DE10229298A1 - Making fibre-reinforced polypropylene with improved impact strength involves melt-compounding and tempering in an extruder with filaments of highly-crystalline polymer, e.g. polyethylene naphthalate - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Polypropylenen (PP), wobei die verstärkend wirkenden Polymerfilamente bereits in der Einzugszone des Extruders zu den PP-Granulaten hinzu gegeben werden, wodurch die Polymerfilamente in überraschend vorteilhafter Weise Zeit zum Nachkristallisieren haben und damit zugleich nukleierend auf die Kristallisation der PP-Matrix wirken können. Wesentlich dabei ist, dass die Polymerfilamente auf Basis von hochkristallinen Poly(ethylen-2,6-naphthalat) (PEN), Poly(cyclohexyldimethylterephthalat) (PCT) oder LC-modifiziertem Polyethylen- (PET) bestehen.The invention relates to a method to improve the mechanical properties of polypropylenes (PP), the reinforcing acting polymer filaments already in the feed zone of the extruder to be added to the PP granules, which causes the polymer filaments in surprising advantageously have time for recrystallization and thus can also have a nucleating effect on the crystallization of the PP matrix. Essential is that the polymer filaments are based on highly crystalline Poly (ethylene-2,6-naphthalate) (PEN), poly (cyclohexyldimethyl terephthalate) (PCT) or LC modified Polyethylene (PET) exist.
[Stand der Technik][State of the art]
In den letzten Jahren ist eine ungebrochene Verbrauchsentwicklung auf dem Polypropylen (PP)-Markt hinsichtlich neuer Produkte zu verzeichnen. Aber auch mit Weiterentwicklungen der Verarbeitungstechnologien sowie Modifizierungsmöglichkeiten der Werkstoffe bis hin zur Optimierung von Produkten in etablierten Anwendungsbereichen wird versucht, zusätzliche Marktanteile innerhalb der rasant wachsenden Verkaufszahlen zu sichern.In recent years there has been an unbroken one Development of consumption in the polypropylene (PP) market with regard to new products. But also with further developments processing technologies and modification options of materials to the optimization of products in established Areas of application are trying to gain additional market share within to secure the rapidly growing sales figures.
Eine verbreitete und oft vor allem im industriellen Maßstab genutzte Möglichkeit zur Verbesserung spezieller Werkstoffeigenschaften von PP-Compounds in speziellen Anwendungsbereichen sind Füllung und Verstärkung von PP mit verschiedenartigen anorganischen bzw. organisch-synthetischen Füll- oder Faserstoffen als wirksame Werkstoffadditive. Die verschiedenartigen Möglichkeiten einer gezielten Modifizierung von PP wie Kurz- oder Langfaserverstärkung, mineralischer Füllung, Vernetzung, Nukleierung und letztlich auch die Profilierung von Metallocen-PP führen zu spezifischen Eigenschaftsverbesserungen. Während der Zusatz preiswerter, mineralischer Füllstoffe zu Kunststoffen früher der Kostensenkung diente, werden heute durch Füllung und Verstärkung thermoplastischer Kunststoffe gezielt Eigenschaftsverbesserungen angestrebt, die außerdem durch Synergieeffekte bei der Konstruktion von Materialeigenschaften in Steifigkeit, Festigkeit, Zähigkeit und Formstabilität begleitet sein können.A widespread and often above all on an industrial scale opportunity used to improve special material properties of PP compounds in special areas of application are filling and reinforcement of PP with various types of inorganic or organic synthetic Filling or Fibers as effective material additives. The different ones possibilities a targeted modification of PP such as short or long fiber reinforcement, mineral filling, cross-linking, nucleation and ultimately the profiling of metallocene PP leads to specific property improvements. While the addition is cheaper, mineral fillers to plastics earlier The cost reduction served today by filling and reinforcing thermoplastic Plastics targeted targeted improvements in properties, which also through Synergy effects in the construction of material properties in Rigidity, strength, toughness and dimensional stability can be accompanied.
Die Einarbeitung von mineralischen Füllstoffen und Glasfasern in die PP-Matrix ist Stand der Technik. Besonders durch das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis für die Verstärkung von PP werden solche PP-Compounds in großen Mengen in Automobil-, Elektro- und Maschinenbauindustrie eingesetzt. Zunehmend großes Augenmerk bei der PP-Compoundierung gilt gegenwärtig neben Glas- und Naturfaserverstärkung dem Einsatz von hochmoduligen Synthesefasern wie PA, PET oder PEI, durch deren Verwendung Anforderungen auch in höherpreisigen Engineering Plastics erfüllt werden können (z.B. R. Mühlhaupt, F. Stricker in Kunststoffe 87 (1997), S. 182). Auf der Suche nach neuen Synthesekurzfasern zur Eigenschaftsverbesserung werden häufig Fasern aus Aramid, PET, Kohlenstoff oder PTFE eingearbeitet, man stößt jedoch dabei häufig auf finanzielle Grenzen der technischen Anwendbarkeit.Incorporation of mineral fillers and glass fibers in the PP matrix is state of the art. Especially through the cheap Price-performance ratio for the reinforcement PP uses such PP compounds in large quantities in automotive, electrical and and the mechanical engineering industry. Increasing attention PP compounding currently applies to glass and natural fiber reinforcement Use of high modulus synthetic fibers like PA, PET or PEI their use requirements also in higher-priced engineering plastics Fulfills can be (e.g. R. Mühlhaupt, F. Stricker in Kunststoffe 87 (1997), p. 182). Looking for New synthetic short fibers to improve properties often become fibers made of aramid, PET, carbon or PTFE, but one comes across often on financial limits of technical applicability.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Materialeigenschaften von Polypropylen ist die Beeinflussung der Kristallisationsprozesse durch Nukleierung. Das Konzept, mechanische und optische Eigenschaften von PP durch den Einsatz von Nukleierungsmitteln und Transparenzverstärkern zu verbessern, ist seit mehr als drei Jahrzehnten bekannt und gewinnt gerade in den letzten Jahren wieder an Interesse (z.B. M. Gahleitner, Handbook „Crystallization of Polyolefines", 1999).Another way to improve the material properties of polypropylene is the influencing the crystallization processes by nucleation. The concept, mechanical and optical properties of PP through the use of nucleating agents and transparency enhancers improving has been known for more than three decades and is winning especially in recent years (e.g. M. Gahleitner, Handbook “Crystallization of polyolefins ", 1999).
Die mechanischen Eigenschaften von PP-Werkstoffen werden in entscheidendem Maße durch ihren Kristallisationsgrad und die Morphologie der kristallinen Phase geprägt. Kristallisation und Ausbildung der kristallinen Phase beginnen bereits während der Verarbeitung des Polymeren und werden von Temperaturprofil der Abkühlphase, Verarbeitungsdruck, Kettenorientierung und durch Anwesenheit von Kristallisationskeimen beeinflußt. Langsames Kristallitwachstum, unterschiedliche Größe der Gebilde und deren Überstrukturen sowie Sphärolith-Scherung im Verarbeitungsprozeß (Nachdruck) sind verantwortlich für Materialinhomogenitäten, die zu starkem Nachschwinden und Verzug der Fertigteile führen. Bekannt ist auch, dass durch den Einsatz von Nukleierungsmitteln der durch Morphologieinhomogenitäten kristalliner und amorpher Strukturen verursachten Eigenschaftsanisotropie der Werkstoffe wirksam begegnet werden kann. Nukleierungsmittel bilden eine Schlüsselrolle bei der Optimierung mechanischer und optischer Materialeigenschaften und bestimmen als heterogene Fremdpartikel in der Polymermatrix den Ablauf der Kristallisation im Verarbeitungsprozeß. Durch ihre Wirkung als Keimbildner wird die Kristallisation beschleunigt und es werden Produkte mit höheren Kristallinitätsgraden erhalten. Steifigkeit und Festigkeit der Compounds können dadurch zunehmen. Die Kristallisationstemperaturen nukleierter PP-Werkstoffe werden erhöht, die Sphärolithgrößen reduziert und ihre Verteilung homogener. Neben der Verbesserung bestimmter Produkteigenschaften ist die Nukleierung auch aus wirtschaftlichem Aspekt interessant, weil Formteile bei höheren Werkzeugtemperaturen entformt und damit die Zykluszeiten bei Spritzgießverarbeitung verkürzt werden können.The mechanical properties of PP materials are largely determined by their degree of crystallization and shaped the morphology of the crystalline phase. Crystallization and training The crystalline phase begins during the processing of the Polymers and are dependent on temperature profile of the cooling phase, Processing pressure, chain orientation and by the presence of Crystallization nuclei influenced. Slow crystallite growth, different size of the structures and their superstructures and spherulite shear in the processing process (reprint) are responsible for material inhomogeneities, which lead to strong receding and warping of the finished parts. Known is that through the use of nucleating agents Morphologieinhomogenitäten crystalline and amorphous structures caused property anisotropy the materials can be effectively countered. nucleating form a key role in the optimization of mechanical and optical material properties and determine as heterogeneous foreign particles in the polymer matrix the course of crystallization in the processing process. Through her Effect as a nucleating agent, the crystallization is accelerated and there will be products with higher crystallinity receive. This can result in rigidity and strength of the compounds increase. The crystallization temperatures of nucleated PP materials are increased reduced the spherulite sizes and their distribution more homogeneous. In addition to improving certain Product nucleation is also economical Interesting aspect, because molded parts at higher tool temperatures demolded and thus the cycle times in injection molding processing shortened can be.
Die Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften von PP-Compounds durch eine Kopplung von Nukleierung und Verstärkung durch den Einsatz von faserigen Verstärkungsmaterialien, welche gleichzeitig nukleierungswirksam sind, wurde bisher nicht befriedigend beschrieben. Einige Arbeitsgruppen haben an Modellmaterialien Untersuchungen zur PP-Verstärkung mit Synthesefasern durchgeführt und gleichzeitig die Kristallisationsprozesse hinsichtlich einer nukleierenden Wirkung der Verstärkungskomponenten in den Compounds beobachtet. In einigen Fäl len, in denen PP mit Kevlar-, PET- oder bestimmten C-Fasern verstärkt war, wurde zwar teilweise eine die Kristallisation beeinflussende Wirkung beobachtet, nachteilig für eine weitere Produktentwicklung oder technische Überführung waren allerdings der Preis der Materialien oder aber die Einfärbung der PP-Matrix (Avella u.a. in Polymer Eng. and Science 234, 1992, 5, S. 376–382; Varga u.a. in J.Material Sci. Lett. 13, 1994, S.1069–1071) .The effects on the mechanical properties of PP compounds through a coupling of nucleation and reinforcement through the use of fibrous reinforcing materials, which simultaneously have been described satisfactorily. Some working groups have carried out studies on PP reinforcement with synthetic fibers on model materials and at the same time observed the crystallization processes with regard to a nucleating effect of the reinforcing components in the compounds. In some cases, in which PP was reinforced with Kevlar, PET or certain C fibers, an effect which influenced the crystallization was observed in some cases, but the price of the materials or the coloring were disadvantageous for further product development or technical conversion the PP matrix (Avella et al. in Polymer Eng. and Science 234, 1992, 5, pp. 376-382; Varga et al. in J. Material Sci. Lett. 13, 1994, pp. 1069-1071).
In anderen vor allem in jüngster Zeit durchgeführten Arbeiten interessierten insbesondere Untersuchungen zur nukleierenden Wirkung von Verstärkungsmaterialien in PP mit halbquantitativen Aussagen über Kristallisationsprozesse und Beobachtungen zu Transkristallisationseffekten. Neben den bereits erwähnten Materialien zeigen auch chemisch behandelte Naturfasern, modifizierte Glasfasern oder PTFE-Filamente auf PP nukleierende Wirkung (C.Wang, C.-R. Liu in Polymer 40, 1999 S. 289–298; oder I.Mildner u.a, in „Die Angew. Makromolekulare Chemie" 272, 1999, S.27–33). Eindeutige Angaben über die Beeinflussung der Materialeigenschaften durch derartige Additive sind jedoch nicht beschrieben.In others, especially recently conducted Work was particularly interested in studies on nucleating Effect of reinforcing materials in PP with semi-quantitative statements about crystallization processes and observations on transcrystallization effects. In addition to the already mentioned materials also show chemically treated natural fibers, modified glass fibers or PTFE filaments for PP nucleating effect (C.Wang, C.-R. Liu in Polymer 40, 1999 pp. 289-298; or I.Mildner and others, in “Die Angew. Macromolecular Chemistry "272, 1999, pp. 27-33). Clear information about the influencing of the material properties by such additives are however not described.
(Aufgabe der Erfindung](Object of the invention]
Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die in die PP-Matrix eingebrachten Polymerfilamente verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte Schlagzähigkeit und zugleich eine verbesserte Eigenschaftsanisotropie der Werkstoffe bewirken sowie finanziell und technisch realisierbar sind.The aim of the invention is a method to develop in which the polymer filaments introduced into the PP matrix improved mechanical properties, especially an improved one impact strength and at the same time an improved property anisotropy of the materials effect and are financially and technically feasible.
Überraschenderweise konnte diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, dass eine gemeinsame Zugabe der Polymerfilamente und der PP-Granulate bereits in der Einzugszone des Extruders erfolgt, wodurch die Polymerfilamente Zeit zum Nachkristallisieren haben und damit zugleich auch nukleierend auf die Kristallisation der PP-Matrix wirken können, wobei erfindungswesentlich ist, dass die Polymerfilamente auf Basis von hochkristallinen Poly(ethylen-2,6-naphthalat) (PEN), Poly(cyclohexyldimethylterephthalat) (PCT) oder LCPmodifiziertem Polyethylen- (PET) bestehen. Die Herstellung der Feinstfilamente als Verstärkungskomponenten erfolgte durch Schmelzspinnen. Die Verstärkung von isotaktischem PP erfolgt mit synthetischen Kurzfasern, die zudem eine möglichst nukleierende Wirkung besitzen. Die Verstärkungsfilamente sollten unter Verarbeitungsbedingungen von PP nicht aufschmelzen und müssen demzufolge möglichst hohe Schmelzpunkte besitzen. Die Auswahl aus kommerziell verfügbaren Produkten erfolgte bevorzugt nach den Gesichtspunkten einer hohen Eigenkristallinität, möglichst hoher Stereoregularität in ihrem strukturellen Aufbau sowie nach Erweichungspunkten von über 230 °C. Als erfindungswesentlich für die im Verfahren verwandten Polymerfilamente ist, dass es gelang auf der Grundlage der Temperaturdifferenzen zwischen einsetzender Transkristallisation und Matrixkristallisation die Nukleierungswirksamkeit zu verbessern. An verschiedenen filamentverstärkten Materialkompositionen konnte der Effekt einer von den Verstärkungsmaterialien ausgehenden wirksamen Nukleierung auf die Kristallisationsvorgänge in der PP- Matrix durch das Auftreten einer primären Transkristallisation an der Filamentoberfläche nachgewiesen werden.Surprisingly could this object be achieved according to the invention that a joint addition of the polymer filaments and the PP granules already takes place in the feed zone of the extruder, whereby the polymer filaments Have time to recrystallize and thus nucleate at the same time the crystallization of the PP matrix can act, being essential to the invention is that the polymer filaments based on highly crystalline poly (ethylene-2,6-naphthalate) (PEN), poly (cyclohexyldimethyl terephthalate) (PCT) or LCP modified Polyethylene (PET) exist. The production of the finest filaments as reinforcement components was done by melt spinning. The reinforcement of isotactic PP is made with synthetic short fibers, which also a possible have a nucleating effect. The reinforcement filaments should be under Processing conditions of PP do not melt and therefore must preferably have high melting points. The selection from commercially available products was preferably based on the criteria of high intrinsic crystallinity, if possible high stereo regularity in their structural structure and according to softening points of over 230 ° C. As essential to the invention for the Polymer filaments used in the process is that it succeeded the basis of the temperature differences between the onset of transcrystallization and matrix crystallization to improve nucleation efficiency. On various filament-reinforced Material compositions could be the effect of one of the reinforcing materials starting effective nucleation on the crystallization processes in the PP matrix due to the occurrence of primary transcrystallization the filament surface be detected.
Die Erzeugung von Feinst- und daraus konfektionierter Kurzfasern erfolgt durch Schmelzspinnen auf einem Hochtemperaturspinnstand und anschließendem Schneiden der Endlosfilamente. Die jeweiligen Spinnbedingungen zur Erzeugung feinster Titer sind den verschiedenen Materialien entsprechend ihrer physikalischen und chemischen Produkteigenschaften anzupassen. Orientiert wird auf das Erreichen guter textil-physikalischer Kennwerte im Endprodukt mit möglichst hohen Faserfestigkeiten und Moduli.The generation of very fine and from it assembled short fibers are made by melt spinning on a High temperature spinning stand and subsequent cutting of the continuous filaments. The respective spinning conditions for producing the finest titers are the different materials according to their physical and adapt chemical product properties. Is oriented on achieving good textile-physical characteristics in the end product with if possible high fiber strength and moduli.
Möglich und von Vorteil gestaltet sich die chemische Modifizierung der Verstärkungsmaterialien und Kopplung von nukleierungsaktiven Substraten auf den Oberflächen von Verstärkungs fasern. Der Einsatz von mit mit speziellen Anhydgruppenhaltigen LCP-Vorkondensaten modifiziertem PET zur Einführung zusätzlicher polarer Molekülabschnitte wurde dabei als vorteilhaft für die zu verwendenden Polymerfilamente nachgewiesen. Der Einsatz erfolgte von mit speziellen anhydgruppenhaltigen LCP-Vorkondensaten modifiziertem PET zur Einführung zusätzlicher polarer Molekülabschnitte. Zur Modifizierung von PET gelang die Synthese von niedermolekularen flüssigkristallinen Polyesterimidanhydriden (LCP) mit seiten- und endständigen Anhydridgruppen. Unter Extrusonsbedingungen reagieren sie mit endständigen Hydroxylgruppen der Polyester unter Bildung von Pfropfblockcopolymeren durch Cokondensation. Bei einer Mikrophasenverteilung der Modifizierungskomponenten werden vielfach Vorteile im Verarbeitungsprozeß der resultierenden Materialien erreicht. Die Synthese derartiger steif- bzw. halbsteifkettiger LCP-Modifikatoren gelang durch Umsetzungen von Gemischen aus den Monomeren Trimellitsäureanhydrid, Hydrochinondiacetat, p-Acetoxybenzoesäure, 6-(4-Carboxyphthalimido)-n-hexansäure und 3,6-Diacetoxyphthalsäure-1,2-anhydrid nach folgendem Schema: The chemical modification of the reinforcing materials and the coupling of nucleation-active substrates to the surfaces of reinforcing fibers are possible and advantageous. The use of PET modified with LCP precondensates containing special anhydro groups to introduce additional polar molecular segments was proven to be advantageous for the polymer filaments to be used. PET was modified with LCP precondensates containing anhydrous groups to introduce additional polar molecular segments. To modify PET, the synthesis of low molecular weight liquid crystalline polyester imide anhydrides (LCP) with side and terminal anhydride groups was successful. Under extrusion conditions, they react with terminal hydroxyl groups of the polyesters to form graft block copolymers by cocondensation. With a micro-phase distribution of the modification components, advantages are often achieved in the processing of the resulting materials. Such rigid or semi-rigid LCP modifiers were synthesized by reacting mixtures of the monomers trimellitic anhydride, hydroquinone diacetate, p-acetoxybenzoic acid, 6- (4-carboxyphthalimido) -n-hexanoic acid and 3,6-diacetoxyphthalic acid-1,2-anhydride according to the following scheme:
Synthese von Polyesterimidanhydriden (LCP)Synthesis of polyester imide anhydrides (LCP)
Die verwendeten Monomeren waren teilweise kommerziell verfügbar oder durch präparative Darstellung im Labormaßsteb leicht zugänglich. Die Synthese der LCP erfolgte in der Schmelze der Monomerengemische unter erhöhter Temperatur auf bis zu 270 °C und unter Vakuum. Durch die Variation der molaren Anteile der verschiedenen Monomerkomponenten konnte die Zahl der seitenständigen Anhydridgruppen eingestellt werden. Als vorteilhaft für die präparative Darstellung der LCP erwies sich auch eine Cokondensation der Monomeren mit vorab hergestellten anhydridgruppenhaltigen Vorkondensaten, die z. B. aus 6-(4-Carboxyphthalimido-n-hexansäure und Diacetoxyphthalsäureanhydrid synthetisiert wurden: LCP-Vorkondensat Some of the monomers used were commercially available or easily accessible by preparative preparation on a laboratory scale. The LCP was synthesized in the melt of the monomer mixtures under elevated temperature up to 270 ° C. and under vacuum. The number of pendant anhydride groups could be adjusted by varying the molar proportions of the different monomer components. Also advantageous for the preparative preparation of the LCP was a cocondensation of the monomers with pre-prepared precondensates containing anhydride groups, which, for. B. were synthesized from 6- (4-carboxyphthalimido-n-hexanoic acid and diacetoxyphthalic anhydride: LCP precondensate
Im Rahmen des Vorhabens wurden verschiedene LCP-Produkte mit vier bzw. acht seitenständigen Anhydridgruppen synthetisiert. Hierzu wurden diese während der Filamenterspinnung im Extrusionsprozeß als Modifikatorkomponenten in das Polyester eingearbeit. Es zeigte sich, dass mit dem Einbau der LCP und den damit verbundenen sequenziell in die Polymerketten eingebrachten Polaritätsunterschieden sie die Kristallisationseigenschaften des Matrixpolymeren PP beeinflussen.As part of the project, various LCP products with four or eight pendant anhydride groups synthesized. For this, these were during filament spinning in the extrusion process as modifier components worked into the polyester. It turned out that with the installation the LCP and the associated sequentially into the polymer chains introduced polarity differences they influence the crystallization properties of the matrix polymer PP.
Die experimentellen Untersuchungen der Kristallisationseigenschaften von feinstfaserverstärktem isotaktischen Polypropylen (it-PP) in Compounds mittels Polarisationsmikroskopie und sich daran anschließenden Verarbeitungsversuchen zur Herstellung von Compounds und deren Eigenschaftscharakterisierung sind aus dem Anwendungsbeispiel und Tabellen zu entnehmen.The experimental investigations the crystallization properties of fine fiber reinforced isotactic Polypropylene (it-PP) in compounds using polarizing microscopy and following it Processing tests for the production of compounds and their characterization of properties can be found in the application example and tables.
Die Verstärkungsmaterialien können durch Schmelzspinnen gewonnen werden. Zum einen werden feintitrige synthetische Filamente durch Schmelzspinnen von kommerziell verfügbaren, höherschmelzenden Polymeren und daneben von polymerchemisch mit durch Additivierung mit LCP modifizierten PET-Basisgranulaten hergestellt und nachträglich zu Kurzfasern geschnitten.The reinforcement materials can by Melting spinning can be obtained. On the one hand, fine titre synthetic Filaments by melt spinning commercially available higher melting polymers and in addition from polymer-chemical with by additive with LCP modified PET base granules and subsequently Short fibers cut.
Die Untersuchungen der Kristallisationseigenschaften erfolgte an den Compounds durch Polarisationsmikroskopie mit PC- gekoppelter Daten- und Bilddokumentation.The investigations of the crystallization properties was carried out on the compounds by polarization microscopy with PC coupled data and image documentation.
Erfaßt und ausgewertet wurden jeweils
unter definierten, dynamischen Aufheiz- und Abkühlvorgängen von Compound-Schmelzen
die markanten Temperaturen für
das Auftreten der relevanten Kristallisationsereignisse:
Existenz
und Beginn einer von den Filamentoberflächen ausgelösten Transkristallisation des
it-PP am Verstärkungsmaterial
und
– Beginn
der spontanen PP- Kristallisation der Matrix.The distinctive temperatures for the occurrence of the relevant crystallization events were recorded and evaluated under defined, dynamic heating and cooling processes of compound melts:
Existence and beginning of a transcrystallization of the it-PP on the reinforcing material and triggered by the filament surfaces
- Start of spontaneous PP crystallization of the matrix.
[Beispiel][Example]
Detaillierte technologische Spinnparameter mussten für die Erzeugung der Filamente für jedes der zur Verarbeitung anstehenden Polymeren entweder in separaten Einzelversuchen neu erarbeitet oder auf der Basis bereits vorliegender Spinnerfahrungen übertragen werden. Die Ergebnisse aus der Vielzahl der Spinnversuche lassen sich wie folgt zusammenfassen:Detailed technological spinning parameters were required for the production of the filaments for each of the Processing of existing polymers is either newly developed in separate individual experiments or transferred on the basis of existing spinning experience. The results from the large number of spinning tests can be summarized as follows:
Poly- (1,4-dimethyl-cyclohexyl-terephthalat) (PCT)Poly (1,4-dimethyl-cyclohexyl terephthalate) (PCT)
Das Produkt ThermX der Fa. Eastman ließ sich problemlos analog einer Polyester-Spinntechnologie zu Filamenten verarbeiten, nachdem die Spinnkopftemperatur auf 300°C angehoben wurde. Die Multifilamente wurden zunächst mit 350 m/min abgezogen, die Spinngeschwindigkeit ließ sich mühelos auch auf 1000 bzw. 2000 m/min erhöhen. Als vorteilhaft im Sinne der Zielstellung er wies sich letztlich eine Fahrweise mit 1000 m/min mit anschließendem Strecken des Filamentkabels mit einem Reckverhältnis von 1:2.The ThermX product from Eastman settled easily analogous to a polyester spinning technology for filaments Process after the spinner head temperature is raised to 300 ° C has been. The multifilaments were first drawn off at 350 m / min, the spinning speed was easy effortlessly also increase to 1000 or 2000 m / min. As beneficial in the sense The goal he ultimately showed was a driving style at 1000 m / min with subsequent Stretching the filament cable with a stretch ratio of 1: 2.
Polyethylennaphthalat (PEN)polyethylene (PEN)
Dieser Spezialpolyester konnte nach sorgfältiger Trocknung bei 120 °C im Vakuum und mit Spinnkopftemperaturen oberhalb 300 °C zu Filamenten verarbeitet werden. Begonnen wurde mit Produkten der Handelsfirma Goodfellow, für die Herstellung der Versuchsmaterialien für Verarbeitungsprüfungen kamen homopolymere Produkte von DuPont (USA) zum Einsatz. Optimale Arbeitstemperaturen waren mit 315–325 °C an der Düse erreicht, bei dem höhermolekularen Typ X-92 mußte die Temperatur am Spinnkopf um 10 °C erhöht werden. Die Materialien wurden mit 1000 m/min abgezogen und nach der FDY-Technologie über auf 160 °C erwärmte Reckgaletten mit Endabzugsgeschwindigkeiten von 2800 m/min auf das 2,8-3-fache verstreckt.This special polyester could careful Drying at 120 ° C in a vacuum and with spinning head temperatures above 300 ° C to filaments are processed. It started with products from the trading company Goodfellow, for the production of test materials for processing tests came homopolymer products from DuPont (USA) are used. Optimal working temperatures were at 315-325 ° C Nozzle reached, in the higher molecular Type X-92 had to the temperature on the spinning head can be increased by 10 ° C. The materials were withdrawn at 1000 m / min and over according to the FDY technology Stretched godets heated to 160 ° C with final take-off speeds of 2800 m / min 2.8-3 times stretched.
LCP-verstärktes PET (PET-LCP)LCP reinforced PET (PET LCP)
Zur Verarbeitung kamen zwei verschiedene Versuchsmaterialien, in denen Standard-PET mit 1,5 bzw. 3 Masse-% eines flüssigkristallinen Polyesterimid-Vorkondensates mir 4 Anhydridgruppen (vgl. 5.1.3.) modifiziert waren. Die Modifizierung und Verspinnung der Produkte gelang durch reaktive Extrusion und Umsetzung der additivierten LCP-Komponente während der Aufschmelzphase mit dem vorgelegten PET bei erhöhten Verarbeitungstemperaturen. Vorteilhaft für einen glatten Spinnprozess war der Einsatz von Spinndüsen mit einem Bohrungsdurchmesser von 400 μm. Das mit 1,5 Masse-% LCP-Zusatz modifizierte PET konnte bei 312 °C stabil versponnen werden. Beginnend mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 420 m/min wurde nach der FDY-Technologie und mit einer Verstreckung von 1:3,3 über 190°C temperierte Galetten gearbeitet, anschließend die Filamente mit 1400 m/min aufgespult. Der Spinnprozess für das mit 3 LCP versetzte Material wurde hinsichtlich Spinn- und Reckgalettentemperatur nur wenig variiert. Sie betrugen 301 bzw. 180 °C. Das Material ließ eine höhere Verstreckung mit einem Faktor von 5,45 zu.Two different ones were used Test materials in which standard PET with 1.5 or 3 mass% of a liquid crystalline Polyesterimide precondensates with 4 anhydride groups (see 5.1.3.) were modified. The modification and spinning of the products succeeded by reactive extrusion and implementation of the additiv LCP component during the melting phase with the submitted PET at elevated processing temperatures. Beneficial for The use of spinnerets was a smooth spinning process a bore diameter of 400 μm. That with 1.5 mass% LCP addition modified PET could at 312 ° C be spun stably. Starting with a print speed of 420 m / min was based on FDY technology and worked with a drawing of 1: 3.3 godets tempered at 190 ° C, subsequently the filaments wound up at 1400 m / min. The spinning process for that with 3 LCP spiked material was regarding spinning and stretching godet temperature varied little. They were 301 and 180 ° C, respectively. The material left a higher draw with a factor of 5.45.
Tab. 1: Übersicht der Polymeren für die Filamentherstellung durch Schmelzspinnen Tab. 1: Overview of the polymers for filament production by melt spinning
Die wesentlichsten Ergebnisse der Spinnversuche zur Filamentherstellung sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.The main results of Spin tests for filament production are in the table below compiled.
Tab. 2: Filamentherstellung nach weitgehend optimierten Spinnbedingungen durch Schmelzspinnen Tab. 2: Filament production after largely optimized spinning conditions by melt spinning
Für eine umfassende Charakterisierung der in den Kristallisationsversuchen verwendeten Filamente wurden die textilphysikalischen Kennwerte der Materialien bestimmt.For a comprehensive characterization of those in the crystallization experiments The filaments used were the textile-physical parameters of materials.
Dazu wurden die Prüfmethoden
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 enthalten.The results are in the table 3 included.
Tabelle 3: Table 3:
Die experimentellen Ergebnisse der polarisationsmikroskopischen Kristallisationsversuche sind in Tabelle 4 zusammengestellt. Ausgewertet wurden die Ergebnisse der Kristallisation der jeweiligen Matrix im Materialverbund hinsichtlichThe experimental results of the Polarization microscopic crystallization experiments are in the table 4 compiled. The results of the crystallization were evaluated regarding the respective matrix in the material composite
- – Schmelzbereich der PP-Matrix,- melting range the PP matrix,
- – Auftreten einer Transkristallisation und Kristallisationstemperatur- appearance a transcrystallization and crystallization temperature
- – Kristallisationsbeginn der Matrix.- Start of crystallization the matrix.
Legt man als Bewertungskriterium für die Fähigkeit der Polymerfilamente, neben einer Verstärkung gleichzeitig auch nukleierend auf die Kristallisation der PP-Matrix zu wirken, die Temperaturdifferenz zwischen beginnender Transkristallisation des PP auf den Oberflächen der Filamente einerseits und dem Kristallisationsbeginn isolierter Bereiche der PP-Matrix andererseits zu Grunde, läßt sich folgende Wertigkeit aus den Daten ableiten (Tabelle 4).One sets as an evaluation criterion for the ability of polymer filaments, in addition to reinforcement, also nucleating to act on the crystallization of the PP matrix, the temperature difference between the beginning of transcrystallization of the PP on the surfaces of the Filaments on the one hand and the start of crystallization of isolated areas on the other hand, the basis of the PP matrix is as follows derive from the data (Table 4).
Tabelle 4: Table 4:
Auf der Basis der Ergebnisse der
Kristallisationsuntersuchungen erfolgte eine Auswahl von Compound-Systemen
für eine
Verarbeitung zu Prüfkörpern für die Ermittlung
der mechanischen Kennwerte. Bevorzugte Berücksichtigung fanden die Verstärkungsmaterialien,
welche eine wirksame Nukleierungsfähigkeit durch das Auftreten
von Transkristallisationseffekten bei hohen Schmelzetemperaturen
zeigten. Diese waren im einzelnen:
PEN (DuPont), Typ X-92
PEN
(DuPont), Typ X-61
PCT (Eastman), Typ PCTA 13319
PET-LCP
(TITK), 1,5 % LCP mit 4 Anhydrid-Seitengruppen.On the basis of the results of the crystallization studies, compound systems were selected for processing into test specimens for determining the mechanical parameters. The reinforcing materials, which showed an effective nucleation ability by the occurrence of transcrystallization effects at high melt temperatures, were given special consideration. These were in detail:
PEN (DuPont), type X-92
PEN (DuPont), type X-61
PCT (Eastman), type PCTA 13319
PET-LCP (TITK), 1.5% LCP with 4 anhydride side groups.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 und 6.1 bzw. 6.2 dargestellt.The results are in Table 5 and 6.1 and 6.2 respectively.
Die Versuchsmaterialien wurden auf einem Zweischneckenextruder ZSK 40 verarbeitet. Dabei gelang die Faseredosierung über einen Seitenstromextruder mit Additivwaage.The test materials were on processed a ZSK 40 twin-screw extruder. The Fiber dosing via a sidestream extruder with additive balance.
Die 1-%-igen Mischungen wurden handosiert.The 1% mixtures were hand-dosed.
Das Material der Variante 2 wurde wie alle Compounds unter gleichen Bedingungen, aber ohne Zusätze vor der Weiterverarbeitung, zu Prüfkörpern granuliert. Bei der Variante 1 kam originäres PP-Granulat ohne vorherige Granulierung zur Spritzgußverarbeitung zum Einsatz.The material of variant 2 was like all compounds under the same conditions, but without additives further processing, granulated into test specimens. Original 1 came with variant 1 PP granulate without prior granulation for injection molding processing for use.
Hergestellt wurden jeweils aufeinanderfolgend Schulterstab, Normbiegestab und Platten 60×60×1,5 mm.They were manufactured in succession Shoulder stick, standard bending stick and plates 60 × 60 × 1.5 mm.
An den Probekörpern wurden folgende Materialprüfungen vorgenommen:
Zugversuch
nach DIN EN ISO 527–1
Biegeversuch
nach DIN EN ISO 178 (Normbiegespannung)
Charpy-Schlagzähigkeit
nach DIN EN ISO 179/leAUThe following material tests were carried out on the test specimens:
Tensile test according to DIN EN ISO 527-1
Bending test according to DIN EN ISO 178 (standard bending stress)
Charpy impact strength according to DIN EN ISO 179 / leAU
Ausgewählte Prüfparameter sind in den Tabellen 6.1 und 6.2 enthalten, wobei die Materialkennwerte der PP-Compounds auf Basis von HD 120 MO der einzelnen Varianten zum Zugmodul, Biegemodul und der Charpy-Schlagzähigkeit erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung sind.Selected test parameters are in the tables 6.1 and 6.2 included, the material properties of the PP compounds based on HD 120 MO of the individual variants for the tensile module, bending module and the Charpy impact strength according to the invention of particular Meaning.
Tabelle 5: Übersicht der PP-Compounds auf Basis von HD 120 MO Borstar mit verschiedenen Verstärkungsmaterialien und -anteilen Tab. 6.1: Materialkennwerte der PP-Compounds auf Basis von HD 120 MO Tabelle 6.2: Materialkennwerte der PP-Compounds auf Basis von HD 120 MO (Fortsetzung) Table 5: Overview of PP compounds based on HD 120 MO Borstar with different reinforcement materials and parts Tab.6.1: Material properties of the PP compounds based on HD 120 MO Table 6.2: Material properties of the PP compounds based on HD 120 MO (continued)
Mit den für die Verarbeitungsversuche
hergestellten Kurzfasern wurden wiederholt mikroskopische Kristallisationsuntersuchungen
unter polarisiertem Licht durchgeführt. Sie bestätigen die
bereits gefundenen Ergebnisse. Die beiden PEN-Materialien von DuPont,
Therm X-Kurzfasern (Eastman) und das modifizierte PET- LCP führten im
PP zur Transkristallisation beginnend bei ca. 130 °C Schmelzetemperatur
(
Claims (7)
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|---|---|---|---|
| DE2002129298 DE10229298A1 (en) | 2002-06-29 | 2002-06-29 | Making fibre-reinforced polypropylene with improved impact strength involves melt-compounding and tempering in an extruder with filaments of highly-crystalline polymer, e.g. polyethylene naphthalate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2002129298 DE10229298A1 (en) | 2002-06-29 | 2002-06-29 | Making fibre-reinforced polypropylene with improved impact strength involves melt-compounding and tempering in an extruder with filaments of highly-crystalline polymer, e.g. polyethylene naphthalate |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE10229298A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7482402B2 (en) | 2005-05-17 | 2009-01-27 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Fiber reinforced polypropylene compositions |
| US8119725B2 (en) | 2005-05-17 | 2012-02-21 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Fiber reinforced polypropylene composite interior trim cover panels |
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2002
- 2002-06-29 DE DE2002129298 patent/DE10229298A1/en not_active Ceased
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