DE3535272A1 - Verwendung genadelter gewebe oder gelege - Google Patents

Description

Die Herstellung von Halbzeugen aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen ist bekannt. Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 23 12 816 werden zwei Glasfasermatten zunächst erwärmt und anschließend einer Druckzone zugeführt. An ihrem Zusammenführungspunkt wird geschmolzenes thermoplstisches Material zwischen die Matten eingebracht, welches dabei in die Matten eindringt. Erst beim unmittelbar anschließenden Verpressen werden die Matten vollständig getränkt und die Luft daraus verdrängt. Dieses Verpressen findet zwischen kontinuierlich arbeitenden Bändern statt, wobei der Preßvorgang und das Abkühlen praktisch gleichzeitig ablaufen. Ein auf diese Weise gefertigtes Halbzeug ist in der Ebene iso­ trop, d.h. die Fasern sind statistisch verteilt und damit die Festig­ keitseigenschaften in allen Richtungen gleich. Zahlreiche Formteile aus verstärkten Thermoplasten werden aber bevorzugt nur in einer Richtung be­ ansprucht, so daß eine isotrope Faserverteilung in diesen Fällen unwirt­ schaftlich ist.

Weiterhin sind Halbzeuge aus faserverstärkten Thermoplasten bekannt, die zusätzlich zu den Matten mit wirrer Faserverteilung auch in einer Rich­ tung ausgerichtete Glasfasern aufweisen. Diese Faserbündel sind aber, be­ dingt durch die hohe Viskosität der Thermoplastschmelze, sehr schlecht tränkbar.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, anzugeben, wie im Eingangsverfahren hergestellte Halbzeuge eine bevorzugte Verstärkung in einer Richtung er­ halten können, wobei gleichzeitig eine gute Durchtränkung des Verstär­ kungsmaterials und bei einer Verformung der Halbzeuge ein Fließen des Faser/Thermoplastgemisches auch in Richtung der bevorzugten Faserorien­ tierung gewährleistet sein soll.

Die Erfindung besteht in der Verwendung genadelter Gewebe oder Gelege, vorzugsweise kettverstärkter Glasgewebe, die durch Nadelung verdichtet sind.

Unbehandelte Gewebe können mit Thermoplastschmelze nicht ausreichend gut getränkt werden, da die Schmelze durch die Maschen im Gewebe hindurch­ fließt, ohne die Faserbündel selbst zu tränken. Dabei ist die Schmelze in der Lage, die an sich kleinen Lücken zwischen Kett- und Schußfäden durch Verschieben der Faserbündel zu erweitern und damit den Durchfluß zu er­ leichtern - die Faserbündel werden umgangen und nicht getränkt. Durch intensive Nadelung des Gewebes oder Geleges vor dem Tränken wird dagegen ein textiles Flächengebilde erhalten, das von einer Thermoplastschmelze vollkommen getränkt wird, ohne daß sich die mechanischen Eigenschaften, infolge der teilweisen Zerstörung der Fasern nachteilig verändern. Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß bei der Formgebung von daraus hergestellten Halbzeugen die Faser/Thermoplast-Mischung auch in Richtung der Verstärkungsfasern fließt.

Als textile Flächengebilde kommen erfindungsgemäß Gewebe oder Gelege, die z.B. durch Polymerfasern zusammengenäht sind, in Betracht. Eine Kombina­ tion mit Matten oder Vliesen ist möglich und in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft. Die Flächengewichte dieser Gebilde liegen zwischen 100 und 1200, vorzugsweise zwischen 225 und 900 g/m². Die Gewebe könnten in Kett- und Schußrichtung unterschiedliche Titer enthalten. Dabei werden kettverstärkte Gewebe bevorzugt, deren Fasern zu 60 bis 95 % in der Kett­ richtung orientiert sind. Die Faserfeinheit der Faserbündel für Gewebe und Gelege liegt zwischen 10 und 3600 tex, vorzugsweise 20 bis 1200 tex.

Zur Herstellung dieser textilen Flächengebilde werden Glasfasern bevor­ zugt eingesetzt, es können aber auch Kohlenstoff-Fasern, Fasern aus aro­ matischen Polyamiden, Polyamid oder anderen thermoplastischen Fasern oder Kombinationen verschiedener Fasern verwendet werden. Insbesondere bei Fasergelegen werden die steifen Verstärkungsfasern durch weichere Ver­ bindungsfasern zusammengehalten. Weiterhin ist es möglich, die Fasern - wie in der DE-OS 33 21 006 beschrieben - auf eine Thermoplastfolie als Träger abzulegen und mit dieser zu vernadeln. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 5 und 30 µm, vorzugsweise zwischen 7 und 20 µm. Üblicherweise sind die Fasern mit einer Schlichte behandelt, die die Haftung zum Thermoplasten verbessert.

Das Nadeln der textilen Flächengebilde erfolgt in einer handelsüblichen Nadelmaschine mit den üblichen Filznadeln. Die Einstichzahl, d.h. die Anzahl der Einstiche pro cm² liegt zwischen 20 und 200, vorzugsweise 30 bis 120. Es werden mittelgrobe Filznadeln mit einer "gauge"-Zahl von 17 bis 32 eingesetzt. Der Abstand der Widerhaken beträgt 3 bis 6 mm. Die Einstichtiefe sollte mindestens 8, höchstens 20 mm, betragen. Der Vor­ schub des textilen Flächengebildes während eines Hubes ist zweckmäßig zwischen 3 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 mm, zu wählen. Durch die Nadelung wird das Flächengebilde schubsteif, d.h. die Faserbündel lassen sich nicht mehr verschieben; es entstehen also keine Lücken, durch die die Schmelze ungehindert hindurchtreten kann. Der Durchflußwiderstand des Gewebes bzw. Geleges wird durch das Nadeln so gleichmäßig, daß die Schmelze durch die Fadenbündel dringen muß und so die Einzelfilamente zwangsläufig getränkt werden.

Für die Herstellung der Halbzeuge sind alle thermoplastisch verarbeit­ baren Kunststoffe geeignet, beispielsweise Olefinpolymerisate, wie Poly­ ethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Co­ polymere des Styrols mit bis zu 50 Gew.% Acrylnitril, α-Methyl-styrol, Maleinsäureanhydrid, Methylmethacrylat, sowie kautschukmodifizierte Sty­ rolpolymerisate, vorzugsweie solche, die 2 bis 25 Gew.% eines Butadien­ kautschuks enthalten; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinyl­ chlorid, Polyvinylidenchlorid oder chlorierte Polyolefine; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polyester aus Terephthalsäure und gesättigten Diolen, Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyethereether-Keton, Polyurethan sowie Mischungen dieser Polymerisate.

Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pig­ mente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten.

Die Herstellung der Halbzeuge erfolgt nach an sich bekannten Verfahren, beispielsweise nach dem in der DE-OS 23 12 816 beschriebenen Verfahren. Eine diskontinuierliche Fertigung in einer hydraulischen Presse ist denkbar. Den textilen Flächengebilden ist dabei so viel Thermoplast­ schmelze hinzuzufügen, daß ein Fasergehalt zwischen 20 und 60 Gew.%, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.%, erreicht wird. Die Halbzeugdicke kann je nach Flächengewicht des genadelten Gewebes oder Geleges zwischen 0,5 und 10 mm, vorzugsweise 1 bis 4 mm betragen.

Beispiel 1

Glasgewebe mit einem Flächengewicht von ca. 560 g/m² wird in einer Nadel­ maschine bei einer Geschwindigkeit von 2,8 m/min mit 80 Einstichen pro cm² bei einer Einstichtiefe von 14 mm genadelt. Zwei dieser Gewebe werden dann zwischen drei Schmelzeschichten aus Polypropylen, die aus einem Ex­ truder über drei Breitschlitzdüsen verteilt werden, geführt, in der Heiz­ zone einer Doppelbandpresse getränkt und anschließend unter Druck durch Abkühlung fixiert. Das Halbzeug ist 2,7 mm dick und hat einen Glasgehalt von ca. 35 Gew.%.

Zur Herstellung eines Formteiles wird ein Zuschnitt in einem Strah­ lungsofen bis auf eine Temperatur von 230°C erwärmt und in der auf 70°C temperierten Preßform unter einem spezifischen Druck von 100 bar ver­ preßt. Nach 25 sec Preßzeit kann das Formteil entformt werden.

Beispiel 2

Auf eine Glasfasermatte aus Endlosfasern mit einem Flächengewicht von 300 g/m² werden Glasfaserrovings mit einer Feinheit von 2400 tex neben­ einander lückenlos aufgelegt. Dieses textile Flächengebilde wird dann durch eine Nadelmaschine geführt und mit einer Einstichzahl von 50 pro cm² bei einer Einstichtiefe von 16 mm zusammengenadelt. Es entsteht ein Gebilde mit einem Flächengewicht von ca. 1000 g/m².

Die Weiterverarbeitung zu einem Halbzeug erfolgt wie im Beispiel 1. Die Halbzeugdicke beträgt 5 mm bei einem Faseranteil von ca. 35 Gew.%.

Claims (2)

1. Verwendung genadelter Gewebe oder Gelege als textile Flächengebilde für die Herstellung von Halbzeugen aus faserverstärkten thermoplasti­ schen Kunststoffen, wobei ein oder mehrere textile Flächengebilde, welche gegebenenfalls erwärmt sind, und eine Schmelze eines thermo­ plastischen Kunststoffes zusammengeführt, in einer Druckzone mitein­ ander verpreßt und abgekühlt werden.

2. Textile Flächengebilde für die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Glas-, Kohlenstoff- und/oder Kunststoff- Fasern bestehen.