DE2554060C3

DE2554060C3 - Verfahren zum Extrudieren von thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE2554060C3
Application number: DE2554060A
Authority: DE
Inventors: Terence Colwyn Warrington Lancashire Pearson
Original assignee: FILLITE (RUNCORN) Ltd RUNCORN CHESHIRE GB
Current assignee: FILLITE (RUNCORN) Ltd RUNCORN CHESHIRE GB
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1984-07-26
Also published as: IT1052500B; LU73913A1; SE7512796L; DE2554060B2; SE427186B; NL7513776A; FI753261A7; NO149738C; FR2293463B1; DK513075A; FR2293463A1; BE836315A; GB1522620A; NO753812L; FI66888B; DE2554060A1; CA1057900A; FI66888C; NO149738B; JPS5182367A

Description

30

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrudieren oder Spritzgießen von mit einem anorganischen Füll-" stoff versehenen thermoplastischen Kunststoffen.

Bei einem bekannten Verfahren besteht die Formmasse aus einem Schaumstoff, welcher mit einem porösen Mineralfüllstoff versehen ist Der Mineralfüllstoff ist hierbei puder- oder pulverförmig, um eine möglichst große spezifische Oberfläche des Füllstoffes zu erreichen. Nachteilig bei dieser bekannten Formmasse ist es, daß der verwendete Füllstoff ein hohes spezifisches Gewicht hat, was zu einem entsprechend hohen Gewicht der aus einem derartigen Material hergestellten Gegenstände führt.

Nun ist es in anderem Zusammenhang bereits bekannt, einer. Füllstoff in Form von hohlen Partikeln zu verwenden, jedoch hat sich hierbei stets gezeigt, daß sich mit einem aus hohlen Partikeln bestehenden Füllstoff versehene Kunststoffe nicht extrudieren oder spritzgießen lassen. Hierbei kommt es nämlich durch die hohen Spritzgußdrücke zu einem Zusammenbrechen oder Zusammendrücken der hohlen Füllstoffpartikel, die dadurch, daß sie gebrochen sind, schleifmittelartig wirken und in der Spritzgußmaschine sowie in der Spritzgußform Schaden verursachen. Außerdem wird durch das Zusammenbrechen der hohlen Füllstoffpartikel die Materialdichte und damit das Gewicht des erzeugten Gegenstandes wieder erhöht.

Zwar sind auch Füllstoffe in Form von elastischen hohlen Partikeln bekannt, die unter Druck zusammendrückbar sind, jedoch ist es hierbei nachteilig, daß durch die Elastizität der Füllstoffpartikel die Steifigkeit und die Maßhaltigkeit des erzeugten Gegenstandes nicht in ausreichendem Maße gewährleistet ist. Dies gilt insbesondere in den Bereichen von Materialanhäufungen, in denen die Füllstoffpartikel ihre Ursprungsform nicht oder erst nach dem Ausformen wiedererlangen können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich damit mit einem anorganischen Füllstoff versehene thermoplastische Kunststoffe bei geringer Materialdichte und einem geringen spezifischen Gewicht unter Aufrechterhahung dieser Eigenschaften unter Druck verformen, also extrudieren und/oder spritzgießen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der anorganische Füllstoff aus hohlen Partikeln besteht, die mit dem thermoplastischen Kunststoff gemischt werden und daß die erhaltene Mischung extrudiert oder unter Druck verarbeitet wird, wobei ein Blähmittel zur Bildung eines Schaumes hinzugefügt wird.

Mit diesem Verfahren wird erreicht, daß eine einwandfreie Verformung des Materials unter Druck durch Extrudieren oder Spritzgießen trotz der V," wendung von hohlen Partikeln als Füllstoffmaterial möglich wird, weil die hohien Partikel durch die durch dessen Aufformbarkeit gegebene Nachgiebigkeit des Kunststoffmaterials in ihrer Form unbeschädigt bleiben und nicht wie bei den bekannten Verfahren zusammengedrückt und zerstört werden. Durch die Zugabe des Blähmittels während des Extrusionsvorganges werden die hohlen Partikel in den Gasblasen des sich bildenden Schaumes aufgenommen und damit einem vergleichsweise geringen Druck ausgesetzt, so daß sie nicht zerstört werden können. Hierdurch tritt außerdem eine gleichmäßige Verteilung der Partikel im Schaum auf und damit eine gleichmäßige Strukturierung des Schaumes selbst (Strukturschaum). Außerdem ist sichergestellt, daß die Partikel nicht nach außen durchtreten können, so daß die Hautbildung nicht beeinträchtigt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können also in kostengünstiger Weise Gegenstände mit einem niedrigen spezifischen Gewicht, aber dennoch einer gleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit und gleichmäßiger Struktur sowie mit vergrößerter Steifigkeit erzeugt werden.

Durch die Verwendung des Blähmittels und des Füllstoffes ist außerdem die Füllung der Form ohne weitere Materialzugabe gesichert, so daß die Erzeugung von Spannungen in dem extrudierten Material weitgehend reduziert ist. Die bei den bekannten Verfahren und Formmassen beim Abkühlungsvorgang auftretenden Kontraktionen und das hierfür erforderliche Nachfüllen von Material sind auf diese Weise wirksam vermieden. Damit ist die Produktion von Formkörpern von gleichmäßig hoher Qualität gesichert.

Gegenüber den bekannten Verfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren außerdem noch die folgenden Vorteile:

a) die Rohmaterialkosten sind durch den Einschluß des Füllstoffes reduziert, da dieser sehr viel weniger kostet als das Kunststoffmaterial;

b) die Formgebungszeit ist als Folge der reduzierten Abkühlungszeit in der Form verringert. Die Zeit,

. bis zu der der Formkörper eine Steifigkeit erreicht, die ausreicht, um den Formkörper aus der Form auszuwerfen, ist mithin verkürzt. Dies ergibt geringere Produktionskosten;

c) ein Gewicht und eine Oberflächenstruktur der Erzeugnisse, die ähnlich der von Holz sind, kann durch geeignete Mischungsverhältnisse des Kunststoffmaterials und des Füllstoffes erreicht werden;

d) die Oberflächenstruktur, die durch den Einschluß des Füllstoffes erhalten wird, erleichtert die Bema-

lung oder ähnliche Nachbehandlungen nach der Formgebung, wie ein Bedrucken und ein Metallisieren. Es wurde gefunden, daß das Bedrucken meistens unmittelbar nach der Formgebung vorgenommen werden kann, während konventionelle Formkörper mehrere Tage vordem Druckvorgang gelagert werden müssen. Die einzige Vorbereitung der Oberfläche, die hierzu normalerweise nach dem Herstellungsverfahren nötig ist, besteht in der Aufbringung eines Prismers, falls das Material Polypro- ι ο pylen ist Oberflächenfehler, wie tränenförmige Tropfen oder Risse, die normalerweise auf Polypropylenschaumkörpern erscheinen, sind eliminiert;

e) der Einschluß des Füllstoffes reduziert die Wärmeleitfähigkeit des Formkörpers;

f) die Steifigkeit, die Biegefestigkeit, die Formstabüität bzw. die Abmessungsstabilität und der Wärmeverformungspunkt des Kunststoffes sind als Ergebnis des Einschlusses des Füllstoffes vergrößert;

g) die Formkörper sind frei von Einsenkungen, so daß Formkörper von verschiedener Dicke leicht mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden können;

h) der Verschleißwiderstand der Formkörper ist verbessert;

i) die Schaumstruktur ist über den Querschnitt des Formkörpers infolge der Wirkung des Füllstoffes als Kernbildungsmittel während des Materialflusses in die Form gleichmäßiger. Das Auftreten von großen Hohlräumen in dem Schaum ist reduziert; und

j) die im Formkörper verbleibende Spannung ist reduziert, so daß ein abmessung3Stai:^:!er Formkörper gebildet wird, der genauer der Form und den Abmessungen der Spritz- oder Gußform entspricht.

Die Partikel des Füllstoffes können die Form von hohlen Kugeln haben und vorzugsweise aus Aluminiumsilikat bestehen und eine chemische Zusammensetzung haben, die 46 bis 68 Gcw.-% SiO₂ und 20 bis 38 Gew.-°/o AI2O3 aufweist, wobei der Rest Alkali in der Form von Na2Ü und K2O und Eisenoxyd, wie Fe2O3 ist und wobei der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1,5 hat.

Die Partikel des Füllstoffes können etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffgranuiates haben, sie können jedoch auch wesentlich kleiner als die Partikel des Kunststoffgranulates sein, wobei in diesem Fall ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges und vor dem Formgebvngsarbeitsgang zugefügt wird, um ein gleichförmiges Gemisch zu erzielen und eine Trennung der Füllstoff- und Kunststoffpartikel zu vermeiden.

Die Verwendung eines aus Aluminiumsilikat bestehenden Füllstoffes hat gegenüber den bekannten Füllstoffmaterialien trotz der an sich höheren Kosten von Aluminiumsilikat den Vorteil, daß die fertige Kunststoffmasse billiger wird. Zwar sind die auf das Gewicht bezogenen Kosten von Aluminiumsilikat zur Zeit etwa zwei- bis dreimal so hoch wie die Kosten eines üblichen Füllstoffes, jedoch hat letzterer eine vier- bis fünfmal so große Dichte im Vergleich zu dem aus hohlen Aluminiumsilikatpartikeln bestehenden Füllstoff. Damit lassen sich unter Verwendung des aus Aluminiumsilikat bestehenden Füllstoffes die hiermit erzeugten Gegenstände weitaus kostengünstiger herstellen.

Eine andere wesentliche Kosteneinsparung im Vergleich zu den bekannten Spritzgrußverfahren besteht in der Reduzierung der Arbeitszeit pro Spritzgußvorgang infolge des schnelleren Absetzens der gespritzten Gegenstände in der Form, was es ermöglicht, diese innerhalb kürzerer Zeit aus der Form auszuwerfen. Dies ist ein direktes Ergebnis des Einschlusses des Füllstoffes. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es außerdem leichter, geformte Gegenstände sowohl auf 'Schaumspritzgußmaschinen als auch auf konventionellen Formgebungsmaschinen herzustellen. Bisher nicht als geeignet für die Herstellung aus Schaum angesehene Gegenstände können nunmehr aus diesem Material hergestellt werden.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Zufügung des Füllstoffes zu einem Zweikomponentengemisch eines thermoplastischen Schaumes wie Polyurethan. Der Schaum wird durch chemische Reaktionen erzeugt und die Kombination der zwei Komponenten wie Polyol und Isocyanat erzeugt den Schaum mit dem darin eingelagerten Füllstoff. Der so erhaltene Schaum hat ähnliche Vorteile wie derjenige, der aus anderem Kunststoffmaterial erzeugt wird. Es können weitere Zusätze wie Verstärkungen, beispielsweise aus Glasfiber, zusammen mit der Formmasse gemischt werden. Die Verbindung Füllstoff und Glasfiber ergibt eine Kombination von verbesserten physikalischen Eigenschaften, die in vergrößerter Zugfestigkeit, vergrößerter Steifigkeit und Warm verformbarkeit bestehen, während die Vorteile einer gleichmäßigeren Schaumstrukf.ur und einer hohen Oberflächengüte, die sich aus der Verwendung des Füllstoffes ergeben, erhalten bleiben.

Eine weitere Verbesserung in der Adhäsion des Kunststoffes zwischen dem Füllstoff und dem thermoplastischen Material kann durch die Verwendung eines Verbindungsmittels, wie Silane erhalten werden. Daraus ergibt sich eine weitere Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, wie der Zug- und Druckfestigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen unter Last.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Extrusion in profilierten Formen. Die erreichten Vorteile sind ähnlich denjenigen bei den Spritzgußverfahren und schließen Kostenersparnisse beim Rohmaterial ein, die sich aus dem reduzierten Gewicht des Extrusionsmaterials und reduzierten Materialkosten und einem vergrößerten Extrudierungsausstoß ergeben, wobei hif rzu auch eine vergrößerte Steifigkeit, das Fehlen von Einsenkungen und verbesserte Formstabilität bzw. Abmessungsstabilität gehören. Die Extrusion von Abschnitten, die 5 mm stark oder stärker sind, wird leichter durchführbar. Die Kosten der Extrusion liegen so, daß die so hergestellten Erzeugnisse mit Erzeugnissen aus Holz konkurrenzfähig werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen näher erläutert, wobei bei den folgenden typischen Gemischen die Materialverhältnisse sämtlich Gewichtsprozente sind.

Beispiel 1

Polypropylen

Füllstoff

Blähmittel

67,0%

32,5%

0,5%

	Beispiel 2
Polystyrol Füllstoff Blähmittel	67,0% 324% 04%
	Beispiel 3
Polyacetal Füllstoff Blähmittel	75,0% 24,5% 04%
	Beispiel 4
Nylon Füllstoff Blähmittel	80,0% 19,8% 0,2%
	Beispiel 5
Polypropylen Füllstoff	80,0% 20,0%

10

15

20

Bei diesem Beispiel wird ein inertes Gas, wie Stickstoff, als Blähmittel benutzt 25

Beispiel 6

Polypropylen

Füllstoff

Blähmittel

80,0%

194%

04%

30

Diese Mischung ist insbesondere zur Extrusion von Schaumtafeln geeignet.

Beispiel 7

Polypropylen

Füllstoff

Blähmittel

Polystyrol

Füllstoff

Blähmittel

944% 5,0% 04%

Beispiel 8

294%

70,0%

C4%

35 40 45

Das chemische Blähmittel kann durch ein inertes Gas, v/ie Stickstoff, ersetzt werden bei geringfügiger Modifikation der Verhältnisse des Kunststoffmaterials und des 50 Füllstoffes.

55 60 65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Extrudieren oder Spritzgießen von mit einem anorganischen Füllstoff versehenen s thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff aus hohien Partikeln besteht, die mit dem thermoplastischen Kunststoff gemischt werden und daß die erhaltene Mischung extrudiert oder unter Druck verarbeitet wird, wobei ein Blähmittel zur Bildung eines Schaumes hinzugefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Aluminiumsilikat mit einer chemischen Zusammensetzung aus 46 bis 68 Gew.-% SiO₂ und 20 bis 38 Gew._:% Al₂O₃ ist, wobei der Rest Alkali in der Form von Na₂O und K₂O und Eisenoxyd, wie Fe₂O₃ ist und daß der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1,5 hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffgranulates haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes wesentlich kleiner als die. Partikel des Kunststoffgranulates sind und daß ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges zugesetzt wird