<Desc/Clms Page number 1>
HALFPRODUCT UIT VEZELVORMIG MATERIAAL EN KUNSTSTOF, WERKWIJZE VOOR HET MAKEN ERVAN EN VORMPRODUCTEN VERKREGEN DOOR HET VERWERKEN
VAN EEN DERGELIJK HALFPRODUCT
De uitvinding betreft een halfproduct bestaande uit vezelvormig materiaal en een poedervormige thermohardbare hars.
Een dergelijk halfproduct is beschreven in US-A-4. 292. 105. In US-A-4. 292. 105 wordt een proces beschreven voor het produceren van een dergelijk halfproduct. In het proces wordt een hoeveelheid poedervormige hars gedispergeerd in een vloeibaar medium, zoals water, en vervolgens opgebracht op een vezelvormig materiaal. Het vloeibare medium wordt door verdampen verwijderd en de poederdeeltjes worden door een plakmiddel aan de vezels geplakt.
Het nadeel van een dergelijk halfproduct is dat het slechts verkregen kan worden met een omslachtige, langdurige en milieuonvriendelijke werkwijze. Het verdampen van grote hoeveelheden water kost veel energie.
Een verder nadeel is het plakmiddel dat aanwezig dient te zijn en een nadelige invloed kan hebben op de eigenschappen van het eindproduct.
Een derde nadeel is dat het halfproduct een rigide structuur zal hebben en daardoor moeilijk te verwerken zal zijn in processtappen zoals persen.
De uitvinding stelt zich ten doel een halfproduct te leveren, dat genoemde nadelen niet vertoont.
<Desc/Clms Page number 2>
Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de hars bestaat uit een samenstelling met een glasovergangstemperatuur en een uithardingstemperatuur, waarbij de glasovergangstemperatuur boven 35 C ligt, waarbij de harssamenstelling bij een temperatuur tussen de glasovergangstemperatuur en de uithardingstemperatuur een viscositeit bezit van minder dan 5000 Pas en waarbij de uithardingstemperatuur tenminste 40 oe hoger ligt dan de glasovergangstemperatuur en waarbij de poederdeeltjes ten dele met elkaar zijn vervloeid en ten dele contact hebben met het vezelvormig materiaal.
Een dergelijk halfproduct is bij kamertemperatuur stabiel en kan gedurende langere tijd bewaard worden. Het bestaat uit een hoeveelheid vezelvormig materiaal met daarop gekleefd een hoeveelheid poeder. Het halfproduct bestaat uit een losse, rulle verzameling bepoederde vezels.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het maken van een dergelijk halfproduct. Deze werkwijze wordt gekarakteriseerd doordat een hoeveelheid vezelvormig materiaal wordt gemengd met een hoeveelheid poedervormige thermohardbare hars, waarbij de hars bestaat uit een samenstelling met een glasovergangstemperatuur en een uithardingstemperatuur, waarbij de glasovergangstemperatuur boven 35 C ligt, waarbij de harssamenstelling bij een temperatuur tussen de glasovergangstemperatuur en de uithardingstemperatuur een viscositeit bezit van minder dan 5000 Pas, waarbij de uithardingstemperatuur tenminste 40 OC hoger ligt dan de glasovergangstemperatuur, waarbij het mengsel wordt verwarmd tot boven het glasovergangspunt en onder de uithardingstemperatuur,
totdat de poederdeeltjes tenminste ten dele zijn vervloeid en ten dele contact hebben met het vezelvormig materiaal.
Na het vervloeien van de poederdeeltjes laat men het verkregen halfproduct weer afkoelen, zodat de hars vast wordt. Het is uiteraard mogelijk het nog warme halfproduct al direct verder te verwerken.
<Desc/Clms Page number 3>
Het mengen van harspoeder en vezelvormig materiaal kan bijvoorbeeld op de volgende wijzen plaatsvinden : door eenvoudig door elkaar heen roeren van de componenten, door te mengen in een trommel, of door opbrengtechnieken met een wervelbed of door beide componenten anderszins onder beweging met elkaar in contact te brengen, door het bepoederen van een vezelvormige structuur, of anderszins.
Het halfproduct kan als zodanig verder verwerkt worden tot een eindproduct, of er kan eerst nog een tweede halfproduct van gemaakt worden. Het halfproduct bestaande uit losse, rulle, bepoederde vezels zoals hierboven omschreven zal hier verder'eerste halfproduct'genoemd worden.
Dit eerste halfproduct heeft een goede stabiliteit en is goed hanteerbaar. Er treedt geen ontmenging van vezels en poeder op.
Het tweede halfproduct kan verkregen worden door het eerste halfproduct te persen bij een temperatuur die ligt onder de uithardingstemperatuur, en wordt bij voorkeur verkregen door persen bij kamertemperatuur. Tijdens dit persen vervloeien de harsdeeltjes verder met elkaar en met de vezels, waardoor een redelijk samenhangend geheel ontstaat. De hars fungeert als verbinding tussen de vezels.
Onder uithardingstemperatuur wordt verstaan die temperatuur waarboven de harssamenstelling thermisch uithardt. De hoogte van deze uithardingstemperatuur kan beïnvloed worden door de keuze van versnellers, initiatoren en/of inhibitoren. Technieken voor het toevoegen daarvan en de bepaling van de temperatuur zijn aan de vakman bekend.
De afmetingen van het tweede halfproduct zijn niet aan beperkingen onderhevig. De maximale en optimale maten zullen hoofdzakelijk bepaald worden door de afmetingen van de productie-en verwerkingsapparatuur. Voor de meeste toepassingen zal het van voordeel zijn als het tweede halfproduct de vorm heeft van een plaat. Bijvoorbeeld platen van 100x100 cm of platen met een afmeting van 1, 22 x 2, 44 m.
<Desc/Clms Page number 4>
De platen kunnen ook allerlei diktes hebben. Zij hebben bij voorkeur een dikte van 1 tot 50 mm en met meer voorkeur een dikte van 2 tot 25 mm.
De hars in het tweede halfproduct is evenals de hars in het eerste halfproduct hoegenaamd nog niet uitgehard en het tweede halfproduct is daardoor nog warm-vervormbaar.
Dit geeft een grote vrijheid in de verdere verwerkingsstappen. Doordat het tweede halfproduct een samenhangend geheel is, treedt er geen of hoegenaamd geen verlies op van vezelvormig materiaal of thermohardbaar poeder. Door dezelfde samenhangendheid is het halfproduct ook gemakkelijk hanteerbaar en kan het gemakkelijk opgeslagen en vervoerd worden.
Het tweede halfproduct kan geheel of nagenoeg geheel massief zijn. Dit kan beïnvloed worden door het kiezen van de verhouding hars en vezelvormig materiaal.
Indien het materiaal vervolgens stevig wordt geperst, zal het tweede halfproduct geen of nagenoeg geen holtes bevatten. Indien de hars en het vezelvormig materiaal luchtig op elkaar gestrooid worden en niet te stevig geperst, zal een tweede halfproduct verkregen worden dat veel holtes bevat. Afhankelijk van de toepassing kan voor een methode gekozen worden.
Het tweede halfproduct kan door bijvoorbeeld breken of zagen of door het combineren van verschillende stukken halfproduct aangepast worden aan de afmetingen van het vormdeel dat ervan gemaakt moet gaan worden.
Het eerste en het tweede halfproduct kunnen op alle mogelijke manieren verwerkt worden tot vormdelen, zoals door het uitharden bij verhoogde temperatuur, eventueel onder druk. Het eerste halfproduct kan zeer goed middels een extruder worden verwerkt. Tevens is het mogelijk om het tweede halfprodukt te verwarmen tot boven het glasovergangspunt en dan vorm te geven en vervolgens uit te harden onder verhoogde temperatuur en eventueel druk. Een
<Desc/Clms Page number 5>
verdere mogelijkheid is het tweede halfproduct te vermalen of te hakken tot kleinere delen en die delen te verwerken door temperatuur toevoer en eventueel druk. Dit zou eventueel met een extruder kunnen. Met een extruder zou bijvoorbeeld (profiel) staaf gemaakt kunnen worden. Dit is uiteraard eveneens mogelijk met het eerste halfproduct.
Doordat het tweede halfproduct warmvervormbaar is, is het mogelijk met het tweede halfproduct een derde halfproduct te maken, dat al de vorm en afmetingen heeft van het te maken vormdeel, eveneens zonder dat de hars van dit derde halfproduct al uithardt. Dit derde halfproduct kan dan, afhankelijk van de omstandigheden en wensen, later worden verwerkt tot het vormdeel.
Het is ook mogelijk hars en vezelvormig materiaal al direct in de eerste stap te verwerken tot een vormdeel, door het harspoeder niet alleen te smelten, maar ook tot een zodanige temperatuur te verwarmen dat de hars uithardt.
Onder vormdeel wordt verstaan een gevormd, uitgehard halfproduct. Doordat de hars is uitgehard behoudt het vormdeel zijn vorm over een breed temperatuurstraject.
De harssamenstelling is bij voorkeur bij kamertemperatuur een vaste stof. Geschikte harsen zijn bijvoorbeeld de styreenvrije onverzadigde polyesters, kristallijne polyesters, di (iso) allylftalaat harsen, diallylisocyanuraatharsen, epoxyharsen en combinaties ervan.
Bij voorkeur wordt de hars gekozen uit de onverzadigde polyesters of de bij kamertemperatuur vaste epoxies.
Bijzonder geschikt zijn onverzadigde polyesters.
Deze onverzadigde polyesters zijn in het algemeen samengesteld uit een of meer alifatische en/of cycloalifatische, mono-, di-en/of polyvalente alkoholen en een of meer alifatische-, cycloalifatische-en/of aromatische di-of polyvalente carbonzuren en, indien gewenst, monocarbonzuren en/of daarvan afgeleide esters.
De carbonzuren zijn tenminste ten dele onverzadigd : de polyester kan ook voor een deel uit verzadigde
<Desc/Clms Page number 6>
dicarbonzuren zijn samengesteld. Als voorbeelden van geschikte alkoholen kunnen worden genoemd : benzylalkohol, ethylenglycol, propyleenglycol, neopentylglycol, hexaandiol, cyclohexaandimethanol, diethyleenglycol, glycerol, trimethylolpropaan, pentaerythritol en/of
EMI6.1
dipentaerythritol. In plaats van of naast de alkoholverbinding kunnen één of meer epoxyverbindingen worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld ethyleenoxide, propyleenoxide en/of allylglycidylether.
Als voorbeelden van geschikte di- of polyvalente carbonzuren kunnen worden genoemd : maleïnezuur, fumaarzuur, itaconzuur, citraconzuur, malonzuur, barnsteenzuur, glutaarzuur, adipinezuur, sebacinezuur, tetrahydroftaalzuur, hexahydroftaalzuur, hexachloorendomethyleentetrahydroftaalzuur, dichloorftaalzuur, isoftaalzuur, tereftaalzuur en/of trimellietzuur. Het carbonzuur kan ook gebruikt worden in de vorm van een anhydride, bijvoorbeeld maleinezuuranhydride of ftaalzuuranhydride.
Bij voorkeur wordt maleinezuuranhydride gebruikt in combinatie met isoftaalzuur en/of orthoftaalzuur.
Indien gewenst kan de onverzadigde polyester ook verzadigde of onverzadigde monocarbonzuren bevatten zoals synthetische en/of natuurlijke vetzuren met 2 tot 36 koolstofatomen of esters bereid uit deze carbonzuren en polyvalente alkoholen zoals glycerol. Als voorbeelden van geschikte monocarbonzuren kunnen worden genoemd laurinezuur, stearinezuur, oliezuur, linolzuur, benzoëzuur, acrylzuur en/of methacrylzuur.
De harssamenstelling hardt bij voorkeur uit tussen
EMI6.2
80 en 200 C. Met meer voorkeur hardt de harssamenstelling uit tussen 90 en 150 C en met de meeste voorkeur tussen 100 en 150oC.
Het vormdeel wordt bij voorkeur verkregen door persen met een druk tussen 1 kg/cm2 en 200 kg/cm2 en met meer voorkeur met een druk tussen 5 en 15 kg/cm2.
<Desc/Clms Page number 7>
Poeders van de harssamenstelling volgens de uitvinding kunnen op alle mogelijke wijzen verkregen worden, zoals door malen van een afgekoelde harssamenstelling.
De harssamenstelling bevat over het algemeen ook initiatoren. De toegepaste initiatoren zijn afhankelijk van de hars die toegepast is en van de gewenste uithardingstemperatuur. Als geschikte intiatoren kunnen peresters, peralcoholen, perzuren, percarbonaten, perethers, diacylperoxiden, dialkylperoxiden, azoverbindingen, C-C labiele verbindingen en ketonperoxiden worden toegepast.
Voorbeelden zijn tert. butylperoxyde, lauroylperoxide, benzoylperoxide, ditert. butylperoxiden, dibenzoylperoxyde, dicumylperoxide, tert. butylperbenzoaat, tert. butylperoctoaat, tert. butylperpivalaat, cobaltoctoaat, bis-4-tert. butylcyclohexylperoxidicarbonaat, azodiisobutyronitril en tetragesubstitueerde dibenzylverbindingen.
Voorts kunnen versnellers aanwezig zijn, zoals bijvoorbeeld cobaltzouten en n, n-dimethylaniline.
Aan de harssamenstelling kunnen verder de gebruikelijke toevoegingen worden gedaan, zoals vulstoffen, viamvertragers, pigmenten, stabilisatoren, etc.
Het is mogelijk ook lossingsmiddelen aan de harssamenstelling toe te voegen. Dit heeft als voordeel dat dergelijke lossingsmiddelen bij een latere verwerkingsstap niet meer toegevoegd behoeven te worden of op de mal moeten worden aangebracht.
De harssamenstelling bestaat bij voorkeur uit 10-99, 9 gewichts% hars, 0-80 gewichts% vulstoffen, 0, 1-5 gewichts% intiatorsysteem en 0-20 gewichts% monomeren die reactief zijn met de hars, waarbij de gewichtspercentages percentages zijn ten opzichte van de totale harssamenstelling.
Indien de hars een onverzadigde polyester is, zijn genoemde monomeren bij voorkeur eveneens onverzadigd. De monomeren zijn bij voorkeur niet vluchtig onder de 70 C en
<Desc/Clms Page number 8>
met meer voorkeur in het geheel niet vluchtig onder de verwerkingsomstandigheden. Als monomeer komen o. a. verbindingen zoals triallylcyanuraat, triallylisocyanuraat, trimethylolpropaan triacrylat en diallylftalaat in aanmerking.
Bovengenoemde componenten worden bij voorkeur in de smelt gemengd, b. v. in een extruder, mixer of kneder, waarbij de initiator op het laatst-direct voor het afkoelen- wordt toegevoegd.
Het eerste of tweede halfproduct bestaat bij voorkeur uit 5-50 gewicht% ten opzichte van het halfproduct aan harssamenstelling en 95-50 gewichts% vezelvormig materiaal.
Het vezelvormig materiaal kan bestaan uit alle mogelijke soorten vezels in alle mogelijke verschijningsvormen. Het kunnen dikke of dunne, lange of korte vezels zijn. De vezels kunnen toegepast worden in structuren, zoals vliezen, matten, weefsels, of breisels, of als losse vezels, zoals zgn. chopped rovings. Het kunnen bundels van vezels zijn of enkele filamenten.
Het materiaal van de vezels kan ieder mogelijk materiaal zijn dat in vezelvorm verkrijgbaar is, zoals glasvezels, koolstofvezels, kunststofvezels, zoals polyetheen of aramidevezels of andere thermoplastische of thermohardende vezels, metaalvezels, keramische vezels, textiele vezels, of plantaardige vezels zoals hout-, jute-, sisal-, of kokosvezels.
Het is eveneens mogelijk combinaties van verschillende soorten vezels of vezel-verschijningsvormen toe te passen.
Indien als vezelvormig materiaal voor houtvezel gekozen wordt, kan een vormdeel verkregen worden dat lijkt op de bekende spaanplaat. Een dergelijk vormdeel volgens de uitvinding heeft als voordeel dat er geen spaanplaatgas (formaldehyde) uit kan vrijkomen.
Het vezelvormig materiaal kan ook geheel of gedeeltelijk vervangen zijn door zaagsel.
<Desc/Clms Page number 9>
Het tweede halfproduct kan aan een of meer zijden worden voorzien van een deklaag met een andere samenstelling dan het tweede halfproduct. Dit kan bijvoorbeeld zijn een deklaag bestaande uit de harssamenstelling zonder het vezelvormig materiaal of met een lager percentage vezelvormig materiaal of met een ander soort vezelvormig materiaal. Deze deklaag kan op allerlei manieren worden opgebracht, zoals door sproeien, rollen, kwasten, gieten of injecteren. Deze deklaag kan ook een plaat, vlies of folie zijn die is opgebracht.
Het vormdeel kan eveneens aan een of meer zijden voorzien worden van een deklaag met een andere samenstelling dan het eerste of tweede halfproduct. Dit kan op eenzelfde manier als hierboven omschreven. Dit kan ook gebeuren met een Powder-in-mould-coating methode, zoals in EP-B-0. 001. 865 omschreven, of een liquid-in-mould-coating techniek (LIMC).
LIMC is een techniek waarbij een persmassa, zoals het eerste of tweede halfproduct volgens de uitvinding, in een mal wordt geperst en tenminste gedeeltelijk wordt uitgehard, waarna de mal enigzins, bijvoorbeeld enkele mm, geopend wordt en waarbij een hoeveelheid deklaagmateriaal tussen de mal en het geperste vormdeel wordt geinjecteerd. Het geheel wordt vervolgens uitgehard.
Het eerste of tweede halfproduct of het vormdeel kan met andere structuren verwerkt worden tot sandwichproducten. Indien bijvoorbeeld twee plaatvormige halfproducten of vormdelen samengevoegd worden met daartussen een extra laag, kan van de sterkte van beide halfproducten of vormdeellagen geprofiteerd worden, terwijl het gewicht laaggehouden kan worden indien de extra laag een lager soortelijk gewicht heeft dan de vormdelen.
Een variant hierop is een sandwich bestaande uit verschillende lagen van het eerste of tweede halfproduct of vormdeel, waarbij bepaalde lagen een hoger soortelijk gewicht hebben dan andere lagen.
<Desc/Clms Page number 10>
Het is mogelijk Sheet Moulding Compound (SMC) of Bulk Moulding Compound (BMC) te combineren met een eerste of tweede halfproduct of vormdeel volgens de uitvinding. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren om een sandwichstructuur zoals hierboven omschreven is te maken.
De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden, zonder daartoe beperkt te worden.
Voorbeeld I. Het eerste halfproduct
Een hoeveelheid van 85 g houtvezels met een lengte van 0. 1 tot 20 mm werd gedurende 30 min verwarmd bij 80 C.
Vervolgens werd een hoeveelheid van 15 g poederhars met de volgende samenstelling met behulp van een zeef met een maaswijdte van 104 Mm over de houtvezels verdeeld.
Samenstelling : 45, 2% Synolite 9193 HV van de firma DSM Resins als onverzadigde polyesterhars zonder monomeer,
EMI10.1
47, als vulstof, 3, zinkstearaat als lossingsmidel, 1, cobaltoctoaat en tert. butylperbenzoaat als initiatorsysteem, 2, 5% triallylcyanuraat als hoogkokend copolymeriseerbaar monomeer,
De vezels met de poederhars werden gehomogeniseerd in een op 80 C verwarmde menger. De poederhars hechtte zieh aan het oppervlak van de vezels.
Voorbeeld II. Het tweede halfproduct
Een hoeveelheid van het eerste halfproduct uit voorbeeld I werd in de holte van een Philips vloeimatrijs met een doorsnede van 9 cm gebracht.
De pers werd gedurende 60 s gesloten bij een druk van 70 kg/cm2. De temperatuur was 80 C.
De dikte van de gevormde plaatjes (het tweede halfproduct) werd gevarieerd door de hoeveelheid eerste
<Desc/Clms Page number 11>
halfproduct te variëren. De plaatjes hadden een dikte van 5 en 10 mm. Onder deze perscondities is de hars niet uitgehard.
Voorbeeld III
Een hoeveelheid nog warm eerste halfproduct uit voorbeeld I werd in een Philips vloeimatrijs van 1500C gebracht. De pers werd gedurende 240 s gesloten, met een persdruk van 70 kg/cm2, waarbij de hars uithardde. De plaatjes hadden een dikte van 4 tot 10 mm, afhankelijk van de hoeveelheid eerste halfproduct. De plaatjes vertoonden een glad oppervlak.
De plaatjes vertoonden een sterkte die beter was dan de sterkte van een conventionele spaanplaat van dezelfde dikte.
Voorbeeld IV
De werkwijze van voorbeeld I werd gevolgd, waarbij 85 g houtpoeder (zaagsel) werd toegepast in plaats van houtvezel. Het poeder had afmetingen van 1 tot 500 pm.
Voorbeeld V
De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met het mengsel van voorbeeld IV. De plaatjes vormden een samenhangend geheel.
Voorbeeld VI
Het mengsel van een voorbeeld IV werd verwerkt zoals beschreven in voorbeeld III. De plaatjes vertoonden een glad oppervlak. De randen waren glad en gesloten. De sterkte was iets lager dan van de plaatjes in voorbeeld III, maar nog steeds vergelijkbaar met de sterkte van een conventionele spaanplaat.
Het experiment werd herhaald met 25 g poederhars en 75 g houtvezels in plaats van 15 g poederhars en 85 g houtvezels. De daarmee verkregen plaatjes (met eenzelfde
<Desc/Clms Page number 12>
dikte) hadden een sterkte die beter was dan de sterkte van de plaatjes in voorbeeld III. De plaatjes hadden een'hard board'uiterlijk.
Voorbeeld VII
Het plaatje uit voorbeeld II of uit V werd in een pers gebracht bij 1500C. Op het plaatje werd een laagje SMC gelegd, bestaande uit een glasvezelgevulde onverzadigde polyester. De pers werd gesloten en er werd 240 s geperst met 70 kg/em2. Het resulterende plaatje vertoonde een goede hechting tussen hout/poederharsvormdeel en SMC.
Vergelijkend experiment A
De werkwijze van voorbeeld I werd nagewerkt bij kamertemperatuur. Het resultaat was een hoeveelheid materiaal bestaande uit een onderste laag met vooral poederhars en een bovenste laag met vooral houtvezels.