DE3840373A1 - Thermoplastischer faserverstaerkter verbundwerkstoff aus polyphenylenethern und polyamiden - Google Patents
Thermoplastischer faserverstaerkter verbundwerkstoff aus polyphenylenethern und polyamidenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft thermoplastische faserverstärkte Verbundwerkstoffe, die
durch Imprägnieren von Verstärkungsfasern mit einer Schmelze von Polyphenylenethern,
Polyamiden und niedermolekularen organischen Säureamiden erhältlich
sind.
Faserverstärkte, thermoplastische Verbundwerkstoffe, wie sie beispielsweise aus
der DE-OS 37 24 155 auf Basis einer Polypropylenmatrix bekannt sind, stellen
wertvolle Konstruktionswerkstoffe vor allem im Maschinen- und Apparatebau,
sowie in der Auto- und Flugzeugindustrie dar. Ihre relativ geringe Temperaturbeständigkeit
stellt allerdings einen gewissen Nachteil dar. Andererseits ist der
Einsatz von hochtemperaturbeständigen Kunststoffen als Matrix vor allem auf
Grund ihrer schlechten Fließeigenschaften nur sehr schwierig und unzureichend
möglich. Aus der US 33 79 792, der EP-A 2 21 341 und der EP-A 2 25 170 sind
beispielsweise unverstärkte, hochtemperaturbeständige Formmassen auf Basis
von Polyphenylenethern bekannt, bei denen die Fließeigenschaften durch Zusatz
von Polyamiden verbessert werden konnten. Gleichzeitig werden dabei allerdings
andere wichtige Eigenschaften der Polyphenylenether, beispielsweise die mechanischen
Eigenschaften, verschlechtert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, faserverstärkte Verbundwerkstoffe
auf Basis von Polyphenylenethern und Polyamiden mit guten mechanischen
und thermischen Eigenschaften zu finden.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß derartige Verbundwerkstoffe mit den
geforderten guten mechanischen und thermischen Eigenschaften, sowie mit guter
Verarbeitbarkeit erhalten werden, wenn man der verwendeten Polyphenylenether-
Polyamid-Mischung niedermolekulare organische Säureamide zusetzt.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein thermoplastischer faserverstärkter
Verbundwerkstoff, der durch Imprägnieren von Verstärkungsfasern mit der
Schmelze einer Mischung aus 10 bis 90 Gew.-Teilen Polyphenylenether und 90 bis
10 Gew.-Teilen Polyamid erhältlich ist, wobei die Mischung zusätzlich 0,1 bis 10 Gew.-%,
bezogen auf die Menge des Polyamids, eines niedermolekularen organischen
Säureamids enthält und der Polyphenylenether gegebenenfalls bis zu 50 Gew.-%
durch ein thermoplastisches Styrolpolymerisat ersetzt sein kann.
Bevorzugt sind Verbundwerkstoffe, die durch Imprägnieren der Verstärkungsfasern
durch Heißpressen bei Temperaturen von 200 bis 350°C und Drücken von
1,2 bis 40 bar erhältlich sind.
Die Mischung zur Imprägnierung der Verstärkungsfasern enthält bevorzugt 40 bis
60 Gew.-Teile Polyphenylenether und 60 bis 40 Gewichtsteile Polyamid.
Als Polyphenylenether und Polyamide eignen sich beispielsweise solche, wie sie
in der US 33 79 792, EP-A 2 21 341 oder EP-A 2 25 170 angeführt sind, bevorzugt
werden Poly(2,6-dialkyl-1,4-phenylen)ether mit 1 oder 2 C-Atomen im Alkylrest
sowie Polyamid 6 oder Polyamid 6,6 eingesetzt. Weitere Beispiele für Polyamide
(PA) sind Poly-4-aminobuttersäure (PA 4), Poly-7-aminoheptansäure (PA 7),
Poly-8-aminooctansäure (PA 8), Poly-10-aminodecansäure (PA 10), Poly-11-
aminoundecansäure (PA 11), Poly-12-aminododecansäure (PA 12), Polyheptamethylenpimelamid
(PA 7,7), Polyoctamethylensuberamid (PA 8,8), Polyhexamethylensebacamid
(PA 6,10), Polynonamethylenacelamid (PA 9,9), Polydecamethylenacelamid
(PA 10,9), Polydecamethylensebacamid (PA 10,10), Polybis(4-
aminocyclohexyl)methan 1,10 decandicarboxamid, Poly(m-Xylylenadipamid),
Poly(p-Xylylensebacamid), Polypiperazinsebacamid.
Der verwendete Polyphenylenether kann bis zu 50 Gew.-% durch übliche Homo-
und Copolymerisate des Styrols, beispielsweise Polystyrol, Polymethylstyrol oder
mittels Kautschuk modifizierten Styrolpolymerisaten ersetzt sein. Polymerblends
von Polyphenylenethern und Polyamiden sind beispielsweise als Ultranyl®
(BASF), Noryl® GTX (General Electric), Prevex® (Borg Warner) oder Xyron®
(Asahi), Polymerblends aus Polyphenylenethern und modifiziertem Polystyrol
beispielsweise als Luranyl® (BASF) oder Noryl® 110 (General Electric)
kommerziell erhältlich.
Unter niedermolekularen organischen Säureamiden sind sowohl aliphatische als
auch aromatische Säureamide, die eine oder mehrere Amidgruppen enthalten
können und gegebenenfalls substituiert sind, zu verstehen. Bevorzugt sind aliphatische
Säureamide mit 3 bis 18 C-Atomen und aromatische Säureamide mit 7 bis
14 C-Atomen. Es können beispielsweise Sebacinsäureamid, Ölsäureamid, Bernsteinsäurediamid,
Adipinsäurediamid, Anthranilsäureamid, Stearinamid,
Benzamid, Malonsäurediamid, Pimelinsäurediamid, Glutarsäurediamid, Korksäurediamid,
Azelainsäurediamid und Phthalsäurediamid verwendet werden. Die
Polymermischung zur Imprägnierung der Verstärkungsfasern enthält bevorzugt
0,5 bis 5% Säureamid, bezogen auf die Menge des Polyamids.
Als Verstärkungsfasern eignen sich alle bekannten für verstärkte Kunststoffe
verwendbaren Fasern, wie z. B. Fasern aus Glas, Kohle, Aramid, Keramik, Metall
oder Mischungen derselben. Unter Fasern sind sowohl Schnittfasern als auch
Endlosfasern, beispielsweise in Form von unidirektionalen Rovings zu verstehen,
sowie auch Gewebe und Fasermatten, die ebenfalls aus Schnittfasern oder
Endlosfasern bestehen können. Der fertige Verbund besitzt üblicherweise einen
Gehalt an Verstärkungsfasern von etwa 15 bis 60 Vol.-%.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe erfolgt durch Imprägnierung
der Verstärkungsfasern bei 200 bis 350°C mit der Schmelze einer
Mischung aus 10 bis 90 Gew.-Teilen Polyphenylenether und 90 bis 10 Gew.-Teilen
Polyamid, wobei die Mischung zusätzlich 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die
Menge des Polyamids, eines niedermolekularen organischen Säureamids enthält
und der Polyphenylenether gegebenenfalls bis zu 50 Gew.-% durch ein thermoplastisches
Styrolpolymerisat ersetzt sein kann. Der Thermoplastmischung können
auch Haftvermittler zugesetzt werden, beispielsweise Blockcopolymere aus
Polyamiden und Polyphenylenethern, wie sie z. B. in J. Pol. Sci., Pol. Chem. Ed.
17 (1979) S. 2317-2335 beschrieben sind.
Fasermatten, Gewebe oder Rovings aus Endlosfasern können beispielsweise
mittels Pultrusion imprägniert werden. Im Falle von Rovings können dabei
entweder einzelne Rovingstränge oder mehrere zu einem Band nebeneinandergelegte
Rovingstränge durch die Schmelze gezogen und nach Kalibrierung
anschließend zur Verfestigung abgekühlt werden.
In einem bevorzugten Verfahren erfolgt die Imprägnierung der Verstärkungsfasern
durch gemeinsames Verpressen mit der Schmelze in einer Heißpresse bei
Temperaturen von 200 bis 350°C und Drücken von 1,2 bis 40 bar. Besonders
bevorzugt verwendet man dabei eine kontinuierliche Presse, der die Mischung
von Polyphenylenethern, Polyamid, Säureamid und gegebenenfalls Styrolpolymer
entweder in Form eines vorgefertigten Filmes oder als frisch extrudierte
Schmelze gemeinsam mit einer Fasermatte, einem Gewebe oder unidirektionalen
Rovingsträngen zugeführt werden. Nach der Imprägnierung in der heißen Laminierzone
der Presse erfolgt in einer anschließenden Kühlzone die Abkühlung und
Verfestigung des Verbundes ebenfalls unter Druck.
Es ist auch möglich, Schnittfasern mit der pulverförmigen, das Säureamid
enthaltenden Polymermischung zu vermischen, anschließend in einem Extruder
aufzuschmelzen und als Strang zu extrudieren. Rovingstränge aus Endlosfasern
können in einem Extrusionswerkzeug, dem gleichzeitig Schmelze und Rovings
zugeführt werden, als faserverstärkter Polymerstrang extrudiert werden.
Die faserverstärkten Polymerstränge können nach Abkühlung zu Granulaten
geschnitten werden, die beispielsweise durch Spritzgießen oder Extrusion zu
Fertigteilen weiterverarbeitet werden können. Die in Form von Bahnen oder
Platten vorliegenden Verbundwerkstoffe können als Ausgangsmaterial zur Herstellung
von Formteilen durch Heißpressen verwendet werden. Die auf etwa 200
bis 350°C erwärmten Bahnen oder Platten werden dabei in beheizte Formen
eingelegt und bei Temperaturen von etwa 50 bis 100°C und Drücken von 1 bis 100 bar
verpreßt.
Ein Polymerblend aus 55 Gew.-% Polyphenylenether (PPE) und 45 Gew.-% Polyamid
6 (PA), entsprechend Ultranyl® KR 4510 (BASF), wurde in einem Extruder
bei 290°C aufgeschmolzen, über eine Breitschlitzdüse als 1,3 m breiter Film mit
einem Flächengewicht von 3033 g/m² extrudiert und einer Doppelbandpresse mit
5 m/min Geschwindigkeit zugeführt. Gleichzeitig wurden der Doppelbandpresse
ober- und unterhalb des Schmelzefilmes je eine vernadelte Glasmatte aus
Schnittfasern mit einem Flächengewicht von je 650 g/m² (Syncomat, Fa.
Syncoglas, Belgien) zugeführt. Bei einer Temperatur von 250°C in der Heizzone
und 80°C in der Kühlzone, sowie einem Linienpreßdruck von 5 bar wurde eine 3,3 mm
dicke, 1,3 m breite, glasfaserverstärkte Bahn mit einem Glasgehalt von 30 Gew.-%
und einem Flächengewicht von 4333 g/m² erhalten.
Der Schmelzindex (MFI) des Polymerblends (gemessen nach der Extrusion gemäß
DIN 53 735 in g/10 min bei 280°C und 5 kg Belastung, Düsendurchmesser 2,2 mm)
sowie Zugfestigkeit (DIN 53 455), Dehnung (DIN 53 455), Schlagzähigkeit (DIN
53 453), Biege-Elastizitätsmodul (DIN 53 457), Wärmeformbeständigkeit (DIN
53 461, Methode B) und Wasseraufnahme (DIN 16 918, 48 h) des fertigen Verbundes
sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Analog zu Beispiel V1 wurden glasfaserverstärkte Bahnen aus einem Polymerblend
aus Polyphenylenether und Polyamid erhalten, mit dem Unterschied, daß
dem Polymerblend vor der Extrusion jeweils 2 Gew.-%, bezogen auf die Menge des
Polyamids, der folgenden in Tabelle 1 angeführten Säureamide zugemischt
wurden: Anthranilsäureamid (AN), Adipinsäurediamid (AD), Ölsäureamid (OA),
Bernsteinsäurediamid (BA). Schmelzindex, sowie mechanische und thermische
Eigenschaften sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Eine Mischung aus 50 Gew.-% eines Gemisches aus 60% Polyphenylenether und 40%
Polystyrol, entsprechend Noryl 110 von General Electric, und 50 Gew.-%
Polyamid 6, entsprechend Ultramid B 4 von BASF, wurde aus einem Extruder mit
Breitschlitzdüse bei 280°C extrudiert. Der Schmelzefilm (Flächengewicht 3000 g/m²)
wurde auf einer Doppelbandpresse bei 250°C und 5 bar kontinuierlich mit 2
Glasmatten (Syncomat, je 650 g/m²) verpreßt. Nach dem Austrag aus der
Kühlzone erhielt man eine glasfaserverstärkte Bahn von 3,2 mm Dicke, einem
Flächengewicht von 4300 g/m² und einem Glasgehalt von 30 Gew.-%. Der
Schmelzindex der Mischung und die Eigenschaften des Verbundes sind in Tabelle
1 zusammengestellt.
Analog zu Beispiel V6 wurden glasfaserverstärkte Verbundbahnen aus Polyphenylenether,
Polystyrol und Polyamid hergestellt, wobei jedoch vor der Extrusion
bei Beispiel 7 2 Gew.-% (bezogen auf die Menge des Polyamids)
Adipinsäurediamid (AD), und bei Beispiel 8 2 Gew.-% Bernsteinsäurediamid (BA)
zugesetzt wurde. Der Schmelzindex nach der Extrusion sowie die Eigenschaften
der Verbunde sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Claims (10)
1. Thermoplastischer faserverstärkter Verbundwerkstoff, erhältlich durch
Imprägnieren von Verstärkungsfasern mit der Schmelze einer Mischung aus
10 bis 90 Gew.-Teilen Polyphenylenether und 90 bis 10 Gew.-Teilen Polyamid,
wobei die Mischung zusätzlich 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Menge des
Polyamids, eines niedermolekularen organischen Säureamids enthält und der
Polyphenylenether gegebenenfalls bis zu 50 Gew.-% durch ein thermoplastisches
Styrolpolymerisat ersetzt sein kann.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, erhältlich durch Imprägnieren von
Verstärkungsfasern mit der Mischung aus Polyphenylenether, Polyamid,
niedermolekularem organischem Säureamid und gegebenenfalls Styrolpolymeren
durch Heißpressen bei Temperaturen von 200 bis 350°C und Drücken
von 1,2 bis 40 bar.
3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mischung zur Imprägnierung der Verstärkungsfasern 0,5 bis 5% Säureamid,
bezogen auf die Menge des Polyamids, enthält.
4. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die niedermolekularen organischen Säureamide aliphatische Säureamide
mit 3 bis 18 C-Atomen oder aromatischen Säureamide mit 7 bis 14 C-
Atomen.
5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischung zur Imprägnierung der Verstärkungsfasern 40 bis 60
Gew.-Teile Polyphenylenether und 60 bis 40 Gew.-Teile Polyamid enthält.
6. Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen faserverstärkten Verbundwerkstoffen
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungsfasern
mit der Schmelze einer Mischung aus 10 bis 90 Gew.-Teilen Polyphenylenether
und 90 bis 10 Gew.-Teilen Polyamid bei Temperaturen von 200
bis 350°C imprägniert werden, wobei die Mischung zusätzlich 0,1 bis 10 Gew.-%,
bezogen auf die Menge des Polyamids, eines niedermolekularen
organischen Säureamids enthält und der Polyphenylenether gegebenenfalls
bis zu 50 Gew.-% durch ein thermoplastisches Styrolpolymerisat ersetzt sein
kann.
7. Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Imprägnierung durch gemeinsames Verpressen
von Verstärkungsfasern mit der Mischung aus Polyphenylenether, Polyamid,
Säureamid und gegebenenfalls Styrolpolymeren bei Temperaturen von 200
bis 350°C und Drücken von 1,2 bis 40 bar erfolgt.
8. Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischung aus Polyphenylenether, Polyamid,
Säureamid und gegebenenfalls Styrolpolymeren in Form eines vorgefertigten
Films oder eines frisch extrudierten Schmelzefilms eingesetzt wird und
gemeinsam mit den Verstärkungsfasern, die in Form einer Matte oder in
Form von unidirektionalen Endlosfasersträngen vorliegen, einer kontinuierlichen
Presse zugeführt werden.
9. Verwendung von Verbundwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Ausgangsmaterial zur Herstellung von Formteilen durch Heißpressen.
10. Verwendung von Verbundwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als
Ausgangsmaterial zur Herstellung von Granulaten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3840373A DE3840373A1 (de) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Thermoplastischer faserverstaerkter verbundwerkstoff aus polyphenylenethern und polyamiden |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3840373A1 true DE3840373A1 (de) | 1990-06-07 |
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ID=6368180
Family Applications (1)
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DE3840373A Withdrawn DE3840373A1 (de) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Thermoplastischer faserverstaerkter verbundwerkstoff aus polyphenylenethern und polyamiden |
Country Status (1)
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