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Zusammengesetzte Materialien und Verfahren zu deren Herstellung Die
Erfindung bezieht sich auf zusAmmengesetzte Katerialiens und sie betrifft insbesondere
zusammengesetzte Materialien, die Unterlagen oder Matrixschichten aus Polymermaterialien
oder dergleicnen umfassen, in denen teilchenförmige Zusatzstoffe dispergiert sind0
Bei den zusammengesetzten Materialien nach der Erfindung handelt es sich im allgemeinen
um massive undurchlässige bzw. nicht mit Öffnungen versehene Materialien, welche
die grundlegenden Eigenschaften des die kontinuierliche Phase bildenden Kunststoff-
bzw. Matrixmaterials aufweisen, wobei diese Materialien jedoch durch das Vorhandensein
der Zusatzstoffe modifiziert sind, insbesondere dann, wenn diese Stoffe in großen
Mengen vorhanden sind, z.B. in einer menge, die mehr als 25 Gewichtsprozent ausmacht
und bis zu 50 Gewichtsprozent oder sogar noch darüber beträgt.
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Es ist bereits bekannt, Polymermaterialien teilchenförmige Füllstoffe
der verschiedensten Art beizufügen, um die Eigenschaften der Polymermaterialien
mit den Eigenschaften des
Füllmaterials zu kombinieren, und/oder
das Polymer zu verdünnen und so die Kosten des Materials herabzusetzen. Zu den in
großem Umfang verwendeten Füllstoffen gehören Glasfasern, und bei der Verwendung
von Glasfasern werden Glasfasern mit Makroabmessungen, deren Länge z. B. in der
Größenordnung von etwa 6,5 mm liegt, und deren Durchmesser 0,020 bis 0,030 mm beträgt,
mit einem plastischen Polymergrundmaterial gemischt, um die Zug-und Biegefestigkeit
des Polymers für den Fall zu verbessern, daß das Material zu Profilen, z.B. zu Stäben,
Stangen, Tafeln usw., verarbeitet wird. Gewöhnlich werden diese Füllstoffe den Polymermaterialien
nur in relativ kleinen Prozentsätzen beigefügt, wobei das Grundmaterial seine eigenen
grundlegenden plastischen Eigenschaften beibehält und durch die EiBenschaften des
Füllmaterials nur in einem geringen Ausmaß modifiziert wird. Bemühungen, brauchbare
zusammengesetzte Materialien herzustellen, bei denen hohe Prozentsätze von teilchenförmigen
Füllstoffen in einem plastischen Material dispergiert sind, sind bis jetzt im allgemeinen
erfolglos geblieben, da im Hinblick auf die großen Mengen des Füllstoffs die Gefahr
besteht, daß die plastischen Eigenschaften des Grundmaterials zerstört oder in einem
solchen Ausmaß beeinträchtigt werden, daß das zusammengesetzte Material praktisch
unbrauchbar wird und sich nicht zu den Zwecken verwenden läßt, zu denen plastische
Materialien bzw. Kunststoffe und Polymermaterialien gewöhnlich verwendet werden.
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Gemäß der erfindung wurde nunmehr festgestellt, daß man außerordentlich
hohe Prozentsätze von teilchenförmigeh Zusatzstoffen oder Füllmaterialien in Verbindung
mit plastischen Materialien bzw ; Polymermaterialien verwenden kann, wobei die
enge
des Zusatzstoffs bis zu 70% oder darüber betragen kann, ohne daß die grundlegenden
plastischen Eigenschaften bei dem zusammengesetzten Material verloren gehen. Bei
diesen zus ammengesetzten Materialien sind die Eigenschaften gewöhnlich gegenüber
denjenigen des nicht mit dem Füllstoff versehenen Kunststoff modifiziert, wibei
in manchen Fällen die plastischen Eigensciiaften verbessert werden, und wobei in
anderen Fällen Eigeschaften erzielt werden, die sich von den Eigenschaften des Grundmaterials
einerseits oder denjenigen des Zusatzstoffs andererseits unterscheiden. Es ist z.B.
gemäß der Erfindung mcglich, Kunststoffe mit einem hohen Anteil eines Füllmaterials
herzuotellen, die sich besser bzw. leichter in die gewünschte Form bringen lassen
als das keinen Füllstoff enthaltende Polxmermaterial, die eine größere Zugfestigkeit
aufweisen, bei denen eine erhöhte Schmierfähigkeit vorhanden ist, die einen besseren
Griff haben, die eine größere Kohäsion zeigen, und bei denen die Biegefestigkeit
und Elastizität im Vergleich zu dem ursprünglichen, nicht mit einem Füllstoff versehenen
Kunststoff verbessert sind. Somit werden in manchen Fällen gemäß der Erfindung diese
Füll-oder Zusatzstoffe zu Hilfs- oder Verbesserungsmitteln. Hierbei zeigt es sich,
daß Art und Ausmaß der Änderung der Eigenschaften von dem jeweiligen Grundmaterial
und dem betreffenden Zusatzstoff sowie dem Prozentsatz abhängen, in welchem der
Zusatzstoff verwendet wird.
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Art und Ausmaß der Änderungen der Eigenschaften, die bei der Anwendung
der Erfindung zu beobachten sind, fuhren zu der Schlußfolgerung, daß die teilchenförmigen
Büll-oder Zusatzstoffe nicht nur in der plastischen Matrix eingekapselt werden,
wenn
solche Stoffe in der erfindungsgemäßen : reise vereinigt werden. Vielmehr scheint
eine echte Verbindung zwischen den einzelnen Teilchen des Zusatzstoffs und dem Matrixmaterial
vorzuliegen, so daß es sich bei dem rsultierenden zusammengesetzten Material um
mehr handelt als um eine nur additive Kombination der beiden Bestandteile; vielmehr
handelt es sich praktisch um ein drittes Material, das eine eigene Identität besitzt
und Eigenschaften aufweist, die sich von den Eigenschaften jedes der Ausgangsstiffe
unterscheiden. Es wird angenommen, daß diese neuartige Vereinigung von stoffen dadurch
bewirkt wird, daß die Teilchen des Matrixmaterials und die Teilchen des Füllstoffs
einer sehr starken Stoß- oder Zerstampfungsehergie (attrition) ausgesetzt werden,
wobei solche Kräfte und Energien zur Wirkung kommen, daß Oberflächenbindungen von
hoher Zähigkeit zwischen den Teilchen entstehen. Diese hochgradige Bindung zwischen
dem Füllstoff und dem Polymer kann von einer innigen Oberflächenbindung zwischen
diesen Materialiennherrühren, die innerhalb eines großen Prozentsatzes der Oberfläche
der Füllstoffteilchen vorhanden ist und durch das Vermahlen mit hoher Energie hervorgerufen
wird.
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Es wird vorgezogen, bei diesem sich unter hohem Energieaufwand vollziehenden
Vereinigungsvorgang Matrix- und Füllstoffe von sehr kleiner Teilchengröße zu verwenden;
beispielsweise werden Latrixteilchen verwendet, deren Abmessungen in der Größenordnung
vin Zehnteln eines tausendstel Millimeters liegen, während die Teilchengröße bei
dem Zusatzstoff im Bereich zwischen einem Bruchteil eines tausendstel Millimeters
und einigen tausendstel Millimetern liegt. Insbesondere wurde festgestellt,
daß
sich bei Teilchen des Zusatzstoffs, bei denen mindestens eine Abmessung kleiner
ist als 0,001 mm, besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielen lassen0 Solche Teilchen
werden im folgenden als Submikronteilchen bezeichnet. Diese ultrafeinen Teilchengrößen,
insbesondere des Büllstoffs, können zur Erzeugung von Bindungen hoher Zähigkeit
beitragen, z.B. dadurch, daß sie das mit hoher Energie erfolgende Auftreffen von
Matrixteilchen und Füllstoffteilchen aufeinander erleichtern. Außerdem ist bei der
Verwendung von ultrafeinen Büllstoffteilchen das Verhältnis zwischen der Oberfläche
und dem Gewicht oder dem Rauminhalt sehr hoch, so daß eine entsprechend größere
Fläche vorhanden ist, an welcher sich der Füllstoff mit dem Matrixmaterial verbinden
kann0 Gemäß der Erfindung werden als Matrixmaterial nichtmetallische feste Stoffe
verwendet, die bei ihrer Verarbeitung einen Zwischenzustand durchlaufen können,
in welchem sie flüssig, geschmolzen, plastisch, gelförmig oder dergleicnen sind0
Hierbei werden solche Materialien bevorzugt, bei denen es sich um Polymermaterialien
handelt, die zu plastischen Teilchen von vorzugsweise sehr kleinen Abmessungen verarbeitet
werden können. ns sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf eine bestimmte Klasse
oder Sorte von Polymermaterialien beschränkt, sondern daß sie sich im wesentlichen
bei allen Arten von Polymermaterialien anwenden läßt, die zu getrennten plastischen
Teilchen verarbeitet werden können; zu diesen Materialien gehören z.B. synthetische
thermoplastische Harze wie Polyolefine, Polyamide, Polyester und Polacrylate, ferner
synthetische, mittels wärme härtbare harze wie Epoxyharze und Phenolharze, natürliche
Polymere
wie Cellulose, Lignine und die verschiedenen Gummisorten
sowie anorganische Polymere, z.B. die Silikone. Die niedrigeren Alkenpolyolefine
haben sich bezüglich der Durchführung der Erfindung als besonders brauchbare Matrixmaterialien
erwiesen; dies gilt insbesondere für Polypropylen, Polyäthylen und Gemische daraus.
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Gemäß der erfindung lassen sich zahlreiche verschiedene Stoffe und
Stoffarten als Füll- oder Zusatzstoff verwenden. Diese Füllstoffe werden vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise aus der Gruppe von Materialien gewählt, zu denen spröde
nichtmetallische feste Stoffe gehören, wenn sie sich in ihrer sogenannten Makroform
bzw. im groben Zustand befinden, z.B. verschiedene Arten von natürlichen Mineralien,
tbergangselementen und künstlich hergestellten mineralischen'Erzeugnissen, Es wird
nicht angenommen, daß die Art des als Füllstoff verwendeten Materials für die Erfindung
von maßgebender Bedeutung ist, abgesehen davon, daß die Jahl verschiedener Füllstoffe
durch die Eigenschaften beeinflußt werden kann, die das zusammengesetzte Material
erhalten soll. Zu den Füllstoffen, von denen angenommen wird, daß sie für die zwecke
der Erfindung am brauebbarsten sind, gehört kurzfaseriger Asbest, denn dieses material
ist leicht und mit geringen Kosten zu beschaffen. Als Beispiele für weitere Füllstoffe,
die ebenfalls mit gutem Erfolg verwendet werden können, seien jedoch Diatomenerde,
Wollastonit, Glimmer, Silizium, Glasfasern und Mineral- bzw. Gesteinswolle genannt.
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Wie schon erwähnt, wird angenommen, daß die Teilchengröße des Zusatzstoffs
das mit hoher Energie erfolgen Aufeinandertreffen der Matrix- und der Füllstoffteilchen
erleichtern kann,
so daß eine Bindung von hoher Zähigkeit oder Festigkeit
zwischen den Berührungsflächen hervorgerufen wird. Obwohl es als für die Durchführung
der Erfindung nicht ausschlaggebend betrachtet wird, wird es jedoch vorgezogen,
den Zusatzstoff in Form von eichen zu verwenden, die die gestalt kurzer Fasern haben,
und zwar die Form einzelner Kristalle oder Kristallkörner mit mittleren Abmessungen
von weniger als etwa 0,1 Mikron, um eine hohe Faserfestigkeit der Teilchen zu gewährleisten;
hierbei soll die kleinste Abmessung zwischen etwa 0,05 Mikron und etwa 1 Mikron
liegen; die größte Abmessung soll kleiner sein als etwa 44 Mikron, und die mittlere
Länge soll etwa gleich dem Fünffachen der mittleren Dicke und größer als die mittlere
Breite sein. Werden die genannten Abmessungen eingehalten, wird im allgemeinen das
gewünschte Mindestzugfestigkeitsverhältnis Won 10:1 zwischen dem Zusatzstoff und
der Polymermatrix erzielt. Ferner sind die erwähnten Abmessungen genügend klein,
um die Verarbeitung des Materials mit Hilfe von Strangpressen zu ermöglichen und
in der gewünschten reise ein strömungsfähiges System zu schaffen; andererseits sind
diese Abmessungen genügend groß, so daß sie oberhalb der Gernze für gelbildende
Stoffe liegen; hierdurch wird vermieden, daß das System eine unerwünschte Viskosität
annimmt. Die verteilung der Abmessungen innerhalb der vorstehend genannten Grenzen
soll sich vorzugsweise einer normalisierten der parabolischen Verteilungskurve annähern,
damit eine maximale Eackungsdichte und Strömungsfähigkeit erzielt wird. Ferner wird
bei der Jahl der Kombinationen von Zusatz- und Matrixstoffen vorzugsweise dafür
gesorgt, daß der Elastizitätsmodul des Zusatzstoffs höher ist als derjenige des
Matrixpolymers, um
zu gewährleisten, daß die matrix oder der Grundstoff
bevorzugt nachgibt, um Beanspruchungen auf den Füllstoff zu übertragen, und daß
sich der Wert des Verhältnisses zwischen den Elastizitätsmoduln bei höheren Füllstoffkonzentrationen
und geringerer Dehnung des Aufnahmematerials erhöht. Die beschriebene Verwendung
ultrakleiner Zusatzstofftellchen trägt zur Entstehung von Oberflächenstrukturen
bei, die nahezu kontinuierlich sind und nur ein ttLinimum an Unstetigkeiten aufweisen,
wodurch das Auftreten von Fehlstellen in der Bindung zwischen dem Zusatzstoff undder
Matrix als Folge des Vorhandenseins von durch Gase abgegrenzten Trennflächen erheblich
verringert bzw. auf ein Mindestmaß zurückgeführt wird. heitere bevorzugte Merkmale
von gemäß der Erfindung hergestellten zusammengesetzten Stoffen bestehen darin,
daß die Menge des Zusatzstoffs einen Raumanteil von 8,02 des zusammengesetzten Materials
überschreiten soll, damit eine bemerkbare tiirkung auf die erzielten Eigenschaften
hervorgerufen wird, und die örtlich begrenzten Abweichungen bezüglich der Konzentration
sollen weniger als das +0,2-fache des Ausdrucks (1 - Raumanteil des Zusatzstoffs)
ausmachen, damit das Vorhandensein örtlich begrenzter Zonen mit geringer Plastizität
vermieden wird. weiterhin soll der Zusatz- oder Füllstoff eine Dehnung von weniger
als 1% aufweisen, damit das Gefüge die gewünschte Stabilität erhält. Zwar wird es
vorgezogen, einen Zusatzstoff zu verwenden, dessen Teilchen langgestreckt oder im
wesentlichen faserförmig sind, doch soll dies nicht bedeuten, daß die Verwendung
lamellarer oder kornförmiger Teilchen im Rahmen der Erfindung ausgeschlossen werden
soll; zu den erfindungsgemäß verwendbaren Teilchen gehören auch solche, die annähernd
kugelförmig sind0
Zu den erfindungsgemäßen Verfahren, mittels deren
die neuartigen zusammengesetzten Materialien hergestellt werden können, gehören
das wischen oder Vereinigen des teilchenförmigen Polymers und des teilchenförmigen
Zusatzstoffs, wobei diese Stoffe vorzugsweise die erwähnten Eigenschaften haben,
in einer mit hoher Energie arbeitenden Mühle. Die genannten Stoffe können gegebenenfalls
einer oder mehreren Vorbehandlungen unterzogen werden, bevor sie der mechanischen
Vermahlung unter hoher Energiezufuhr unterworfen werden, d.h. die können durch einen
lahlvorgang auf die geeignete feilchengröße gebracht werden, sie können in Geenwart
eines Lösungs-uder Plastifizierungsmittels für das Polymer gemischt werden, und
sie können dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel oder den weichmacher wieder
zu entfernen, um dann wieder zu einem teilchenförmigen Material verarbeitet zu werden.
In der kühlte werden die Teilchen mit hoher Energie gegeneinander geschleudert,
und zwar mit Geschwindigkeiten, die etwa 110 m/sec oder mehr betragen, so daß die
Teilchen des Zusatzstoffs gegen die Polymerteilchen geschleudert und in diese in
orm einzelner, nicht agglomerierter Teilchen eingebettet werden. Verwendet man z.B.
faserförmige Zusatzstoffe, zeigt es sich, daß zahlreiche Baserteilchen in Richtung
ihrer Längsachse in die satrixteilchen eindringen, wobei manche Faserteilchen teilweise
in die Matrixteilchen hineingetrieben werden, und wobei andere Faserteilchen die
Matrixteilchen vollständig durchdringen, während weitere Faserteilchen vollständig
in die Wiatrixteilchen eingebettet werden. Es wird angenommen, daß die große Stoßenergie,
die bei diesem Mahlvorgang erzeugt wird, bewirkt, daß an den Trennflächen zwischen
den Teilchen einer Energieumwandlung stattfindet, so daß eine feste Oberflächenbindung
bzw.
eine Verbindung zwischen den unähnlichen eilcnen herbeigeführt wird0 Bei diesem
Verfahren können Teilchen des Zusatzstoffs mit Polymerteilchen in einer solchen
Menge verbunden werden, daß die enge des Zusatzstoffs bis zu 70 Gewichtsprozent
oder mehr beträgt. Dieses zusammengesetzte pulverförmige Material, welches den Zusatzstoff
und das Polymer enthält, kann dann mit Hilfe verschiedener gebräuchlicher Verfahren
in die gewünschte Form gebracht werden; man kann das Material z.B. formen, ziehen,
gießen, walzen, strangpressen, usw., um Tafeln, Bänder, stangen, dünne Fäden, Platten
und verschiedene andere Formen herzustellen. Obwohl der Zusatzstoff einen erheblichen
Anteil ausmacht, zeigen die fertigen Erzeugnisse gewöhnlich einen guten Zusammenhalt,
eine gute Flexibilität und eine hohe Zugfestigkeit, und in mancnen Fällen überschreiten
die Werte einer oder mehrerer dieser eigenschaften die entsprechenden Werte für
das nicht mit dem Füllstoff versehene Polymer, oder es werden Eigenschaften festgestellt,
die bei den Ausgangsstoffen nicht vorkommen. Auch die Oberflächeneigenschaften,
z.B, die Schmierfähigkeit, die Reibung, der Griff und das Oberflächengefühl, können
in einem erheblichen Ausmaß durch die Nahl geeigneter Zusatzstoffe und geeigneter
prozentualer Bengen derselben geändert werden. sllgemein gesprochen ermöglicht somit
die Erfindung erhebliche Einsparungen bei der Herstellung von Polymererzeugnissen,
denn gemäß der Erfindung können diese Erzeugnisse mit billigen Stoffen in einem
Ausmaß gefüllt werden, wie es bis jetzt für unmöglich oder unzweckmäßig gehalten
wurde. Darüber hinaus führt die Erfindung eine neue Dimension in die Kunststoff-
bzw.
fol-mertechnologie ein, denn sie sieht lvlittel vor, um die
Eigenschaften verschiedener Polymere auf unterschiedliche Weise zu verändern, und
zwar durch die verwendung verschiedener Zusatz- oder Hilfsstoffe, und sie ermöglicht
es, diesen zusammengesetzten Materialien Eigenschaften zu verleihen, wie sie bis
jetzt weder bei dem Ausgangspolymer noch bei dem Zusatzstoff zur çerfügung standen.
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Ein Ziel der Erfindung besteht somit darin, zusammengesetzte Materialien
vorzusehen, die aus Polymermaterialien und Hilfsstoffe bildenden Füllstoffen bestehen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Polymermatrixmaterialien,
die zu einem hohen Prozentsatz mit ilfs- bzw. Zusatzstoffen gefüllt sind.
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Ferner sieht die Erfindung das Füllen von polymeren Matrixmaterialien
mit kornförmigen, lamellaren oder faserförmigen Stoffen vor, wobei insbesondere
große Anteilmengen der Zusatzstoffe verwendet werden.
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Weiterhin sieht die Erfindung zusammengesetzte Materialien der erwähnten
Art vor, bei denen die Teilchen des Füll-oder Zusatzstoffs mit dem Matrixmaterial
durch feste Binaungen zwischen benachbarten Flächen verbunden sind.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung zusammengesetzter
stoffe der genannten Art, bei denen ein großer Teil der gesamten Oberfläche des
Zusatzstoffs mit dem Matrixmaterial verbunden ist.
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Ferner sieht die Erfindung Gemische aus polymeren Materialien und
nicht polymeren teilchenförmigen Zusatzstoffen vor, bei denen die Teilchen des Zusatzstoffs
in fester Oberflächenbindung mit den Polymermaterialien stehen, wobei es möglich
ist, das erfindungsgemä#e Material durch Formen, Ziehen, Gießen, Strangpressen,
Walzen oder dergleichen in die gewünschte Form zu bringen. weiterhin sieht die Erfindung
Gemische der erwähnten Art vor, bei denen die Bindungaflächen einen großen Teil
der gesamten Oberfläche des Zusatzstoffs ausmachen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen.
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Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische
und teilweise schematisch gezeichnete Darstellung einer Ausbildungsform einer mit
hoher Energiemenge arbeitenden Mühle, wie sie zur erstellung einiger der als Ausführungsbeispiele
beschriebenen emische aus Polymer- und Zusatzstoffen benutzt wurde.
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Fig. 2 ist ein vergrößerter Teilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig.
1.
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Fig. 3 ist eine vergrößerteeildarstellung der Mühle nach Fig. 1 in
Form eines Schnitts längs der Linie 3-3 in mig. 2.
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Wie schon erwähnt, werden gemäß der Erfindung zusammengesetzte taterialien
aus polymeren Matrixmaterialien und teilchenförmigen Zusatzstoffen in der leise
hergestellt, daß der Zusatzstoff
njit dem die matrix bildenden
Material mit Hilfe eines t4ahlvorgangs vereinigt wird, bei dem starke Stoßkräfte
auf die teilchen ausgeübt werden0 tlie im folgenden näher erläutert, können die
so hergestellten zusammengesetzten aterialien Eigeaschaften aufweisen, die weder
bei dem iatrixmaterial noch bei dem Zusatzstoff anzutreffen sind, und in vielen
Fällen werden die plastischen Eigenschaften der Matrixmaterialien durch den Zusatzstoff
verbessert, obwohl es sich bei dem Zusatzstoff um ein sprödes Material handelt,
und zwar auch dann, wenn der prozentuale Gehalt des materials an dem Zusatzstoff
sehr hoch ist. Bs hat sich gezeigt, daß die Art der Änderung von Eigenschaften von
den verwendeten Ausgangsstoffen sowie von der prozentualen-enge des Zusatzstoffs
abhängt.
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Es sei bemerkt, daß man natürlich Mühlen der verschiedensten Konstruktion
benutzen kann, um die Ziele und Vorteile der Erfindung zu erreichen; um das Verständnis
der Erfindung zu erleichtern, wird jedoch im folgenden eine Konstruktion einer mit
hoher Stoßkraft arbeitenden Mühle beschrieben, die benutzt wurde, um gemäß den nachstehend
gegebenene Beispielen Polymermaterialien und Zusatzstoffe zu vereinigen.
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In Fig. 1 bis 3 erkennt man eine insgesamt mit 10 bezeichnete, mit
hoher Stoßenergie arbeitende Mühle, bei der es sich gezeigt hat, daß sie es ermöglicht,
die Füllstoffteilchen mit hoher Energie auf die die matrix bildenden Teilchen auftreffen
zu lassen. Die Mühle umfaßt ein allgemein zylindrisches Gehäuse 12 mit einer oberen
dand 13, die eine zentral angeordnete Einlaß- und Auslaßöffnung 13a aufweist. Ein
Gaszuführungsrohr 11 ist an eine weitere Öffnung in der oheren and 13 angeschlossen,
damit
ein geeignetes was in die Mühle eingeführt werden kann, wenn eine bestimmte Behandlung
des niaterials durchgeführt werden soll. wird die aaszu-führungsöffnung nicht zu
dem genannten Zweck verwendet, kann sie gemäß Fig. 1 mit Hilfe eines geeigneten
Stopfens verschlossen werden. In dem Gehäuse 12 ist ein kegelstumpfförmiges Bauteil
14 angeordnet, dessen unterer Rand mit der Innenfläche des gehäuses auf geeignete
Weise, z.B. durch Verlöten, Verschweißen oder in manchen Fällen mit Hilfe eines
Klebstoffs verbunden ist. Am oberen Rand des kegelstumpfförmigen Bauteils 14 ist
eine kreisrunde Öffnung 15 vorhanden, die im wesentlichen gleichachsig mit der Öffnung
13a angeordnet ist.
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Am unteren itand des Bauteils 14 ist ferner ein Ausschnitt 24 vorgesehen,
der auf eine noch zu erläuternde Weise dazu dient, das Material erneut umzuwälzen.
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Unterhalb des kegelstumpfförmigen Bauteils 14 ist ein schnell umlaufendes
fahlorgan 16 angeordnet, das eine zentrale Öffnung besitzt, durch die das obere
Ende einer ;Ielle 20 nach oben ragt. Bei einer Ausbildungsform kann als drehbares
Bauteil 16 ein Kreissägeblatt NrO 2 x 200 mit einem Durchmesser von etwa 200 mm
verwendet werden, dessen Zähne in den Zeichnungen mit 17 bezeichnet sind. Das drehbare
Bauteil 16 ist gemäß Fig. 1 und 2 mit der zelle 20 durch eine Mutter 27 oder auf
andere geeignete $"eise verbunden. Die welle 20 ragt durch eine zentrale Öffnung
9 im Boden 8 des gehäuses 12 und ist mit der Welle eines Motors 21 verbunden, bei
dem es sich hier um einen Wechselstrommotor handelt. lVahe der Bodenöffnung 9 ist
ein Lageraggregat 28 für die elle 20 vorgesehen.
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Konzentrisch mit dem drehbaren Bauteil 16 ist in einem geringen Abstand
vom äußeren Rand desselben ein gewelltes Auskleidungsteil 18 an der Innenfläche
der Gehäusewand 12 befestigt.
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Das Auskleidungsteil 18 weist zahlreiche Vertiefungen oder senkrecht
verlaufende Wellungen 19 auf, die gemäß Fig. 2 nach außen gekrümmte Stirnwandabschnitte
umfassen.
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Der rotor 21 ist an eine Wechselstromquelle 23 angeschlossen, und
zwar über eine verstellbare frechselstromregeleinrichtung 22, wie sie z.B. unter
der handelsbezeichnung Veriac erhältlich ist. Die Einrichtung 22 kann verstellt
werden, um de Spannung und damit auch die Drehzahl des Motors 21 und des drehbaren
Bauteils 16 zu regeln.
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Während des Jetriebs der Mühle werden der Füllstoff und das die matrix
bildende Material über die Öffnung 13a zugeführt, woraufhin die Öffnung 13a verschlossen
und der Motor in Betrieb gesetzt wird0 Hierbei werden die Teilchen der kombinierten
Wirkung der Zähne 17 und des Auskleidungsteils 18 ausgesetzt. Diese wirkung kann
mit Hilfe einer beliebigen gewünschten Zahl von Durchgängen herbeigeführt werden.
Das unter Aufbringen von Stoßkräften gemischte Erzeugnis oder bestimmte Teilmengen
des Erzeugnisses können mit Hilfe eines Saugrohrs oder Schlauchs 25 aus der Mühle
10 nach Bedarf abgezogen werden. Soll das gesamte Erzeugnis gesammelt werden, ordnet
man das Ende des Schlauchs so an, daß es die Gehäuseöffnung 13a vollständig überdeckt,
Wenn nur die leichteren oder kleineren Teilchen gewonnen werden sollen, ordnet man
einen Schlauch 26 von kleinerem Durchmesser im Ende des Schlauchs 25 an und nach
unten durch den mittleren Teil der Öffnung 13a wird er geführt. Da die umlaufende
Scheibe
16 Fliehkräfte auf die Teilchen und die Atmosphäre innerhalb
der Mühle 10 aufbringt, werden die schwereren oder größeren Teilchen weiter nach
außen geschgeudert als die feineren leichteren Teilchen, so daß letztere aus dem
mittleren Teil des Gehäuses über den Schlauch 26 abgezogen werden können.
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Die Mühle 10 wirkt vermutlich derart, daß sie die Teilchen Stoß-
und Reibungskräften aussetzt, wobei die Teilchen mit Hilfe von Energie enthaltenden
Strömungsmitteln gemahlen werden.
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Es hat sich gezeigt, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen neuartigen
zusammengesetzten Materials möglich ist, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Mühlenläufers
nur etwa 110 m/sec beträgt. Der Mahlvorgang bewirkt auch, daß das Erzeugnis zu Teilchen
unterschiedlicher Größe zerkleinert wird, wie es bereits weiter oben erläutert wurde.
Einige der Vermahlungsprodukte werden oberhalb des kegelstumpfförmigen Bauteils
14 suspendiert, doch setzen sie sich schließlich in Richtung nach unten. ab, um
über die Öffnung 24 erneut in die S;ahlzone zu gelangen.
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Im folgenden werden spezielle Beispiele für die Herstellung zusammengesetzter
materialien unter Benutzung der vorstehend beschriebenen Mühle gegeben, mittels
deren Polymere, eine Matrix bildende Stoffe mit teilchenförmigen Zusatzstoffen vereinigt
werden, wobei gemäß der Erfindung unerwartete und neuartige Ergebnisse erzielt werden.
Es sei jedoch bemerkt, daß sich die Erfindung auch bei anderen Polymeren, eine Matrix
bildenden Materialien und Füllstoffen anwenden läßt, als bei den in den Beispielen
erwähnten; ferner sei bemerkt, daß sich die Eigenschaften der verschiedenen zusammengesetzten
Materialien nach
dem verwendeten Matrixmaterial oder Polymer, dem
Füll- oder Zusatzstoff und dem gewählten Mengenverhältnis richten.
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Beispiel 1 Ein kurzfaseriger Asbest, z.B. vom Typ CRL81-31, der von
der Asbestos Corporation of America bezogen worden war, wurde gemahlen und gesiebt,
um eine Fraktion aus Fasern zu erhalten, bei denen die Abmessungen und die Verhältnisse
zwischen den verschiedenen Abmessungen allgemein den weiter oben genannten bevorzugten
Werten entsprachen; die Fasern hatten allgemein eine mittlere Länge von 15 bis 20
Mikron und etwa einen mittleren Durchmesser von 0,5 Mikron. Der so gewonnene Asbest
wurde mit einem isotaktischen Polypropylen (Hercules Nr. 6823) gemischt; dieses
Polypropylen zeigte im geschmolzenen Zustand ein geringes Fließvermögen (Schmelzindex
0,4 bei 2300 C Gramm/10 min -ASTM D 1238) in der Form eines ausgefällten Pulvers
aus kornför -migen AggloilJmeraten, bei denen die Teilchengröße etwa 15 Mikron betrug.
Das Gewichtsverhältnis zwischen dem Asbest und dem Polypropylen betrug 2:3. Die
genannten Stoffe wurden unter Verwendung von Trichloräthylen gemischt, wobei die
Menge des verwendeten Trichloräthylens ausreichte, um das Polypropylen bei mäßiger
wärme von etwa 93O C in den Gelzustand zu überführen, bis der Asbest in dem Gel
dispergiert war. Die Dispersion wurde zusätzlich durch Strangpressen oder eine sonstige
allgemeine Durcharbeitung des Gels verbessert. Hierauf wurde das Trichloräthylen
zum Verdampfen gebracht, so daß man ein trockenes Pulver erhielt. Dieses trockene
Pulver wurde in der an Hand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen Mühle behandelt, wobei
das Material die ühle menrmals passierte; hierbei wurde der Läufer mit einer Drehzahl
von etwa 20 000 U/min angetrieben, so daß sich nnonQ iniln
eine
Umfangsgeschwindigkeit von etwa 155 m/sec ergab; auf diese leise wurde das getrocknete
Pulver zu einer sehr feinen, nicht mehr fühlbaren Konsistenz zerkleinert.
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Das gemahlene Erzeugnis wurde wie folgt zu einem Flachmaterial geformt:
z-s wurde zwischen zwei Blättern aus Zinnfolie ausgebreitet, die zwischen zwei eine
Form bildenden Metallplatten verschraubt waren, und das material wurde in einem
Schraubstock sehr fest eingespannt; hierauf wurde die Form 2 bis 3 min lang auf
eine Heizplatte mit einer Temperatur von etwa 2450 C gestellt, dann von der Heizplatte
abgehoben und augenblicklich in kaltem wasser abgeschreckt. Bei dem so gewonnenen
Erzeugnis handelte es sich um ein zusammenhängendes flexibles Flachmaterial, das
in mancher Beziehung einem Film aus nicht orientiertem Polypropylen ähnelte. wurde
dieses zusammengesetzte Material auf etwa 2050 C erhitzt, nahm es ein silberähnliches
Aussehen an und ließ sich leicht ziehen. Beim Ziehen behielt das material seine
Stabilität in der Querrichtung erheblich besser bei als gewöhnliches Polypropylen,
das auf ähnliche Weise gezogen wurde, und es zeigte eine geringere Neigung, in der
Längsri ortung aufzureißen.
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Das zusammengesetzte Material schien leichter zu brennen als gewöhnliches,
auf ähnliche Weise gezogenes Polypropylen, und es zeigte eine geringere Neigung,
in der Längsrichtung auf zur reißen, Das zusammengesetzte Material brannte mit einer
gelblichen Flamme, während gewöhnliches Polypropylen mit einer blauen Flamme brennt.
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Um weitere Vergleiche zu ermöglichen, wurde ein etwa 0,5 mm dicker
Streifen aus einem ungefüllten Polypropylenfilm 209808/0430
bei
einer Breite von etwa 4,8 mm auf eine Dicke von etwa 0,140 bis 0,165 mm gezogen.
Dieses Material zeigte eine Zugfestigkeit von etwa 1700 kg/cm2 (24,000 PSI), während
ein Streifen aus dem erfindungsgemäßen zusammengesetzten material mit einer Dicke
von etwa 0,3 mm und einer Breite von etwa 9,5 mm, der auf eine Dicke von etwa 0,115
bis 0,125 mm bei einer Breite von etwa 4,8 mm gezogen worden war, eine Zugfestigkeit
von etwa 1900 kg/cm2 (27,000 PSI) zeigte.
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Obwohl das erfindungsjemäße zusammengesetzte Material zu 40A0 mit
mineralischen Submikronteilchen gefüllt war, zeigte es eine höhere Zugfestigkeit
und eine größere Widerstandsfähigkeit gegen das Aufreißen in der Längsrichtung als
das ungefüllte folypropylenO Man erkennt somit, daß die Erfindung ein Material vorsieht,
bei dem die Kosten der Ausgangsstolfe erheblich herabgesetzt sind, und wobei eine
Verbesserung der Eigenschaften derart erzielt wird, daß sich das zusammengesetzte
Material insr besondere zur üerstellung von Gurten aus Kunststoff oder dergleichen
eignet, um nur ein beispiel zu nennen.
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Beispiel 2 Um Vergleiche zu ermöglichen, wurden drei Versuche durchgeführt,
um die Bedeutung der mechanischen Vermahlung bei hoher Energiezufuhr für die Herstellung
der verbesserten zusammengesetzten Materialien nach der Erfindung nachzuweisen.
Bei allen drei Versuchen wurde der gleiche Asbest und das gleiche Polymer verwendet.
Der verwendete Asbest entsprach dem im Beispiel 1 erwähnten Asbest und wurde so
gemahlen und gesiebt, daß wiederum die im Deispiel 1 erwähnte Teilchengröße erzielt
wurde. Bei dem Polymer handelte es sich ebenfalls um das gleiche lineare
ataktische
Polypropylen, das im Beispiel 1 erwähnt wurde.
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Versuch A Der vorbereitend gemahlene Asbest und das Polymer wurden
im verhältnis von 40 Gewichtsprozent des Zusatz- oder Püllstoffs auf 60 Uewichtsprozent
des Polymers in Gegenwart von Trichloräthylen gemischt, wobei die enge des Trichloräthylens
ausreichte, um das Polymer bei milder Wärme von etwa 93O C in den Gelzustand zu
überführen; der Mischvorgang wurde fortgesetzt, bis der Asbest in dem Gel dispergiert
war. Die Dmspersion wurde weiter durch otrangpressen oder eine andere allgetileine
Durcharbeitung des Gels verbessert. Hierauf wurde das Trichloräthylen durch Verdampfen
entfernt, so daß man ein trockenes Pulver erhielt. Dieses trockene Pulver wurde
in einer kreisrunden Form unter Aufbringen eines Drucks von etwa 350 kg/cm2 bei
etwa 2500 C zu einer Scheibe geformt, die aus dem zusammengesetzten Material bestand,
das eine Polyäthylenmatrix mit einem Zusatz von Submikronteilchen aus Asbest darstellte.
Diese Scheibe hatte einen Durchmesser von etwa 32 mm und eine Dicke zwischen etwa
1,6 und etwa 3,2 mmO Versuch B Es wurde mit den gleichen Materialien, Mengenverhältnissen
und Verfahren sowie Bedingungen gearbeitet wie beim Versuch A, abgesehen davon,
daß nach dem Trocknen des Wels das erhaltene Pulver mehrere Minuten lang in der
im Beispiel 1 beschriebenen weise unter hoher Energiezufuhr gemahlen wurde, bevor
es unter Aufbringen von Druck geformt wurde.
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Versuch C Es wurde das gleiche nubmikron-Asbestmaterial und das gleiche
Solypropylen verwendet wie bei den Versuchen A und B; diese stoffe wurden in einem
Vernältnis von 45 Gewichtsprozent des Polymers auf 55 Gewichtsprozent Asbest in
einer Kugelmühle gemischt, um die Bestandteile im wesentlichen gleichmäßig ineinader
zu dispergieren0 Ohne das Gemisch in den Gelzustand zu bringen, wurde das Gemisch
direkt in die Mühle nach Fig. 1 bis 3 eingeführt und in der gleichen Weise gemahlen,
wie es bezüglich des Versuchs B beschrieben wurde. Dann wurde die gemahlene Komposition
unter Aufbringen von Druck entsprechend den versuchen A und B geformt0 Der gemäß
dem Versuch A geformte Knopf bzw. die Scheibe war spröde, d.h. sie konnte nur unter
einem ; dinkel von etwa 150 bis 200 durchgebogen werden, woraufhin sie plötzlich
durchbrach. Die gemäß den Versuchen B und C hergestellten Scheiben zeigten dagegen
untereinander ein im wesentlichen ähnliches Aussehen; sie waren beide flexibel,
nachgiebig und elastisch, und sie konnten unter einem winkel von etwa 900 durchgebogen
werden, woraufhin sie allmählich durchbrachen.
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Beispiele 3 bis 9 In der folgenden Tabelle sind 7 weitere Beispiele
für die Anwendung der Erfindung zusammengestellt ; die Tabelle enthält Angaben über
die Ausgangsstoffe, die prozentualen Mengen der Stoffe, das Verarbeitungsverfahren
und die Eigenschaften der gewonnenen zusammengesetzten Erzeugnisse.
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Bei- Bestandteile % erarbeitungs- Eigenschaften spiel verfahren 3
APP(1) 30 Wie Beispiel 1 Das geformte Erzeug-Absest(5) 70 nis ist bei gutem Zusammenhalt
spröde.
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4 APP 20 " Das geformte Erzeug-IPP(2) 20 nis ist bei gutem Zusammenhalt
spröde; gute Strangpreßeigenschaften.
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5 PDPE(3) 60 Wie Beispiel 1 Gute Kohäsion und Asbest 40 gute Formbarkeit
des Erzeugnisses; gute Strangpreßeigenschaften 6 LPE(4) 60 1? Gute Kohäsion und
Ge-Asbest 40 schmeidigkeit des geformten Erzeugnisses ; gute Strangpreßeigenschaften;
orientiert sich beim walzen in zwei Richtungen.
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7 APP 5 Wie Beispiel 1, Gute Kohäsion und Ge-IPP 60 jedoch Hoch-
schmeidigkeit des ge-Asbest 35 energieverah- formten Erzeugnisses; lung vor der
gute Strangpreßeigen-Gelerzeugung $schaften; hervorragende Eigenschaften beim Ziehen.
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8 APP 5 Wie Beispiel 1, wie Beispiel 7, je-IPP 60 doch wurde kein
doch keine ganz so Asbest 35 Gel hergestellt, guten Zieheigenschaften.
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9 IPP 35 wie Beispiel 1, Wie Beispiel 8 APP 5 jedoch Hoch-Asbest
energievermah-Diatomeen- 40 lung vor und erde (6) 20 nach der Gelerzeugung
1.
APP ist ein ataktisches amorphes Polypropylen von niedrigem Molekulargewicht, das
bei Raumtemperatur die konsistenz von Gummi hat.
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2. IPP ist ein isotaktisches Polypropylen (Hercules Nr. 6823, Schmelzindex
nach ASTM D 1238 = 0,4 bei 2300 C Gramm/10 min) von hohem Molekulargewicht, bei
dem es sich um ein ausgefälltes Pulver in Gestalt kornförmiger Agglommerate mit
einer Teilchengrö#e von 15 Mikron handelt.
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3. LDPE ist ein ataktisches Polyäthylen von geringer Dichte mit einem
Schmelzindex nach AoTM D 1238 = 2,0 bei 1900 C Gramm/ 10 min, das auf eine Korngröße
entsprechend 30 aschen je Zoll granuliert ist.
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4. LPE ist ein lineares Polyäthylen mit einem Schmelzindex nach ASTM
D 1238 = 5,0 bei 1900 C Gramm/10 min, das auf eine Korngröße entsprechend 30 waschen
oe Zoll granuliert ist.
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5. Der Asbest ist bei allen Beispielen der gleiche wie im Beispiel
1, und er wurde in der beschriebenen Weise vorgemahlen.
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6. bei der verwendeten Diatomeenerde handelte es sich um kalziniertes
Celite Nr. 319 der Firma Johns Manville; dieses Material wurde zusammen mit dem
Asbest auf eine Submikronteilchengröße vorgemahlen. enn bei den vorstehenden Beispielen
3 bis 9 der Zusatzstoff mit dem Polymermaterial im angegebenen Mengenverhältnis
gemischt würde, und zwar nur unter Anwendung bekannter Kischverfahren, wie es z.
B. beim Versuch A des beispiels 2 beschrieben
ist, würden die Eigenschaften
der gewonnenen zusammengesetzten Materialien erheblich anders sein. Im Falle des
beispiels 3 würde das geformte Erzeugnis keinen Zusammenhang aufweisen; beim Beispiel
4 würde bei dem geformten Erzeugnis im wesentlichen kein Zusammenhang vorhanden
sein, so daß dieses Erzeugnis praktisch unbrauchbar sein würde; im Falle der beispiele
5 und 6 qürden die geformten Erzeugnisse wachsig sein und nur schlecht zusammenalten;
im Falle der Beispiele 7, 8 und 9 würden die geformten Erzeugnisse spröde sein und
sich nur sehr schlecht durch Strangpressen und Ziehen verarbeiten lassen.
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Aus den vorstehenden beispielen für die Erfindung ist ersichtlich,
daß der unter hoher Energiezufuhr durchgeführte Mahlvorgang erheblich zu den erzielten
Ergebnissen beiträgt; die Anwendung dieses bahlverfahrens ermöglicht es, zusammengesetzte
Materialien zu erzeugen, die bessere und/oder andere Eigenschaften haben als die
Ausgangsstoffe. Zu den besonders bemerkenswerten verbesserten Eigenschaften gehören
die erhöhte Zugfestigkeit von in hohem Maße gefüllten polymeren, der bessere Zusammennalt
der geformten Erzeugnisse, eine bessere Verarbeitbarkeit durch Strangpressen und
Ziehen sowie eine Verbesserung der Elastizität, Geschmeidigkeit, Zähigkeit und Flexibilität.
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Da zu den gemäß der Erfindung verwendbaren Zusatzstoffen auch lamellare,
kornförmige und faserige aterialien gehören, die um ein Vielfaches billiger sein
können als die die Matrix bildenden Polymere, bietet die Erfindung erheblich wirtschaftliche
Vorteile. Im Hinblick auf die erzielbare Verbesserung der erwähnten Eigenschaften
bietet die Erfindung besondere Vorteile bei der nerstellung von Gurten oder Bändern
sowie von Fasern,
z.B. für textilien, zeile, Schnüre oder dergleichen,
und für zahlreiche andere Erzeugnisse. i;s wird angenommen, daß die unter einem
Mikron liegenden Abmessungen der Teilchen des Zusatzstoffs zu den gemäß der Erfindung
erzeilbaren Ergebnissen beitragen, denn sie können die unter hoher Energiezufuhr
erfolgende Vermanlung mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung erleichtern. werner
wird angenommen, daß die erwähnte Kombination von l'eilchenabmessungen in in Verbinduhg
mit der beschriebenen Vermahlung zu einer gründlicheren und gleichmäßigeren Dispersion
der Zusatzstoffteilchen in dem Polymermaterial beiträgt. Es wurde festgestellt,
daß Tafeln oder Platten, die nach der Vermahlung des Polymers und des Zusatzstoffs
bei hoher Energiezufuhr geformt worden waren, eine außergewöhnlich gleichmäßige
Dispersion der Zusatzstoffteilchen zeigten; man erkennt, daß die Zusatzstoffteilchen
in einem erheblichen Ausmaß in orm von nicht agglommerierten einzelnen Teilchen
dispergiert sind; im Gegensatz hierzu zeigten Flachmaterialien,die ohne Anwendung
einer Vermahlung geformt worden waren, z.B. gemäß dem Versuch A im Beispiel 2, eine
ziemlich ungleichmäßige Dispersion der Zusatzstoffteilchen in dem Matrixmaterial,
und es war zu erkennen, daß die Teilchen in einem erheblichen Ausmaß in Form von
agglommrierten Teilchen vorlagen. Diese gleichmäßigere Dispersion könnte auch zu
den gemäß der Zrfindung erzielbaren Verbesserungen beitragen, Die Unterschiede bezüglich
der Dispersion der teilchen des Zusatzstoffs können auf die Entstehung von Oberflächenbindungen
hoher Festigkeit zwischen dem Polymer und den einzelnen Zusatzxstoffteilchen zurückzuführen
sein, oder ihre Ursache darin
haben, daß ein größerer frozentsatz
der Oberfläche der Zusatzstoffteilchen mit dem Polymer in Berührung kommt, so daß
eine festere Bindung zwischen den Füllstoffteilchen und dem Polymer zustande kommt,
wenn die Vermahlung bei hoher Energiezufuhr bewirkt wird. Es wird angenommen, daß
diese Bindung hoher Festigkeit zwischen den Zusatzstoffteilchen und den teilchen
der £Watrix zur Verkleinerung agglomerierter, nicht miteinander verbundener Zusatzstoffteilchen
beiträgt, so daß die Teilchen des Zusatzstoffs an Polymerteilchen in Form einzelner
Teilchen des Zusatzstoffs feethaften.
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Ein weiteres merkmal der mit hoher EnergiezuSuhr erfolgenden Verahlung,
das zu den gemäß der Erfindung erzielbaren Ergebnissen beitragen kann, besteht darin,
daß während der Vermahlung die Tendenz besteht, die Teilchen des Füllstoffe zu "entzundern";
mit anderen worten, es werden z.B. Oxyde von der Oberfläche der Füllstoffteilchen
zusammen mit Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen entfernt, so daß eine sozusagen
frische Oberfläche entsteht, die leicht eine Bindung mit dem Polymer eingeht. Somit
kann man verschiedene Atmosphären zur Durchführung der Vermahlung wählen, um diese
Jirkungen zu verstärken. Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen handelte es
sich bei der vorhandenen Atmosphäre um Umgebungsluft; jedoch kann man auch eine
reduzierende Atmosphäre, z.B. Wasserstoff, anwenden, oder eine inerte Atmosphäre,
z.B. aus Stickstoff, oder man könnte die Mahlkammer evakuieren.
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Um nachzuweisen, daß die beschriebene Vermahlung mit hoher Energie
zufuhr zur Erzeugung großer Stoßkräfte zur Entstehung einer festen Bindung zwischen
den Teilchen des atrixmaterials
und den Zusatzstoffteilchen führt,
wurden die nachstehend beschrieDenen Versuche durchgeführt. Ein gemisch aus 50 Gewichtsprozent
Asbest und 50 Gewichtsprozent kornförmigem oolypropylen wurde in einem gewönnlichen
Haushaltmixer gemischt, um ein homogenes Gemisch zu erzeugen. Der verwendete Asbest
war der gleiche wie im Beispiel 1, und er war in der beschriebenen Weise vorgemahlen;
auch das Polypropylen entsprach den beim beispiel 1 gemachten Angaben. Mehrere Proben
dieses Gemisches wurden einzeln mit Hilfe einer mühle gemahlen, die der an Hand
von Fig. 1 bis 3 beschriebenen ähnelte; jede probe wurde bei verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten
des Nühlenläufers gemahlen, wobei jede Probe gleich lange gemahlen wurde, und zwar
während einer Zeitspanne, die ausreichte, um die gesamte Charge der liahlwirkung
des Läufers auszusetzen.
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Hierauf wurde jede gemahlene Probe in ein Gemisch aus Tetrachlorkohlenstoff
und Isopropylalkohol mit einem spezifischen Gewicnt von 1,1 eingeführt, wobei dies,
spezifische Gewicnt zwischen demjenigen des verwendeten Asbests (2,4) und demjenigen
des Polypropylens (0,91) lag. 3iese Gemische wurden jeweils kräftig gerührt und
dann stehen gelassen. Die Proben A und 2, die bei Umfangsgeschwindigkeiten des Mühlenläufers
von etwa 67 bzw. etwa 100 m/sec gemahlen worden waren, trennten sich schnell in
zwei Fraktionen, und zwar eine schwimmende raktion, die im wesentlichen aus Polypropylen
bestand, und in eine aus gefällte Fraktion, die im wesentlichen aus Asbest bestand.
Bei den Proben C, D, E, F und G, bei denen die Umfangsgeschwindigkeit des Mühlenläufers
120 bzw. 137 bzw. 153 bzw.
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200 bzw. 220 m/sec betragen hatte, wurde im wesentlichen die
gesamte
Charge ausgefällt, worauf zu ersehen ist, daß im wesentlichen bei jedem Pvlypropylenteilchen
eine erhebliche enge des zugesetzten Asbests fest mit dem Polypropylen verbunden
worden war. enn man eine Kontrollprobe des ungemahlenen Gemisches aus Asbest und
Polypropylen in dem erwähnten Gemisch mit einem spezifischen gewicht von 1,1 kräftig
rührte, trenntebsich das Material schnell in eine schwimmende Fraktion aus Polypropylen
und eine niedergeschlagene Fraktion aus Asbest, wie es bezüglich der Proben A und
B beschrieben wurde.
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Zwei weitere Proben H und I aus Asbest und Polypropylen wurden in
den Gelzustand gebracht und getrocknet, wie es bezüglich der Versuche A und B im
Beispiel 2 beschrieben wurde; diese Proben wurden dann in der erfindungsgemäßen
Weise gemahlen.
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Die Vermahlung der Probe H erfolgte bei einer Umfangsgeschwindigkeit
des Läufers von 67 m/sec, während die probe I bei einer Umfangsgeschwindigkeit von
200 m/sec vermahlen wurde. Bei der beschriebenen Flotation zerlegte sich die Probe
H in zwei Fraktionen, nämlich eine schwimmende Polypropylenfraktion und eine ausgefällte
Asbestfraktion, wie es auch bei den Proben A und B und der Kontrollprobe beobachtet
worden war; bei der Probe I setzte sich dagegen die gesamte Charge in Borm eines
Niederschlags ab, der aus mit Asbest verbundenem Polypropylen bestand.
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Eine weitere Probe J des Gemisches aus Asbest und Polypropylen wurde
vier Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen.
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Beim Einfahren des Mahlgutes und beim kräftigen UmrWhren in das erwähnte
Gemisch mit einem spezifischen Gewicht von 1,1 trennte sich das Material in eine
schwimmende Fraktion, die im
wesentlichen aus dem Eolypropylen
bestand, und eine abgesetzte Fraktion, die im wesentlichen den Asbest enthielt.
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Die gleichen Ergebnisse wie bei den Proben A bis J und der Kontrollprobe
wurden erzielt, wenn ein Ausgangsgemisch aus 50 des gleichen Polypropylens und 500
eines kornförmigen Asbests verwendet wurde, wie er als Typ 8T von der Firma Johns
Manville auf den Markt gebracht wird.
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Die beschriebenen Flotationsversuche zeigen, daß man bei der Einhaltung
eines bestimmten Energiepegels bei der erfindungsgemäßen Vermahlung eine feste Bindung
zwischen dem Asbest und dem Polypropylen erzielt. Bei den hier beschriebenen Materialien
wurde ein solcher Energiepegel bei einer Umfangsgeschwindigkeit des Mühlenläufers
von etwa 110 m/sec erreicht. Unterhalb dieser Umfangsgeschwindigkeit vereinigen
sich die Polymer- und Asbestteilchen nicht mit einer ausreichenden iestigkeit, so
daß ihre Trennung beim Umrühren in der Flotationsflüssigkeit nicht verhindert wird.
Ferner hat es sich gezeigt, daß die bis jetzt üblichen Verfahren zum herstellen
gefüllter Stoffe, z. B. die Behandlung in der Kugelmühle, die Überführung in den
Gelzustand oder die mechanische Durcharbeitung, nicht zur Ausbildung fester Oberflächenbindungen
zwischen dem Matrixmaterial und dem Zusatzstoff führen, wie es im egensatz hierzu
gemäß der ErIindung möglich ist.
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Diese feste Bindung, die bei dem pulverförmigen zusammengesetzten
material vorhanden ist, bleibt auch erhalten, wenn man das Pulver zu einem geformten
Erzeugnis verarbeitet. Proben, die den beschriebenen Proben A und F entsprachen,
wurden nach dem
Mahlen bei einer LäuSerumfangsgeschwindigkeit von
67 bzw. 200 m/sec bei etwa 220 bis 2300 C unter Aufbringen eines Drucks von etwa
350 kg/cm2 geformt. Bei der Probe A war der zugesetzte Asbest in hohem Maße agglomeriert,
da& Material ließ sich nur sehr schlecht ziehen, es hatte einen geringen Zusammenhalt,
es war spröde, und seine Zugfestigkeit nach dem Formen betrug nur etway112 kg/cm2.
Im eensatz hierzu zeigte die Probe F eine sehr gleichmäßige und im wesentlichen
agglomerationsfreie Dispersion des zugesetzten Asbests, sie ließ sich besser ziehen
als die Probe A, sie zeigte eine gute Kohäsion, die war flexibel und ihre Zugfestigkeit
im geformten Zustand betrug etwa 225 kg/cm2.
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Eine entsprechend geformte Probe aus dem ungefüllten Polypropylen
zeigte im geformten Zustand eine Zugfestigkeit von etwa 2 250 kg/cm2.
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Man erkennt somit, daß die Erfindung auf die verschiedenste Weise
abgewandelt werden kann, und zwar sowohl bezüglich der verwendeten Ausgangsstoffe
als auch der Verarbeitungsbedingungen und der Eigenschaften, die bei den zusammengesetzten
Materialien erzielt werden. Bei allen Ausbildungsformen besteht der ert der Erfindung
darin, daß sie es ermöglicht, Änderungen und Verbisserungen bezüglich der Eigenschaften
von eine Matrix bildenden Polymermaterialien durch die Beifügung großer Mengen an
Füllstoffen herbeizuführen. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
lassen sich somit die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen, ohne
daß der bereich der Erfindung verlassen wird Patentansprüche: