<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mit Füllstoffen sowie mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen mit reduziertem Glasfaseranteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mit Füllstoffen sowie mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen mit reduziertem Glasfaser-Anteil.
Glasfaserverstärkte Rohre und Platten - welche insbesondere als Maschinenelemente verwendet werden - werden bisher unter Einsatz von Rovingsträngen, Matten oder Geweben in kontinuierlichem oder
EMI1.1
wendung von Formteilen aller Art aus glasfaserverstärkten Kunststoffen ist jedoch bei hoher Qualität die Erzielung möglichst niedriger Preise von entscheidender Bedeutung ; für die Herstellungskosten solcher glasfaserverstärkter Kunststoffprodukte ist jedoch in erster Linie der Preis für Rovingstränge, Glasgewebe usw. bestimmend-und dann erst der Preis der Kunstharze.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei derartigen glasfaserverstärkten Kunststoffpro- dukten die Herstellungskosten durch Verringerung des eingesetzten Glasfaseranteiles herabzusetzen - wobei vor allem die Festigkeit keinesfalls beeinträchtigt werden bzw. nach Möglichkeit sogar noch weiter erhöht werden soll. Es hat sich nun gezeigt, dass bei glasfaserverstärkten Kunststoffen tatsächlich schon mit einem wesentlich niedrigeren Glasfaseranteil sehr hohe Festigkeiten erreicht werden können, wenn nur bei der Herstellung von Rohren und Platten besonders vorbereitete-und durchaus verhältnismässig preiswerte - Füllstoffe verwendet und dabei spezielle Verfahrensschritte eingehalten werden.
Nach der Erfindung wird nun bei Herstellungsverfahren von glasfaserverstärkten Formkörpern der eingangs beschriebenen Art eine optimale Relation zwischen Qualität und Preis der Endprodukte dadurch erreicht, dass als Ausgangsmaterial glasfaserverstärkte Mischungen bzw. Gebilde verwendet werden, welche zu je mindestens etwa ein Drittel aus Kunstharzen sowie aus Glasfasern und zu maximal etwa ein Drittel aus - vorzugsweise vorbehandelten - Füllstoffen auf der Basis von Silikaten oder/und Oxyden des Titans oder Zirkons bestehen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Herstellungsverfahrens werden vor Aufbereitung der glasfaserverstärkten Mischung die Füllstoffe mit einer Silanoberfläche versehen, wobei dem bei der Silani- sierung verwendeten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch - bzw. allenfalls den verwendeten Kunstharzen direkt-diejenigen Substanzen, vorzugsweise Vinylsilanester, beigegeben werden, welche in der weiterzuverarbeitenden Kunstharzmischung enthalten sein sollen. Durch diese Silanisierung der Füllstoffe ist eine besonders innige Verbindung zwischen Füllstoff und Kunstharz gewährleistet, so dass dadurch eine besonders hohe Festigkeit der Endprodukte erzielt wird.
Weiters werden hiebei zweckmässig bei Einsatz von hydroxylgruppenhaltigenMaterialien dem bei der Silanisierung der Füllstoffe verwendeten Lösungsmittel - bzw. den verwendeten Kunstharzen selbstzusätzlich Isocyanate beigegeben. Hiefür sind insbesondere das feste sogenannte"Desmodur TT"/Bayer Werke Leverkusen/, dimere 2, 4-Toluylendiisocyanat oder auch das sogenannte"Desmodur R"in flüs-
<Desc/Clms Page number 2>
siger Form, d. i. 20% igue Lösung von Tripheny1methantriisocyanat in Methylenchlorid bzw. auch ähnliche Isocyanate geeignet.
Bei diesem Herstellungsverfahren werden also als Füllstoffe hauptsächlich solche auf silikatischer Basis - sei es natürlich oder künstlich gewonnen-verwendet, welche in Verbindung mit Silanen besonders gute Festigkeitseigenschaften ergeben ; hiefür kommt in erster Linie gemahlener Quarz in Betracht-
EMI2.1
ten, verwendet werden. Alle diese Füllstoffe werden nun mit einer Lösung des Silanisierungsmittels in einem schnellflüchtigen Lösungsmittel geträhkt, beispielsweise in einer Lösung von 0, 1 bis 10 Gel.-% Vinylsilanester in Toluol oder Äthylacetat.
Bei Durchführung des Verfahrens mit Polyesterharzen hat sich für die vorgesehene Silanisierung der Füllstoffe ein Vinylsilanester der Zusammensetzung Vinyl-tri- (ss-methoxyäthoxy)-silan, [CH = CHSi -
EMI2.2
Auf 100 g der Füllstoffe werden üblicherweise 50 g des Lösungsgemisches verwendet. Hiebei wird zuerst mittels eines Rührwerkes der Füllstoff mit dem Lösungsmittel verrührt und anschliessend das Lö- sungsmittel abgedampft. In manchen Fällen wird dem Lösungsmittel bis zu 101o Vinylsilanester beige- geben, wodurch eine besonders gute Haftung erreicht wird, insbesondere wenn der Füllstoff eine Korn- grösse unter 10 Jl hat. Weiters kann dem Lösungsmittel mit Vorteil noch bis zu 3 Olo des jeweils ver- wendeten Kunstharzes zugefügt werden ; das Lösungsmittel muss dann für die jeweilige Kunstharz-Type geeignet sein. Die auf diese Weise vorbereiteten Füllstoffe werden mit dem Kunstharz vermischt und dann in der üblichen Technik weiterverarbeitet.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann das angegebene Verhältnis von Glasfaseranteil zu Füll- stoff nach der einen oder der andern Seite hin an sich weitgehend verändert werden, beispielsweise soweit, dass glasfaserverstärkte Mischungen mit einem höheren Kunstharzanteil von über 33 Gel.-% und einem entsprechend geringeren Füllstoffanteil verwendet werden, welch'letzterer vorzugsweise mindestens 10 Gew. 40 der Gesamtmischungen betragen soll ;
besonders günstige Ergebnisse werden bei Verwendung von glasfaserverstärkten Mischungen erzielt, welche einen höheren Glasfaseranteil von 33 bis
60 Gew.-% und einen entsprechend niedriger eingestellten Füllstoffanteil enthalten, wobei in der Gesamtmischung vorzugsweise 66 Gel.-% dieser beiden Komponenten zusammen vorhanden sein sollen. Für die Festigkeit des herzustellenden Werkstoffes ist die einwandfreie, vollständige Benetzung der Glasfasern mit dem Harz von ausschlaggebender Bedeutung ;
nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens werden glasfaserverstärkte Kunstharzwerkstoffe mit optimalen Festigkeitseigenschaften dadurch erhalten, dass bei Aufbereitung der das Ausgangsmaterial bildenden glasfaserverstärkten Kunststoffmischung die Glasfasern bzw. die Glasfaserstränge in einer ersten Stufe mit füllstofffreien Kunstharzen und anschliessend in einer zweiten Stufe mit solchen Kunstharzen getränkt werden, welche bereits mit den vorgesehenen Füllstoffen versetzt sind.
Bei dieser zuletzt erwähnten Verfahrensweise läuft der Rovingfaden zuerst durch eine Tränkwanne mit einem Kunstharzgemisch ohne Füllstoff und anschliessend durch eine zweite Tränkwanne, welche das Kunstharzgemisch mit den vorbehandelten Füllstoffen enthält ; dadurch erfolgt eine besonders intensive Durchtränkung des Rovingstranges, welcher bis zu 60 Einzelfäden enthalten kann, und gleichzeitig wirdimzweiten Tränkbad seine Oberfläche mit dem Füllstoff in seinem reaktiven Zustand und mit dem Kunstharz überzogen.
Bei Herstellung von Platten oder andern Formkörpern aller Art aus Geweben oder Matten werden dieselben wieder zuerst in einer Tränkwanne mit dem vorbereiteten Kunstharzgemisch ohne Füllstoff getränkt und anschliessend in einem zweiten den Füllstoff und das Kunstharz enthaltenden Tränkbad einzweites Mal mit dem Kunstharz-Füllstoffgemisch überzogen. Es kann auch nach dem Tränken im ersten Bad zwischen je zwei Bahnen der Gewebe oder Matten das Füllstoffgemisch eingestrichen werden. Die Weiterverarbeitung der so vorbereiteten Platten oder Formkörper erfolgt dann wieder in konventioneller Technik.
Bei diesem Doppeltränkverfahren liegt der besondere Vorteil darin, dass eine schnellere maschinelle Fertigung für Rohre, Profile, Platten und Behälter der verschiedensten Art möglich ist, wobei durch die vorgesehene Vorbereitung der Füllstoffe und die Art des Tränkverfahrens bei erheblich reduziertem Glasfaseranteil höchste mechanische Festigkeiten gewährleistet sind.
Bei den bisherigen Herstellungsmethoden von glasfaserverstärkten Kunstharzprodukten konnte bei Einhaltung vorgegebener guter mechanischer Festigkeitswerte die angestrebte billige Fertigung ausschliess- lich eben durch Verwendung des billigsten Harzmaterials, wie Polyesterharz, erreicht werden.
<Desc/Clms Page number 3>
Demgegenüber ist es bei Durchführung des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens möglich, einerseits an Rovingsträngen oder sonstigem Glasfasermaterial so viel einzusparen, dass dafür anderseits durchaus auch hochwertige Kunstharze verwendet werden können, wie insbesondere Epoxydharz, Kohlenwasserstoff-oder Polymethacrylatharze.
Bei im Wickelverfahren hergestellten Formkörpern-insbesondere bei Druckrohren oder -behältern ergibt sich als weiterer Vorteil, dass dieselben erheblich höheren Drucken ausgesetzt werden können als bisher, weil die vorbehandelten Füllstoffe zwischen den Rovingsträngen oder Glasfasern feste Brücken bilden, welche etwaige Poren schliessen und eine höhere mechanische Festigkeit haben als etwa das feste Kunstharz allein.
Bei diesem neuen Verfahren bestehen für den Fachmann durch die vorgesehene Vorbehandlung der speziellen Füllstoffe und die übrigen bevorzugt anzuwendenden Verfahrensschritte jedenfalls erhebliche Möglichkeiten zur Rationalisierung der Produktion und zur qualitativen Verbesserung der Werkstoffe.
Im folgenden werden drei spezielle Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben :
Beispiel I :
Tränkwanne 1 :
EMI3.1
<tb>
<tb> Epoxydharz <SEP> (z. <SEP> B. <SEP> Araldit <SEP> 533 <SEP> der <SEP> Fa. <SEP> Ciba) <SEP> 40 <SEP> Gew. <SEP> -Teile <SEP>
<tb> Polyamid <SEP> (z. <SEP> B. <SEP> Versamid <SEP> 125 <SEP> der <SEP> Fa. <SEP> Schering)
<tb> (bzw. <SEP> auch <SEP> ein <SEP> anderer <SEP> Aminhärter) <SEP> 60 <SEP> Gew.-Teile
<tb> N-Aminoathylpiperazin <SEP> (gleichfalls <SEP> ein <SEP> Aminhärter) <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb>
Das N -Aminoäthylpiperazin wird dem Polyamid zugesetzt.
Mittels dieses Produktes kann die Viskosität eingestellt werden, und ausserdem wirkt es als Beschleuniger ; selbstverständlich können auch andere handelsübliche geeignete Beschleunigersysteme und Extender verwendet werden.
An Stelle des Epoxydharzes Araldit 533 der Fa. Ciba können auch andere handelsübliche geeignete Epoxydharze verwendet werden.
Tränkwanne 2 :
EMI3.2
<tb>
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> : <SEP> Epoxydharz <SEP> 40 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Polyamid <SEP> 60 <SEP> Gew.-Teile
<tb> N-Aminoäthylpiperazin <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb> Vinylsilanester <SEP> 1 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Komponente <SEP> B <SEP> : <SEP> Quarzmehl <SEP> 100 <SEP> Gew. <SEP> -Teile <SEP>
<tb> Toluol <SEP> 50 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Vinylsilanester <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb>
Die Komponente B wird gut gemischt, das Lösungsmittel abgedunstet und dann in die Komponente A des Tränkbades 2 eingetragen. Nach gutem Rühren wird die endgültige Viskosität durch die genannten Mittel sowie die Temperatur eingestellt.
Da beim Rohrwickeln der Roving in Tränkwanne 1 schon Harz aufnimmt, wird geprüft, ob das vorgesehene Mischungsverhältnis, insbesondere ein Drittel Harz, ein Drittel Glas, ein Drittel Füllstoff, erreicht ist.
Die endgültige Einstellung kann entweder durch Abstreifer zwischen Tränkwanne 1 und Tränkwanne 2 reguliert werden oder durch einen höheren Anteil der Komponente B in Komponente A.
Beispiel 2 : Bei manchen Harztypenist es unmöglich, allen Füllstoff in der Tränkwanne 2 unterzubringen. Aus diesem Grund hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Füllstoff mit Harz über mehrere Tränkwannen zu verteilen, wobei auch mit steigendem Füllstoffgehalt gearbeitet werden kann und die
EMI3.3
insbesondere mit mehr als 10 Fäden eine Tränkzeit von mindestens 1 min benötigen und bei schnell arbeitenden Maschinen die vorgeschriebene Tränkzeit in mehreren Wannen besser eingehalten werden kann.
Beispiel 3 : In diesem Beispiel wird die Mischung aus Beispiel 1, Tränkwanne 2, allein für die Benetzung von Matten verwendet, um Platten oder Hohlkörper herzustellen. Durch Erhöhung des reaktiven Verdünners und durch die entsprechende Einstellung der Temperatur lässt sich die Viskosität derart gut einrichten, dass die Matten voll durchtränkt werden und anschliessend kalthärtend oder warmgepresst weiterzuverarbeiten sind.
In diesem Beispiel kann das Verfahren dadurch äusserst vereinfacht werden, dass der Vinylsilanester direkt in das niedrig viskose Epoxydharz-Polyamidgemisch eingetragen wird und das Quarzmehl ohne
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1