<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung eines durch Fasern verstärkten Produktes aus Polyvinylverbindungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch Fasern verstärkten Produktes aus Poly- vinylverbindungen, insbesondere eines solchen Kunstharz-Schichtstoffes.
Mit Glasfasern verstärkte Kunstharz-Schichtstoffe sind bekannt und haben bei elektronischen Vorrich- tungen in Platten-, Stab- oder in anderer Form vielfach Verwendung gefunden. Ein mit Glas verstärktes
Kunstharz hat sich als besonders wertvoll bei der Verwendung in mit Hochfrequenz- bzw. Mikrowellen ar- beitenden elektronischen Vorrichtungen erwiesen, nämlich das Mischpolymerisat auf Basis von Styrol und Divinylbenzol.
Schichtstoffe obiger Art haben sich jedoch in der Hochfrequenztechnik, infolge ihrer Tendenz, heiss zu werden, nicht voll bewährt. Obwohl die besten Resultate mit einem mit Glasfasern verstärkten Mischpolymerisat Styrol-Divinylbenzol erzielt wurden, weist auch dieses eine sehr niedere Schlagfestigkeit und eine Dielektrizitätskonstante auf, die für bestimmte Verwendungszwecke in der Hochfrequenztechnik kaum innerhalb annehmbarer Grenzen liegt. Hinzu kommt, dass dieses Mischpolymerisat, wenn es mit Glasgeweben verstärkt wird, eine starke Neigung zum Abblättern zeigt, auch wenn es nur geringen Beanspruchungen unterworfen wird, und dass die hydrophile Natur des Glases eine unerwünscht hohe Feuch- tigkeitsaufnahme bedingt.
Es wurde bereits, um eine bessere Dielektrizitätskonstante zu erhalten, vorgeschlagen, auf die Glasverstärkung zu verzichten, jedoch geht dies auf Kosten der durch solche Verstärkungen erzielbaren Schlagfestigkeit.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein verstärktes Kunstharzprodukt zu schaffen, dem die Nachteile der bekannten Produkte dieser Art nicht anhaften.
Weitere Gegenstände der Erfindung sind :
Ein verstärktes Kl1nstharzprodukt mit verbesserter Schlagfestigkeit und verbesserter Dielektrizitätskon- stante ; ein verstärktes Produkt auf Basis von Polystyrol mit verbesserten Eigenschaften sowie einMischpo- lymerisat auf Basis von Styrol-Divinylbenzol, das mit Fasern verstärkt ist ; ein Kunstahrzprodukt mit einer niederen Dielektrizitätskonstante und einer hohen Schlagfestigkeit ; ein Kunstharzprodukt, das durch Feuchtigkeit weniger angegriffen wird als bekannte Produkte dieser Art und schliesslich ein verstärktes Produkt, dessen spezifisches Gewicht niedriger ist, als die spezifischen Gewichte der bisher verwendeten glasverstärkten Produkte oder selbst niedriger als das spezifische Gewicht des reinen Mischpolymerisats.
Das erfindungsgem ässe Verfahren zur Herstellung eines durch Fasern verstärkten Produktes aus Polyvinylverbindungen, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass man als Polyvinylverbindung Polystyrcl oder ein Mischpolymerisat auf Basis von Styrol und einer vernetzend wirkenden Verbindung verwendet und dass man als Verstärkungsmaterial Polypropylenfasern verwendet.
Die Produkte bestehen gewöhnlich aus einem einheitlichen homogenen Harz, in welchem Polypropy- len in Form von Geweben, Matten oder in anderer Form als verstärkendes Material eingebettet ist. Der Anteil des verstärkenden Materials an der Gesamtstärke des Schichtstoffes liegt gewöhnlich zwischen 6 bis 67, 0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des fertiges Produktes.
Von Bedeutung ist, dass bei diesen Schichtstoffen ein inniger Kontakt zwischen dem Harz und im we-
<Desc/Clms Page number 2>
sentlichen der ganzen Oberfläche des verstärkenden faserigen Materials vorhanden ist, wobei ein Einschluss von Gasen verhindert werden soll. Es wird angenommen, dass die gewünschten elektrischen Eigenschaften durch einen solchen Kontakt erhalten werden und dass die Möglichkeit einer Abblätterung und eines Verlustes an Festigkeit dadurch herabgesetzt werden kann, dass ein guter Kontakt hergestellt und ein Einschluss von Gasen vermieden wird. Polypropylen bildet, wie festgestellt werden konnte, mit dem Harz einen ausgezeichneten Kontakt und trägt daher auch zur Verhinderung einer Abblätterung bei.
Die Schichtstoffe werden gebildet, indem die Fasern, das Gewebe usw. aus Polypropylen zwischen Formplatten gebracht werden und dann zwischen diese Flächen eine niederviskose, zu einem Harz polymerisierbare Flüssigkeit eingeführt und dann polymerisiert wird. Die Polymerisation kann durch Zusatz von 0, 05 bis 0, 5 Gew.-% eines freie Radikale freisetzenden Katalysators, wie z. B. Benzoylperoxyd, Iso-
EMI2.1
werden bevorzugt, weil sie nicht schmelzen und daher bei höheren Temperaturen verwendet werdenkön- nen.
Die Viskosität der harzbildenden Flüssigkeit soll niedrig sein, so dass diese in das Polypropylenma- terial eindringen kann. Sie soll ferner das Material benetzen oder an dem Material haften, um einen innigen Kontakt mit diesem zu gewährleisten.
Um die Erfindung näher zu prüfen, wurden Platten aus Kunstharzmaterial hergestellt, von denen einige mit verschiedenen Arten von Polypropylen, andere mit Glasfasern und wieder andere überhaupt nicht verstärkt waren. Um einen Vergleich zu ermöglichen, wurden alle Muster nach dem gleichen Verfahren hergestellt. In der folgenden Tabelle sind die unter Verwendung verschiedener verstärkender Materialien bzw. ohne Verwendung von Verstärkungsmaterial erhaltenen Versuchsergebnisse aufgezeigt.
Jedes dieser Muster wurde einem Kerbschlagzähigkeitstest unterworfen (notched Charpy Impact Test, beschrieben in ASTM Designation D 256-47T). DieDielektrizitätskonstante wurde dadurch bestimmt, dass die Muster zwischen Metallelektroden gebracht und der Kapazitäts- und der Streuungsfaktor des erhaltenen Kondensators gemessen wurden, ein Verfahren das in ASTM Designation D 150-54T beschrieben ist.
Die Muster wurden hergestellt, indem das verstärkende Material zwischen zwei Glasplatten eingeführt wurde. Ein biegsamer Verschlussstreifen aus einem gummiähnlichen Material, z. B. weichgemachtes Polyvinylchlorid, wurde um den äusseren Rand des Verstärkungsmaterials und zwischen die zwei Glasplatten gelegt. Dieser Streifen, der etwas dicker war als die aus dem Verstärkungsmaterialgebildete Schicht, diente nicht nur dazu, den Raum zwischen den Glasplatten zu verschliessen, sondern verhinderte auch, dass die Glasplatten auf das Verstärkungsmaterial drückten. Ausserdem diente er dazu, die Platten parallel zu halten. Um einen luftdichten Abschluss zwischen dem Glas und dem Streifen zu gewährleisten, wurden Klammern oder andere Befestigungsmittel um die Platten gelegt.
Natürlich kann auch ebenso gut mit einer andern Form gearbeitet werden.
Hierauf wird die oben beschriebene Form mit der polymerisierbaren Flüssigkeit gefüllt, indem die Flüssigkeit von unten her unter Druck eingeführt oder durch Vakuum angesaugt wurde. Die polymerisier- bare Flüssigkeit bestand aus ungefähr 89Gew.-% Styrol, 11 Gew.-Divinylbenzol (55% handelsüblich) und ungefähr 0, 2 Gew.-% eines Benzoylperoxyd-Beschleunigers.
Bemerkt sei, dass die Verwendung des Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisats lediglich beispielsweise angeführt wird und dass auch beliebige andere niederviskose polymerisierbare Flüssigkeiten auf Basis von Styrol eingesetzt werden können. Das Polypropylen verbessert die Schlagfestigkeit und die Dielektrizitätskonstante des Kunstharzproduktes.
Die Flüssigkeit wurde mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die eine gründliche Imprägnierung des Verstärkungsmaterials und die Entfernung der Luft, ohne letztere einzuschliessen, ermöglichte.
Die Einhaltung der richtigen Füllgeschwindigkeit kann durch Beobachtung des Flüssigkeitsspiegels der aufsteigenden Flüssigkeit kontrolliert werden. Wenn die Geschwindigkeit grösser ist als erforderlich, ist der Flüssigkeitsspiegel nach unten gebogen, wogegen bei Einhaltung der richtigen Geschwindigkeit die Oberfläche im wesentlichen eben verläuft.
Nach Beendigung, des Einfüllens wurde die Form an den Eintritts-und Austrittsstellen mit Kollodium abgeschlossen und sodann die Polymerisation der harzbildenden Flüssigkeit vorgenommen. Diese erfolgte durch Erwärmung auf eine Temperatur von 40 bis 45 C durch 2 Tage hindurch, auf 600C durch weitere 2 Tage, auf 800C durch 1 Tag und schliesslich auf 1100C durch 2 Tage.
Dieses Verfahren ist nur ein Beispiel für eines der möglichen Polymerisationsverfahren. Die Polyme-
<Desc/Clms Page number 3>
risation kann auch in einer abgeschlossenen Form vorgenommen werden, indem ein endotherm-exothermes System während des Ansteigens der Viskosität, der Gelierung und Erhärtung aufrecht erhalten wird, um ein hochmolekulares Additionspolymere und dieses im wesentlichen frei von Monomeren zu erhalten. Gewöhnlich ist in dem Endprodukt weniger als 0, 25% Monomeres vorhanden.
Nach Beendigung der Polymerisation wurde die Vorrichtung auseinandergenommen und das so erhaltene verstärkte Produkt den oben angegebenen Versuchsbedingungen unterworfen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Muster <SEP> Verstärkungsmaterial <SEP> Schlagfestigkeit <SEP> Dielektrizitätskonstante <SEP>
<tb> Grew.-% <SEP> des <SEP> Gesamtgewichtes <SEP> (kg/cm <SEP> pro <SEP> cm <SEP> ? <SEP> der <SEP> Bruchfläche) <SEP>
<tb> 1 <SEP> Keines <SEP> 1, <SEP> 93 <SEP> 2, <SEP> 49 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 8% <SEP> Glasmatte <SEP> 0, <SEP> 27-3, <SEP> 22 <SEP> 2,64
<tb> 3 <SEP> 12% <SEP> quergelegte <SEP> Strähne <SEP> von <SEP> 64, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 45 <SEP>
<tb> 210/34 <SEP> Polypropylen
<tb> 4 <SEP> 35% <SEP> einfach <SEP> gewebtes <SEP> Gewebe <SEP> 23, <SEP> 6 <SEP> 2,45
<tb> von <SEP> 210/34 <SEP> Polypropylen
<tb> 64/41 <SEP> Kette/Schuss
<tb> 5 <SEP> 6, <SEP> älo <SEP> handelsübliches <SEP> (L-O-F <SEP> 1, <SEP> 50 <SEP> 2,61
<tb> Glass <SEP> Fibers <SEP> Co.
<SEP> ) <SEP> Filz <SEP> aus
<tb> Glasmikrofasern <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP> mm
<tb> dick, <SEP> Gewicht <SEP> 3, <SEP> 08 <SEP> kg/m2 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 12, <SEP> 81a <SEP> nicht <SEP> gewebte <SEP> Matte <SEP> 18,8 <SEP> 2, <SEP> 45 <SEP>
<tb> aus <SEP> leicht <SEP> gekräuselten <SEP> Polypropylenstapelfasern <SEP> 25, <SEP> 4 <SEP> bis <SEP>
<tb> 3S, <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> lang, <SEP> 6 <SEP> Den. <SEP> Faden <SEP>
<tb> 7 <SEP> 25, <SEP> 6 <SEP> einfach <SEP> gewebtes <SEP> Band <SEP> > <SEP> 107 <SEP> 2, <SEP> 45 <SEP>
<tb> Kette <SEP> : <SEP> 210/34 <SEP> Polypropylen <SEP> Das <SEP> Muster <SEP> war <SEP> nicht <SEP> gebroSchuss <SEP> : <SEP> 35/8 <SEP> ;
<SEP> 45/7 <SEP> Kette/Schuss <SEP> chen, <SEP> sondern <SEP> nur <SEP> gesprungen
<tb>
Obige Tabelle zeigt, dass bei Verwendung von Fasern oder Geweben aus Polypropylen als Verstärkungsmaterial ein Kunstharzprodukt erhalten wird, das hinsichtlich seiner Dielektrizitätskonstante und seiner Schlagfestigkeit bekannten Produkten dieser Art überlegen ist. Dies ist überraschend, da die Glasverstärkung, wenn sie die Schlagfestigkeit verbessert, auch gleichzeitig eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstante, des Verlustfaktors, der spezifischen Dichte und der Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit bewirkt.
Wenn jedoch Polypropylen verwendet wird, wird eine weitere Verbesserung der Schlagfestigkeit und gleichzeitig eine Verminderung der Dielektrizitätskonstante ; des Verlustfaktors und der spezifischen Dichte bewirkt, die sogar geringer ist als diejenige des nicht verstärkten Produktes.
Obige Beispiele zeigen eindeutig, dass das Polypropylen in Stapelform oder in Form endloser Fäden in nicht gewebter oder gewebter Form verwendet werden kann und dass der Gehalt nicht kritisch ist und zwischen 6 und 67, 0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produktes, liegen kann.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Platten sind in vieler Hinsicht den mit Glas verstärkten Platten überlegen. So sind die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Dielektrizitätskonstante, bedeutend verbessert und die Schlagfestigkeit beträchtlich erhöht. Auf Grund ihrer überlegenen elektrischen Eigenschaften und der erhöhten Schlagfestigkeit eignen sich diese Platten z. B. als Bauteile oder als Grundplatten für gedruckte Schaltungen für mit Hochfrequenz- bzw. Mikrowellen arbeitenden Vorrichtungen.
Obige Beispiele wurden bloss zur Erläuterung der Erfindung angegeben, doch sind, ohne von dem Wesen und dem Bereich der Erfindung abzuweichen, verschiedene Änderungen möglich.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass man schon vorgeschlagen hat, Gegenstände auf Basis von Polyester mit aus Polypropylen hergestelltem Fasermaterial zu verstärken. Aus diesem Vorschlag war jedoch nicht abzuleiten, dass die gemäss dem Verfahren nach der Erfindung mit Polypropylenfasern verstärkten Produkte eine so niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen würden, dass sie für die Verwendung in elektronischen Apparaturen besonders geeignet sind.