DE1778781B2

DE1778781B2 - Verfahren zur Herstellung von verstärkten thermoplastischen Gegenständen

Info

Publication number: DE1778781B2
Application number: DE19681778781
Authority: DE
Inventors: John Howard Hertford Davis (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1967-06-02
Filing date: 1968-06-04
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1200342A; FR1567610A; DE1778781A1

Description

Verstärkte thermoplastische Gegenstände werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man ein faserförmigcs Verstärkungsmaterial und ein thermoplastisches Material, welches die Matrix bilden soll, beispielsweise auf einer Zweiwalzenmühle oder in einem Extruder knetet und dann das erhaltene Walzfell oder Extrudat in Granalien zerkleinert, die anschließend zur Herstellung der gewünschten Gegenstände verformt werden. Ein Nachteil dieser Art von Verfahren liegt darin, daß die Fasern während des Knetens leicht zerbrechen und es aus diesem Grunde nicht möglich ist, Gegenstände, die lange Fasern enthalten, herzustellen. Weiterhin ist der Faseranteil, der eingearbeitet werden kann, bei diesen Verfahren beschränkt, da die Fasern die Fließfähigkeit des thermoplastischen Matrixmaterials herabsetzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten thermoplastischen Gegenständen zu schaffen, bei welchem die Fasern nicht zerbrochen werden.

So wird also gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten thermoplastischen Gegenständen aus einem höher schmelzenden faserförmigen Verstärkungsmaterial und einer niedriger schmelzenden thermoplastischen Kunststoffmatrix durch Mischen von teilchenförmigen! thermoplastischen Kunststoff mit dem faserförmigen Verstärkungsmaterial und Erhitzen des Gemischs unter Druckanwendung auf eine zwischen den Schmelzpunkten der beiden Komponenten liegende Temperatur vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als teilchenförmiger thermoplastischer Kunststoff thermoplastische Kunststoffasern in einer Menge von 2,5 bis 75 Voi.-Teilen je 100 Vol.-Teile Fasergemisch verwendet werden.

Beispiele für geeignete thermoplastische Kunststofffasern für die Herstellung der Matrix sind solche aus Polypropylen, Polyäthylen, Polymeren und Mischpolymeren von Vinylchlorid, Polyäthylenterephthalat, Polymeren und Mischpolymeren von Acrylnitril und den verschiedenen Polyamiden. Das faserföraiige Verstärkungsmaterial kann ebenfalls aus solchen Materialien oder einem mineralischen Fasermaterial, wie z. B. aus Glasfasern oder Asbestfasern, bestehen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch Metallfasern, Kohlenstoffasern oder dünne Drähte verwendet werden.

Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren das Fasergemisch unter Druck erhitzt wird, dann zerflteßen die thermoplastischen Kunststoffasern und bilden eine Matrix, die das faserförmige Verstärkungsmaterial in sich einschließt. Gegebenenfalls kann das faserförmige Verstärkungsmaterial vorher beschichtet werden, um dadurch die Haftung an dem niedriger schmelzenden thermoplastischen Matrixmaterial zu erhöhen. Wenn ein gleichmäßig verstärktes Produkt erhalten werden soll, dann müssen die beiden faserförmigen Materialien innig gemischt werden, bevor das Gemisch erhitzt und unter Druck gesetzt wird ao Der nötige Mischungsgrad kann dadurch erhalten werden, daß man die Fasern durch in der Textilindustrie allgemein bekannte Techniken, wie z. B. Kardieren, mischt. Es können auch Verfahren, die in der Papierherstellung allgemein bekannt sind, verwendet weras den. Zum Beispiel kann eine Aufschlämmung der Fasern in Wasser oder in einer anderen inerten Flüssigkeit zwecks Mischung der Fasern gerührt werden, worauf dann die Mischung anschließend gesiebt und der resultierende Kuchen getrocknet wird. Eine dritte Methode zur Herstellung eines Fasergemischs, welche besonders fur die Herstellung einer Mischung aus zwei thermoplastischen Fasern geeignet ist, besteht darin, die beiden Materialien gleichzeitig zu extrudieren, so daß die Extrudate sich vermischen. Das Fasergemisch kann in jeder geeigneten Weise erhitzt und gepreßt werden. Beispielsweise kann es zwischen zwei Druckwalzen hindurchgeführt werden, die auf eine Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der beiden Materialien erhitzt sind. In zweckmäßiger Weise wird das Material durch eine Reihe von Druckwalzen hindurchgeführt, wie z. B. durch Kalander, die denen ähnlich sind, die bei der Herstellung von • Metallblechen verwendet werden. Weiterhin kann das Gemisch auch in einer Presse verdichtet und erhitzt werden. Wenn die Presse flach ist, dann wird ein folien- bzw. tafelförmiges Material erhalten. Es ist auch möglich, die obere und die untere Oberfläche der Presse in geeigneter Weise zu formen, so daß beim Pressen des Gemischs dieses der Form folgt, wobei ein Gegenstand mit einer entsprechenden Form gebildet wird. Beispielsweise können bei Verwendung geeigneter Formen gewellte Platten oder kuppeiförmige Gegenstände hergestellt werden.

Eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Folie oder Platte kann auch wieder erhitzt und durch ein geeignet geformtes Werkzeug verformt werden, um den gewünschten Gegenstand herzustellen. Das bevorzugte Verhältnis von Verstärkungsfasern zu Matrixfasern im Gemisch hängt von der Natur der faserförmigen Materialien und der Natur des herzustellenden Gegenstandes ab. Je höher der Prozentsatz an Verstärkungsfasern im fertigen Gegenstand ist, desto größer ist auch seine Festigkeit. Jedoch wird die maximale Menge an Verstärkungsfasern, welche anwesend sein kann, durch die Fließeigenschafien bestimmt, die das Fasergemisch beim Pressen Und Erhitzen haben muß, da hierfür eine Mindestmenge an Matrixfasern erforderlich ist.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

2.04 kg extrudierte Polypropylenfasern mit einem Titer von 3 den wurden auf eine Länge von 38,1 mm geschnitten, und 2,49 kg extrudierte und verstreckte Polyäthylenterephthalatfasern mit einem Titer von

1.5 den wurden auf die gleiche Länge geschnitten. Diese beiden Fasermassen wurden grob miteinander in einem Trichter gemischt und einer Kardiermaschine zugeführt, welche eine 50,8 mm dicke Wattebahn aus gut gemischten Fasern herstellte. Diese Wattebahn wurde durch eine Benadelungsmaschine hindurchgeführt, um sie auf eine Dicke von 3,2 mm zu verdichten. Aus der resultierenden Bahn wurden 8 Stücke mit einem Durchmesser von 152,4 mm herausgeschnitten, welche zwischen der Matrize und der Patrize eines metallenen Verformungswerkzeugs bei 220° C übereinandergelegt wurden. Das Werk- ao zeug wurde geschlossen und 5 Minuten bei einem Druck von 14 kg/cm² geschlossen gehalten, worauf der Druck auf 70 kg/cm² erhöht und die Form in 3 Minuten auf 40° C abgekühlt wurde. Die Presse wurde dann geöffnet, und das Preßstück 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 Oberflächenaussehen besaß. Die Zugfestigkeit betrug 560 kg/cm² und der Biegemodul 2,45x10" kg/cm².

Beispiel 2

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 Schaufelrührer bewegt. Die wäßrige Aufschlämmung wurde filtriert, und der resultierende Kuchen wurde 6 Stunden bei 130° C in einem Vakuumofen getrocknet. Der Kuchen wurde dann in eine Presse zwischen flache erhitzte Platten eingebracht, welche 5 Minuten auf 280° C gehalten und wurden dann in weiteren 5 Minuten auf 40° C abgekühlt 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 3

20 g schwarze Kohlenstoffasem von 152,4 mm Länge und einem Durchmesser von 0,076 mm wurden von Hand mit 50 g 152,4 mm langen, weißen PoIyäthylenterephthalatfasern gemischt, und zwar durch ein öffnungsverfahren, um die Fasern zu trennen, worauf die Fasern wieder gemischt wurden. Der Mischungsgrad konnte durch die Mischung der beiden Farben bestimmt werden. Die gemischten Fasern wurden dann in den Hohlraum einer Form eingebracht und dem folgenden Preßzyklus unterworfen. Die Form wurde auf 290° C erhitzt und mit Hilfe eines Stempels von 101,6 mm im Quadrat unter einen Druck von 5,08 t versetzt. Der Druck wurde auf 20,32 t erhöht, und das Werkzeug wurde vor dem öffnen auf 40° C abgekühlt, worauf das Preßteil entnommen wurde, welches aus einer kleinen Platte bestand, die sich aus einer Matrix aus Polyäthylenterephthalat und Kohlenstoffverstärkungsfasern zusammensetzte.

Beispiel 4

50 g Nylonfasern von 25,4 mm Länge wurden in einem Mischer mit am Boden schnell umlaufendem Rührwerkzeug mit 50 g Glasfasern von 10 μ Durchmesser und 6,35mm Länge gemischt. Die resultierende flaumige Fasermasse wurde zwischen Platten einer auf 290° C erhitzten Presse verformt, wobei der Preßzyklus wie in Beispiel 3 war, worauf die Platten in 5 Minuten auf 40° C abgekühlt wurden. Die rusultierende 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 5

Endlose Nylon- und Glasfasern wurden gemeinsam in einen Strang gewickelt, welcher 65,3 Gewichtsprozent Glasfasern enthielt. Der Strang wurde in Längen geschnitten, und diese Längen wurden aufeinandergestapelt, so daß die Fasern in einer jeden Schicht senkrecht zu den Fasern der vorhergehenden Schicht lagen. Der Stapel wurde dann dem gleichen Temperatur- und Druckzyklus, wie er in Beispiel 4 verwendet wurde, unterworfen, um eine mit Glasfasern verstärkte Nylonplatte herzustellen, die einen Biegemodul von 1,27 χ 10^s kg/cm² und eine Zugfestigkeit von 2800 kg/cm² besaß.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von verstärkten thermoplastischen Gegenständen aus einem höher schmelzenden faserförmigen Verstärkungsmaterial und einer niedriger schmelzenden thermoplastischen Kunststoffmatrix durch Mischen von teilchenförmigen! thermoplastischen Kunststoff mit dem faserförmigen Verstärkungsmaterial und Erhitzen des Gemische unter Druckanwendung auf eine zwischen den Schmelzpunkten der beiden Komponenten liegende Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß als teilchenförmiger thermoplastischer Kunststoff thermoplastische Kunststoffasern in einer Menge von 2,5 bis 75 Vol.-Teilen je 100 Vol.-Teile Fasergemisch verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Verstärkungsmaterial zur Verbesserung der Haftung an der Kunststoff matrix vorher beschichtet wird.