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Verfahren zur Verformung eines Schichtstoffes Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Formgebung eines Schichtstoffes auf der Grundlage eines
glasfaserverstärkten thermoplastischen Harzes durch Stanzen dieses Schichtstoffes
in einer mechanischen Presse zu einem Gegenstand mit verbesserten Oberflächeneigenschaften.
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Eine neuere Entwicklung von Präparaten auf der Grundlage von glasfaserverstärktem,
thermoplastischem Harz betrifft die Herstellung von Formteilen aus derartigen Zusammensetzungen
in einer mechanischen Stanzpresse. Viele Endverwendungszwecke, für die die Stanzerzeugnisse
vorgesehen sind, wie æ.B. Platten für Karosserien, Kotflügel und Verdeckteile von
Motorfahrzeugen; erfordern eine ausgeprägte Oberflächenglattheit der geformten Erzeugnisse,
sodaß nach einem Anstrich oder anderer Beschichtung für derartige Zwecke das angestrichene
oder besohichtetel geformte Erzeugnis eine sehr glänzende Oberfläche besitzt.
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Es ist heute sehr schwierig, wenn nicht unmöglich,
gestanzte
glas-verstärkte Verbundstoffe mit Oberflächeneigenschaften, die zur Bildung glänzender
Oberflächenlacke geeignet sind, zu schaffen.
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Stanzbare Verbundstoffe auf der Grundlage von Glasfaser-verstärktem,
thermoplastischem Harz mit sehr hoher Oberflächenglätte werden erhalten, wenn eine
ungewohnliche Kombination von feinen und groben Glasfasern verwendet wird. Die stanzbaren
Verbundstoffe sind bei der Herstellung von Stanzerzeugnissen mit glänzender Oberfläche
wertvoll.
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Aufgabe der vorliegenden Brfindung~ist die Schaffung eines stanzbaren
Glasfaser-verstärkten Verbundstoffs, der eine sehr glatte Oberfläche besitzen kann,
die nach dem Stanzen relativ frei von Oberflächenfehlern ist und mit einem glänzenden
Oberflächenlack versehen werden kann.
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Ferner werden erfindungsgemäß stanzbare Glasfaser-verstärkte ~Verbundstoffe
geschaffen, die ihre guten Oberflächeneigen---schaften auch nach der Formgebung
in einer mechanischen Stanzpresse behalten.
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Abbildung 1 und 3 sind Seitenziisichten zweier Reihen aufeinanderfolgender
Schichten, die zur Bildung der erfindungsgemäßen Verbundstoffe mit einer bzw zwei
glänzenden Oberflächen verwendet werdennkönnen.
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Abbildung 2 und 4 stellen Seftenansichten erfindungsgemäßer Verbundstoffe
dar, die durch Erwärmung hergestellt wurden und die Schichten der Abbildung 1 bzw.
2 umfassen.
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Abbildung 5 ist die Aufsicht eines Verbundstoffs mit Rohlingen, die
zum Stanzen bereit sind.
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Abbildung 6 und 8 zeigen die Bearbeitung eines erfindungsgemässen
Verbundstoffs in einem Stanzverfahren.
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Verschiedene, hier benutzte Ausdrücke können erfindungsgemäß wie folgt
definiert werden: "Stanzbar"bedeutet, daß der dadurch beschriebene Verbundstoff
oder Rohling zur Stanzung in einer mechanischen Stanzpresse geeignet ist. Die Anwendung
einer solchen Presse wird nachfolgend beschrieben.
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"Verbundstoff" bedeutet einen aus einer Mehrzahl von Materialien herxestellten
Feststoffkörper.
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~Rohling11 bedeutet einen stanzbaren Verbundstoff aus thermoplastischem
Harz und Glasfasern. In einigen Fällen wird der Verbundstoff, wie er ist, als Rohling
verwendet, und in anderen Fällen können ein oder mehrere Rohlinge von einem Verbundstoff
geschnitten werden, bevor sie in die Stanzpresse gegeben werden.
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"Thermoplastisch"bedeutet, daß das hier beschriebene Material oder
die Zusammensetzung nach der Einwirkung von Wärme und Druck erweicht bzw. schmilzt.
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"Glatt" oder "Glätte" bedeutet ein vollständiges oder relatives Ausbleiben
von Fehlern oder Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche des Gegenstandes, die durch
Griff oder bloßes Auge, z.B.
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als Grübchen, Blasen, Mulden, Fasermuster, wellige Beschaffenheit,
Orangenschalenprofil und dergl., wahrnehmbar sind. Die Gesamtsumme derartiger Fehler
kann als ~Oberflächenrauhheit" bezeichnet werden.
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"GrUbohen" ist ein lochartiger Oberflächenfehler.
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"Wellige Beschaffenheit" ist ein Oberflächenfehler durch Wellen mit
langer Wellenlänge gekennzeichnet.
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Glanz ist eine Reflektionseigenschaft einer gestrichenen oder in anderer
Weise beschichteten Gegenstandsoberfläche und ist
indirekt proportional
zu der Rauhheit einer solchen Oberfläche, was in mm mit einem #Mikrocorder" gemessen
wird (hergestellt von Micrometrical tffg. Co., Ann Arbor, Michigan - SPE Journal,
August 1964, Seiten 711-715).
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"OrangenschalenproSil" ist ein Oberflächenfehler, bei dem die Oberfläche
wie die charakteristische Oberfläche einer Orange aussieht.
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"Mulde" ist ein Oberflächenfehler mit einer großen flachen Oberflächenvertiefung.
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"Fasermuster ist ein Oberflächenfehler bei Faser-verstärkten Verbundstoffen,
bei denen ein Fasermuster auf der Verbundstoffoberfläche sichtbar oder physikalisch
wahrnehmbar ist.
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Bs wurde nun gefunden, daß zur Herstellung gestanzter Verbundstoffe
aus Glasfasern und thermoplastischem Harz mit gestrichener oder beschichteter Oberfläche,
die durch ein relativ hohes Maß an Glanz charakterisiert und im wesentlichen frei
von Oberflächenfehlern sind, der gestanzte Verbundstoff aus einem stanzbaren Rohling
gefertigt werden muß, der aus den folgenden Materialien hergestellt worden ist:
a) Etwa 30 bis 95, und vorzugsweise etwa 50 bis 80, Ges. 0/3 thermoplastisches Harzgrundgefüge,
b) etwa 5 bis 70, und vorzugsweise etwa 15 bis 50, Gew.-5 an groben Glasfasern,
c). etwa 0 bis 60, und vorzugsweise etwa 15 bis 45, Gew.-0Ä an FüLlmaterial und
d) etwa 17 bis 340, und vorzugsweise etwa 50 bis 170, g/m2, 0,5 bis 10, vorzugsweise
1,5 bis 5,0 ounces per square yard, an feinen Glasfasern in Form einer Oberflächenmatte,
unter der Voraussetzung, daß die gesamte Menge in Gew.-5S von a) bis d) = 100 ist.
Für-die-Anwendung bei äußeren Fahrzeugteilai beträgt die bevorzugte Menge der verwendeten
Glasfasern etwa
15 bis 50 Gew.-#.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt in der Verteilung des thermoplastischen
Harzes in einen Verbundstoff, der zwei verschiedene Zonen an faserartiger Verstärkung
enthält. An der Oberfläche des Verbundstoffes, der die glatten fehlerfreien Eigenschaften
aufweisen muß, oder. in der Nähe von dieser, soll der Verbundstoff eine relative
harzreiche Schicht besitzen, worin das Harz eine Matte aus relativ feinen Fasern
einheitlich imprägniert hat,und der Rest des Querschnitts des Verbundstoffs umfaßt
eine einheitliche Mischung aus relativ groben Glasfasern und Harz, wobei die letztgenannte
Mischung nicht so harzreich ist, wie die Schicht des Verbundstoffs nahe der fehlerfreien
Oberfläche. Der stanzbare Verbundstoff kann mit einer Mehrzahl von derart glatten
Oberflächen gebildet werden.
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Der stanzbare Verbundstoff wird durch durchgehende Verteilung des
thermoplastischen Harzes in den zwei Arten von faserverstärkenden Schichten hergestellt,
während der Verbundstoff Wärme und Druck ausgesetzt wird. Die stanzbaren Verbundstoffe
werden gewöhnlich in einer Dicke von etwa 0,76 bis 5 mm oder mehr hergestellt Sie
haben gewöhnlich die Form oder Gestalt einer Folie oder dünnen Platte, da eine solche
Form am zweckmäßigsten ist, wenn der stanzbare Verbundstoff als Rohling in mechanischen
Stanzpressen zur Herstellung gestanzter Gegenstände mit anderer als im wesentlichen
ebener oder plattenförmiger Form verwendet werden soll.
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Die Oberflächen der ungestrichenen, gestanzten oder stanzbaren erf#indungsgemäßen
Verbundstoffe besitzen eine Rauhheit, die 50 O/o der Rauhheit der Oberfläche der
bereits bekannten gestanzten Verbundstoffe beträgt oder sogar noch darunter liegt.
Bei den gestanzten ungestrichenen erfindungsgemäßen Verbundstoffen wurden mit einem
Mikrocorder Rauhheitswerte von etwa 0,005-0,0152 mm gemessen, was von der Form der
Oberfläche abhängt, im Vergleich zu Werten der Oberflächenraunheit von 0,D mm und
mehr für die Oberflächen der gestanzten ungestrichenen Verbundstoffe, die
bereits
bekannt sind. In gestrichenem Zustand besitzen die gestanzten erfindungsgernäßen
Verbundstoffe Oberflächen-Rauhlieitswerte, die bei äußeren Fahrzeugteilen völlig
akzeptabel sind.
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Die niedrigen Werte der Oberflächenrauhheit der gestrichenen gestanzten
erfindungsgemäßen Verbundstoffe sind auf die Glätte der Oberflächen der stanzbaren
und gestanzten Verbundstoffe zurückzuführen, da solche Oberflächen relativ frei
von GrUbchen, Orangenschalenprofil, Fasermustern, Mulden und ähnlichen Oberfächenfehlern
sind. Die Oberflächen der gestrichenen, gestanzten erfindungsgemäßen Verbundstoffe
behalten darüberhinaus ihre guten Oberflächeneigenschaften während nachfolgender
Behandlungsstufen, die gewöhnlich bei der Abschlußbehandlung der gestrichenen gestanzten
Gegenstände, und die gewöhnlich bei erhöhten Temperaturen, z.B. beim Erhitzen der
gestrichenen oder beschichteten Oberflächen auf erhöhte Temperaturen, um den Anstrich
oder die Beschichtung auszuhärten oder zu trocknen, durchgeführt werden.
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Ber stanzbare.#Verbundstoff wird durch Vereinigung des thermoplastischen
Harzes mit groben und feinen Glasfasermatten hergestellt, wobei herkömmliche Beschichtungs-
oder Imprägnierungsverfahren, wie z.B. Formpressen, Strangpresskalandrierung, Schichtstoffherstellung
durch Strangpressen, Strangpressbeschichtung, Beschichtung durch Tauchen, Pulverimprägnierung
und Beschichten mit dem Messer, angewendet werden.
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Der bei diesen Verfahren anwendbare Druck ändert sich mit der Arbeitsweise,
beispielsweise beträgt der beim Formpressen angewendete Druck etwa 1,75 bis 210,
und vorzugsweise 3,5 bis 35#kg/cm2. Bei der Beschichtung durch Tauchen ist weniger
Druck erforderlich, da die Glas stränge gewöhnlich gut mit Harz imprägniert sind,
bevor das Formverfahren durchgeführt wird.
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Die während der Verfahren angewendeten Temperaturen hängen von den
Erweichungs- und Zersetzungspunkten des thermoplastischen Harzes ab. Die Schichtstoffherstellung
oder Imprägnierung muß über dem Erveichungspunkt und unter dem Zersetzungspunkt
des
Harzes durchgeführt werden. Die Verfahrenstemperatur kann auch
aufgrund des Harzes und des angewendeten Verfahrens sowie der Jeweiligen verwendeten
Menge an Glasfasern und Harz variieren.
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Die Bearbeitungsdauer liegt zwischen etwa 30 Sekunden und 30 Minuten
oder länger in Abhängigkeit von Komponenten der Verbundstoffe und des angewendeten
Verfahrens. Beispielsweise wird bei dem zur Herstellung der stanzbaren Verbundstoffe
angewendeten Formpressverfahren-die Imprägnierung der Fasern mit dem thermoplastischen
Harz durchgeführt, indem das thermoplastische Harz unter ausreichendem Druck und
solange geschmolzen wird, wie es für die Imprägnierung bei guter Benetzung der Fasern
durch das Harz erforderlich ist, wobei Jedoch ein über mäßiges Fließen oder Ausschwitzung
des Harzes aus dem Verbundstoffkörper vermieden wird.
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Bei der Bildung des stanzbaren Verbundstoffes wird das thermoplastische
Harz zu etwa 1 bis 10 oder mehr Lagen sowohl aus groben als auch feinen Glasfasern
zugegeben. Eine Seitenansicht solcher Lagen aus Harz und Fasern ist in Figur 1 der
Zeichnungen dargestellt. Das thermoplastische Harz wird gewöhnlich in Form einer
Folie oder Platte mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 3,2 mm verwendet.
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Bei der Bildung der stanzbaren Verbundstoffe ist es notwendig, die
feine Fasermatte mit dem thermoplastischen Harz nahe der Oberfläche des stanzbaren
Verbundstoffes zu kombinieren, um glatte Oberflächeneigenschaften zu erhalten, und
damit die grobe verstärkende Glasfasermatte die Oberfläche des Verbundstoffes nicht
bricht. Dies wird unter Verwendung der feinen Fasermatte als Sperrschicht erreicht,
die verhindert, daß die groben Glasfasern in die Nähe oder an die Oberfläche des
Verbundstoffes gelangen.
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Bei dem stanzbaren Verbundstoff ist das Oberteil der feinen Fasermatte
etwa 0,012 bis 0,25 mm unter der Oberfläche des Verbundstoffes. Die mit Harz imprägnierte
feine Faserschicht ist etwa 0,075 bis 0,75 mm dick.
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Während der Bildung der stanzbaren Verbundstoffe läßt man das Harz
sowohl durch die feinen als auch die groben Faserschichten fließen und diese imprägnieren.
Aufgrund der Beschaffenheit der feinen Fasermatte kann das Harz nicht so leicht
durch derartige feine Faserschichten wie durch die groben Fasern fließen.
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So ist es wahrscheinlicher, daß eine höhere Harzkonzentration in dem
feinen Faserschichtstoff des erhaltenen Verbundstoffs resultiert, als in den Schichten
der groben Glasfasern. Der in diesem Zusammenhang verwendete Ausdruck Harz umfaßt
auch alle Hilfstoffe, wie beispielsweise Füllstoffe und Weichmacher, die bei der
Bildung des Verbundstoffes verwendet werden können und die gewöhnlich mit dem Harz
vor der Imprägnierung der faserigen- Schicht mit dem Harz vermischt werden.
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Die erfindungsgemäßen stanzbaren Verbundstoffe werden gewöhnlich aus
Materialien gebildet, die in Form von Schichten angewendet werden, wobei der Ausdruck
"Verbundstoff" zur Charakterisierung solcher Materialien zutreffender ist, als der
Ausdruck '1Schichtstoff". Die verwendeten Harzschichten verlieren nämlich die Form
diskreter Schichten, da man das Harz, wie oben erwähnt, die Fasermaterialschichten
durchfließen und diese imprägnieren läßt. So besitzt das Endprodukt keine separaten
und unterschiedlichen Harz- und Faserschichten mehr, sondern ist vielmehr ein Verbundstoff
aus solchen Materialien.
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Nach der Formgebung werden die stanzbaren Verbundstoffe abgekühlt
und aus der Vorrichtung, in der sie hergestellt und für die bevorstehende Verwendung
aufbewahrt werden, entfernt. In einigen Fällen wird der Verbundstoff als solcher
als Rohling verwendet, der wärmeerweicht und dann in der mechanischen Stanzpresse
ausgestanzt wird. In anderen Fällen können ein oder mehrere Rohlinge mit Größen
und Formen, die für die Anwendungen geeigneter sind, als der Verbundstoff, aus dem
kalten Verbundstoff geschnitten werden. Der Rohling wird vorzugsweise von einem
kalten Verbundstoff abgeschnitten. Abbildung 5 zeigt die Aufsicht einer Serie von
drei Rohlingen, die von einem Verbundstoff abgeschnitten werden können. Diese Rohlinge
können zum
Ausstanzen von Autokotilügeln, Dachziegeln und dergl.
verwendet werden.
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Die feinen in den erfindungsgemäßen Verbundstoffen als Sperrschicht
verwendeten Fasern werden in Form einer Matte verwendet. Die einzelnen feinen Fasern
haben einen Denierwert von etwa 1 bis 25, und vorzugsweise etwa 2 bis 15, und die
Matten wiegen etwa 17 bis 340 g/m2. Die Matte aus feinen Fasern (hier kurz mit"feinen
Fasermatten"bezeichnet) kann entweder einen gewebten oder ungewebten Aufbau haben,
wobei die Fäden überall in der Matte gleichmäßig verteilt sind.
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Die zur Herstellung der feinen Fasermatten verwendeten Fasern werden
vorzugsweise als Fasern oder Spinnfäden verwendet, die eine Länge von etwa~6 mm
bis kontinuierliche Länge aufweisen und vorzugaqeise eine Länge von 25 mm oder mehr
Millimeter besitzen.
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Die feine Faser kann in Form von Fäden, Strängen, Glasseidenspinnfäden,
Garn, Glasseidensträngen und nicht-gewebtem Mull und dergl. verwendet werden.
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Die feinen Fasermatten sollen eine ausreichende Integrität besitzen,
damit sie verhindern, daß die groben verstärkenden Glas stränge bzw. Glasseidenspinnfäden
zu der Oberfläche des Verbundstoffes während der Herstellung, des Stanzens und/oder
der Abschlußbehandlung des gestanzten Verbundstoffes dringen.
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Die feinen Fasermatten können auch harzartige Zonen, die zwischen
den Strängen der groben verstärkenden Glasfasern bestehen können, überbrücken. Die
feinen Fasermatten sollten genügend porös sein, damit das geschmolzene Harzgrundgefüge
eine solche Matte durchdringen kann. Es ist günstig, wenn die feine Matte während
des Stanzvorganges mittelmäßig"fließen1,oder sich dehnen kann, d.h. etwa 6 bis 25
mm "fließen" oder dehnen an jeden Kanten des stanzbaren Rohlings.
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Die feinen Fasern können aus anorganischem oder organischem Material,
z.B. Glas, Polyester, Polyvinylalkohol, Olefinpolymeren, wie Polyäthylen, Polypropylen
und Poly(4-methyl-pent,en-1),
Phenolharzen, Kunstseide, Polyamiden,
wie Nylonharze, Zellulosetriacetat und#Acrylharzen,hergestellt werden. Die organischen
Materialien können thermoplastische oder wärmehaärtbare Harze sein. Für die feinen
Fasermatten kann jedes Harz verwendet werden, vorausgesetzt, daß es ausreichende
thermische Stabilität besitzt, daß sie seine faserige Form während des Stanzverfahrens
beibehalten kann.
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Die in den feinen Fasermatten verwendete Materialzusarnmensetzung
muß auch derart sein, daß diese Fasern gegenüber den verschiedenen Verfahrensbedingungen,
denen die Verbundstoffe unterworfen werden, widerstandsfähig sind, d.h. in der hauptsache
den Wärmebedingungen, ohne Zersetzung oder Schrumpfung zu unterliegen.
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Die einzelnen feinen Fasern können entweder gerade oder gebogen sein.
Die feinen Fasermatten können nach den bisher üblichen, zur Herstellung von Matten
aus Fasermaterialien angewendeten Verfahren, wie beispielsweise diejenigen mit fortlaufenden
oder zerhackten Strängen ("continuous strand or chopped strand processes") hergestellt
werden.
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Die feinen Fasermatten können aus geleimten oder ungeleimten Fasern
gegebenenfalls unter Verwendung eines Mattenbindemittels hergestellt werden. Wenn
ein Mattenbindemittel verwendet wird, umfaßt es gewöhnlich filmbildende Harze, Smulgatoren
und Kupplungsmittel. Das bei der Herstellung von feinen Fasermatten angewendete
Mattenbindemittel, mit dem die erfindungsgemäßen Verbundstoffe hergestellt werden,
müssen derart geschaffen sein, daß die einzelnen feinen Fasern in dem Verbundstoff
gegeneinander 'fließen" können, wenn der heiße Rohling in der Stanzpresse ausgestanzt
wird. Aus diesem Grunde sind die bevorzugten filmbildenden Harze, die als Bindemittel
der feinen Fasermatten verwendet werden, thermoplastische Harze; es können aber
auch einige wärmehärtbare Harze verwendet werden. Das Bindemittel und der verwendete
Leim müssen derart sein, daß das in dem entstehenden Verbundstoff verwendete Harz
die
Fasermatte vollkommen durchdringen und benetzen oder an die
feine Fasermatte binden kann.
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Die erfindungsgemäß verwendeten groben Glasfasern können auch in Form
einer Matte verwendet werden, was åedoch nidht Bedingung ist. Die einzelnen Glasstränge
enthalten etwa 5 bis 400, vorzugsweise etwa 10 bis 50, Fäden pro Strang. Jeder Faden
besitzt einen Durchmesser von etwa 0,005 bis 0,025, und vorzugsweise etwa 0,0089
bis 0,019 mm. Wenn sie als Matten verwendet werden, wiegen die groben Fasermatten
etwa 0,87 bis 34 g/dm2 und können einen gewebten oder ungewebten Aufbau besitzen.
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Die grobe Glasfaser wird vorzugsweise in Form von Glasfasern oder
Strängen verwendet, die eine Länge von etwa 25 mm bis kontinuierliche Länge haben
und vorzugsweise kleiner oder gleich 100 mm sind. Das grobe Glasmaterial kann in
Form von Fäden, Strängen, Glasseidenspinnfäden, Garn, Glasseidensträngen, ungewebtem
Mull und dergl. verwendet werden.
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-Die groben Glasfasern können mit einer oder mehrerer Arten von Leimungsmitteln
behandelt oder beschichtet werden, die zum Stand der Technik gehören. Die Leimungsmittel
sind gewöhnlich Mehrkomponenten-Zusammensetzungen, die ein oder mehrere Schmiermittel,
Emulgierungsmittel, Kupplungsmittel, pH-Wert-Regulierungsmittel, filmbildende synthetische
Bindemittel, antistatische Mittel und/oder Netzmittel enthalten. Die bevorzugten
Kupplungsmittel sind Organosilikonverbindungen, wie Silylperoxydverbindungen, Alkoxysilane,
Aminoalkoxysilane, Vinylalkoxysilane und Aminoalkoxysilane.
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Spezielle Beispiele für Silylperoxydverbindungen sind Vinyltris (t-butylperoxy)
silan, Allyl-tris(t-butylperoxy)-silan, Tetrakis (t-butylperoxy) silan, Allyl (t-butylperoxy)-tetrasiloxan,
Vinylmethyl-bis(t-butylperoxy)silan, Vinyl-tris ( £ , a -dimethylbenzylperoxy) silan,
Allylmethyl-bis (t-butylperoxy) silan, Nethyltris(t-butylperoxy)silan, Dimethyl-bis(t-butylperoxy)silan,
,Isocyanatopropyl-tris (t-butylperoxy) silan und Vinyl-diacetoxy(tbutylperoxy
)silan.
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Beispiele für Aminoalkyl-alkoxy-silane können Gamma-Aminopropyltriäthoxysilan,
Gamma-Aminopropyltriäthoxysilan und Bis(beta-hydroxymethyl )gamma-aminopropyltriäthoxysilan
umfassen.
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Andere Organosilikonverbindungen, die verwendet werden können, umfassen
Gamma-Nethacryloxypropyltrimethoxysilan, Beta(D,4-epoxycyclohexyl)-äthyltrimethoxysilan,
Gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und Vinyltriäthoxysilan.
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Die einzelnen verwendeten Glasfasern können entweder gerade oder gebogen
sein. Die bei dem Zusammenpressen der groben Glasfasermatte mit dem Harz während
der Bildung des Rohlings entstehende Verdichtung wird durch die Imprägnierung der
Matte mit dem heißen geschmolzenen Harz und durch Entlüftung der Matte während der
Imrägnierung verursacht.
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Die groben Glasfasermatten können auf dem Wege jedes üblichen bei
der Herstellung von Glasmatten angewendeten Verfahrens, wie z.B. Verfahren mit fortlaufenden
oder zerhackten Strangverfahren hergestellt werden. Die groben Glasfasermatten können
aus geleimten Glasfasern mit Hilfe eines Matten-Bindemittels hergestellt werden.
Das Mattenbindemittel umfaßt gewöhnlich ein filmbildendes Harz, E'mulgierungsmittel
und Kupplungsmittel. Das bei der Herstellung der groben Glasfasermatten, aus denen
die erfindungsgemäßen Verbundstoffe gebildet werden, verwendete Nattenbindemittel
muß derart geschaffen sein, daß die einzelnen Glasfasern im Verbundstoff gegeneinander
"fließen" können, wenn der heiße Rohling in der Stanzpresse ausgestanzt wird. Aus
diesem Grunde sind die bevorzugten filmbildenden Harze, die in den groben Glasfasermatten-Bindemitteln
verwendet werden, thermoplastische Harze. Es können aber auch einige wärmehärtbare
Harze verwendet werden.
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Zu polymeren Materialien, die bei der Herstellung der Verbundstoffe
verwendet und erfindungsgemäß bearbeitet werden können,
zählen
all diejenigen durch Druck verformbaren thermoplastischen Harzmaterialien, die zur
Verwendung bei der Herstellung gepresster und geformter Gegenstände vorgeschlagen
wurden.
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Die bevorzugten durch Druck verformbaren thermoplastischen Harze haben
ein Modul (Biegemodul) von wenigstens etwa 7 000 kg/cm2.
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Die polymeren Materialien, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können,
schließen die Vinylharze ein. Diese Vinylharze können entweder Homopolymere eines
einzelnen Vinylmonomeren oder Interpolymerisate eines oder mehrerer Vinylmonomere
sein und etwa 0 bis 50 MOl-#Ä einer oder mehrerer anderer monomerer Verbindungen
als Vinylmonomere enthalten, die mit Vinylmonomeren mischpolymerisierbar sind. Der
Ausdruck "Vinylmonomeres" bedeutet eine Verbindung, die wenigstens eine polymerisierbare
Gruppe der Formel -C=C- enthält. Zu derartigen Vinylmonomeren zählen daher folgende
Verbindungen: unsubstituierte Olefine, einschließlich Monoolefine, wie Äthylen,
Propylen, 1-Buten und Isobutylen und Polyolefine, wie Butadien, Isopren, Dicyclopentadien
und Norbornen; halogenhaltige Olefine, wie Chloropren, Tetrafluoräthylen, Chlorotrifluoräthylen,
Hexafluorpropylen; Vinylarylverbindungen, wie Styrol, o-Methoxystyrol, p-Nethoxystyrol,
m-M,ethdxystyrol, o-Nitrostyrol, p-Nitrostyrol, o-Methylstyrol, p-Methylstyrol,
m-Methylstyrol,' p-Phenylstyrol, o-Phenylstyrol, m-Phenylstyrol, Vinylnaphthalinverbindungen
und dergl.; Vinyl-und Vinylidenhalogenide, wie Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid,
Vinylidenfluorid, Vinylidenbromid und dergl.; Vinylester, wie Vinylformiat, Vinylacetat,
Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylchloracetat, Vinylchloropropionat, Vinylbenzoat,
Vinylchlorbenzoat und dergl.; Acryl- und alpha-Alkylacrylsäuren, ihre Alkylester,
ihre Amide und Nitrile, wie Acrylsäure, Chloracrylsäure, Methacrylsäure, Äthacrylsäure,
Methylacrylat, Äthylacrylat, Butylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Äthylhezylacrylat,
n-Decylacrylat, Methylmethacrylat, Butylmetharylat, Methyläthacrylat, Athyläthacrylat,
Acrylamid, N-Methylacrylamid, N , N-Dimethylacrylamid, Methacrylamid, N-Methylmethacrylamid,
N, N-Dimethylmethacrylamid, Acrylnitril, Chloracrylnitril,
Methacrylnitril,
Äthacrylnitril und dergl.; Malein-und Fumarsäure und ihre Anhydride und Alkylester,
wie Male in säureanhydrid, Dimethylmaleat, Diäthylmaleat und dergl.,; Vinylalkyläther
und Ketone, wie Vinylmethyläther, Vinyläthyläther, Vinylisobutyläther, 2-Chloräthylvinyläther,
Methylvinylketon, Äthylvinylketon, Isobutylvinylketon und dergl.; sowie Vinylpyridin,
N-Vinylca#bazol, N-Vinylpyrollidin, Äthylmethylenmalonat, Acrolein, Vinylalkohol,
Vinylacetal, Vinylbutyral und dergl. Nicht-Vinylmonomere, die mit Vinylmonomeren
mischpolymerisiert werden können, umfassen Kohlenmonoxyd und Formaldehyd.
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Zu Vinylpolymeren können beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen,
Athylenpropylenmischpolymerisate, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylfluorid,
Polystyrol, Styrolbutadien-acrylnitrilterpolymerisate, Äthylenvinylacetatmischpolymerisate,
Äthylenacrylsäuremischpolymerisate, Äthylenacrylnitrilmischpolymerisate und Styrolacrylnitrilmischpolymerisate
zählen.
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Neben den Vinylpolymeren zählen zu anderen polymeren Materialien,
die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, thermoplastische Polyurethanharze;
Polyamidharze, wie Nylonharze, einschließlich Polyhexamethylenadipinamii; Polysulfonharze;
Polycarbonatharze; Phenoxyharze; Polyacetalharze; Polyalkylenoxydharze, wie Polyäthylenoxyd
und Polypropylenoxyd; Polyphenylenoxydharze und Celluloseesterharze, wie Cellulosenitrat,
Celluloseacetat und Cellulosepropionat.
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Von dem Ausdruck "Polymeres" sind auch Mischungen von zwei oder mehreren
polymeren Materialien erfaßt. Beispiele derartiger Mischungen sind Polyäthylen/Polypropylen;
Polyäthylen niederer Dichte/Polyäthylen hoher Dichte; Polyäthylen mit Olefininterpolymeren,wie
die oben angegebenen, z.B. Äthylen/Acrylsäuremischpolymere,AthylanAthylmethacrylatmischpolymere,
Äthylenäthylacrylatmischpolymere, Äthylen-vinylacetatmischpolymere, Athylen-acrylsäure-äthylacrylatterpolymere,Athylen-acrylsäurevinylacetatterpolymere
und
dergl.
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Ebenfalls unter den Ausdruck "Polymeres" fallen Metallsalze dieser
Polymeren oder Mischungen davon, eingeschlossen die freien Carbonsäuregruppen. Beispielsweise
sind solche Polymere Äthylen-acrylsäuremischpolymere, Äthylen-methacrylsäuremischpolymere,
Äthylen-äthacrylsauremischpolymere, Styrol-acrylsäuremischpolvmere, Buten-acrylsäuremischpolymere
und dergl.
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Beispiele für Metalle, die zur Bildung von Salzen dieser Carbonsäurepolymeren
verwendet werden können, sind 1-, 2- und 3-wertige Metalle, wie-Natrium, Lithium,
Kalium, Calzium, Magnesium, Aluminium, Barium, Zink, Zirkonium, Beryllium, Eisen,
Nickel, Kobalt und dergl.
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Werden zwei oder mehrere Monomere zur Bildung eines Polymeren verwendet,
können Nonomerenanteile in einer zufälligen Verteilung oder in bloclcSörmiger Anordnung
in der Polymerenkette vorliegen, oder eine oder mehrere Ketten der Nonomerenanteile
können auf Ketten anderer Monomerenanteile gepfropft werden.
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Die Polymeren können in beliebiger Form, in der sie gewöhnlich bei
den Verformungsverfahren angewendet werden, vorliegen, z.B.
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in Form von Pulver, Tabletten, Körnern und dergl. sowie Mischungen
desselben mit einem oder mehrerer Hilfmaterialien. Zu solchen Hilfsmaterialien zählen
beispielsweise Materialien, wie Weichmacher, Wärme- und Lichtstabilisatoren Füllmittel,
Pigmente, Verarbeitungshilfsrnittel, Strecknittel und Mittel zur Verbesserung der
Schlagfestigkeit.
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Das speziell verwendete polymere Material bestimmt die Wahl und Menge
der Hilfsstoffe, die mit diesem verwendet werden sollen, da es der jeweilige Hilfsstoff
für solche erfindungsgemäß eingesetzten Polymere ist. Die verwendeten Hilfsstoffe
müssen physikalisch und chemisch mit jeder der anderen Komponenten der Zusammensetzungen
im Hinblick auf ihren vorgesehenen Gebrauch unter den beschriebenen Verfahrensbedingungen
verträglich sein.
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Die Hilfsstoffe werden in solchen Mengen verwendet, daß sie für den
vorgesehenen Zweck wirksam sind. So ist beispielsweise die wirksame Menge eines
Weichmachers eine "plastizierende Menge", d.h. eine Menge an Weichmacher, die Flexibilität,
Verarbeitbarkeit, Bearbeitbarkeit und/oder Dehnfähigkeit des Polymeren merklich
steigert. Die Stabilisatoren werden in einer zur Stabilisierung wirksamen Menge
und die Füllmittel in dafür wirksamen Mengen verwendet, wo wird beispielsweise bei
Verwendung eines verstärkenden Füllmittels, das Füllmittel in solchen Mengen verwendet,
daß die gewünschte verstärkende Wirkung geschaffen wird.
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Werden ein oder mehrere Hilfsstoffe zu den Verbundstoffen gefügt,
so ist es zweckmäßig, zuerst den Hilfsstoff (e) mit den Harz zu vermischen und dann
den Glasschichtstoff mit der Harz-Hilfsstoff-Mischung zu imprägnieren.
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Verstärkende Füllmittel werden in den erfindungsgemäßen Verbundstoffen
vorteilhaft bei Anwendungszwecken, wie z.B. für Batteriekästen, Fahrzeugseitenverkleiiungsplatten,
Fahrzeugarmaturenplatten und Verpackungsbehälter verwendet. Füllstoffe können auch
zur Reduzierung des Ausdehnungskoeffizienten des Grundgefüges verwendet werden,
wie z. B. Fahrzeugverdecke, Kotflügel und äußere Karosseriebleche, wo verbesserte
Oberflächenglätte erwünscht ist. Füllstoffe verbessern auch die Beibehaltung der
Oberflächenglätteeigensxhaften bei erhöhten Temperaturen und tragen dazu bei, ein
Verziehen zu verhindern. Die bevorzugten verstärkenden Füllmittel sind Materialien
mit einer Teilchengröße von etwa 1 bis 40 Mikron. Die verstärkenden Füllmittel umfassen
z.B. Talkum, Siliziumoxyd, Ruß, Kalziumcarbonat, Tone, Wollastonit und m - Bucryptit.
Der verstärkende Füllstoff kann auch faserig sein und aus Materialien wie z.B. Glas,
Asbest, Graphit und Ton hergestellt sein und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser
von) 10 haben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die folgenden Stufenfolge
bei der Verwendung der stanzbaren Rohlinge angewendet:
a) Der Rohling
wird auf eine Temperatur erwärmt, die über dem Schmelzpunkt und unter dem Zersetzungspunkt
der thermoplastischen Harzkomponente des Rohlings liegt.
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b> Der so erwärmte Rohling wird in eine kalte Form-einer mechanischen
Stanzpresse gegeben, worin die Form des Stanzformsatzes die gewünschte Gestalt des
herzustellenden geformten Gegenstandes besitzt.
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c) Die Presse wird solange geschlossen, daß der Rohling den Hohlraum
der Stanzform ausfüllen und das Teil abkühlen kann, -wobei esdie gewünschte Form
des Hohlraums beibehält.
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d) Die Presse wird geöffnet und der geformte Gegenstand herausgenommen.
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Der Rohling wird in Stufe a), wie es in Abbildung 6 der Zeichnungen
dargestellt sit, über einen ausreichenden Zeitraum erwärmt, damit das Harz fließbar
oder weich genug zur Formgebung des gewünschten Teils in der Stanzpresse wird. Der
Rohling schwillt während dieser Erwärmung an und nimmt etwa 20 bis 500 O/o an Dicke
des nicht-erwärmten Rohlings zu. Die Behandlungszeit des Rohlings in der Erwärmungsstufe,
z.B. einem Ofen, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie beispielsweise von
dem dabei verwendeten Harz, der Größe des Rohlings, den jeweiligen Mengen von Glasfasern
und des Harzes im Rohling; Wärmekapazität, Temperatur und Wellenlänge des Ofens.
Die Behandlungszeiten im Ofen liegen daher zwischen etwa 4 Sekunden und 5 Minuten.
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Der zur Stanzpresse weieerbeförderte oder in diese eingebrachte Rohling
kann gegenüber dem Hohlraum der Presse zu groß oder zu klein sein oder dieselbe
Größe besitzen. Es kann aber auch eine Mehrzahl von Rohlingen in einem Stanzvorgang
ausgestanzt oder auf#nandergeschichtet werden.
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Die Presse, in der der Rohling gestanzt werden soll, sollte eine kalte
Presse sein, wobei die Temperaturen der Ober- und Unterformen der Presse während
des Stanzverfahrens unter Verwen--dung eines Kühlmediums, wie z.B. Wasser, zwischen
Zimmertemperatur
bis unter die Schmelz- oder Erweichungstemperatur
des Harzes in dem Rohling, und vorzugsweise zwischen etwa 15 und 25°C, gehalten
werden.
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Wenn sich der erwärmte Rohling in der kalten Presse befindet, wie
es in Abbildung 7 der Zeichnungen dargestellt ist, werden die Formen der Presse
solange geschlossen, bis der Rohling die Unterform füllen und der Inhalt genügend
abkühlen kann, damit die gewünschte äußere Gestalt der Form, gemäß Abbildung 8 der
Zeichnung, beibehalten wird. Die Behandlungszeit des Teils in der Form liegt etwa
zwischen 3 und 60 Sekunden bei Rohlingen mit einer Dicke von etwa 0,75bis 10 mm.
Die Geschwindigkeit und Kraft, mit der der Formvorgang durchgeführt wird, erlaubt
es, den Vorgang eher als Stanzvorgang und nicht als Formverfahren zu bezeichnen.
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Nach dem Stanzvorgang werden die Formen geöffnet und der erhaltene
geformte Gegenstand wird gebrauchsfertig aus den Formen entfernt. Jetzt besitzt
der geformte Gegenstand gewöhnlich eine Temperatur zwischen etwa Zimmertemperatur
und einer Temperatur, die erheblich unter dem Schmelzpunkt der polymeren Komponente
des geformten Gegenstandes liegt.
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Die geformten Gegenstände können in verschiedener Gestalt und in verschiedenen
Formen hergestellt werden, und zwar mit ebenen und/oder unebenen Oberflächen. Die
geformten Gegenstände haben im allgemeinen eine Dicke zwischen etwa 0,5 und 5 mm.
Der Querschnitt der geformten Gegenstände kann gleichmäßig oder ungleichmäßig sein.
Beispielsweise können die Gegenstände mit Rippen, Vorsprüngen und anderen Protuberanzen
versehen werden, und dünne Querschnittsflächen können relativ dicken Querschnittsflächen
unmittelbar benachbart sein.
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Löcher und Kerben können gegebenenfalls in den geformten Gegenstand
während des Stanzvorganges oder in einem nachfolgenden Lochungsverfahren, das mit
dem abgekühlten geformten Gegenstand unter Anwendung herkömmlicher Techniken durchgeführt
wird.
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Der Stanzvorgang, bei dem die erfindungsgemäßen Rohlinge verwendet
werden, erfordert, daß die Presse etwa am toten Punkt, d.h. nicht mehr als 5° vor
dem toten Punkt, eine kurze Zeit praktisch vollständig zur Ruhe kommt, wie es in
Abbildung 8 der Zeichnungen dargestellt ist. Dieses Abstoppen mit Anhalten im Totpunkt
steht in direkte#m Gegensatz zu den Verfahren, die in Metallstanzverfahren angewendet
werden müssen, bei denen das vollständige Abstoppen am Tiefpunkt während der Stanzperiode
verursachen kann, daß die Stanzform am Tiefpunkt stecken bleiben kann. Ein solches
Steckenbleiben bei dem Stanzvorgang tritt nicht auf, wenn man erfindungsgemäße Rohlinge
verwendet.
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Die während des Stanzverfahrens angewendete Presse sollte eine mechanische
Stanzpresse oder eine äquivalente sein. Eine herkömmliche hydrauliche Presse kann
nicht verwendet werden, da sie nicht geeignet ist, eine schnelle Pressgeschwindigkeit
mit augenblicklich erhältlichem Druck zu kombinieren, was für den Stanzvorgang benötigt
wird. Eine hydrauliche Presse mit einem besonders großen Energiespeichersystem zur
Verdopplung der Leistung einer mechanischen Presse kann verwendet werden. Dieses
Stanzverfahren erfordert, daß Drücke der Größenordnung von etlfa 21 bis 140 kg/cm2
oder mehr wiederholt in Stanzvorgängen von etwa 10 bis 60 Sekunden, d.h. bei jeder
Preßperiode ("button to button"), geliefert werden. Das schnelle Schließen der Stanzpresse
unter diesen Drücken verhindert vorzeitiges Ab-Iruhlen des Füllgutes während der
Formfüllzeit. Da die Beschikkung sehr schnell in die Form fließt, erfährt der erhaltene
geformte Gegenstand ferner eine niedrigere Beanspruchung und Orientierung, als es
bei geformten Gegenständen der Fall ist, die im Spritzgußverfahren hergestellt werden.
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Obgleich der Stanzvorgang mit mechanischen Pressen durchgeführt werden
kann, die bei Metallstanzverfahren angewendet :werden, bringt das Stanzverfahren
mit erfindungsgemäßen Rohlingen überraschenderweise ungewöhnliche Vorteile gegenüber
dentn des Metallstanzverfahrens, bei dem#die geformten, aus solchen Rohlingen hergestellten
Gegenstände mit ungenauen Bögen,
scharfen Ecken und unterschiedlichen
Querschnitten in den gestanzten Teilen versehen werden können. Daher sind weniger
Stanzformen und Verfahrensstufen zur Herstellung geformter Gegenstande mit unebener
Gestalt aus den erfindungsgemäßen Rohlingen erforderlich, als bei Gegenständen derselben
Form, die aus Metall in einem Metallstanzverfahren hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäßen Verbundstoffe können gestrichen oder ungestrichen
verwendet werden. Wenn sie in einem Stanzverfahren weiter geformt und das Endprodukt
gestrichen werden soll, wird der Anstrich vorzugsweise auf die Oberfläche des Verbundstoffes
nach der Stanzung aufgebracht.
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Die in Frage kommenden Anstriche umfassen alle diejenigen, die für
den Anstrich von thermoplastischen Harzen geeignet sind.
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Ein spezieller Anstrich sollte im Hinblick auf die Verbundstoffoberfläche,
die mit dem ausgewählten Harz hergestellt wurde, aufgrund der Adhäsion und anderen
ähnliche Verträglichkeitseigenschaften, ausgewählt werden. Die erfindungsgemäß hergestellten
gestanzten Verbundstoffe auf der Grundlage von Glasfaser-verstärktem, thermoplastischem
Harz unter Verwendung von Standardfarben, die an das Harz, das in solchen Verbundstoffen
verwendet wird, angepaßt wurden, besitzen Oberflächen, die wesentlich glatter und
glänzender sind, als Oberflächen gestanzter gestrichener Glasfaser-verstärkter Verbundstoffe,
wie sie bereits erhältlich sind.
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Abbildung 1 der Zeichnungen zeigt eine Seitenansicht einer Reije von
Schichten von feiner Fasermatte, Harz und Matten mit groben Fasern, die übereinandergeschichtet
werden und dann einem Formpressverfahren zur Bildung eines stanzbaren Rohlings unterworfen
werden können, der dann nach Stanzung die gewünschte glänzende Oberfläche auf der
obersten Schicht davon besitzt. Die in Abbildung 1 verwendeten Schichten sind von
oben nach unten folgende:
1. eine oberste Schicht aus Oberflächenharz
2. eine Schicht aus feinen Fasern 3. eine mit groben Glasfasern verstärkte Matte
4. eine zweite Harzschicht 5. eine zweite mit groben Glasfasern verstärkte Matte
6. eine dritte Harzschicht 7. eine dritte mit groben Glasfasern verstärkte Matte
8. sowie eine vierte Harzschicht.
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Abbildung 2 der Zeichnungen zeigt eine Seitenansicht eines im Formpressverfahren
hergestellten Verbundstoffes 9, der aus den Materialschichten von Abbildung 1 hergestellt
wurde. Die oberste Schicht 10 des stanzbaren Verbundstoffes oder Rohlings 9 aus
Abbildung 2 ist eine Oberfläche, die die glatten Oberflächen der erfindungsgemäßen
Verbundstoffe darstellt. Die relativ dünne oberste Schicht 11 enthält die Matte
aus feinen Fasern, die mit Harz imprägniert ist. Die darunterliegende und dickere
Schicht 12 enthält sämtliche mit Harz imprägnierten Natten aus groben Fasern.
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Abbildung 3 der Zeichnungen zeigt eine Seitenansicht einer Reihe von
Schichten von Matten aus feinen Fasern, Harz und Matte ten aus groben Fasern, die
übereinandergeschichtet und dann im Formpressverfahren zu einem stanzbaren Rohling
verarbeitet werden können, der nach der Stanzung die gewün#schte glänzende Oberfläche
auf dessen obersten und untersten Schichten aufweist. Die in Abbildung 3 verwendeten
Schichten sind von oben nach unten die folgenden: 13. eine oberste Schicht aus Oberflächenharz
14. eine Schicht aus feinen' Fasern 15. eine mit groben Glasfasern verstärkte Matte
16. eine Harzschicht 17. eine zweite mit groben Glasfasern verstärkte Matte 18.
eine zweite Harzschicht 19. eine dritte mit groben Glasfasern verstärkte Matte 20.
eine zweite Schicht aus feinen Fasern 21. und eine zweite OberflåcXhensp>;cht
aus Harz.
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Abbildung 4 der Zeichnungen zeigt eine Seitenansicht eines durch Formpressverfähren
geformten stanzbaren Verbundstoffes 22, der aus den Materialschichten von Abbildung
3 hergestellt wurde.
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Die oberste Schicht 23 und unterste Schicht 24 des stanzbaren Verbundstoffes
oder Rohlings 22 von Abbildung 4, weisen beide glatte Oberflächen auf den erfindungsgemäßen
Verbunds,toffen auf.
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Die relativ dünnen Oberflächenschichten 23 und 24 enthalten die mit
Harz imprägnierte feine Fasermatte. Die dickere innere Schicht 25 enthält alle mit
Harz imprägnierten groben Fasermatten.
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Werden mehr als je eine Schicht aus groben Glasfasern, feinen Glasfasern,
Oberflächenharz und Grundgefügeharz verwendet, so werden dieselben groben Glasfasermatten,
feinen Fasermatten, Oberflächenharze und Grundgefügeharze gewöhnlich in jeder entsprechenden
Schicht verwendet. Das als oberstes Harz verwendete thermoplastische Harz, kann
dasselbe thermoplastische Harz, das in den Grundgefügeharzschichten verwendet wurde
oder aber auch ein anderes thermoplastisches Harz sein.
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Wenn die in Abbildung 2 und 4 dargestellten Rohlinge gestanzt werden,
behalten die gestanzten Verbundstoffve noch die.diskreten in Abbildung 2 und 4 gezeigten
Schichten, obgleich die Schichten während des Stanzvorganges dünner werden.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne
diese einzuschränken.
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Beispiele Stanzbare Rohlinge wurden aus verschiedenen Kombinationen
von thermoplastischem Harz, Matten aus groben und feinen Glasfasern und Füllstoffen
hergestellt wurden. Einige der stanzbaren Rohlinge wurden als Vergleich verwendet
und ohne die Oberflächenmatten aus feinen Fasern und/oder Füllstoff hergestellt.
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Die stanzbaren Rohlinge wurden gebildet, indem zunächst Platten aus
Harz entweder mit oder ohne Füllmittel hergestellt wurden.
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Wenn ein Füllstoff verwendet wurde, amrde-ein Harzansatz von etwa
0,907 j 0,045 kg und etwa 0,635 + 0,045 kg des Füllstoffes in einem Banbury-Mischer
etwa 1/4 bis 1 Stunde lang vermischt, während der Mischer mit Dampf bei einem Dampfdruck
von etwa 5,25 bis 6 kg/cm² erwärmt wurde. Vergleichsproben aus Harz, die keinen
Füllstoff enthiel#ten, wurden nicht in dem Banbury-Mischer vermischt. Es wurden
dann Platten aus Harz mit oder ohne Füllmittel hergestellt, indem das Harz auf einem
Zweiwalzenmischer entsprechend geformt wurde. Die so gewalzten mit oder ohne Harz
gefüllten Platten waren etwa 0,5 + 0,127 mm dick.
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Schichtstoffe wurden durch alternierende Schichtung von Platten des
gefüllten oder ungefüllten Harzes, groben Glasfaser-verstärkenden Matten und feinen
Oberflächenfasermatten hergestellt.
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Die groben Glasfasermatten waren ungewebt, aus fortlaufenden Glassträngen
hergestellt und besaßen ein Gewicht von etwa 0,046 + O,QO9 15/com. Die Matten aus
feinen Fasern waren etwa 0,25 bis 0,75 mm dick und nicht gewebt.
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Wenn man einen gestanzten Gegenstand aus einem stanzbaren Rohling
mit gewünschten Oberflächeneigenschaften auf der obersten Schicht von diesen herstellen
will, wird der Schichtstoff für den Rohling durch alternierende Schichtung von Y.omponentenmaterialien
von oben nach unten wie folgt hergestellt: Harz/feine Fasermatte/grobe - Glasfasermatte/Harz/grobe
Glasfasermatte/Harz/grobe Glasfasermatte/Harz. Es können mehr oder auch weniger
als drei Schichten an grober Glasfasermatte verwendet werden. Es ist zweckmäßig,
eine Harzschicht zwischen zwei Schichten aus groben Glasfasern vorzusehen. Es wird
gegewöhnlich keine Harzschicht zwischen die feine Oberflächenfasermatte und die
nächste angrenzende grobe Glasfasermatte eingefügt. Wird ein gestanzter Gegenstand
mit verbesserten Oberfläheneigenschaften an der obersten und untersten Oberfläche
davon gewünscht, kann eine Schicht aus feiner Oberflächenfasermater mit einer weiteren
anschließenden Harzschicht unter der untersten Schicht aus grober Glasfasermatte
vorgesehen sein.
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Rir eine Vielzahl von Wirkungen auf die Oberflächenbeschaffenheit
können Schichten, vom Grundgefügeharz abweichende, thermoplastische Harze als äußerste
Ilarzschicht an der Oberfläche (oder Oberflächen) des Rohlings, die die getsunschten
Oberflächeneigenschaften besitzen, verwendet werden. Beispielsweise werden zur Verbesserung
der Venfitterungsbeständigkeit der Oberflächen der gestanzten Gegenstände thermonlastische
Acrylharze verwendet; geprägte, gestrichene oder gestreckte Vinylharze, wie z.B.
Polyvinylchlorid, können zur Verbesserung der Oberflächenstruktur und/oder Verzierung
der Oberflächen der gestanzten Gegenstände verwendet werden. Bs können auch Polyamidharze,
wie z.B. Nylonharze, insbesondere Nylon-6-Harze, zur Verbesserung der Anstreichbarkeit
und Temperatürbeständigkeit der Oberflächen der gestanzten Gegenstände verwendet
werden.
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Nachdem die Schichten der Schichtstoffe übereinandergelegt #;rurden,
werden die stanzbaren Rohlinge durch Formpressen der Materialschichten bei einer
Formungsperiode von 5 + 1 Minute (Vorwärmezeit) bei 205 + 9°C zusammengefügt, worauf
eine 8 + 2 Minuten lange Erwärmung bei etwa 205 + 9 0C unter einem Anfangsdruck
von etwa 0,7 bis 2,1 kg/cm² folgt und sich eine Abkühlung auf Zimmertemperatur unter
einem Druck von etwa 3,5 bis 10,5 kg/cm2 anschließt.
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Die erhaltenen Rohlinge waren dann etwa 2,5 + 0,35 mm dick und hatten
Abmessungen von etwa 25,4 x 25,4 cm. Kleinere Rohlinge von etwa 11,4 x 19 cm wurden
dann von den erstgenannten Rohlingen ausgeschnitten.
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Vor der Stanzung wurden- die' etwa 11,4 x 19 cm großen Rohlinge in
einem Infrarotofen auf eine Oberflächentemperatur von etwa 260 j27,80C vorgewärmt.
Die so vorgewärmten Rohlinge wurden dann zwischen einem Satz aufeinanderpassender
Netallstanzformen (12,7 x 20,3 c#m) in einer mechanischen Stanzpresse unter Verwendung
einer Stanzperiode von etwa 15 bis 45 Sekunden (Punkt zu Punkt) unter einem Druck
von etwa 35 bis 105 kg/cm
gestanzt. Die gestanzten Gegenstände
hatten eine Dicke von etwa #,16 mm + 0,38 mm und die Abmessungen 12,7 x 20,3 cm.
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Beispiel 1 Herkömmliche mit groben Glasfasern verstärkte Verbundstoffe,
bei denen Polypropylen das Grundgefügeharz ist, besitzen nach obernbeschriebener
Herstellung und Ausstanzung ausgeprägte Fasermuster, die auf den Oberflächen der
gestanzten Gegenstände sichtbar sind. Die Oberflächen weisen auch eine Vielzahl
von Grübchen auf, die im allgemeinen längs der groben Glasfasern konzentriert sind,
die aus den Oberflächen der gestanzten Gegenstände hervorspringen. Die Grübchen
verschlechtern nicht nur das Aussehen der Oberflächen, sondern verursachen auch
Blasen, wenn der gestanzte Teil gestrichenaund auf erhöhte Farbtrockungstemperaturen
erhitzt, wird.
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Die Fasermuster und Grübchen wurden durch Verwendung einer 0,25 bis
0,75 mm dicken feinen Fasermatte aus Polyesterfasern git einem Denierwert von 4
bis 6. als erfindungsgemäße Oberflächenmatte vermieden.
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Beispiel 2 Gestanzte Gegenstände wurden, wie oben beschrieben, unter
Verwendung von Polypropylenharzen als Grundgefügeharze hergestellt.
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Es wurden vier verschiedene Zusammensetsungen auf der Grundlage von
Polypropylenharzen verwendet. Zwei der Zusammensetzungen enthielten keinen Füllstoff.
Eine der ungefüllten Zusammensetzungen enthielt ein mit einem Keimbildungsmittel
versehenen Polypropylen ("nucleating agent't3 und die andere ein Polypropylen ohne
ein solches Mittel.
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Die anderen zwei Zusammensetzungen enthielten 40 Gew.-°ó Talkum als
F,ITl.#ittel. Bine der gefüllten Zusammensetzungen basierte auf kernreichem Polypropylen
und die andere auf kernlosem Polypropylen.
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Nachdem die gestanzten Gegenstände hergestellt worden waren, wurden
sie in einem Ofen 1 Stunde lang bei 1500C gebrannt, wobei
eine
Einbrennperiode für Farben bei Automobilen nachgeahmt wurde. Die Oberflächen der
gestanzten, aus der ungefüllten Zusammensetzung auf der Grundlage von kernreichem
Polypropylen und aus der gefüllten Zusammensetzung hergestellten Gegenstände, wiesen
eine wesentliche Verminderung der Oberflächenmuster und Rauhheit im Gegensatz zu
den Oberflächen der gestanzten Gegenstände, die ohne Füllmittel und/oder mit kernarmem
Polypropylen hergestellt waren, auf. Die gestanzten, aus den gefüllten Zusammensetzungen
hergestellten. Gegenstände zeigten auch wesentlich weniger Formschrumpfung und bessere
Formbeständigkeit, als die gestanzten aus den ungefüllten Zusammensetzungen hergestellten
Gegenstände.
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Beispiel 3 Stanzbare Rohlinge wurden, wie oben beschrieben, hergestellt,
wobei ungefülltes Polypropylen als Grundgefiigeharz und eine feine Fasermatte entsprechend
der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Die verwendete feine Fasermatte war
die,1eni#-e aus Beispiel 1. Die vorgewärmten Rohlinge wurden dann gegen kalte 0,50
mm dicke Platten aus verschiedenen Arten an tkermoplastischem Harz gestanzt, um
die Oberflächen der gestanzten Gegenstände mit verschiedenartigen physikalischen
Eigenschaften zu versehen. Die kalte Oberschicht wurde für @@e Oberfläche des gestanzten
Gegenstandes verwendet, der di gewünschte physikalische Eigenschaft bekommen sollte,
wobei die 0berächenmatte aus feinen Fasern ebenfalls ver#jendet wurde. Der vorgewärmte
Rohling und die Oberschicht verschmolzen während des Stanzvorganges.
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Die verwendeten Harze für die Oberschicht und die verbesserten physikalischen
Eigenschaften der Oberflächen der stanzbaren Gegenstände, auf denen die Oberschichten
angewendet wurden, sl-P folgende: Oberschichtharz verbesserte physikalische Eigenschaften
mattes Polypropylen mattes Aussehen poliertes Polypropylen glatte, glänzende Oberfläche
mit
einem Muster versehenes mit einem Muster verziert Polyvinylchlorid Nylon-6-Harz
wärmebeständig und mit einem Anstrich versehbar Acrylharz verbesserte Witterungsbeständigke
it Die Oberschichtharze können in die Stanzform gegeben werden während sie kalt
sind (#Zimmertemperatur), oder sie können zur Erzielung besserer Adhäsion an dem
stanzbaren Rohling vorgewärmt werden.
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Beispiel 4 Ein herkömmlicher, mit groben Glasfasern verstärkter Verbundstoff,
bei dem ungefülltes Polypropylen das Grundgefügeharz war, wurde wie oben beschrieben
hergestellt und gestanzt. Der gestanzte Gegenstand besaß einen Oberflächenrauhheitswert
von etwa 0,02505 mm (1002 microinches).
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Es wurde dann ein Verbundstoff in derselben Weise hergestellt, mit
der Ausnahme, daß 40 Gew.-CÓ Talkum als Füllmittel verwendet und außerdem eine 0,38
mm dicke feine Glasfaseroberflächenmatte an der Oberfläche verwendet wurde. Nach
Stanzung eines solchen Verbundstoffes besaß die Oberfläche mit der darin enthaltenen
Oberflächenmatte eien Oberflächenraubheitswert von etwa 0,01214 mm (478 microinches).
Die Matte aus feinen Glasfasern bestand auf fortlaufenden Glassträngen, die einen
Denierwert von etwa 8 bis 12 aufwiesen und ein Gewicht von 51 g/m2 besaßen.
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Wird die Oberflächenmatte aus feinen Glasfasern in dem Verbundstoff
mit Talkum als Füllmittel durch eine Oberflächenfasermatte aus Polyvinylalkoholfasern
ersetzt und der erhaltene Verbundstoff gestanzt, besitzt die Oberfläche des gestanzten
Gegenstandes mit der darin enthaltenen Oberflächenmatte aus Polyvinylalkohol eine
Oberflächenrauhheit von 0,011 mm (432 microinches).
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Die Fasermatte aus Polyvinylalkohol war 0,51 mm dick, wog 44 g/ m
und die darin enthaltenen Fasern hatten einen Denierwert-von 6.
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Die gestanzten mit den Oberflächenmatten hergestellten Verbundstoffe
waren frei von Oberflächenfehlerng wie Fasermuster und Grübchefl, die in den gestanzten
aus herkömmlichen Verbundstof fen hergestellten Gegenständen vorhanden waren.
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Beispiel 5 Wird ungefülltes Nylon-6-Haiz (Poly- £~caprolactam) als
Grundgefügeharz in den erfindungsgemäßen Verbundstoffen verwendet, besitzen die
gestanzten Gegenstände mit den darin enthaltenen Oberflächenmatten glattere Oberflächen,
als bei Verwendung von Polypropylen als Grundgefügeharz. Derartige Verbundstoffe
besitzen auch größere Härte und Wärmebeständigkeit und bessere Adhäsion gegenüber
Autolackn.
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Beispiel 6 Werden kurze Glasfasern als Füllstoffmaterial anstelle
von Materialien, wie Talkum gemäß Beispiel 4, in stanzbaren Verbundstoffen aus erfindungsgemäßen
Oberflächenmatten aus feinen Fasern verwendet, erhält man Oberflächen auf dem gestanzten
Gegenstand, die die Oberflächenmatten aus feinen Fasern enthalten.
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Beispiel 7 Zwei gestanzte Verbundstoffe wurden mit feinen Oberflächenmatten
nach der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben, hergestellt. Ungefülltes Styrol-Acrylnitril-Mischpolymeris,at
wurde in einem der Verbundstoffe als thermoplastisches Grundgefügeharz verwendet
und ungefülltes Polystyrolharz wurde in dem anderen Verbundstoff als#thermoplastisches
Grundgefügeharz verwendet. Die Verbundstoffe wurden dann, wie oben beschrieben,
gestanzt. Die Oberflächen der erhaltenen gestanzten Gegenstände mit den darin enthaltenen
feinen Oberflächenmatten waren glatter und zeigten sogar noch weniger Oberflächenfehler,
als die entsprechenden Oberflächen der gestanzten Gegenstände, die aus Verbundstoffen
mit dem verwendeten ui&gefüilten Polypropylen als thermoplastt ScheS Gi'undge£Ugeharz
hergestellt worden waren.
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Werden thermoplastische Harze, wie Styrol-Acrylnitril-Mischpolymerisate,
Polystyrolharze, Polysulfonharze, Polycarbonatharze, Polyvinylchloridharze und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymerisatharze
als thermoplastische Grundgefügeharze mit Oberflächenmatten aus feinen Fasern in
den erfindungsgemäßen Verbundstoffen verwendet, entstehen im allgemeinen gestanzte
~Gegenstände mit glatteren Oberflächen, wenn eine Obe'rflä.chematte mit feinen Fasern
verwendet wird, als bei Verbundstoffen, bei denen als thermoplastisches Grundgefügebarz
kristalline Harze, wie Polyolefinharze, z.B. Polyäthylen und Polypropylen, Polyamidharze,
wie Nylonharze und thermoplastische Polyesterharze, verwendet wurden, wobei'die
Matten aus feinen Fasern ebenfalls mit den kristallinen Harzen verwendet werden.