CH507339A

CH507339A - Verfahren zur Herstellung eines mit Fäden verstärkten Materials

Info

Publication number: CH507339A
Application number: CH1200068A
Authority: CH
Inventors: Crawford Paterson William
Original assignee: Courtaulds Ltd
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1968-08-09
Publication date: 1971-05-15
Also published as: FR1578394A; NL6811415A; DE1769943A1; BE719380A

Description

Verfahren zur Herstellung eines mit Fäden verstärkten Materials
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mit Fäden verstärkten Materials. und zwar insbesondere eines Materials, bei welchem Filamente von Stapelfaserlänge in eine Grundmasse aus einem thermoplastischen Polymer eingebettet sind.

Das Einarbeiten von verstärkendem Filamentmaterial in thermoplastische Polymere kann dadurch geschehen.

dass man Stapelfaserlänge aufweisende Filamente und thermoplastisches Material einer Mischvorrichtung zuführt, in welcher das Polymer geschmolzen wird und die Filamente im geschmolzenen Polymer verteilt werden; allerdings kann dies einen übermässigen mechanischen Abbau der Filamente verursachen. Es ist auf alle Fälle schwierig. auf diese Weise ein zusammengesetztes Material mit einem wirklich grossen Anteil an verstärkendem E;ilamentmaterial zu erhalten; im allgemeinen ist es unwahrscheinlich, dass das zusammengesetzte Material wesentlich mehr als 30% Verstärkungsmaterial enthält.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung von verstärkten, zusammengesetzten Materialien auf der Basis von thermoplastischen Polymeren, welche wesentlich grössere Mengen an verstärkendem Filamentmaterial, beispielsweise bis zu 80% davon. enthalten.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines mit Fäden verstärkten Materials ist dadurch ge t;ennzeichnet, dass man verstärkende Fäden mit einer Lösung eines thermoplastischen Polymers überzieht, das Lösungsmittel entfemt und die mit einem Überzug versehenen Fäden in geschmolzenes thermoplastisches Polymer einarbeitet.

Für die Zwecke dieser Erfindung bevorzugte verstär kende Filamente sind Kohlenstoff-Filamente, welche einer Graphitierungsbehandlung unterworfen worden sein können. Die bevorzugten Kohlenstoff- bzw. Graphis- Filamente werden aus organischen Filamenten erhalten, die ganz oder überwiegend aus Iiolyacrylnitril bestehen.

doch kann man auch Filamente verwenden, die aus anderen Rohmaterialien. wie beispielsweise aus regenerierter Cellulose, hergestellt wurden.

Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden geeignete verstärkende Filamente mit einer Lösung eines thermoplastischen Polymers in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise durch Eintauchen in eine Lösung des Polymers, überzogen, worauf sie aus der Lösung entfernt und durch Trocknen vom Lösungsmittel befreit werden. Nach der Entfernung des Lösungsmittels aus den überzogenen Filamenten kann man das Material granulieren, um eine Vonnischung zu erhalten, welche zum Vermischen mit frischem Polymer für das Spritzgussverfahren verwendet werden kann.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die verstärkenden Filamente in Fo. rn eines Spinnkabels mit einer Lösung eines Polymers überzogen. worauf man das Lösungsmittel entfernt und die Filamente dann auf Stapelfaserlänge zerschneidet und mit einer geeigneten Menge des Polymers, welches als Basismaterial dienen soll, vermischt und zur gewünschten Form verformt. Auch in diesem Falle werden vorzugsweise Filamente aus Kohlenstoff oder Graphit verwendet.

Die in Form eines Spinnkabels vorliegenden Fäden werden mit einer Lösung des Polymers überzogen. Geeignete Polymere sind Polymere und Copolymere, welche mindestens in gewissem Ausmasse in organischen Lö sungsmitleln löslich und, sofern sie vom Lösungsmittel befreit sind. mit dem thermoplastischen Polymer, das das Grundmaterial im zusammengesetzten Material darstellt, terträglicll sind. So kann man beispielsweise Nylon 6 oder Nylon 66 in Lösung in Ameisensäure, Polystyrol in Lösung in Toluol. Polyvinylchlorid in Tetrahydrofuran und Celluloseester in Aceton verwenden.

Besonders bevorzugt werden Nyloncopolymere und -terpolymere, welche in organischen Lösungsmitteln löslich sind, ferner oxymethyliertes Nylon, ataktisches Polypropylen, Polycarbonate und Polyphenylenoxyd. So sind beispielsweise ein Mischpolymer aus Nylon 6/66 und ein Salz von dimere Säuren mit Äthylendiamin in technischem Alkohol und oxymethyliertes Nylon 6 in wässrigem. technischem Alkohol löslich, während ataktisches Polypropylen in Xylol, Polycarbonate in Methy lenchlorid und Polyphenylenoxyd in Chloroform löslich sind.

Das Überzugspolymer kann auch das Spinnkabel durch Tränken mit einer verdünnten Lösung des Polymermaterials in einem geeigneten organischen Lösungsmittel, beispielsweise durch Aufbürsten der Lösung auf das Spinnkabel oder durch Eintauchen des Spinnkabels in die Lösung, appliziert werden. Nach der Imprägnierung lässt man das Lösungsmittel verdampfen und zerschneidet das Spinnkabel zu Stapelfasern, die man hierauf mit einem Basispolymer vermischt.

Geeignete Basispolymere sind das Überzugspolymer und andere Polymere. welche damit in festem Zustande verträglich sind. So sind beispielsweise Nylon-Mischpolymere und oxymethyliertes Nylon mit Nylon 6 oder Nylon 66 verträglich. während ataktisches Polypropylen mit vielen Polyolefinen, einschliesslich Polyäthylen, Polypro pylen und Poly-(4-methyl-penten-l), verträglich ist.

Selbstverständlich kann man aber ein beliebiges Polymer verwenden, das mit dem als Überzugsmaterial ausgewählten Polymer verträglich ist.

Das Polymer wird mit den Stapelfasern in einer geeigneten mechanischen Mischvorrichtung bei erhöhter Temperatur vermischt, worauf man das zusammengesetzte Material in der gewünschten Form erhärten lässt.

Das vorliegende Verfahren wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel I
30 g eines Mischpolymers, das Einheiten von Nylon 6, Nylon 66 und dem Salz aus dimere Säure und Äthylendiamin enthält. werden in 1500 g technischem Äthylalkohol gelöst. und die Lösung wird dazu verwendet. 1100 g eines Spinnkabels aus Kohlenstoff-Filamenten zu imprägnieren. Das Spinnkabel wird auseinandergebreitet, um das Lösungsmittel verdampfen zu lassen.

worauf man es. nachdem es trocken ist, unter Verwendung einer Schneidvorrichtung für Glasfaserrovings in
1 cm lange Stücke zerschneidet. Die zerschnittenen Stapelfasern werden dann mit 4,4 kg eines Nylon 6-Granulats vermischt, in einen Extruder gegeben und durch eine runde Öffnung extrudiert, um einen Stab von einem Durchmesser von 1,4 cm zu bilden, welcher hierauf zu Granulat zerschnitten wird. Als Endprodukt erhält man eine Formmasse, welche 18 Gew.-% Kohlenstoff in Form von Stapelfasern enthält.

Beispiel 2 10 g oxymethyliertes Nylon 6 werden in 500 cm3 einer Mischung von technischem Äthylalkohol und Wasser. die 80 Gew.-% Alkohol enthält, gelöst, und diese
Lösung wird dazu verwendet, 450g eines Spinnkabels aus Kohlenstoff-Filamenten zu imprägnieren. Das imprägnierte Spinnkabel wird unter Verwendung von Nylon 66 als thermoplastisches Polymer in ähnlicher Weise wie in
Beispiel 1 verarbeitet. Dabei erhält man ein Produkt, welches einen ähnlichen Gewichtsgehalt an Kohlenstoff hat.

Beispiel 3
Eine Lösung voil ataktischem Polypropylen in Xylol wird in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 zum Imprägnieren von Kohlenstoff-Filamenten verwendet. worauf man das so erhaltene Produkt in ähnlicher Weise unter Verwendung von Polypropylen als thennoplastisches Polymer kompoundiert.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Herstellung eines mit Fäden verstärl < - ten Materials, dadurch gekennzeichnet, dass man verstärkende Fäden mit einer Lösung eines thermoplastischen Polymers überzieht, das Lösungsmittel entfernt und die mit einem Überzug versehenen Fäden in geschmolzenes thermoplastisches Polymer einarbeitet.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als verstärkende Fäden solche aus Kohlenstoff, z.B. Graphit, verwendet.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass die Kohlenstoff- bzw. Graphitfäden aus organischen Fäden entstanden sind. welche ganz oder überwiegend aus Polyacrylnitril bestanden.

3. Verfahren nach Patentanspruch oder einem der vorangehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die verstärkenden Fäden zum Überziehen m eine Lösung eines thermoplastischen Polymers eintaucht und das Lösungsmittel durch Trocknen entfernt.

4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als Überzugsmaterial für die Fäden das gleiche Polymer verwendet. in dessen Schmelze die überzogenen Fäden eingearbeitet werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet. dass man die verstärkenden Fäden in Form eines Spinnkabels überzieht, das Lösungsmittel entfernt und die Fäden vor dem Einarbeiten in das geschmolzene Basispolymer auf eine gewünschte Faserlänge zerschneidet.

6. Verfahren nach Unteranspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugspolymer von dem Basispolymer verschieden, aber damit verträglich ist.

7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugspolymer Nylon, Polystyrol.

Polyvinylchlorid oder ein Celluloseester ist, und dass das Basispolymer, in dessen Schmelze die überzogenen Fäden eingearbeitet werden, aus dem aleichen Material besteht wie das Überzugspolymer.

8. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugspolymer ein Nyloncopolymer oder -terpolymer, oxymethyliertes Nylon, ataktisches Polypropylen, ein Polycarbonat oder ein Polyphenylenoxyd ist.