DE1778781A1

DE1778781A1 - Verfahren zur Herstellung von verstaerkten synthetischen thermoplastischen Materialien

Info

Publication number: DE1778781A1
Application number: DE19681778781
Authority: DE
Inventors: Davis John Howard
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1967-06-02
Filing date: 1968-06-04
Publication date: 1972-02-17
Also published as: FR1567610A; DE1778781B2; GB1200342A

Description

PRIORITÄT : 2. Juni 1967 - Orossbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten synthetischen thermoplastischen Materialien und auf die dabei hergestellten verstärkten Materialien.

Verstärkte thermoplastische Materialien werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man ein Verstärkungsmaterial und ein thermoplastisches Material beispielsweise auf einer Zweiwalzenmühle oder in einem Extruder kompundiert und dann den Crepe oder das Extrudat, die dabei erhalten werden, in Granalien zerkleinert.

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die anschließend zur Herstellung der gewünschten Gegenstände verformt werden. Ein Nachteil dieser Art von Verfahren liegt darin, daß, sofern das Verstärkungsmaterial faserförralg ist, die Fasern während des Kompunälerens und der Verarbeitung leicht zerbrechen und es aus diesem Grunde nicht möglich ist, Gegenstände, die lange Fasern enthalten, herzustellen. Weiterhin ist die Konzentration der Fasern, welche eingearbeitet werden kann, bei diesen Kompondierungsverfahren beschränkt, da die Fasern den Fluß des thermoplastischen Materials herabsetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten synthetischen thermoplastischen Materialien vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird« daß man ein Gemisch aus zwei faserförmigen Materialien bei einer Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien komprimiert, wobei zumindest das niedriger schmelzende Material ein synthetisches thermoplastisches Material 1st.

Gegebenenfalls können beide fnserförmige Materialien synthetische Thermoplaste sein.

Beispiele flir geeignete fasevförmige thermoplastische Materialien sind Polypropylen, Polyäthylen, Polymere und Mischpolymere von Vinylchlorid, Polyäthylenterephthalat, Polymere und Mischpolymere

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von Acrylnitril und die verschiedenen Polyamide. Das andere faserförmige Material kann auch eines dieser Materialien sein, oder es kann ein mineralisches faseriges Material sein« wie z.B. Glasfasern oder Asbestfasern. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch Metallfasern, Kohlenstoffasern oder dünne Drähte verwendet werden. m

Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren das niedriger schmelzende Material erhitzt wird, dann fließt es und bildet eine Matrix, die unter dsm herrschenden Druck das andere faserförmige Material in sich einschließt. Gegebenenfalls kann das andere faserförmige Material beschichtet sein, um dadurch die Haftung an dem niedriger schmelzenden thermoplastischen Material zu erhöhen« Wenn ein gleichmäßig verstärktes Produkt erhalten werden soll, dann müsser die beiden faserfSrmigen Materialien innig gemischt werden, bevor das Gemisch erhitzt und unter Druck gesetzt wird. Der nötige \ Mischungsgrad iiann dadurch erhalten werden, daß man die Fasern durch in der Textilindustrie allgemein bekannte Techniken, wie ζ,Βο Kardieren, mischt. Es können auch Verfahren,die in der Papierherstellung allgemein bekannt sind, verwendet werden, wobei eine Aufschlämmung der Fasern in Wasser oder in einer anderen inerten Flüssigkeit zwecks Mischung der Fasern bewegt, die Mischung anschließend gesiebt und der resultierende Kuchen getrocknet wird. Eine dritte Methode zur Herstellung; eines Fasergemischs, welche

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besonders für die Herstellung einer Mischung au3 zwei thermoplaste sehen Pasern geeignet ist, besteht darin, die beiden Materialien gleichzeitig, zu extrudieren, so daß die Extrudate sich vermischen Weiterhin können auch endlose Fäden Seite an Seite göftlhrt werden, um eine Watte oder Matte herzustellen, die dann auf die ge-

wUnsohte Grüße geschnitten wird.

Das Fasergemisch kann in jeder geeigneten Weise erhitzt und komprimiert werden, beispielsweise kann es zwischen zwei Druckwalzen hindurchgeftlhrt werden, die auf eine Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien erhitzt sind. In zweckmäßiger Welse kann das Material durch eine Reihe von Druckwalzen hindurchgefUhrt werden, wie z.B. Kaliander, die denen ähnlich sind, die bei der Herstellung von Metallblechen verwendet werden. Weiterhin kann das Gemisch auch in einer Presse komprimiert und erhitzt werden, welche flach sein kann, so daß ein folien- bzw. tafelförmiges Material entsteht. Es ist auch möglich, die obere und die unter Oberfläche der Presse in geeigneter Weise zu formen, so daß beim Pressen des Oemisohs dieses der Form folgt, wobei ein Gegenstand mit einer entsprechenden Form gebildet wird. Beispielswelse können bei Verwendung geeigneter Formen gewellte Platten oder kuppeiförmige Gegenstände herge_r stellt werden.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Folie oder

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Platte kann auch wieder erhitzt und durch ein geeignet geformtes Werkzeug verforrat werden, um den gewünschten Gegenstand herzustellen. Eine weitere Alternative besteht darin, die duroh das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten verstärkten thermo» plastischen Materlallen In Granalien su schneiden und in herkömmlichen Spritzgußverfahren zu verwenden.

Das bevorzugte Verhältnis von Verstärkungsfasern : Matrix bildenden Fasern Im Gemisch hängt von der Natur der faserförmigen Materialien und der Natur des herzustellenden Gegenstandes ab« Je höher der Prozentsatz an verstärkenden Fasern, d.h. an höher schmelzenden Fasern, Im fertigen Pressgegenstand ist, desto grüßer ist die Festigkeit des fertigen Materials. Jedooh wird die maximale Menge an verstärkenden Fasern, welche anwesend sein kann, duroh den Fließgrad bestimmt, den die Watte beim Vorpressen haben βύ·*· da eine minimale Menge an Matrix bildenden Fasern fUr diesen Zweck erforderlich ist. Im allgemeinen werden 2 1/2 bis 75 Volumteile verstärkende Fasern bevorzugt, aber dieser obere Grenzwert hängt vom jeweiligen Gemisch, von der Viskosität des Gemische aus dem geschmolzenen Matrix bildenden Material und dem verstärkenden faserförmigen Material und von der Wirksamkeit des Mlschens ab.

Die Erfindung wird duroh die folgenden Beispiele näher erläutert, Die BeLapiele sind nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen*

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Beispiel I

2,04 kg extrudierte. Polypropylenfasern rait einem Tlter yon 3 den wurden auf eine Länge von 38*1 um geschnitten, und 2,49 leg extrudierte und vorstreckte Polyäthylenterephthalatfasern mit einem Titer von 1,5 den wurden auf die gleiche Länge geschnitten. Diese beide Fasermassen wurden grob miteinander in einem Trichter gemischt und einer Xardlenaaschine zugeführt, welche eine 30*8 mm dicke Wattebahn aus gut gemischten Fasern herstellte. Diese Wattebahn wurde durch eine Benadelungsmaechine hindurchgefUhrt, um sie auf eine Dicke von 3,2 mn zu verdichten. Aus der resultierenden Bahn wurden 8 Stücke mit einem Durchmesser von 152,4 mm heraus geschnitten, welche zwischen den aufeinanderpassenden männlichen und weiblichen Teilen eines metallenen Verformungswerkzeugs bei 220⁰C libereinandergelegt wurden. Das Werkzeug wurde geschlossen und 5 Minuten bei einem Druck von 14 kg/cm² geschlossen gehalten, worauf der Druck auf 70 kg/om erhöht und die Form in j> Minuten auf 40°C abgekühlt wurde. Die Presse wurde dann geöffnet, und das PressstUck wurde entnommen. Das Pressstück entsprach dem Hohlraum des Werkzeugs. Das Polypropylen in der Wattebahn war geschmolzen und um die Polyäthylenterephthalatfasern geflossen. Durch das anschließende Verfestigen war ein Gegenstand aus mit Polyäthylenterephthalat verstärktem Polypropylen entstanden, der ein ansprechendes Oberfläohenaussehen besaß. Die Zugfestigkeit betrug 560 kg/ora und der Biegemodul 2,45 x 10* kg/om**.

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Beispiel II

20 g Asbestfasern und 40 g Nylonfasern mit einem Titer von 3 den, welche auf eine Länge von 12,7 mm geschnitten waren, wurden in 250 cm Wasser eingebracht« und das Gemisch wurde 1 Minute mit einem SohaufelrUhrer bewegt. Die wässrige Aufschlämmung wurde filtriert, und der resultierende Kuchen wurde 6 Stunden bei 130⁰C ' in einem Vakuumofen getrocknet. Der Kuchen wurde dann in eine Presse zwischen flache erhitzte Platten eingebracht, welche 5 Minuten auf 28o°C gehalten wurden und dann in weiteren 5 Minuten auf 40°C abgeklihlt wurden. Dabei wurden die gleichen Drücke wie in Beispiel 1 verwendet. Anschließend wurde das Pressteil entnommen. Es wurde eine Platte von 127>0 mm im Quadrat erhalten, welche aus Asbestfasern bestand« die gut in einer Nylonmatrix verteilt waren.

Beispiel III

20 g schwarze Kohlenstoffasern von 152*4 mm Länge und einem Durchmesser von 0,076 ram wurden von Hand mit 50 g 152,4 mm langeij weißer Polyäthylenterephthalatfasern gemischt, und zwar durch ein Öffnungsverfahren, um die Pasern zu trennen, worauf die Pasern wieder gemischt wurden. Der Mischungsgrad konnte durch die Mischung der beiden Farben bestimmt werden. Die gemischten Pasern wurden dann in den Hohlraum einer Form eingebracht und dem folgenden Fresszj^klus unterworfen. Die Form wurde auf 290⁰C erhitzt

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und mit Hilfe eines Stempels von 101,6 mm im Quadrat unter einen Druck von 5,08 t versetzt. Der Druck: wurde auf 20,52 t erhöht, und das Werkzeug wurde vor dem Öffnen auf 4o°C abgektlhlt, worauf das Pressteil entnommen wurde, welches aus einer kleinen Platte bestand, die sich aus einer Matrix aus Polyethylenterephthalat und KohlenstoffVerstärkungsfasern zusammensetzte.

Beispiel IY

50 g Nylonfasern von 25,4 mm Länge wurden in einem Hensehe1-Mlscher mit 50 g Glasfasern von 10 μ Durchmesser und 6,55 nun Länge gemischt. Die resultierende flaumige Fasermasse wurde zwischen Platten einer auf 290⁰C erhitzten Presse verformt, wobei der Presszyklus wie in Beispiel 5 war, worauf die Platten in 5 Minuten auf 4o°C abgekühlt wurden. Die resultierende Platte war gut verdichtet und hatte gute Zugeigenschaften, obwohl das Aussehen nicht so gut war, wie es in den vorhergehenden Beispielen erhalten wurde, da die Glasfasern eine Neigung zur Agglomeration zeigten, weil nämlich das anfängliche Mischen nicht ausreichend intensiv war.

Beispiel V

Endlose Nylon- und Glasfasern wurden gemeinsam in einen Strang gewickelt, welcher65,3 Gew.-# Glasfar.ern enthielt. Der Strang

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wurde in Längen geschnitten, und diese Längen wurden aufeinandergestapelt, so daß die Pasern in einer jeden Schicht senkrecht zu den Pasern der vorhergehenden Schicht lagen. Der Stapel wurde dann dem gleichen Temperatur- und Druekzyklus, wie er in Beispiel h verwendet wurde, unterworfen, um eine mit Glasfasern verstärkte Nylonplatte herzustellen, die einen Blegeraodul von 1,27 x

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kg/cm und eine Zugfestigkeit von 2800 kg/cra besaß.

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2 u 3 η η a / ü 5 ^ 2

Claims

- ίο - Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von verstärkten synthetischen thermoplastischen Materialien» bei welchem ein Gemisch aus zwei faserformIgen Materialien unter Druck versetzt wird, wobei mindestens das niedriger schmelzende Material ein synthetischer Thermoplast ist» dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bei einer Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das höher schmelzende der faserfärmigen Materialien beschichtet wird» um die Haftung an dem niedriger schmelzenden Material zu verbessern.

3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet» das das höher schmelzende faserförmige Material in einer Menge von 2 1/2 bis 75 Volumteilen je 100 Volumteile Fasergemisch verwendet wird.

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