DE3780928T2

DE3780928T2 - Verfahren zum gussformen von faserverstaerkten kunststoffen.

Info

Publication number: DE3780928T2
Application number: DE8787118766T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Komiya; Yoshimasa Nakamura
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2007-12-18
Also published as: KR950012870B1; EP0272635A3; KR880007214A; CA1289318C; EP0272635A2; US4986948A; DE3780928D1; EP0272635B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formpressen eines faserverstärkten Kunststoffs, das mit höheren Produktionsraten faserverstärkten Kunststoff mit höheren Gehalten an Verstärkungsfasern, und damit einer gegenüber herkömmlichem faserverstärktem Kunstoff verstärkten mechanischen Festigkeit, zu erzeugen vermag.
Abquetschwerkzeuge werden im allgemeinen beim Harz-Spritzgießen oder beim Harz-Transferpressen eingesetzt. Bei diesem Formpreß-Verfahren werden zunächst Verstärkungsfasern auf eine Hälfte einer Preßform mit elastischen Packungen auf den Berührungsflächen aufgebracht, die Preßform wird verschlossen oder verklammert, ein Harz wird unter Druck durch eine Harz- Einspritzöffnung in eine Hohlform eingespritzt, um die Fasern damit zu imprägnieren oder zu benetzen, und das Harz wird ausgehärtet, wodurch ein faserverstärkter Kunststoff bereitgestellt wird.
Bei diesem Formpreß-Verfahren werden die Verstärkungsfasern zuerst in die Hohlform eingefüllt, und nach dem Schließen der Preßform wird das Harz in die Hohlform hineingespritzt. Aus diesem Grund muß das Harz, selbst dann, wenn es eine niedrige Viskosität besitzt, unter einem hohen Druck in die Hohlform hineingespritzt werden, und je größer der Faser-Gehalt in den resultierenden Kunststoffen ist, desto größer sind die Drücke, die benötigt werden. Selbst bei Einsatz niedrig-viskoser Harze ist es jedoch schwierig, das Harz gleichmäßig zwischen den gesamten Fasern in der Hohlform zu verteilen, da die Form geschlossen ist.
Aus diesem Grunde beträgt, wie in Fachkreisen wohlbekannt ist, beim Formpressen ungesättigter Polyester-Harze, die mit Glasfaser-Schnittmatten als Faserverstärkungen verstärkt sind, bei der Verwendung von Preßformen für faserverstärkte Harze der Faser-Gehalt gewöhnlich höchstens etwa 30 Gew.-%. Selbst bei Einsatz einer Kombination aus Glas-Roving-Gewebe und -Schnittmatten liegt der Faser-Gehalt gewöhnlich im Bereich von höchstens etwa 40 bis 45 Gew.-%. Wenn Formen mit höherer Festigkeit und Harz-Spritzapparaturen mit höherem Spritzdruck verwendet würden, wären vom theoretischen Standpunkt faserverstärkte Kunststoffe mit einem höheren Faser-Gehalt erhältlich. Bislang sind jedoch derartige Verfahren wegen der damit verbundenen technischen und wirtschaftlichen Probleme noch nicht zum praktischen Einsatz gelangt. Je höher die Faser- Gehalte in den faserverstärkten Kunststoffen sind, desto größer ist die mechanische Festigkeit der Verbundstoffe; die konventionelle Verfahrensweise der Harz-Spritzguß-Technik hat jedoch bisher nicht vermocht, Faser-Verstärkungen bis zu den zulässigen Grenzen in Verbundstoffe einzuarbeiten.
Auf der anderen Seite verwendet das Matten- oder Vorformling- Preßverfahren in einem zweiteiligen Werkzeug Matten oder Vorformlinge, die zuvor mit Verstärkungsfasern in solcher Weise hergestellt wurden, daß sie in groben Zügen die Formen der Endprodukte haben. Bei diesem Verfahren wird die Matte oder der Vorformling zuerst auf eine Hälfte der Form gelegt, ein Harz wird auf der Matter oder dem Vorformling ausgebreitet, und dann wird die vorgeheizte Form geschlossen, so daß das Harz aushärtet. Dieses Verfahren weist auch einen Nachteil dahingehend auf, daß dann, wenn ein niedrig-viskoses Harz auf Matten oder Vorformlingen, die auf einem Kern abgelegt sind, ausgebreitet wird, das Harz aus der Form entweicht, bevor die Form geschlossen wird. Aus diesem Grunde verwendet das Verfahren gewöhnlich solche Harze, die mit Additiven vermischt sind und eine erhöhte Viskosität besitzen. Dieses erschwert jedoch die Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit hohen Faser- Gehalten, verglichen rnit Verfahren, bei denen niedrig-viskose Harze eingesetzt werden. Weiterhin enthalten faserverstärkte Verbund-Kunststoffe, die mittels des Matten- oder Vorformling- Preßverfahrens in einem zweiteiligen Werkzeug hergestellt sind, gewöhnlich Fasern in Mengen von höchstens etwa 30 Gew.-%, wenn Glasfaser-Schnittmatten als Faserverstärkungen eingesetzt werden.
Das Matten- oder Vorformling-Preßverfahren in einem zweiteiligen Werkzeug hat vom Umwelt-Standpunkt gesehen einen weiteren Nachteil dahingehend, daß Harz-Material um die Formpreßgeräte verstreut wird und schlechte Gerüche abgibt, im Gegensatz zu solchen Verfahren, bei denen Harze in eine geschlossene Hohlform eingespritzt werden.
Wie bereits im vorstehenden ausgeführt wurde, sind die herkömmlichen Verfahren des Harz-Spritzgusses und des Matten- oder Vorformling-Pressens in einem zweiteiligen Werkzeug für die Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit Faser-Gehalten und Festigkeiten, die bis zu den zulässigen Grenzwerten erhöht sind, mit hohen Produktionsraten nicht geeignet.
Die EP-A-0 176 031 offenbart ein Formpreßverfahren, das eine Kombination aus dem Harz-Spritzguß-Verfahren und dem Matten- oder Vorformling-Preßverfahren in einem zweiteiligen Werkzeug ist. Die FR-A-2 086 463 ist auf ein konventionelles Harz- Spritzguß-Verfahren gerichtet, worin eine herkömmliche Form ohne Abquetschkanten verwendet wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ausgedehnte Untersuchungen angestellt, um ein Verfahren einzuführen, das mit einer hohen Produktivität die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen ermöglicht, die gesteigerte Faser-Gehalte und verstärkte mechanische Festigkeit besitzen, wobei sie die herkömmlichen Verfahren des Harz-Spritzgusses und des Matten- oder Vorformling-Pressens in einem zweiteiligen Werkzeug zu einem neuen integrierten Verfahren kombiniert haben, bei dem der Einsatz einer Preßform, die darauf angebracht positive Abquetschkanten aufweist, von wesentlicher Wichtigkeit ist.
Aus diesem Grund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Formpressen eines faserverstärkten Kunststoffs bereitzustellen, insbesondere ein Formpreß- Verfahren, das die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen mit hohen Faser-Gehalten und demzufolge hoher mechanischer Festigkeit, mit hohen Produktionsraten ermöglicht, was die herkömmlichen Formpreß-Verfahren nicht geschafft haben.
Das Verfahren der Erfindung zum Formpressen eines faserverstärkten Kunststoffs umfaßt die in Anspruch 1 definierten Schritte. Weitere Ausführungsformen sind den darauf bezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen ausführlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels für eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Preßform.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Formschlusses der auf der Preßform gebildeten Positiven Abquetschkanten.
Figur 3 zeigt ebenfalls eine vergrößerte Schnittansicht eines anderen Typs der Abquetschkanten.
Figur 4 veranschaulicht zwei Hälften einer Preßform, die in der Nähe zueinander angeordnet sind, um die verstärkenden Fasern zwischen den Abquetschkanten zu greifen.
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Beispiels für das Ausrasten der Abquetschkanten.
In Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Beispiels für eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Preßform 11 dargestellt, die einen Kern 12 und eine Höhlung 13 mit einer durch diese hindurchgehenden Harz-Einspritzöffnung 14 umfaßt. In der Figur ist die Form zwischen den Spannplatten 15 und 16 geschlossen, die durch eine (nicht eingezeichnete) hydraulische Presse betrieben werden. Die Form hat positive Abquetschkanten. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht derartiger positiver Abquetschkanten 17 im eingerasteten Zustand, wobei zwischen beiden noch Spielraum ist. Die Abquetschkanten werden gebildet durch Zusammenwirken der eine Kante an dem Kern 12 einschließenden Oberflächen-Teile 18 und der eine Kante an der Höhlung 13 einschließenden Oberflächen-Teile 19 der Preßform.
Preßformen, die bei dem Formpreßverfahren in einem zweiteiligen Werkzeug eingesetzt werden, sind mit solchen positiven Abquetschkanten versehen, und solche Preßformen sind in dem Verfahren der Erfindung einsetzbar. Der Weg der Abquetschkanten hängt von dem Volumen der in einer Preßform abgelegten Faserverstärkungen ab, liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von 2 bis 30 mm, vorzugsweise im Bereich von etwa 3 bis 10 mm. Der Spielraum zwischen den Abquetschkanten liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,05 bis 0,15 mm.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines anderen Typs von Abquetschkanten 17, und die Höhlung 13 hat eine Abquetschkante mit einer Klinge 20 am Ende.
Wenn entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in eine Höhlung 21 einer Preßform eingespritzt und darin verteilt wird, werden die Hälften in eine Position nahe zueinander gebracht, wie in Fig. 4 dargestellt ist, so daß die Abquetschkanten 17 die Fasern zwischen sich ergreifen, um dadurch das Entweichen der Harze aus der Preßform 11 durch die Fasern zu verhindern.
Die Preßform kann aus Metall oder Harzen bestehen, und ersteres wird bei einer Massenproduktion der faserverstärkten Kunststoffe bevorzugt. Die Gestalt der Preßformen ist so entworfen, daß sie der Form der fertigen Produkte entspricht.
Zu Faserverstärkungen, die in der Erfindung einsetzbar sind, zählen solche, die bei der Herstellung gewöhnlicher faserverstärkter Kunststoffe verwendet werden, und solche Fasern werden beispielhaft verkörpert durch anorganische oder Metall- Fasern wie Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Quarz-Fasern, Keramik-Fasern, Zirconiumdioxid-Fasern, Bor-Fasern, Wolfram-Fasern, Molybdän-Fasern, Stahl-Fasern, Beryllium- Fasern oder Fasern aus nichtrostendem Stahl und durch synthetische Fasern wie Polyamid-Fasern oder Polyester-Fasern. Die Faserverstärkungen können mit einem Kupplungsmittel behandelt werden, um die Haftung an den Harzen zu verbessern.
Weiterhin können die Fasern allein oder in Kombination aus zweien oder mehreren der obigen eingesetzt werden, und sie können in der Form von Vorformlingen, Matten oder Geweben oder einer Kombination dieser Formen vorliegen. In dem Verfahren der Erfindung hängt der Faser-Gehalt in den faserverstärkten Kunststoffen von der Viskosität des eingesetzten Harzes, den Faserverstärkungen und den Formen derselben und den an die benötigten Endprodukte gestellten Anforderungen ab; gewöhnlich liegt er im Bereich von etwa 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von etwa 50 bis 70 Gew.-%, bezogen auf den faserverstärkten Kunststoff.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung werden die verstärkenden Fasern zuerst auf der unteren Hälfte einer Preßform abgelegt, dann werden die Hälften der Form einander nahe gebracht und in eine solche Position gebracht, daß sie die Fasern ergreifen und zwischen den Abquetschkanten festhalten, so daß die Harze nicht aus der Form entweichen, wenn die Harze auf die Fasern in der Höhlung der Form gespritzt werden. In dem Verfahren der Erfindung ist als Mittel zum Betreiben der Preßform eine hydraulische Presse einsetzbar, wie sie normalerweise beim Formpressen faserverstärkter Kunststoffe zum Einsatz kommt. Es wird bevorzugt, daß die hydraulische Presse Einrichtungen zur Positionssteuerung besitzt, die zuerst die Hälften der Preßform in solche Positionen bringen, daß sie einander nahe sind, und dann die Preßform betreiben und schließen.
In dem Verfahren der Erfindung ist es wesentlich, daß die Hälften der Form so positioniert werden, daß die Abquetschkanten die Fasern in der Preßform zwischen sich ergreifen, so daß sie ein Entweichen der Harze zwischen den Abquetschkanten nicht erlauben, wenn die Harze in die Hohlform eingespritzt werden, um die darin befindlichen Fasern zu imprägnieren.
Figur 5 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform der Abquetschkanten 17, damit die Faserverstärkung zwischen ihnen ergriffen werden kann. Die Abquetschkanten haben einen Abstand D zwischen der Kante eines Kerns 12 und der Kante einer Höhlung 13 einer Preßform. Der Abstand D wird in Abhängigkeit von dem Volumen oder der Dicke der Faserverstärkungen 22 gewählt, die auf einem Kern 12 abgelegt werden, liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von etwa 0 bis 5 mm. Die Faserverstärkungen 21 erstrecken sich über die Abquetschkanten 17 hinaus und werden zwischen diesen an den End-Teilen ergriffen. Diese Position wird bevorzugt, da die Harze in eine Hohlform leicht unter einem niedrigen Druck eingespritzt werden, während das Entweichen der Harze durch die Faserverstärkungen hindurch an den Abquetschkanten verhindert wird. Die Faserverstärkungen sind im allgemeinen voluminös, und das ist insbesondere bei Glasfaserverstärkungen der Fall, so daß es nicht notwendig ist, die Faserverstärkungen zwischen den Abquetschkanten fest zu ergreifen, damit ein Entweichen der Harze an den Abquetschkanten verhindert wird.
Die Abquetschkanten können jedoch entweder geringfügig oder tiefer übereinander greifen (je nach dem Volumen oder der Dicke der Faserverstärkungen auf dem Kern), wobei der Abstand gewöhnlich etwa 0 bis 1 mm beträgt, um die über die Preßform hinausreichenden Faserverstärkungen abzuschneiden, vorausgesetzt, daß die Preßform nicht vollständig geschlossen ist, wie dies in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Die Harze werden in die Preßform gewöhnlich unter einem Druck von mehreren kg/cm² eingespritzt. Für das Einspritzen des Harzes kann jedes Mittel eingesetzt werden, etwa Pumpen oder eine normale Einspritzeinrichtung, wie sie bei Verfahren des Reaktions- Spritzgusses verwendet wird.
Das Verfahren der Erfindung ist auf jedes Harz anwendbar, das für die Herstellung gewöhnlicher faserverstärkter Kunststoffe brauchbar ist. Warmhärtende Harze werden jedoch bevorzugt, etwa ungesättigte Polyester-Harze, Vinylester-Harze, Epoxy- Harze, Polyurethan-Harze, Polyimid-Harze, Phenol-Harze, Silicon-Harze, vernetzbare Polyesteramid-Harze, vernetzbare Polyaminoamid-Harze, vernetzbare Epoxy-modifizierte Polyaminoamid-Harze oder vernetzbare Polyetheramid-Harze.
Die ungesättigten Polyester-Harze sind, wie wohlbekannt ist, ein flüssiges Gemisch aus ungesättigten Alkyden und Vinyl- Monomeren. Die ungesättigten Alkyde werden durch Polykondensation mehrbasiger Carbonsäuren wie Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid oder Fumarsäure mit Glycolen wie Ethylenglycol oder Propylenglycol erhalten, wohingegen die Vinyl-Monomeren durch Styrol beispielhaft verkörpert werden. Die ungesättigten Polyester-Harze sind in bezug auf ihre Formpreßbarkeit überlegen und finden weit verbreitete Verwendung als Matrices für faserverstärkte Kunststoffe. Epoxy-Harze und Epoxy-modifizierte Vinylester-Harze sind den ungesättigten Polyester-Harzen noch überlegen, da die ersteren zwei Harze höhere mechanische Festigkeit und eine geringere Schrumpfung beim Aushärten als die ungesättigten Polyester-Harze aufweisen, und finden ebenfalls weit verbreitete Verwendung als Matrices. Die meisten der eingesetzten Epoxy-Harze sind schnell aushärtbare Epoxy-Harze vom Bisphenol A-Typ. Durch Reaktion von Polyisocyanaten und Polyolen hergestellte Polyurethan-Harze sind ebenfalls rasch aushärtbar und zählen zu den bevorzugten Matrices.
Zu den am meisten bevorzugten vernetzbaren Harzen, die in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, zählen vernetzbare Polyamid-Harze wie Polyesteramid-Harze, die durch die Reaktion von 2,2'-(1,3-Phenylen)bis-2-oxazolin mit solchen Reaktionspartnern wie zweibasigen Carbonsäuren, aromatischen Hydroxycarbonsäuren, Carbonsäureanhydriden, z . B. Adipinsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Salicylsäure, p-Hydroxybenzoesäure oder Phthalsäureanhydrid oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren solcher Säuren in Gegenwart von Katalysatoren wie phosphoriger Säure erhalten wurden, wie in den US-Patenten 4 474 942, 4 579 937 und 4 600 766 offenbart ist. Zu den in der Erfindung einsetzbaren Polyamid-Harzen zählen weiterhin Polyaminoamid-Harze, die durch die Reaktion von 2,2'-(1,3- Phenylen)bis-2-oxazolin mit Diamin-Verbindungen wie Diaminodiphenylmethan in Gegenwart von Katalysatoren erhalten werden, Epoxy-modifizierte vernetzbare Polyaminoamid-Harze, die durch die Reaktion von 2,2'-(1,3-Phenylen)bis-2-oxazolin mit Diamin- Verbindungen und Epoxy-Harzen erhalten werden, und Polyetheramid-Harze, die durch die Reaktion von 2,2'-(1,3-phenylen)bis- 2-oxazolin mit Phenol-Verbindungen oder -Polymeren erhalten werden.
In dem Verfahren der Erfindung können die Harze entweder als Ein-Komponenten-, Zwei-Komponenten- oder Drei-Komponenten- Systeme verwendet werden. Bei der Verwendung als Ein-Komponenten-System wird ein Gemisch aus Basis-Harzen und Härtungsmitteln in einem Behälter hergestellt, und die Mischung wird in eine Hohlform eingespritzt. Bei der Verwendung als Zwei- Komponenten- oder Drei-Komponenten-System werden die Basis- Harze und die Härtungsmittel getrennt in Behältern aufbewahrt und mittels einer Mischvorrichtung in eine Hohlform eingespritzt.
Die Harze können Katalysatoren, Stabilisatoren, Trennmittel, Färbemittel, Brandschutzmittel oder Füllstoffe enthalten, je nach den eingesetzten Harzen und den Anforderungen an die resultierenden faserverstärkten Kunststoffe. Das Verfahren der Erfindung eignet sich für eine Produktion faserverstärkter Kunststoffe mit hohem Ausstoß durch die Verwendung schnellaushärtender Harze. Wenn faserverstärkte Kunststoffe mit hohen Faser-Gehalten produziert werden sollen, ist weiterhin der Einsatz von Harzen erwünscht, die eine relativ niedrige Viskosität von nicht mehr als etwa 1500 cP haben, wenn sie in eine Hohlform eingespritzt werden, so daß die Fasern ohne weiteres damit benetzt und getränkt werden.
Es ist besonders erwünscht, daß die Harze eine niedrige Viskosität haben, die nicht mehr als 1000 cP beträgt, und am meisten bevorzugt sind Harze mit einer Viskosität von etwa 10 bis 300 cP bei den Temperaturen, bei denen sie in die Hohlform eingespritzt werden, um faserverstärkte Kunststoffe mit so hohen Faser-Gehalten wie etwa 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf den faserverstärkten Kunststoff, zu erhalten. Es ist jedoch auch erwünscht, daß die verwendeten Harze während des Aushärtens keine Risse bilden, wenn die Harze keine Füllstoffe enthalten, so daß sie eine niedrige Viskosität haben.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird die Preßform dadurch geschlossen, daß eine Hälfte der Preßform mit Hilfe einer hydraulischen Presse in Bewegung gesetzt wird, während die andere Hälfte festgehalten wird, nachdem die Harze in die Höhlung der Preßform hineingespritzt worden sind. Wenn thermoplastische Harze eingesetzt werden, ist ein Erhitzen nicht erforderlich; wenn jedoch vernetzbare Harze verwendet werden, wird die Form gewöhnlich auf Temperaturen von etwa 100 ºC bis 250 ºC vorgeheizt. Die Drücke des Formpressens liegen gewöhnlich im Bereich von 10 bis 50 kg/cm², und die Cyclus-Zeiten liegen gewöhnlich im Bereich von etwa 30 s bis 30 min, obwohl die Formpreß-Drücke und Cyclus-Zeiten nicht kritisch sind und in Abhängigkeit von den verwendeten Harzen, Katalysatoren oder Faserverstärkungen oder der Dicke der resultierenden Verbundstoffe variieren.
Wie oben dargelegt wurde, werden erfindungsgemäß zunächst verstärkende Fasern in einer Preßform abgelegt, die Hälften der Form werden in eine Position gebracht, in der sie einander nahe sind, um die Fasern zwischen den Abquetschkanten zu greifen, und dann werden die Harze in den Hohlraum der Preßform eingespritzt, so lange die Hohlform noch einen großen Zwischenraum aufweist, da die Preßform noch nicht vollständig geschlossen worden ist. Aus diesem Grund können die Harze unter einem sehr niedrigen Druck in die Preßform eingespritzt werden, wenngleich ein Entweichen der Harze aus der Form bei Verwendung niedrigviskoser Harze nicht stattfindet, da die Fasern zwischen den Abquetschkanten der Preßform ergriffen werden, so daß das Entweichen der Harze aus der Preßform durch die Fasern verhindert wird.
Die Verwendung solcher niedrig-viskosen Harze ermöglicht eine leichte und gründliche Imprägnierung der Faserverstärkungen mit den Harzen unter niedrigen Drücken, so daß das Verfahren der Erfindung ohne weiteres in praktischer Weise faserverstärkte Kunststoffe mit Faser-Gehalten mit einer solchen Höhe wie 50 bis 80 Gew.-% zu erzeugen vermag, die mittels der konventionellen Verfahren des Harz-Spritzgusses oder des Matten- oder Vorformling-Pressens in einem zweiteiligen Werkzeug nicht erreicht worden sind. Unter einem weiteren Aspekt ist das Verfahren der Erfindung den konventionellen Preßform- Verfahren wie dem Matten- oder Vorformling-Preßverfahren in einem zweiteiligen Preßverfahren vom Umwelt-Standpunkt dahingehend überlegen, daß dabei im wesentlichen kein Problem des Harz-Verstreuens oder eines üblen Geruchs auftritt.
Weiterhin ermöglicht die Verwendung niedrig-viskoser Harze bei diesem Formpreß-Verfahren den Einsatz hydraulischer Pressen mit erheblich niedriger Leistung als bei dem Formpreß-Verfahren, bei dem Kompounds für das Formen von Bahnen oder in Masse formgepreßt werden.
Auf diese Weise sind mittels des Verfahrens der Erfindung mit hohen Produktionsraten faserverstärkte Kunststoffe mit viel höheren Faser-Gehalten und viel höheren mechanischen Festigkeiten als bei den konventionellen Verfahren des Harz-Spritzgusses oder des Matten- oder Vorformling-Pressens in einem zweiteiligen Werkzeug herstellbar.
Die Erfindung wird aufgrund der folgenden Beispiele noch besser verständlich; diese Beispiele sind dazu vorgesehen, die Erfindung zu erläutern, nicht jedoch als Einschränkungen der Erfindung aufzufassen.

Beispiel 1

Unter Einsatz von vernetzbaren Polyester-Amid-Harzen und Glasfasern wurden glasfaserverstärkte Kunststoff-Tabletts in einer Test-Formpresse hergestellt, die Abquetschkanten aufwies, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind und die mit einer Harz-Einspritzeinrichtung, wie sie beim Reaktions- Spritzguß verwendet wird, und einer hydraulischen Hub-Presse zum Anheben der unteren Hälfte der Preßform ausgerüstet war.

Herstellung von Harzen

Mengen von 8,25 kg 2,2'-(1,3-Phenylen)bis-2-oxazolin, 1,11 kg p-Hydroxybenzoesäure und 0,64 kg Salicylsäure wurden jeweils eingewogen und trocken miteinander vermischt. Das Gemisch wurde in einen Behälter A gefüllt, der auf etwa 150 ºC beheizt wurde, und gerührt, wodurch eine flüssige Schmelze gebildet wurde.
Mengen von 2,6 kg 2,2'-(1,3-Phenylen)bis-2-oxazolin, 1,85 kg p-Salicylsäure, 5,55 kg Sebacinsäure und 0,75 kg phosphorige Säure wurden jeweils eingewogen und trocken miteinander vermischt. Das Gemisch wurde in einen Behälter B gefüllt, der auf etwa 150 ºC beheizt wurde, und gerührt, wodurch eine flüssige Schmelze gebildet wurde.
Dann wurde die Temperatur der beiden Flüssigkeiten auf 140 ºC eingestellt. Mit Viskosimetern des Brookfield-Typs wurde ermittelt, daß die Flüssigkeiten in den Behältern A und B Viskositäten bei etwa 140 ºC von etwa 40 cP und etwa 50 cP hatten. Das Mischungs-Verhältnis der Flüssigkeit A zu der Flüssigkeit B wurde, in Gew.-Teilen, auf 80/21,5 eingestellt, und die Abgabe-Menge wurde auf 123 g/s eingestellt, wobei die Abgabe-Drücke von A und B etwa 70 kg/cm² bzw. etwa 140 kg/cm² betrugen.

Verwendete Preßformen und hydraulische Drücke

Die eingesetzte Preßform hatte Abquetschkanten mit einem Hub von 5 mm und einem Spiel zwischen ihnen von 0,1 mm, wie in Figur 2 dargestellt ist. Die Höhlung der Preßform war 40 cm lang, 27 cm breit, 2 cm hoch; die Dicke betrug 3 mm. Der Mischkopf einer Harz-Einspritzeinrichtung, wie sie beim Reaktions-Spritzguß verwendet wird, wurde an der oberen Hälfte der Preßform montiert, um das Harz in die Preßform einzuspritzen.
Die Preßform wurde mit elektrischen Heizelementen erhitzt, die in sie eingeführt worden waren, so daß die Oberfläche der Preßform eine Temperatur von 200 ºC hatte. Dann wurde die Preßform geöffnet, und ein Trennmittel, Wachs, wurde auf die Oberfläche der Preßform aufgetragen.

Formpressen

Endlos-Matten (M 8609 von Asahi Fiber Glass K.K., Japan, 450 g/m², etwa 47 cm lang und etwa 34 cm breit) wurden in acht Schichten auf dem Kern der Preßform abgelegt, und dann wurde die untere Hälfte der Preßform nach oben bewegt, so daß der Abstand D zwischen den Abquetschkanten etwa 2 mm betrug, wie in Figur 5 dargestellt ist.
Die Harz-Einspritzeinrichtung wurde für die Dauer von 2,2 s in Betrieb genomnen, um Harz mittels einer Prallplatten-Mischeinrichtung in die Preßform hineinzuspritzen. Die berechnete Abgabemenge betrug 270 g. Unmittelbar nach dem Einspritzen wurde die untere Hälfte der Preßform mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 mm/s angehoben, bis die Preßform-Hälften an Abstandshaltern auf den Umflächen miteinander in Berührung kamen, und auf diese Weise wurde die Preßform vollständig geschlossen.
Nach 2 min Erhitzen unter einem Druck von etwa 30 kg/cm² wurde die Preßform geöffnet, und das resultierende Tablett wurde der Form entnommen. Es wurde gefunden, daß das Tablett eine mittlere Dicke von 2,84 mm hatte. Das Tablett wurde zu Probekörpern zerschnitten, und deren Eigenschaften wurden nach JIS-Methoden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 2

Die gleichen Endlos-Matten wie in Beispiel 1 wurden in 10 Schichten übereinander gelegt, und in anderweitig gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurden faserverstärkte Kunststoff- Tabletts erzeugt. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Beispiel 3

An Stelle der in Beispiel 1 eingesetzten Endlos-Matten wurden Glasfaser-Verstärkungen verwendet, die aus zwei Schichten eines unidirektionalen Glas-Roving-Gewebes (REW 650X-HM von Nippon Glass Sen-i K.K., Japan) aufgebaut waren, als die beiden Oberflächen-Schichten verwendet, und die gleichen Endlos-Matten, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden als die mittleren Schichten verwendet, und in anderweitig gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurden faserverstärkte Kunststoff-Tabletts erzeugt. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Beispiele Prüfmethoden Faser-Gehalt (Gew.-%) Zugfestigkeit (kgf/mm²) Young'scher Elastizitätsmodul (kgf/mm²) Biegefestigkeit (kgf/mm²) Biege-Elastizitätsmodul (kgf/mm²) Druckfestigkeit (kgf/mm²) Druckmodul (kgf/mm²)

Claims

1. Verfahren zum Formpressen eines faserverstärkten Kunststoffs, umfassend die in der angegebenen Reihenfolge durchzuführenden Schritte des Aufbringens von Faserverstärkungen auf eine Hälfte einer Preßform mit positiven Abquetschkanten, des Positionierens der beiden Preßformhälften in geringem Abstand zueinander, um die Fasern zwischen den Abquetschkanten zu greifen, des Einspritzens eines Harzes in den Hohlraum der so positionierten Preßform vermittels einer Harz-Einspritzöffnung, die in der Preßform vorgesehen ist, und des Schließens der Preßform, wobei die Fasern mittels der Abquetschkanten abgeschnitten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Faserverstärkungen zwischen den Abquetschkanten ergriffen werden, so daß das Harz aus der Preßform nicht durch die Faserverstärkungen entweicht, während das Harz in den Preßform-Hohlraum eingespritzt und in diesem verteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Harz eine Viskosität von nicht mehr als etwa 1500 cP hat, wenn es in die Preßform eingespritzt wird, in der die Faserverstärkungen in Mengen von etwa 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf den resultierenden faserverstärkten Kunststoff, abgelegt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Harz eine Viskosität von etwa 10 bis 300 cP hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Harz ein vernetzbares Polyamid-Harz ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das vernetzbare Polyamid- Harz ein vernetzbares Polyesteramid-Harz, ein vernetzbares Polyaminoamid-Harz, ein Epoxy-modifiziertes vernetzbares Polyaminoamid-Harz oder ein vernetzbares Polyetheramid-Harz ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das vernetzbare Polyamid- Harz durch die Reaktion von 2,2'-(1,3-Phenylen)bis-2- oxazolin mit Reaktionspartnern erhalten wird.