DE1778781A1 - Verfahren zur Herstellung von verstaerkten synthetischen thermoplastischen Materialien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von verstaerkten synthetischen thermoplastischen MaterialienInfo
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- B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von
verstärkten synthetischen thermoplastischen Materialien und auf
die dabei hergestellten verstärkten Materialien.
Verstärkte thermoplastische Materialien werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man ein Verstärkungsmaterial und ein
thermoplastisches Material beispielsweise auf einer Zweiwalzenmühle oder in einem Extruder kompundiert und dann den Crepe oder
das Extrudat, die dabei erhalten werden, in Granalien zerkleinert.
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die anschließend zur Herstellung der gewünschten Gegenstände verformt werden. Ein Nachteil dieser Art von Verfahren liegt darin,
daß, sofern das Verstärkungsmaterial faserförralg ist, die Fasern
während des Kompunälerens und der Verarbeitung leicht zerbrechen
und es aus diesem Grunde nicht möglich ist, Gegenstände, die lange Fasern enthalten, herzustellen. Weiterhin ist die Konzentration der Fasern, welche eingearbeitet werden kann, bei diesen
Kompondierungsverfahren beschränkt, da die Fasern den Fluß des thermoplastischen Materials herabsetzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
von verstärkten synthetischen thermoplastischen Materialien vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird« daß man ein Gemisch
aus zwei faserförmigen Materialien bei einer Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien komprimiert, wobei zumindest das niedriger schmelzende Material ein synthetisches
thermoplastisches Material 1st.
Gegebenenfalls können beide fnserförmige Materialien synthetische
Thermoplaste sein.
Beispiele flir geeignete fasevförmige thermoplastische Materialien
sind Polypropylen, Polyäthylen, Polymere und Mischpolymere von Vinylchlorid, Polyäthylenterephthalat, Polymere und Mischpolymere
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von Acrylnitril und die verschiedenen Polyamide. Das andere faserförmige
Material kann auch eines dieser Materialien sein, oder es kann ein mineralisches faseriges Material sein« wie z.B. Glasfasern
oder Asbestfasern. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch Metallfasern, Kohlenstoffasern oder dünne Drähte verwendet
werden. m
Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren das niedriger schmelzende
Material erhitzt wird, dann fließt es und bildet eine Matrix, die unter dsm herrschenden Druck das andere faserförmige Material
in sich einschließt. Gegebenenfalls kann das andere faserförmige Material beschichtet sein, um dadurch die Haftung an dem niedriger
schmelzenden thermoplastischen Material zu erhöhen« Wenn ein
gleichmäßig verstärktes Produkt erhalten werden soll, dann müsser die beiden faserfSrmigen Materialien innig gemischt werden, bevor
das Gemisch erhitzt und unter Druck gesetzt wird. Der nötige \ Mischungsgrad iiann dadurch erhalten werden, daß man die Fasern
durch in der Textilindustrie allgemein bekannte Techniken, wie ζ,Βο Kardieren, mischt. Es können auch Verfahren,die in der Papierherstellung
allgemein bekannt sind, verwendet werden, wobei eine Aufschlämmung der Fasern in Wasser oder in einer anderen inerten
Flüssigkeit zwecks Mischung der Fasern bewegt, die Mischung anschließend gesiebt und der resultierende Kuchen getrocknet wird.
Eine dritte Methode zur Herstellung; eines Fasergemischs, welche
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besonders für die Herstellung einer Mischung au3 zwei thermoplaste
sehen Pasern geeignet ist, besteht darin, die beiden Materialien
gleichzeitig, zu extrudieren, so daß die Extrudate sich vermischen
Weiterhin können auch endlose Fäden Seite an Seite göftlhrt werden, um eine Watte oder Matte herzustellen, die dann auf die ge-
wUnsohte Grüße geschnitten wird.
Das Fasergemisch kann in jeder geeigneten Weise erhitzt und komprimiert werden, beispielsweise kann es zwischen zwei Druckwalzen hindurchgeftlhrt werden, die auf eine Temperatur zwischen
den Schmelzpunkten der beiden Materialien erhitzt sind. In zweckmäßiger Welse kann das Material durch eine Reihe von Druckwalzen hindurchgefUhrt werden, wie z.B. Kaliander, die denen ähnlich sind, die bei der Herstellung von Metallblechen verwendet
werden. Weiterhin kann das Gemisch auch in einer Presse komprimiert und erhitzt werden, welche flach sein kann, so daß ein
folien- bzw. tafelförmiges Material entsteht. Es ist auch möglich, die obere und die unter Oberfläche der Presse in geeigneter
Weise zu formen, so daß beim Pressen des Oemisohs dieses der
Form folgt, wobei ein Gegenstand mit einer entsprechenden Form gebildet wird. Beispielswelse können bei Verwendung geeigneter
Formen gewellte Platten oder kuppeiförmige Gegenstände herger
stellt werden.
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Platte kann auch wieder erhitzt und durch ein geeignet geformtes
Werkzeug verforrat werden, um den gewünschten Gegenstand herzustellen. Eine weitere Alternative besteht darin, die duroh
das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten verstärkten thermo» plastischen Materlallen In Granalien su schneiden und in herkömmlichen Spritzgußverfahren zu verwenden.
Das bevorzugte Verhältnis von Verstärkungsfasern : Matrix bildenden Fasern Im Gemisch hängt von der Natur der faserförmigen
Materialien und der Natur des herzustellenden Gegenstandes ab« Je höher der Prozentsatz an verstärkenden Fasern, d.h. an höher
schmelzenden Fasern, Im fertigen Pressgegenstand ist, desto grüßer
ist die Festigkeit des fertigen Materials. Jedooh wird die maximale Menge an verstärkenden Fasern, welche anwesend sein kann, duroh
den Fließgrad bestimmt, den die Watte beim Vorpressen haben βύ·*·
da eine minimale Menge an Matrix bildenden Fasern fUr diesen Zweck erforderlich ist. Im allgemeinen werden 2 1/2 bis 75 Volumteile verstärkende Fasern bevorzugt, aber dieser obere Grenzwert
hängt vom jeweiligen Gemisch, von der Viskosität des Gemische aus dem geschmolzenen Matrix bildenden Material und dem verstärkenden faserförmigen Material und von der Wirksamkeit des
Mlschens ab.
Die Erfindung wird duroh die folgenden Beispiele näher erläutert,
Die BeLapiele sind nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen*
209808/0592 W °RIG1NAL
2,04 kg extrudierte. Polypropylenfasern rait einem Tlter yon 3 den
wurden auf eine Länge von 38*1 um geschnitten, und 2,49 leg
extrudierte und vorstreckte Polyäthylenterephthalatfasern mit
einem Titer von 1,5 den wurden auf die gleiche Länge geschnitten. Diese beide Fasermassen wurden grob miteinander in einem Trichter
gemischt und einer Xardlenaaschine zugeführt, welche eine 30*8 mm
dicke Wattebahn aus gut gemischten Fasern herstellte. Diese Wattebahn wurde durch eine Benadelungsmaechine hindurchgefUhrt, um
sie auf eine Dicke von 3,2 mn zu verdichten. Aus der resultierenden Bahn wurden 8 Stücke mit einem Durchmesser von 152,4 mm heraus
geschnitten, welche zwischen den aufeinanderpassenden männlichen
und weiblichen Teilen eines metallenen Verformungswerkzeugs bei 2200C libereinandergelegt wurden. Das Werkzeug wurde geschlossen und
5 Minuten bei einem Druck von 14 kg/cm2 geschlossen gehalten,
worauf der Druck auf 70 kg/om erhöht und die Form in j>
Minuten auf 40°C abgekühlt wurde. Die Presse wurde dann geöffnet, und
das PressstUck wurde entnommen. Das Pressstück entsprach dem
Hohlraum des Werkzeugs. Das Polypropylen in der Wattebahn war
geschmolzen und um die Polyäthylenterephthalatfasern geflossen. Durch das anschließende Verfestigen war ein Gegenstand aus mit
Polyäthylenterephthalat verstärktem Polypropylen entstanden, der ein ansprechendes Oberfläohenaussehen besaß. Die Zugfestigkeit
betrug 560 kg/ora und der Biegemodul 2,45 x 10* kg/om**.
203808/0592
20 g Asbestfasern und 40 g Nylonfasern mit einem Titer von 3 den,
welche auf eine Länge von 12,7 mm geschnitten waren, wurden in 250 cm Wasser eingebracht« und das Gemisch wurde 1 Minute mit
einem SohaufelrUhrer bewegt. Die wässrige Aufschlämmung wurde filtriert, und der resultierende Kuchen wurde 6 Stunden bei 1300C '
in einem Vakuumofen getrocknet. Der Kuchen wurde dann in eine Presse zwischen flache erhitzte Platten eingebracht, welche 5
Minuten auf 28o°C gehalten wurden und dann in weiteren 5 Minuten auf 40°C abgeklihlt wurden. Dabei wurden die gleichen Drücke wie
in Beispiel 1 verwendet. Anschließend wurde das Pressteil entnommen. Es wurde eine Platte von 127>0 mm im Quadrat erhalten, welche
aus Asbestfasern bestand« die gut in einer Nylonmatrix verteilt
waren.
20 g schwarze Kohlenstoffasern von 152*4 mm Länge und einem
Durchmesser von 0,076 ram wurden von Hand mit 50 g 152,4 mm langeij
weißer Polyäthylenterephthalatfasern gemischt, und zwar durch ein Öffnungsverfahren, um die Pasern zu trennen, worauf die Pasern
wieder gemischt wurden. Der Mischungsgrad konnte durch die Mischung der beiden Farben bestimmt werden. Die gemischten Pasern
wurden dann in den Hohlraum einer Form eingebracht und dem folgenden
Fresszj^klus unterworfen. Die Form wurde auf 2900C erhitzt
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und mit Hilfe eines Stempels von 101,6 mm im Quadrat unter einen
Druck von 5,08 t versetzt. Der Druck: wurde auf 20,52 t erhöht,
und das Werkzeug wurde vor dem Öffnen auf 4o°C abgektlhlt, worauf
das Pressteil entnommen wurde, welches aus einer kleinen Platte bestand, die sich aus einer Matrix aus Polyethylenterephthalat
und KohlenstoffVerstärkungsfasern zusammensetzte.
50 g Nylonfasern von 25,4 mm Länge wurden in einem Hensehe1-Mlscher mit 50 g Glasfasern von 10 μ Durchmesser und 6,55 nun
Länge gemischt. Die resultierende flaumige Fasermasse wurde zwischen Platten einer auf 2900C erhitzten Presse verformt, wobei
der Presszyklus wie in Beispiel 5 war, worauf die Platten in 5
Minuten auf 4o°C abgekühlt wurden. Die resultierende Platte war gut verdichtet und hatte gute Zugeigenschaften, obwohl das Aussehen nicht so gut war, wie es in den vorhergehenden Beispielen
erhalten wurde, da die Glasfasern eine Neigung zur Agglomeration zeigten, weil nämlich das anfängliche Mischen nicht ausreichend
intensiv war.
Endlose Nylon- und Glasfasern wurden gemeinsam in einen Strang gewickelt, welcher65,3 Gew.-# Glasfar.ern enthielt. Der Strang
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— Q -
wurde in Längen geschnitten, und diese Längen wurden aufeinandergestapelt,
so daß die Pasern in einer jeden Schicht senkrecht zu den Pasern der vorhergehenden Schicht lagen. Der Stapel wurde
dann dem gleichen Temperatur- und Druekzyklus, wie er in Beispiel h
verwendet wurde, unterworfen, um eine mit Glasfasern verstärkte Nylonplatte herzustellen, die einen Blegeraodul von 1,27 x
ο ρ
kg/cm und eine Zugfestigkeit von 2800 kg/cra besaß.
2 u 3 η η a / ü 5 ^ 2
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von verstärkten synthetischen thermoplastischen Materialien» bei welchem ein Gemisch aus
zwei faserformIgen Materialien unter Druck versetzt wird, wobei
mindestens das niedriger schmelzende Material ein synthetischer
Thermoplast ist» dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bei
einer Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien
gepreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das
höher schmelzende der faserfärmigen Materialien beschichtet wird» um die Haftung an dem niedriger schmelzenden Material zu verbessern.
3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet»
das das höher schmelzende faserförmige Material in einer Menge
von 2 1/2 bis 75 Volumteilen je 100 Volumteile Fasergemisch verwendet wird.
WkTWTANWXlTl
W.-ING H FlNC KE. Dlrt.-ΙΝβ.H. ΒΟΗ«
DlPl-INO. S IT
^09808/1)532
BAD ORIGINAL
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