DE2312816C3

DE2312816C3 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE2312816C3
Application number: DE2312816A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Chem. Dr. 6703 Limburgerhof Pohlemann; Lothar 6701 Fussgoenheim Schlemmer; Rolf Dipl.-Chem. Dr. 6900 Heidelberg Wurmb
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-03-15
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE2312816A1; IT1003660B; DE2312816B2; JPS49128082A; FR2221260B1; GB1451824A; JPS5934487B2; FR2221260A1; BE812365A; NL7403041A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen durch Zusammenführen einer oder mehrerer, auf Temperaturen zwischen 150 und 300⁰C vorerwärmter Glasfasermatten mit der Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs, Verpressen und Abkühlen.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 20 00 123 bekannt. Danach wird auf vorerwärmtes Fasermaterial Polyvinylchlorid in Form von Folien, Platten, Pasten oder Pulver aufgebracht und aufgeschmolzen, anschlie-Bend werden mehrere Schichten durch Wärme-Druck-Behandlung miteinander verbunden. Dieses Verpressen geschieht vorzugsweise diskontinuierlich in Plattenpressen, die Möglichkeit einer Kontinuierlichen Herstellung von Bahnen auf einem Kalander k am Rande erwähnt. Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Arbeitsweise. bei der die Kunststoffschichten erst auf dem Fasermaterial aufgeschmolzen werden, sich im Halbzeug Hohlräume und Lunker ausbilden. Weiter wurde festgestellt, daß beim Verpressen von kunststoffbeschichtetem Fasermaterial auf einem Kalander Produkte mit schlechten Oberflächeneigenschaften erhalten werden.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kontinuierlich durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von lunkerfreiem Halbzeug aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen zu entwickeln, aus dem sich Formteile mit hohen Festigkeitswerten und guten Oberflächeneigenschaften herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird geiöst. wenn bei der kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen durch Zusammenführen einer oder mehrerer, auf Temperaturen zwischen 150 und 300^C vorerwärmfr Glasfasermatten mit der Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs. Verpressen und Abkühlen, die Schmelze möglichst dünnflüssig extrudiert wird, und das Verpressen unter beidseitig vollflächiger Eingrenzung unter einem Preßdruck von 0,r bis 20 bar innerhalb von 20 bis 180 see gleichzeitig mit der Abkühlung erfolgt.

Die Erfindung stellt sich somit als eine Kombination von drei wesentlichen Maßnähmen dar!

(1) vorerwärmte Glasfasermatten werden

(2) mit einer möglichst dünnflüssigen extrudieren Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs

(3) unter beidseitig Vöilflächiger Eingren^ung ver-Dfeßt.

Wird eine dieser drei Maßnahmen nicht angewandt oder wird sie abgeändert, so erhält man kein lunkerfreies Halbzeug, aus dem sich Formteile mit hohen Festigkeitswerten und guten Oberflächeneigenschaften herstellen lassen.

In der DE-OS 14 54 988 sovie in der DE-OS 20 07 370, ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen beschrieben, bei dem Halbzeug aus faserverstärkten Thermoplasten bis zum plastische! Fließen erhitzt und anschließend verformt wird. Dadurch lassen sich auf einfache Weise stabile und stark beanspruchbare Formteile herstellen, die z. B. im Automobilbau oder Möbelbau Anwendung finden können. Das Halbzeug, das nach diesem Verfahren verarbeitet wird, besteht aus ebenen Bahnen, Tafeln oder Platten, die durch Beschichten von Glasfasermatten mit einer Kunststoffschmelze, z. B. mittels eines Extruders, und anschließendes Verpressen hergestellt werden können.

Eine Vorwärmung der Glasfasermatten ist dabei jedoch nicht vorgesehen. Das Verpressen erfolgt bevorzugt diskontinuierlich in Plattenpressen, daneben wird auch die Anwendung von Walzen und Kalandern erwähnt, nicht aber ein Verpressen unter beidseitig vollflächiger Eingrenzung.

Eine solche Arbeitsweise ist zwar in der DD-PS 20 549 beschrieben, wo in einem Beispiel mit endlosen Druckbändern verr.reßt wird; dort werden jedoch die thermoplastischen Kunststoffe in Form von Folien auf nicht vorerwärmte Glasfasermatten aufgebracht und dann erst aufgeschmolzen und anschließend verpreßt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren sind alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe geeignet, beispielsweise Olefinpolymerisate. wie Polyäthylen oder Polypropylen: Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Polystyrol oder Copolymere des Styrols mit bis zu 50 Gew.-% Acrylnitril. A-Methyl-Styrol. Maleinsäureanhydrid, Methylmethacrylat sowie kautschukmodifizierte Styrolpolymerisate. vorzugsweise solche, die 2 bis 25 Gew.-% eine* Butadienkautschuks enthalten; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid. Polyvinylidenchlorid oder chlorierte Polyolefine; Polyamide. Polymethylmethacrylat. Polyester aus Terephthalsäure und gesättigten Diolen. PoIycarbonat sowie Mischungen dieser Polymerisate.

Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe. Pigmente. Farbstoffe. Antistatika, Stabilisatoren. Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten.

Neben üblichen Glasfaser-Matten sind auch Vliese oder Filze geeignet. Um einen besseren Zusammenhalt der Fasern zu bewirken, werden sie zweckmäßigerweise mit üblichen Bindern auf Kunststoffbasis beschichtet Glasfasern werden mit üblichen Schlichten behandelt, die z. B. einen Haftvermittler auf Silan- oder Chrombasis enthalten. Vorzugsweise werden lockere Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von 250 bis 1200 g/m² verwendet, die zusätzlich mit Oberflächenvliesen von 30 bis 60 g/m² Flächengewicht bedeckt sein können.

Das Verhältnis Kunststoff zu Faser wird so gewählt, daß das fertige Halbzeug zwischen 10 und 70. vorzugsweise 20 bis 60 üew^% Fasern enthält. Man -kann entweder hur eine; Matte mit der l<unststoffschmelze tränken, es können jedoch auch mehrere Matten übereSnandergelegt und getränkt Werden.

Die Glasfasermatten werden vor dem Zusammenbringen mit der Kürisfstöffschmelze auf Verarbeitungsterripefatüt' erwärmt. Dies geschieht beispielsweise, indem sie mit lR>Strahlern beheizt, duröh einen Ofen

geführt oder über heiße Walzen geleitet werden. Die Verarbeitungstemperatur liegt zwischen 150 und 300⁰C₁ vorzugsweise bei 200 bis 280⁰C.

Der thermoplastische Kunststoff wird erfindungsgemäß als möglichst dünnflüssige Schmelze auf bzw. zwischen die Glasfasermatten extrudiert, wobei zweckmäßigerweise aus einem Extruder mit Breitschlitzdüse ausgepreßt wird. Die Schmelze muß möglichst dünnflüssig sein, da sie sonst die Glasfasermatten nicht weitgehend genug durchdringen wurden. Bei Polyolefinen sollte die Viskosität bei der Verarbeitungstemperatur vorzugsweise unterhalb von 5 · 10⁵ mPas, bei Siyrolpolymerisaten unterhalb von 1 · 10&mPasundbei Polyamiden unterhalb von 1 · lOSmPas liegen. Die Temperatur der Thermoplastschmelze richtet sich nach der Erweichungs- bzw. Zersetzungstemperatur des Thermoplasten. Sie liegt im allgemeinen zwischen 170 und 300⁰C. Beim Zusammenführen von Schmelze und Glasfasermatten dringt diese zunächst nur teilweise in die Matten ein. Erst beim unmittelbar anschließenden Verpressen wird die Matte vollständig getränkt und die Luft daraus verdrängt

Die mit der Schmelze des thermoplastischen Kunststoffs getränkten Glasfasermatten werden erfindungsgemäß unter beidseitig vollflächiger Eingrenzung verpreßt. Vorzugsweise geschieht dies auf kontinuierlich arbeitenden Bändern. Dabei sollte die Verweilzeit in der Druckzone verhältnismäßig lang sein, da Preßvorgang und Abkühlen praktisch gleichzeitig ablaufen, so daß also beispielsweise ein einfaches Walzenpaar nicht brauchbar ist. Geeignet ist dagegen eine mit einem endlosen Band teilweise umspannte Trommel nach dem Beispiel 2 oder eine Formenkette nach dem Beispiel 3 der DE-OS 14 54 988, sowie ein endloses Druckband nach dem Beispiel 7 der DD-PS 20 549.

In dieser Druckzone werden Kunststoffschmelze und Glasfasermatten miteinander verpreßt Der Preßdruck liegt zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise zwischen 1 und 15 bar. Dabei werden die Glasfasermatten im allgemeinen zusammengepreßt, beispielsweise etwa um das 5fache. Die hTeßwerkzeuge sind im allgemeinen nicht beheizt, so daß eine Abkühlung des heißen Halbzeugs in der Druckzone stattfindet. Dies kann c'urch eine Kühlung der Werkzeuge noch beschleunigt werden. Die Verweilzeit des Halbzeugs in der Druckzone liegt zwischen 20 Sekunden und 3 Minuten.

Das fertige Halbzeug ha» im allgemeinen eine Dicke von OJ bis 10 mm. vorzugsweise von 0.5 bis 5 mm. Es kann geschnitten oder - bei dünnem Mater.al aufgerollt werden. Man kann es entweder gleich anschließend weiterverarbeiten oder lagern. Die Weiterverarbeitung geschieht dadurch, daß man das Halbzeug bis zum plastischen Fließen erhitzt und anschließend verformt, wie es beispielsweise in der DE-PS 14 54 988 beschrieben ist

Dadurch lassen sich Fertigteile, wie Wellplatten, Automobilkarosserieteile, Behälter, Abdeckplatten oder Möbelteile herstellen.

Beispiel 1

ίο Das Verfahren wurde in einer Apparatur nach F i g. 1 durchgeführt Zwei Endlosglasseidenmatten (4) mit einer Dicke von 0,5 cm und einem Flächengewicht von 900 g/m² werden durch Infrarot-Strahler (5) auf etwa 230⁰C aufgeheizt Über zwei beheizte Walzen (2) werden sie in eine Druckzone eingeführt. Zwischen die Matten wird aus einer Breitschlitzdüse (6) ein ca. 1,5 mm dicker Strang aus Polypropylen mit einer Temperatur von 230⁰C extrudiert (Schmelzvisko'.ität 2 ■ 10⁵ mPas). In der Druckzone werden Glasfasermatte und Polypropylenschmelze bei einem Druck von etwa 5 bar durch endlose Stahlbänder (1) zusammen/. preßt Die Verweüzcit in der Druckzone beträgt Γ Minuten. Über gekühlte Walzen (3) verläßt das fertige Halbzeug (X)d\e Druckzone. Es hat dabei eine Temperatur von 60⁰C und eine Dicke von 2,8 mm. Der Glasfasergehali des Halbzeugs beträgt 48 Gew.-%. Die Festigkeit wurde nach DIN 53 455 gemessen. Sie beträgt 110 N/mm*. Der Ε-Modul nach DIN 53 457 berägt 80 00 N/mm*. Das Halbzeug hat etwa gleiche Festigkeit und Steifigkeit wie ein 0,8 mm dickes Stahlblech. Dies bedeutet eine Gewichtsersparnis von 37%.

in einem Vergleichsversuch wurden die Glasfasermatten nicht vorerwärmt Das fertige Halbzeug hat hier eine Festigkeit von nur 85 N/mm².

Beispiel 2

r Herstellung von verstärktem thermoplastischem Halbzeug wurde eine Anlage, wie sie in F i g. 2 skizziert ist, verwendet. Sie besteht aus einer großen kühlbaren Walze (11), auf die endloses Stahlband: (12) durch Druck-(13, und Spannwalzen (14) aufgepreßt wird. In den Spalt zwischen Walze und Band werden zwei durch IR-Strahler (15) vorgeheizte Glasseidenma'aen (16) mit einem Flächengewicht von 300 g/m² eingebogen und zwischen sie Polyamid-6-Schmelze von ca. 260^cC über eine Breitschlitzdüse (17) extrudiert. Im Auslauf ist das Halbzeug (X) bereits auf ca. 70⁰C abgekühlt und kann dann auf einen Kern (18) aufgewickelt werden. Es hat eine Dicke von ca. 0,8 mm und einen Glasgehalt von ca. ^ΓΊ Gew.-%. Die Zugfestigkeit liegt über 200 N/m² und der Ε-Modul wurde zu 110 00 N/mm² bestimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen durch Zusammenführen einer oder mehrerer, auf Temperaturen zwischen 150 und 300°C vorerwärmter Glasfasermatten mit der Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs, Verpressen und Abkühlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze möglichst dünnflüssig extrudiert wird, und das Verpressen unter beidseitig vollflächiger Eingrenzung unter einem Preßdruck von 0,1 bis 20 bar innerhalb von 20 bis 180 see gleichzeitig mit der Abkühlung erfolgt.

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