CN104995005A - 用于制造pvc长纤维热塑体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造PVC长纤维热塑体的方法，对此首先制造至少一根既包含增强纤维(1)也包含塑料材料(2)的混合纱线(3)，其中这样选择塑料材料(2)，即，该塑料材料对于PVC具有高的结合亲和性并且混合纱线(3)优选以挤出法由PVC包覆而在此由于塑料材料(2)的高的结合亲和性而与PVC包层(6)紧密连接。

Description

用于制造PVC长纤维热塑体的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造PVC长纤维热塑体的方法。

背景技术

为了加固特别是由聚氯乙烯(PVC)构成的塑料型材，根据现有技术已知的是，将例如以玻璃纤维形式的增强纤维结合在PVC基体中。这例如可以借助挤出法进行，其中以连续形式的干燥增强纤维由PVC包覆(包层)并形成颗粒(长玻璃纤维-PVC)。该方法的缺陷在于纤维和PVC基体之间差的粘附以及PVC浸渍干燥纤维的技术难度(例如纤维展开、熔液分散)。

另外关于PVC型材的挤出已知的是，为了实现加固在使用的PVC粉末或PVC颗粒中添加干燥的短玻璃纤维。该方法的特征在于，短玻璃纤维相对成本有利。然而其缺陷在于，在用PVC直接加工干燥的玻璃纤维时在相应的机械和工具，特别是在一个或多个挤出机螺杆上产生高度磨损，并且在此同时使得增强纤维的长度由于产生的高的剪切力而明显减小。由于最终产品中小的纤维长度以及这里也不理想的纤维-基体-粘附，因此只能实现可能的机械性能的一小部分。

此外已知的是短玻璃纤维颗粒基于PVC，该颗粒由干燥的纤维与PVC材料混合并形成颗粒。该混合的颗粒也如前述的长玻璃纤维—PVC—非常昂贵并且因此在实践中不能获得经济的产品。短玻璃纤维颗粒的缺陷还在于，在此在混合时就已经产生纤维长度的减小，该纤维长度在接下来的挤出过程中再次进一步显著减小。由于这里也使用干燥的玻璃纤维作为基础的事实，所以在最终产品中的纤维和基体之间也只有受限的粘附，由此使得纤维的加固效果更差。

文献DE 10 2007 039 009 A1公开了用于塑料窗户的框架组件，其中单个型材分别局部地由增强纤维加固。加固的区域分别由PVC材料构成的未增强区域包裹，从而确保无缺陷的外观。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制造PVC长纤维热塑体的方法，该方法一方面成本有利并且另一方面能够制造具有很高机械性能的PVC-塑料型材。

根据本发明通过一种用于制造PVC长纤维热塑体的方法实现该目的，

–其中首先制造至少一根既包含增强纤维也包含塑料材料的混合纱线，

–其中这样选择塑料材料，即，该塑料材料具有对PVC的高的结合亲和性，以及

–其中混合纱线，优选以挤出法，由PVC包覆并且在此由于塑料材料的高的结合亲和性而与PVC包层紧密连接。

根据本发明的方法基于这样一种认识，即，通过使用混合纱线能够利用相应的塑料材料用于使增强纤维良好地连接PVC。在混合纱线中含有的塑料材料因此在某种程度上作用为增强纤维和PVC材料之间的“附着力增强剂”。由于塑料材料一方面具有对PVC的高的结合亲和性并且另一方面又很好地粘附在增强纤维上，因而确保了包覆混合纱线的PVC包层非常出色地连接到所包含的增强纤维。此外本发明的重点在于，当根据本发明制造的PVC长纤维热塑体例如以分段的形式以挤出法加工并且在此暴露在很高的剪切负荷时，PVC包层与塑料材料一起对包含在混合纱线中的增强纤维形成很好的机械保护。通过PVC包层和塑料材料至少在开始时很好地机械保护增强纤维，从而在挤出机内部经历特定的路程之后才会通过挤出机螺杆中的剪切作用而缩短增强纤维。结果导致了，在通过根据本发明的以分段形式的PVC长纤维热塑体加固的PVC型材中增强纤维的粉碎程度明显低于例如干燥的增强纤维直接添加到PVC粉末中的情况。同时由此也减小了挤出机螺杆或者整个相应机械的机械负荷，从而在设备上产生低的磨损。

混合纱线可以或者作为成品材料(例如混合的纱，如)从滚筒拉出并且例如在预加热之后由PVC材料包覆，在预加热中至少部分地发生塑料材料的熔融(全部熔化，Aufschmelzen)。对此替代地也可以是，作为使用的材料一方面使用纯的增强纤维以及另一方面使用纯的塑料材料，这些材料随后先加工成混合纱线。该混合纱线随后必要时在生产线上由PVC材料包覆并且由此进一步加工成PVC长纤维热塑体。相应地，塑料材料同样可以适宜地形成为纤维。在本发明的范围内在此特别使得增强纤维和/或塑料纤维形成为连续的。

“结合亲和性”的概念是指，在两个连接部件之间塑料材料和PVC材料具有显著的静电吸引。根据本发明的一个特别优选的实施方式，塑料材料是聚酯，优选聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚酯，特别是上述两个实施方式，具有与PVC材料的高的静电作用，因为聚酯具有显著极性的分子结构。也能够考虑使用聚碳酸酯和/或不饱和的聚酯树脂，必要情况下也可以使用PET和/或PBT的组合。

在本发明的范围内，由PVC包覆的混合纱线，即最终制得的PVC长纤维热塑体剪切成段。这些段可以具有3至40mm的长度，例如5至30mm，特别是10至20mm。由于PVC长纤维热塑体的直径通常小于5mm，因此分段的PVC长纤维热塑体通常获得棒状的形状。

适宜的是，在施加PVC包层之前优选通过将塑料材料熔焊(熔接/部分地熔化，Anschmelzen)或熔融在混合纱线中使得增强纤维至少基本上完全地被塑料材料覆盖，从而相应经处理的混合纱线具有由塑料材料构成的外表面。这种手段导致了，PVC包层实际上“看起来”只是塑料材料，通过该塑料材料实现明显的相互作用并且该PVC包层造成两种材料之间的紧密连接。在本发明的范围内在此特别设置成，增强纤维完全嵌入塑料材料中并且该塑料材料在包覆PVC之前形成混合纱线的闭合表面。

适宜的是，增强纤维形成为玻璃纤维和/或碳纤维和/或芳纶纤维，但是并没有排除其他材料。

本发明的主题还有根据权利要求8所述的PVC长纤维热塑体。

根据本发明的PVC长纤维热塑体可在本发明的范围内用作塑料挤出型材的连续加固线。在本文中特别能够考虑管材或软管的加固，例如通过用加固线缠绕和/或编织相应的型材。对此替换地，根据本发明的加固线也可以结合在高强度的型材中，特别是一起挤出，即例如作为连续的线进入相应的挤出型材中，该挤出型材例如形成为空心型材。

本发明的另一个特别优选的实施方式在于，根据本发明的PVC长纤维热塑体加工成分段的形式，从而在此加固—特别是以挤出法制造的—PVC塑料型材。在此替代或者除了PVC颗粒或者PVC粉末以外在挤出过程中加入分段形式的例如具有3至40mm长度的PVC长纤维热塑体。在PVC长纤维热塑体分段中包含的增强纤维在挤出过程中分布地非常精细并且由此有利于塑料型材的加固。该加固在横截面中看可特别是局部地进行，从而例如制造如前述文献DE 10 2007039 001 A1中描述的型材。通过PVC包层以及在混合纱线中包含的塑料材料而在挤出过程中保护增强纤维，从而在挤出过程中增强纤维的平均长度发生较少的缩短。而在挤出过程中加工干燥的增强纤维时则通常产生大于一个数量级的缩短，例如缩短了若干毫米而例如变成300至400μm，因而通过根据本发明的方法实现了明显更少的缩短。这导致了，增强纤维在挤出的塑料型材中的平均长度优选为至少0.5mm，例如至少1mm，特别是至少2mm，例如至少3mm。因此借助根据本发明的以分段形式的PVC长纤维热塑体能够实现最终挤出型材中明显更大的纤维长度，这对于机械性能具有特别积极的作用。

本发明的主题还有挤出型材，特别是以例如用于窗户或门的空心型材形式，其具有

-由PVC构成的、形成型材的塑料基体，以及

-例如局部地，包含在塑料基体中的增强纤维，

其中塑料基体的纤维增强区域还包含重量份额为至少1％，例如至少3％，特别是至少5％的聚酯。该型材由根据本发明的如前所述的，—特别是以分段形式的—PVC长纤维热塑体的加工而制成。根据本发明作用为增强纤维和PVC之间的附着力增强剂的聚酯保持为独立的组分包含在型材中并且因此能够以相应的重量组分进行验证。挤出型材的没有纤维增强的区域(参见10 2007 038 001 A1或接下来实施例中的图3)与之相反没有聚酯。但是在本发明的范围内也可以使纤维增强的区域在挤出型材的整个横截面上延伸。如前所述，该聚酯优选为PBT和/或PET。适宜的是，包含在塑料基体中的增强纤维分成段并且具有至少0.5mm，例如至少1mm，优选至少2mm，例如至少3mm的平均长度。在本发明的范围内也可以使得PVC长纤维热塑体作为连续的线例如通过连续的线进入挤出工具中而结合到挤出型材中。

前述的根据本发明的挤出型材可以特别是窗户-和/或门-空腔型材或者也可以一般为工业用途的型材，特别是框架型材，该型材具有隔热功能并且同时需要提供较高的稳定性(例如在冷冻技术和/或空调技术领域中)。但是特别是也能够考虑通过根据本发明的教导制造纤维增强的由PVC构成的管材。

如前所述，根据本发明的PVC长纤维热塑体适宜地具有小于5mm，例如2至4mm的直径。PVC包层适宜地具有0.5至2mm，特别是0.5至1mm的厚度，而混合纱线适宜地具有1至4mm，例如2至3mm的直径。增强纤维在整个PVC长纤维热塑体中的体积份额适宜地为10至50％，例如20至40％，特别是20至30％。与之不同，增强纤维在整个PVC长纤维热塑体中的重量份额适宜地为20至60％，例如30至50％，特别是30至40％。

附图说明

接下来根据仅示出一个实施例的附图详细地描述本发明。其中示意性地示出了：

图1a-图1c：根据本发明的用来制造PVC长纤维热塑体的方法，

图2a-图2d：根据本发明的替换方法，以及

图3：借助根据本发明的教导制造的、用于窗户或门的、由塑料构成的扇框(窗扇/门扇，Flügelrahmen)型材或外框(门窗框，Blendrahmen)型材。

具体实施方式

图1a示出了用于制造PVC长纤维热塑体的方法。可以看出，首先制造含有增强纤维1以及由塑料材料2构成的纤维的混合纱线3，其中纤维1、2分别形成为连续的(endlos)。这样选择塑料材料2，即，该塑料材料具有与PVC的高度结合亲和性在实施例中该塑料材料2由聚酯，例如PBT和/或PET构成。由增强纤维1和塑料材料2结合而成的混合纱线3首先在预加热装置中进行预加热，由此引起混合纱线3中塑料材料2的熔融。这种熔融导致增强纤维1完全由塑料材料2所覆盖，从而相应经处理的混合纱线3具有由塑料材料2构成的闭合的外表面。这能够根据图1c中PVC长纤维热塑体的横截面视图看出。随后使这样经处理的混合纱线3在生产线上的挤出机5中由PVC包覆，其中由于聚酯2对聚氯乙烯的高度结合亲和性而形成混合纱线3的外表面与PVC包层6的紧密连接。通过校准和冷却装置7之后制造完成的PVC长纤维热塑体在图1b的三维切面以及图1c中的横截面中示出。可以看出，在PVC包层6和混合纱线3之间的分界面上为由聚酯构成的闭合表面，该闭合表面实现了非常好地PVC连接。增强纤维1完全地嵌入聚酯-塑料材料2的基体中。PVC长纤维热塑体可以加工为连续的，其中在这种情况下该PVC长纤维热塑体首先适宜地缠绕成卷。与之替换性地可以将PVC长纤维热塑体切割成具有例如10至20mm长度的小棍。

在根据图2a的实施例中将预先制造的混合纱线3(例如混合的纱，特别是)从卷筒8拉出，该混合纱线也是含有增强纤维1和聚酯-塑料纤维2(参见图2a中的截面A-A，其在图2b中示出)。随后该混合纱线3通过用于引导混合纱线3的操作装置9以及随后类似地通过预加热装置4。在此进行已经描述的塑料材料2的熔融，从而形成由聚酯-材料2构成的混合纱线表面(参见图2c、图2d)。接着类似地在挤出机5中对混合纱线3施加PVC包层6。类似于根据图1的方法，在通过校准和冷却装置7之后获得PVC长纤维热塑体。增强纤维1在实施例中形成为玻璃纤维。

因此，根据图1或图2制造的PVC长纤维热塑体具有包含增强纤维1和塑料材料2的混合纱线3以及覆盖混合纱线3的包层6，其中该混合纱线3由于在由聚酯构成的塑料材料2和PVC之间高的结合亲和性而与包层6紧密连接。

根据图1或图2制造的PVC长纤维热塑体可以以分段的形式用于制造挤出的PVC塑料型材，特别是如图3所示的空腔型材10、11。图3示出了用于待形成框架的、特别是窗户或门的平面支承部件的框架组件的扇框型材10和外框型材11的横截面。型材10、11具有(在图3中涂黑示出的)由纤维增强的PVC塑料构成的增强区域12。根据本发明的该型材的制造如下述进行：PVC-塑料型材10、11的增强区域12由(例如如图1、图2所述制造的)以分段的形式、具有例如10至20mm长度的PVC长纤维热塑体制造。包含在PVC长纤维热塑体中的增强纤维1在挤出过程中精细地分布在PVC型材10、11中，确切地说分布在图3所示的纤维增强的区域12中。图3中没有详细示出的增强纤维1因此有利于塑料型材的加固。PVC长纤维热塑体的增强纤维1在挤出过程中通过聚酯-塑料材料2和PVC包层6受到保护，从而在挤出过程中增强纤维1的平均长度较少地缩短。在挤出的PVC-塑料型材10、11的增强区域12中的分段的增强纤维1的平均长度为至少1mm，例如为至少2mm。由于使用了根据本发明的PVC长纤维热塑体使得型材11的PVC塑料基体13的增强区域12含有重量份额为至少1％、例如至少3％的聚酯2。作为聚酯2，如前所述，采用PBT和/或PET。在PVC塑料基体13的没有纤维增强的区域14中与之相反地不具有聚酯2。没有增强的区域14朝向型材10、11的外表面完全地覆盖增强区域12，从而确保型材10、11无瑕疵的外观。

但是一般来说在本发明的范围内也可以使PVC塑料型材的整个横截面借助根据本发明的PVC长纤维热塑体进行纤维增强。

此外，在本发明的范围内还可以替代窗户型材或门型材而例如相应地加固PVC管材。除此之外，根据本发明的PVC长纤维热塑体也以连续的形式加工，例如通过结合，特别是通过挤出进入高强度的型材或者缠绕或编织管材或软管。

Claims (14)

1.一种用于制造PVC长纤维热塑体的方法，

-其中首先制造至少一根既包含增强纤维(1)也包含塑料材料(2)的混合纱线(3)，

-其中这样选择所述塑料材料(2)，即，所述塑料材料具有对PVC的高的结合亲和性，以及

-其中所述混合纱线(3)优选以挤出法由PVC包覆并且在此由于所述塑料材料(2)的高的结合亲和性而与PVC包层(6)紧密连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(2)同样是纤维状的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述增强纤维和/或塑料纤维(1、2)形成为连续的。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述塑料材料(2)是聚酯，优选PBT和/或PET。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，由PVC包覆的所述混合纱线(3)剪切成优选具有3至40mm长度的段。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在施加所述PVC包层(6)之前优选通过将所述混合纱线(3)中的所述塑料材料(2)熔焊或熔融使得所述增强纤维(1)至少基本上完全地被所述塑料材料(2)覆盖，从而相应经处理的所述混合纱线(3)具有由所述塑料材料(2)构成的外表面。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述增强纤维(1)形成为玻璃纤维和/或碳纤维和/或芳纶纤维。

8.PVC长纤维热塑体，其具有

-至少一根既包含增强纤维(1)又包括塑料材料(2)的混合纱线(3)以及

-由PVC构成的包覆所述混合纱线(3)的包层(6)，

其中所述混合纱线(3)由于在塑料材料(2)和PVC之间高的结合亲和性而与所述PVC包层(6)紧密连接。

9.根据权利要求8所述的PVC长纤维热塑体的用途，其用作用于塑料挤出型材，特别是管材、软管或高强度型材，的连续加固线。

10.用于制造PVC塑料型材(10、11)的方法，所述塑料型材特别是空心型材并且例如用于窗户或门，其中所述PVC塑料型材(10、11)由PVC颗粒或PVC粉末挤出，其特征在于，在挤出过程中加入根据权利要求8所述的PVC长纤维热塑体，所述PVC长纤维热塑体以分段的形式并且优选具有3至40mm的长度，其中包含在所述PVC长纤维热塑体分段中的增强纤维(1)在挤出过程中，例如局部地，精细分散在塑料型材(10、11)中并且由此有利于所述塑料型材(10、11)的加固，并且其中所述增强纤维(1)通过PVC包层(6)以及包含在混合纱线(3)中的塑料材料(2)而在挤出过程中受到保护，从而在挤出过程中所述增强纤维(1)的平均长度产生较少的缩短。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述增强纤维(1)在挤出的塑料型材中的平均长度为至少0.5mm，例如至少1mm，优选至少2mm。

12.挤出型材(10、11)，特别是以例如用于窗户或门的空心型材的形式，其具有

-由PVC构成的形成型材(10、11)的塑料基体(13)，以及

-例如局部地，包含在所述塑料基体(13)中的增强纤维(1)，

其特征在于，所述塑料基体(13)的纤维增强的区域(12)还包含重量份额为至少1％，例如至少3％，特别是至少5％的聚酯。

13.根据权利要求12所述的型材，其特征在于，所述聚酯(2)是PBT和/或PET。

14.根据权利要求12或13所述的型材，其特征在于，所述增强纤维(1)分成段并且具有至少0.5mm，例如至少1mm，优选至少2mm的平均长度。