NL1004268C2

NL1004268C2 - Schaalvormig vormdeel, een werkwijze voor de vervaardiging en toepassingen ervan.

Info

Publication number: NL1004268C2
Application number: NL1004268A
Authority: NL
Inventors: Petrus Henricus Maria Stokman; Markus Johannes Henric Bulters; Johannes Hendrik Geesink
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-04-15
Also published as: CZ129199A3; AU4576697A; HU225669B1; EP0934150A1; PL332703A1; DE69722427T2; WO1998016366A1; JP4135982B2; EP0934150B1; HUP9904334A3; ES2201325T3; US6303070B1; US20020025424A1; JP2001502259A; US6605329B2; EP0934150B9; SK48699A3; SK284789B6; PL185405B1; HUP9904334A2

Description

- 1 -

SCHAALVORMIG VORMDEEL. EEN WERKWIJZE VOOR DE

VERVAARDIGING EN TOEPASSINGEN ERVAN 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een thermoplastisch schaalvormig vormdeel, begrensd door twee schaaloppervlakken en een rand, welke de volgende 10 stappen omvat: a) het dispergeren van versterkingsvezels in een smelt van een polyolefine of een polycondensatie-polymeer, b) het middels een extruder of een spuitgietmachine 15 injecteren van de smelt in een gesloten matrijs.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit JP-A- 5-17631. In JP-A-5-17631 wordt een werkwijze beschreven voor het spuitgieten van een vlakke plaat van vezelversterkt polypropyleen.

20 Nadeel van de in JP-A-5-17631 beschreven methode is dat met de hierin beschreven vezelversterkte polyolefinen een specifieke modulus en specifieke sterkte worden bereikt, die lager zijn dan gewenst.

Doel van de uitvinding is dit nadeel op te 25 heffen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de smelt door een convergerende spuitopening wordt geïnjecteerd, de matrijs gedeeltelijk wordt geopend als ten minste één schaaloppervlak is afgekoeld 30 tot onder de verwekingstemperatuur van het polyolefine of het polycondensatie-polymeer en zich tussen beide schaaloppervlakken een mengsel bevindt met een temperatuur boven de genoemde verwekingstemperatuur, het polyolefine een smeltindex heeft welke groter is 35 dan 30 g/10min, of het polycondensatie-polymeer een aantalgemiddelde molmassa, Mn, heeft groter dan 5000 g/mol en 30 tot 60 gew.% van het mengsel bestaat uit versterkingsvezels met een gemiddelde lengte tussen 0,8 en 15 mm.

1004268 - 2 -

Verrassenderwijs expandeert het vormdeel tijdens het openen van de matrijs en wordt een thermoplastisch vormdeel verkregen met een poreuze kern. Het door de werkwijze volgens de uitvinding 5 verkregen geëxpandeerde vormdeel heeft een betere specifieke modulus en sterkte dan het bekende, vormdeel.

Bij schaalvormige vormdelen zijn de eisen welke worden gesteld aan stijfheid en sterkte bepalend 10 voor de dikte, en daarmee ook voor de prijs, van het vormdeel. Om de modulus en sterkte van materialen voor schaalvormige vormdelen te kunnen vergelijken wordt gebruik gemaakt van de zogenaamde specifieke modulus en sterkte. Dit zijn kentallen, die een maat zijn voor de 15 weerstand welke een schaalvormig vormdeel biedt tegen deformatie respectievelijk breuk onder invloed van een buigbelasting per eenheid van dichtheid. De specifieke modulus en sterkte worden vooral gebruikt om de modulus en sterkte van materialen met verschillende dichtheden 20 te vergelijken als voor een bepaalde vorm gezocht wordt naar het lichtste materiaal dat de meeste stijfheid of sterkte biedt. Een uitgebreide beschrijving van deze kentallen is gegeven in de "Materials Selector: guidelines for minimum weight design", Chapman & Hall, 25 London.

Onder de schaaloppervlakken van het vormdeel worden in deze beschrijving verstaan de twee tegenover elkaar gelegen, meestal nagenoeg parallelle oppervlakken, waarvan lengte en breedte groter zijn dan 30 de tussen deze oppervlakken gelegen dikte van het vormdeel.

Het toepassen van een convergerende spuitopening bij de werkwijze volgens de uitvinding bleek verrassenderwijs een voorwaarde om het vormdeel 35 te laten expanderen tijdens het openen van de matrijs. Het gebruik van een convergerende spuitopening is weliswaar bekend uit WO-A-94/11177, maar hierin wordt 1004268 - 3 - een convergerende spuitopening toegepast teneinde een oriëntatie van de kunststof en/of de vezelversterking in het vormdeel te bereiken, waardoor dit in een bepaalde richting een hogere stijfheid en sterkte kan 5 bezitten. In WO-A-94/11177 wordt nergens melding gemaakt van het feit dat een convergerende spuitopening tot expansie van het vormdeel zou kunnen leiden, terwijl door de werkwijze volgens de uitvinding geen of nauwelijks enige anisotropie in het vormdeel optreedt. 10 Een convergerende spuitopening kan worden bereikt door een conisch uitlopende spuitopening, maar ook door bijvoorbeeld een breaker plate (een plaat met een aantal openingen) voor de spuitopening te plaatsen.

Onder het gedeeltelijk openen van de matrijs 15 wordt in deze beschrijving verstaan het openen van de matrijs over een bepaalde weglengte totdat de afstand tussen de beide matrijshelften gelijk is aan de gewenste dikte van het vormdeel.

Door de matrijs pas te openen als ten minste 20 één schaaloppervlak is afgekoeld onder de verwekingstemperatuur van het polyolefine of het polycondensatie-polymeer, wordt bereikt dat een vormdeel ontstaat met ten minste een schaaloppervlak dat niet poreus is, dat wil zeggen met ten minste één 25 gesloten huid. De aanwezigheid van ten minste één schaaloppervlak dat niet poreus is, blijkt te leiden tot een de verbetering van de specifieke modulus en sterkte opzichte van het niet-geëxpandeerde vormdeel.

Van een vormdeel, vervaardigd met de 30 werkwijze volgens de uitvinding, blijkt ten minste één schaaloppervlak niet poreus te zijn. Afhankelijk van de snelheid waarmee de matrijs wordt geopend, kunnen ook beide schaaloppervlakken niet-poreus zijn, waardoor een sandwichstruktuur ontstaat. Een sandwichstruktuur geeft 35 aan een schaalvormig vormdeel een extra hoge stijfheid en sterkte. Een zwak punt in sandwichstrukturen is vaak de hechting tussen de kern en het schaaloppervlak. Deze 1004268 - 4 - hechting kan verbeterd worden door gebruik te maken van een zogenaamd 3D-weefsel, waaronder wordt verstaan een driedimensionale vezelstruktuur in de vorm van een weefsel. Een kenmerk van een 3D-weefsel is dat een deel 5 van de vezels welke de kern versterken, doorlopen tot in het schaaloppervlak, waardoor de hechting tussen kern en schaaloppervlak wordt bevorderd. 3D-weefsels en daaruit vervaardigde composieten worden beschreven door A.Schrauwers in "Kunststof Magazine", 1993, pagina 16. 10 Nadeel van het gebruik van een 3D-weefsel is, dat het vooraf op maat moeten worden gemaakt, en dat het voor iedere injectie afzonderlijk in de matrijs moet worden geplaatst. Bovendien is een 3D-weefsel uitsluitend te gebruiken in combinatie met laag visceuze 15 thermohardende kunststoffen. Onverwacht bleek dat met de werkwijze volgens de uitvinding bereikt wordt, dat ten minste een gedeelte van de versterkingsvezels zich voor een deel in de kern en voor een ander deel in het niet-poreuze schaaloppervlak bevinden, waardoor het 20 gebruik van een 3D-weefsel niet nodig is. Tevens bleek dat de vezels in de kern van het vormdeel een driedimensionaal netwerk vormen en aan het schaaloppervlak van het vormdeel parallel aan het oppervlak liggen. Daarmee biedt de werkwijze volgens de 25 uitvinding voor het eerst de mogelijkheid om via de spuitgiettechniek een vezelversterkte (halve) sandwich, te vervaardigen uit een thermoplastische vezelversterkte kunststof, waarin de vezels van de kern doorlopen tot in het oppervlak. Deze structuur draagt 30 bij tot de uitstekende specifieke modulus en sterkte, ook indien slecht één schaaldeeloppervlak niet poreus is.

Onder de smeltindex (MFI) wordt in deze beschrijving verstaan de smeltindex gemeten volgens ISO 35 1133.

De smeltindex van het polyolefine is groter dan 30 g/10 min. Gebleken is dat bij een lagere 1004268 - 5 - smeltindex het vormdeel bij het openen van de matrijs niet noemenswaardig expandeert. Verder bleek dat bij een smeltindex groter dan 700 g/10min. de druk tijdens het plastificeren in de extruder of spuitgietmachine te 5 laag wordt, waardoor geen transport van de smelt in de extruder plaatsvindt. In JP-A-5-17631 wordt ook een polyolefine met een smeltindex groter dan 30 g/10min toegepast, omdat anders, bij een lagere smeltindex de dispersie van de vezels na spuitgieten inhomogeen is.

10 Nergens wordt in JP-A-5-17631 de relatie gelegd tussen een polyolefine met een smeltindex groter dan 30 g/10min en het de mogelijkheid tot expanderen van het vormdeel bij het openen van de matrijs.

De aantalgemiddelde molmassa (Mn) van de 15 polycondensatie-polymeren is groter dan 5000. Bij molmassa's lager dan 5000 ontstaat er tijdens het spuitgieten overmatige condensatie van het polymeer en daarmee gepaard gaande vorming van reactiewater wat aanleiding geeft tot een oncontroleerbare schuimvorming 20 van de polymere matrix. De werkwijze blijkt effectief voor alle tot nu toe beschikbare polycondensatie-polymeren. Met de huidige polymerisatietechnologiën is ca. 90.000 g/mol. de bovengrens van de molmassa van beschikbare polycondensatie-polymeren. Verwacht mag 25 worden dat ook polycondensatie-polymeren met hogere molmassa's, indien deze ter beschikking komen, met de werkwijze volgens de uitvinding verwerkt kunnen worden tot een molmassa van ca. 200.000 g/mol.

Onder de gemiddelde vezellengte wordt in deze 30 beschrijving verstaan de aantal-gemiddelde vezellengte. Deze kan worden bepaald door het meten van de lengte van de vezels m.b.v. een licht-microscoop na verwijdering van de polymere matrix, bijvoorbeeld middels uitbranden van het polymeer.

35 Het mengsel bevat 30 tot 60 gew.% versterkingsvezels met een gemiddelde lengte tussen 0.8 en 15 mm. Gebleken is dat mengsels welke minder dan 30 1004268 - 6 - gew. % versterkingsvezels bevatten, of vezels bevatten met een lengte kleiner dan 0.8 mm, niet expanderen, terwijl mengsels met vezels boven de 15 mm lengte of met meer dan 60 gew. % vezels moeilijk op een 5 spuitgietmachine te verwerken zijn.

Gebleken is dat het vormdeel, gemakkelijk tot twintig maal de oorspronkelijke dikte kan expanderen. Hierdoor ontstaat een vormdeel met een porositeit van 95 %. Onder de porositeit (P) van een vormdeel wordt 10 hier en hierna verstaan: P = (d(0)-d(p))/d(0)*100 (%), waarin d(0) de dichtheid voor expansie en d(p) de 15 dichtheid na expansie is. Een voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is tevens dat een poreus vormdeel kan worden verkregen zonder dat een chemisch of fysisch schuimmiddel behoeft te worden toegepast. Een hoge porositeit van het vormdeel is voordelig met betrekking 20 tot het bereiken van een hoge specifieke modulus en sterkte, omdat deze kentallen omgekeerd evenredig zijn met de dichtheid.

De snelheid waarmee de matrijs moet worden geopend, hangt af van de viscositeit van het 25 polyolefine. Bij een hoge viscositeit dient in het algemeen een lagere snelheid gekozen worden dan bij een lage viscositeit. De beste resultaten worden verkregen door de snelheid zodanig aan te passen aan de expansiesnelheid van het vormdeel, dat het vormdeel 30 tijdens het openen van de matrijs door de expansie van het vormdeel tegen de matrijshelften blijft gedrukt en beide schaaloppervlakken een goede afspiegeling van de aanliggende matrijsoppervlakken vormen.

Bij voorkeur wordt de matrijs geopend met een 35 snelheid welke ligt tussen de 0,05 en 10 mm/sec. Als de matrijs wordt geopend met een snelheid lager dan 0,05 mm/sec, dan treedt er geen, of slechts een 1004268 - 7 - verwaarloosbare expansie van het vormdeel op. Bij een snelheid groter dan 10 mm/sec kan een vormdeel ontstaan met een ruw schaaloppervlak.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een 5 schaalvormig thermoplastisch vormdeel omvattende ten minste een polyolefine of een polycondensatie-polymeer en versterkingsvezels.

Dergelijke vormdelen zijn beschreven in JP-A- 5-17631. De in JP-A-5-17631 beschreven vormdelen 10 bevatten een polyolefine met een smeltindex van 30 g/10min of meer en meer dan 20 gew. % versterkingsvezels, met een lengte van 5 mm of meer.

Nadeel van de in JP-A-5- 17631 beschreven vormdelen is dat ze voor de toegepaste vezelversterkte 15 polyolefinen een te lage specifieke modulus en specifieke sterkte bezitten.

Doel van de uitvinding is te voorzien in een vormdeel dat genoemd nadeel niet bezit.

Dit doel wordt bereikt doordat het vormdeel 20 een poreuze kern heeft en ten minste één niet-poreus schaaloppervlak, het polyolefine een smeltindex heeft welke groter is dan 30 g/min of het polycondensatie-polymeer een aantalgemiddelde molmassa Mn heeft groter dan 5000 g/mol, 30 tot 60 gew. % van het vormdeel uit 25 versterkingsvezels met een lengte tussen 0,8 en 15 mm bestaat, waarvan ten minste een gedeelte zich voor een deel in de kern en voor een ander deel in het niet-poreuze schaaloppervlak bevinden en het vormdeel een porositeit heeft tussen 20 en 95 vol. %. Het 30 geëxpandeerde vormdeel volgens de uitvinding bezit een hogere specifieke stijfheid en sterkte dan de niet-geëxpandeerde vormdelen, welke bijvoorbeeld zijn beschreven in JP-A-5-17631.

Bij vormdelen met een porositeit kleiner dan 35 20 gew. % blijkt de anisotropie toe te nemen, terwijl vormdelen met meer dan 95 vol % porositeit geen gesloten schaaloppervlak meer bezitten.

1004268 - 8 -

Het polyolefine kan worden gekozen uit polyethyleen, polypropyleen, of uit copolymeren van ethyleen en propyleen. Bij voorkeur bevat het polyolefine polypropyleen. Het voordeel van 5 polypropyleen is de hoge smelttemperatuur, waardoor het vormdeel een hogere temperatuursbestendigheid heeft en een relatief lage kostprijs. Geschikte polycondensatie-polymeren zijn polycarbonaat, polyester, polyamide, polyarylaat, polyketon, polyimide, polyaramide, liquid 10 cristal polymer (LCP), polyurethaan en copolymeren van dergelijke polycondensaten. Bij voorkeur worden polycondensatie-polymeren gekozen uit de groep polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 11, polyamide 12, polyethyleenterephtalaat, polybutyleentereftalaat of 15 copolymeren daarvan. Het voordeel van deze laatstgenoemde groep is de relatief lage kostprijs.

Versterkingsvezels kunnen worden gekozen uit de groep van koolstofvezels, aramidevezels, metaalvezels, glasvezels, keramische vezels, of 20 mengsels hiervan. Bij voorkeur bevat het vormdeel volgens de uitvinding als versterkingsvezels glasvezels of koolstofvezels. Glasvezels hebben het voordeel dat zij goedkoop zijn. Koolstofvezels hebben het voordeel dat zij een hoge treksterkte bezitten.

25 Hoewel de voordelen van de uitvinding al bereikt worden wanneer ten minste één schaaloppervlak niet poreus is, zijn bij voorkeur beide schaaloppervlakken niet poreus. Hiermee wordt bereikt, dat het vormdeel een sandwichstruktuur heeft. Het 30 voordeel van een sandwichstruktuur is, dat de specifieke materiaaleigenschappen beter zijn dan van een vormdeel dat deze sandwichstruktuur niet bezit.

Door deze sandwichstruktuur en het feit dat een gedeelte van de versterkingsvezels zich voor een deel 35 in de kern en voor een ander deel in het niet-poreuze schaaloppervlak bevinden, heeft het vormdeel volgens de uitvinding bij voorkeur een specifieke buigmodulus van 1004268 - 9 - ten minste 10.

Vormdelen volgens de uitvinding worden bij voorkeur toegepast in konstructiepanelen, elementen/schaaldelen voor de automobielindustrie, wit-5 goed-sector en bouw: splashshields, noisehields, firewalls, hoedenplanken, spatborden, motorkappen, dashboards, panelen voor wasmachines, wasdrogers, caravans en vliegtuigen, bumperbeams, autoportieren, laadvloeren, helmen, pantserplaten, isolatie-wanden, 10 zowel voor warmte als geluid, containers, pallets geluidsschermen, roofliners, transportbakken, en dashboards. Tevens kunnen de vormdelen volgens de uitvinding worden toegepast in fietsonderdelen, scooteronderdelen en motoronderdelen. Met name in 15 toepassingen waarbij geluidsisolatie een rol speelt hebben de vormdelen volgens de uitvinding een groot voordeel. Gebleken is dat dichtheidsverschillen tussen het gesloten schaaloppervlak en het inwendige van de vormdelen volgens de uitvinding een gunstig effect 20 hebben op de geluidsisolerende eigenschappen ervan.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

De’smeltindex is gemeten volgens ISO 1133, voor polypropyleen bij 230°C en een gewicht van 2.16 25 kg.

Buigmodulus en buigsterkte werden bepaald volgens ISO 178 met een 1/d-verhouding gelijk aan 16.

De weerstand tegen doorbuiging van het vormdeel onder invloed van een kracht wordt uitgedrukt 30 in de specifieke modulus en de weerstand tegen breuk in de specifieke sterkte. Deze specifieke grootheden hangen af van de vorm van het betreffende voorwerp. De specifieke modulus en sterkte van een schaalvormig vormdeel worden het best benaderd door die van een 35 vlakke plaat. De specifieke modulus van een vlakke plaat is het quotiënt van de derdemachtswortel van de buigmodulus en dichtheid, waarbij het kental verkregen 1004268 - 10 - wordt als de buigmodulus is uitgedrukt in kg/mm2 en de dichtheid in g/cm3. De specifieke sterkte van een plaat is gegeven door het quotiënt van de tweedemachtswortel uit de buigspanning en de dichtheid, waarbij het kental 5 verkregen wordt als de buigspanning is uitgedrukt in kg/mm2 en de dichtheid in g/cm3. Een beschrijving van deze kentallen wordt gegeven in "Materials Selector: guidelines for minimum weight design", Chapman & Hall, London.

10 Bij de proeven werd gebruik gemaakt van een

Stork spuitgietmachine van het type SX-3000-2100. De toegepaste schroef was een "general-purpose"-schroef met een diameter van 72 mm, een lengte van 22D (voeding/compressie/pomp: 12D/6D/4D). De gangdiepte in 15 de voedingszone is 9,75 mm en in de pompzone 5 mm. De compressie-verhouding is 1,95.

De schroefpunt is standaard voor de verwerking van PVC gecombineerd met een gestroomlijde ringklep. De neuspunt is standaard met een lengte van 20 117 mm en een inwendige diameter van 19 mm, welke convergerend over een lengte van 10 mm uitloopt naar een uiteindelijke diameter van 4 mm.

Het materiaal werd in een vlakke plaatmatrijs (510 x 310 mm) gespoten via een centrale aanspuiting.

25

Voorbeeld I

Een vormdeel werd vervaardigd, waarbij als materiaal werd gebruikt een mengsel bestaande uit een met PP ommantelde glasvezel-roving. De glasvezelroving 30 is gecomingeld met PP vezels. De gecomingelde glas/PP-vezel is afkomstig van Vetrotex (Twintex, R PP75 630-02); de MFI van de PP-vezel bedraagt 20 g/10min. De PP-ommanteling is afkomstig van DSM (Stamylan P 112MN40.

De MFI van de PP-ommanteling bedraagt 47 g/10 min. Het 35 mengsel heeft een glasgehalte van 37,5 gew. %, de gewichtsverhouding tussen PPhpi«10o en PPMfi-2o is 4:1. De MFI van de PP in het mengsel bedraagt hiermee 40 1004268 - 11 - g/lOmin. De granulaatlengte bedraagt 12 mm.

Als spuitgietmachine werd de beschreven Stork spuitgietmachine toegepast, waarbij de volgende instellingen werden gehanteerd: De cylindertemperaturen 5 voor hopper / zone 1 / zone 2 / zone 3 / zone 4 / zone 5 / neus zijn achtereenvolgens: 40 / 280 / 290 / 300 / 320 / 320 / 320°C; Matrijstemperatuur: 110°C;

Toerental: 20 rpm; Doseerweg: 180 mm; Stuwdruk: 3 bar; Nadruk: geen; koeltijd: 105-150 sec, afhankelijk van 10 artikeldikte; Injectie-snelheid: 83 mm/sec; Doseertijd: 35 sec; Vulgraad: 100%.

Het materiaal werd in de spuitgietmachine gedispergeerd en door een convergerende spuitopening in de plaatmatrijs gespoten, waarvan de dikte 4 mm 15 bedroeg. Direct n& injectie, werd de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 0,08 mm/sec over een weglengte van 3,1 mm. Na de koeltijd, waarin het gehele vormdeel verder werd afgekoeld tot onder de verwekingstemperatuur van het PP, werd de matrijs 20 verder geopend en het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel bleek homogeen geëxpandeerd en heeft een dikte van 7,1 mm, een dichtheid van 602 kg/m3 en een porositeit van 51 %. De buigmodulus (E) bedraagt 2325 Mpa, de buigsterkte 44,3 Mpa en de rek bij breuk 25 (ebreu*) is 3»3 %· De specifieke modulus (Eepec) bedraagt 10,2 en de specifieke sterkte ( sepec) bedraagt 3,5. De huid is aan de ene zijde gesloten en vlak en aan de andere zijde poreus en vlak. Hieruit blijkt dat bij een MFI = 40 g/10min het expanderen zo langzaam gebeurt, 30 dat bij de gekozen openingssnelheid slechts één oppervlak van het vormdeel voldoende contact heeft met de matrijs om een schaaloppervlak te vormen dat niet poreus is.

35 Voorbeeld II

Een vormdeel werd vervaardigd, waarbij als materiaal werd gebruikt een mengsel bestaande uit een 1004268 - 12 - met PP ommantelde glasvezel-roving. De glasvezelroving is gecomingeld met PP vezels. De gecomingelde glas/PP-vezel is afkomstig van Vetrotex (Twintex, R PP75 630-02); de MFI van de PP-vezel bedraagt 20 g/10min. De PP-5 ommanteling is afkomstig van BASF (Novolen 1100VC). De MFI van de PP-ommanteling bedraagt 100 g/10 min. Het mengsel heeft een glasgehalte van 37,5 gew. %, de gewichtsverhouding tussen PPMFI=100 en PPMFI=20 is 4:1. De MFI van de PP in het mengsel bedraagt hiermee 70 10 g/10min. De granulaatlengte bedraagt 12 mm.

Het materiaal werd in de Stork spuitgietmachine, met dezelfde instellingen als die uit Voorbeeld I, gedispergeerd en door een convergerende spuitopening in de plaatmatrijs gespoten, waarvan de 15 dikte 4 mm bedroeg. Direct né injectie, werd de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 0,08 mm/sec over een weglengte van 3,1 mm. Na de koeltijd werd de matrijs verder geopend en het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel bleek homogeen geëxpandeerd en 20 heeft een dikte van 7,1 mm, een dichtheid van 567 kg/m3 en een porositeit van 54 %. De buigmodulus (E) bedraagt 2555 Mpa, de buigsterkte 46,9 Mpa en de rek bij breuk (©breuk) is 3,1 %· De specifieke eigenschappen bedragen, e*p*c = H*2 en aBpee = 4,0. De huid is aan beide zijden 25 volledig gesloten en vlak.

Voorbeeld III

Materiaal, instellingen spuitgietmachine en uitvoering tot en met de injectie waren hetzelfde als 30 in Voorbeeld II. De dikte van de matrijs echter bedroeg 3 mm in plaats van 4 mm.

Direct né injectie wordt de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 0,08 mm/sec over een weglengte van 1,9 mm. Na de koeltijd werd de matrijs 35 verder geopend en het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel bleek homogeen geëxpandeerd en heeft een dikte van 4,9 mm, een dichtheid van 610 kg/m3 10 0 A 268 - 13 - en een porositeit van 51 %. De buigmodulus bedraagt 2689 Mpa, de buigsterkte is 55,5 Mpa en rek bij breuk bedraagt 3,4 %. De specifieke eigenschappen bedragen, E«pec = 10,6 en ospec = 3,9. De huid is aan beide zijden 5 volledig gesloten en vlak.

Veroeliikend Experiment A

Materiaal, instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu 10 wordt direct na injectie het gehele vormdeel afgekoeld tot onder de verwekingstemperatuur van PP, zonder dat de matrijs gedeeltelijk wordt geopend. Na de koeltijd wordt de matrijs geheel geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

15 Het vormdeel heeft een dikte van 4,0 mm, een dichtheid van 1028 kg/m3 en een porositeit van 16 %. De buigmodulus van de plaat 4266 Mpa, de buigsterkte is 110,9 Mpa en de rek bij breuk is 4,0 %. De specifieke eigenschappen bedragen, E„pec = 7,4 en a.pec = 3,1. De 20 huid is aan beide zijden volledig gesloten en vlak. Het vormdeel bleek niet geëxpandeerd en had lage specifieke eigenschappen. De porositeit van 16 % is een gevolg van krimpholten, ontstaan doordat geen nadruk werd toegepast.

25

Vergelijkend Experiment B

Materiaal, instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Experiment A, echter nu wordt direct na injectie gedurende 10 sec een nadruk 30 van 35 bar toegepast. Na de koeltijd wordt de matrijs geheel geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

Het niet geëxpandeerde vormdeel heeft een dikte van 4,0 mm, een dichtheid van 1225 kg/m3 en de porositeit bedraagt 0 %. De buigmodulus bedraagt 6720 35 Mpa, de buigsterkte 178,3 Mpa en de rek bij breuk is 4,0 %. De specifieke eigenschappen bedragen, E,pec = 7,2 en aepec = 3,4. De huid is aan beide zijden volledig 1004268 - 14 - gesloten en vlak. Uit dit experiment blijkt dat de porositeit van het vormdeel uit experiment A een gevolg is van het ontbreken van nadruk.

5 Vergelijkend Experiment C

Materiaal, instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu wordt direct na injectie gedurende 10 sec een nadruk van 35 bar toegepast. Direct daarna wordt de matrijs 10 gedeeltelijk geopend met een lineaire snelheid van 0,08 mm/s over een afstand van 3,1 mm. Na de koeltijd wordt de matrijs geheel geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel vertoont aan beide zijden ruwe, 15 poreuze schaaloppervlakken waaruit de glasvezels naar buiten steken. De dikte varieert van 4 tot 7,1 mm. De dichtheid is lager dan 1000 kg/m3. Hieruit blijkt dat het toepassen van een nadruk een homogene expansie van het vormdeel niet bevorderd. Gedurende de 10 sec waarin 20 de nadruk werd toegepast is het vormdeel al zover afgekoeld, dat zich tussen beide schaaloppervlakken geen mengsel meer bevindt met een temperatuur boven de verwekingstemperatuur van het PP.

25 Vergelijkend Experiment D

Materiaal, instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu wordt direct na injectie de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 15 mm/s over een weg van 3,1 mm. 30 Na de koeltijd wordt de matrijs geheel geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel vertoont aan beide zijden ruwe, poreuze vlakken waar de glasvezels blootliggen. De dikte varieert van 4,0 tot 5,9 mm. De dichtheid is 35 lager dan 1000 kg/m3. Bij een snelheid van 15 m/sec blijkt het niet mogelijk het vormdeel zodanig in contact met de matrijswand te houden, dat tenminste een 1004268 - 15 - oppervlak niet poreus is.

Vergelijkend Experiment E

Instellingen spuitgietmachine en uitvoering 5 zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu met een ander materiaal: Fiberstran G60/40, een pultrusie-materiaal van DSM Engineering Plastics, USA, met 40 gew. % glasvezel en een PP-matrix met een MFI van 28 g/10min.

10 Direct né injectie, wordt de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 0.08 mm/sec over een weglengte van 3,1 mm. Na de koeltijd wordt de matrijs verder geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel vertoont aan beide zijden ruwe, 15 poreuze vlakken waar de glasvezels blootliggen. De dikte varieert van 4,7 tot 6,8 mm. De dichtheid is lager dan 1000 kg/m3.

Hieruit blijkt dat een MFI van 28 g/10min te laag is om het vormdeel homogeen te laten expanderen.

20

Vergelijkend Experiment F

Instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu met een ander materiaal: een mengsel van Stamylan P 112MN40 met 25 een MFI van 47 g/10min en 40 gew. % korte glasvezels (lengte 0,1 - 0,3 mm).

Direct nét injectie, wordt de matrijs gedeeltelijk geopend met een lineaire snelheid van 0,08 mm/sec over een weglengte van 3,1 mm. Na de koeltijd 30 wordt de matrijs verder geopend en wordt het vormdeel uitgestoten. Het vormdeel is niet geëxpandeerd en heeft niet de vorm van de matrijs aangenomen en heeft een porositeit van 12 %. Hieruit blijkt dat een glasvezellengte van 0,1-0,3 mm te kort is om het 35 vormdeel te laten expanderen.

1004268 - 16 -

Vergelijkend Experiment G

Instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu met een ander materiaal.

5 Het materiaal bestaat uit een met PP

ommantelde glasvezel-roving. Deze glasvezelroving is gecomingled met PP vezel. De glas/PP-vezel is afkomstig van Vetrotex (Twintex, R PP75 630-02)? de MFI van de PP-vezel bedraagt 20 g/10min. De matrix-PP is afkomstig 10 van DSM (Stamylan P 19MN10). De MFI van de PP- ommanteling bedraagt 19 g/10 min. Het materiaal heeft een glasgehalte van 37,5 gew. %, de verhouding PPMpi-i9 : PPmpi-2o = 4:1. De granulaatlengte bedraagt 12 mm. De MFI van de PP in het materiaal bedraagt hiermee 20 g/10min. 15 Het vormdeel blijkt niet geëxpandeerd. De vezelbundels blijken op diverse plaatsen niet gedispergeerd te zijn. Hieruit blijkt dat een MFI van 20 g/10min te laag is om het vormdeel te laten expanderen en om een goede dispersie van de vezels te 20 bereiken.

Vergelijkend Experiment H

Instellingen spuitgietmachine en uitvoering zijn hetzelfde als in Voorbeeld I, echter nu met een 25 materiaal met een lager glasgehalte. Het materiaal heeft een glasgehalte van 27 gew. %, de verhouding PPMPi«10o : PPμpi»2o = 4:1. De totale MFI van de PP in het materiaal bedraagt hiermee 70 g/10min. De granulaatlengte bedraagt 12 mm.

30 Het vormdeel blijkt slechts gedeeltelijk geëxpandeerd en vertoont aan beide zijden ruwe, poreuze vlakken waaruit de glasvezels naar buiten steken. De dikte varieert van 3,1 tot 5,3 mm. De dichtheid is hoger dan 1000 kg/m3. Hieruit blijkt, dat met een 35 glasgehalte lager dan 30 gew. % onvoldoende expansie optreedt om het vormdeel tijdens het gedeeltelijk openen van de matrijs zodanig in contact met de 1004268 - 17 - matrijswand te houden dat tenminste een oppervlak niet poreus is.

Voorbeeld IV

5 Uitvoering en instellingen spuitgietmachine zijn hetzelfde als in voorbeeld II, echter de instelling van de cylindertemperatuur is nu voor de hopper / zone 1 / zone 2 / zone 3 / zone 4 / zone 5 / neus achtereenvolgens: 40 / 280 / 290 / 310 / 325 / 325 10 / 325°C.

Het materiaal in dit voorbeeld is Fiberstran Gl/40 van DSM Engineering Plastics (USA, een pultrusie granulaat bestaande uit PA6.6 met een Mn van 25.000 g/mol en 40 gew. % glasvezel.

15 Direct né injectie wordt de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 0,55 mm/s over een weglengte van 3,1 mm. Na de koeltijd wordt de matrijs verder geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel blijkt homogeen geëxpandeerd en 20 heeft een dikte van 6,1 mm, een dichtheid van 625 kg/m3 en een porositeit van 57 %. De mechanische eigenschappen zijn gemeten aan droge monsters. De buigmodulus van de plaat is 4400 Mpa, de buigsterkte 85 Mpa en de rek bij breuk 3,2 %. De specifieke 25 eigenschappen bedragen E,pec = 12,2 en oepec = 4,7. De huid is aan beide zijden gesloten en vlak.

Voorbeeld V

Instellingen spuitgietmachine en uitvoering 30 zijn hetzelfde als in voorbeeld IV.

Het materiaal in dit voorbeeld is Celstran N66C40-01-04, een pultrusie-materiaal van PCI/Hoechst-Celanese bestaande uit PA6.6 met een Mn groter dan 5000 g/mol en 40 gew. % koolstofvezel.

35 Direct né injectie wordt de matrijs geopend met een lineaire snelheid van 0,55 mm/s over een weglengte van 2,7 mm. Na de koeltijd wordt de matrijs 1004268 - 18 - verder geopend en wordt het vormdeel uitgestoten.

Het vormdeel blijkt homogeen geëxpandeerd en heeft een dikte van 5,7 mm, een dichtheid van 671 kg/m3 en een porositeit van 50 %. De mechanische 5 eigenschappen zijn gemeten aan droge monsters. De buigmodulus van de plaat is 8600 MPa, de buigsterkte 110 Mpa en de rek bij breuk 2,9 %. De specifieke eigenschappen bedragen Eepec = 14,2 en cepec = 4,9. De huid is aan beide zijden gesloten en vlak.

1004268

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een thermoplastisch schaalvormig vormdeel, begrensd 5 door twee schaaloppervlakken en een rand, welke de volgende stappen omvat: a) het dispergeren van versterkingsvezels in een smelt van een polyolefine of een polycondensatie-polymeer, 10 b) het middels een extruder of een spuitgietmachine injecteren van de smelt in een gesloten matrijs met het kenmerk, dat de smelt door een convergerende spuitopening wordt geïnjecteerd, dat de matrijs 15 gedeeltelijk wordt geopend als ten minste één schaaloppervlak is afgekoeld tot onder de verwekingstemperatuur van het polyolefine of het polycondensatie-polymeer en zich tussen beide schaaloppervlakken een mengsel bevindt 20 met een temperatuur boven de genoemde verwekingstemperatuur, dat het polyolefine een smelt index heeft welke groter is dan 30 g/10min, of het polycondensatie-polymeer een aantalgemiddelde molmassa M„ heeft groter dan 25 5000 g/mol en dat 30 tot 60 gew.% van het mengsel bestaat uit versterkingsvezels met een gemiddelde lengte tussen 0,8 en 15 mm.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de matrijs wordt geopend met een snelheid welke ligt tussen 30 de 0,05 en 10 mm/sec.

3. Schaalvormig thermoplastisch vormdeel omvattende ten minste een polyolefine of een polycondensatie-polymeer en versterkingsvezels met het kenmerk, dat het vormdeel een poreuze kern heeft en ten 35 minste één niet-poreus schaaloppervlak, dat het polyolefine een smeltindex heeft welke groter is dan 30 g/min of het polycondensatie-polymeer een 1004268 -20- aantalgemiddelde molmassa Mn heeft groter dan 5000 g/mol, dat 30 tot 60 gew. % van het vormdeel uit versterkingsvezels met een lengte tussen 0,8 en 15 mm bestaat, waarvan ten minste een gedeelte zich 5 voor een deel in de kern en voor een ander deel in het niet-poreuze schaaloppervlak bevinden en dat het vormdeel een porositeit heeft tussen 20 en 95 vol. %.

4. Vormdeel volgens conclusie 3, waarbij het 10 polyolefine polypropyleen bevat, of het polycondensatie-polymeer polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 11, polyamide 12, polyethyleenterephtalaat, polybutyleentereftalaat of copolymeren daarvan bevat.

5. Vormdeel volgens een der conclusies 3 of 4, dat als versterkingsvezels glasvezels of koolstofvezels bevat.

6. Vormdeel volgens een der conclusies 3-5, waarbij beide schaaloppervlakken niet poreus zijn.

7. Vormdeel volgens een der conclusies 6, waarbij de specifieke buigmodulus groter is dan 10.

8. Toepassing van het vormdeel volgens een der conclusies 3-7 in splashshields, noisehields, fire-walls, hoedenplanken, spatborden, 25 motorkappen, dashboards, panelen voor wasmachines, wasdrogers, caravans, vliegtuigen, geluidsschermen, roofliners, bumperbeams, autoportieren, laadvloeren, fietsonderdelen, scooteronderdelen, motoronderdelen, helmen, 30 pantserplaten, isolatie-wanden, zowel voor warmte als geluid, containers, pallets en transportbakken. 1004268 SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IOENTIFIKATIE VAN OE NATIONALE AANVRAGE Ktnmerlt van de aanvrager ol ven d· gemachtigde 8349NL Nederlands* ainvnj· nr. Indieningsdatum 1004268 14 oktober 1996 Ingeroepen voorrangsdatum Aanvrager (Naam) DSM N.V. Datum van hat verzoek voor aan onderzoek van internationaal type O oor de Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan het ver· zoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend nr. SN 28357 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toepassing van verschillende classificaties,ale classificatiesyrnboten opgeven) Volgens de Internationale classificatie (IPC) Int.Cl.6; B 29 C 45/80, B 29 C 47/92, B 29 C 70/28, B 29 C 44/02 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK __Onderzochte minimum documentatie___ _Classificatiesysteem__Classificatiesymboien Int.Cl.6: B 29 C Onderzochte andere documentatie dan da minimum documentatie voor zover dergelijke documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen III. GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen op aanvullingsblad) IΛ IV- I I GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) I form rcT/ISA/201(al 07.1*79