NO793361L - Sproeytestoepningsmetode for anvendelse av polymerblandinger inneholdende hoeymolekylaer hd-polyeten - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til sprøytestøping ved høye trykk over 250 MPa (300 MPa) av blandinger av høymolekylær polyeten med høy tetthet (HMWHDPE) med et-polymermateriale med hvilket HMWHDPE oppviser begrenset blandbarhet (oppløselighet) for fremstilling av et sprøyte-

støpt produkt, hvorved HMWHDPE danner en fiberfase i en matrise av det andre polymermaterialet.

Fra svensk patent nr. 401.129 er det kjent at en vesentlig forhøyelse av trykket i formrommet ved bearbeiding av termo-plaster ved sprøytestøping resulterer i en rekke egenskapsfor-bedringer hos gjenstanden samtidig som visse prosesstekniske fordeler kan oppnås. Nevnte svenske patent beskriver således en sprøytestøpingsfremgangsmåte der trykket i forbindelse med plastsmeltens innsprøyting og etterfølgende stivning overstiger 250 MPa. Dette trykkområde skal sammenlignes med det trykkinter-vall som ligger mellom 50 og 150 MPa og som utgjør det vanlige trykkområdet ved sprøytestøping.

Blant de forbedringer hos gjenstandens egenskaper som tilveiebringes med bearbeidningstrykk på over 250 MPa, kan nevnes en generell forhøyelse av nivået hva angår produktenes stivhets (elastisitets)-modul- og styrkeparametere slik som oppnås ved forsøk med polyeten av forskjellig tetthet, samt polypropen. Videre har man ved målinger av såvel krystallinske som amorfe polymerer notert en markert nedgang i formkrympingen. I visse tilfeller var denne forandring så stor at formkrympingen antok negative verdier.

En ytterligere egenskapsforbedring som er observert ved forsøk av hithørende slag har vært en påtagelig minsking av det indre spenningsnivå. Som bekjent utgjør indre spenninger en defekt hos normalt sprøytegods; de kan bl.a. resultere i skjevhet, uønsket dannelse av spenningssprekker osv. Deres reduksjon, i visse tilfeller fullstendig eliminering, kan tilbakeføres til en forhøyelse av plastens smelte- respektivt mykningspunkt med trykket. Således har et trykk i området 250-1000 MPa vist seg å kunne forhøye disse kritiske temperaturer slik at en praktisk talt .momentan stivning av det i formrommet innsprøytede, smeltede plastmaterialet oppnås. Derved forebygges forekomsten av en indre spennings struktur, ..hvilken som bekjent har sin forklaring i en gradvis stivning av smeiten og i de krefter som de allerede stivnede og de fremdeles flytende deler av gjenstanden utøver på hverandre.

Når det gjelder forbedring av gjenstandens egenskaps-profil, spesielt hva angår de mekaniske parametrene, er de ved en forhøyelse av bearbeidningstrykket oppnådde effekter avhengig av strukturen hos den benyttede plast. Således har de største forandringer blitt notert hos krystallinske plaster, spesielt polyeten, der de har kunnet tilbakeføres til forandringer i den krystallinske fasens struktur. Ved krystallisasjon av en poly-etensmelte under trykk på over ca. 300 MPa, oppnås en krystall-modifikasjon der den ved normale trykk foreliggende foldede lamellstruktur i en med trykket økende grad omdannes til en struktur bestående av rette kjeder ("extended chain-struktur"). Det er i forekomsten av denne nye struktur hvor man må søke for-klaringen på det forbedrede egenskapsbilde. Den nye modifika-sjon med rette kjeder gir bl.a. en mer ordnet pakking av mole-kylene i rommet.

Spesielt iøynefallende resultater oppnås med HD-polyeten med høy molekylvekt, som omfatter polyeten med en molekylvekt på fra 200 000 opp til 1,5 millioner og høyere (tilsvarende en smelteindeksverdi på mindre enn lg/10 min. ved 190°C/2 kg belastning) i det følgende betegnet HMWHDPE. Til sammenligning med de med denne og lignende kvaliteter oppnådde forbedringer av modul og styrke, var tilsvarende verdier som ble oppnådd med HDPE av normal molekylvekt relativt små. Som eksempler på den meget markante forhøyelse av egenskapsnivået ved en for-høyelse av trykket, vises det til de i følgende tabell I gitte verdier.

Det har ifølge foreliggende oppfinnelse vist seg at

ved sprøytestøping ved høye sprøytestøpingstrykk (innsprøytnings-og ettertrykk) på over 250 MPa av blandinger av HD-polyeten med meget høy molekylvekt (HMWHDPE), omfattende en molekylvekt på fra 200 000 opptil 1,5 millioner og over dette, med polymermaterialer med hvilke HMWHDPE oppviser begrenset blandbarhet (oppløselighet), danner HMWHDPE en. fiberfase i en matrise av det andre polymermaterialet.

Ved anvendelse av nevnte blanding av HMWHDPE og det nevnte andre polymermaterialet, oppnås således ved sprøytestøping med høye trykk.\fibre av "extended chain"-typen av HMWHDPE med ytterst gode mekaniske egenskaper, hvilke fibre danner en forsterkning i matrisematerialet. Dannelsen av "extended chain"-fibre lettes av de store skyvekrefter som råder mellom de to forskjellige materialsmeltene under formfyllings- og pakkingstrinnet iløpet av sprøytecykelen.

Gjennom denne fiberforsterkning oppnås i ett eneste trinn en formsprøytet gjenstand med meget gode mekaniske egenskaper, slik som strekkfasthet og elastisitetsmodul. Disse egenskaper er i .høy grad forbedret sammenlignet med tilsvarende egenskaper for matrisematerialet og overtreffer ved anvendelse av sprøyte-støpingstrykk på over 200 MPa ved anvendelse av visse materialer, slik som HD-PE, som matrisematerialer, til og med tilsvarende egenskaper for ren HMWHDPE.

Egnede matrisematerialer med hvilke HMWHDPE sammen kan sprøytestøpes ved foreliggende fremgangsmåte er slike polymermaterialer med hvilke HMWHDPE oppviser begrenset blandbarhet.

Til disse polymermaterialer hører polyeten av HD-, MD- og LD-typen av normal molekylvekt hvilket omfatter slike materialer som normalt anvendes ved sprøytestøping eller ekstrudering. Andre egnede materialer er eksempelvis andre polyolefiner, slik som polypropen, samt polystyren, polyvinylklorid, polyacetal, poly-amid, sampolymerer av disse m.fl.

I de medfølgende tegninger viser

figur la elastisitetsmodulen avsatt som funksjon av innsprøytningssjikt for ren HMWHDPE og for blandinger av HMWHDPE og.HDPE;

figur lb viser strekkbruddstyrke som funksjon av inn-sprøytnings trykk for samme materiale som i figur la;

figur 2 viser elastisitetsmodul og strekkfasthet av-

satt som funksjon av trykket for en blanding av LDPE og HMWHDPE, og

figur 3 viser bruddforlengelse avsatt som funksjon av trykket for en blanding av LDPE og HMWHDPE og for ren HMWHDPE.

Oppfinnelsen illustreres nærmere ved følgende eksempler.

Eksempel 1

En blanding av 4 0% (vekt) HMWHDPE og 60% (vekt) HDPE av normal molekylvekt ble sprøytestøpt ved forskjellige trykk fra 200 MPa og oppover. De ved forsøket benyttede betingelser fremgår av følgende oppstilling.

Materialer: Høytetthetspolyeten med meget høy molekylvekt (HMWHDPE), smelteindeks 0,1 g/10 min. (MFI 190/2), tetthet

0,953 g/cm3.

Høytetthetspolyeten med normal molekylvekt (HDPE), smelteindeks 7 g/10 min. (MFI 190/2), tetthet 0,960 g/cm<3>.

Sprøytestøpingsbetingelser

Innsprøytningstrykk: 200-500 MPa

Formtemperatur: 3 0°C

Sylindertemperatur: 250-280°C

De ved forsøket oppnådde resultater illustreres i fig. la og lb som viser elastisitetsmodulen, E, for blandinger av HMWHDPE og HDPE, samt som sammenligning,; tilsvarende egenskaper for ren HMWHDPE (la) respektive strekkbruddstyrke a_13,, for samme materialer (lb) som funksjon av det benyttede trykk. Av figuren fremgår det at begge disse parametre hurtig øker med voksende innsprøyt-ningstrykk for ved et trykknivå på 500 MPa å anta meget høye verider. Av figurene fremgår at til tross for E og a_ er lavere for komposittmaterialet enn for ren HMWHDPE ved 200 MPa, er situasjonen omvendt ved høyere trykk. Ved de høyere trykk opp-sto således den omtalte fiberdannelsen (av "extended chain") av HMWHDPE i matrisematerialet og en fiberforsterket gjenstand med utmerkede mekaniske styrkeegenskaper ble oppnådd. Fiber-karakteren for de oppnådde gjenstander og komposittmaterialet ble bekreftet ved sveipeelektroskopiundersøkelser.

Eksempel 2

Man benyttet akkurat den samme fremgangsmåte som i eksempel 1 med unntagelse av at man isteden for 60% HDPE benyttet 60% lavtetthetspolyeten (LDPE) med følgende egenskaper: smelteindeks 7 g/10 min., tetthet 0,917 g/cm<3>.

Materialene ble blandet i en ekstruder i mengdeforhold-ene 60 vekt-% LDPE og 40 vekt-% HMWHDPE. Sprøytestøpings-betingelsene var akkurat de samme som de som ble benyttet i eksempel 1.

I fig. 2 vises de oppnådde resultater for komposittmaterialet. Fra figuren fremgår det at elastisitetsmodulen, E, og strekkbruddstyrken, crn, øker med stigende trykk. Ved høye trykk (400-500 MPa) antar disse parametre høye verdier, spesielt med tanke på at hoveddelen av komposittmaterialet besto av myk

LDPE.

I fig. 3 illustreres bruddforlengelsen som funksjon av innsprøytningstrykket for blandingen av 60% LDPE/40% HMWHDPE

og for ren HMWHDPE. Fra figuren fremgår det at til tross for den betydelige økning i stivhet og styrke med økende trykk for komposittmaterialet, er dette materialet temmelig seigt også

ved høye trykk. Fra denne synsvinkel er materialet overlegent i forhold til ren HMWHDPE sprøytestøpt ved f.eks. 100 MPa som både har lavere strekkbruddstyrke og bruddforlengelse.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av sprøytestøpte gjenstander med markant forbedrede mekaniske styrkeegenskaper, karakterisert ved at man ved høye sprøyte-støpingstrykk på over 250 MPa sprøytestøper en blanding av høymolekylær polyeten med en molekylvekt over 200 000 og med høy tetthet, med et matrisemateriale som utgjøres av et polymermateriale med hvilket den høymolekylære polyetenen oppviser be-

grenset blandbarhet, hvorved det oppnås et fiberforsterket sprøytestøpt produkt med forbedrede mekaniske egenskaper.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at matrisematerialet utgjøres av høytetthetspolyeten med normal molekylvekt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at matrisematerialet utgjøres av lavtetthetspolyeten.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at fremgangsmåten gjennomføres under anvendelse av et sprøytestøpingstrykk som ligger mellom 300 og 800 MPa.