DE4329895A1 - Kunststoffborsten und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kunststoffborsten aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmate­ rial sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

In Zusammenhang mit der industriellen Nutzung von Bürsten beispielsweise zum Reinigen, Schleifen oder Polieren finden üblicherweise sogenannte technische Bürsten Verwendung, die einen mit Drahtborsten bestück­ ten Borstenträger aufweisen. Da die Herstellung von Bürsten mit Drahtborsten relativ aufwendig und teuer ist, wurde versucht, Kunststoffborsten zu verwenden, da sich diese schnell und kostengünstig herstellen und verarbeiten lassen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Kunststoffborsten unabhängig davon, aus welchem Kunst­ stoffmaterial sie bestehen, eine zu geringe Biegestei­ figkeit sowie Abrieb- und Bruchfestigkeit besitzen, um bei industrieller Verwendung eine ausreichend lange Standzeit zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststoff­ borsten mit erhöhter Steifigkeit und Festigkeit zu schaffen sowie ein Verfahren vorzusehen, mit dem die Kunststoffborsten in einfacher Weise herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Kunststoffborsten dadurch gelöst, daß in das Kunst­ stoffmaterial Verstärkungsfasern eingebettet sind. Die Verstärkungsfasern, die vorzugsweise von Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoff-Fasern oder hochfesten Poly­ ethylenfasern gebildet sind, bewirken eine wesentliche Erhöhung der Biegesteifigkeit, der Abriebfestigkeit und der Bruchfestigkeit der Kunststoffborsten, so daß über eine lange Gebrauchsdauer eine hohe Reinigungs-, Schleif- und Polierwirkung erzielt werden kann.

Die Verstärkungsfasern können als sogenannte Kurzfasern mit einer Länge im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 mm oder als sogenannte Langfasern mit einer Länge im Bereich von etwa 5 bis 15 mm in das Kunststoffmaterial einge­ bettet werden. Im Zusammenwirken mit Kurz- oder Langfa­ sern findet vorzugsweise ein thermoplastisches Kunst­ stoffmaterial Verwendung, das zusammen mit den Verstär­ kungsfasern extrudiert wird. Die Verstärkungsfasern können dabei entweder vorher in das beim Extrudieren aufzuschmelzende Kunststoffgranulat eingearbeitet werden, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, daß die Verstärkungsfasern als Kurzfasern während des Extru­ sionsvorgangs direkt in die Schmelze des thermoplasti­ schen Kunststoffmaterials eingebracht werden.

Alternativ oder zusätzlich zu den Kurz- bzw. Langfasern können auch Verstärkungsfasern in Form zumindest eines Endlosfaserbündels vorgesehen sein. Ein Faserbündel, das aus einer Vielzahl von Einzelfilamenten besteht, kann ebenfalls aus Glasfasern, Aramidfasern, Kohlen­ stoff-Fasern oder hoch festen Polyethylenfasern beste­ hen. Nach Vorfertigung des Bündels wird dieses mit dem Kunststoffmaterial derart umgeben, daß es vollständig in dieses eingebettet ist. Anschließend kann der so hergestellte Borstenstrang durch Formung des Profils, beispielsweise zu einem Rund-, Rechteck-, Stern- oder einem anderen gewünschten Querschnittsprofil ausgestal­ tet werden.

Die Kunststoffborsten mit eingearbeiteten endlosen Verstärkungsfaserbündeln können im Pultrusions- oder Extrusionsverfahren hergestellt werden. Bei letzterem wird das Bündel mit dem Kunststoffmaterial umgeben, indem es in einem speziellen Werkzeug mit der Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffmaterials zusammenge­ führt wird. Alternativ ist es auch möglich, das Ver­ stärkungsfaserbündel durch ein Bad eines flüssigen Kunststoffmaterials, vorzugsweise eines Duroplast hindurchzuführen, wodurch es imprägniert wird. An­ schließend wird der Borstenstrang in o.g. Weise geformt bzw. kalibriert, ausgehärtet und abgekühlt.

Während die Kurz- und Langfasern in dem Kunststoffma­ terial der Kunststoffborsten ohne bestimmtes Raster, jedoch statistisch gleichverteilt angeordnet sind, kann das Verstärkungsfaserbündel in spezieller Weise ange­ ordnet werden. Bei Verwendung eines einzigen Verstär­ kungsfaserbündels verläuft dies zweckmäßigerweise in der Mittelachse der Kunststoffborste. Bei Verwendung mehrerer Verstärkungsfaserbündel in einer Kunststoff­ borste können diese um die Mittelachse herum verteilt angeordnet werden, wobei gegebenenfalls in der Mittel­ achse ein Verstärkungsfaserbündel verläuft. Über die Anzahl der Bündel sowie deren Anordnung lassen sich die mechanischen Festigkeiten und Steifigkeiten der Kunst­ stoffborste variieren.

Des weiteren ist es möglich, in das Kunststoffmaterial, in das das Verstärkungsfaserbündel eingebettet ist, zusätzliche Kurzfasern als weitere Verstärkung einzu­ betten, was vorzugsweise dadurch erreicht wird, daß die Kurzfasern in die Kunststoffschmelze des Extruders eingebracht werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbei­ spiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Kunststoff­ borste mit Kurzfasern,

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Kunststoff­ borste mit Langfasern,

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Kunststoff­ borste mit einem Verstärkungsfaser­ bündel und

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Kunststoff­ borste mit Verstärkungsfaserbündeln und zusätzlichen Kurzfasern.

Fig. 1 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung einer Kunststoffborste 10 aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial 11, in das eine Vielzahl von Kurzfasern 12 mit einer Länge im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 mm eingebettet ist. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Kurzfasern 12 nicht ausgerichtet, son­ dern statistisch über das Volumen der Kunststoffborste 10 gleichverteilt.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Darstellung einer Kunststoffborste 20, in deren Kunststoffmaterial 21 Langfasern 22 mit einer Länge von etwa 5 bis 15 mm eingebettet sind. Die Langfasern 22 sind ungerichtet in dem Kunststoffmaterial 21 angeordnet und annähernd statistisch in diesem gleichverteilt.

Der in Fig. 3 gezeigte Ausschnitt einer Kunststoffbor­ ste 30 zeigt ein Verstärkungsfaserbündel 32, das aus einer Vielzahl von Einzelfilamenten besteht und im wesentlichen entlang der Längsachse der Kunststoffbor­ ste 30 verläuft. Das Verstärkungsfaserbündel 32 ist in ein Kunststoffmaterial 31 vollständig eingebettet. Statt nur eines Verstärkungsfaserbündels können auch in der Kunststoffborste mehrere Bündel angeordnet sein, wie in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Ausführungs­ beispiel sind drei Faserbündel 42 vorgesehen, von denen eines im wesentlichen entlang der Längsachse der Kunst­ stoffborste 40 verläuft, während die beiden anderen parallel dazu ausgerichtet sind. Sämtliche Verstär­ kungsfaserbündel 42 sind in das Kunststoffmaterial 41 vollständig eingebettet, wobei in diesem darüber hinaus Kurzfasern 43 angeordnet sind.

In allen genannten Ausführungsbeispielen bestehen die Fasern bzw. Faserbündel vorzugsweise aus Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoff-Fasern oder hochfesten Poly­ ethylenfasern.

Claims (10)

1. Kunststoffborsten aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in das Kunststoffmaterial (11; 21; 31; 41) Verstärkungsfasern (12; 22; 32; 42, 43) eingebettet sind.

2. Kunststoffborsten nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkungsfasern (12; 22; 32; 42, 43) Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoff- Fasern oder hochfeste Polyethylenfasern sind.

3. Kunststoffborsten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Kurzfa­ sern (12; 43) mit einer Länge im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 mm sind.

4. Kunststoffborsten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfa­ sern Langfasern (22) mit einer Länge im Bereich von etwa 5 bis 15 mm sind.

5. Kunststoffborsten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfa­ sern von zumindest einem Endlosfaserbündel (32; 42) gebildet sind.

6. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffborsten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kunststoffmaterial zusammen mit den Verstärkungsfasern extrudiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern als Kurzfasern während des Extrusionsvorgangs in die Schmelze des thermo­ plastischen Kunststoffmaterials eingebracht wer­ den.

8. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffborsten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein Bündel aus jeweils einer Vielzahl von Einzelfasern hergestellt wird, daß das Bündel anschließend mit dem Kunststoffma­ terial umgeben wird und daß abschließend ein gewünschtes Querschnittsprofil geformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel mit dem Kunststoffmaterial umgeben wird, indem es in einem Werkzeug mit der Schmelze des thermoplastischen Kunststoffmaterials zusam­ mengeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel mit dem Kunststoffmaterial umgeben wird, indem es durch ein Bad des flüssigen duro­ plastischen Kunststoffmaterials hindurchgeführt und anschließend geformt, ausgehärtet und abge­ kühlt wird.