DE10237803A1 - A composite material consisting of isotactic polypropylene reinforcement and matrix with beta-nucleated polypropylene as a matrix component useful in glass- and carbon fiber reinforcement variants - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verbundwerkstoffe, deren Matrix sowie Verstärkung jeweils aus isotaktischem Polypropylen bestehen, sowie die Herstellung solcher Monoverbundwerkstoffe.The invention relates to composite materials, their matrix and reinforcement each consist of isotactic polypropylene, as well as the production such mono-composite materials.
Das Konzept der Eigenverstärkung setzt voraus, dass die Polymermoleküle, die die Verstärkung bilden, in eine Richtung orientiert, kristallisiert und eingebettet in einer Matrix vorliegen. Die Matrix kann amorph oder teilkristallin sein. In jedem Fall ist sie ohne Vorzugsorientierung. Die mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit von Verstärkung und Matrix unterscheiden sich sehr, andere Eigenschaften wie Schmelz- bzw. Erweichungstemperaturen unterscheiden sich aber nur geringfügig. Im Allgemeinen werden Bauteile aus Polymeren, die im fließfähigen Zustand sind, hergestellt. Bei diesen Bedingungen geht im Allgemeinen die oben beschriebene eigenverstärkenden Morphologie verloren.The concept of self-reinforcement sets ahead that the polymer molecules, which is the reinforcement form, oriented in one direction, crystallized and embedded be in a matrix. The matrix can be amorphous or semi-crystalline his. In any case, it is not preferred. The mechanical Distinguish properties such as stiffness from reinforcement and matrix very different properties such as melting or softening temperatures differ only slightly. Generally will Components made of polymers that are in a flowable state. These conditions generally work as described above self-reinforcing Morphology lost.
Daher sind nur wenige, sehr spezielle und produktspezifische Herstellungsverfahren für Bauteile aus Polypropylen-Monoverbundwerkstoffen bekannt.Therefore, only a few are very special and product-specific manufacturing processes for components made of polypropylene mono-composite materials known.
A. Ajji und N. Legros haben veröffentlicht, das sie durch Umformung in der Festphase von Polypropylen (PP) Produkte mit sehr guten mechanischen Kennwerten hergestellt haben (A. Ajji and N..Legros: Solid state forming of polypropylene, in „Polypropylene: An A-Z Reference", Ed.:J.Karger-Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999, pp.744–751). Dieser Herstellungsprozess hat aber den Nachteil, das so nur Fertigprodukte hergestellt werden können, da eine nachträglichen Umformung mit einer erheblichen Verschlechterung der mechanischen Kennwerte verbunden ist.A. Ajji and N. Legros have published by forming them in the solid phase of polypropylene (PP) products with very good mechanical parameters (A. Ajji and N..Legros: Solid state forming of polypropylene, in "Polypropylene: An A-Z Reference ", Ed .: J. Karger-Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999, pp.744-751). However, this manufacturing process has the disadvantage that only finished products can be made there a subsequent Forming with a considerable deterioration in the mechanical parameters connected is.
Die beste Eigenverstärkung bei
der Schmelzverarbeitung von PP hat man durch die Ausnutzung der scher-
bzw. dehnströmungsinduzierten
Kristallisation erzielt (G. Kalay and M. J. Bevis: Application of shear-controlled
orientation in injection molding of isotactic polypropylene, in „Polypropylene:
An A-Z Reference", Ed.:J. Karger-Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999,
pp.38-46; J. M. Song, M. Prox, A. Weber and G. W. Ehrenstein: Self-reinforcement
of polypropylene, in „Polypropylene:
Structure, Blends and Composites", Ed.:J. Karger-Kocsis, Chapman
and Hall, London, 1995, Vol. 1., pp. 273–294). Die resultierende kristalline Überstruktur,
welche als Verstärkung
gilt, ist aber nur durch spezielle Verarbeitungsmethoden und Werkzeuge
zu erzielen. Auch hier ist eine formgebende Weiterverarbeitung nicht
möglich,
da sonst diese spezielle Morphologie, die die mechanischen Eigenschaften
bestimmt, verloren geht. Polypropylen ist bekannt als, Material
für die
Faserherstellung. Die Verstärkung
in einem Verbundwerkstoff kann von PP-Fasern übernommen werden, falls eine
geeignete Matrix für
die Fixierung der Faser bzw. für
die Spannungsübertragung
von der Matrix auf die verstärkende Faser
gefunden wird. Eine gute Grenzflächenhaftung
zwischen der Matrix und der Verstärkungsfasern ist eine wesentliche
Voraussetzung für
einen Verbundwerkstoff mit großem
Anwendungspotential. Diese Problematik wurde durch eine elegante
Methode nämlich
Heißkompaktierung
gelöst
(M.LAbo El-Maaty, D.C.Bassett, R.H.Olley, P.J.Hine and LM.Ward:
The hot compaction of polypropylene fibres, J.Mater.Sci., 31 (1996),
1157–1163,
die jeweiligen Patente sind
Das sehr enge Prozessfenster könnte dadurch
erweitert werden, dass die Verstärkungsfasern
mechanisch belastet werden, z.B. durch Zugbelastung , während ihre
Oberfläche
geschmolzen wird, da unter mechanischer Belastung die Schmelztemperatur
von PP erhöht
wird. Dies haben z.B. Loos et al. gezeigt (J.Loos, T.Schimanski,
J.Hoffman, T.Peijs and P.J.Lemstra:
Morphological investigations
of polypropylene single-fibre reinforced polypropylene model composites,
Polymer 42 (2001), 3827–3834).
Der Nachteil dieses Verfahrens wäre,
dass eine spezielle und aufwendige Prozesstechnik eingesetzt werden
müsste.
Auch die Möglichkeiten
der Weiterverarbeitung von Halbzeugen hergestellt mit diesem Verfahren
wären ,
aus den weiter oben dargelegten Gründen, stark begrenzt.The very narrow process window could be expanded by mechanically stressing the reinforcing fibers, for example by tensile stress, while their surface is being melted, since the melting temperature of PP is increased under mechanical stress. Loos et al. shown (J.Loos, T.Schimanski, J.Hoffman, T.Peijs and PJLemstra:
Morphological investigations of polypropylene single-fiber reinforced polypropylene model composites, Polymer 42 (2001), 3827-3834). The disadvantage of this method would be that a special and complex process technology would have to be used. The possibilities for further processing of semi-finished products produced with this method would also be severely limited for the reasons set out above.
Um einen einfachen und allgemein einsetzbaren Herstellungs- und Weiterverarbeitungsprozess zu entwickeln ist es notwendig, dass die Differenz der Schmelz- bzw. Erweichungstemperaturen der PP-Matrix und der PP-Verstärkung deutlich erhöht wird. Hierfür könnten PP-Sorten mit unterschiedlichen Taktizitäten eingesetzt werden, da diese auch unterschiedliche Schmelz- bzw. Erweichungstemperaturen haben. Isotaktisches PP besitzt eine hohe Festigkeit und wird für die Herstellung von PP-Fasern und -Bändchen eingesetzt. Daher wäre isotaktisches PP als Verstärkungsmaterial einzusetzen. Als Matrixmaterial käme dann atakisches PP, elastomerähnliches PP (das ataktische und isotaktische Segmente besitzt) oder syndiotaktisches PP in Betracht. Die ersten beiden Varianten haben den großen Nachteil, das ihre Festigkeit und Steifigkeit sehr gering ist und sie damit ungeeignet sind für PP-Monoverbundwerkstoffe. Die dritte Variante ist nicht Mischbar mit isotaktischem PP. Daher hätte ihre Verwendung den großen Nachteil, dass die oben erwähnte Grenzflächenhaftung von Faser und Matrix gering ist. Somit wäre auch sie ungeeignet für PP-Monoverbundwerkstoffe. Des weiteren wäre durch die nicht Mischbarkeit die Reziklierbarkeit des PP-Monoverbundwerkstoffes eingeschränkt.In order to develop a simple and generally applicable manufacturing and further processing process, it is necessary that the difference between the melting or softening temperatures of the PP matrix and the PP reinforcement is significantly increased. PP grades with different tacticities could be used for this, since they also have different melting or softening temperatures. Isotactic PP has high strength and is used for the production of PP fibers and tapes. Therefore, isotactic PP should be used as a reinforcement material. The matrix material would then be atactic PP, elastomer-like PP (which has atactic and isotactic segments) or syndiotactic PP. The first two variants have the major disadvantage that their strength and rigidity are very low, making them unsuitable for PP mono-composite materials. The third variant is not mixable with isotactic PP. Therefore, their use would have the major disadvantage that the fiber and matrix interfacial adhesion mentioned above is low. It would therefore also be unsuitable for PP mono-composite materials. Furthermore, the immiscibility would restrict the recyclability of the PP mono-composite.
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren, einen neuen Verbundwerkstoffe bestehend aus Verstärkungen in Form von Fasern und Bändchen und einer Matrix, beide aus isotaktischem Polypropylen (all polypropylene composite, polypropylene monocomposite, single polypropylene composite), welche im Vergleich zum Stand der Technik einfacher herstellbar und weiterverarbeitbar sind; herzustellen. Des weiteren erstreckt sich die Erfindung auf Herstellungsverfahren der faserverstärkten Verbundwerkstoffe auf „reiner" PP-Basis. Die Matrix in diesem neuen Verbundwerkstoff hat dabei eine bis zu 25 °C kleinere Schmelztemperatur als die Verstärkung. Dies wird dadurch erreicht, dass das als Matrix dienende isotaktische PP durch Anwendung von mehr oder weniger selektiven β-Nukleierungsmitteln in das jeweilige β-Polymorph (auch β-Phase, β-Modifikation genannt) umgesetzt wird und die Verstärkung aus dem ursprünglichen α-Polymorph besteht.This invention relates to a method a new composite consisting of reinforcements in Form of fibers and ribbons and a matrix, both made of isotactic polypropylene (all polypropylene composite, polypropylene monocomposite, single polypropylene composite), which compared to the prior art easier to manufacture and process are; manufacture. The invention also extends to Manufacturing process of fiber-reinforced composite materials on "pure" PP base. The matrix in this new composite material has it one up to 25 ° C lower melting temperature than the reinforcement. This is achieved that the isotactic PP serving as a matrix by using more or less selective β-nucleating agents into the respective β polymorph (also β phase, β modification called) is implemented and the gain from the original α-polymorph consists.
Es gibt sehr viele wirksame β-Nukleierungsmittel, welche entweder in die Gruppe der Quinacridon-Verbindungen oder in die Gruppe der Salze von Dicarboxylsäuren einzuordnen sind. Varga und Ehrenstein geben einen hervorragenden Überblick über die üblichen β-Nukleierungsmittel, inklusive die jeweilige Patente (J.Varga and G.W.Ehrenstein: Betamodification of isotactic polypropylene, in „Polypropylene: An A-Z Reference", Ed.:J.Karger-Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999, pp.51–59).There are a lot of effective beta nucleating agents which either belongs to the group of quinacridone compounds or are to be classified in the group of the salts of dicarboxylic acids. Varga and Ehrenstein give an excellent overview of the usual β-nucleating agents, including the respective one Patents (J.Varga and G.W. Ehrenstein: Beta modification of isotactic polypropylene, in "Polypropylene: An A-Z Reference ", Ed .: J. Karger- Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999, pp.51-59).
Fasern aus isotaktischem PP übernehmen die Rolle der Verstärkung, da ihre Steifigkeit und Festigkeit durch geeignete Verstreckungsmethoden um mehr als das Zehn- bzw. Zwanzigfache verglichen mit dem ursprünglichen isotaktischen PP erhöht werden können. Als Fasern kommen nicht nur aus der Schmelze gesponnene und geblasene Fasern, eventuell mit nachträglichem Kaltverstrecken zum Einsatz, sondern auch durch Extrusionsrecken hergestellte Spleissfaser. Weitere Verstärkungen neben Fasern sind Bändchen, Streifen und dergleichen.Take over fibers from isotactic PP the role of reinforcement, because their stiffness and strength by suitable stretching methods by more than ten or twenty times compared to the original one isotactic PP increased can be. The fibers are not only spun and blown from the melt Fibers, possibly with subsequent Cold stretching for use, but also by extrusion stretching manufactured splicing fiber. Other reinforcements besides fibers are ribbons, Stripes and the like.
Der Verbundwerkstoff kann in konsolidierter, teilkonsoliderter oder nicht konsolidierter Form vorliegen. Konsolidiert bedeutet, dass die Verstärkungsfasern (α-isotaktisches Polypropylen) von der Matrix (β-isotaktisches Polypropylen) vollständig benetzt sind. Nichtkonsolidiert sind diejenigen Verbundwerkstoff-Varianten, in denen das später als Matrix dienende β-Polypropylen nur partiell mit der Verstärkung (α-isotaktisches Polypropylen) in Berührung kommt. Es liegt z.B. als kontinuierliche oder diskontinuierliche Fasern, Bändchen, Streifen usw. vor. Konsolidierte mit unidirektionaler Faserverstärkung versehene Schnüre und Bändchen können vorzugsweise durch Varianten der Schmelzimprägnierung, zusammenfassend dargelegt von Lutz und Harmia (A.Lutz and T.Harmia: Impregnation techniques for fiber bundles and tows, in „Polypropylene: An A-Z Reference", Ed.:J.Karger-Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999, pp.301-306), hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit ist, die als Verstärkung dienende Faser aus α-isotaktischem Polypropylen mit derjenigen aus der β-Modifikation während dem Schmelzspinnen zusammenzuführen um so eine on-line Kompaktierung zu erreichen. Die bevorzugte Variante ist aber, eine Bikomponentenfaser bestehend aus α- und ß-isotaktischen Polypropylenen in situ im Schmelzspinnverfahren herzustellen. Der Querschnitt der bikomponenten Faser kann eine Seite/Seite- oder vorzugsweise eine Mantel/Kern-Struktur zeigen. Bei der Mantel/Kern-Struktur besteht der Mantel aus ß-isotaktischem Polypropylen und der Kern aus dem α-isotaktischem Polypropylen.The composite material can be in consolidated, partially consolidated or non-consolidated form. Consolidated means the reinforcing fibers (Α-isotactic Polypropylene) from the matrix (β-isotactic Polypropylene) completely are wetted. Non-consolidated are those composite variants in which that later β-polypropylene serving as a matrix only partially with the reinforcement (Α-isotactic Polypropylene) in contact comes. It is e.g. as continuous or discontinuous Fibers, ribbons, Stripes etc. Consolidated with unidirectional fiber reinforcement cords and ribbon can preferably summarized by variants of the melt impregnation by Lutz and Harmia (A.Lutz and T.Harmia: Impregnation techniques for fiber bundles and tows, in "Polypropylene: An A-Z Reference", Ed.:J.Karger-Kocsis, Kluwer, Dordrecht, 1999, pp.301-306) become. One more way is that as reinforcement serving fiber made of α-isotactic polypropylene with that from the β modification while merge the melt spinning to achieve such an online compaction. The preferred variant is, however, a bicomponent fiber consisting of α- and ß-isotactic polypropylenes to be produced in situ using the melt spinning process. The cross section of the Bicomponent fiber can be a side / side or preferably one Show shell / core structure. In the case of the shell / core structure the coat made of ß-isotactic Polypropylene and the core made of α-isotactic polypropylene.
Für teil- und nicht konsolidierte Prefornien, aus denen das Endprodukt durch Heißpressverfahren produziert wird, eignen sich besonders textiltechnisch aus Mischgarnen, bestehend aus kontinuierlichen und/oder diskontinuierlichen Fasern aus α- und β-isotaktischen Polypropylen, hergestellte Systeme. Diese Preformen (Gestricke, Gewebe, Gelege, usw.) lassen sich durch Heißwalzen teilkonsolidieren und damit die Handhabung für gewisse Anwendungen verbessern. Nicht konsolidierte Preformen können durch Vernadeln von Endlos- und/oder Schnittfasern aus α- und β-isotaktischen Polypropylen hergestellt werden. Solche nichtkonsolidierte Matten (Filz, Vlies, non-woven) mit einer regellosen Orientierung der Verstärkungsfaser können auch on line unter Anwendung des Schmelzblasverfahrens produziert werden.For partially and non-consolidated preforms that make up the end product by hot pressing is produced, are particularly suitable in terms of textile technology from blended yarns, consisting of continuous and / or discontinuous fibers from α- and β-isotactic Polypropylene, manufactured systems. These preforms (knitted fabrics, Fabrics, scrims, etc.) can be partially consolidated by hot rolling and thus handling for improve certain applications. Unconsolidated preforms can go through Needling of continuous and / or cut fibers from α- and β-isotactic Polypropylene can be made. Such non-consolidated mats (Felt, fleece, non-woven) with a random orientation of the reinforcing fiber can also produced online using the meltblowing process become.
Das erfindungsgemäße Material und Verfahren weist folgende Hauptvorteile auf:
- – Der Verbundwerkstoff ist einfacher herstellbar und verarbeitbar im Vergleich zum Stand der Technik aufgrund der Tatsache, dass die Schmelztemperatur des Matrixmaterials, also β-isotaktisches Polypropylen, bis zu 25 °C unter derjenigen der zur Verstärkung dienende Faser aus α-isotaktischem Polypropylen liegt.
- – Der Verbundwerkstoff stellt ein „Monomaterial" dar und ist daher besonders für Recycling geeignet.
- – Die verschiedenen Herstellungs- und Verarbeitungsvarianten für Halbzeuge und Fertigprodukte aus diesem neuen Verbundwerkstoff sind Stand der Technik. Daher kann dieser Verbundwerkstoff mit Anlagen aus verschiedenen Bereichen, z.B. Faserhersteller, Textilhersteller, Verarbeiter von Verbundwerkstoffen, verarbeitet werden.
- – Der neue Verbundwerkstoff ist konkurrenzfähig in verschiedenen Anwendungsbereichen zu glass-, natur- und kohlenstofffaserverstärkten Varianten.
- - The composite is easier to manufacture and process compared to the prior art due to the fact that the melting temperature of the matrix material, i.e. β-isotactic polypropylene, is up to 25 ° C below that of the reinforcing fiber made of α-isotactic polypropylene.
- - The composite material is a "mono material" and is therefore particularly suitable for recycling.
- - The various manufacturing and processing variants for semi-finished and finished products made from this new composite material are state of the art. This composite material can therefore be processed with systems from various areas, e.g. fiber manufacturers, textile manufacturers, processors of composite materials.
- - The new composite material is competitive in various areas of application for glass, natural and carbon fiber reinforced variants.
BeispieleExamples
Beispiel 1: Verbundwerkstoffe mit verschiedener Verstärkungsfaserorientierung hergestellt aus bikomponenten Fasern mit Mantel/Kern- oder Seite/Seite StrukturExample 1: Composites with different reinforcement fiber orientation made from bicomponent fibers with sheath / core or side / side structure
Bikomponenten Fasern mit Seite/Seite- bzw. Kern/Mantel Struktur wurden durch Schmelzspinnen aus isotaktischem Polypropylen mit (eine Seite bzw. Mantel) und ohne β-Nukleierungsmittel hergestellt. Als β-Nukleierungsmittel diente Kalziumpimelat (nach dem ungarischen Patent 209132) welches in 0,1 Gew.% zugegeben wurde. Dies erfolgte in einem separaten Schmelzextrusionsprozess. Der Schmelzindex des Polypropylens lag bei 16 dg/min (gemessen bei 230 °C und 2,16 kg Belastung). Die lineare Dichte der hergestellten Fasern betrug 2,2 dtex, welches einem Durchmesser von ca. 18 Micrometern entsprach. Für Vergleichszwecke wurde auch Fasern aus dem nicht nukleierten PP hergestellt, im folgenden Monofasern genannt. In den bikomponenten Fasern mit Seite/Seite Struktur war das Verhältnis von α- zu ß-PP ca. 1:1. Dieses Verhältnis lag bei den Fasern mit Kern/Mantel Aufbaubei ca. 8:2, d.h. ca. 20 % des ursprünglichen Faserdurchmesser wurde während der Konsolidierung in Matrix umgewandelt. Dieser Wert liegt im Bereich von Curv® laut Herstellerangaben (10 bis 20 % – siehe Modern Plastics International, 2001, March, pp. 24,26).Bicomponent fibers with side / side or core / sheath structure were produced by melt spinning from isotactic polypropylene with (one side or sheath) and without β-nucleating agent. Calcium pimelate (according to Hungarian patent 209132) was used as the β-nucleating agent and was added in 0.1% by weight. This was done in a separate melt extrusion process. The melt index of the polypropylene was 16 dg / min (measured at 230 ° C and 2.16 kg load). The linear density of the fibers produced was 2.2 dtex, which corresponded to a diameter of approximately 18 micrometers. For comparison purposes, fibers were also made from the non-nucleated PP, hereinafter referred to as monofibers. In the bicomponent fibers with side / side structure, the ratio of α- to ß-PP was approx. 1: 1. This ratio was approximately 8: 2 for the fibers with core / sheath structure, ie approximately 20% of the original fiber diameter was converted into matrix during the consolidation. This value is in the range of Curv ® according to the manufacturer's information (10 to 20% - see Modern Plastics International, 2001, March, pp. 24.26).
Ein Teil der Fasern mit Mantel/Kern=Struktur wurde bei 145 °C mit einem Verstreckverhätnis von 8:1 kaltverstreckt. Sowohl die zuvor kaltverstreckten als auch die unbehandelten Fasern wurden unidirektional ausgerichtet und zu Laminaten mit ca. 0,5 mm Dicke gepresst. Für die Konsolidierung wurde die Temperatur auf 154 °C und der Pressdruck auf 3 MPa eingestellt. Die aus den Laminaten entnommenen Probekörper wurden der Zugbelastung unterworfen. Die ermittelten Werte des Zug-E-Modul und der Zugfestigkeit bei den Laminaten aus kaltverstreckten und unbehandelten Fasern mit Seite/Seite bzw. Kern/Mantel Strukturierung sind in Tabelle 1 dargestellt.Part of the fibers with sheath / core = structure was at 145 ° C with a stretching ratio cold drawn by 8: 1. Both the previously cold drawn as well the untreated fibers were unidirectionally aligned and pressed into laminates with a thickness of approx. 0.5 mm. For consolidation the temperature to 154 ° C and the pressing pressure set to 3 MPa. The one from the laminates taken test specimen were subjected to the tensile load. The determined values of the tensile modulus of elasticity and the tensile strength of laminates made from cold drawn and untreated fibers with side / side or core / sheath structuring are shown in Table 1.
Tabelle 1 Table 1
Die Vergleichslaminate aus Monofasern (hergestellt bei T = 167 °C und p = 2,8 MPa Druck) zeigten einen F-Modul von 3,2 GPa und eine Zugfestigkeit von 88 MPa.The comparative monofiber laminates (manufactured at T = 167 ° C and p = 2.8 MPa pressure) showed an F modulus of 3.2 GPa and one Tensile strength of 88 MPa.
Aus den bikomponenten Fasern mit Mantel-Kern Aufbau wurden Schnittfaser (Länge 6–8 cm) hergestellt und daraus ein Non-woven (Vlies, Filz) mit einer Flächengewicht von ca. 200 g/m2 durch aerodynamische Texturierung hergestellt. Für den lokalen Zusammenhalt und die bessere Handhabung des Non-wovens wurden die Fasern punktuell durch Ultraschallschweißen fixiert. Aus diesem Non-woven mit regelloser Faserorientierung wurden Platten gepresst (T = 154 °C, p = 3 MPa). Für den Vergleichszweck wurde ein ähnliches Vlies aus den Monofasern hergestellt und konsolidiert (T = 167 °C, p = 4 MPa). Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff zeigte eine um ca. 50 % größere Zugfestigkeit und eine um ca. 250 % größere Arbeitsaufnahme. Die Arbeitsaufnahme wurde aus den Flächen unter der Kraft-Dehnungs-Kurven ermittelt.Cut fibers (length 6-8 cm) were made from the bicomponent fibers with a sheath-core structure and a non-woven (fleece, felt) with a basis weight of approx. 200 g / m 2 was produced from them by aerodynamic texturing. For local cohesion and better handling of the nonwoven, the fibers were fixed at certain points by ultrasonic welding. Sheets were pressed from this non-woven with random fiber orientation (T = 154 ° C, p = 3 MPa). For the purpose of comparison, a similar fleece was made from the monofibers and consolidated (T = 167 ° C, p = 4 MPa). The composite material according to the invention showed a tensile strength which was approximately 50% greater and a work absorption which was approximately 250% greater. The work commencement was determined from the areas under the force-strain curves.
Beispiel 2: Verbundwerkstoffe mit regelloser Verstärkungsfaserausrichtung hergestellt aus einem vernadeltem Filz bestehend aus Schnittfasern durch Heißpressen hergestellt.Example 2: Composites with random reinforcement fiber alignment made from a needled felt consisting of cut fibers by hot pressing manufactured.
Ein Vlies wurde durch Vernadeln aus geschnittenen Spleißfasern (lineare Dichte: 12 dtex; α= sotaktisches-Polypropylen, MFI = 0,8 dg/min; Herstellung: Extrusionsrecken) und aus schmelzgesponnen Schnittfasern aus β-nukleiertem Poly(propylen-co-Ethylen) Block-Copolymer (β-Nukleierungsmittel: γ-Quinacridon, Nukleierungsmenge:0,001 Gew.%; lineare Dichte der Faser: 1,8 dtex, Comonomergehalt: ca. 5 Gew%, MFI =12 dg/min) bei einem Verhältnis von 4:1 hergestellt. Für Vergleichszwecke diente ein ähnliches Vlies, welches schmelzgesponnene Schnittfasern aus nicht nukleiertem PP Block Copolymer (wie oben) beinhaltete. Für das Heißpressen wurden identische Bedingungen wie im Beispiel 1 eingestellt. Die Zugfestigkeit und der Penetrationswiderstand im Fallbolzentest lagen für den erfindungsgemäßen bzw. den Vergleichswerkstoff bei 66 bzw. 43 MPa und 10,4 bzw. 5,7 J/mm Plattendicke.A fleece was made by needling cut splice fibers (linear density: 12 dtex; α = sotactic polypropylene, MFI = 0.8 dg / min; Production: extrusion stretching) and from melt-spun chopped fibers made from β-nucleated poly (propylene-co-ethylene) Block copolymer (β-nucleating agent: γ-quinacridone, Amount of nucleation: 0.001% by weight; linear density of the fiber: 1.8 dtex, Comonomer content: approx. 5% by weight, MFI = 12 dg / min) at a ratio of 4: 1 manufactured. For A similar one was used for comparison purposes Fleece, which melt-spun cut fibers from non-nucleated PP block copolymer (as above) included. Identical were used for hot pressing Conditions as set in example 1. The tensile strength and the penetration resistance in the falling bolt test was for the inventive or the comparison material at 66 or 43 MPa and 10.4 or 5.7 J / mm Plate thickness.
Beispiel 3: Verbundwerkstoffe mit verschiedener Textilverstärkung hergestellt unter Anwendung von Textilien aus Endlosfasern aus α-isotaktischem Polypropylen auf die β-isotaktisches Polypropylenpulver vor der kontinuierlichen Konsolidierung gestreut wurde.Example 3: Composites with various textile reinforcements made using textiles made from continuous fibers of α-isotactic Polypropylene on the β-isotactic Scattered polypropylene powder before continuous consolidation has been.
Durch kryogenes Vermahlen wurde eine feines Pulver (Partikelgröße < 0,6 mm) hergestellt. Als β-Nukleierungsmittel diente dabei NJ-Star NU100 (N',N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalendicarboxamid – von Ne Japan Chemical Co.). 1 Gew.% an ß-Nukleierungsmittel wurde einem isotaktischen PP Homopolymer mit einem MFI-Wert von ca. 80 dg/min zudosiert. Dieses Pulver wurde auf verschiedene Textilien, nämlich auf Vlies, Gewebe (Webart: Atlas) und Gelege mit unidirektionalen Fasern (Fixierung durch Polyesterfäden), hergestellt aus isotaktischem PP-Homopolymer gestreut und in-line kontinuierlich konsolidiert. Dies erfolgte auf einer Doppelbandpresse unter den folgenden Bedingungen: Heizzone: T = 157 °C und p = 3 MPa Druck, Kühlzone: T = 50 °C und p = 3 MPa Druck. Das Verhältnis Verstärkung : Matrix, also α-PP: β-PP, wurde auf ca. 4:1 eingestellt. Für Vergleichszwecke wurde die gleiche Streumethode aber mit einem Pulver aus dem ursprünglichen, nicht β-nukeirtem PP, angewandt. In diesen Versuchen zur Produktion, von Vergleichsmaterial wurde die Temperatur der Heizzone auf T = 167 °C eingestellt. Die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefasst.One was made by cryogenic grinding fine powder (particle size <0.6 mm) manufactured. It served as a β-nucleating agent NJ-Star NU100 (N ', N'-dicyclohexyl-2,6-naphthalenedicarboxamide - from Ne Japan Chemical Co.). 1 wt.% Of β-nucleating agent was an isotactic PP homopolymer with an MFI value of approx. 80 dg / min metered. This powder was applied to various textiles, namely on fleece, fabric (weave: Atlas) and scrim with unidirectional Fibers (fixation by polyester threads) made from isotactic PP homopolymer scattered and continuously consolidated in-line. This was done on a Double belt press under the following conditions: Heating zone: T = 157 ° C and p = 3 MPa pressure, cooling zone: T = 50 ° C and p = 3 MPa pressure. The relationship reinforcement : Matrix, i.e. α-PP: β-PP, was set to approx. 4: 1. For For comparison purposes, the same spreading method was used with a powder from the original, not β-nukeirtem PP, applied. In these attempts to produce comparative material the temperature of the heating zone was set to T = 167 ° C. The results The mechanical tests are shown in Table 2 below summarized.
Tabelle 2 Table 2
Beispiel 4: Herstellung des Verbundwerkstoffs in situExample 4: Production of the composite in situ
Auf einem Behälter, blasgeformt aus isotaktischem Polypropylen, wurde in situ eine Außenverstärkung in Umfangsrichtung hergestellt wie im folgendem beschrieben. Orientierte Bändchen aus isotaktischem Polypropylen-Homopolymer (Querschnitt: 0,2 × 5 mm2) wurden gegelättet und unter Zugbelastung auf den Behälter aufgewickelt. Gleichzeitig wurde eine Schmelze aus β-nukleiertem Poly(propylen-co-ethylene) Block-Copolymer (Ethylen Anteil: ca. 10 Gew.%, MFI = 0,4 dg/min) zugeführt um in situ die Benetzung des a-PP Bändchens zu erreichen. Als Nukleierungsmittel diente 0,1 Gew.% Kalziumsebazat (ungarische Patentschrift 209132). Zur Konsolidierung diente ein Rad, welches auf die mit der Schmelze getränkten Bändchen aufgedrückt wurde. Die Güte dieser Außenarmierung wurde im Bersttest (Druckmittel: Wasser) überprüft. Der Berstdruck des Behälters war 50 % höher als der eines nicht verstärkten Behälters. Vergleichende Untersuchungen mit der nicht β-nukleierten Schmelze führten zu keiner Verbesserung des Berstwiderstandes.On a container, blow molded from isotactic polypropylene, a circumferential external reinforcement was made in situ as described below. Oriented tapes of isotactic polypropylene homopolymer (cross section: 0.2 × 5 mm 2 ) were smoothed and wound onto the container under tensile stress. At the same time, a melt of β-nucleated poly (propylene-co-ethylene) block copolymer (ethylene content: approx. 10% by weight, MFI = 0.4 dg / min) was fed in to wet the a-PP ribbon in situ to reach. 0.1% by weight of calcium sebazate (Hungarian patent specification 209132) was used as the nucleating agent. A wheel was used for consolidation, which was pressed onto the tapes soaked in the melt. The quality of this external reinforcement was checked in the burst test (pressure medium: water). The burst pressure of the container was 50% higher than that of an unreinforced container. Comparative studies with the non-β-nucleated melt did not improve the bursting resistance.
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