NL8202813A

NL8202813A - Versterkt polymeerprodukt, werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk versterkt polymeerprodukt, alsmede kunststofmengsel geschikt voor het vormen van een dergelijk versterkt polymeerprodukt.

Info

Publication number: NL8202813A
Application number: NL8202813A
Authority: NL
Original assignee: Tech Hogeschool
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1982-07-12
Publication date: 1984-02-01
Also published as: US4692495A; JPS5964335A; EP0102096A1

Description

......i ^ „ 825090/vdV ’ -1-

Korte aanduiding: Versterkt polymeerprodukt, werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk versterkt polymeerprodukt, alsmede kunststofmengsel geschikt voor het vormen van een dergelijk versterkt polymeerprodukt.

Door Aanvraagster wordt als uitvinder genoemd Prof.Dr Ir A.K. van der Vegt te

Delft

De uitvinding heeft betrekking op een versterkt polymeerprodukt, verkregen door extrusie of spuitgieten omvattende een thermoplastische basiskunststof en hierin opgenomen versterkingsprodukten.

Het is algemeen bekend dat de door extrusie of spuitgieten verkregen 5 polymeerprodukten een betrekkelijk lage stijfheid en geringe sterkte bezitten, waardoor men voor bepaalde toepassingen gedwongen is in dergelijke polymeerprodukten versterkingsprodukten op te nemen.

Deze versterkingsprodukten kunnen bestaan uit vulstoffen, doch hierbij treedt het bezwaar op dat in sommige polymeerprodukten bepaalde vul-10 stoffen niet mogen voorkomen, zodat dan gezocht moet worden naar andere versterkingsprodukten, wat een wijziging van de receptuur en de samenstelling van de kunststofmengsels met zich meebrengt. Dit vereist een grote deskundigheid en bovendien -veel tijd, terwijl men daarnaast dit steeds weer voor elke samenstelling door middel van proeven moet vaststellen.

15 Het is anderzijds ook bekend om in polymeerprodukten versterkings- · vezels op te nemen doch dit zijn in het algemeen versterkingsvezels van anorganische oorsprong, zoals glasvezels, die in wezen dezelfde nadelen bezitten als de eerdergenoemde vulstoffen.

De uitvinding beoogt nu een versterkt polymeer-produkt van het boven-20 genoemde type te verschaffen waarbij deze nadelen niet optreden doordat men voor de versterkingsprodukten gebruik maakt van polymeren die tijdens de vervaardiging van het polymeerprodukt de functie van versterkingsprodukt verkrij/. v .

Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de versterkingsprodukten bestaan uit langwerpige elementen van een polymeer dat 25 sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar is dan de basiskunststof, welke elementen tenminste gedeeltelijk moleculair georiënteerd zijn tijdens de vorming van het produkt onder transport door de deze elementen omgevende geplastificeerde basiskunststof.

Door oriëntatie van een kristalliseerbaar polymeer verkrijgt men ge-30 strekte langwerpige elementen die een zeer grote sterkte aan het versterkte polymeerprodukt geven. Bovendien vormen deze langwerpige elementen na hun moleculaire oriëntatie evenwijdige vezels die een optimale versterking in de vezelrichting geven.

Opgemerkt wordt dat het moleculair oriënteren van kunststoffen door 8202813

' w\ · V

-2- verstrekken op zichzelf algemeen bekend is bij de vorming van kunststof-vezels, doch tot nu toe zijn geen versterkte polymeerprodukten bekend zoals hierboven vermeld.

Tijdens het vormen van de langwerpige elementen in de omgevende basiskunststof worden de molecuulketens van het kristalliseerbare polymeer in sterkte mate georiënteerd door verstrekken en in het bijzonder verkrijgt men optimale resultaten door snelle kristallisatie van kristalliseerbare kunststof in de georïenteerde toestand.

De versterkte polymeerprodukten volgens de uitvinding kunnen bijzonder gemakkelijk verkregen worden doordat het georiënteerde polymeer in de langwerpige elementen spontaan kan kristalliseren bij een temperatuur in de buurt van het smeltpunt of zelfs daarboven, terwijl het daarentegen in ongeoriënteerde toestand eerst zou kristalliseren.bij een aanzienlijke onderkoeling, die tot enkele tientallen graden C beneden het smeltpunt kan bedragen.

Door geschikte keuze van temperatuur en transportsnelheid door de vormingszone voor het vormen van het versterkte polymeerprodukt kan men derhalve een sterke verstrekking verkrijgen gepaard gaan met een zeer grote oriëntatie waardoor een zeer sterke en stijf materiaal ontstaat.

Met bijzonder voordeel zijn de sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeren gekristalliseerd op het tijdstip van uittreden uit de spuitopening van een spuitgietinrichting of een extruder.

Bij voorkeur verkrijgt men een verstrekking van de langwerpige elementen tijdens het transport van het mengsel van geplastificeerde basiskunststof en een basiselement van een kristalliseerbaar polymeer, in het bijzonder bij transport door een extrusiemondstuk.

Met bijzonder voordeel kan men ook de basiskunststof en de sterker oriënteerbare en kristalliseerbare kunststof coextruderen ter verkrijging van een produkt met optimale eigenschappen, waarbij in de basiskunststof een of meer kernen van de kristalliseerbare kunststof aanwezig zijn.

Het is ook mogelijk dat de langwerpige elementen uit een verknoopt kristalliseerbaar polymeer bestaan. In dat geval verkrijgt men eveneens een bijzonder- sterk polymeerprodukt.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt polymeerprodukt door extrusie of spuitgieten van een thermoplastische basiskunststof en hierin opgenomen versterkings-produkten, welke werkwijze gekenmerkt is door dat men aan de deeltjes van de basiskunststof deeltjes van een polymeer toevoegt dat sterker oriënteer-baar is dan de basiskunststof, waarna tijdens de extrusie of het spuitgieten deeltjes van het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer mole?- 8202813 . , è „ .$ -3- culair georiënteerd worden door verstrekking, bij voorkeur zodanig dat het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer uitkristalliseert onder vloeibaar blijven van de geplastificeerde basiskunststof.'

Het verdient aanbeveling om de temperatuur en de druk tijdens de 5 extrusie of het spuitgieten te regelen al dan niet voor de vermenging van de basiskunststof en^sterk kristalliseerbaar polymeer.

Het verdient aanbeveling om een zo hoog mogelijke deformatie van de deeltjes van het sterker kristalliseerbare produkt tot stand te brengen.

Dit zal immers leiden tot een grotere lengte/diameterverhouding van de 10 verstrekte sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeerdeeltjes. Daarbij maakt men dan gebruik van het feit dat de verstijvende werking van langwerpige elementen, zoals vezels, sterker toeneemt bij een toenemende lengte/diameter verhouding.

Bij het vormen van het versterkt polymeerprodukt is de temperatuur 15 in de spuitopening van een spuitgietinrichting resp.in het extrusiemondstuk van een extruder lager dan in het voorafgaande deel van beide inrichtingen waar de kunststoffen in de gesmolten toestand gebracht zijn. Bij voorkeur is deze temperatuur zodanig dat in ‘de spuitopening resp. het extrusiemondstuk de sterker oriënteerbare en kristalliseerbare kunststof wel en de basis-20 kunststof niet kristalliseert.

Bij hé: vormen van een mengsel van hoge dichtheid en lage dichtheid polyetheen bedraagt de temperatuur in de mengzone van een extruder 170°C en de temperatuur in het extrusiemondstuk 130-135°C.

De uitvinding heeft tenslotte betrekking op een mengsel van een ther-25 moplastische basiskunststof en hierin opgenomen versterkingsprodukten, welk mengsel gekenmerkt is doordat de versterkingsprodukten bestaan uit deel-. tjes van een polymeer dat sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar is dan de basiskunststof.

De basiskunststof bestaat bijvoorbeeld uit amorf polyvinylchloride :< 30 terwijl de deeltjes van het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer uit polyetheen of polypropeen bestaan.

Het is echter ook mogelijk om te werken met een mengsel van dezelfde polymeren, waarbij echter het sterker kristalliseerbare polymeer een hoger molecuulgewicht bezit dan de als basiskunststof gebruikte polymeren met la-35 gere molecuulgewichten.

Doelrinatig kan men ook werken met een mengsel van hoge dichtheid polyetheen en lage dichtheid polyetheen ofwel een mengsel van hoge dichtheid polyetheen met hoger molecuulgewicht en hoge dichtheid polyetheen met lager molecuulgewicht.

8202813 -4- * »> - <

Desgewenst kan men ook uitgaan van produkten waarbij in de kern van de deeltjes van een basis kunststof een hoeveelheid opgenomen is van een polymeer dat sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar is dan de basiskunststof.

5 Met bijzonder voordeel bevat het versterkte polymeerprocükt en derhalve ook het uitgangsmengsel 10 tot 70 volumeprocent van de versterkingsprodukten in de vorm van een polymeer dat sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar is dan de basiskunststof.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een aantal 10 uitvoeringsvoorbeelden.

De uitvinding leent zich bijzonder goed voor het vervaardigen van vezelversterkte draden, platen of profièlen.

De vezelversterkte platen kunnen ook gevormd worden in de vorm van stroken die men gebruikt voor het vormen van wikkelbuizen uit versterkt 15 polyvinylchloride of een andere kunststof.

VOORBEELD I

Een extruder met een temperatuur van 230°C in de mengzone en een temperatuur van 170°C in het extrusiemondstuk wordt gevoed met een mengsel van 500 kg amorf polyvinylchloride en 95 kg polypropeen.

20

Men verkrijgt een versterkt polymeerprodukt waarin vezels zijn opgenomen van door verstrekking uitgekristalliseerd polypropeen.

De versterkte polyvinylchlorideprodukten bezitten aanzienlijk betere sterkte-eigenschappen dan de polyvinylchlorideprodukten zonder kristallijne polyetheenvezels.

25 VOORBEELD II

Men vormt deeltjes bestaande uit een kern van hoge dichtheid polytheen omgeven door een omhulling van lage dichtheid polytheen. Bij verwerking van dit mengsel in een extruder verkrijgt men een versterkt polymeerprodukt waarbij de versterking bestaat uit gekristalliseerde hoge dicht-30 heid polyetheenvezels, welke tot knistallisatie gebracht zijn door oriëntatie van het hoge dichtheid polyetheen door in het extrusiemondstuk de smelttemperatuur van het hoge dichtheid polyetheen aan te houden.

De verhouding van de hoge dichtheid polyetheen en lage dichtheid polyetheen is 45:55.

35 VOORBEELD III

Men vormt een mengsel van hoge dichtheid polyetheen met een molecuul-gewicht van 140.000 en hoge dichtheid polyetheen met een molecuulgewicht van 7.000 en extrudeert dit mengsel in een extruder.

8202813 * . £ .-- > -5-

Men verkrijgt een versterkt polymeerprodukt door de aanwezigheid van vezels van door oriëntatie gekristalliseerd hoge dichtheid polyetheen met het. hogere molecuulgewicht.

Het hoge dichtheid polyetheen met het lagere molecuulgewicht werkt bij 5 de werkwijze als een basiskunststof die vloeibaar blijft tijdens het uitkristalliseren van het hoge dichtheid polyetheen met een hoger molecuulgewicht. De temperatuur in het extrusiemondstuk kwam overeen met de sraelt-temperatuur van het hoge dichtheid polyetheen met een molecuulgewicht van 140.000.

10 VOORBEELD IV

Aan een extrusiepers voor coextrusie voert men een amorf polyvinylchloride toe en plastificeert dit polyvinylchloride bij een temperatuur van 230°C.

Juist voor het extrusiemondstuk van de extruder voert men een stroom 15 toe van polypropeen.

Deze toevoeging geschiedt zodanig dat een coextrusie optreedt van het amorfe polyvinylchloride met een kern van polypropeen.

Tijdens het transport door het extrusiemondstuk met een temperatuur van 170°C wordt de polypropeenkern verstrekt en moleculair georiënteerd, 20 waardoor het polypropeen uiteindelijk overgaat in de gekristalliseerde vezeltoestand.

Men verkrijgt een produkt met buitengewoon grote sterkteeigenschappen.

Bij de uitvoering volgens dit voorbeeld kan men de druk en temperatuur van de beide bestanddelen, te weten amorf polyvinylchloride en poly-25 propeen; elk afzonderlijk regelen waardoor men optimale condities kan vormen voor het verkrijgen van de gewenste versterking.

VOORBEELD V

Men vormt een mengsel van amorf polycarbonaat en nylon in een verhouding van ongeveer 1:1.

30 Het mengsel wordt verwerkt door spuitgieten tot een voorwerp.

Tijdens het spuitgieten worden in het inspuitmondstuk, dat op de smelttempe-ratuur van het nylon gehouden wordt, de nylondeeltjes verstrekt, waardoor deze deeltjes overgaan in georiënteerde, gekristalliseerde, nylonvezels. VOORBEELD VI

35 Men vormt een mengsel van amorf polyvinylchloride en polypropeen in een verhouding van ongeveer 1 op 1.

Uit het mengsel vormt men onder verschillende-omstandigheden ver- 8202813 « τ-t w -6- sterkte polyvinylchloride produkten.

Het blijkt dat een grotere totale deformatie van de polypropeen-deeltjes tot grotere versterking en verstijving leidt, wat overeenkomt met het feit dat de verstijvende werking van vezels sterk toeneemt bij toe-5 nemende lengte/diameterverhouding.

VOORBEELD VII

Men herhaalt het voorgaande voorbeeld VI, waarbij men de molecuulge-wichtsverdeling van de beide bestanddelen regelt.

Het blijkt dat men een optimale versterking krijgt, mits omstandig-10 heden als geometrie van de deeltjes, temperatuur en transportsnelheid voor elk mengsel van deeltjes aangepast wordt.

VOORBEELD VIII

Men werkt volgens voorbeeld VI en past polypropeendeeltjes toe van 8 mra^ die men 30 maal verstrekt tot een lengte van 40 mm en een dikte van 15 0,5 mm, d.w.z. een 1/d-verhouding van 80. Bij voorkeur maakt men de vezels tijdens het verstrekken nog dunner.

De 1/d- verhouding ligt bij voorkeur tussen 50 en 100.

VOORBEELD IX

Men extrudeert een mengsel van licht verknoopt polyetheen en onver-20 knoopt polyetheen, verhouding 1:1. De licht verknoopte polyetheendeeltjes worden verstrekt tot 1/d = 100, waarbij men vezels met een dikte van 0,4 mm verkrijgt. De temperatuur in het extrusiemondstuk is vrijwel gelijk aan de smelttemperatuur van het licht verknoopte polyetheen.

VOORBEELD X

25 Men vormt een mengsel van hoge dichtheid polyetheen en nylon in een verhouding van ongeveer 1 : 1 en extrudeert dit mengsel tot draden die hoog georiënteerde gekristalliseerde nylonvezels bevatten. Na afkoeling verkleint men deze draden tot korrels, die daarna in een spuitgiet-machine verwerkt worden tot een voorwerp, en wel zodanig; dat de temperatuur 30 in de spuitgietmachine nergens het smeltpunt van de nylonvezels bereikt.

8202813

Claims

2. Versterkt polymeerprodukt volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer gekristalliseerd is op het tijdstip van uittreden uit de spuitopening van een spuitgiet-inrichting of een extruder.
3. Versterkt polymeerprodukt volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de langwerpige elementen uit een verknoopt kristalliseerbaar 15 polymeer bestaan Versterkt 4. / polymeerprodukt volgens conclusie 1 tot 3, met het kenmerk, dat de langwerpige elementen gestrekt zijn tijdens het transport van een mengsel van geplastificeerde basiskunststof en een basiselement van een sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar polymeer.
5. Versterkt polymeerprodukt volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat het langwerpige element gestrekt is tijdens transporteren van het mengsel door een extrusiemondstuk.
6. Versterkt polymeerprodukt volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de langwerpige elementen van de sterker 25 oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer verkregen zijn doordat aan een stroom van basiskunststof con c entrisch een stroom van het stérker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer is toegevoerd.
7. Versterkt polymeerprodukt volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de basiskunststof uit een amorfe kunststof bestaat 30 of een kunststof met een lager molecuulgewicht dan de sterker oriënteer-baare en kristalliseerbare kunststof van de versterkingselementen.
8. Versterkt polymeerprodukt volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat 10 tot 70 vol.% langwerpige elementen in het versterkte polymeerprodukt aanwezig zijn. 8202813 -8- « . *, -
9. Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt polymeerprodukt door extrusie of spuitgieten van een thermoplastische basiskunststof en hierin opgenomen versterkingsprodukten, met het kenmerk, dat men aan de deeltjes van de basiskunststof deeltjes toevoegt van een polymeer 5 dat sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar is dan de basiskunststof, waarna tijdens de extrusie of het spuitgieten de deeltjes van het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer moleculair georiënteerd worden door verstrekking.
10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het sterker 10 oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer zodanig verstrekt wordt dat het uitkristalliseert onder vloeibaar blijven van de geplastificeerde basiskunststof.
11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer zodanig verstrekt wordt 15 dat het uitkristalliseert onder vloeibaar blijven van de geplastificeerde basiskunststof.
12. Werkwijze volgens conclusie 9-11» met het kenmerk, dat de temperatuur in de spuitopening van een spuitgietinrichting resp. in het extrusiemondstuk van een extruder lager is dan in het voorafgaande deel van beide inrichtingen 20 waar de kunststoffen inggesmolten toestand gebracht zijn.
13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de temperatuur en/of transportsnelheid in de spuitopening resp. in het extrusiemondstuk zodanig gekozen zijn dat de sterker oriënteerbare kristalliseerbare kunststof wel en de basiskunststof niet kristalliseert.
14. Werkwijze volgens conclusie 9-13, met het kenmerk , dat de deel tjes van het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer verstrekt worden tot een zo groot mogelijke lengte/diameterverhouding, bij voorkeur 50 tot 100.
15. Werkwijze volgens conclusie 9-14, met het kenmerk , dat 10-70 vol% 30 van het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer in het te vormen polymeerprodukt opgenomen worden.
16. Werkwijze volgens conclusie 9 tot 15, met het kenmerk, dat concentrisch ten opzichte van een stroom van geplastificeerde thermoplastische basiskunststof een stroom toegevoerd wordt van sterker oriënteerbaar en kris- 35 talliseerbaar polymeer.
7. Werkwijze volgens conclusie 9-16, met het kenmerk, dat men het mengsel extrudeert en vervolgens granuleert. 8202813 -9- pr. λ . I?
18. Mengsel van thermoplastische basiskunststof en hierin opgenomen ver-sterkingsprodukten met het kenmerk, dat de versterkingsprodukten bestaan uit deeltjes van een polymeer dat sterker oriënteerbaar en kristalliseerbaar is dan de basiskunststof.
19. Mengsel van thermoplastische basiskunststof en hierin opgenomen ver sterkingsprodukten , met het kenmerk, dat de deeltjes van het polymeer dat sterte-kristalliseerbaar is dande basiskunststof bestaan uit polypro-peen, polyetheen of een polymeer van hetzelfde type als de basiskunststof doch met een hoger molecuulgewicht.
20. Kunststofmengsel volgens conclusie 13 of 14, met het kenmerk, dat het mengsel bestaat uit een basiskunststof waarbij echter het sterker oriënteerbare en kristalliseerbare polymeer een verknoopt polymeer is.
21. Kunststofmengsel volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de deeltjes van het mengsel bestaan uit een kern van 15 een sterker kristalliseerbaar polymeer dan de deze kern omgevende basiskunststof.
22. Mengsel volgens conclusies 17-20, met het kenmerk, dat 10 tot 70 vol.% van het sterker kristalliseerbare polymeer aanwezig is.
23. Mengsel verkregen door extrusie volgens één of meer der voorgaande 20 conclusies, gevolgd door granuleren, met het kenmerk, dat in de bais- kunststof hoog georiënteerde kristallijne vezels ingebed zijn.
24. Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkt polymeerprodukt uit het mengsel volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de ver-werkingstemperatu ren hoger zijn dan de verwekingstemperatuur van de 25 basiskunststof, doch la'ger dan het smeltpunt van het versterkendé polymeer. 8202813