenyl-lH-indol-3-on eingesetzt. Preferably, in the diphenols based on phthalimides, such as 2-aralkyl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) -phthalimide or 2-aryl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) - phthalimides such as 2-phenyl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) phthalimide, 2-alkyl-3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) phthalimides such as 2-butyl-3,3'-bis - (4-hydroxyphenyl) -phthalimides, 2-propyl-3,3'-bis- (4-hydroxyphenyl) -phthalimides, 2-ethyl-3,3'-bis- (4-hydroxyphenyl) -phthalimides or 2-methyl -3,3'-bis (4-hydroxyphenyl) phthalimides and diphenols based on nitrogen-substituted isatines such as 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) -1-phenyl-1H-indol-2-one or 2 , 2-bis (4-hydroxyphenyl) -1-phenyl-1H-indol-3-one used.
Bevorzugte Diphenole sind 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol, 2,2-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Dimethyl-Bisphenol A, Bis-(3,5-dimefhyl-4- hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimefhyl-4- hydroxyphenyl)-sulfon, 2,4-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,l-Bis-(3,5- dimethyl-4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol und 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5- trimethylcyclohexan. Preferred diphenols are 4,4'-dihydroxydiphenyl, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A), 2,4-bis (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis- (4-hydroxyphenyl) -p-diisopropylbenzene, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -propane, dimethyl-bisphenol A, bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -methane, 2 , 2-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -sulfone, 2,4-bis- (3,5-dimethyl-4-) hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -p-diisopropylbenzene and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane.
Besonders bevorzugte Diphenole sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,2-Bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan, 1,1 -Bis-(4- hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan und Dimethyl-Bisphenol A. Particularly preferred diphenols are 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A), 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 1,1-bis (4 -hydroxyphenyl) cyclohexane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and dimethyl-bisphenol A.
Diese und weitere geeignete Diphenole sind z.B. in US-A 3 028 635, US-A 2 999 825, US-A 3 148 172, US-A 2 991 273, US-A 3 271 367, US-A 4 982 014 und US-A 2 999 846, in DE-A 1 570 703, DE-A 2063 050, DE-A 2 036 052, DE-A 2 211 956 und DE-A 3 832 396, in FR-A 1 561 518, in der Monographie H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964 sowie in JP-A 620391986, JP-A 620401986 und JP-A 1055501986 beschrieben. These and other suitable diphenols are e.g. in US-A 3,028,635, US-A 2,999,825, US-A 3,148,172, US-A 2,991,273, US-A 3,271,367, US-A 4,982,014 and US-A 2,999,846, in DE-A 1 570 703, DE-A 2063 050, DE-A 2 036 052, DE-A 2 211 956 and DE-A 3 832 396, in FR-A 1 561 518, in the monograph H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964 and JP-A 620391986, JP-A 620401986 and JP-A 1055501986.
Im Fall der Homopolycarbonate wird nur ein Diphenol eingesetzt, im Fall der Copolycarbonate werden mehrere Diphenole eingesetzt. Geeignete Kohlensäurederivate sind beispielsweise Phosgen oder Diphenylcarbonat. Geeignete Kettenabbrecher, die bei der Herstellung der Polycarbonate eingesetzt werden können, sind Monophenole. Geeignete Monophenole sind beispielsweise Phenol selbst, Alkylphenole wie Kresole, p-tert.-Butylphenol, Cumylphenol, sowie deren Mischungen. Bevorzugte Kettenabbrecher sind die Phenole, welche ein- oder mehrfach mit Cl- bis C30-In the case of homopolycarbonates, only one diphenol is used; in the case of copolycarbonates, several diphenols are used. Suitable carbonic acid derivatives are, for example, phosgene or diphenyl carbonate. Suitable chain terminators that can be used in the preparation of the polycarbonates are monophenols. Suitable monophenols are, for example, phenol itself, alkylphenols such as cresols, p-tert-butylphenol, cumylphenol, and mixtures thereof. Preferred chain terminators are the phenols which are mono- or polysubstituted with Cl- to C30-
Alkylresten, linear oder verzweigt, bevorzugt unsubstituiert, oder mit tert-Butyl substituiert sind. Besonders bevorzugte Kettenabbrecher sind Phenol, Cumylphenol undoder p-tert-Butylphenol. Die Menge an einzusetzendem Kettenabbrecher beträgt bevorzugt 0,1 bis 5 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen. Die Zugabe der Kettenabbrecher kann vor, während oder nach der Umsetzung mit einem Kohlensäurederivat erfolgen. Alkyl radicals, linear or branched, preferably unsubstituted, or substituted with tert-butyl. Particularly preferred chain terminators are phenol, cumylphenol andor p-tert-butylphenol. The amount of chain terminator to be used is preferably 0.1 to 5 mol%, based on moles of diphenols used in each case. The addition of the chain terminators can be carried out before, during or after the reaction with a carbonic acid derivative.
Geeignete Verzweiger sind die in der Polycarbonatchemie bekannten tri- oder mehr als trifunktionellen Verbindungen, insbesondere solche mit drei oder mehr als drei phenolischen OH- Gruppen. Suitable branching agents are the trifunctional or more than trifunctional compounds known in polycarbonate chemistry, especially those having three or more than three phenolic OH groups.
Geeignete Verzweiger sind beispielsweise l,3,5-Tri-(4-hydroxyphenyl)-benzol, l,l,l-Tri-(4- hydroxyphenyl)-ethan, Tri-(4-hydroxyphenyl)-phenylmethan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenylisopropyl)- phenol, 2,6-Bis-(2-hydroxy-5'-methyl-benzyl)-4-methylphenol, 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4- dihydroxyphenyl)-propan, Tetra-(4-hydroxyphenyl)-methan, Tetra-(4-(4-hydroxyphenylisopropyl)- phenoxy)-methan und l,4-Bis-((4',4-dihydroxytriphenyl)-methyl)-benzol und 3,3-Bis-(3-methyl-4- hydroxyphenyl) -2-oxo -2,3 -dihydroindol . Die Menge der gegebenenfalls einzusetzenden Verzweiger beträgt bevorzugt 0,05 Mol-% bis 3,00 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen. Die Verzweiger können entweder mit den Diphenolen und den Kettenabbrechern in der wässrig alkalischen Phase vorgelegt werden oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst vor der Phosgenierung zugegeben werden. Im Fall des Umesterungsverfahrens werden die Verzweiger zusammen mit den Diphenolen eingesetzt. Besonders bevorzugte Polycarbonate sind das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A, dasSuitable branching agents are, for example, 1,3,5-tri (4-hydroxyphenyl) benzene, 1,1,3-tri (4-hydroxyphenyl) ethane, tri- (4-hydroxyphenyl) -phenyl methane, 2,4- Bis (4-hydroxyphenylisopropyl) phenol, 2,6-bis (2-hydroxy-5'-methylbenzyl) -4-methylphenol, 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (2,4-dihydroxyphenyl) -propane, tetra- (4-hydroxyphenyl) -methane, tetra- (4- (4-hydroxyphenylisopropyl) -phenoxy) -methane and 1,4-bis - ((4,4-dihydroxytriphenyl) -methyl) -benzene and 3,3-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -2-oxo-2,3-dihydroindole. The amount of optionally used branching agent is preferably from 0.05 mol% to 3.00 mol%, based on moles of diphenols used in each case. The branching agents may either be initially charged with the diphenols and the chain terminators in the aqueous alkaline phase or may be added dissolved in an organic solvent prior to phosgenation. In the case of the transesterification process, the branching agents are used together with the diphenols. Particularly preferred polycarbonates are the homopolycarbonate based on bisphenol A, the
Homopolycarbonat auf Basis von l,3-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan und die Copolycarbonate auf Basis der beiden Monomere Bisphenol A und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)- 3,3,5-trimethylcyclohexan. Homopolycarbonate based on 1,3-bis- (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and the copolycarbonates based on the two monomers bisphenol A and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3, 5-trimethylcyclohexane.
Des Weiteren können auch Copolycarbonate Verwendung finden. Zur Herstellung dieser Copolycarbonate können 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 2,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 2,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an einzusetzenden Diphenolen, Polydiorganosiloxane mit Hydroxyaryloxy-Endgruppen eingesetzt werden. Diese sind bekannt (US 3 419 634, US-PS 3 189 662, EP 0 122 535, US 5 227 449) und nach literaturbekannten Verfahren herstellbar. Ebenfalls geeignet sind Polydiorganosiloxanhaltige Copolycarbonate; die Herstellung der Polydiorganosiloxanhaltiger Copolycarbonate ist beispielsweise in der DE-A 3 334 782 beschrieben. Furthermore, copolycarbonates can also be used. For the preparation of these copolycarbonates 1 wt .-% to 25 wt .-%, preferably 2.5 wt .-% to 25 wt .-%, particularly preferably 2.5 wt .-% to 10 wt .-%, based on the total amount of diphenols to be used, hydroxyaryloxy endblocked polydiorganosiloxanes can be used. These are known (US Pat. No. 3,419,634, US Pat. No. 3,189,662, EP 0 122 535, US Pat. No. 5,227,449) and US Pat produced by literature methods. Also suitable are polydiorganosiloxane-containing copolycarbonates; the preparation of the polydiorganosiloxane-containing copolycarbonates is described, for example, in DE-A 3 334 782.
Die Polycarbonate können alleine oder als Mischung von Polycarbonaten vorliegen. Es ist auch möglich das Polycarbonat oder die Mischung von Polycarbonaten gemeinsam mit einem oder mehreren von Polycarbonat verschiedenen Kunststoffen als Blendpartner einzusetzen. The polycarbonates may be present alone or as a mixture of polycarbonates. It is also possible to use the polycarbonate or the mixture of polycarbonates together with one or more plastics other than polycarbonate as a blend partner.
Als Blendpartner lassen sich Polyamide, Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat, Polylactid, Polyether, thermoplastisches Polyurethan, Polyacetal, Fluorpolymer, insbesondere Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfone, Polyolefin, insbesondere Polyethylen und Polypropylen, Polyimid, Polyacrylat, insbesondere Poly(methyl)methacrylat, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyetherketon, Polyaryletherketon, Styrolpolymerisate, insbesondere Polystyrol, Styrolcopolymere, insbesondere Styrolacrylnitrilcopolymer, Acrylnitrilbutadienstyrolblockcopolymere und Polyvinylchlorid einsetzen. Suitable blend components are polyamides, polyesters, in particular polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, polylactide, polyethers, thermoplastic polyurethane, polyacetal, fluoropolymer, in particular polyvinylidene fluoride, polyethersulfones, polyolefin, in particular polyethylene and polypropylene, polyimide, polyacrylate, in particular poly (methyl) methacrylate, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide , Polyether ketone, polyaryletherketone, styrene polymers, in particular polystyrene, styrene copolymers, in particular styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene block copolymers and polyvinyl chloride.
Erfindungsgemäß geeignete Polyamide sind ebenfalls bekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar. Polyamides which are suitable according to the invention are likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
Erfindungsgemäß geeignete Polyamide sind bekannte Homopolyamide, Copolyamide und Mischungen dieser Polyamide. Es können dies teilkristalline und/oder amorphe Polyamide sein. Als teilkristalline Polyamide sind Polyamid-6, Polyamid-6,6, Mischungen und entsprechende Copolymerisate aus diesen Komponenten geeignet. Weiterhin kommen teilkristalline Polyamide in Betracht, deren Säurekomponente ganz oder teilweise aus Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure und/oder Korksäure und/oder Sebacinsäure und/oder Azelainsäure und/oder Adipinsäure und/oder Cyclohexandicarbonsäure, deren Diaminkomponente ganz oder teilweise aus m- und/oder p- Xylylendiamin und/oder Hexamethylendiamin und/oder 2,2,4-Trimethylhexamethylendiamin und/oder 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin und/oder Isophorondiamin besteht und deren Zusammensetzung prinzipiell bekannt ist. Polyamides suitable according to the invention are known homopolyamides, copolyamides and mixtures of these polyamides. These may be partially crystalline and / or amorphous polyamides. Polycrystalline polyamides which are suitable are polyamide-6, polyamide-6,6, mixtures and corresponding copolymers of these components. Also suitable are partially crystalline polyamides, the acid component of which wholly or partly consists of terephthalic acid and / or isophthalic acid and / or suberic acid and / or sebacic acid and / or azelaic acid and / or adipic acid and / or cyclohexanedicarboxylic acid, whose diamine component is wholly or partly derived from m- and / or p-xylylenediamine and / or hexamethylenediamine and / or 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine and / or 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine and / or isophoronediamine and whose composition is known in principle.
Außerdem sind Polyamide zu nennen, die ganz oder teilweise aus Lactamen mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen im Ring, gegebenenfalls unter Mitverwendung einer oder mehrerer der oben genannten Ausgangskomponenten, hergestellt werden. Also to be mentioned are polyamides which are wholly or partly made of lactams having 7 to 12 carbon atoms in the ring, optionally with the concomitant use of one or more of the above-mentioned starting components.
Besonders bevorzugte teilkristalline Polyamide sind Polyamid-6 und Polyamid-6,6 und ihre Mischungen. Als amorphe Polyamide können bekannte Produkte eingesetzt werden. Sie werden erhalten durch Polykondensation von Diaminen wie Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Decamethylendiamin, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyl-hexamethylendiamin, m- und/oder p- Xylylendiamin, Bis-(4-aminocyclohexyl)-methan, Bis-(4-aminocyclohexyl)-propan, 3,3'- Dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexyl-mefhan, 3-Aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamin, 2,5- und/oder 2,6-Bis-(aminomethyl)-norbornan und/oder 1,4-Diaminomethylcyclohexan mit Dicarbonsäuren wie Oxalsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Decandicarbonsäure, Heptadecandicarbonsäure, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethyladipinsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure. Particularly preferred semi-crystalline polyamides are polyamide-6 and polyamide-6,6 and their mixtures. As amorphous polyamides known products can be used. They are obtained by polycondensation of diamines such as ethylenediamine, hexamethylenediamine, decamethylenediamine, 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethyl-hexamethylenediamine, m- and / or p-xylylenediamine, bis (4-aminocyclohexyl) - methane, bis (4-aminocyclohexyl) -propane, 3,3'- Dimethyl 4,4'-diamino-dicyclohexylmefhan, 3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamine, 2,5- and / or 2,6-bis- (aminomethyl) -norbornane and / or 1,4- Diaminomethylcyclohexane with dicarboxylic acids such as oxalic acid, adipic acid, azelaic acid, decanedicarboxylic acid, heptadecanedicarboxylic acid, 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethyladipic acid, isophthalic acid and terephthalic acid.
Auch Copolymere, die durch Polykondensation mehrerer Monomere erhalten wer-den, sind geeignet, ferner Copolymere, die unter Zusatz von Aminocarbonsäuren wie e-Aminocapronsäure, w-Aminoundecansäure oder w-Aminolaurinsäure oder ihren Lactamen, hergestellt werden. Copolymers obtained by polycondensation of several monomers are also suitable, and copolymers which are prepared with addition of aminocarboxylic acids such as e-aminocaproic acid, w-aminoundecanoic acid or w-aminolauric acid or their lactams.
Besonders geeignete amorphe Polyamide sind die Polyamide hergestellt aus Isoph-thalsäure, Hexamethylendiamin und weiteren Diaminen wie 4,4-Diaminodicyclo-hexylmethan, Isophorondiamin, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Trimethylhexa-methylendi-amin, 2,5- und/oder 2,6-Bis- (aminomethyl)-norbornen; oder aus Isophthalsäure, 4,4'-Diamino-dicyclohexylmefhan und ε- Caprolactam; oder aus Isophthalsäure, 3,3'-Di-methyl-4,4'-diamino-dicyclohexylmefhan und Laurinlactam; oder aus Terephthalsäure und dem Isomerengemisch aus 2,2,4- und/oder 2,4,4- Trimethylhexamethylendiamin. Particularly suitable amorphous polyamides are the polyamides prepared from isophthalic acid, hexamethylenediamine and further diamines such as 4,4-diaminodicyclohexylmethane, isophoronediamine, 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethylhexa-methylenediamine, 2 5 and / or 2,6-bis (aminomethyl) norbornene; or from isophthalic acid, 4,4'-diamino-dicyclohexylmefhan and ε-caprolactam; or isophthalic acid, 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-dicyclohexylmefan and laurolactam; or from terephthalic acid and the isomer mixture of 2,2,4- and / or 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine.
Anstelle des reinen 4,4'-Diaminodicyclohexylmefhans können auch Gemische der Stellungsisomeren Diamindicyclohexalmethane eingesetzt werden, die sich zusammensetzen aus Instead of the pure 4,4'-diaminodicyclohexylmefhans, it is also possible to use mixtures of the positional isomers diaminedicyclohexalmethanes, which are composed of
70 bis 99 mol-% des 4,4'-Diamino-Isomeren, 70 to 99 mol% of the 4,4'-diamino isomer,
1 bis 30 mol-% des 2,4'-Diamino-Isomeren und 0 bis 2 mol-% des 2,2'-Diamino-Isomeren, gegebenenfalls entsprechend höher kondensierten Diaminen, die durch Hydrierung von Diaminodiphenylmethan technischer Qualität erhalten werden. Die Isophthalsäure kann bis zu 30 % durch Terephthalsäure ersetzt sein. 1 to 30 mol% of the 2,4'-diamino isomer and 0 to 2 mol% of the 2,2'-diamino isomer, optionally corresponding to higher condensed diamines, which are obtained by hydrogenation of diaminodiphenylmethane technical grade. The isophthalic acid may be replaced by terephthalic acid up to 30%.
Die Polyamide weisen vorzugsweise eine relative Viskosität (gemessen an einer 1 gew.-%igen Lösung in m-Kresol bei 25°C) von 2,0 bis 5,0, besonders bevorzugt von 2,5 bis 4,0 auf. The polyamides preferably have a relative viscosity (measured on a 1 wt .-% solution in m-cresol at 25 ° C) of 2.0 to 5.0, more preferably from 2.5 to 4.0.
Erfindungsgemäß geeignete thermoplastische Polyurethane sind ebenfalls bekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar. Thermoplastic polyurethanes which are suitable according to the invention are likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
Eine Übersicht über die Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen von thermoplastischem Polyurethanen (TPU) ist z.B. im Kunststoff Handbuch [G. Becker, D. Braun], Band 7 „Polyurethane", München, Wien, Carl Hanser Verlag, 1983, gegeben. TPU werden zumeist aus linearen Polyolen (Makrodiolen), wie Polyester-, Polyether- oder Polycarbonatdiolen, organischen Diisocyanaten und kurzkettigen, zumeist difunktionellen Alkoholen (Kettenverlängerern) aufgebaut. Sie können kontinuierlich oder diskontinuierlich hergestellt werden. Die bekanntesten Herstellverfahren sind das Bandverfahren (GB-A 1 057 018) und das Extruderverfahren (DE-A 19 64 834). An overview of the production, properties and applications of thermoplastic polyurethanes (TPU) can be found in the Kunststoff Handbuch [G. Becker, D. Braun], volume 7 "Polyurethane", Munich, Vienna, Carl Hanser Verlag, 1983. TPUs are usually composed of linear polyols (macrodiols), such as polyester, polyether or polycarbonate diols, organic diisocyanates and short-chain, mostly difunctional alcohols (chain extenders). They can be produced continuously or discontinuously. The best known production methods are the belt process (GB-A 1 057 018) and the extruder process (DE-A 19 64 834).
Die eingesetzten thermoplastischen Polyurethane sind Reaktionsprodukte aus The thermoplastic polyurethanes used are reaction products of
I) organischen Diisocyanaten I) organic diisocyanates
Π) Polyolen Π) polyols
ΠΙ) Kettenverlängerern. Als Diisocyanate (I) können aromatische, aliphatische, araliphatische, heterocychsche und cycloaliphatische Diisocyanate oder Gemische dieser Diisocyanate verwendet werden (vgl. HOUBEN-WEYL "Methoden der organischen Chemie", Band E20 "Makromolekulare Stoffe", Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1987, S. 1587-1593 oder Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 75 bis 136). ΠΙ) chain extenders. As diisocyanates (I) it is possible to use aromatic, aliphatic, araliphatic, heterocyclic and cycloaliphatic diisocyanates or mixtures of these diisocyanates (compare HOUBEN-WEYL "Methods of Organic Chemistry", Volume E20 "Macromolecular Materials", Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York 1987, pp. 1587-1593 or Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pages 75 to 136).
Im Einzelnen seien beispielhaft genannt: aliphatische Diisocyanate, wie Hexamethylendi-isocyanat, cycloaliphatische Diisocyanate, wie Isophorondiisocyanat, 1,4-Cyclohexan-diisocyanat, 1-Methyl- 2,4-cyclohexan-diisocyanat und l-Methyl-2,6-cyclohexan-diisocyanat sowie die entsprechenden Isomerengemische, 4,4'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat, 2,4'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat und 2,2'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat sowie die entspre-chenden Isomerengemische, aromatische Diisocyanate, wie 2,4-Toluylendiisocyanat, Gemische aus 2,4-Toluylendiisocyanat und 2,6-Toluylendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethan-diisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, Gemische aus 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat, urethanmodifizierte flüssige 4,4'-Diphenylmethandiisocyanate und 2,4'-Diphenylmethandiiso-cyanate, 4,4'-Diisocyanatodiphenyl-ethan-(l,2) und 1,5- Naphthylendiisocyanat. Vorzugsweise verwendet werden 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dicyclohexyl-methandiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat-Specific examples are: aliphatic diisocyanates, such as hexamethylene diisocyanate, cycloaliphatic diisocyanates, such as isophorone diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1-methyl-2,4-cyclohexane diisocyanate and 1-methyl-2,6-cyclohexane diisocyanate and the corresponding isomer mixtures, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 2,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and 2,2'-dicyclohexylmethane diisocyanate and the corresponding isomer mixtures, aromatic diisocyanates such as 2,4-tolylene diisocyanate, mixtures from 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate and 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, mixtures of 2,4'-diphenylmethane diisocyanate and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. Diphenylmethane diisocyanate, urethane-modified liquid 4,4'-diphenylmethane diisocyanates and 2,4'-Diphenylmethandiiso-cyanates, 4,4'-diisocyanatodiphenyl-ethane (l, 2) and 1,5-naphthylene diisocyanate. Preferably used are 1,6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexyl methane diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate
Isomerengemische mit einem 4,4'-Diphenyl-methandiisocyanatgehalt von >96 Gew.-% und insbesondere 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 1,5-Naphthylendiisocyanat. Die genannten Diisocyanate können einzeln oder in Form von Mischungen untereinander zur Anwendung kommen. Sie können auch zusammen mit bis zu 15 Gew.-% (berechnet auf die Gesamtmenge an Diisocyanat) eines Polyisocyanates verwendet werden, beispielsweise Triphenylmethan-4,4',4"- triisocyanat oder Polyphenyl-poly-methylen-polyisocyanaten. Zerewitinoff-aktive Polyole (II) sind solche mit im Mittel mindestens 1,8 bis höchstens 3,0 zerewitinoff- aktiven Wasserstoffatomen und einem zahlenmittleren Molekulargewicht M n von 500 bis 10000 g/mol, vorzugsweise 500 bis 6000 g/mol. Isomer mixtures with a 4,4'-diphenyl-methane diisocyanate content of> 96 wt .-% and in particular 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and 1,5-naphthylene diisocyanate. The diisocyanates mentioned can be used individually or in the form of mixtures with one another. They may also be used together with up to 15% by weight (calculated on the total amount of diisocyanate) of a polyisocyanate, for example triphenylmethane-4,4 ', 4 "-triisocyanate or polyphenyl-poly-methylene-polyisocyanates. Zerewitinoff-active polyols (II) are those having an average of at least 1.8 to at most 3.0 Zerewitinoff active hydrogen atoms and a number average molecular weight M n of 500 to 10,000 g / mol, preferably 500 to 6000 g / mol.
Eingeschlossen sind neben Aminogruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen aufweisenden Verbindungen insbesondere zwei bis drei, bevorzugt zwei Hydroxylgruppen aufweisendeIncluded are in addition to amino groups, thiol groups or carboxyl-containing compounds in particular two to three, preferably having two hydroxyl groups
Verbindungen, speziell solche mit zahlenmittleren Molekulargewichten M n von 500 bis 10000 g/mol, besonders bevorzugt solche mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht M n von 500 bis 6000 g/mol; z.B. Hydroxylgruppen aufweisende Polyester, Polyether, Polycarbonate und Polyesteramide oder Gemische aus diesen. Geeignete Polyether-Diole können dadurch hergestellt werden, dass man ein oder mehrere Alkylenoxide mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest mit einem Startermolekül, das zwei aktive Wasserstoffatome gebunden enthält, umsetzt. Als Alkylenoxide seien z.B. genannt: Ethylenoxid, 1,2-Propylenoxid, Epichlorhydrin und 1,2-Butylenoxid und 2,3-Butylenoxid. Vorzugsweise Anwendung finden Ethylenoxid, Propylenoxid und Mischungen aus 1,2- Propylenoxid und Ethylenoxid. Die Alkylenoxide können einzeln, alternierend nacheinander oder als Mischungen verwendet werden. Als Startermoleküle kommen beispielsweise in Betracht: Wasser, Aminoalkohole, wie N-Alkyl-diethanolamine, beispielsweise N-Methyl-diethanolamin und Diole wie Ethylenglykol, 1,3-Propylenglykol, 1,4-Butandiol und 1,6-Hexandiol. Gegebenenfalls können auch Mischungen von Startermolekülen eingesetzt werden. Geeignete Polyetherole sind ferner die hydroxylgruppenhaltigen Poly-merisationsprodukte des Tetrahydrofurans. Es können auch trifunktionelle Polyether in Anteilen von 0 bis 30 Gew.-% bezogen auf die bifunktionellen Polyether eingesetzt werden, jedoch höchstens in solcher Menge, dass ein noch thermoplastisch verarbeitbares Produkt entsteht. Die im Wesentlichen linearen Polyether-Diole besitzen vorzugsweise zahlenmittlere Molekulargewichte M n von 500 bis 10000 g/mol, besonders bevorzugt 500 bis 6000 g/mol. Sie können sowohl einzeln als auch in Form vonCompounds, especially those with number average molecular weights M n of 500 to 10,000 g / mol, more preferably those having a number average molecular weight M n of 500 to 6000 g / mol; For example, hydroxyl-containing polyesters, polyethers, polycarbonates and polyesteramides or mixtures of these. Suitable polyether diols can be prepared by reacting one or more alkylene oxides having 2 to 4 carbon atoms in the alkylene radical with a starter molecule containing two active hydrogen atoms bonded. Examples of alkylene oxides which may be mentioned are: ethylene oxide, 1,2-propylene oxide, epichlorohydrin and 1,2-butylene oxide and 2,3-butylene oxide. Preferably used are ethylene oxide, propylene oxide and mixtures of 1,2-propylene oxide and ethylene oxide. The alkylene oxides can be used individually, alternately in succession or as mixtures. Examples of suitable starter molecules are: water, amino alcohols, such as N-alkyldiethanolamine, for example N-methyldiethanolamine and diols, such as ethylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butanediol and 1,6-hexanediol. Optionally, mixtures of starter molecules can be used. Suitable polyetherols are also the hydroxyl-containing poly merisationsprodukte of tetrahydrofuran. It is also possible to use trifunctional polyethers in proportions of from 0 to 30% by weight, based on the bifunctional polyethers, but at most in such an amount that a still thermoplastically processable product is formed. The substantially linear polyether diols preferably have number average molecular weights M n of 500 to 10,000 g / mol, more preferably 500 to 6000 g / mol. They can be both individually and in the form of
Mischungen untereinander zur Anwendung kommen. Mixtures with each other are used.
Geeignete Polyester- Diole können beispielsweise aus Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, und mehrwertigen Alkoholen hergestellt werden. Als Dicarbonsäuren kommen beispielsweise in Betracht: aliphatische Dicarbonsäuren wie Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure und Sebacinsäure, oder aromatische Dicarbonsäuren, wie Phthalsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure. Die Dicarbonsäuren können einzeln oder als Gemische, z.B. in Form einer Bernstein-, Glutar- und Adipinsäuremischung, verwendet werden. Zur Herstellung der Polyester- Diole kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, anstelle der Dicarbonsäuren die entsprechenden Dicarbonsäurederivate, wie Carbonsäurediester mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkoholrest, Carbonsäureanhydride oder Carbonsäurechloride zu verwenden. Beispiele für mehrwertige Alkohole sind Glykole mit 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, z.B. Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6 Hexandiol, 1,10-Decandiol, 2,2-Dimefhyl-l,3- propandiol, 1,3-Propandiol oder Di-propylenglykol. Je nach den gewünschten Eigenschaften können die mehrwertigen Alkohole allein oder in Mischung untereinander verwendet werden. Geeignet sind ferner Ester der Koh-lensäure mit den genannten Diolen, insbesondere solchen mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie 1,4-Butandiol oder 1,6-Hexandiol, Kondensationsprodukte von co- Hydroxycarbonsäuren wie co-Hydroxycapronsäure oder Polymerisationsprodukte von Lactonen, z.B. gegebenenfalls substituierten co-Caprolactonen. Als Polyester-Diole vorzugsweise verwendet werden Ethandiol-polyadipate, 1,4-Butandiolpolyadipate, Ethandiol-l,4-butandiolpolyadipate, 1,6- Hexandiol-neopentylglykolpolyadipate, 1 ,6-Hexandiol- 1 ,4-butandiolpolyadipate undSuitable polyester diols can be prepared, for example, from dicarboxylic acids having 2 to 12 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, and polyhydric alcohols. Suitable dicarboxylic acids are, for example: aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, azelaic acid and sebacic acid, or aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid and terephthalic acid. The dicarboxylic acids can be used individually or as mixtures, for example in the form of an amber, glutaric and adipic acid mixture. For the preparation of the polyester diols, it may optionally be advantageous, instead of the dicarboxylic acids, to use the corresponding dicarboxylic acid derivatives, such as carbonic acid diesters having 1 to 4 carbon atoms in the alcohol radical, Carboxylic anhydrides or carboxylic acid chlorides to use. Examples of polyhydric alcohols are glycols having 2 to 10, preferably 2 to 6 carbon atoms, for example ethylene glycol, diethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,10-decanediol, 2,2-dimethyl -l, 3-propanediol, 1,3-propanediol or di-propylene glycol. Depending on the desired properties, the polyhydric alcohols may be used alone or mixed with each other. Also suitable are esters of carbonic acid with the diols mentioned, in particular those having 4 to 6 carbon atoms, such as 1,4-butanediol or 1,6-hexanediol, condensation products of co-hydroxycarboxylic acids such as co-hydroxycaproic acid or polymerization of lactones, for example, if appropriate substituted co-caprolactones. Ethanediol polyadipates, 1,4-butanediol polyadipates, ethanediol-1,4-butanediol polyadipates, 1,6-hexanediol neopentylglycol polyadipates, 1,6-hexanediol-1,4-butanediol polyadipates and .alpha. Are preferably used as polyester diols
Polycaprolactone. Die Polyester-Diole besitzen zahlenmittleren Molekulargewichte M n von 500 bis 10000 g/mol, besonders bevorzugt 600 bis 6000 g/mol und können einzeln oder in Form von Mischungen untereinander zur Anwendung kommen. Zerewitinoff-aktive Polyole (III) sind sogenannte Ketten Verlängerungsmittel und besitzen im Mittel 1,8 bis 3,0 zerewitinoff-aktive Wasserstoffatome und haben ein zahlenmittleres Molekulargewicht M n von 60 bis 500 g/mol. Hierunter versteht man neben Aminogruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen aufweisenden Verbindungen solche mit zwei bis drei, bevorzugt zwei Hydroxylgruppen. Als Kettenverlängerungsmittel werden Diole oder Diamine mit einem Molekulargewicht von 60 bis 495 g/mol eingesetzt, vorzugsweise aliphatische Diole mit 2 bis 14 Kohlenstoffatomen eingesetzt, wie z.B. Ethandiol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,3-Butandiol, 1,5- Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Diethylenglykol und Dipropylenglykol. Geeignet sind jedoch auch Diester der Terephthalsäure mit Glykolen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, z.B. Terephthalsäure-bis- ethylenglykol oder Terephthalsäure-bis-l,4-butandiol, Hydroxy-alkylenether des Hydrochinons, z.B. l,4-Di(ß-hydroxyethyl)-hydrochinon, ethoxylierte Bisphenole, z.B. 1,4-Di(ß -hydroxyethyl)- bisphenol A, (cyclo) aliphatische Diamine, wie Iso-phorondiamin, Ethylendiamin, 1,2- Propylendiamin, 1,3-Propylendiamin, N Methyl -propylen-1, 3 -diamin, Ν,Ν'- Dimethylethylendiamin und aromatische Diamine, wie 2,4-Toluylendiamin, 2,6-Toluylendiamin, 3,5-Diethyl-2,4 toluylendiamin oder 3,5 Diethyl-2,6-toluylendiamin oder primäre mono-, di-, trioder tetraalkylsubstituierte 4,4'-Diaminodiphenylmethane. Besonders bevorzugt werden als Kettenverlängerer Ethandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, l,4-Di(ß-hydroxyethyl)-hydrochinon oder 1,4 Di(ß -hydroxyethyl)-bisphenol A verwendet. Es können auch Gemische der oben genannten Kettenverlängerer eingesetzt werden. Daneben können auch kleinere Mengen an Triolen zugesetzt werden. Gegenüber Isocyanaten monofunktionelle Verbindungen können in Anteilen bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf thermoplastisches Polyurethan, als sogenannte Kettenabbrecher oder Entformungshilfen eingesetzt werden. Geeignet sind z.B. Monoamine wie Butyl- und Di- butylamin, Octylamin, Stearylamin, N-Methylstearylamin, Pyrrolidin, Piperidin oder Cyclohexylamin, Monoalkohole wie Butanol, 2-Ethylhexanol, Octanol, Dodecanol, Stearylalkohol, die verschiedenen Amylalkohole, Cyclohexanol und Ethylen-glykolmonomethylether. Polycaprolactones. The polyester diols have number-average molecular weights M n of 500 to 10,000 g / mol, more preferably 600 to 6000 g / mol and can be used individually or in the form of mixtures with one another. Zerewitinoff-active polyols (III) are so-called chain extenders and have an average of 1.8 to 3.0 Zerewitinoff-active hydrogen atoms and have a number average molecular weight M n of 60 to 500 g / mol. By these is meant, in addition to amino groups, thiol groups or carboxyl-containing compounds, those having two to three, preferably two hydroxyl groups. The chain extenders used are diols or diamines having a molecular weight of 60 to 495 g / mol, preferably aliphatic diols having 2 to 14 carbon atoms, for example ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, diethylene glycol and dipropylene glycol. Also suitable, however, are diesters of terephthalic acid with glycols having 2 to 4 carbon atoms, for example terephthalic acid-bis-ethylene glycol or terephthalic acid bis-1,4-butanediol, hydroxy-alkylene ethers of hydroquinone, eg 1,4-di (β-hydroxyethyl) - hydroquinone, ethoxylated bisphenols, eg 1,4-di (β-hydroxyethyl) bisphenol A, (cyclo) aliphatic diamines, such as isophoronediamine, ethylenediamine, 1,2-propylenediamine, 1,3-propylenediamine, N-methylpropylene 1, 3 -diamine, Ν, Ν'-dimethylethylenediamine and aromatic diamines, such as 2,4-toluenediamine, 2,6-toluenediamine, 3,5-diethyl-2,4-toluylenediamine or 3,5-diethyl-2,6-toluylenediamine or primary mono-, di-, tri- or tetraalkyl-substituted 4,4'-diaminodiphenylmethanes. Ethanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,4-di (β-hydroxyethyl) hydroquinone or 1,4-di (β-hydroxyethyl) bisphenol A are particularly preferably used as chain extenders. It is also possible to use mixtures of the abovementioned chain extenders. In addition, smaller amounts of triols can be added. Compounds which are monofunctional with respect to isocyanates can be used in proportions of up to 2% by weight, based on thermoplastic polyurethane, as so-called chain terminators or mold release aids. Suitable examples are monoamines such as butyl and di-butylamine, octylamine, stearylamine, N-methylstearylamine, pyrrolidine, piperidine or cyclohexylamine, monoalcohols such as butanol, 2-ethylhexanol, octanol, dodecanol, stearyl alcohol, the various amyl alcohols, cyclohexanol and ethylene glycol monomethyl ether.
Die relativen Mengen der Verbindungen (II) und (ΠΙ) werden bevorzugt so gewählt, dass das Verhältnis der Summe der Isocyanatgruppen in (I) zu der Summe der zerewitinoffaktiven Wasserstoffatome in (II) und (III) 0,85: 1 bis 1,2: 1 beträgt, bevorzugt 0,95: 1 bis 1,1: 1. Die erfindungsgemäß eingesetzten, thermoplastischen Polyurethanelastomere (TPU) können als Hilfs- und Zusatzstoffe bis zu maximal 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an TPU, der üblichen Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten. Typische Hilfs- und Zusatzstoffe sind Katalysatoren, Pigmente, Farbstoffe, Flammschutzmittel, Stabilisatoren gegen Alterungs- und Witterungseinflüsse, Weichmacher, Gleit- und Entformungsmittel, fungistatisch und bakteriostatisch wirkende Substanzen sowie Füllstoffe und deren Mischungen. The relative amounts of the compounds (II) and (ΠΙ) are preferably chosen such that the ratio of the sum of the isocyanate groups in (I) to the sum of the Zerewitinoff-active hydrogen atoms in (II) and (III) is 0.85: 1 to 1, 2: 1, preferably 0.95: 1 to 1.1: 1. The thermoplastic polyurethane elastomers (TPU) used according to the invention can as adjuvants and additives up to a maximum of 20 wt .-%, based on the total amount of TPU, the customary auxiliaries and additives. Typical auxiliaries and additives are catalysts, pigments, dyes, flame retardants, stabilizers against aging and weathering, plasticizers, lubricants and mold release agents, fungistatic and bacteriostatic substances and fillers and mixtures thereof.
Geeignete Katalysatoren sind die nach dem Stand der Technik bekannten und üblichen tertiären Amine, wie z.B. Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N-Methylmorpholin, Ν,Ν'- Dimethylpiperazin, 2-(Dimethylamino-ethoxy)ethanol, Diazabicyclo[2,2,2]octan und ähnliche sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen oder Zinnverbindungen wie Zinndiacetat, Zinndioctoat, Zinndilaurat oder die Zinndialkyl-salze aliphatischer Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat oder Dibutylzinndilaurat oder ähnliche. Bevorzugte Katalysatoren sind organische Metallverbindungen, insbesondere Titansäureester, Eisen- und Zinnverbindungen. Die Gesamtmenge an Katalysatoren in den TPU beträgt in der Regel etwa 0 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an TPU. Beispiele für weitere Zusatzstoffe sind Gleitmittel, wie Fettsäureester, deren Metallseifen,Suitable catalysts are the tertiary amines known and customary in the art, e.g. Triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, Ν, Ν'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) ethanol, diazabicyclo [2,2,2] octane and the like, and in particular organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds or tin compounds such as tin diacetate, tin dioctoate, Tin dilaurate or the tin dialkyl salts of aliphatic carboxylic acids such as dibutyltin diacetate or dibutyltin dilaurate or the like. Preferred catalysts are organic metal compounds, in particular titanic acid esters, iron and tin compounds. The total amount of catalysts in the TPU is generally about 0 to 5 wt .-%, preferably 0 to 2 wt .-%, based on the total amount of TPU. Examples of other additives are lubricants, such as fatty acid esters, their metal soaps,
Fettsäureamide, Fettsäureesteramide und Siliconverbindungen, Antiblockmittel, Inhibitoren, Stabilisatoren gegen Hydrolyse, Licht, Hitze und Verfärbung, Flammschutzmittel, Farbstoffe, Pigmente, anorganische und/oder organische Füllstoffe und Verstärkungsmittel. Verstärkungsmittel sind insbesondere faserartige Verstärkungsstoffe wie z.B. anorganische Fasern, die nach dem Stand der Technik hergestellt werden und auch mit einer Schlichte beaufschlagt sein können. Nähere Angaben über die genannten Hilfs- und Zusatzstoffe sind der Fachliteratur, beispielsweise der Monographie von J.H. Saunders und K.C. Frisch "High Polymers", Band XVI, Polyurethane, Teil 1 und 2, Verlag Interscience Publishers 1962 bzw. 1964, dem Taschenbuch für Kunststoff-Additive von R. Gächter u. H. Müller (Hanser Verlag München 1990) oder der DE-A 29 01 774 zu entnehmen. Weitere Zusätze, die in das TPU eingearbeitet werden können, sind Thermoplaste, beispielsweise Polycarbonate und Acrylnitril/Butadien/Styrol-Terpolymere, insbesondere ABS. Auch andere Elastomere wie Kautschuk, Ethylen/Vinylacetatcopolymere, Styrol/Butadiencopolymere sowie andere TPU können verwendet werden. Weiterhin zur Einarbeitung geeignet sind handelsübliche Weichmacher wie Phosphate, Phthalate, Adipate, Sebacate und Alkylsulfonsäureester. Fatty acid amides, fatty acid ester amides and silicone compounds, anti-blocking agents, inhibitors, hydrolysis stabilizers, light, heat and discoloration, flame retardants, dyes, pigments, inorganic and / or organic fillers and reinforcing agents. Reinforcing agents are, in particular, fibrous reinforcing materials, for example inorganic fibers, which are produced according to the prior art and can also be treated with a sizing agent. Further details of the abovementioned auxiliaries and additives are the specialist literature, for example, the monograph by JH Saunders and KC Fresh "High Polymers", Volume XVI, polyurethanes, Part 1 and 2, published by Interscience Publishers 1962 and 1964, the paperback for plastic Additives by R. Gächter u. H. Müller (Hanser Verlag Munich 1990) or DE-A 29 01 774. Other additives which can be incorporated into the TPU are thermoplastics, for example polycarbonates and acrylonitrile / butadiene / styrene terpolymers, in particular ABS. Other elastomers such as rubber, ethylene / vinyl acetate copolymers, styrene / butadiene copolymers and other TPU's can also be used. Also suitable for incorporation are commercially available plasticizers such as phosphates, phthalates, adipates, sebacates and alkylsulfonic acid esters.
Erfindungsgemäß geeignetes Polyethylen ist ebenfalls bekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar. Bei dem Polyethylen kann es sich sowohl um PE-HD (HDPE), PE-LD (LDPE), PE-LLD (LLDPE), PE-HMW, als auch um PE-UHMW handeln. Auch das erfindungsgemäß geeignete Polypropylen, Polyphenylensulfon, Polyetherimid, und Polyetherketon ist ebenfalls bekannt oder nach literaturbekannten Verfahren herstellbar. Polyethylene which is suitable according to the invention is likewise known or can be prepared by processes known from the literature. The polyethylene may be PE-HD (HDPE), PE-LD (LDPE), PE-LLD (LLDPE), PE-HMW, as well as PE-UHMW. The polypropylene, polyphenylene sulfone, polyetherimide and polyether ketone which are suitable according to the invention are likewise known or can be prepared by processes known from the literature.
Allgemein kann es sinnvoll sein, dem Thermoplasten, der für die Matrix verwendet wird, Thermostabilisatoren und Fließverbesserer zuzusetzen. In general, it may be useful to add thermal stabilizers and flow improvers to the thermoplastic used for the matrix.
Als Fasern werden erfindungsgemäß insbesondere Naturfasern oder künstlich hergestellte Fasern oder eine Mischung aus beiden eingesetzt. Dabei sind die Naturfasern vorzugsweise faserförmigeThe fibers used according to the invention are in particular natural fibers or artificially produced fibers or a mixture of the two. The natural fibers are preferably fibrous
Minerale oder pflanzliche Fasern und die künstlich hergestellten Fasern vorzugsweise anorganische Synthesefasern oder organische Synthesefasern. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Glas-, Carbon-, oder Polymerfasern, wiederum bevorzugt Glas- oder Carbonfasern. Minerals or vegetable fibers and the man-made fibers preferably inorganic synthetic fibers or organic synthetic fibers. Preferred according to the invention are glass, carbon or polymer fibers, again preferably glass fibers or carbon fibers.
Ganz besonders bevorzugt sind Glasfasern, insbesondere mit einem E-Modul von größer 50 GPa, bevorzugt größer 70 GPa, oder Carbonfasern, insbesondere mit einem E-Modul von größer 200 GPa, bevorzugt größer 230 GPa, einzusetzen. Insbesondere sind Carbonfasern mit diesen Eigenschaften bevorzugt. Solche Carbonfasern sind beispielsweise unter der Bezeichnung Pyrofil von der Firma Mitsubishi Rayon CO., LtD. im Handel erhältlich. Very particular preference is given to using glass fibers, in particular having an E-modulus of greater than 50 GPa, preferably greater than 70 GPa, or carbon fibers, in particular having an E-modulus of greater than 200 GPa, preferably greater than 230 GPa. In particular, carbon fibers having these properties are preferable. Such carbon fibers are known, for example, under the name Pyrofil from Mitsubishi Rayon CO., LtD. available in the stores.
Der Faservolumengehalt im benetzten Faserband beträgt von 30 bis 70 %, bevorzugt von 35 bis 60 % besonders bevorzugt von 40 bis 50 Vol.-% The fiber volume content in the wetted sliver is from 30 to 70%, preferably from 35 to 60%, particularly preferably from 40 to 50% by volume.
Das erfindungsgemäß benetzte Faserband zeichnet sich dadurch aus, dass es zum einen in einem betrachteten Längenabschnitt mindestens äußerlich von Thermoplast umgeben ist, zum anderen die Abweichung vom gewünschten Faservolumengehalt pro Breitenabschnitt maximal 5 %, bevorzugt maximal 2 % beträgt. Dabei beträgt Menge des Überschusses an Thermoplasts, die nötig ist, um eine solche Benetzung herbeizuführen, maximal 5 %, bevorzugt maximal 3 %, besonders bevorzugt maximal 1 % der Menge an Thermoplast, die insgesamt für die Benetzung eines nicht-benetzten Faserbands verbraucht wird, also der Menge, die im imprägnierten Faserband haftet, vermehrt um die Menge des Überschusses. Dadurch ist es nicht nötig, das aus dem benetzten Faserband hergestellte imprägnierte Faserband zur Erreichung des gewünschten Grads an Imprägnierung zu beschneiden. The sliver wetted according to the invention is distinguished by the fact that it is at least externally surrounded by thermoplastic in a considered length section, on the other hand the deviation from the desired fiber volume content per width section is at most 5%, preferably at most 2%. In this case, the amount of the excess of thermoplastics which is necessary to bring about such wetting is at most 5%, preferably at most 3%, particularly preferably at most 1%, of the amount of thermoplastic, which in total for the wetting of a non-wetted fiber band is consumed, ie the amount that adheres in the impregnated sliver, increased by the amount of excess. Thus, it is not necessary to trim the impregnated sliver made from the wetted sliver to achieve the desired degree of impregnation.
Als Material für die Benetzungsdüse sind insbesondere vergütete Werkzeugstähle geeignet, die sich gut spanend bearbeiten lassen, beispielsweise die Stähle 1.2311 oder 1.2312. As a material for the wetting nozzle in particular tempered tool steels are suitable, which can be machined well, for example, the steels 1.2311 or 1.2312.
Das erfindungsgemäße Verfahren entspricht dem in der WO 2012 123 302 AI beschriebenen Verfahren, insbesondere dem von Seite 1, Zeile 26, bis Seite 2, Zeile 22, beschriebenen Verfahren, wobei beim erfindungsgemäßen Verfahren die erfindungsgemäße Benetzungsdüse verwendet wird. The process according to the invention corresponds to the process described in WO 2012 123 302 A1, in particular the process described on page 1, line 26, to page 2, line 22, the wetting nozzle according to the invention being used in the process according to the invention.
Aus dem benetzten Faserband kann das imprägnierte Faserband beispielsweise durch Druckbeaufschlagung erhalten werden, wiederum beispielsweise durch Umlenkung des Faserbands auf einer Rolle. Vorzugsweise kann das imprägnierte Faserband durch Druck-Scher- Vibrationsbeauf schlagung gemäß dem in der WO 2012 123 302 AI beschriebenen Verfahren, insbesondere in dem von Seite 11, Zeile 23, bis Seite 21, Zeile 2, und den zugehörigen Figuren beschriebenen Verfahren, erhalten werden. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein imprägniertes Faserband, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. From the wetted sliver, the impregnated fiber sliver can be obtained for example by pressurization, in turn, for example, by deflecting the sliver on a roll. The impregnated fiber sliver can preferably be obtained by pressure-shear vibration treatment in accordance with the method described in WO 2012 123 302 A1, in particular in the method described on page 11, line 23, to page 21, line 2, and the associated figures , Another object of the present invention is also an impregnated sliver that can be produced with the device according to the invention or the method according to the invention.
Ein typisches imprägniertes Faserband hat in der Regel in Laufrichtung eine Länge von 100 bis zu 3000 m, eine Breite von 60 bis 2100 mm, bevorzugt von 500 bis 1000 mm, besonders bevorzugt von 600 bis 800 mm, und eine Dicke von 100 bis 350 μιη, bevorzugt von 120 bis 200 μιη. Jedoch kann auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein anders dimensioniertes imprägniertes Faserband verarbeitet werden. A typical impregnated sliver generally has a length of 100 to 3000 m, a width of 60 to 2100 mm, preferably of 500 to 1000 mm, particularly preferably of 600 to 800 mm, and a thickness of 100 to 350 μιη in the running direction , preferably from 120 to 200 μιη. However, a differently dimensioned impregnated fiber band can also be processed on the device according to the invention.
Das erfindungsgemäße imprägnierte Faserband zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens 90 %, besonders vorzugsweise wenigstens 95 % der Oberfläche aller Fasern eines imprägnierten Faserbands mit dem jeweils eingesetzten Thermoplasten imprägniert sind. Weiter vorzugsweise soll dabei der Grad der Imprägnierung in jedem Breitenabschnitt des imprägnierten Faserbands maximal um 10 %, bevorzugt maximal um 5 %, besonders bevorzugt maximal um 2 % vom durchschnittlichen Grad der Imprägnierung des imprägnierten Faserbands abweichen. The impregnated fiber sliver according to the invention is characterized in that at least 90%, particularly preferably at least 95%, of the surface area of all the fibers of an impregnated sliver is impregnated with the thermoplastic used in each case. Further preferably, the degree of impregnation in each width section of the impregnated fiber sliver should differ by a maximum of 10%, preferably not more than 5%, particularly preferably not more than 2%, from the average degree of impregnation of the impregnated fiber sliver.
Ein solches erfindungsgemäßes imprägniertes Faserband ist besonders gut dazu geeignet, einen Mehrschichtverbundwerkstoff bereit zu stellen, der eine ästhetisch ansprechende Oberfläche mit geringer Welligkeit mit gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften aufweist. So ein aus imprägnierten Faserbändern mit Polycarbonat als Matrixmaterial aufgebauter Mehrschichtverbundwerkstoff weist eine metallähnliche Haptik, Optik und Akustik auf. Mit diesen Eigenschaften ist ein solcher Mehrschichtverbundwerkstoff auch als Gehäusematerial für Gehäuse für elektronische Geräte, insbesondere portable elektronische Geräte wie Laptops oder Smartphones, für die Außenbeplankung sowie für Interieurblenden von Automobilen geeignet, da ein solcher Mehrschichtverbundwerkstoff sowohl mechanische Last aufnehmen kann als auch ein hervorragendes äußeres Erscheinungsbild bietet. Such an impregnated fiber sliver according to the invention is particularly suitable for providing a multi-layer composite material which has an aesthetically pleasing surface with low waviness and at the same time good mechanical properties. Such a multi-layer composite material composed of impregnated fiber ribbons with polycarbonate as the matrix material has a metal-like feel, appearance and acoustics. With these properties, such a multilayer composite material is also suitable as a housing material for housings for electronic devices, in particular portable electronic devices such as laptops or smartphones, for the outer planking as well as for interior trim of automobiles, since such a multilayer composite material can absorb both mechanical load and an outstanding external appearance offers.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein aus dem erfindungsgemäßen imprägnierten Faserband hergestellter Mehrschichtverbundwerkstoff. A further subject of the invention is therefore also a multilayer composite material produced from the impregnated fiber band according to the invention.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form einen Ausschnitt der erfindungsgemäße Imprägnier düse mit einer halbkreisförmigen Benetzungstasche, ohne dass die Erfindung auf die dargestellte Ausführungsform eingeschränkt werden soll. Fig. 1 shows in simplified form a section of the impregnating nozzle according to the invention with a semicircular wetting pocket, without the invention being limited to the illustrated embodiment.
Fig. 2 zeigt in vereinfachter Form einen Ausschnitt der erfindungsgemäße Imprägnier düse mit einer Benetzungstasche in Form eines 120°-Teilkreises mit angesetztem, in Vorschubrichtung spitz auslaufenden Dreieck, ohne dass die Erfindung auf die dargestellte Ausführungsform eingeschränkt werden soll. Fig. 2 shows in simplified form a section of the impregnating nozzle according to the invention with a wetting pocket in the form of a 120 ° sub-circle with attached, pointed in the feed direction expiring triangle, without the invention being limited to the illustrated embodiment.
Dabei sind: Here are:
1 Benetzungstasche 1 wetting bag
2 Öffnung des Benetzungsschlitzes 2 Opening of the wetting slot
3 Weite w der Öffnung des Benetzungsschlitzes 3 Width w of the opening of the wetting slot
4 Vorschubrichtung 4 feed direction
5 Winkel A 5 angle A
6 gedachte Linie zur Darstellung eines Schenkels eines in Vorschubrichtung spitz auslaufenden Dreiecks 6 imaginary line to represent a leg of a leaking in the feed direction triangle
7 gedachte Linie zur Darstellung der Basis eines in Vorschubrichtung spitz auslaufenden7 imaginary line for representing the base of an expiring in the feed direction expiring
Dreiecks 8 Radius R Triangle 8 radius R

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Benetzungsdüse mit Benetzungsschlitz (2) zur Herstellung eines mit Thermoplast benetzten Faserbands, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungsdüse zwei Benetzungstaschen (1) aufweist, wobei die Benetzungsdüse an beiden in horizontaler Richtung seitlichen Enden der Öffnung des Benetzungsschlitzes (2) jeweils eine Benetzungstasche (1) aufweist. A wetting nozzle with a wetting slot (2) for producing a thermoplastic-wetted fiber tape, characterized in that the wetting nozzle has two wetting pockets (1), wherein the wetting nozzle has a wetting pocket (2) at both horizontally lateral ends of the opening of the wetting slot (2). 1).
2. Benetzungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungstaschen (1) in der Draufsicht halbkreisförmig, halbovalförmig, oder in Form eines Teilkreises mit einem Winkel A von 120°- bis 135° mit angesetztem, in Vorschubrichtung spitz auslaufenden Dreieck ausgeformt sind. 2. wetting nozzle according to claim 1, characterized in that the wetting pockets (1) in the plan view semicircular, semi-oval, or in the form of a partial circle with an angle A of 120 ° - 135 ° are formed with attached, in the feed direction tapered expiring triangle.
3. Benetzungsdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R einer Benetzungstasche (1) von 0,5 mm bis 2 mm, bevorzugt etwa 1 mm beträgt. 3. wetting nozzle according to claim 2, characterized in that the radius R of a wetting pocket (1) of 0.5 mm to 2 mm, preferably about 1 mm.
4. Benetzungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem vergüteten Werkzeugstahl gefertigt ist. 4. wetting nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is made of a tempered tool steel.
5. Benetzungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungsdüse aus mehreren zueinander beweglichen Teilen aufgebaut ist. 5. wetting nozzle according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wetting nozzle is composed of a plurality of mutually movable parts.
6. Verfahren zur Herstellung zur eines mit Thermoplast benetzten Faserbands, dadurch 6. A process for the preparation of a wetted with thermoplastic fiber tape, characterized
gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.  in that a device according to one of claims 1 to 5 is used.
7. Verfahren zur Herstellung eines mit Thermoplast imprägnierten Faserbands, dadurch 7. A process for the preparation of a thermoplastic impregnated fiber ribbon, characterized
gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt gemäß Anspruch 6 ein mit Thermoplast benetztes Faserband hergestellt wird, und in einem weiteren Schritt durch  characterized in that in a first step according to claim 6, a thermoplastic-wetted sliver is produced, and in a further step by
Druckbeaufschlagung oder durch Druck-Seher- Vibrationsbeaufschlagung eine  Pressurization or by pressure-Seher- Vibrationsbeaufschlagung a
Imprägnierung durch geführt wird.  Impregnation is performed by.
8. Mit Polymer imprägniertes Faserband, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 90 % , besonders vorzugsweise wenigstens 95 % der Oberfläche aller Fasern eines mit 8. polymer-impregnated sliver, characterized in that at least 90%, more preferably at least 95% of the surface of all fibers with a
Thermoplast imprägnierten Faserbands mit dem jeweils eingesetzten Thermoplasten imprägniert sind.  Thermoplastic impregnated slivers are impregnated with the thermoplastic used in each case.
9. Mit Thermoplast imprägniertes Faserband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Imprägnierung in jedem Breitenabschnitt des imprägnierten Faserbands maximal um 10 %, bevorzugt maximal um 5 %, besonders bevorzugt maximal um 2 % vom durchschnittlichen Grad der Imprägnierung des imprägnierten Faserbands abweicht. Mehrschichtverbundwerkstoff, hergestellt aus einem imprägnierten Faserband nach Anspruch 8 oder 9. 9. Thermoplastically impregnated sliver according to claim 8, characterized in that the degree of impregnation in each width section of the impregnated fiber sliver deviates at most by 10%, preferably at most 5%, more preferably at most 2% from the average degree of impregnation of the impregnated sliver , Multilayer composite material produced from an impregnated fiber sliver according to claim 8 or 9.
Verwendung eines Mehrschichtverbunds nach Anspruch 10 für die Außenbeplankung und für Interieurblenden von Automobilen sowie als Gehäusematerial für Gehäuse für elektronische Geräte, bevorzugt portable elektronische Geräte, besonders bevorzugt Laptops oder Smartphones. Use of a multi-layer composite according to claim 10 for the outer skin and interior trim of automobiles and as housing material for housing for electronic devices, preferably portable electronic devices, more preferably laptops or smartphones.
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