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Nouveaux mélanges résineux de polycar-
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boiiate-polyester,
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La. présente invention est relative à des mélanges de résine polycarbonate-polyester et à des produits fermés par de tels mélangea.
Les polyesters à poids moléculaire élevé obtenue en condensant de l'acide téréphtalique avec un alkylène gly- col de la série HO(CH2)nOH où n est un nombre allant de 2 à 10, sont des matières bien connues qui sont largement répan- dues dans le commerce pour la production de pellicules et de :- fibres.
Sous ces formes, de tels polyesters présentent une résistance élevée et ils possèdent une bonne stabilité di- mensionnelle et ces composés sont en même temps 1 d'une résis- tance exceptionnelle vis-à-vis de l'attaque de la plupart des solvants organiques. Cependant, l'utilisation commerciale de ces polyesters a été limitée à la production de pellicules et de fibres, étant donné que c'est seulement sous ces formes physiques que l'on peut donner aux polyesters les propriétés qui ont établi leurs qualités dans l'industrie.
Il on est ainsi parce que ces polyesters, immédiatement après leur for- .mation, sont des matières amorphes caractérisées par des températures de distorsion à la chaleur peu élevées qui doi- vent Atre cristallisées pour obtenir les températures de distorison à la chaleur élevées et la bonne résistance chi- mique, propriétés pour lesquelles ont les apprécie. Cependant, les températures auxquelles ces polyesters sont transformés de l'état amorphe à l'état cristallin sont supérieures leur point de ramollissement, excluant ainsi l'utilisation de ces polyesters dans des applications de moulage.
De plus,,
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sous la forme cristalline, ces polyesters sont extrêmement cassants et nécessitent un traitement d'orientation, par exemple, par étirage afin de leur donner par exemple de la ' flexibilité. Par conséquent, il est évident que les seules formes physiques qui se prêtent d'elles-mêmes aux techni- ques de cristallisation et d'étirage susmentionnées sont les fibres et les pellicules,
On connaît également des polymères de carbonate aromatiques et ces composés sont des matières bien connues dans le commerce. De tels polymères de carbonate peuvent être préparés en faisant réagir un phénol dihydrique, tel que le 2,2 bis-(4-hydroxyphényl)propane avec un précurseur de carbonate, tel que le phosgène, en présence d'un agent liant ou fixant les acides.
De manière générale, les résines de polycarbonates aromatiques offrent une résistance élevée vis-à-vis de l'attaque d'acides minéraux, peuvent être faci- lement moulés et sont physiologiquement inoffensifs, tout en possédant une excellente résistance aux souillures. De plus, ces polymères possèdent une résistance aux chocs et à la traction élevée, une résistance à la chaleur élevée et une stabilité dimensionnelle dépassant de loin les propriétés de n'importe quelle autre matière thermoplastique. Cependant, dans certaines applications, l'utilisation de parties de ré- sine de polycarbonates aromatiques est limitée étant donné que de telles parties peuvent présenter des fendillements ou des craquelures dus aux contraintes extérieures ou à l'environnement.
Par l'expression "fendillements ou conquelures dus aux contraintes extérieures ou à l'environnement" on entend définir le type de défaillance qui est accélérée par les solvants organiques, tels que, par exemple, l'acétone et le tétrachlorure de carbone, lorsque ces solvants sont en contact avec les parties sollicitées fabriquées à partir
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de résines de polyoarbonates aromatiques. Un tel oontaot peut se produire, par exemple, lorsque les solvants sont utilisés pour nettoyer ou dégraisser des parties de résines de polycarbonates sous contrainte.
Des mélanges de résines polycarbonates et d'une ou de plusieurs-résines synthétiques qui ont été produits jusque présent ne possèdent pas'l'entièreté des propriétés souhaitables des constituants du mélange. La présente inven- tion'a par conséquent pour objet principal un mélange de résines nouveau et amélioré constitué par une résine de poly- carbonate et une résine polyester qui peut être façonné en ou pièces parties/qui. conservent toutes les propriétés physiques et chimiques souhaitables des constituants du mélange et qui possèdent des propriétés qui sont supérieures aux proprié- tés des parties formées entièrement par chacun des oonsti- tuants résineux séparés du mélange.
On a découvert non sans surprise que des mélanges' de résines qui peuvent être façonnés en parties possédant des propriétés chimiques et physiques remarquables, peuvent être obtenus en mélangeant (1) un polycarbonate d'un phénol dihydrique avec (2) un polyester d'un acide phtalique et d'un alkylène glycol contenant de 2 à 10 atomes de carbone, polyester dans lequel au moins 85% des radicaux phénylne qui le constitue sont des radicaux p-phénylène, le reste étant des radicaux m-phénylène.
En bref, on a découvert que lorsque le polyester est ajouté au polycarbonate dans certaines proportions, le mélange ainsi obtenu peut être façonné en parties qui, après le maintient de leur température à pas moins de 100 C pen- dant une brève période de temps, possèdent des propriétés chimiques et physiques qui sont supérieures aux propriétés
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façonnées ou moulées en utilisant la compression, l'injec- tion, le calandrage ou l'extrusion. Il est évident que les mélanges résineux selon le présente invention peuvent éga- lement contenir en plus d'un ou de plus d'un des polymères susmentionnés, d'autres additifs pour lubrifier, empêcher l'oxydation ou pour colorer la matière.
Ces additifs sont bien connus dans la technique et peuvent être incorporés dans le mélange de résines.
La température à laquelle les parties façonnées eu : formées des mélanges de résines selon la présente invention doivent être chauffées potr atteindre leurs propriétés chi- miques et physiques améliorées, peut varier entre environ
100 et environ 150 C, bier. qu'une température de l'ordre de ,'
125 à 135 C soit généralement préférée. La durée'pendant laquelle les parties formées ou façonnées doivent être main-' tenues à une température particulière varie en général, de manière inverse par rapport à la température, cette durée allant de quelques minute., à plusieurs heures en fonction également des dimensions de la partie à traiter.
Un tel traitement à chaud peut être effectué en même temps que l'opération de façonnage ou de formage comme, par exemple, en maintenant la température d'une partie immédiatement après son façonnage à une valeur de 100 à 150 C pendant la période requise de temps, de manière à rendre optimal le .. ,cycle de temps et de température. Dans une opération de moulage par injection, ceci. peut être effectué en mainte- nant les parties dans le m>ule pendant une brève période après leur façonnage ou en refroidissant lentement les par- ties après les'avoir enlevées 'du moule à une vitesse telle '.
,que leur température soit iaintenue entre les limites spé- cifiées pendant la période nécessaire. Les parties formées , peuvent également être tratees à chaud, de manière continue
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ou discontinue, dans un four à circulation d'air ou dans un autre appareil, après avoir subi l'opération de façon.,.
nage ou de formage,
Il est évident que les températures citées dans le présent mémoire sont les températures atteintes par les -parties façonnées elles-mêmes et non les températures du milieu environnant,, Par conséquent, des parties massives et grandes façonnées à partir des mélanges de résines se- lon la présente invention demanderont ordinairement des périodes de chauffage plus longues, qui dépendent à nou- veau des températures ambiantes, pour atteindre la tempé- rature interne d'au moins 10000. Pour des parties moulées courantes, c'est-à-dire celles possédant une profondeur maximale d'environ 10,16 cm ou moins, une période de chauf- fage comprise entre 1 et 2 heures à 125 0 suffit.
Le traitement à chaud de parties façonnées de mé- langes résineux selon la présente invention est un facteur critique pour l'obtention des propriétés physiques et chi- miques améliorées de ces parties. Par exemple, les parties façonnées de mélanges de résines qui n'ont pas été soumises au traitement à chaud susdécrit, possèdent des températures - de distorsion à la chaleur moins élevées, sont plus suscep- tibles de subir un fendillement sous contrainte et possèdent des propriétés physiques globales beaucoup moins bonnes que les parties traitées à la chaleur.
Le fait que les mélanges de résines selon la pré- sente invention fournissent des parties qui, après avoir subi le traitement à chaud tel que mentionné plus haut, pos- ' sédent des propriétés qui sont supérieures à celles de chaque constituant séparé du mélange, était , totalement inespéré et n'est pas entièrement compris. Par exemple, des parties ou
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pièces formées ou façonnées de mélanges polyester-polyoarbo- nate devraient normalement présenter les qualités de fragi- lité du constituant polyester, en partioulier, à des concen- trations peu élevées en polycarbonate.
Cependant, on constate que les parties ou pièces fabriquées de mélanges résineux contenant 70% de polyester et 30% de polycarbonate selon la présente invention, sont des matières flexibles et dures possédant des valeurs élevées de résistances au choc et à la traotion. De plus, on pouvait supposer que la température ' de distorsion'à la chaleur du mélange serait sensiblement inférieure à celle de la température de distorsion à la chaleur du polycarbonate, étant donné la valeur de distorsion à la chaleur peu élevée du constituant polyester,.
Cependant, des pièces ou parties façonnées des mélanges polycarbonate- polyester selon la,présente invention possèdent une tempéra- ture de distorsion à la chaleur qui est sensiblement égale à celle du constituant de résine polycarbonate seul.
La présente invention a par conséquent pour objet la production de parties ou de pièces en résine synthétique façonnées ou formées présentant non seulement les propriétés de résistance au choc et à la traction, de stabilité di- mensionnelle des résines de polycarbonate, mais également les propriétés de résistance chimique et physique élevée de polyesters du type téràphtalate de polyéthylène. De plus, étant donné que l'utilisation de ces polyesters a été anté- rieurement limitée à la production de pellicules et de fibres, la présente invention aide également à élargir le domaine des applications commerciales pour lesquelles ces polyesters peuvent être utilisés.
Les polyesters utilisés pour fournir les mélanges résineux se'.on la présenta invention sont les esters de poly-
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alkylëne glycol d'un acide phtalique, polyesters dans les- quels au moins 85% des radicaux phénylène constituants sont des radicaux p-phénylène, le reste étant des radicaux m- phénylène. L'expression "aoide phtalique" est utilisée dans le présent mémoire dar.s son sens générique, c'est-à-dire qu'el- le englobe dans sa définition les aoides téréphtalique et isophtalique et qu'elle n'est pas utilisée dans le sens où di elle définit spécifiquement l'acide orthobenzène dicarboxylique.
Les alkylène glycols utilisés pour fournir les poly- esters selon la présente invention contiennent de 2 à 10 ato- mes de carbone et correspondent à la formule générale HO(CH2)nOH dans laquelle n va de 2 à 10. Comme exemples de tels glycols, on peut citer les composés suivants éthylène glycol, triméthylène glycol, tétraméthylène glycol, pentaméthylène glycol hexaméthylène glycol, heptaméthylène glycol, ootaméthylène glycol, nonaméthylène glycol et déca- méthylène glycol.
Les polyesters utilisés pour fournir les mélanges résineux selon la présente invention oontiennent par consé- quent des unités réourentea structurelles dont au moins 85% correspondent 4 la formule générale suivante :
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et des unités structurelles résiduelles, c'est-à-dire jusqu'à concurrence de 15%, correspondant à la formule générale sui- vante
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formules dans lesquelles n va de 2 à 10.
Ces polyesters peuvent être préparas en chauffant des glycols contenant de 2 à 10 atomes de carbone avec de l'acide téréphtalique ou avec un mélange d'acide téréphta- lique et d'acide isophtalique contenant au moins 85% d'acide téréphtalique, au lieu d'utiliser de l'acide téréphalique.
Les résines de polycarbonate utilisées pour donner '; les mélanges résineux selon la présente invention peuvent être préparées en faisant réagir un phénol dihydrique avec ¯<¯ un précurseur de carbonates tel que le phosgène, un bishalo- formiate ou :.un carbonate ester. De manière générale, de tels polymères de carbonates peuvent être représentés com- me possédant les unités structurelles récurentes de formule
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dans laquelle A est un radical aromatique bivalent du phénol dihydrique utilisé dans la réaction de production du polymère.
De préférence, les polymères de carbonates utilisés pour obtenir les mélanges résineux selon la présente invention possèdent une viscosité intrinsèque (telle que mesurée dans le p-dioxane en décilitres par gramme à 30 C) comprise entre environ 0,45 et environ 1,15. Les phénols dihydriques qui peuvent être utilisés pour donner de tels polymères de car- bonates aromatiques sont des composés aromatiques monouclé- aires ou polynucléaires ,contenant, comme groupes fonction"' nels, 2 radicaux hydroxyle, chacun de ceux-ci étant attaché directement à un atome de carbone d'un noyau aromatique.
Com- me exemples typiques de phénols dihydriques convenables, on peut citer les composés suivants :: 2,2 bis (4-hydroxyphényl) propane-, hydroquinone; résorcinol; 2,2 bis-(4-hydroxyphényl)
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pentane ; 2,4' dihydroxydiphényl méthane; bis-(4-hydroxyphényl) méthane ; bis-(4-hydroxy-5-nitrophényl) méthane; 1,1 bis-(4- hydroxyphényl) éthane; 3,3 bis-(4-hydroxyphényl) pentane;
2,6 dihydroxy naphtalène; bis-(4-hydroxyphényl) sulfone; 2,4' dihydroxydiphényl sulfone; bis-(4-hydroxyphényl) diphényl di- sulfone;
éther 4,4' dihydroxydiphénylique et éther 4,4' dihy- . droxy-2,5-diéthoxydiphénylique, Une variété de phénols dihy- driquee supplémentaires qui peuvent être utilisées pour four- nir ces polymères de carbonates sont les mélanges de résines de polycarbonates et de polysiloxanes. Il est évidemment pos- sible d'utiliser deux ou plus de deux phénols dihydriques dif- férents ou encore un phénol dihydrique en combinaison avec un glycol, un polyester terminé par un groupe hydroxy ou acide ou un acide dibasique dans l'éventualité où l'on désire obtenir un copolymère de carbonate plutôt qu'un homopolymère de car- bonate pour la préparation des mélanges résineux selon la présente invention.
Les exemples qui suivent sont donnés à des fins pure- ment illustratives et nqlimitent l'invention en aucune manière.
Tontes les parties et pourcentages sont en poids sauf spécification contraire
La résistance aux fendillements ou aux craquelures dus aux contraintes externes ou au milieu environnant de parties ou de pièces façonnées à partir des mélanges résineux selon la présente invention est déterminée en soumettant des échantillons sous tension à des milieux tels que l'acétone et le tétrachlorure de carbone. Les échantillons sont préparés '' en moulant ,les mélanges résineux en barres mesurant environ
1,27 x 0,3175 x 6,35 cm dans une presse de Van Dorns d'une once ou d'une once et demi. Les températures de moulage sont de 287 -305 C sur le cylindre et l{étranglement et de 65 C à
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133*0 dans le moule.
Les valeurs de la contrainte désirée sont appliquées à chaque barre à essayer à l'aide d'un ca- libre de charge à 4 pointa qui permet des réglages extrême- ment précis de la déflex,Lon de la barre soumise à l'essai.
Le pourcentage de contrainte tel que décrit dans les exem- ples suivants est le pourcentage maximum de contrainte dé- veloppé dans les fibres extérieures des barres soumises à l'essai lorsqu'elles sont placées sous contraintes dans un calibre de charge à 4 points. La valeur du pourcentage de contrainte dérive de la formule telle que donnée à la page 20 de l'ouvrage "Design of Machine Elements," F.M. Spotts, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, October 1955.
Des mélanges de polycarbonate-polyester sont pré- parés en extrudant des mélanges de pastilles ou de paillet- tes de chaque constituant et en remettant les mélanges ex- trudés sous forme de pastilles ou de paillettes. Les mélanges tels qu'extrudés sont translucides et présentent une.bonne homogénété et une bonne compatibilité. On prépare un total de 13 échantillons en utilisant des proportions différentes de polyoarbonate et de pclyester.
Chaque échantillon étant ensuite moulé en barres à essayer et les barres sont testées en ce qui concerne la réeistance au choc, la distorsion à la chaleur à 18,48 kg/cm2 et la résistance aux fendillements ou aux craquelures sous containte dus au milieu environnant, à la fois avant et après le vieillissement à chaud dans un four à circulation d'air 125 C pendant 2 heures. Les résul- tats sont comparée) aux données obtenues en essayant des barres moulées de chèque constituant résineux du mélange (échantil- lons 14 et 15 respeotivemant). Toutes les données ainsi obte- nues sont décrites dans le tableau I qui suit.
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TABLEAU I
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Tel oue moulé Tr2ité> à chaud 125 C pendant 2 heures
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<tb> Résistance- <SEP> Température <SEP> Contrainte <SEP> Résistance <SEP> Température <SEP> Contrainte
<tb> au <SEP> choc <SEP> IZOD <SEP> de <SEP> distor- <SEP> extérieure <SEP> au <SEP> choc <SEP> IZOD <SEP> de <SEP> distor- <SEP> extérieure
<tb> Compositon <SEP> kgm/2,54 <SEP> cm <SEP> tion <SEP> à <SEP> la <SEP> % <SEP> d'effort <SEP> kg/m2,54 <SEP> cm <SEP> tion <SEP> à <SEP> la <SEP> % <SEP> d'effort
<tb>
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polycar- poly- (sans en- chaleur C jusqu'à rup- (sans en- chaleur *0 jusqu'à rupExem- bonate ester taille) à 'i8i48:
g/cm2 ture taille) à 18,48kg/cm2 ture ple % % Acétone CC14 Acétone CC14 1 90a ?Od > 4,278 137 - - > 4,278 142 0,65 0,45
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<tb> 2 <SEP> 90a <SEP> 10e <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 133 <SEP> 1,10 <SEP> 0,25 <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 139 <SEP> 0,50 <SEP> 0,25
<tb>
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3 75a 25 d - 4,292 129 1,80 ,io 4,292 139 > 2,3 0,60 4 70a 30 e > 4,278 126 > 2,3 > 2,3 >4,278 139 > 2,3 1,10 5 60a 40 d > 4,278 103 1.80 > 2,3 .> 4,278 136 > 2,3 > 293 6 60a 40e 4,278 122 2, 3 , 2r3 > 4,278 139 > 2,3 > 2,3
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<tb> 7 <SEP> 50a <SEP> 50d <SEP> 3,919 <SEP> 137 <SEP> > <SEP> 2,3 <SEP> > <SEP> 2,3
<tb> 8 <SEP> 40a <SEP> 60e <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 77 <SEP> 1,90 <SEP> > <SEP> 2,3 <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 136 <SEP> > <SEP> 2,3 <SEP> > <SEP> 2,3
<tb>
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9 30 a 70 > 4,278 74 1,10 > 2,3 > 4,278 '!31 > 2,3 7 23 10 70b 30d 4,292 3,974 134 > 2,3 1,05 11 60b 40 d 4,
292 101 0,80 )2,3 1,904 134 2,3 j 2'3 12 701 30d > 4,278 115 1,20 > 2,3 3,878 139 > 2s3 7 2,3 3 60 40 d 4,292 94 1,00 > 2,3 4,319 135 > 2,3 > 2,3
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<tb> 14 <SEP> 100 <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 132 <SEP> 0,60 <SEP> 0,20 <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 132 <SEP> 0,60 <SEP> 0,20
<tb> 15 <SEP> 100 <SEP> > <SEP> 4,278 <SEP> 68 <SEP> 0,40 <SEP> > <SEP> 2,3 <SEP> 1,1711 <SEP> 101 <SEP> > <SEP> 2,3 <SEP> > <SEP> 2,3
<tb>
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TABLEAU 1 (suite)
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<tb> a <SEP> Polycarbonate <SEP> de <SEP> 2,2 <SEP> bis-(4-hydroxyphényl)propane <SEP> possédant <SEP> une <SEP> viscosité <SEP> intrinsèque, <SEP> telle
<tb> que <SEP> mesurée <SEP> dans <SEP> le <SEP> p-dioxane <SEP> en <SEP> décilitres <SEP> par <SEP> gramme <SEP> à <SEP> 30,3 C <SEP> de <SEP> 0,57.
<tb> b <SEP> Polycarbonate <SEP> de <SEP> 2,2 <SEP> bis-(4-hydroxyphényl)
propane <SEP> possédant <SEP> une <SEP> viscosité <SEP> intrinsèque, <SEP> telle
<tb> que <SEP> mesurée <SEP> dans <SEP> le <SEP> p-dioxane <SEP> en <SEP> décilitres <SEP> par <SEP> gramme <SEP> à <SEP> 30,3 C <SEP> de <SEP> 0,63.
<tb> c <SEP> Polycarbonate <SEP> de <SEP> 2,2 <SEP> bis-(4-hydroxyphényl)propane <SEP> possédant <SEP> une <SEP> viscosité <SEP> intrinsèque, <SEP> telle
<tb> que <SEP> mesurée <SEP> dans <SEP> le <SEP> p-dioxane <SEP> en <SEP> décilitres <SEP> par <SEP> gramme <SEP> à <SEP> 30,3 C <SEP> de <SEP> 0,98.
<tb> d <SEP> Polyester <SEP> d'éthylène <SEP> glycol <SEP> et <SEP> d'un <SEP> mélange <SEP> de <SEP> 90% <SEP> d'acide <SEP> téréphtalique <SEP> et <SEP> de <SEP> 10% <SEP> d'acide
<tb> isophtalique..
<tb> e <SEP> Téréphtalate <SEP> de <SEP> polyéthylène.
<tb>
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Il résulte des données du tableau I que des parties ou pièces façonnées à partir de mélanges résineux selon la présente invention possèdent des résistances au.¯choc Izod- et des propriétés de distorsion à la chaleur comparables à celles de parties moulées de résines de polycarbonates linéaires et que, de plus, les parties selon la présente invention possèdent la bonne résistance chimique du constituant polyester, en particulier, lorsque le constituant polyester est présent à raison de plus de 25% en poids par rapport au poids total des résines dans le mélange. Ainsi, une barre traitée à chaud formée d'une résine dans laquelle la concentration en polyester du mélange est de 40% ne seront pas à l'effort de 2,3% dans n'importe lequel des solvants essayés.
Ces solvants ou milieux environnants provoquent la rupture d'une partie ou pièce mou- lée entièrement de résine de polycarbonate pour des efforts de 0,6% ou même des efforts inférieurs. De plus, le change- ment maximal de dimension s'opérant après le traitement à chaud des échantillons moulés des mélanges résineux selon la présente invention est inférieur à 1,65 (pour une concentra- tion en polyester de 70%) et pour les échantillons possédant des concentrations en polyesters de 40% et des concentrations en polyester inférieures à 40%, le changement des dimensions après chauffage est inférieur à 0,5%. Un changement dimension- nel s'opérant après avoir traité à chaud une,barre moulée entièrement à partir de résine polyester est dans tous les cas supérieur à 4%.
Grâce à la présente invention, on obtient une nouvelle classe de mélanges de résines thermoplastiques qui peuvent être façonnés en parties ou pièces possédant des propriétés chimiques et physiques supérieures à celles de parties ou pièces façonnées à partir de chaque constituant du mélange. De tels
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mélanges résineux peuvent être utilisée dans des oomposi- tions de moulage, soit seuls soit en combinaison avec des charges, telles que'par exemple, la farine de bois, la terre à diatomées, la silice, le noir de carbone et aveo des pig- mente de manière donner des parties ou pièces moulées de formes diverses.
Les produite selon la présente invention sont intéressants pour préparer des parties ou pièces ex- trudées ou moulées par injection, y compris des joints, des tubes, des conduites et d'autres matières qui doivent pos- séder une résistance améliorée aux fendillements et aux cra- . quelures lorsqu'elles sont en contact avec des solvants or- ganiques de nettoyage, @els que l'acétone et le tétrachlorure . de carbone par exemple.
Les pellicules traitées à chaud des mélanges rési- neux améliorés selon la présente invention conviennent oomme matières d'enveloppement ou d'empaquetage, comme matières pour garnir les métaux ou les fibres, comme réceptacles, corne couvertures, fermetures, rubans d'isolation électrique, comme . condensateurs électriques, comme diélectriques, comme bandes d'enregistrement magnétique et comme matières d'enveloppement de tuyaux.
Les pellicules et fibres traitées à chaud de mélanges résineux selon la présente invention peuvent être orientées avec succès ou étirées à des températures élevées, par exemple à des températures comprises entre 50 et 200 0. Des fibres de ces matières peuvent être utilisées pour fabriquer des fils, des filés, des seies ou poils, des cordages, etc.. et ces ma- tières peuvent être facilement teintées.
Les mélanges résineux selon la présente invention peuvent également être utilisés en tant que matières d'enve- loppement superficiel l'appareillages et analogues ou en tant
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que revêtement pour t:.ges et fils métalliques ou autres et en tant que matières d'isolation des rainures d'enduit dans des machines dynamoélectriques. Les mélanges selon la présen- te invention sont également efficaces en tant qu'émaux pour fils et peuvent être facilement mélangés à des pigments, des stabilisants et des p@astifiants. Les compositions selon la être , présente invention peuvent également/mélangées à d'autres matières résineuses.
REVENDICATIONS.
1.- Mélange résineux caractérisé en ce qu'il est constitué par (1) un polycarbonate d'un phénol dihydrique et (2) entre environ 5% et environ 70%, par rapport au poids total de (1j et de (2@, d'un polyester d'un acide phtalique et d'un alkylène glycol contenant de 2 à 10 atomes de-carbone, polyester dans lequel au moins 85 des radicaux phénylène constituants sont des radicaux p-phénylène, le reste étant des radicaux m-phénylène.
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New resinous polycar mixes
EMI1.1
boiiate-polyester,
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The present invention relates to polycarbonate-polyester resin blends and to products closed by such blends.
High molecular weight polyesters obtained by condensing terephthalic acid with an alkylene glycol of the series HO (CH2) nOH where n is a number ranging from 2 to 10, are well known materials which are widely available. commercially for the production of dandruff and: - fibers.
In these forms, such polyesters exhibit high strength and they possess good dimensional stability and at the same time these compounds are exceptionally resistant to attack by most organic solvents. . However, the commercial use of these polyesters has been limited to the production of films and fibers, since it is only in these physical forms that polyesters can be given the properties which have established their qualities in film. industry.
This is because these polyesters, immediately after their formation, are amorphous materials characterized by low heat distortion temperatures which must be crystallized in order to obtain the high heat distortion temperatures and heat distortion. good chemical resistance, properties for which they are appreciated. However, the temperatures at which these polyesters are converted from amorphous to crystalline are above their softening point, thus precluding the use of these polyesters in molding applications.
Furthermore,,
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In crystalline form, these polyesters are extremely brittle and require orientation treatment, eg, stretching, in order to give them eg flexibility. Therefore, it is evident that the only physical forms which lend themselves to the aforementioned crystallization and stretching techniques are fibers and films,
Aromatic carbonate polymers are also known and these compounds are well known materials in commerce. Such carbonate polymers can be prepared by reacting a dihydric phenol, such as 2,2 bis- (4-hydroxyphenyl) propane with a carbonate precursor, such as phosgene, in the presence of a binding or fixing agent. acids.
In general, aromatic polycarbonate resins offer high resistance to attack from mineral acids, can be easily molded, and are physiologically harmless, while possessing excellent soil resistance. In addition, these polymers possess high impact and tensile strength, high heat resistance, and dimensional stability far exceeding the properties of any other thermoplastic material. However, in some applications the use of resin parts of aromatic polycarbonates is limited since such parts may show cracks or cracks due to external stresses or the environment.
By the expression "cracks or cracks due to external stresses or to the environment" is meant to define the type of failure which is accelerated by organic solvents, such as, for example, acetone and carbon tetrachloride, when these solvents come into contact with stressed parts made from
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aromatic polyoarbonate resins. Such failure can occur, for example, when solvents are used to clean or degrease parts of polycarbonate resins under stress.
Blends of polycarbonate resins and one or more synthetic resins which have heretofore been produced do not possess all of the desirable properties of the blend components. The main object of the present invention is therefore a new and improved resin blend consisting of a polycarbonate resin and a polyester resin which can be formed into or into parts. retain all of the desirable physical and chemical properties of the components of the mixture and which possess properties which are superior to the properties of the parts formed entirely by each of the separate resinous components of the mixture.
It has surprisingly been found that blends of resins which can be shaped into parts possessing remarkable chemical and physical properties can be obtained by blending (1) a polycarbonate of a dihydric phenol with (2) a polyester of a dihydric phenol. phthalic acid and an alkylene glycol containing from 2 to 10 carbon atoms, polyester in which at least 85% of the phenylene radicals which constitutes it are p-phenylene radicals, the remainder being m-phenylene radicals.
Briefly, it has been found that when the polyester is added to the polycarbonate in certain proportions, the mixture thus obtained can be shaped into parts which, after maintaining their temperature at not less than 100 C for a short period of time, possess chemical and physical properties which are superior to the properties
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èI # Yìéà fsµ @ ë˵8 à âftir 48 @ & a6 [ue oonlt1tuant do la Yéé ± àéw µéldà iâ jf8ijni iavea-ëiaSf oà 4'oouvert qUI 6 "1i8! 'fi 8itf4ffl @ mijüijifit 8itf4ffl @ mijüijifit 8 can be obtained! êshstltùâftt du mdlanso va 1.
SHiES fif! R8fi 8i @ Hflféfi, pà% fiPÓft lU peàào tet & l àü 86âfë8â-ëê @t àu 81 @ stêfi hé aàfiîbré gnrâi't 3. $ - üa8t 3: 8 àêè Èùàfliiléà i rehti eomp âffi @ 118fâtlSft àé ia r @ iiâtaft @@ â \ kténâillèmêht $ 8ù 883E 63ü 1 â @ 8fitrâin @ ê êitflèüfèê é'ù at 1 8Hë8-âê: 3 lâç8nn @ êâ & ê8 éÍÍÍ iafige 8âei 8âei à 1 4ùé d @ èrlt plliê hàüt. ft'eât pàâ éà8iié% éhl dtê6tabi @ él, ieFé4ùé on ï, 'ai3 é hêtltat 8, f lli81aBgê ê8t 8üpgriéür @ à ëRl J l lazzi lfà% él @% h aRuà, 8. ùY> àhéé i rnt él% 18 <à% hé d'URe ùàhlhf% é * oéùàl% é t 66Èmb & jazz le prBpF13 Blùl %%. 4ù %% àù lêarbônati \ µ + 1% éaéhK%, li teRë \ H r .1 b8iµh% 1% 3 ù mlâfigi à61É 'Îiio'è c.p'.se% h% + = 33 and àu j3siaf3 <siàk 1 pBl; # eiÎir% Îi au pabo.; Ê:
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shaped or molded using compression, injection, calendering or extrusion. It is evident that the resinous mixtures according to the present invention may also contain in addition to one or more of the above-mentioned polymers, other additives for lubricating, preventing oxidation or for coloring the material.
These additives are well known in the art and can be incorporated into the resin blend.
The temperature to which the shaped parts formed from the resin mixtures according to the present invention are to be heated in order to attain their improved chemical and physical properties can vary between about
100 and about 150 C, bier. that a temperature of the order of, '
125 to 135 C is generally preferred. The time during which the formed or shaped parts must be kept at a particular temperature varies in general inversely with respect to the temperature, this time ranging from a few minutes to several hours depending also on the size of the unit. the part to be treated.
Such heat treatment can be carried out at the same time as the shaping or forming operation such as, for example, by maintaining the temperature of a part immediately after its shaping at a value of 100 to 150 C for the required period of time. time, so as to optimize the .., time and temperature cycle. In an injection molding operation, this. can be done by holding the parts in the mold for a short time after shaping or by slowly cooling the parts after 'removing' them from the mold at such a rate.
, that their temperature is kept within the specified limits for the necessary period. The formed parts can also be heat treated, continuously
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or discontinuous, in an air-circulating oven or in another device, after having undergone the operation so.,.
swimming or forming,
It is evident that the temperatures cited herein are the temperatures reached by the shaped parts themselves and not the temperatures of the surrounding environment. Therefore, massive and large parts formed from the resin mixtures according to The present invention will ordinarily require longer heating times, which again depend on ambient temperatures, to reach the internal temperature of at least 10,000. For common molded parts, i.e. those having a maximum depth of about 10.16 cm or less, a heating period of between 1 and 2 hours at 125 0 is sufficient.
The heat treatment of shaped parts of resinous mixtures according to the present invention is a critical factor in obtaining the improved physical and chemical properties of these parts. For example, shaped parts of resin blends which have not been subjected to the above-described heat treatment, have lower heat distortion temperatures, are more susceptible to stress cracking and have properties. overall physical appearance much worse than the heat-treated parts.
The fact that the resin mixtures according to the present invention provide parts which, after having undergone the heat treatment as mentioned above, possess properties which are superior to those of each separate component of the mixture, was , totally unexpected and not fully understood. For example, parts or
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Shaped or shaped pieces of polyester-polyoarbonate blends would normally exhibit the brittleness qualities of the polyester component, in particular, at low polycarbonate concentrations.
However, it is found that the parts or parts made of resin blends containing 70% polyester and 30% polycarbonate according to the present invention are flexible and hard materials having high values of impact and trauma resistance. In addition, it could be assumed that the heat distortion temperature of the blend would be significantly lower than that of the heat distortion temperature of the polycarbonate, given the low heat distortion value of the polyester component.
However, parts or shaped parts of the polycarbonate-polyester blends according to the present invention have a heat distortion temperature which is substantially equal to that of the polycarbonate resin component alone.
It is therefore an object of the present invention to produce shaped or formed synthetic resin parts or parts exhibiting not only the properties of impact and tensile strength, dimensional stability of polycarbonate resins, but also the properties of polycarbonate resins. high chemical and physical resistance of polyesters of the polyethylene terephthalate type. In addition, since the use of these polyesters has previously been limited to the production of films and fibers, the present invention also helps to broaden the field of commercial applications for which these polyesters can be used.
The polyesters used to provide the resinous blends of the present invention are the polyesters.
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the alkylene glycol of a phthalic acid, polyesters in which at least 85% of the constituent phenylene groups are p-phenylene groups, the remainder being m-phenylene groups. The expression "phthalic acid" is used herein in its generic sense, that is to say that it includes in its definition terephthalic and isophthalic aoides and is not used. in the sense that di it specifically defines orthobenzene dicarboxylic acid.
The alkylene glycols used to provide the polyesters according to the present invention contain from 2 to 10 carbon atoms and correspond to the general formula HO (CH2) nOH in which n is from 2 to 10. As examples of such glycols, there may be mentioned the following compounds ethylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol hexamethylene glycol, heptamethylene glycol, ootamethylene glycol, nonamethylene glycol and decamethylene glycol.
The polyesters used to provide the resinous blends according to the present invention therefore contain structural units of which at least 85% correspond to the following general formula:
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and residual structural units, i.e. up to 15%, corresponding to the following general formula
EMI9.2
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formulas in which n is from 2 to 10.
These polyesters can be prepared by heating glycols containing 2 to 10 carbon atoms with terephthalic acid or with a mixture of terephthalic acid and isophthalic acid containing at least 85% terephthalic acid, instead to use tercephalic acid.
Polycarbonate resins used to give '; the resinous mixtures according to the present invention can be prepared by reacting a dihydric phenol with ¯ <¯ a carbonate precursor such as phosgene, a bishaloformate or: .a carbonate ester. In general, such carbonate polymers can be represented as having the recurrent structural units of formula
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wherein A is a divalent aromatic radical of the dihydric phenol used in the reaction to produce the polymer.
Preferably, the carbonate polymers used to obtain the resinous mixtures according to the present invention have an intrinsic viscosity (as measured in p-dioxane in deciliters per gram at 30 ° C.) of between approximately 0.45 and approximately 1.15. The dihydric phenols which can be used to give such aromatic carbonate polymers are single-ring or polynuclear aromatic compounds containing, as functional groups, 2 hydroxyl radicals, each of which is attached directly to one. carbon atom of an aromatic nucleus.
Typical examples of suitable dihydric phenols include the following compounds: 2,2 bis (4-hydroxyphenyl) propane-, hydroquinone; resorcinol; 2,2 bis- (4-hydroxyphenyl)
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pentane; 2,4 'dihydroxydiphenyl methane; bis- (4-hydroxyphenyl) methane; bis- (4-hydroxy-5-nitrophenyl) methane; 1.1 bis- (4-hydroxyphenyl) ethane; 3.3 bis- (4-hydroxyphenyl) pentane;
2.6 dihydroxy naphthalene; bis- (4-hydroxyphenyl) sulfone; 2,4 'dihydroxydiphenyl sulfone; bis- (4-hydroxyphenyl) diphenyl disulfone;
4,4 'dihydroxydiphenyl ether and 4,4' dihy- ether. Droxy-2,5-diethoxydiphenyl. An additional variety of dihydric phenols which can be used to provide these carbonate polymers are the blends of polycarbonate resins and polysiloxanes. It is obviously possible to use two or more different dihydric phenols or a dihydric phenol in combination with a glycol, a polyester terminated by a hydroxy or acid group or a dibasic acid in the event that the it is desired to obtain a carbonate copolymer rather than a carbonate homopolymer for the preparation of the resinous mixtures according to the present invention.
The following examples are given for illustrative purposes only and do not limit the invention in any way.
All parts and percentages are by weight unless otherwise specified
The resistance to splitting or cracking due to external stresses or the surrounding environment of parts or parts shaped from the resinous mixtures according to the present invention is determined by subjecting samples under tension to media such as acetone and tetrachloride. carbon. The samples are prepared by molding, the resinous mixtures in bars measuring approximately
1.27 x 0.3175 x 6.35 cm in a Van Dorns 1 ounce or 1 ½ ounce press. The molding temperatures are 287 -305 C on the cylinder and the throttle and 65 C at.
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133 * 0 in the mold.
The desired stress values are applied to each bar to be tested using a 4 point load ca- pacity which allows extremely precise adjustments of the deflection, Lon of the bar being tested.
The percent stress as described in the following examples is the maximum percent stress developed in the outer fibers of bars being tested when placed under stress in a 4 point load gauge. The percent strain value is derived from the formula as given on page 20 of "Design of Machine Elements," F.M. Spotts, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, October 1955.
Polycarbonate-polyester blends are made by extruding mixtures of pellets or flakes of each component and returning the extruded mixtures to pellet or flake form. The blends as extruded are translucent and exhibit good homogeneity and good compatibility. A total of 13 samples were prepared using different proportions of polyoarbonate and pclyester.
Each sample then being molded into bars to be tested and the bars are tested for impact resistance, heat distortion at 18.48 kg / cm2 and resistance to cracking or cracking under containte due to the surrounding environment, both before and after hot aging in a circulating air oven 125 C for 2 hours. The results are compared to data obtained by testing molded check bars as the resinous component of the mixture (samples 14 and 15 respectively). All the data thus obtained are described in Table I which follows.
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TABLE I
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Such as molded Tr2ité> hot 125 C for 2 hours
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<tb> Resistance- <SEP> Temperature <SEP> Stress <SEP> Resistance <SEP> Temperature <SEP> Stress
<tb> to <SEP> shock <SEP> IZOD <SEP> from <SEP> distor- <SEP> exterior <SEP> to <SEP> shock <SEP> IZOD <SEP> from <SEP> distor- <SEP> exterior
<tb> Compositon <SEP> kgm / 2,54 <SEP> cm <SEP> tion <SEP> at <SEP> the <SEP>% <SEP> of effort <SEP> kg / m2,54 <SEP> cm <SEP> tion <SEP> to <SEP> the <SEP>% <SEP> of effort
<tb>
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polycar- poly- (without heat C up to rup- (without heat * 0 up to rupExem- bonate ester size) to 'i8i48:
g / cm2 ture size) at 18.48kg / cm2 ture ple%% Acetone CC14 Acetone CC14 1 90a? Od> 4.278 137 - -> 4.278 142 0.65 0.45
EMI13.4
<tb> 2 <SEP> 90a <SEP> 10th <SEP>> <SEP> 4.278 <SEP> 133 <SEP> 1.10 <SEP> 0.25 <SEP>> <SEP> 4.278 <SEP> 139 <SEP > 0.50 <SEP> 0.25
<tb>
EMI13.5
3 75a 25 d - 4.292 129 1.80, io 4.292 139> 2.3 0.60 4 70a 30 e> 4.278 126> 2.3> 2.3> 4.278 139> 2.3 1.10 5 60a 40 d > 4.278 103 1.80> 2.3.> 4.278 136> 2.3> 293 6 60a 40e 4.278 122 2, 3, 2r3> 4.278 139> 2.3> 2.3
EMI13.6
<tb> 7 <SEP> 50a <SEP> 50d <SEP> 3,919 <SEP> 137 <SEP>> <SEP> 2,3 <SEP>> <SEP> 2,3
<tb> 8 <SEP> 40a <SEP> 60th <SEP>> <SEP> 4,278 <SEP> 77 <SEP> 1,90 <SEP>> <SEP> 2,3 <SEP>> <SEP> 4,278 <SEP > 136 <SEP>> <SEP> 2,3 <SEP>> <SEP> 2,3
<tb>
EMI13.7
9 30 a 70> 4.278 74 1.10> 2.3> 4.278 '! 31> 2.3 7 23 10 70b 30d 4.292 3.974 134> 2.3 1.05 11 60b 40 d 4,
292 101 0.80) 2.3 1.904 134 2.3 d 2'3 12 701 30d> 4.278 115 1.20> 2.3 3.878 139> 2s3 7 2.3 3 60 40 d 4.292 94 1.00> 2 , 3 4.319 135> 2.3> 2.3
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<tb> 14 <SEP> 100 <SEP>> <SEP> 4.278 <SEP> 132 <SEP> 0.60 <SEP> 0.20 <SEP>> <SEP> 4.278 <SEP> 132 <SEP> 0.60 <SEP> 0.20
<tb> 15 <SEP> 100 <SEP>> <SEP> 4,278 <SEP> 68 <SEP> 0.40 <SEP>> <SEP> 2.3 <SEP> 1.1711 <SEP> 101 <SEP>> <SEP> 2,3 <SEP>> <SEP> 2,3
<tb>
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TABLE 1 (continued)
EMI14.1
<tb> a <SEP> Polycarbonate <SEP> of <SEP> 2,2 <SEP> bis- (4-hydroxyphenyl) propane <SEP> having <SEP> an intrinsic <SEP> viscosity <SEP>, <SEP> such
<tb> that <SEP> measured <SEP> in <SEP> the <SEP> p-dioxane <SEP> in <SEP> deciliters <SEP> per <SEP> gram <SEP> to <SEP> 30.3 C < SEP> of <SEP> 0.57.
<tb> b <SEP> Polycarbonate <SEP> of <SEP> 2,2 <SEP> bis- (4-hydroxyphenyl)
propane <SEP> having <SEP> an intrinsic <SEP> viscosity <SEP>, <SEP> such
<tb> that <SEP> measured <SEP> in <SEP> the <SEP> p-dioxane <SEP> in <SEP> deciliters <SEP> per <SEP> gram <SEP> to <SEP> 30.3 C < SEP> of <SEP> 0.63.
<tb> c <SEP> Polycarbonate <SEP> of <SEP> 2,2 <SEP> bis- (4-hydroxyphenyl) propane <SEP> having <SEP> an intrinsic <SEP> viscosity <SEP>, <SEP> such
<tb> that <SEP> measured <SEP> in <SEP> the <SEP> p-dioxane <SEP> in <SEP> deciliters <SEP> per <SEP> gram <SEP> to <SEP> 30.3 C < SEP> of <SEP> 0.98.
<tb> d <SEP> Polyester <SEP> of ethylene <SEP> glycol <SEP> and <SEP> of a <SEP> mixture <SEP> of <SEP> 90% <SEP> of acid <SEP> terephthalic <SEP> and <SEP> of <SEP> 10% <SEP> of acid
<tb> isophthalic ..
<tb> e <SEP> Polyethylene <SEP> terephthalate <SEP>.
<tb>
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It follows from the data in Table I that parts or parts formed from resinous mixtures according to the present invention possess Izod impact strengths and heat distortion properties comparable to those of molded parts of linear polycarbonate resins. and that, moreover, the parts according to the present invention possess the good chemical resistance of the polyester component, in particular, when the polyester component is present in an amount of more than 25% by weight based on the total weight of the resins in the mixture. Thus, a heat treated bar formed from a resin in which the polyester concentration of the blend is 40% will not be at the 2.3% stress in any of the solvents tested.
These solvents or surrounding media cause the rupture of a part or part cast entirely of polycarbonate resin for forces of 0.6% or even less. In addition, the maximum change in dimension occurring after the heat treatment of the molded samples of the resinous mixtures according to the present invention is less than 1.65 (for a 70% polyester concentration) and for the samples. having polyester concentrations of 40% and polyester concentrations less than 40%, the change in dimensions after heating is less than 0.5%. A dimensional change occurring after heat treating a bar molded entirely from polyester resin is in all cases greater than 4%.
By means of the present invention a new class of thermoplastic resin mixtures is obtained which can be shaped into parts or parts having chemical and physical properties superior to those of parts or parts shaped from each component of the mixture. Such
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resinous mixtures can be used in molding compositions, either alone or in combination with fillers, such as, for example, wood flour, diatomaceous earth, silica, carbon black and pigments. lie so as to give parts or molded parts of various shapes.
Products according to the present invention are useful for preparing extruded or injection molded parts or parts, including gaskets, tubes, pipes and other materials which must have improved resistance to cracking and cracking. -. which are in contact with organic cleaning solvents, @ such as acetone and tetrachloride. carbon for example.
The heat treated films of the improved resin blends according to the present invention are suitable as wrapping or wrapping materials, as materials for lining metals or fibers, as receptacles, horn covers, zippers, electrical insulating tapes, etc. as . electric capacitors, as dielectrics, as magnetic recording tapes and as pipe wrapping materials.
The heat treated films and fibers of resinous blends according to the present invention can be successfully oriented or drawn at elevated temperatures, for example at temperatures between 50 and 200 ° C. Fibers of these materials can be used to make yarns. , yarns, seies or pile, ropes, etc., and these materials can be easily dyed.
The resinous mixtures according to the present invention can also be used as surface covering materials for apparatus and the like or as.
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as coating for metal and other wires and wires and as insulating materials for plaster grooves in dynamoelectric machines. The mixtures according to the present invention are also effective as enamels for threads and can be easily mixed with pigments, stabilizers and polishers. The compositions according to the present invention can also be mixed with other resinous materials.
CLAIMS.
1.- resinous mixture characterized in that it consists of (1) a polycarbonate of a dihydric phenol and (2) between about 5% and about 70%, relative to the total weight of (1j and (2 @ , a polyester of a phthalic acid and an alkylene glycol containing from 2 to 10 carbon atoms, a polyester in which at least 85 of the constituent phenylene radicals are p-phenylene radicals, the remainder being m- radicals. phenylene.