DE3535272C2 - Halbzeug aus einem, mit einem thermoplastischen Kunststoff getränkten textilen Flächengebilde - Google Patents

Description

Die Herstellung von Halbzeugen aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen ist bekannt. Bei dem Verfahren ge­ mäß der DE-OS 23 12 816 werden zwei Glasfasermatten zunächst er­ wärmt und anschließend einer Druckzone zugeführt. An ihrem Zusam­ menführungspunkt wird geschmolzenes thermoplastisches Material zwischen die Matten eingebracht, welches dabei in die Matten ein­ dringt. Erst beim unmittelbar anschließenden Verpressen werden die Matten vollständig getränkt und die Luft daraus verdrängt. Dieses Verpressen findet zwischen kontinuierlich arbeitenden Bän­ dern statt, wobei der Preßvorgang und das Abkühlen praktisch gleichzeitig ablaufen. Ein auf diese Weise gefertigtes Halbzeug ist in der Ebene isotrop, d. h. die Fasern sind statistisch ver­ teilt und damit die Festigkeitseigenschaften in allen Richtungen gleich. Zahlreiche Formteile aus verstärkten Thermoplasten werden aber bevorzugt nur in einer Richtung beansprucht, so daß eine isotrope Faserverteilung in diesen Fällen unwirtschaftlich ist. In der DE-A 29 48 235 ist ein Halbzeug beschrieben, welches durch Tränken von Glasfasermatten mit thermoplastischen Kunststoffen hergestellt wird. Die Glasmatten können z. B. aus Spinnfäden be­ stehen, welche nebeneinander abgelegt und genadelt werden. Fer­ tigteile aus derartigen Halbzeugen mit unidirektionaler Faser­ orientierung weisen nur in einer Richtung ausreichend gute Festigkeit auf.

Weiterhin sind Halbzeuge aus faserverstärkten Thermoplasten be­ kannt (z. B. aus dem offiziellen Katalog der SITEV 84, Seite 3), die zusätzlich zu den Matten mit wirrer Faserverteilung auch in einer Richtung ausgerichtete Glasfasern aufweisen. Diese Faser­ bündel sind aber, bedingt durch die hohe Viskosität der Thermo­ plastschmelze, sehr schlecht tränkbar.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, anzugeben, wie im Eingangs­ verfahren hergestellte Halbzeuge eine bevorzugte Verstärkung in einer Richtung erhalten können, wobei gleichzeitig eine gute Durchtränkung des Verstärkungsmaterials und bei einer Verformung der Halbzeuge ein Fließen des Faser/Thermoplastgemisches auch in Richtung der bevorzugten Faserorientierung gewährleistet sein soll.

Die Erfindung besteht in der Verwendung einer Kombination von unidirektionalen Gelegen und Wirrfasermatten, die zusammen­ genadelt und durch die Nadelung verdichtet sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Halbzeug aus einem textilen Flächengebilde, welches mit einem thermoplastischen Kunststoff vollkommen getränkt ist, und wobei das textile Flächengebilde eine Kombination ist aus

• a) einem oder mehreren Gelegen aus in einer Richtung nebeneinan­ der abgelegten Glasfasern und
• b) einer oder mehreren Glasfasermatten mit wirrer Faservertei­ lung.

Das Halbzeug ist dadurch gekennzeichnet, daß Gelege a) und Matten b) zusammengenadelt sind.

In der Monographie "Vliesstoffe", Georg Thieme Verlag 1982, Seite 149, ist die Vernadelung von Vliesstoffen mit Träger­ materialien, wie z. B. Fadengelegen, beschrieben, wodurch die Formbeständigkeit und Festigkeit der Vliesstoffe verbessert wird. Diese Druckschrift gibt aber keinen Hinweis für die Verbesserung der Fließfähigkeit von Halbzeugen aus glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen.

Durch die erfindungsgemäße Nadelung wird ein textiles Flächen­ gebilde erhalten, das von einer Thermoplastschmelze vollkommen getränkt wird, ohne daß sich die mechanischen Eigenschaften in­ folge der teilweisen Zerstörung der Fasern nachteilig verändern. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß bei der Formgebung von da­ raus hergestellten Halbzeugen die Faser/Thermoplast-Mischung auch in Richtung der Verstärkungsfasern fließt.

Als textile Flächengebilde kommen erfindungsgemäß Gelege in Be­ tracht, die mit Wirrfasermatten kombiniert sind. Die Flächenge­ wichte dieser Gebilde liegen zwischen 100 und 1200, vorzugsweise zwischen 225 und 900 g/². Die Faserfeinheit der Faserbündel für Gelege liegt zwischen 10 und 3600 tex, vorzugsweise 20 bis 1200 tex.

Zur Herstellung dieser textilen Flächengebilde werden Glasfasern eingesetzt. Bei Fasergelegen können die steifen Verstärkungsfa­ sern durch weichere Verbindungsfasern zusammengehalten werden. Weiterhin ist möglich, die Fasern - wie in der DE-OS 33 21 006 beschrieben - auf eine Thermoplastfolie als Träger abzulegen und mit dieser zu vernadeln. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 5 und 30 µm, vorzugsweise zwischen 7 bis 20 µm. Üblicherweise sind die Fasern mit einer Schlichte behandelt, die die Haftung zum Thermoplasten verbessert.

Das Nadeln der textilen Flächengebilde erfolgt in einer handels­ üblichen Nadelmaschine mit den üblichen Filznadeln. Die Einstich­ zahl, d. h. die Anzahl der Einstiche pro cm² liegt zwischen 20 und 200, vorzugsweise 30 bis 120. Es werden mittelgroße Filznadeln mit einer "gauge"-Zahl von 17 bis 32 eingesetzt. Der Abstand der Widerhaken beträgt 3 bis 6 mm. Die Einstichtiefe sollte minde­ stens 8, höchstens 20 mm, betragen. Der Vorschub des textilen Flächengebildes während eines Hubes ist zweckmäßig zwischen 3 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 mm, zu wählen. Durch die Nadelung wird das Flächengebilde schubsteif, d. h. die Faserbündel lassen sich nicht mehr verschieben; es entstehen also keine Lüc­ ken, durch die die Schmelze ungehindert hindurchtreten kann. Der Durchflußwiderstand des Geleges wird durch das Nadeln so gleich­ mäßig, daß die Schmelze durch die Fadenbündel dringen muß und so die Einzelfilamente zwangsläufig getränkt werden.

Für die Herstellung der Halbzeuge sind alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe geeignet, beispielsweise Olefinpoly­ merisate, wie Polyethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrols mit bis zu 50 Gew.-% Acrylnitril, α-Methyl-Styrol, Maleinsäureanhydrid, Methylmeth­ acrylat, sowie kautschukmodifizierte Styrolpolymerisate, vorzugs­ weise solche, die 2 bis 25 Gew.-% eines Butadien-Kautschuks ent­ halten; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid oder chlorierte Polyolefine; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polyester aus Terephthalsäure und gesät­ tigten Diolen, Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersulfon, Poly­ etherether-Keton, Polyurethan sowie Mischungen dieser Polymeri­ sate.

Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füll­ stoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flamm­ schutzmittel oder Gleitmittel enthalten.

Die Herstellung der Halbzeuge erfolgt nach an sich bekannten Ver­ fahren, beispielsweise nach dem in der DE-OS 23 12 816 beschrie­ benen Verfahren. Eine diskontinuierliche Fertigung in einer hydraulischen Presse ist denkbar. Den textilen Flächengebilden ist dabei so viel Thermoplastschmelze hinzuzufügen, daß ein Fasergehalt zwischen 20 und 60 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-%, erreicht wird. Die Halbzeugdicke kann je nach Flächen­ gewicht des genadelten Geleges zwischen 0,5 und 10 mm, vorzugs­ weise 1 bis 4 mm betragen.

Beispiel

Auf eine Glasfasermatte aus Endlosfasern mit einem Flächengewicht von 300 g/m² werden Glasfaserrovings mit einer Feinheit von 2400 tex nebeneinander lückenlos aufgelegt. Dieses textile Flächen­ gebilde wird dann durch eine Nadelmaschine geführt und mit einer Einstichzahl von 50 pro cm² bei einer Einstichtiefe von 16 mm zusammengenadelt. Es entsteht ein Gebilde mit einem Flächen­ gewicht von ca. 1000 g/m².

Zwei solcher Flächengebilde werden dann zwischen drei Schmelz­ schichten aus Polypropylen, die aus einen Extruder über drei Breitschlitzdüsen verteilt werden, geführt, in der Heizzone einer Doppelbandpresse getränkt und anschließend unter Druck durch Ab­ kühlung fixiert. Das Halbzeug ist 5 mm dick und hat einen Glas­ gehalt von ca. 35 Gew.-%.

Zur Herstellung eines Formteiles wird ein Zuschnitt in einem Strahlungsofen bis auf eine Temperatur von 230°C erwärmt und in der auf 70°C temperierten Preßform unter einem spezifischen Druck von 100 bar verpreßt. Nach 25 sec Preßzeit kann das Formteil ent­ formt werden.

Claims (3)

1. Halbzeug aus einem textilen Flächengebilde, welches mit einem thermoplastischen Kunststoff vollkommen getränkt ist, und wo­ bei das textile Flächengebilde eine Kombination ist aus

• a) einem oder mehreren Gelegen aus in einer Richtung neben­ einander abgelegten Glasfasern und
• b) einer oder mehreren Glasfasermatten mit wirrer Faserver­ teilung,

dadurch gekennzeichnet, daß Gelege a) und Matten b) zusammen­ genadelt sind.

2. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff Polypropylen ist.