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Verstärkte Polyamidformmasse Zusammenfassung: Polyamidformmassen
mit festen Glaskugeln und festen Glaskugel-GlasfaserfUllstoffen, die den Massen
gleichförmige Schrumpfeigenschaften verleihen.
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Beschreibung der Erfindung: Die Erfindung betrifft verbesserte thermoplastische
Formmassen. Insbesondere betrifft die Erfindung Formmassen aus Polymidharzen, die
einen Füllstoff aus festen Glaskugeln
oder aus festen Glaskugeln
und Glasfasern enthalten.
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Es ist bekannt, daß thermoplastische Kunststoffe und insbesondere
Polyamide in großem Umfang für die Herstellung von im Spritzguß geformten Produkten
verwendet werden. Die Polyamide haben zwar eine gute Eigenfestigkeit, gute Zähigkeit
und gute Temperaturbeständigkeit. Es ist jedoch auch bekannt, daß der Zusatz von
Verstärkungsmaterialien; die physikalischen Eigenschaften dieser Kunststoffe verbessert.
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Eine solche Verstärkung sind Glasfasern, wie beispielsweise in der
USA-Patentschrift 3 164 563 beschrieben wird. Glasfasern mit einem Durchmesser von
0,0002 bis 0,001 inch verbessern fraglos die gesamten Festigkeitseigenschaften von
Polyamiden, jedoch setzt man sich durch den Zusatz solcher Fasern zu einer Polyamidformmasse
auch den Nachteilen der Formschrumpfung und der nicht gleichmäßigen Verteilung der
Glasfasern in der Formmasse aus.
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Die Erfindung besteht in einer thermoplastischen Formmasse, die mit
festen Glaskugeln verstärkt ist. Mit Glaskugeln verstärkte Polyamidformmassen haben
eine verbesserte physikalische Festigkeit, die mit einer minimalen Formschrumpfung
kombiniert ist.
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Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Erfindung sind die Polyamidformmassen
mit festen Glaskugeln und Glasfasern als Füllstoffe verstärkt.
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Polyamide können ganz allgemein als die Polymerisationsprodukte von
Aminokarbonsäuren oder amidbildenden Derivaten
dieser Säuren oder
Mischungen von einem oder mehreren Diaminen mit einer oder mehreren Dikarbonsäuren
oder den Salzen-dieser Säuren mit Diaminen beschrieben werden. Beispiele solcher
Polyamide sind polymerisiertes Caprolactam, das im Handel als Nylon 6 bezeichnet
wird, Polyhexamethylenadipamid, das im Handel als Nylon 66 bekannt ist und Nylon
6/66 Copolymere.
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Die festen Glaskugeln oder Perlen, die. als Verstärker für Stoffe
in der Formmasse verwendet werden, sind einheitliche und diskrete Feststoffkugeln
aus verschiedenen Alkalisilikat-Gläsern. Die Durchmesser der Kugeln können von 5
bis 100 Mikron variieren, bevorzugt werden Kugeln mit Durchmessern von etwa 10 bis
50 Mikron. Wie noch ausgeführt wird, bewirken feste Glasperlen mit einem Durchmesser
über 105 Mikron schlechte Fließeigenschaften während des Compoundierens und haben
schlechte physikalische Eigenschaften der geformten Endprodukte zur Folge.
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Die Glasfasern für die Polyamide, die mit Glaskugeln und Glasfasern
verstärkt werden, bestehen hauptsächlich aus "E"-Glas, das ein relativ sodafreies
Kalk-Tonerde-Borsilikat-Glas ist. Es ist bekannt, daß Glasfasern Formmassen eine
verbesserte Festigkeit verleihen, sie tendieren aber auch dazu, sich der Länge nach
in der Richtung zu orientieren, in der die Formmasse in die Form einfließt. Wenn
dann der geformte Teil abkUhlt und schrumpft, findet diese Schrumpfung in einer
Richtung statt, da das Zusammenschrumpfen in Strömungsrichtung durch die richtungsmäßig
orientierten Glasfasern gehemmt wird, während dem Schrumpfen in einer Richtung senkrecht
dazu weniger Widerstand geleistet wird.
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Durch die Kombination von Glaskugeln und Glasfasern in einer Formmasse
kann man das Schrumpfen in Strömungsrichtung wesentlich verringern.
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Das Compoundieren oder Mischen der Formmassen nach der Erfindung erfolgt
in üblicher Weise. Beispielsweise wird ein Polyamidharz in Form von Pellets mit
einer gewünschten Menge von festen Glasperlen und/oder Glasfasern in einem Trommelmischer
oder einem Bandmischer gemischt. Nach vollständiger Durchmischung wird die Mischung
in einen Extruder geleitet, z.B. in einen 24/1 Extruder mit nur einer entlüfteten
Schnecke und vielen Düsen und durch eine Tabletten-Strangpreßform extrudiert. Das
Extrudat wird dann entweder mit Luft oder mit Wasser gekühlt und in Pellets geschnitten.
Wie üblich wrdoein Vakuum an den Extruder gelegt, um flüchtige Stoffe aus dem Extrudat
zu entfernen und das richtige Molekulargewicht des -Polymids aufrecht zu erhalten.
Natürlich können Gleitmittel, Formtrennmittel, Stabilisiermittel und andere Zusätze
in die Formmassen nach der Erfindung eingemischt werden, wenn dies gewünscht wird.
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Um beste physikalische Gesamteigenschaften und eine sehr wirtschaftliche
Herstellung zu erhalten, wurde gefunden, daß der bevorzugte Ansatz für die mit Feststoffkugeln
gefüllten Polyamide 35 bis 45 Gew.-% feste Glaskugeln und bei einem Ansatz mit Glaskugeln
und Glasfasern etwa 20 bis 30 Gew.-% feste Glaskugeln und 20 bis 10 Gew.-9 Glasfasern
enthalten soll.
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Für die Darstellung der physikalischen Eigenschaften der Formmassen
nach der Erfindung wurden eine Reihe von Versuchen nach der ASTM D 638-Vorschrift,
Typ I, durchgeführt.
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Es wurden Spannstäbe aus folgenden Massen hergestellt:
Masse
A 59,5 % Nylon 66 40,0 % Glasperlen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von
44 Mikron 0,5 % Hilfsstoffe Masse B 59,5 % Nylon 66 25,0 % Glasperlen mit einem
durchschnitt lichen Durchmesser von 44 Mikron 15,0 % kurze Glasfasern 0,5 % Hilfsstoffe
Masse- C 59,5 % Nylon 66 40,0 % kurze Glasfasern 0,5 % Hilfsstoffe Masse D 59,5
% Nylon 66 40,0 % Glasperlen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 150 Mikron
0,5 % Hilfsstoffe Masse E 79,5 % Nylon 66 20,0 % kurze Glasfasern 0,5 % Hilfsstoffe
Masse F 100,0 % Nylon 66 Die verschiedenen Versuche und die Ergebnisse dieser Versuche
tnd in einer Tabelle zusammengestellt.
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Arbeitsweise nach Massen ASTM-Vorschrift A B C D E F Formschrumpfung
D955-61 in cm/cm 0,019 0,005 0,003 0,017 0,005 -Bruchfestigkeit D638-64T in kg/cm2
997 1622 2100 627 1408 807 (10³ psi) (14.1 23.1 29.9 8.94 20.1 11.5) Biegemodul
D790-63 in kg/cm² 51300 89900 116000 51000 58400 30200 (105 psi) (7.31 12.8 16.5
7.26 8.31 4.3) Druckfestigkeit D695-63T in kg/cm² 2560 1784 1818 1840 1655 2948
(10³ psi) (36.5 25.4 25.9 26.2 23.6 4.2) prozentuale Verformung unter einer Belastung
von 280 kg/cm² bei 50°C D621-64 0.80 0.86 0.57 1.25 1.15 -Kerbschlagzähigkeit in
cm kg/2,54 cm D256-56 9,9 16,4 19,8 3,3 11,5 16,4 (Ft-lb/inch of Notch) (0.6 1.0
1.2 0.2 0.7 1.0) Taber-Abrieb D1044-56 mg/1000 Zyklen 38.0 52.0 45.0 44.0 54.0 -Fließgeschwindigkeit
D 1238-65T g/10 Min. 4.3 1.4 0.8 0.7 0.9 -
Wie aus der Tabelle ersichtlich
ist, haben die Massen nach der Erfindung, d.h. die Massen A und B physikalische
Eigenschaften, die dem ungefAllten Nylonharz weit überlegen sind.
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Hinsichtlich der faserverstärkten Nylonharze kann weiter festgestellt
werden, daß insgesamt die physikalischen Eigenschaften der mit festen Glasperlen
verstärkten Nylonkunst stoffe auch überlegen sind.
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Um die ausgezeichneten Schrumpfeigenschaften der Formmassen nach der
Erfindung darzustellen, wurde ein Barren mit einer Länge von etwa 16,5 cm ( 6 1/2
inch),einer Breite von 2,45 cm (1 nach und einer Dicke von 0>635 cm (1/4 inch)
unter Verwendung der Massen A, B und C geformt und die Schrumpfung gemessen. Die
nachfolgende Tabelle veranschaulicht die Ergebnisse.
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Durchschnittliche Schrumpfung cm/cm (inch/i « Länge Breite Dicke
Masse A 0,0115 0,021 0,022 Masse B o,oo88 0,020 0,0265 Masse C 0,0047 0,022 0,042
Es wird betont, daß die Schrumpfung in der Länge, die in diesem Fall in Strömungsrichtung
verläuft, weitgehend durch den Zusatz von Glasfasern verringert wird, während die
Schrumpfung in der Breite und Dicke gleichmäßiger wird, wenn Glaskugeln oder Glasperlen
zugesetzt werden. Insgesamt ist die Schrumpfung gleichmäßiger, wenn Glasperlen in
der Formmasse vorhanden sind.