-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verstärkende
Faserbündel in Form langgestreckter Körner und auf ihren
Einsatz zum Dispergieren von Fasern in thermoplastischen
Harzen während Spritzgußverfahren.
-
Fasergefüllte Kunststoffmassen, die für Spritzguß
geeignet sind, werden in weitem Umfang benutzt. Die Fasern
verleihen den durch Spritzguß erhaltenen Gegenständen
viele wertvolle Eigenschaften, in erster Linie hohe
Abmessungsstabilität, hohen Elastizitätsmodul, hohe
Beständigkeit gegen Wärmeverformung, hohe Zugfestigkeit,
ungewöhnlich hohen Biegemodul und geringe Schrumpfung während
des Härtens. Glasverstärkte thermoplastische
Spritzgußmassen sowie Verfahren zum Spritzgießen unter Verwendung
solcher Massen sind in der US-A-2,877,501 beschrieben.
Die Technologie dieses Patentes wurde später noch
erweitert. Zusätzlich zu den darin beschriebenen Styrolharzen,
Styrol-Acrylnitril-Copolymerharzen und Styrol-Butadien-
Copolymerharzen werden zahlreiche andere, durch Spritzguß
formbare, thermoplastische Harze, wie Polycarbonatharze,
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymerharze,
Poly(ethylenterephthalat)harze, Polysulfonharze,
Polyphenylenetherharze, Nylonharze und ähnliche, durch Glasfasern
wirksam verstärkt. Darüber hinaus werden danach entwickelte
Handelsprodukte statt durch Glasfasern durch
Filaments von Kohlenstoffasern, Graphitfasern, Aramidfasern,
Filaments aus korrosionsbeständigem Stahl und anderen
sowie Mischungen irgendwelcher der vorgenannten
verstärkt, wobei viele solche Produkte direkt von der in der
oben erwähnten US-A-2,877,501 offenbarten Technologie
stammen. Diese Technologie schließt die Schaffung
langgestreckter Körner bzw. langgestreckten Granulates ein,
wobei jedes der Granulatkörner ein Bündel langgestreckter
verstärkender Filaments enthält, das sich im allgemeinen
parallel zueinander längs des Granulatkornes erstreckt
und eine thermoplastische Formmasse umgibt und
durchdringt das Bündel. In dem Verfahren zum Spritzgießen
werden solche Granulatkörner in eine Form gepreßt, in der
die Filaments dispergiert werden und man erhält geformte
Gegenstände mit verbesserten Eigenschaften im Vergleich
mit dem geformten thermoplastischen Harz allein.
-
Die oben erwähnte US-A-2,877,501 offenbart Pellets, die
15-60 Gew.-% Glas in thermoplastischem Harz, zum Beispiel
Polystyrol, umfassen. Dies entspricht 8,1-42,9 Volumen%
an Filaments und dementsprechend 91,9-57,1 Volumen% Harz.
Derzeitige Verfahren zum Herstellen solcher
filamentgefüllten Granulatkörner nach dem Stande der Technik
erfordern eine Vermengungs/Pelletisierungsstufe, bei der
das thermoplastische Material mit Filaments,
üblicherweise geschnittenen Bündeln von Filaments und in einem
Extruder vermischt wird, woraufhin das Extrudat in
Formgranulat zerschnitten wird. Eine solche Ausrüstung ist
für den Formbetrieb nicht leicht erhältlich, und eine
Anzahl von Mischern von Spezialitäten haben Geschäfte
begründet, bei denen Fasern von einer Quelle und
thermoplastische Harze von einer anderen Quelle in Trommeln
oder Wagenladungen zu Granulat formuliert und an
Formbetriebe vertrieben werden. Es wäre erwünscht, solche
Mischerfirmen zu umgehen und es den Formbetrieben zu
gestatten Mischungen aus thermoplastischen Harzen und
Fasern direkt in den Trichter von Formpressen zu füllen, um
eine Faserdispersion durch Scherkräfte an der Schnecke,
Düse, dem Steuerventil, den Angußverteilern, Gittern usw.
in der Spritzgußmaschine zu erzielen. Es wäre auch
erwünscht, im Vergleich mit dem Stande der Technik, sehr
viel weniger Harz in den Pellets, zum Beispiel 2,5-32,5
Volumen% (statt 57,1-91,9%) und sehr viel höhere
Filamentladungen,
zum Beispiel 67,5-97,5 Volumen% (statt 8,1-
42,9 Volumen%) zu benutzen. Vor der vorliegenden
Erfindung war dies jedoch nicht möglich, weil die Faser- oder
Filament-Bündel sich während des Schneidens trennen und
mit den verringerten Volumenanteilen des Harzes fallen.
Es gibt auch eine Tendenz zum Harzabbau, wenn die
Temperatur erhöht wird, um die Viskosität zu verringern und
die Dispersion zu fördern. Darüber hinaus können einzelne
Fasern in die Luft gelangen und Handhabungsprobleme
verursachen.
-
Das verbesserte langgestreckte Granulat, bzw. die
verbesserten langgestreckten Körner der vorliegenden Erfindung
lösen solche Probleme durch Ersetzen der
thermoplastischen Matrix, die nach dem Stande der Technik die
Faserbündel trennt und überzieht, durch eine viel dünnere
Schicht eines wirksamen thermoplastischen Klebstoffes,
der als ein Binder wirkt. Wie gezeigt werden wird, hält
ein wohlüberlegt ausgewählter Binder das Faserbündel
genügend zusammen, um gebrochene Bündel während des
Schneidens in langgestreckte Pellets und das Fallen mit dem zu
verstärkenden Harz zu verhindern, wobei der
Klebstoffbinder in Gegenwart geschmolzenen Harzes leicht zerbricht
und die Faserdispersion danach nicht beeinträchtigt und
die Harzeigenschaften nicht verschlechtert und auch keine
Gefahr für die Umwelt bildet.
-
Die US-A-4,037,011 offenbart Massen, umfassend
langgestreckte Granulatkörner aus einem thermoplastischen Harz,
enthaltend 50-79 Volumen% Glasfasern. FR-A-2 516 441
offenbart langgestrecktes Granulat, das ein Bündel von
Filaments in einem thermoplastischen Harz enthält.
-
Wie gesehen werden wird, kann das Formverfahren selbst
dazu benutzt werden, die Faser gleichmäßig durch das
Formteil zu dispergieren, so daß die
Vermengungs/Pelletisierungstufe vermieden wird.
-
Als ein entschieden unerwarteter Vorteil, und um die
Wichtigkeit der vorliegenden Erfindung weiter zu
demonstrieren, wurden größere und gleichmäßigere Dispersionen
der Fasern erzielt. Es wurde festgestellt, daß beim
Einsatz elektrisch leitender Fasern, wie mit Nickel
überzogener Graphitfasern, eine hervorragende
elektromagnetische Abschirmung bei gleichen Beladungsniveaus
(verglichen mit vermengten Pellets) erhalten wird, die eine
bessere Abschirmung bei halben Kosten bewirken und, im
Vergleich mit der Verwendung leitender Farbe, zum
Beispiel Silber, ist sehr viel weniger oder keine sekundäre
Endbearbeitung bei äquivalenter oder besserer Abschirmung
für hervorragende physikalische Eigenschaften und
hervorragende Langzeit-Zuverlässigkeit erhältlich.
-
In der Zeichnung zeigen
-
Fig. 1 eine etwas idealisierte isometrische Ansicht
in einem vergrößerten Maßstab eines Formkornes nach dem
Stande der Technik;
-
Fig. 2 einen etwas idealisierten Teilquerschnitt
eines Formkornes nach dem Stande der Technik in einem
noch größeren Maßstab;
-
Fig. 3 eine etwas idealisierte isometrische Ansicht
in einem vergrößerten Maßstab eines Formkornes bzw.
Kornes zum Spritzguß gemäß dieser Erfindung, die eine engere
Packung und keinen Decküberzug zeigt;
-
Fig. 4 einen etwas idealisierten Teilquerschnitt
eines Formkornes dieser Erfindung in einem noch mehr
vergrößerten Maßstab;
-
Fig. 5a ein halbschematisches Diagramm, das einen
bevorzugten Weg zur Herstellung der langgestreckten
Formkörner dieser Erfindung zeigt und
-
Fig. 5b eine halb schematische Zeichnung, die den
Weg veranschaulicht, in dem die Pellets dieser Erfindung
gemischt und zu geformten Gegenständen verarbeitet
werden.
-
Gemäß dieser Erfindung werden Spritzgußmassen geschaffen,
die langgestreckte Körner umfassen, wobei jedes der
Körner
85-97,5 Volumen% verstärkende Fasern bzw. Filaments
umfaßt, die sich allgemein parallel zueinander längs des
Kornes erstrecken und im wesentlichen gleichmäßig durch
das Korn dispergiert sind in 2,5-15 Volumen% eines
thermisch stabilen filmbildenden thermoplastischen
Klebstoffes, der ein Poly(C&sub2;-C&sub6;-oxazolin) allein oder in weiterer
Kombinaton mit einem polymeren Weichmacher umfaßt, der
ein Poly(C&sub2;-C&sub6;-alkylenglykol) umfaßt, das im wesentlichen
jeden der genannten Filaments umgibt, wobei die Filaments
gegebenenfalls mit einem Haftmittel behandelt sind.
-
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, ein Verfahren
zu schaffen, wie es in Anspruch 7 definiert ist, zur
Herstellung einer Spritzgußmasse, wobei dieses Verfahren
die Stufen des kontinuierlichen Hindurchführens
verstärkender Fasern bzw. Filaments durch eines oder mehrere
Bäder eines thermisch stabilen, filmbildenden
thermoplastischen Klebstoffes in einem Lösungsmittel, zum
Beispiel Wasser, um den thermoplastischen Kunststoff zu
schmelzen sowie das Herausziehen der behandelten
Filaments aus der Heizzone und das nachfolgende Zerschneiden
derselben in langgestreckte Körner umfaßt, wobei die
hergestellten Körner bzw. das hergestellte Granulat 85-97,5
Volumen% verstärkende Filaments, die sich allgemein
parallel zueinander längs des Kornes erstrecken, im
wesentlichen gleichmäßig durch das Korn dispergiert in
2,5-15 Volum% eines thermisch stabilen, filmbildenden
thermoplastischen Klebstoffes umfassen, wie er oben
definiert ist, der die genannten Fasern bzw. Filaments im
wesentlichen umgibt.
-
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist jede Faser bzw. jedes
Filament, die bzw. das in dem Spritzgußkorn enthalten
ist, von dem thermisch stabilen, filmbildenden
thermoplastischen Klebstoff umgeben, der das Bündel auch
imprägniert. Das Pellet selbst kann eine zylindrische
oder rechteckige oder irgendeine andere
Querschnittskonfiguration haben, doch ist es bevorzugt zylindrisch.
Die Länge der Körner kann variieren, doch werden für die
meisten Einsätze 3,18-19,0 mm (1/8 Zoll-3/4 Zoll)
akzeptabel sein und 3,18-6,35 mm (1/8 Zoll-1/4 Zoll) sind
bevorzugt. Die Unterschiede zwischen den Pellets dieser
Erfindung und dem Stande der Technik kann man durch
Vergleich der Fig. 1 mit Fig. 3 bzw. der Fig. 2 mit Fig.
4 erkennen. Anders als beim Stand der Technik (Fig. 1
und 2) haben die Pellets dieser Erfindung dicht gepackte
Filaments und die thermoplastische Klebstoffumhüllung ist
bei der vorliegenden Erfindung durch den Kontakt mit
heißem geschmolzenem thermoplastischem Harz im wesentlichen
dispergiert. Andererseits trennen sich die Pellets nach
dem Stande der Technik nicht leicht in die verstärkenden
Filaments wegen der Einwirkung der realtiv dicken
Umhüllung aus thermoplastischem Harz. Statt des Einsatzes von
viel Harz, um das Faserbündel zu imprägnieren und zu
umgeben, wie das beim Stande der Technik erfolgt, ist es
wesentlich, einen Klebstoff zu benutzen, der für die
Zwecke der Erfindung wirksam ist, und das bedeutet, einen
hohen Anteil von Filaments in jedes langgestreckte Korn
einzubinden und sie während des Schneidens
zusammenzuhalten. Der Klebstoff wird auch vorzugsweise in einer
Menge benutzt, die nicht sehr viel größer ist als die,
die die Integrität des Faserbündels während des
Schneidens aufrecht erhält. Diese Menge variiert in
Abhängigkeit von der Natur der Fasern, der Anzahl der Fasern im
Bündel, der Faseroberfläche und der Wirksamkeit des
Klebstoffes, doch variiert sie von 2,5-15% und
vorzugsweise von 5-15 Volumen% des Kornes.
-
Zur gleichmäßigen Aufnahme des Klebstoffes auf den Fasern
im Bündel ist es bevorzugt, eine geringe, aber wirksame
Menge eines konventionellen Haftmittels zu benutzen, das
auch die Verbindung mit zahlreichen verschiedenen
Substraten fördert. Aminosilane sind für diesen Zweck
bevorzugt, wobei das einzige Erfordernis ist, daß sie mit
irgendeinem Lösungsmittelsystem mischbar sind, das für die
Imprägnierung benutzt wird und, daß sie kompatibel mit
dem, den thermoplastischen Film bildenden Klebstoff sind.
Ein bevorzugtes Aminosilan ist
N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan
(erhältlich von Dow-Corning Corp.
unter der Handelsbezeichnung Z 6020). Geeignet sind auch
γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und
γ-Chlorpropyltrimethoxysilan.
-
Es ist ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung in den
Klebstoff auch eine geringe, aber wirksame Menge eines
Weichmachers einzuarbeiten. Dies ist hilfreich, um den
Klebstoff zu erweichen und den Schmelzpunkt
(Glas-Übergangstemperatur, Tg) des Klebstoffes zu verringern und das
Vermischen und Formen mit thermoplastischen Harzen
geringeren Schmelzpunktes, zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-
Styrol (ABS)-Terpolymerharzen zu erleichtern. Wie beim
Haftmittel sind die einzigen kritischen Anforderungen
die, daß die Weichmacher mit irgendeinem
Lösungsmittelsystem, das für die Imprägnierung benutzt wird, mischbar
und, daß sie verträglich sind mit dem filmbildenden
Klebstoff.
-
Im Hinblick auf die oben erwähnten Parameter sollte der
filmbildende thermoplastische Klebstoff sorgfältig
ausgewählt werden. Einige Klebstoffe sind wirksamer als
andere und einige, die im Stande der Technik als
Faserschlichte vorgeschlagen sind, sind nicht brauchbar. So
sind hier Poly(vinylacetat) und Poly(vinylalkohol), von
denen das erstere in der US-A-2,877,501 als Schlichte
vorgeschlagen ist, nicht brauchbar, weil, so wird
angenommen, ein Wärmehärten oder Vernetzen stattfindet und
dies das rasche Schmelzen und vollständige Dispergieren
in der Spritzgußvorrichtung verhindert. Während solche
Materialien für die harzreichen Formkörner brauchbar
sind, wie sie in der vorgenannten US-A benutzt werden,
sind sie hier unbrauchbar.
-
Der thermoplastische Klebstoff, der in der vorliegenden
Erfindung benutzt wird, umfaßt
Poly(C&sub2;-C&sub6;-alkyloxazoline). Diese stehen in einer gewissen strukturellen
Beziehung zu N,N-Dimethylformamid (DMF), und sie haben
viele von dessen Mischbarkeitseigenschaften. Ein solches
leicht erhältliches Polymer ist Poly(2-ethyloxazolin), Dow
Ohemical Co. PEOx. Es kann auch nach den, dem Fachmann
bekannten Techniken hergestellt werden.
Poly(2-ethyloxazolin) ist ein thermoplastischer wasserlöslicher
Klebstoff geringer Viskosität. Er kann in Form
bernsteinfarbener und transparenter Pellets benutzt werden, die
4,76 mm (3/16 Zoll) lang sind und einen Durchmesser von
3,18 mm (1/8 Zoll) aufweisen. Typische Molekulargewichte
sind 50 000 (gering), 200 000 (mittel) und 500 000 (hoch).
Da er wasserlöslich ist, ist er zur Abscheidung aus
wässerigen Medien auch für die Umwelt akzeptabel. Er benetzt
die Fasern wegen der geringen Viskosität gut. Er ist bei
einem Molekulargewicht von 500 000 bis zu 380ºC (680ºF)
in Luft thermisch stabil. Bei Verwendung als Klebstoff
für Faserbündel bricht er während des Zerschneidens nicht
sehr und minimiert frei herumfliegende Filaments, die
eine Sicherheitsbeeinträchtigung darstellen können.
Vermengt mit Pellets eines thermoplastischen Harzsystems
schmilzt dieses Material leicht, was die vollständige
Dispersion der Fasern durch die Harzschmelze gestattet,
während sie sich in einer Formvorrichtung befinden.
Pellets, die mit diesem thermoplastischen Klebstoff gebunden
sind, sind jedoch unbegrenzt mit den Harzpellets während
des Vermengens stabil, und sie zerbrechen nicht
vorzeitig.
-
Als ein Ergebnis einer Anzahl von Versuchen ergibt die
Erfindung, wie sie derzeit praktiziert wird, optimale
Ergebnisse, wenn man die folgenden Richtlinien einhält:
-
Die Faserart kann variieren, wobei jede Faser, die als
Füllstoff oder Verstärkung in einem Harzsystem als
brauchbar bekannt ist, benutzt werden kann. Bevorzugte
Fasern sind Kohlenstoff- oder Graphit-Fasern, Glasfasern,
Aramidfasern, Fasern aus korrosionsbeständigem Stahl,
metallüberzogenen Graphitfasern oder eine Mischung
irgendwelcher der vorgenannten.
-
Der bevorzugte thermoplastische Klebstoff umfaßt Poly-
(ethyloxazolin), das ein Molekulargewicht im Bereich von
etwa 25 000 bis etwa 1 000 000, vorzugsweise von 50 000
bis 500 000, am bevorzugtesten von etwa 50 000 hat.
-
Es ist bevorzugt, daß der Klebstoff aus einem
Lösungsmittelsystem auf den Filaments abgeschieden wird, das
irgendein organisches Lösungsmittel, zum Beispiel
Methanol oder eine Mischung solcher Lösungsmittel oder Wasser,
allein oder im Gemisch, umfassen kann. Akzeptable
Badkonzentrationen für den thermoplastischen Klebstoff können
variieren, doch liegen sie allgemein im Bereich von 2,5-
12 Gew.-%, vorzugsweise 2,5-6% und besonders bevorzugt
2,5-4 Gew.-%.
-
Wird ein Weichmacher benutzt, dann wird ein
Poly(C&sub2;-C&sub6;alkylenglycol) benutzt, wie ein Poly(ethylenglycol) oder
Poly(propylenglycol), zum Beispiel ein CARBOWAX® von der
Union Carbide Corp. Akzeptable Molekulargewichte liegen
im Bereich von 200-600, wobei 200-400 bevorzugt und 300
am meisten bevorzugt sind. Badkonzentrationen können im
Bereich von 0,1-0,5%, vorzugsweise von 0,3-0,5 Gew.-%
liegen.
-
Wird ein Haftmittel benutzt, dann ist dies vorzugsweise
ein Aminosilan, bevorzugt
N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan. Die Badkonzentration des Haftmittels
kann in weitem Rahmen variieren, doch liegt sie im
allgemeinen von 0,1-1,0 Gew.-%, bevorzugt 0,25-0,75 Gew.-%,
am meisten bevorzugt 0,5 Gew.-%.
-
Die Menge des Materials in den filamenthaltigen Körnern
der Erfindung, das keine Filaments sind, variiert, liegt
jedoch im Bereich von 2,5-15 Volumen% bei irgendeiner
Faser, vorzugsweise von 5-15 Volumen%.
-
Die Komponenten in den langgestreckten faserhaltigen
Pellets, die keine Fasern sind, haben folgende Gehalte: 60-
100 Gew.-% Klebstoff, 80% sind bevorzugt; 20-0%
Weichmacher,
8% sind bevorzugt und 40-0% Haftmittel, 12% sind
bevorzugt.
-
Die Länge des langgestreckten Kornes liegt im allgemeinen
im Bereich von 3,18 mm bis 19 mm (1/8-3/4 Zoll) und
vorzugsweise von 3,18-6,35 mm (1/8-1/4 Zoll). Die
Durchmesser jedes langgestreckten Kornes können in Abhängigkeit
hauptsächlich von der Anzahl der Filaments und der Dicke
jedes Filaments im Bündel variieren. Typischerweise
variieren die Durchmesser von 0,53 mm bis 4,76 mm (1/48-3/16
Zoll). Vorzugsweise liegt der Durchmesser im Bereich von
0,79 mm bis 3,18 mm (1/32-1/8 Zoll).
-
Es können zahlreiche thermoplastische Harze für die
langgestreckten Körner der vorliegenden Erfindung benutzt
werden. Im allgemeinen kann jedes Harz, das durch
Spritzguß geformt werden kann und das von einer gleichmäßigen
Dispersion der Fasern profitiert, benutzt werden. So
können zum Beispiel Polystyrol, Styrol/Acrylsäure-Copolymer,
Styrol/Acrylnitril-Copolymer, Polycarbonat,
Poly(methylmethacrylat), Poly(acrylnitril/butadien/styrol),
Polyphenylenether, Nylon, Poly(1,4-butylenterephthalat),
Mischungen irgendwelcher der vorgenannten und ähnliche
benutzt werden.
-
Es ist bevorzugt, die Spritzgußmassen dieser Erfindung
nach einem kontinuierlichen Verfahren herzustellen. Eine
geeignete Vorrichtung ist in Fig. 5a gezeigt.
Typischerweise werden Filamentbündel, wie Graphitfaserkabel oder
Kabel aus metallüberzogener Graphitfaser, 3 000-12 000
Filaments pro Bündel, Glasgarne, 240 Filaments für einen
Spinnfaden, oder ein Kabel aus korrosionsbeständigem
Stahl, 1159 Filaments pro Bündel, von Lagerwalzen 2
abgezogen und durch ein oder mehrere Bäder 4 geführt, die den
thermisch stabilen, filmbildenden thermoplastischen
Klebstoff in einem Lösungsmittelmedium enthalten, zum
Beispiel Wasser, um die Fasern zu imprägnieren, woraufhin
diese durch die Düse 6 gezogen werden, um die Aufnahme zu
kontrollieren. Danach führt man die imprägnierten
Filaments
in eine Heizzone, zum Beispiel den Ofen 8, um das
Lösungsmittel zu verdampfen, zum Beispiel Wasser und dann
den thermoplastischen Klebstoff zu schmelzen. Die
behandelten Filaments 10 werden aus der Heizzone
herausgezogen, zu einem Schneidgerät 12 transportiert und zu
Faserpellets geschnitten, die gemäß den Anforderungen der
jeweiligen Vorrichtung zwischen 3,18 und 6,35 mm (1/8-1/4
Zoll) variieren. Die Pellets werden dann in einem
geeigneten Behälter 14 für den nachfolgenden Einsatz gelagert.
Irgendwelches Haftmittel und/oder Weichmacher können aus
separaten Bädern aufgebracht werden, doch sind sie
bequemerweise in einem einzigen Bad zusammen mit dem Klebstoff
vorhanden. Es wird beobachtet, daß dieses Verfahren zur
Orientierung der verstärkenden Fasern entlang einer Achse
des Kornes führt.
-
Um das Formverfahren der vorliegenden Erfindung
auszuführen, wird ein Fließdiagramm in der allgemeinen Form, die
in Fig. 5b veranschaulicht ist, vorzugsweise ausgeführt.
Faserpellets 16 werden mit Harzpellets 18 vermischt, um
eine mechanische Mischung 20 herzustellen. Die wird in
einen üblichen Trichter 22 auf einer Formpresse 24
gefüllt. Beim Passieren des Zylinders 26 wird vor dem
Pressen in die Form 28 eine gleichmäßige Dispersion der
Fasern erzielt. Das Entfernen des geformten Gegenstandes 30
ergibt ein faserverstärktes Teil, das gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.
-
Es sollte klar sein, daß andere Weichmacher,
Formschmiermittel, Färbemittel und ähnliche eingeschlossen werden
können, und daß die Menge der Verstärkung in den
Komponenten gemäß üblichen Techniken auf diesem Gebiet
variiert werden kann.
-
Die elektrischen Messungen (Werte der Abschirmwirksamkeit
(SE) in Dezibel) sind üblicherweise Mittelwerte von 4
Proben.
Beispiel 1
-
Unter Einsatz einer Vorrichtung der Art, wie sie
allgemein in Fig. 5a gezeigt ist, wird ein Bad mit den
folgenden Komponenten formuliert:
-
Komponente Gew. -%
-
Poly(ethyloxazolin), MW 50 000 4,0
-
Poly(ethylenglycol), MW 300 0,3
-
N-(2-Aminoethyl)-3-amino-propyltrimethoxysilan 0,4
-
Wasser 95,0
-
Ein Kabel aus kontinuierlichen Graphitfasern (Zählung
12000), von denen jede einen elektroplatierten
Nickelüberzug aufweist, wurde durch das Bad geführt. Die
Graphit-Filaments hatten jede einen Durchmesser von im
Mittel 7 um. Der Nickelüberzug darauf war etwa 0,5 um
dick. Die mit Nickel überzogenen Graphitkabel wurden
hergestellt durch kontinuierliches Elektroplattieren nach
dem Verfahren, das in der EP-A-88 884 beschrieben ist.
Nach dem Herausführen aus dem Überzugsbad wurden die
behandelten Fasern durch eine Düse von 1,5 mm (60/1000
Zoll) und dann durch einen Ofen bei etwa 149ºC (300ºF)
geführt. Die imprägnierten Filaments wurden dann in
Längen von 6,35 mm (1/4 Zoll) geschnitten und es wurden
langgestreckte Körner von etwa 1,58 mm (1/16 Zoll)
Durchmesser von zylindrischer Gestalt und Form hergestellt.
Der Materialgehalt außer den Filaments betrug 9 Volumen%.
Beispiel 2
-
Unter Anwendung des allgemein in Fig. 5b gezeigten
Verfahrens wurden genügend der in Beispiel 1 hergestellten
langgestreckten Pellets mit Pellets aus einer
thermoplastischen Formharzmasse vermengt, die Poly(2,6-dimethyl-
1,4-phenylenether) und hochschlagfestes Polystyrol (HIPS)
(General Electric Co. NORYL® N-190) umfaßte, um 10 Gew.%
mit Nickel überzogener Graphitfilaments in der
mechanischen Mischung zu haben. Die mechanische Mischung wurde
in einer Spritzgußpresse zu Werkstücken verarbeitet, die
zum physikalischen und elektrischen Testen geeignet
waren. Die elektromagnetische Abschirmwirksamkeit (SE) und
die EMI (elektromagnetische Störungen)-Dämpfung wurden
gemessen, um die Dispersionswirksamkeit zum Vergleich mit
dem Stande der Technik bei der gleichen Filamentladung zu
bestimmen.
Beispiele 3 und 4
-
Das Verfahren des Beispiels 2 wurde wiederholt, wobei man
genügend der langgestreckten Pellets des Beispiels 1
ersetzte, um 15 bzw. 20 Gew.-% der mit Nickel überzogenen
Graphitfilaments in dem Gemenge zu schaffen, und es
wurden Formteile hergestellt, die zum Testen geeignet waren.
-
Für Vergleichszwecke wurden Formpellets nach dem Stande
der Technik hergestellt, die mit Nickel überzogenes
Graphit enthielten, das in einem Extruder bis zu einem
Niveau von 10, 15 und 20 Gew.-% in Polyphenylenether/
Styrol-Harz dispergiert war, und es wurden Werkstücke
hergestellt, die zum Messen der SE geeignet waren.
-
Gemäß ASTM ES7-83 wurde die Testbefestigung der "Electro-
Metrics Dual Chamber" benutzt, um die Abschirmwirksamkeit
(SE) der Zusammensetzungen der Beispiele 2 bis 4 dieser
Erfindung zum Vergleich mit Extrusions-Formpellets nach
dem Stande der Technik zu messen. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1 aufgeführt:
Tabelle 1 Abschirmwirksamkeit von Polyphenylenether/HIPS,
das mit Nickel überzogene Graphitfilaments enthält
Beispiel Zusammensetzung (Gew.-Teile) Polyphenylenether/hoch schlagbeständiges Polystyrol Geschnittene, mit Nickel überzogene Graphitfilaments von 3,18 mm (1/8 Zoll) Langgestreckte, Film gebundene Bündel (Beisp. 2-4) Abschirmwirksamkeit, Dezibel *Vergleichsproben
-
Diese Daten sind besonders bemerkenswert, weil jeweils 10
dB der Dämpfung einer Größenordnung entspricht. Ein
Unterschied von 20 dB zwischen 2 Ablesungen ist daher
tatsächlich ein Faktor von 100 und ein Unterschied von 50 dB
ist ein Faktor von 100 000. Die Daten für die
Zusammensetzungen, die unter Verwendung der langgestreckten
Körner dieser Erfindung hergestellt wurde, sind sehr viel
besser als die Formmasse aus Kunststoff und Fasern nach
der Vergleichsprobe. Die 10% NCG Daten von Beispiel 2
sind so gut wie die Daten der Vergleichsprobe 3A* mit
15%, und die Daten des Beispiels 3 mit 15% sind besser
als die Daten der Vergleichsprobe 4A* mit 20%. Solche
Unterschiede sind von Bedeutung - sie betragen bis zu 50
dB.
Beispiel 5
-
Das Verfahren des Beispiels 2 wurde wiederholt, wobei man
die thermoplastischen Harzpellets ersetzte durch Poly-
(acrylnitril/butadien/styrol)-Pellets (Borg Warner
CYCOLAC® KJB)-Harz, und es wurden Platten geformt, die
geeignet waren zum Messen des SE-Effektes.
Beispiel 6
-
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt, dabei aber
poly(bisphenol-A-carbonat)-Harzpellets (General Electric
LEXAN® 920) eingesetzt, und es wurden Platten
hergestellt, die zum Messen von SE geeignet waren.
Beispiele 7 bis 9
-
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei für
die mit Nickel überzogenen Graphitkabel Kabel aus nicht
überzogenen Graphitfasern (Beispiel 7), Glasfasern, 240
Filaments/Spinnfaden (Beispiel 8) und Fasertaue aus
korrosionsbeständigem Stahl mit jeweils 1159 Filaments,
die jeweils einen Durchmesser von etwa 7 um hatten
(Beispiel 9), eingesetzt. Es wurden langgestreckte Körner
gemäß dieser Erfindung hergestellt, die etwa 85-95
Volumen-% der jeweiligen Filaments umfaßten.
Beispiel 10
-
Das Verfahren des Beispiels 2 wurde wiederholt, dabei
jedoch Poly(bisphenol-A-carbonat)-Harzpellets eingesetzt
und es wurden die langgestreckten Pellets mit Fasern aus
korrosionsbeständigem Stahl (Beispiel 9) eingesetzt, um
15 Gew.-% davon zu schaffen. Es wurden Platten zum Messen
der SE-Eigenschaften hergestellt, und Teststücke zur
Festigkeitsmessung waren bevorzugt.
-
Die Abschirmwirksamkeit der Zusammensetzungen, die aus
den Mischungen der Beispiele 5, 6 und 10 geformt wurden,
wurden nach ASTM ES7-83, wie oben beschrieben, gemessen,
verglichen mit Zusammensetzungen, die wie nach dem Stande
der Technik vor dem Spritzguß in einem Mischextruder
schmelzvermengt worden waren. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 2 aufgeführt:
Tabelle 2 Abschirmwirksamkeit von Polycarbonat- und ABS-Harzen, die
Filaments aus mit Nickel überzogenem Graphit und
korrosionsbeständigem Stahl enthielten
Beispiel Zusammensetzung (Gew.-Teile) Poly(bisphenol-A)-carbonat Poly(acrylnitril/butadien/styrol Mit Film gebundene nickelüberzogene Graphitbündel Geschnittene, mit Nickel überzogene Graphitkabel Mit Film gebundene, langgestreckte Bündel aus korrosionsbeständigem Stahl Abschirmwirksamkeit Dezibel * vor dem Spritzguß auf einem Mischextruder schmelzvermischt
-
Wieder wird eine deutliche Verbesserung der SE Daten
durch Einsatz der gebundenen Bündel gemäß der
vorliegenden Erfindung erzielt.
Beispiele 11-14
-
Das allgemeine Verfahren des Beispiels 2 wurde benutzt,
um Stücke zu Testen der physikalischen Festigkeit aus
Polycarbonatharz und den filmgebundenen Pellets gemäß
dieser Erfindung nach den Beispielen 1, 7, 8 und 9 zu
formulieren und zu formen. Die benutzten
Zusammensetzungen und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 3
aufgeführt:
Tabelle 3 Zusammensetzungen aus aromatischem Polycarbonat und
filmgebundenen Pellets mit Filaments aus mit Nickel
überzogenem Graphit, Glas und korrosionsbeständigem Stahl
Beispiel Zusammensetzung (Gew.-Teile) Poly(bisphenol-A-carbonat) Pellets aus filmgebundenen, mit Nickel überzogenen Graphitfasern (Beispiel 1) Geschnittene, mit Nickel überzogene Graphitfasern Pellets aus filmgebundenen Graphitfasern Pellets aus filmgebundenen Glasfasern Pellets aus filmgebundenen Fasern aus korrosionsbeständigem Stahl Eigenschaften*** Zugfestigkeit Zugmodul * Vergleichsprobe ** Vergleichsprobe, vor dem Spritzguß in einem Mischextruder schmelzvermischt. *** Testverfahren ASTM D-638.
-
Die Zugfestigkeit und der Zugmodul der geformten
Gegenstände wird durch die filmgebundenen Pellets gemäß der
vorliegenden Erfindung sehr günstig beeinflußt.
-
Bei der Herstellung der langgestreckten Pellets dieser
Erfindung können langgestreckte Fasern eingesetzt werden,
zum Beispiel Aramidfasern, zum Beispiel KEVLAR® Fasern,
Keramikfasern oder Kombinationen irgendwelcher der
vorgenannten Fasern. Aramidfasern sind besonders interessant,
weil es praktisch unmöglich ist, sie wegen des
Ausfransens bzw. Abfaserns und Bildens von vogelnestartigen
Haufen zu schneiden und mit thermoplastischen Harzen zu
vermengen. Aramidfasern schneiden sich sehr gut und
vermischen sich leicht, wenn sie in Form der hier offenbarten
überzogenen Bündel hergestellt werden.