HU199091B - Method for producing laminated produce - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya eljárás rétegelt termék előállítására, amelynek során töltő és adalékanyagot tartalmazó hőre lágyuló kristályos és/vagy részkristályos polimert, mint mátrixot göndörített és/vagy hurkolt és/vagy sodrott és/vagy szőtt és/vagy fonott fátyol és/vagy vlies és/vagy szövet ée/vagy kelme vázanyag mindkét felületére és belsejébe préseljük hóközlés és nyomás alkalmazásával. A találmány egy változata szerint a vázanyag üveg, fém, orientált polipropilén, lineáris poliészter, poliamid, poliakrilnitril vagy ezek kombinációja szálköteg, hasított szál, göndörített szél, fóliacsik, valamint ezek sodrott, szőtt hurkolt és fonott változatai, továbbá fátyol, vlies, paplan, szövet és kelme. Hl I -1QQnQ1 R leírás terjedelme: 5 oldal, rajz nélkül -1-

Description

A találmány tárgya eljárás rétegelt termék előállítására, amelynek során vázanyagot ás hőre lágyuló ágyazó mátrixot nyomás alatt rátegelünk, miáltal olyan, termoformázással, sajtolással vagy vákuumformázással alakítható szerkezeti anyag hozható létre, amelyben a szálerősitás merevítő, szilárdságnövelö hatása úgy érvényesül, hogy egyidejűleg az anyagrendszer ütésállósága megnövekszik ás 233....300 °K hőmérséklettartományban nem változik. Az elakadás folytán létrejövő idom nagy ütésienergiaelnyelő és hangimpulzus-elnyeló tulajdonságú szerkezeti elemként vagy szerkezeti elem részeként szilárdságnöveló, merevitó vázként szolgál.

Hőre lágyuló műanyagok, igy a poliolefinek mechanikai és egyéb tulajdonságai ismert módon befolyásolhatók töltő és/vagy erósitóanyagokkal történő társítással. A töltő és/vagy erősítő anyagok igen sokfélék lehetnek anyagukat és alaki megjelenésüket tekintve. A leggyakrabban alkalmazott töltőanyagok szervetlen ásványi eredetűek (pl. kréta, talkum, kaolin, azbeszt) vagy organikusak (pl. faliezt), erősitőanyagokként szerves vagy szervetlen, főként szálasanyagok (pl. szénszál, üvegszál) szolgálnak. Töltőanyagok alkalmazásával megváltoztatható az alappolimer hóvezetési képessége, befolyásolható a fajhő és a szívósság, a rugalmassági modulus és a szakítószilárdság alig változik. Erősitőanyagokkal nagy merevitóhatáe, mérsékelt zsugorodás érhető el, ugyanakkor a tulajdonságok anizotrőppá válhatnak és az általában elmondható mechanikai tulajdonságok növekedése ellenére a rendszerek hideg útőmunkája elmarad az alappolimerétől.

Az erősitőhatás függ a polimer-mátrix és az erósitőanyag -.legtöbbször szál - érintkezési felületén létrejövő kötési erők nagyságától, valamint a szál geometriai jellemzőitől.

A szokásos kompaundálási eljárásokkal szemcsés anyagok és rövid szálak dolgozhatók be a polimerekbe, mig végtelen szálerősités nem valósítható meg a gyúrás, keverés alapelvén működő kompaundálás során.

Hosszú időn keresztül a végtelen szálerősítésű hőrelágyuló műanyag rendszerek megvalósítása irreálisnak tűnt. A hő hatására térhálósodó rendszerek - pl. epoxigyanták felhasználása végtelen szálerősítésű kompozit anyagok kialakítására szobahőmérséklet környezetében végrehajtható impregnálási eljárással ismert megoldás. Termoplasztok esetében az impregnáláe a termoplasztok többségénél csak az olvadékállapot biztosítása mellett, esetenként az oxidációs folyamatok kizárásával valósítható meg. A polimer anyag olvadékállapotba juttatását, majd a szálas anyaggal való társítást a 4 302 269 számú amerikai szabadalom úgy valósítja meg, hogy az extrudálással kialakított termoplaszt nejlon 6 - lemezhez közvetlenül az extrudálás után laminálják a nem szilikát bázisú erósítőszálas anyagot és e két réteget fütött, forgó hengerek nyomóhatásának kitéve építik össze. Az igy kialakított elólaminátumot előmelegítik és a második termoplaszt beágyazó réteget újabb lépésben egy extruderbpl vezetik rá az elólaminátumra, majd ismét hengerek közötti átvezetés során ható fűtés, ill. nyomóerő felhasználásával laminálják a prelaminátumra a második termoplaszt réteget. Ennek az ismert eljárásnak több hátránya van. Legnagyobb hiányossága az, hogy az igy előállított rétegelt lemez korlátozottan alakítható, nem termoformálható. Ezen túlmenően az eljárás hő- és eszközigényes.

Az eljárás csak poliamidokra, mint például a nejlon 6-ra alkalmazható, amely polimer igen kis olvadékviszkozitású. Az igy előállított termék nem égésgátolt ás keresztmetszetében korlátozott periodicitású.

A 2055921 B számú angol szabadalom tűzdeléssel kialakított, üvegszálból felépített paplan és polipropilén rétegelt lemez folyamatos előállítását ismerteti, amelyben elóregyártott, extrudált lemezeket használnak fel, kiiktatván a prelaminátum készítésének szükségességét azáltal, hogy a laminát egyes elemeit - 2 réteg polimer lemez és 2 réteg üvegpaplan - együtt vezetik be egy fűtőzónába, amelynek a bevezetett anyag felmelegítésén kívül 240-520 kPa (-2,4 - 5,2 kp/cm²) nyomóerő kifejtése a feladata. A rétegek öszszeépüléséhez további hőmennyiség-bevitelt biztosít a két réteg erősítő paplan közé juttatott extrudált olvadékállapotú polimer.

Az itt ismertetett megoldásra a folyamatos gyártási technológia jellemző, amelynek nagy az eszköz- és helyigénye. Az igy előállított termék, az üvegpaplan merevítő hatása miatt nem termoformázható. Az alkalmazott polimer és üvegpaplan kanóchatása következtében nem hogy égésgátolt, hanem fokozottan éghető anyag. Az eljárással csak korlátozott rétegszám hozható létre.

Mind vágott üvegszál-, mind végtelen üvegszálerösítéshez az üvegszál felületét kémiai anyaggal előkezelik; rendszerint organikus szilán vagy titánét vegyületekkel; hogy javítsák a termoplasztok ás az üvegezál határfelületein kialakuló kötéseket, igy biztosítva a fokozott erősitőhatás létrejöttét.

A polimer mátrix egyes tulajdonságai módosítására adalékanyagok vihetők a polimerbe, ilyenek pl. a fénystabilizátorok, hóstabilizátorok, adhézió javító akrilát csoportot tartalmazó poliolefin latexek, foszfát- és nitrogéntartalmú égésgátló-azerek.

A találmány elé célul tűztük ki olyan erősített termoplaszt rétegelt rendszerek kidolgozását, amellyel az iemert eljárások és az azok foganatosításával kapott termékek említett hátrányait kiküszöböljük, amely találmány szerinti termékek izotrópok vagy ortotrópok és a megnövelt mechanikai tulajdonságaik, valamint a rendszerek ütőmunkája sem változik jelentősen 230-330 °K hőmérséklet tartományban. A találmány tehát eljárás

-2hőre lágyuló kristályos és/vagy részkrielályos polimer ágyazó mátrixot· töltő és adalékanyagot, valamint vázanyagot tartalmazó rétegelt termék előállítására azzal jellemezve, hogy az 1-40 tömegX töltő és adalékanyaggal homogenizált 30-70 tömegX polimert, mint mátrixot 110 kPa-30 MPa nyomáson és 293-523 °K hőmérsékleten 5-45 tömegX göndörített és/vagy hurkolt és/vagy sodrott és/vagy ezött és/vagy fonott fátyol és/vagy vlies és/vagy szövet és/vagy kelme vézanyag mindkét felületére és belsejébe préseljük.

Az eljárás eredményeként az ágyazó polimer és az erősítő- illetve vázanyag a rétegelés során olyan heterogén vagy kvázi-heterogén rendszert alkot, amelynek nemcsak a húzó-, nyomószilárdsági és egyéb mechanikai jellemzői megnöveltek, hanem a továbbalakithatósága termoformálás útján is lehetségessé válik, különösképpen jelentős ez a vákuumformázás, gumipárnás formázás és más .hiányos szerszámozású* formázás szempontjából.

A találmány szerinti eljárás egy előnyős változata szerint az ágyazó mátrixszal társított vázszerkezet önmagában ismert orientált polipropilén, lineáris poliészter, poliamid, poliakril-nitril vagy ezek kombinációja szálkőteg, hasított szál, göndörített szál, föliacsik, valamint sodrott, szőtt, hurkolt és fonott változatai fátyol, vlies, szövet és kelme egyaránt lehetnek.

Ennek a változatnak az az előnye, hogy ún. .saját erösitésű* rendszer hozható létre, amelyben a mátrix és az erősítő vázanyag kémiai kompatibilitása tökéletes, továbbá a vázanyag és a mátrix anyaga közötti tapadás javításához segédanyag és/vagy segédművelet nem szükségeltetik, ami különleges előnyt jelent a rendszer fárasztóigénybevételekkel szembeni ellenállása és élettartamszilárdsága szempontjából, valamint a hödilatációs tulajdonságok és móe hőtani jellemzők is azonosak, illetve kvázi azonosak a rendszeren belül.

A találmányi eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a rétegelt rendszer vázanyag tartalmát 5-45 tX-ra, célszerűen 10-40 tX-ra korlátozzuk.

A vázanyagnak ilyen arányban történő alkalmazása biztosítja a rendszer kiegyensúlyozott mechanikai és ezzel egyidejűleg a térmoformázhatösági sajátosságait.

A találmányi eljárás foganatosításénak előnyös módja szerint rétegelt rendszer mátrix anyagának töltőanyagaként aluminiumtrihidrátot alkalmaztunk.

Ennek a foganatosítási módnak az az előnye, hogy a polimer mátrix által a rendszer égésgátoltsági tulajdonságai javultak, továbbfeldolgozhatósága azonban nem romlott.

A találmányi eljárás egy ettől eltérő foganatosítása ezerint a mátrix anyagába töltőanyagként ásványi eredetű aluminiumszilikátot alkalmaztunk. Ennek a változatnak az előnye az, hogy a rendszer égésgátoltsági 4 tulajdonságait fokozta, mindemellett a TiC -hoz hasonlóan nukleáló ágensként hatott.

A találmányi eljáráe foganatosításán értelmében úgy járunk el, hogy létrehozz először a homogén összetételű termoplae ágyazó mátrixot, amelyet extrudálással feldt gozva 1-3 mm vastag lemezzé alakítunk, termoplaszt lemezeket és vázanyagot előny sen váltakozó sorrendben egymásra fektetji - rendszerint több réteget - majd a hőmé sékleti körülmények függvényében 200 kPa 30 MPa közötti nyomást alkalmazva préselj» össze.

Értelemszerűen kisebb nyomáshoz magasat rétegelési hőmérséklet tartozik. Az alkalm zott hőmérséklet felső határát a mindenkc termoplaszt mátrix olvadási hőmérsékle és/vagy az erősítő vázanyag hőállósága hat rozza meg.

A kővetkezőkben a találmány szerir rétegelt rendszer előállítását példák kapcsc ismertetjük.

1. példa

A polimer mátrix a 167063 magyar szí badalom szerinti módosított polipropilén Mc dylén 2-8134 anyag, melyből extrudáláss. és/vagy préseléssel lemezt állítottunk elő, lemez szakítószilárdsága 28,4 MPa, szakadás nyúlása 837%, rugalmassági modulusa 5$ MPa, Izod ütő-hajlítószilárdsága 296 K-o 215 J/m, 255 K-on 55 J/m értékű volt.

Az ily módon készített lemez közé 1 ré teg 180 g/m² súlyú Typar 3112 (DU PON gyártmány) jelű polipropilén vliest rétegei tünk 438 K-on, 150 kPa nyomáson és olya: rétegelt lemezt állítottunk elő, amelynek sza kitószilárdsága 20,8 MPa, szakadási nyúlás. 34%, rugalmassági modulusa 1073 MPa érték» volt, tehát közel kétszeresére nőtt a rendszer merevsége.

2. példa

Az 1. példában leírt poliolefin rendszerből készített két lemez közé 1 rétet 450 g/m² súlyú, Owens-Corning gyártmányú végtelen szálas, hurkolt üvegkelmét préseltünk elektromosan fűthető és vízzel hűthető préslapokkal felszerelt hidraulikus présen, ahol 483 K-on 3 perces időtartamig 150 kPe nyomást alkalmaztunk és 1,6 mm vastag rétegelt lemezt állítottunk elő. A rétegelt lemez tulajdonságai: a szakítószilárdsága 37 MPa, szakadási nyúlása 3-4% volt. A rugalmassági modulus értéke 2600 MPa volt. Az üvegkelme rétegek számát 3-ra növeltük, a szakítószilárdság 49 MPa, a rugalmassági modulus 3200 MPa értékre emelkedett. A szakadási nyúlás 3-4% maradt. A Charpy féle ütő-hajlítószilárdság 296 K-on 43 kJ/m², 253 K-on 40 kJ/m², tehát gyakorlatilag nem változott.

-35 HU :

A rendszer izotrópiáját bizonyltja, hogy a 90°-os szögben kivágott próbatestek tulajdonságai azonosak maradtak az előzőekben felsorolt értékekkel.

3. példa

Az 1. példában leirt poliolefin rendszerből készített két lemez közé oly módon ve- 10 zettúnk 1 réteg hurkolt üvegkelmét, hogy azt először infrasugárzással 488 K-ra melegítettük elő. A préselési időt 0,5 percre csökkentettük, szemben a 2. kiviteli példában leírt 3 perccel. A rétegelt rendszer tulajdon- 15 ságai megegyeztek a 2. példában leírtakkal.

ί B 6

0,02 mm átmérőjű acélszálból készített hurkolt kelmét beépítve rétegelt lemezt alakítottunk ki 430 K hőmérsékleten, 520 kPa nyomáson. A rendszer erősitöváz-tartalma 12 t% volt. A rétegelt lemez vákuumozható volt.

7. példa

A 6. példa mátrix anyagát orientált polipropilén csíkokból szőtt kelmével rétegeltük 420 K hőmérsékleten 300 kPa nyomáson. A rétegelt anyag rugalmassági modulusa 1180 MPa volt, közel háromszorosa a mátrix rugalmassági modulusának.

4. példa

Az 1. példában leirt rétegelt rendszerrel 2 percig 473 K-os hőt közöltünk nyomólapok között. A nyomás hirtelen megszüntetésekor a rétegelt rendszerben lévő orientált polipropilén szálak dezorientálódtak és ennek során a vázanyagban is dezorientáció lépett fel. Ennek következményeként síkbeli méretcsökkenés állt elő a teljes rétegelt rendszerben.

5. példa

Az 1. kiviteli példában leírt két lemez közé 3 réteg 450 g/m² súlyú Owens-Corning gyártmányú hurkolt üvegkelmét vittünk be és 3,4 mm vastag rétegelt lemezt állítottunk eló úgy, hogy 473 K-os hőmérsékleten 250 kPa nyomást alkalmaztunk. Az ütésállósági tulajdonságok mérésére meghatároztuk az abszorbeált ütési-energiát. Korong alakú próbatesteket szabványos rögzítés után különböző magasságból leejtett különböző tömegű és ütőprofilú ejtőcsappal deformáltunk. A vizsgálati minták 100 mm átmérőjű korongok voltak, az ejtősúlyok tömege 560 g és 200 g volt. Az ejtési magasságok 198 és 113 cm voltak. Az ejtósúly tömegéből és az ejtési magasságból a destrukciót előidéző ütési energiát kiszámítottuk.

A fajlagos ütési energia 1,43 kJ/mm² volt. A minták egyike sem repedt meg, csupán 1,13-1,17 mm behajlási mélységű benyomódások keletkeztek.

6, példa t% kristályos polipropilénből, 10,5 t% nagynyomású polietilénből és 10,5 t% kisnyomású polietilénből álló termoplasztikus anyagot 14 t% aluminium-trihidráttal (szemcseméret 0,3-300 μ) homogenizáltunk, majd lemezzé extrudáltunk.

8. példa

Az 1. példában leirt poliolefin rendszerből készített két lemez közé 1 réteg lineáris poliészter vliest préseltünk, a komponensek bemérése alapján 10 t% a vázanyag tartalom.

A kialakított rétegelt rendszer Charpy' módszer szerinti ütőhajlitó- szilárdsága 250 K-on 34 kJ/m² volt, míg az alappolimeré 18 kJ/m².

9. példa

Az 1. példában leirt poliolefin rendszerből és 260 g/m^z súlyú 10 t% orientált poliamid szálat tartalmazó hurkolt üvegszál kel35 méböl 1 réteg erősítő vázat tartalmazó rétegelt rendszert állítottunk elő. Az üvegtartalom 9 t%. A rendszer szakítószilárdsága 17 MPa, a rugalmassági modulus 710 MPa. Amikor az erősítő váz rétegszámát növeltük és az üvegtartalom a 15 t%-ot elérte, a szakítószilárdság 23 MPa-ra a rugalmassági modulus 1350 MPa-ra növekedett.

10, példa

A 9. példában leirt rétegelt rendszer mindkét oldalára 60 pm vastag alumínium fóliát rétegeltünk. A rendszer csökkentett ég50 hetőségűvé vált, miután 10 sec alatt a 45°-os szögben tartott gázláng hatására nem gyulladt be.

11, példa

A 2. kiviteli példában leírtak szerint előállított rétegelt lemezből kivágott, meghatározott méretű lapokat infravörös sugárzási energiával 432-482 K hőmérsékletre felmelegitettük, majd sajtolószerszámba behelyeztük, aholis 6 MPa egységnyi felületre eső nyomóerő alkalmazásával sajtolt idomot állítottunk elő, amely csavarral rögzíthető, merevítő

-4HU 199091 Β bordázatú, 2°-os kúposségú, téglalap keresztmetszetű idom.

Jellemző méretei: magasság 100 mm, alaplap méretek: 70x90 mm, falvastagság 3,1 mm. . 5

Az idomot rögzítve, 1,52 kJ/mm² fajlagos energiájú ütés hatására destrukció nem lépett fel a darabon.

Claims (4)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás hőre lágyuló kristály és/vagy részkristályos polimer ágyazó mát xot, töltő és adalékanyagot, valamint vt anyagot tartalmazó rétegelt termék előállít sara, azzal jellemezve, hogy az 1-40 törne töltő és adalékanyaggal homogenizált 30tömegX polimert, mint mátrixot 110 kPaMPa nyomáson és 293-523 K° hőmérséklet

   5-45 tömegX göndörített és/vagy hurk és/vagy sodrott és/vagy szőtt és/vagy í nőtt fátyol és/vagy vlies és/vagy sző\ és/vagy kelnie vázanyag mindkét felületé és belsejébe préseljük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás az. jellemezve, hogy vázanyagként üveget, fém orientált polipropilént, lineáris poliészte poliamidot, poliakrilnitrilt, vagy ezek komi nációját szálköteg, hasított szál, göndöritc szál, fóliacsik, valamint ezek sodrott, sző hurkolt és fonott változatai, továbbá ,fáty< vlies, paplan, szövet vagy kelme formájábi alkalmazzuk.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti elji rás azzal jellemezve, hogy. töltóanyagké aluminium-trihidrátot használunk.
4. 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti élj, rés azzal jellemezve, hogy töltőanyagként á: ványi eredetű aluminiumszilikátot használun