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Verfahren zur Herstellung einer Deckschicht für glasfaserverstärkten Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Deckschicht für glasfaserverstärkten Kunst- stoff, welche auf letzteren aufgelegt und unter Druckeinwirkung verbunden wird.
Die glasfaserverstärkten Kunststoffe stellen neue Werkstoffe dar, welche für verschiedene technische
Anwendungen vielversprechende und oft auch einzigartige Eigenschaften aufweisen.
Viele dieser glasfaserverstärkten Kunststoffe schrumpfen jedoch während der Herstellung oder beim
Lagern ; Polyesterharze z. B. um etwa 3-8%. Dadurch sowie infolge von Abrieberscheinungen werden
Glasfasern an der Oberfläche freigelegt. Dies ist nicht nur deswegen unerwünscht, weil die Oberfläche dadurch in Glätte, Glanz und Aussehen beeinträchtigt wird, sondern weil an den Stellen, an denen die
Glasfasern aus dem Kunststoff heraustreten, Angriffspunkte für Erosion und Korrosion entstehen, die die mechanischen Eigenschaften des gesamten Kunststoffes (Biegefähigkeit, Stabilität usw. ) nachteilig ver- ändern.
Es wurde nun gefunden, dass man diese Nachteile mittels einer Deckschicht für glasfaserverstärkten
Kunststoff, welche auf letzteren aufgebracht und unter Druckeinwirkung verbunden wird, dadurch vermeiden kann, wenn zur Herstellung derselben ein Gewebe, ein Vliesstoff oder ein Glasfasergewebe mit einem Gewicht zwischen 20-80 g pro m2 mit einer wässerigen Dispersion oder Lösung eines ungesättigten Polyesterharzes bis zu einer Aufnahme von 3-20% Polyesterharz, bezogen auf das trockene Fasergewicht, imprägniert und anschliessend getrocknet wird.
Als ungesättigte Polyesterharze kommen Kondensationsprodukte aus zweibasischen ungesättigten Dicarbonsäuren und zweiwertigen Alkoholen in Frage. Die Konzentration dieser Dispersionen bzw.
Lösungen ist dabei von sekundärer Bedeutung. Wichtig ist lediglich, dass etwa 3-20% Polyesterharz, bezogen auf das Gewicht der trockenen Faserschicht, aufgenommen werden. In der Praxis imprägniert man z. B. mit einer 5% igen wässerigen Dispersion und quetscht auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 200% ab, d. h. also, dass pro 100 g der trockenen Faserschicht 200 g Dispersion aufgenommen werden. Die so imprägnierte Faserschicht wird dann nach bekannten Verfahren bei etwa 1050 C getrocknet, z. B. auf einem Zylindertrockner. Sie zeigt nach dem Trocknen eine Gewichtszunahme von etwa 10%.
Während des Trocknens überziehen sich die Fasern der Deckschicht mit Polyesterharz. Ein lückenloser Überzug ist dabei aber nicht erforderlich. Wenn jedoch die Polyestermenge weniger als 3%, bezogen auf das trockene Fasergewicht, beträgt, so ist der Überzug unzureichend, so dass kein wesentlicher Unterschied gegenüber einer völlig polyesterfreien Deckschicht festgestellt werden kann. Anderseits sind sehr grosse Polyestermengen (über 20%) in der Deckschicht ebenfalls unerwünscht, weil der Faseranteil in der imprägnierten Deckschicht natürlich relativ umso geringer wird, je grösser die Menge des eingebrachten Polyesters ist. Die Abdeckfähigkeit der Deckschicht beruht aber im wesentlichen auf seiner Faserstruktur.
Je mehr diese durch Zugabe von Polyester zurückgedrängt wird, desto schwächer wird der angestrebte Effekt. An sich wäre eine unimprägnierte Deckschicht vorzuziehen. Da in diesem Falle jedoch die eingangs geschilderten Nachteile und Verarbeitungsschwierigkeiten (schlechte Haftung der Textilfasern in der Kunststoffmasse, schlechte Benetzung und Durchdringung der Deckschicht, Lunker- und Blasenbildung) die Vorteile der unimprägnierten Deckschicht (beste Abdeckfähigkeit) zunichte machen, soll die in die Deckschicht eingebrachte Polyestermenge nicht weniger als 3 und nicht mehr als 20%, bezogen auf das trockene Fasergewicht, betragen. Innerhalb dieses Bereiches ist die Abdeckfähigkeit praktisch noch nicht beeinträchtigt, anderseits ist die Haftfähigkeit der Deckschicht in der Kunststoffmasse wesentlich besser als die einer unbehandelten Deckschicht.
Ferner wird die die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes beeinträchtigende Lunker-und Blasenbildung ausgeschaltet.
Es hat sich gezeigt, dass die Oberfläche glasfaserverstärkter Polyester am besten durch die erfindunggemäss hergestellte Deckschicht aus Vliesstoff geschützt werden kann. Für eine einwandfreie Verarbeitung und besten Oberflächenschutz haben sich Vliesstoffe mit Gewichten von 20 bis 80, vorteilhafterweise solche von 40 bis 60 g pro m2 bewährt. Gewebe-Deckschichten sind infolge der besonderen Anordnung der Fäden als Kette und Schuss weniger geeignet. Diese Anordnung erzeugt eine Vielzahl kleiner Quadrate, deren Grösse vom gegenseitigen Abstand der Kette, bzw. Schussfäden abhängt. Je grösser nun ein derartiges Quadrat ist, desto grösser ist auch der Anteil der Oberfläche, der nicht durch Textilfäden bedeckt
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ist.
So ist verständlich, dass der angestrebte Effekt (Verhinderung des Hervortreten von Glasfasern aus der Oberfläche) beeinträchtigt wird, wenn ein sehr grobmaschiges Gewebe als Deckschicht verwendet wird.
Man könnte zwar diesen Nachteil durch Übereinanderlegen mehrerer Gewebelagen wieder beseitigen, jedoch müsste man in diesem Falle gewärtig sein, dass diese Mehrfachlagen infolge ihrer Dicke und Dichte nicht ausreichend benetzt und durchdrungen werden und dass eingeschlossene Luftblasen aus der Kunst- stoffmasse nicht mehr durch die Lücken des Gewebes entweichen können. Eingeschlossene Luftblasen (Lunker, Risse) vermindern aber die Stabilität des glasfaserverstärkten Kunststoffes erheblich. Das gleiche gilt bei der Verwendung dichter Deckschichten aus Papier. Trotz ihres geringen Gewichtes können auch in diesem Falle Luftblasen durch das sehr verfilzte Papier nicht entweichen. Ausserdem besteht Papier aus Cellulosefasern, die gegen Feuchtigkeit, Chemikalien, Witterungseinflüsse usw. sehr anfällig sind.
Man kann im vorliegenden Falle auch von nicht vorverfestigen Vliesen ausgehen, weil beim Tränken des losen Vlieses mit der wässerigen Polyesterdispersion, bzw. -Lösung und dem nachfolgenden Trocknen bereits eine Verfestigung stattfindet, die in vielen, z. B. im sogenannten Handauflegeverfahren und bei sphärischer Verformung des Polyesterkörpers für die Handhabung ausreichend ist. In manchen Fällen, z. B. beim Preys- un Wickelverfahren, empfiehlt sich jedoch, von bereits (auf beliebige Weise, trocken oder nass) vorverfestigten Vliesen auszugehen und diese dann mit Polyesterharz nachzubehandeln. Beim Ver- pressen der Deckschichten mit glasfaserverstärkten Kunststoffen treten nämlich starke mechanische
Beanspruchungen auf, die zum Verziehen oder Reissen von nur schwach verfestigten Vliesen führen können.
Die Vliesstoff-Deckschichten werden vorzugsweise aus solchen Fasern hergestellt, die einerseits hohe
Reissfestigkeit und Elastizität aufweisen und anderseits gegen Chemikalien, Wasser und Witterungs- einflüsse weitgehend beständig sind, also z. B. Fasern aus Polyester, Polyacrylnitril, Mischpolymerisate aus PVC und Polyacrylnitril.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die zum Imprägnieren der Deckschichten verwendeten Polyesterharze mit und ohne Zusatz von Vernetzungsmitteln (Peroxyde, Äthylenoxyde u. dgl. ) Verwendung finden können. Ohne Vernetzungsmittel in der Deckschicht arbeitet man vorzugsweise im Handauflegeverfahren und beim Formpressen, während man beim Pressen von Platten mit Vorteil solche zusetzt. Die Aushärtung des ersteren erfolgt während der Fertigung des Schichtkörpers mit Hilfe der im Flüssigharz enthaltenen Vernetzungsmittel.
Selbstverständlich kann man in einem Arbeitsgang nicht nur die Oberseite, sondern falls dies erwünscht ist auch noch die Unterseite von solchen glasfaserverstärkten Schichtkörpern mit erfindungsgemässen Deckschichten versehen. Vergleicht man eine derartige Platte mit einer Platte, die zwar ebenfalls beiderseits mit derselben Deckschicht versehen ist, wobei letztere aber nicht mit Polyesterharz vorbehandelt wurde, so stellt man fest, dass bei ersterer ausser der Verbesserung der optischen Eigenschaften und der
Glätte der Oberfläche auch die mechanischen Eigenschaften, wie Biegefestigkeit, Schlagfestigkeit, Elastizität, Abriebfestigkeit 10-30% höher liegen.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass-wie schon erwähntLunker-und Blasenbildungen im Kunststoff bei der Auflage erfindungsgemäss hergestellter Deckschichten praktisch vollständig vermieden werden und die Oberfläche eine wirksame Verstärkung erfahren hat.
Die Unterschiede werden im Gebrauch beider Platten im Laufe der Zeit noch erheblich grösser, weil eine nicht vorbehandelte Deckschicht weniger Schutz gegen Korrosion und Erosion bietet. Während ein mit der erfindungsgemäss hergestellten Deckschicht versehenes glasfaserverstärktes Probestück nach 90-stündigem Kochen in Wasser noch eine völlig glatte Oberfläche zeigt, sieht die nicht mit Polyesterharz vorbehandelte Deckschicht an der Oberfläche angegriffen und matt aus.
Falls erforderlich, kann man die verfestigten Deckschichten auch vor oder nach der Tränkung mit Polyesterharz färben und/oder bedrucken, um auf diese Weise eine Dekorschicht zu erhalten.