PROCESS FOR THE PRODUCTION OF MOULDING COMPOSITIONS OF SATURATED POLYESTERS, REINFORCED WITH GLASS FIBRES

Abstract: 1. A process for the production of moulding compositions from saturated polyesters, which are reinforced with from 15 to 50% by weight, based on the moulding composition, of glass fibres, by incorporating the glass fibres into the polyester in an extruder, wherein from 6.66 to 30% of the amount of glass fibres used is fed into the extruder together with particulate polyester, and 93.34 to 70% of the amount of glass fibres is supplied to the extruder at a point where the polyester is in the form of a melt.

Description: 'Verfahren zur Herstellung von Formmassen aus glasfaserverstärkten gesättigten Polyestern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formmassen aus glasfaserverstärkten gesättigten Polyestern durch Einarbeiten von Glasfasern in den Polyester. Bekanntlich kann die Festigkeit und Zähigkeit von gesättigten Polyestern durch den Zusatz von Glasfasern erheblich verbessert werden (siehe z.B. DE-AS 20 42 447). Dabei werden üblicherweise Polyester-Granulat und geschnittene Glasfasern oder Endlos-Glasfasern (rovings) gemeinsam in den Einzugsteil eines Extruders eingegeben. Dies ist die sogenannte "cold feld" - Arbeitsweise. Schnittglasfasern haben im allgemeinen eine Länge von etwa 1 bis 10 mm. Es ist bekannt, dass durch die Scherkräfte des Extruders die Glasfasern auf Längen weit unterhalb von 500,um zerbrochen werden (s. z.B. US-PS 3 164 563). Die dabei resultierende mittlere Länge der Fasern ist offenbar umso geringer, je höher der Glasfasergehalt ist. Es hat sich nun gezeigt, dass verschiedene Eigenschaften der Polyester-Formmassen von der Länge der Glasfasern abhängen. Nur mit kurzen Fasern, z.B. in der Grössenordnung um 100 bis 150/um, erhält man Formmassen, die bei der Spritzgussverarbeitung verzugsarme Formteile mit glatter Oberfläche ergeben. Bei wesentlich längeren Fa sern sind diese Vorteile nicht mehr gegeben. Andererseits ist aber mit der cold-feed-Arbeitsweise als schwerwiegender Nachteil ein hoher Verschleiss der Maschinenteile verbunden, der von einer Schädigung durch die harten Glasfasern herrührt, und natürlich umso stärker ist, je höher der Fasergehalt ist. Senkt man aber den Fasergehalt zu weit ab, so leiden die mechanischen Eigen Dd/P schaften der Formkörper. Eine alternative Arbeitsweise, die ebenfalls bekannt ist (Kunststoffe, Band 49 (1959), Seite 545/46), besteht darin, die Glasfasern in den Extruder an einer Stelle zuzugeben, an der das Polymere als Schmelze vorliegt ("hot feed11-Arbeits- weise). Dabei ist die Schädigung der Maschinenteile durch die Glasfasern wesentlich geringer, da die Polymer-Schmelze als Umhüllung für die Glasfasern wirkt. Andererseits ist das Ausmass der Zerkleinerung der Glasfasern durch die Scherwirkung der Extruder-Schnecken aber viel geringer als bei der cold-èed-Arbeitsweise, so dass Spritzgussteile, die aus derart erhaltenen Polyester-Formmassen hergestellt werden, stark zum Verzug neigen und eine rauhe Oberfläche aufweisen. Bei niedrigen Fasergehalten und niedrigviskosen Polyestern resultieren aufgrund der geringen Scherwirkung besonders lange Glasfasern, was dann störend ist, wenn zur Verringerung des Verzugs niedrige Glasfasergehalte angestrebt werden. Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einarbeiten von Glasfasern in Polyester zu entwickeln, das die Vorteile der cold-feed- und der hot-feed-Arbeitsweise in sich vereint. Es wurde gefunden, dass diese Aufgabe gelöst wird, wenn man 1 bis 30 % der Glasfasern zusammen mit teilchenförmigem Polyester dem Extruder zuführt und 99 - 70 % der Glasfasern in den Extruder an einer Stelle zugibt, an der der Polyester als Schmelze vorliegt. Es war zwar zu erwarten, dass hierbei die Schädiung der Maschinenteile durch die Glasfasern wesentlich geringer ist als bei der reinen cold-feed-Arbeitsweise; es war aber ausserordentlich überraschend, dass die mittlere Glasfaserlänge auf Werte abgesenkt wird, die weit unter denen liegt, die bei der reinen hot-feed-Arbeitsweise erhalten werden, und dies auch dann, wenn man niedrige Glasfasergehalte und niedrige Polyesterviskositäten hat. Das hat zur tee Folge, dass bei der Soritzgussverarbeitung der erfindungsgemäss hergestellten Formmassen verzugsarme Formteile mit glatter Oberfläche erhalten werden, die sich gut entformen lassen. Gleichzeitig weisen diese Formteile gute mechanische Eigenschaften auf. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können alle bekannten gesättigten Homo- und Copolyester verarbeitet werden. Bevorzugt sind Polyethylenterephthalat und insbesondere Polybutylenterephthalat, vorzugsweise solches mit K-Werten zwischen 50 und 70. Die Polyester werden in Teilchenform eingesetzt, vorzugsweise als Granulat. Die Formmassen sollen 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 40 Ges.% Glasfasern enthalten. Die verwendeten Glasfasern können aus E-, A- oder C-Glas sein. Sie sind vorzugsweise mit einer Schlichte und einem Haftvermittler ausgerüstet. Ihr Durchmesser liegt im allgemeinen zwischen 6 und 20/um. Es können sowohl Endlosfasern (rovings) als auch Schnittglasfasern mit einer Länge von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 6 cm, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist eine Arbeitsweise, bei der zusammen mit dem Polyestergranulat Schnittglasfasern in den-Extruder zugeführt und in die Polyesterschmelze Endlosglasfasern zugegeben werden. Eine weitere bevorzugte Aus führungsform besteht darin, dass zusammen mit dem Polyestergranulat gemahlene Glasfasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,1 - 1 mm zugeführt und in die Folyesterschmelze Endlosglasfasern zugegeben werden. Das erfindungsgemässe Verfahren wird auf handelsüblichen Einoder vorzugsweise Zweiwellenextrudern durchgeführt. In der beigefügten Zeichnung ist ein solcher Extruder schematisch dargestellt. In den Einzugstrichter werden Polyestergranu 'lat 1 und Schnittglasfasern 2 zugeführt; bei 3 werden Endlosglasfasern zugegeben und treffen im Extruder auf bereits aufgeschmolzenen Polyester. Bei 4 werden flüchtige Bestandteile entgast und bei 5 wird die Formmasse ausgepresst. Die Extrusion erfolgt bei Massetemperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des Polymeren. Polybutylenterephthalat wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 240 und 3000C Polyethylenterephthalat bei 250 bis 3100C extrudiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Extrusion 0,05 bis 5, vorzugsweise 0,3 bis 1 Gew.-%, bezogen auf den Polyester, eines Verarbeitungshilfsmittels zugegeben, zweckmässigerweise zusammen mit dem Polyestergranulat. Als Verarbeitungshilfsmittel kommen vorzugsweise Ester langkettiger Fettsäuren, z.B. Pentaerythrittetrastearat oder Glycerintristearat in Frage. Durch den Zusatz von Verarbeitungshilfsmitteln wird die Entformbarkeit und die Oberfläche von Spritzgussteilen verbessert. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei dem erfindungsgemassen Verfahren die Neigung der Spritzgussteile zum Verzug durch die Anwenseheit der Verarbeitungshilfsmittel lange nicht in dem Mass erhöht wird wie dies beim reinen hot-feed -Verfahren der Fall ist. Ausser den Glasfasern und Verarbeitungshilfsmitteln können bei der Extrusion noch andere übliche Zusatzstoffe zugegeben werden, wie z.B. Füllstoffe, Pigmente, Stabilisatoren, Flammschutzmittel. Die beiden aus dem Extruder austretenden Stränge werden nach üblichen Methoden granuliert. Aus dem erhaltenen Granulat können nach bekannten Spritzgussverfahren Formteile hergestellt werden, die hervorragende mechanische Eigenschaften und eine glatte Oberfläche haben und praktisch verzugs frei sind. Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht. Beispiel 1 Zusammensetzung (Bestandteile) 83 Teile Polybutylenterephthalat mit K-Wert (nach Fikentscher, 1%ig in Phenol/o-Dichlorbenzol 60:40, 230C) 68 0,7 Teile Verarbeitungshilfsmittel Pentaerithrittetrastearat 1,3 Teile Graupigmente als 40%iger Polyethylen-Farbbatch 15 Teile Glasfasern a) 1 Teil Glasfasern wird als 6 mm-Schnittglas zusammen mit dem Polybutylenterephthalat-Granulat, dem Verarbeitungs hilfsmittel und dem Farbpigmentkonzentrat in Granulat form in einen Zweiwellen-Extruder vom Typ ZBK 53 Werner und Pfleiderer in die Zone 1/2 zugeführt. Durch Scherung und Gehäusebeheizung von 2700C schmilzt das PBTP-Granu lat auf und die Glasfasern werden zerkleinert. Bei Zone 3 des Extruders werden 14 Teile Glasfasern als endloser Rovingstrang in die glasfaserhaltige PBTP-Schmelze ein geführt und ebenfalls zerkleinert. In Zone 4 wird die Schmelze entgast und bei 5 als Strang ausgepresst und granuliert. b) Es wird wie unter a) verfahren mit dem Unterschied, dass 2,5 Teile Schnittglas mit dem Polyestergranulat + Zu schlägen in Zone 1/2 des Extruders eingebracht werden und 12,5 Gew.-Teile Glasfasern als endloser Rovingstrang bei Zone 3 des Extruders in die PBTP-Schmelze eingezogen werden. Es Es wird wie unter a) verfahren mit dem Unterschied, dass Teile Schnittglasfasern mit dem Polyestergranulat + Zuschlägen in Zone 1/2 des Extruders eingebracht werden und 11 Teile Glasfasern als endloser Roving strang bei Zone 3 in die Polyester-Schmelze eingezogen werden. d) Nicht erfindungsgemäss (Vergleichsbeispiel) Sämtliche 15 Teile Glasfasern werden als Schnittglas zusammen mit dem Polyester-Granulat + Zuschlägen in Zone 1/2 des Extruders eingebracht. e) Nicht erfindungsgemäss (Vergleichsbeispiel) In Zone 1/2 wird nur Polyestergranulat und Zuschläge eingebracht. Sämtliche 15 Teile Glasfasern werden als endloser Rovingstrang bei Zone 3 des Extruders in die Schmelze eingezogen. Das aus den Versuchen a - e erhaltene glasfasergefüllte Polyestergranulat wird in einer Spritzgussmaschine Aarburg Allrounder 300 aufgeschmolzen und über einen Filmanguss zu 1 mm dünnen Platten mit den Abmessungen 100 x 100 mm verarbeitet. Aus diesen Platten wird visuell der Verzug (Wölbung und Verdrillung) zu nun ) und die Fertigteiloberfläche untersucht). Weiterhin werden am Granulat durch Veraschen der Gesamtglasfasergehalt sowie die mittlere Glasfaserlänge durch Ausmessen in einem Teilchenzählgerät (Zeiss TGZ 3) bestimmt. Weiterhin werden durch Verarbeiten auf der Spritzgussmaschi- ne (Aarburg Allrounder 300) Probekörper zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften hergestellt. Folgende mechanische Eigenschaften werden gemessen. eissfestigkeit nach DIN 53455 Biegefestigkeit nach DIN 53452 Zug-E-modul nach DIN 53455 Schlagzähigkeit nach DIN 53453 Brucharbeit (Fallbolzentest) nach DIN 53443/1 Die Ergebnisse der Prüfungen sind in Tab. 1 zusammengestellt. Tabelle 1 Beispiel Teile Teile Glührück- Verzug an Oberfläche mittlere Reissfestigk. GF GF stand Platten GF-Länge N/mmê Zone 1/2 Zone 3 Gew.-% m 1a (erfin- schwach glatt und dungsgem.) 1 14 15,2 gekrümmt glänzend 240 96 nicht ver drillt 1b (erfin- kaum ge- glatt und dungsgem.) 2,5 12,5 14,8 krümmt glänzend 180 92 nicht ver drillt 1c (erfin- 4 11 15 nicht ge- glatt und dungsgem.) krümt glänzend 130 81 nicht ver drillt 1d nicht ge- glatt und (Vergleich) 15 - 14,6 krümmt glänzend 105 55 nicht ver- aver Farb drillt vertiefung 1e - 15 15,2 stark ge- Glasfaser (Vergleich) krümmt und markierung 338 101 verdrillt etwas fleckig Tabelle 1 -Fortsetzung Beispiel Biegefestigk. Zug-E-Modul Schlagzähigk. Bruchar- Zykluszeit Verschleiss N/mmê N/mmê kJ/mê arbeit Relation a) bei Kon fekt. b) bei Ver arbeitg. 1a (erfin- 160 5900 35 3,5 90 a)sehr ger. dungsgem.) = 10% kür- b)gering zer 1b (erfin- 155 5600 32 4,5 80 a)sehr ger. dungsgem.) = 20% kür- b)sehr ger. zer 1c (erfin- 141 5400 30 6 80 a) gering dungsgem.) = 20% kür- b) sehr ger. zer 1d 105 3300 19 2,5 80 a)sehr hoch (Vergleich) = 20% kür- b) sehr ger. zer 1e 170 6200 32 3,5 100 a)sehr ger. (Vergleich) b)hoch Die erfindungsgemäss hergestellten Produkte zeichnen sich durch besonders ausgewogene mechanische, verarbeitungstechnische und anwendungstechnische Eigenschaften aus. Besonders überraschend war, mit welch geringen Anteilen Glasfasern, nach dem cold-feed-Prinzip mit dem Polyestergranulat zudosiert, die günstigen Eigenschaften erhalten wurden. Beispiel 9 Zusammensetzung (Bestandteile) ó8 Teile Polybutylenterephthalat K-Wert 68 0,7 Teile Pentaerithrittetrastearat 1,3 Teile Graupigmente 30 Teile Glasfasern a) Es wird wie in Beispiel la verfahren mit dem Unter schied, dass 2 Teile Glasfasern mit dem Polyestergranu lat in Zone 1/2 des Extruders eingebracht werden und 28 Teile Glasfasern als Roving in Zone 3 in die Poly merschmelze eingezogen werden. b) Es wird wie unter la beschrieben verfahren, mit dem Unterschied, dass 5 Teile Glasfasern mit dem Polyester granulat und 25 Teile als Roving in die Polymerschmel ze eingebracht werden. c) 7,5 Teile Glasfasern werden mit dem Polyestergranulat und 2,5 Teile Glasfasern werden als Roving in die Schmelze eingebracht. d) Vergleichsbeispiel nicht erfindungsgemäss. Alle 30 Teile Glasfasern werden mit dem Polyestergranulat eingebracht. e) alle 30 Teile Glasfasern werden als Rovingstrang in die Polymerschmelze eingebracht. Die Prüfung und Verarbeitung erfolgt wie in Beispiel 1 be schrieben. Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen analog wie in Beispiel 1 besonders ausgewogene Eigenschaften für die er findungsgemäss hergestellten Produkte. Tabelle 2 Beispiel Teile Teile Glührück- Verzug an Oberfläche mittlere Reissfestigk. GF GF stand Platten GF-Länge N/mm2 Zone 1/2 Zone 3 Gew.-% /um -----------------------------------------------------------------------------------------2a (erfin- 2 28 31 schwach glatt und 190 122 dungsgem.) gekrümmt glänzend nicht verdrillt ------------------------------------------------------------------------------------------2b (erfin- 5 25 31,6 kaum ge- glatt und 140 110 dungsgem.) krümmt glänzend nicht ver drillt ------------------------------------------------------------------------------------------2c (erfin- 7,5 22,5 30,6 nicht ge- glatt und 120 105 dungsgem.) krümmt glänzend nicht ver drillt -------------------------------------------------------------------------------------------2d 30 - 29 nicht ge- glatt und 95 70 (Vergleich) krümmt glänzend nicht ver drillt Farbverän derung --------------------------------------------------------------------------------------------2e - 30 31,2 stark ge- starke GF- 270 129 (Vergleich) krümmt markierung und ver drillt fleckig ---------------------------------------------------------------------------------------------- Tabelle 2 -Fortsetzung Beispiel Biegefestigk. Zug-E-Modul Schlagzähigk. Bruchar- Zykluszeit Verschleiss N/mmê N/mmê kJ/mê arbeit Relation a) bei Kon fekt. b) bei Ver arbeitg. 2a (erfin- 216 10500 40 3 90 a) gering dungsgem.) b) gering 2b (erfin- 203 10100 37 4,5 80 a) gering dungsgem.) b) sehr gering 2c (erfin- 195 9500 35 6 80 a) gering dungsgem.) b) sehr gering 2d a) sehr hoch (Vergleich) 130 7500 25 4,5 80 b) sehr gering 2e a) gering (Vergleich) 225 11000 42 1,5 100 b) hoch

Claims: Patentansprüche t. Verfahren zur Herstellung von Formmassen aus gesättig- ten Polyestern, die mit 5 bis 50 Gew.-% (bezogen auf die Formmassen) Glasfasern verstärkt sind, durch Ein arbeiten der Glasfasern in den Polyester auf einem Ex truder, dadurch gekennzeichnet, dass 1 bis 30 % der ein gesetzten Glasfasermenge zusammen mit teilchenförmigem Polyester dem Extruder zugeführt wird, und 99 bis 70 % der Glasfasermenge in den Extruder an einer Stelle zu gegeben wird, an der der Polyester als Schmelze vor liegt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurc gekennieichnet, dass zusätzlich 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Poly ester, eines Verarbeitungshilfsmittels zugegeben wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyester Polybutylenterephthalat mit einem K-Wert (nach Fikentscher) zwischen 50 und 70 verwen det wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit dem Polyester Schnittglasfasern einer Länge von 1 bis 10 mm in den Extruder zugeführt werden, und in die Polyester-Schmelze Endlos-Glas- fasern zugegeben werden. Zeichn.

Inventors: GUTSCHE, HERBERT, MOSKOB, KLAUS, SEILER, ERHARD, DR., THEYSOHN, RAINER, DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: C08J5
IPC codes: C08K7, B29C47, C08J5