DE1813206A1 - Verfahren zur Herstellung verstaerkten thermoplastischen Materialien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung verstaerkten thermoplastischen MaterialienInfo
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Description
Imperial Chemical Industries Ltd,, .Goudöii;. ärojR'br:i."annier..
Verfahren zxh; Herstellung von verstärkte::-. tLeriiiop
Materialien
.■:':-::Vorität: 7 ο Dezent 3r 1967
·;-: Jirf-mdung besieht aicfc. auf ein Verfahren aur l·. erste llung -ΐ'ίΐ'ΐκ.·,
"oretarkte' syntliati-scaen thermO;.)ias'-;iL'Ci'εη tia\e-rialian
-.■•lid ?i;f. ai1:- he rgef.· eilten harten, verstärkt on. fiaterialioa.
e" L:;tärki;a thex'ino';.lixst:Lsc;bß Materialien werdon geviöim'J i r.'r,. d.;?.-(.-α·ί:5;
/.ex-gsstall'j, daß s a Var-3tärknn.^3ir;i-tiirv.al. jjkL ein v.hermop.i
if tischet: Wate?ial bei o-pio Ls-je iee yuf oli\o>
'-:-"·:.· ί '.«.il ζ ο ran ahle
ocler it·, einem Es^ruder ':.■ .üptadlev*: i-.-.^cl.. , vc-.c roS. 1-a£} WaLa-^l.'.
(/.".τ Aa-; Extuudi.r;, i.ie i.-.i αϊο:ΐ3 vvc.*..·.;;, <;- i.Ut'J i.<3ii v;"tit'rteα ".u:<"
er·; i.ff'i .uv; son ->rarj.al.iei ze.-r-i;:· siiio.·: ■ νν.-Ή-,ν,. die lani, in-
909829/1344 BAD
schließend zur Herstellung der gewünschten Gegsnstände verformt. werdeno Ein Nachteil eines Verfahrens dieser Art besteht darin*
daß, wenn das'Verstärkungsmaterial eine Faserform aufwaist, clie
Fasern während des Kompundierens und der Verarbeitung gebrochen
werden und es somit nicht möglich istf Gegenstände herzustellen,
die lange Fasern enthalten. Weiterhin ist der Mengenanfceil an
Fasern^ der eingearbeitet werden kann«, bei diesem Komp-jndieriuagsverfahren
beschränkt f da die Anwesenheit der Fasern da.3 Vermögen
des thermoplastischen Materials zum Fließen verringert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur: Herstellung von harten* faserverstärkt en \ synthetischen therm yplast?.-sehen
organischen polymeren Materialien vorgeschlagen, vrelahes
dadurch ausgeführt wird* daß man eine Fasenoaase, von der mi".:1«-
stens ein Seil aus Fasern besteht f die mit einen :t.e:nriopla£itischen
Material mit niedrigeren! Schmelzpunkt al3 d;.e Fasern beschichtet
sindssofern die Fasern selbst thermoplastisch sind..
bei .einer Temperatur unterhalb des »Schmelzpunkts Her Fasern vnö.
oberhalb des Schmelzpunkts des Beschichtu.ngsmater:.als oineui
ausreichenden Druck .unterwirft, so daß das; Besc.b.i(i.b.T,uvi^smara·--
rial unter Bildung einer kontinuierlichem VkItI-I-X,; λο1ο'·λ3 .$!>}
Fasern einschließt, fließt. ;
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von harten.-. ve?'s;.;ärkt-.Tu
Gegenständen können sowohl Stapelfasern als auch erAIetie j/äctoa
werden die Ausdrücke verwendet werden^ und somit /'Fasermasse" u:ad "Fasi.rn" &;ur £.0-
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— 3 —
Schreibung dieser beiden Materialtypen verwendet»
Schreibung dieser beiden Materialtypen verwendet»
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Fasermasse kann
vollständig aus beschichteten Fasern oder aus einem Gemisch aus beschichteten und unbeschichteten Fasern bestehen« Die unbeschichteten
Fasern können aus dem niedriger schmelzenden t
matrixbildenden Material oder aus dem höherschmelzenden, verstärkenden
Material bestehen» In jedem Falle muß ausreichend Belagmaterial
anwesend sein, so daß es beim Fließen unter Druck die
Verstärkungsfasern einschließt„
Gewünschtenfalls können die Fasern thermoplastisch sein, und in
den Fällen* in denen ein Gemisch aus beschichteten und unbeschichteten
Fasern verwendet wird, kann nach Bedarf entweder eines oder können beide der Fasermateriälien thermoplastisch sein.
Beispiele für geeignete Thermoplaste, die entweder als BeschLchtungs-
oder als Faserverstärkungsmateris.l verwendet werden kön-
PoIy-
nenf sind z»B,\Propylen, Polyäthylen, Polymere und Mischpolymere
von Vinylchlorid, Polyäthylenterephthalat, Polymere und Mischpolymere
von Acrylnitril und die verschiedenen Polyamidet Alternativ
kann das Faserverstärkungsmaterial ein mineralisches Fasermaterial,
wie ZcBt Glasfasern oder Asbestfasern, seine Alternativ
können auch metallische Fasern, Kohlenstoffasern oder dünne Drähte ?ls verstärkiingsmaterial beim erfindungsgeraäßen
η «,-.- ---". .- t>·;■ -ϊ-ίτύαη Welche Kombination aus faserfö;?m:L-909829/13UA
;rfi;:.■·
gem Verstärkungsmaterial und Besöhichtungamaterial verwendet
wird, es ist auf alle Fälle wesentlich» daß das Beschichtungsmaterial
einen niedrigeren Schmelzpunkt als das faserförmige
Verstärkungsmaterial aufweist, sofern dieses thermoplastisch ist ο
Wenn die Verstärkungsfasern nicht thermoplastisch sind, d.h«·,
daß die Fasern mineralischer Natur sind und beispielsweise aus
Asbest oder Glas bestehen, dann können sie durch bekannte Techniken,
wie z.B. Tauchen oder Bespritzen, mit dem niedrigerschmelzenden thermoplastischen Matrixmaterial umgeben werden.
Nötigenfalls kann zusätzliches Matrix- oder Verstärkungsmaterial in Form homogener Fasern eingearbeitet werden, und die
gleichförmige Verteilung der Matrix-oder Verstärkungsfasern
und der beschichteten Verstärkungsfasern in der Fasermasse kann durch Textilmischtecnniken erhalten werden,,
Bei einer stark bevorzugten Auaführungsform der vorliegenden Er-
die
findung, bei der sowohl/ Verstärkungsfasern als aush die matrixbildenden
Fasern thermoplastisch sind, können diese als Zweikomponentenfäden gesponnen werden, um beschichtete Fasern herzustellenο
Die Komponenten des Fadens können in einer Seite-an«
Seite-Anordnung vorliegen, tföbei sie beispielsweise durch die
in den britischen Patentschriften 1 035 8Ο9 und 1 041 904 be-•ßchriebenen
!Deehniken hergestellt werden können,- oder altema-
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1813208
. 5 tiy können sie eine Kern-und-HUllen-Anordnung aufweisen, wobei
sie beispielsweise durch das in der britischen Patentschrift 1 100 430 beschriebene Verfahren hergestellt werden können. Im
letzteren Falle sollte das matrixbildende Material natürlich die Hülle sein.
Wenn die Verstärkungsfasern thermoplastisch sind,, dann ist es
erwünscht, daß sie vollständig verstreckt sind, so daß sie der zusammengesetzten Struktur die Eigenschaften einer niedrigen
Dehnfähigkeit,. eines hohen Anfangsmoduls und einer hohen Zugfestigkeit
verleihen» Wenn dia Fasern Zweikomponentenfäden sind, dann kann das Verstrecken integral mit der Extrusion oder als
zweite Stufe bei der Verarbeitung ausgeführt werden. Der Schmelzpunktunterschied zwischen den beiden Komponenten der
Zweikomponentenfäden sollte vorzugsweise so sein, daß aie während
des Verforimmgsverfahrens nur einen geringen oder gar keinen ^
Verlast der Molekülorientierung und damit nur einen geringen
oder gar keinen Verlust an physikalischen fiigenscaaften erle:'.den0
Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren die Fasermasse erhitzt
und einem Druck unterworfen w.ird, dann fließt das niedrigerschmelzende
Material imd bildet eine Matrix{ welcae das faserförmige
Verstärkungsmaterial einschließt,. Der D/.-u-jk zwingt dae
Bese.'iichtu£gsniaterial zttfti fließen.,, so daß ee das anders faserfförmig-e
Material oinsoJiJ.ießt; wad Im w©F»entliciien -ixe. gs
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I 1 I
JJ JJ .JJ
luft, die zwischen den Pasern in der Fasermasse vorliegt, austreibt
ο Wenn ein gleichförmig verstärktes Produkt erhalten werden soll, dann sollte die Fasermasse innig gemischt werden» bevor
sie erhitzt und unter Druck versetzt wirdo Die !Fasermasse
kann, ob sie nun vollständig- aus beschichteten Pasern oder aus
einem Gemisch aus beschichteten und unbeschichteten Fasern besteht, in zweckmäßiger Weise durch in der Technik der nicht~gewebten
Te'xtilstoffe verwendete Verfahren hergestellt werden, Der
jeweils gewählte Weg hängt weitgehend von der Matur der Fasern
ab. Wenn die beschichteten Fasern in Stapellänge geschnitten
3inds dann kann ©ine Faserbahn durch Kardieren, dtjrch statistische
Luftablagerung von Fasern auf eine geeignete Fläche oc.er
durch Papierherstellungstechniken angefertigt werclen* Das gewünschte Gewicht"der Bahn wird durch die Natur dea feinigen
geformten Produkts bestimmt, und einzelne Bahnen, die durch die oben erwähnten Techniken hergestellt worden sind^ können gedoppelt
oder kreuzweise gelegt werden, um das Gewicht der Bafcn
je Flächeneinheit au erhöhen*, Die Terstärkungsfassrn müssen
nicht Stapellänge aufweisen, sondern sie können gewünschtenfe.118
endlose Fäden sein* Faserbahnen aus endlosen Fäden können in
zweckmäßiger Weise durch Ablagerung der beschichteten Fasern
auf eine Aufnahmeoberflächs? wobei, eine statistisch abgelegte
Struktur gebildet wird? hergestellt werden s wie ea in der britischen Patentschrift 1 088 931 beschrieben iöta ■ .Alternativ
können viele endlose Fäden ausgerichtet werden» rädern sie
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f C f
c r
• *
Seite an Seite abgelegt werden* um eine Bahn herzustellen» die
auf einen Baum aufgespult werden kann, wie er beispielsweise zur Herstellung einer Bahn aus Kettenfäden bei Webprozessen verwendet
wird.
Die Verstärkungsfaaem verleihen dem fertigen geformten Produkt
im wesentlichen in der Richtung, in der sie orientiert sind,
eine verbesserte Zugfestigkeito Wenn somit alle Verstärkungsfasern
innerhalb des Matrizmaterials im wesentlichen in der gleichen Richtung orientiert sind, so wird die Verbesserung der
Zugfestigkeit des geformten Gegenstands weitgehend auf diese Richtung beschränkt sein. Eine Verstärkung des geformten Gegenstands
in bevorzugten Richtungen wird somit durch die Verwendung der oben beschriebenen Bahn aus Kettenfäden möglich gemacht,
und eine Festigkeit in verschiedenen Richtungen kann durch ein kreuzweises Überlappen oder kreuzweises Legen der Bahnen aus μ
Kettenfäden erreicht werden.
Welche Fasermasse auch immer ausgewählt wird, sie kann leicht für eine leichtere Handhabung robuster gemacht werden, indem
sie durch einen Bindeofen oder erhitzte Kalanderwalzen hindurchgeführt wirdf so daß das matrixbildende Material gerade
geschmolzen wird, wodurch eine leichte Bindung der Struktur durch eine leichte Sinterung derselben erzielt wird« Alterna-'tiv
kann die Pasermasse beispielsweise durch Stechen mit Nadeln
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verdichtet werden,, um sie robuster zu jiaohen, wenn eine Stapelfaser
verwendet wird« Die Masse kann dann leicht auf ,iede ge-•wünschte
Form geschnitten und in die gewünschte Form eingebracht werden.
Die Fasermasse kann in jeder geeigneten Weise erhitzt und ge-
^ preßt werdenf beispielsweise kann sie zwischen Druckwalzen hindurchgefUhrt
werden, die auf eine Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien erhitzt sind» In zweckmäßiger
Weise wird die Masse durch eine Reihe von Druckwalzen hindurchgeführtf wie ztBe durch einen Kalander, wie er bei der
Herstellung von Tafelmaterialien verwendet wird* Die Masse kann
in einer erhitzten Presse gepreßt werden, welche flach sein kannf
wodurch ein Tafelmaterial hergestellt wird, oder die obere und
untere Oberfläche der Presse kann in geeigneter Weise geformt A sein, so daß die Masse in der V/eise gepreßt wird, daß aie der
Form folgt t wodurch ein der Form entsprechender Gegenstand gebildet wirdc Beispielsweise können durch Vervrendung von geeignet, gestalteten Formen gewellte Platten oder kuppelförraige
Gegenstände hergestellt werdeno
Das bevorzugte Verhältnis von Verstärkungsfasern au matrixbildendem
Material, ob dieses nun einzig und allein durch einen
,Belag auf den YerstärktmgsfEsern oder durch einen Belag und vei-
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dew
teren Fasern aus/Beschiehtungsinaterial gebildet wird, muß ausreichen, daß eine kontinuierliche Matrix "beim Erhitzen und Pressen
entstehte Dieses Verhältnis hängt von der Batur des Fasermaterials
aba Bs wurde geftindenf daß der optimale Prozentsatz an Verstärkungsfasern im fertigen Formling, um die größte Festigkeit zu
erzielen} ungefähr 50 Teile betragt. Im allgemeinen wurde gefunden
?. daß 21/2~75 Volnmteile Verstärkungsfasern zufriedenstellende
Formlinge ergeben» aber dieser obere Grenzwert hängt vom Jeweiligen
Gremischi, der Viskosität des Gemisehs aus gesoiimolsenem
laatrixbildenden Material und verstärkendem Fasermuterial und vom
iiiscJtangsgrad ab,.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näb.er erläutert,
900 .<; «-Chargen eines G-smischs, >;e3..ches vsr&chiedens Mengen Nylon
56.·Γ·.·ί:Θ,.·η -xid 3J'ylori«~66-Patern» die mit einer gleichen Sewichts*·
iii5üg-i ilana stctisticichaii ifäaohpolymer;·; aus 80 Gew -Φ Hexaiiethf
leif.wij^aaiid and 20 G-i-tr, --/^ Oy/ocolactiaa .ceüCihrn-öhtet ^raren» ent-r.x^l
«tlO/C"·: auf 'ili'i'T £>hir.lö7 textile Gardlag M-?.ohine gemischt,
Ui f- ■ j.-.■& t;-.3n baft-as· i?a.^uert ^.m" einom JJvAe-VStIIbJ auf eine Tj.-iife
o.:* LiJi iiiihu -SUTd3 drsjLißjl (iurc1 die Masehiiie
^} c.ann d-yp■,-■■■ :ΙΛ ausaamen^;·*»1 i-'t tr-'-.ά ifiederura
Ie !'!aschine hizidiri-hgt· führt und otjuiu.ieP ;nd liochmais
ztLf;rinm^iii?:offi2· i,er. -.ir-.d -.iocamal-s 'iur^h die i'iaßfihine Mn-909829/1344
durchgeführt s
Quadratische Proben mit einer Kantenlänge von 12;7 cm,, welche
aus
ungefähr 60g wogen? wurden/jeder Baiin herausgeschnitten und ewischen glatte verchromte Platten eingebracht <,= Bless Schiehtgebilde vrarden dann zwischen den Platten einer Presse 5 siinbei einem Druck von 35 at und dann weitere 5 min toi einam Druck von 140 at gepreßt,, wobei die Platten der Presae eine Senrperatur im Bereich von 235-245 C aufwiesen« Die Schi clrbge »■ bilde wurden dann durch zirkulierendes //asser? das durch die Platten der Presse hindurchging t abgekühlt f währerddessen der Druck auf 140 at gehalten wurde 0 AbscJüießend warden die Proben auf Haumteraperatur xind Haumfeiicht igkeit konditioniert und dann getestete Die Rosultate dieser Tests sind Ln eier fol·· genden Tabelle angegeben..
ungefähr 60g wogen? wurden/jeder Baiin herausgeschnitten und ewischen glatte verchromte Platten eingebracht <,= Bless Schiehtgebilde vrarden dann zwischen den Platten einer Presse 5 siinbei einem Druck von 35 at und dann weitere 5 min toi einam Druck von 140 at gepreßt,, wobei die Platten der Presae eine Senrperatur im Bereich von 235-245 C aufwiesen« Die Schi clrbge »■ bilde wurden dann durch zirkulierendes //asser? das durch die Platten der Presse hindurchging t abgekühlt f währerddessen der Druck auf 140 at gehalten wurde 0 AbscJüießend warden die Proben auf Haumteraperatur xind Haumfeiicht igkeit konditioniert und dann getestete Die Rosultate dieser Tests sind Ln eier fol·· genden Tabelle angegeben..
909 829/134 4
CX) N) CO
(b) beschich tete Fasern |
fi> Matrix d.h.Misch polymer |
Tabelle | Dichte g/cm* |
Fließ span nung ρ kg/cm |
Biege- mod\al kg/cm2 χ 105 |
Charpy-Schlag- festigkeit (0f254 mm Kerbe Spitze) ο mkg/cm |
|
ftew..~7* Fasern im Gemisch |
100 50 25 |
50 25 12,5 |
% Verstär- kungsfa- sern als Nylon-66 |
1,15 1,15 1,12 |
108,85 103.67 53.55 |
0,2387 0,2464 0f2100 |
0,146 0,213 0,254 |
(a) Nylon-66! | 50 75 37,5 |
||||||
C 50 75 |
Ein Garn aus 40 Fäden (3 den/Faden) und mit einem zweikomponentigen
K ern-und-Hüllen-Aufbau wurde auf ein Verstreckverhältnis von 3 ..85*1
versti*eekt und auf Spulen aufgewickelt., Der Kern der Sweikomponentenfsden
bestand aus 5fylon»-66, und die Hülle bestand aus einem
Mischpolymer a.us 70% Nylon-66 und 30'/° Wylcm-61 Sie Hülls macht ο
35 Gew.»# des Fadens aus. 1160 Spillen dieses Garns wurden auf
einen Spulenträger aufgebracht und 11.60 Garenenden worden abgezogen
und auf einen Baum aufgespult, um eine Garnbahn mit einer
Breite von 1 m herzustellen« Dies Bahn wurde dann durch Kalanderwalzen
f die auf 2100C erhitzt waren, hindurchgeführt, wodurch die
Fasern leicht miteinander -verbunden wurden.
Quadratische Proben mit einer Kantenlänge von 10,2 cm wurden a,v.&
der Bahn herausgeschnitten und in einer 'ilcew gestapelt,, wobei
die Richtung der Fäden in einer Schicht senkrecht- zur Richtung
der Fäden in den benachbarten Schichten verlief* Dsr Stapel enthielt
ausreichend Schichten, so daß die Form gefüllt war,, wenn der Stapel gepreßt wurde* Die Form wurde verschlossen und 5 adb:«.
auf 2300G erhitzt; wobei ein Druck von 18*1 t auf den Stempel
mit einer Kantenlänge von 10,2 cm 5 min l&.*iiy ausgeübt vmrde, währenddessen
die Temperatur auf 230°0 gehalten wurde. Hue rauf κυη.:·
die Form unter .Druck auf 400C abkühle". gel.is-.:ö<m<.·
Bs wurde ein. Formling ;ixt 'einer gefällige!.. i'l:-GrfläoU3ncc--3oha:Li-i-:?-·
heit w.o mit guten Stigoigenscbaften erhel J:·sr; eier aua er.neu
909829/134A ' '
BADORfQfNAL
MIschpol3?mer aus Nylon~66 -und Hylon-β "bestand y welches mit Pasern
aus Nylon~66 irerstärkt war.
90 9829/134
Claims (1)
- ο) Verfahren zur Herstellung von Jaarten? faserMHhmtett synthetischen thermoplastischen organischen polymeren Materialien, dadurch gekennzeichnet.; daß man eine Fasermasse» von der mindestens ein Teil aus Fasern besteht„ die mit einem thermoplastischen Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Fasern beschichtet sind,, bei einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des BeschichtungsmateriaXs und der Fasern preßte so daß das Beschichtungsmaterial unter Bildung einer kontinuierlichen Matrix* welch*, die Fasern einschließt? fließt ο2 „ Verfahren nach Anspruch 1? dadurch gekennzeichnet s daß die Pasermasse mindestens teilweise au;? endlosen Fäden besteht n909829/1344 ^AD ORIGINAL
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---|---|---|---|
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---|---|
DE1813206A1 true DE1813206A1 (de) | 1969-07-17 |
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Family Applications (1)
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GB (1) | GB1211737A (de) |
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