NL8901859A - Kunststofgranulaat met niet-gedispergeerde electrisch geleidende vezelbundels. - Google Patents

Description

KUNSTSTOFGRANULAAT WET NIET-GEDISPERGEERDE ELECTRISCHGELEIDENDE VEZELBUNDELS

De uitvinding betreft een kunststofgranulaat waarinelektrisch geleidende vezels aanwezig zijn.

Een dergelijk kunststofgranulaat is bekend uit GB-A-2112796.Hierin wordt een kunststofgranulaat beschreven waarin elektrischgeleidende staalvezels zijn opgenomen, waarbij de vezels zogelijkmatig mogelijk in de granulaatkorrels verdeeld zijn. Het granu¬laat wordt verkregen door tijdens het mengen van de vezels en hetbasisgranulaat, een zodanige afschuifspanning te kiezen, dat deafschuifspanning hoog genoeg is om een goede dispersie van de staalve¬zels in het kunststof granulaat te krijgen, terwijl breken van destaalvezels wordt voorkomen. Dit gebeurt bij relatief hoge tem¬peraturen.

Het nadeel van een kunststofgranulaat als beschreven inGB-A-2112796 is dat tijdens de vervaardiging ervan segregratieoptreedt door de hoge temperatuur tijdens het mengen. Dit geeftaanleiding tot verstoppingen van de extrusieapparatuur waarmeebedoelde granulaten worden vervaardigd.

Het doel van de uitvinding is nu het verschaffen van eenkunststofgranulaat, waarin elektrisch geleidende vezels zijn opgeno¬men, dat vervaardigd kan worden zonder het genoemde nadeel en waarbijeen hieruit verkregen vormmassa een verbeterde afschermingsgedragbezit.

Het kunststofgranulaat volgens de uitvinding wordt gekenmerktdoordat het bestaat uit granulaatkorrels waarin 0,3-4 vol% elektrischgeleidende vezelbundels zijn opgenomen, waarvan de dispersiegraadmaximaal 0,10 bedraagt, waarbij de dispersiegraad de reciproke waardeis van de volumefractie in % van een granulaatkorrel, gemeten via de drempelwaarde methode, die door electrisch geleidende vezelbundelswordt ingenomen, waarbij een electrische geleidende vezelbundel60-20.000 vezels omvat.

Er is gevonden dat met een kunststofgranulaat volgens de uit¬vinding verstoppingen in het extrusieapparaat worden voorkomen.

Ondanks de lage dispersiegraad, d.w.z. een slechte verdeling van devezels in een granulaat korrel, blijken de kunststofgranulatenuitstekend geschikt om bijvoorbeeld door spuitgieten te worden ver¬werkt tot vormmassa's met een uitstekend afschermingsgedrag. Dit iszeer verrassend omdat in voorgaande publicatie gesteld werd dat voorhet verkrijgen van een goed afschermingsgedrag tegen elektromagne¬tische interferentie (EMI) in een vormmassa, de vezels zeer goedgedispergeerd in het kunststofgranulaat opgenomen dienen te zijn.

Eveneens is gevonden dat de lage dispersiegraad van devezelbundels in de kunststof tot minder breuk van vezels leidt. Dit ishet gevolg van de aanwezige vezelbundels i.p.v. vezels. Een vezelbun¬del breekt minder snel, zodat breukvorming wordt onderdrukt. Hierdoorkan met een lagere belading van de vezels genoegen worden genomen.

Bij voorkeur bezitten de granulaatkorrels volgens de uit¬vinding een dispersiegraad kleiner dan 0,08. De dispersiegraad isgedetineerd als de reciproke waarde van de volumefractie (Vv) in pro¬centen van een granulaatkorrel die door staalvezelbundels wordt inge¬nomen, gemeten via de drempelwaarde methode. De drempelwaarde methodebestaat uit het bepalen van Vv met behulp van digitale beeldverwerkingen beeldanalyse. Om een betrouwbare indicatie van Vv te krijgen wor¬den de granulaatkorrels tot een plaatje geperst.

Met behulp van digitale beeldverwerking wordt een beeld van een vlakkedoorsnede van een persplaatje, via een videocamera en een digitaalom-zetter, omgezet tot een matrix met een grote hoeveelheid punten. Iederpunt krijgt een discrete waarde corresponderend met de Lichtinten¬siteit in het uitgangsbeeld; bijvoorbeeld zwart wordt 0, wit wordt255, en tussenliggende intensiteiten worden naar rato verdeeld. Hetprincipe van deze methode staat vermeld in A. Rosenfeld, A.C. Kak,"Digital Picture Processing", vol. 1 en 2 (1982). Door het kiezen vaneen drempelwaarde in de gediscretiseerde intensiteiten kunnen de staalvezelbundels onderscheiden worden van de kunststofmatrix en kande oppervlaktefraktie (A^), die de staalvezelbundels in de doorsnedeinnemen, worden gemeten. Met behulp van geometrisch-statistischebeschouwingen kan worden afgeleid dat ongeacht vorm ofgrootte van de structuren de oppervlaktefractie (A/\) gemiddeld gelijkis aan de gezochte volumefractie (Vv). Dit is beschreven in E.R.Weibel, "Stereological Methods", vol. 2, 1980.

De gekozen drempelwaarde wordt bepaald door de hoeveelheidaanwezige vezels per mm^ oppervlak. De te kiezen drempelwaarde moetzodanig gekozen zijn dat in doorsnede de oppervlakte ingenomen doordoorgesneden vezels ten minste 5 % van het totale oppervlak bedraagt.Bij voorkeur tenminste 10 %. Daarbij kan het aantal vezels variërenvan 500-25.000 vezels per mrn^ doorsnede, bij een vezeldiameter van2-15 μ. Indien de hoeveelheid vezels per mm^ doorsnede minder dan 500bedraagt zal het lichtintensiteitsverschil in het uitgangsbeeld metgebieden waarin vezels niet of nauwelijks aanwezig zijn, te geringzijn om een goed onderscheid te kunnen maken.

Als electrisch geleidende vezelbundel in het kunststofgranu-laat volgens de uitvinding wordt bij voorkeur een staalvezelbundelgebruikt, die 60-20.000 vezels omvat, bij voorkeur 2000-15.000, waar¬bij de discrete vezellengte, welke voor iedere vezel afzonderlijkuiteen kan lopen, bijvoorbeeld 4-8 mm bedraagt.

De vezels in een vezelbundel zijn bij voorkeur geïmpregneerdmet een hars. De vervaardiging van dergelijke vezelbundels staat ver¬meld in bijvoorbeeld US-A-2.050.298, US-A-3.042.570, US-A-2.877.501 enUS-A-2.877.501. Dergelijke bundels zijn bekend als "grains".

In het algemeen is de kunststof in het granulaat volgens deuitvinding een thermoplastische polymeersamenstelling. Hieronder zijnpolyolefinen, in het bijzonder polypropyleen en polyetheen; copoly-meren, in het bijzonder styreenacrylonitril en styreerrmaleinezuuranhydride copolymeren; nylon; polyfenyleenoxides; polyfeny-leenoxidepolystyreenmengsels; polyfenyleensulfides; polyaeetalen;polysulfonen; polycarbonaten; polyurethanen; cellulose-esters; amorfeen/of kristallijne polyesters, bijvoorbeeld polyethyleentereftalaat,polyoxybenzoylpolyesters; polymonochloorstyreen; acrylpolymeren; poly- vinylchlorides; polyvinylideenchlorides; copolymeren van vinylchlorideen vinylideenchloride; verschiLLende thermoplastische elastomeren bij¬voorbeeld op basis van styreen en butadieen of ethyleen of propyleenen mengsels van genoemde kunststoffen.

De uitvinding omvat eveneens de werkwijze waarmee dekunststofgranulaten volgens de uitvinding worden verkregen. De werk¬wijze wordt gekenmerkt doordat de elektrisch geleidende vezelbundelsen de kunststofgranulaten bij een lage afschuifspanning met elkaarworden gemengd, waarbij de temperatuur tijdens het mengen onder desmelttemperatuur van de kunststof wordt gehouden.

Het de werkwijze volgens de uitvinding worden bij voorkeurgrains met de kunststof gemengd. Er wordt een granulaatkorrel verkre¬gen waarin staalvezelbundels weinig of niet gedispergeerd zijn, m.a.w.waarbij de dispersiegraad kleiner dan 0,10 bedraagt, gemeten via dedrempelwaardemethode. Het is een vereiste dat de temperatuur tijdenshet mengen onder de smelttemperatuur <Tsm), maar boven de verwekings-temperatuur (Tv) van het thermoplastisch polymeer moet liggen. Dit geldtin het bijzonder voor het deel van de menginrichting, waar devezelbundels of grains aan het kunststof worden toegevoegd.

GB-A-215Q936 beschrijft een werkwijze waarbij kunststof enstaalvezelbundels bij een lage afschuifspanning maar bij hoge tem¬peraturen met elkaar worden gemengd. De aldus verkregen granu-laatkorrels vertonen een uniforme dispersie van staalvezels in dethermoplastische matrix. De dispersiegraad van deze granulaatkorrelsis aanzienlijk hoger dan 0,10.

Als menginrichting zijn de gebruikelijke menginrichtingengeschikt. Bij voorkeur wordt een enkel of dubbelschroefs-extrudergebruikt, eventueel voorzien van een kernprogressieve schroef, of eenkneder zonder directe drukgebouw.

Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een enkelschroefs-extruder met een kernprogressieve schroef, of een kneder zonder direc¬tie drukopbouw.

Vormmassa's geheel of gedeeltelijk vervaardigd uit hetkunststofgranulaat volgens de uitvinding bezitten uitstekendeeigenschappen met betrekking tot electromagnetisch interferentie.

Hierdoor is het kunststofgranulaat volgens de uitvinding uitstekendgeschikt om tot computerbehuizingen e.d. te worden omgevormd.

De vormmassa's kunnen worden verkregen uit de granu-laatkorrels met de bekende verwerkingstechnieken, bijvoorbeeldspuitgieten. Bij het spuitgieten zullen de bundels uiteen vallen instaalvezels die zich uniform dispergeren in de kunststofmatrix. Door¬dat bij de vervaardiging van de granulaatkorrels geen breking van devezelbundels heeft plaatsgevonden, veroorzaakt door de lageafschuifspanning en de slechte dispersie, wordt een maximale afscher-mingswaarde verkregen in een uiteindelijke vormmassa.

Aan de kunststofgranulaten volgens de uitvinding kunnen degebruikelijke additieven worden toegevoegd, bijvoorbeeld stabilisa¬toren, pigmenten, glijmiddelen en organische en/of anorganische vul-of versterkingsmiddelen.

Voorbeelden I en II vergelijkingsvoorbeelden A en B

In een Schwabenthan U enkelschroefsextruder werd eenacrylonitril-butadieen-styreen entcopolymeer (ABS, Ronfalin FG-50^,DSM) geextrudeerd samen met staalvezelbundels (Bekaert ^ GR 75 C 10).De staalvezelbundels werden in grairrvorm gedoseerd in deontgassingsopening in hoeveelheden van 1 vol % (= 9,6 gew.%).

Voorbeelden I, II en vergelijkende voorbeelden A, B.

De volgende temperaturen werden op de extruder ingesteld,waarbij Τ'] de temperatuur bij het inlaat van de extruder is, Tj detemperatuur juist voor de ontgassingsopening en T4 de temperatuur bijde kop van de extruder (Tv ABS: ~ 95«C).

M.b.v. van een Schreeder granulator werden granulaatkorrelsverkregen uit de extruder. Visueel onderscheiden zich de granu¬laatkorrels van voorbeelden I en II met de korrels uit voorbeelden A enB, door de aanwezigheid van plukken staalvezelbundels die niet in dekorrels verkregen met de werkwijze A en B aanwezig zijn. De laatstenvertoonden een hoge dispersie van vezels zoals beschreven inGB-A-2112796.

Uit een deel van de verkregen korrels werden testplaatjes(10x5 x 0,2 cm^) geperst op een onder gelijke condities.

In de figuren 1 en 2 zijn twee foto's opgenomen van een deelvan het oppervlak van de testplaatjes verkregen met de korrel vanvergelijkend voorbeeld A en voorbeeld II. De vergrotingsfactor voorbeide foto's bedroeg 6x.

Uit een verkregen testplaatje werden 5 dwarsdoorsneden gesne¬den (5 x 0,2 cm^) en met behulp van digitale beeldverwerking geanaly¬seerd.

De lichtintensiteit op de plaats waar staalvezelbundels aan¬wezig zijn, is in het beeLd veel lager dan op een plaats waar staalve¬zel gedispergeerd aanwezig is.

Voor de meting van de oppervlaktefraktie vezelbundels werdeen drempelwaarde van 80 ingesteld. Dit betekende dat alle oppervlak-teeenheden met een waarde < 80 kunnen worden geteld; hieruit werd defractie (A^) bepaald. Van de vijf gevonden waarden per testplaatjewerd de gemiddelde oppervlaktefractie (A/\ = Vv) bepaald (zie tabel2).

Korrels verkregen met de werkwijzen als genoemd in tabel 1,werden op een Arburg spuitgietmachine verwerkt tot drempelplaatjes(eindprodukt). Van de verkregen drempelplaatjes werd met behulp van deBekiscan R-CP methode (Bekaert S.A., België) de afschermingswaarde(EMI) bepaald. De resultaten staan vermeld in tabel 2.

Tabel 2

Uit de voorbeelden blijkt dat granulaatkorrels waarin plukkenstaalvezelbundels aanwezig zijn (d.w.z. weinig of geen dispersie) ineen uiteindelijke vormmassa tot een verbeterde afschermingswaardeleiden.

Claims (5)

1. Kunststofgranulaat waarin elektrisch geleidende vezels aanwezigzijn, met het kenmerk, dat het bestaat uit granulaatkorrels,waarin 0,3-4 vol% elektrische geleidende vezelbundels zijn opgeno¬men, waarvan de dispersiegraad maximaal 0,10 bedraagt, waarbij dedispersiegraad de reciproke waarde is van de volumefractie in %van een granulaatkorrel, gemeten via de drempelwaarde methode, diedoor de electrische geleidende vezelbundels is ingenomen, waarbijeen vezelbundeL 60-20.000 vezels omvat.

2. Kunststofgranulaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dedispersiegraad maximaal 0,08 bedraagt.

3. Werkwijze voor de vervaardiging van een kunststofgranulaat volgenseen der conclusies 1-2, waarbij de elektrisch geleidende vezelbun-del en de kunststof bij een lage afschuifspanning met elkaarworden gemengd, met het kenmerk, dat de temperatuur ter plaatsevan de dosering van de elektrisch geleidende vezelbundeL aan demenginrichting, onder de smelttemperatuur, maar boven de ver-wekingstemperatuur van de kunststof ligt.

4. Vormmassa verkregen met het kunststofgranulaat volgens een derconclusies 1-2 of vervaardigd uit het kunststofgranulaat verkregenmet de werkwijze volgens conclusie 3.

5. Kunststofgranulaat geheel of gedeeltelijk beschreven in de voor¬beelden en de beschrijving.