Verfahren zur Oberflächenvergütung glasfaserverstärkter Kunststoffe
Glasfaserverstärkte Kunststoffe oder Reinforced Plastics (wie sie in Fachkreisen entsprechend der englischen Bezeichnung ebenfalls häufig genannt werden) stellen neue Werkstoffe dar, welche für verschiedene technische Anwendungen vielversprechende und oft auch einzigartige Eigenschaften aufweisen.
Viele dieser glasfaserverstärkten Kunststoffe schrumpfen während der Herstellung oder beim Lagern; Polyesterharze z. B. um etwa 3 bis 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 be einträchtigt 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 verändern.
Um das Heraustreten von Glasfasern aus der Kunststoffoberfläche zu unterdrücken, kann man letztere mit dünnen Gewebe-, Vliesstoff- oder Papierlagen bedecken. Diese sogenannten Overlays werden dann gegebenenfalls unter Hitze und Druck fest mit dem Kunststoff verbunden.
Bei der praktischen Durchführung ergeben sich aber vielfach Schwierigkeiten, weil die Benetzung zwischen Kunststoff und dem Overlay schlecht ist.
Vielfach werden auch kleinere Luftblasen in der Kunststoffmasse mit eingeschlossen, die beim Aushärtungsprozess nicht durch das Overlay entweichen können.
Diese Nachteile beim Abdecken der Oberfläche glasfaserverstärkter Kunststoffe mittels Overlays können mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens überwunden werden. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass Overlays mit einem Quadratmetergewicht zwi schen 20-80g mit einer wässrigen Dispersion oder Lösung ungesättigter Polyesterharze bis zur Aufnahme von 3-20% Polyesterharz, bezogen auf das trockene Fasergewicht, imprägniert, getrocknet und beim Aufbau von glasfaserverstärkten Kunststoffen als Decklage aufgelegt werden.
Als Beispiel für eine wässrige Dispersion oder Lösung ungesättigter Polyesterharze (Kondensationsprodukte aus zwei basischen ungesättigten Dicarbonsäuren und zweiwertigen Alkoholen) sei nur das bekannte handels übliche Leguval W 30 (Warenzeichen der Farbenfabriken Bayer, Leverkusen in Deutschland) oder die Polyacrylatharze genannt. Die Konzentration dieser Dispersionen bzw. Lösungen ist dabei von sekundärer Bedeutung. Wichtig ist lediglich, dass etwa 3 bis 20 % Polyesterharz, bezogen auf das Gewicht des trockenen Overlay, aufgenommen werden. In der Praxis imprägniert man z. B. mit einer 5 % igen wässrigen Dispersion und quetscht auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 200 % ab, d. h. also, dass pro 100 g des trockenen Overlay 200 g Dispersion aufgenommen werden.
Das so imprägnierte Overlay wird dann nach bekannten Verfahren bei etwa 1050 C getrocknet, z. B. auf einem Zylindertrockner. Es zeigt nach dem Trocknen eine Gewichtszunahme von etwa 10 a0.
Während des Trocknens überziehen sich die Fasern des Overlay 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 einem völlig polyesterfreien Overlay festgestellt werden kann. Anderseits sind sehr grosse Poiyestermengen (über 20S) im Overlay ebenfalls unerwünscht, weil der Faseranteil im imprägnierten Overlay natürlich relativ umso geringer wird, je grösser die Menge des eingebrachten Polyesters ist. Die Abdeckfähigkeit des Overlay 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 ein unimprägniertes Overlay vorzuziehen. Da in diesem Falle jedoch die eingangs geschilderten Nachteile und Verarbeitungsschwierig keiten (schlechte Haftung der Textilfasern in der Kunststoffmasse, schlechte Benetzung und Durchdringung des Overlay, Lunker- und Blasenbildung) die Vorteile des unimprägnierten Overlay (beste Abdeckfähigkeit) zunichte machen, soll die in das Overlay 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 des Overlay in der Kunststoffmasse wesentlich besser als die eines unbehandelten Overlay.
Ferner wird die die mechanische Eigenschaften des Kunststoffes beeinträchtigende Lunker- und Blasenbildung ausgeschaltet.
Es hat sich gezeigt, dass die Oberfläche glasfaserverstärkter Polyester am besten durch Verwendung erfindungsgemäss behandelter Vliesstoff Overlays geschützt werden kann. Für eine einwandfreie Verarbeitung und besten Oberflächenschutz haben sich Vliesstoffe mit Gewichten von 20 bis 80, vorteilhafterweise solche von 40 bis 60glmo bewährt. Gewebe-Overlays 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 ist.
So ist verständlich, dass der angestrebte Effekt (Verhinderung des Hervortretens von Glasfasern aus der Oberfläche) beeinträchtigt wird, wenn ein sehr grobmaschiges Gewebe als Overlay verwendet wird.
Man könnte zwar diesen Nachteil durch Uber- einanderlegen 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 Kunststoffmasse 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 Papieroverlays. 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 vorverfestigten Vliesen ausgehen, weil beim Tränken des losen Vlieses mit der wässrigen Polyesterdispersion bzw. 4ösung und dem nachfolgenden Trocknen bereits eine Verfestigung stattfindet, die in vielen, z. B. im sogenannten Handauflege-Verfahren und bei sphärischer Verformung des Polyesterkörpers für die Handhabung ausreichend ist. In manchen Fällen, z. B. beim Press- und Wickelverfahren, empfiehlt sich jedoch, von bereits (auf beliebige Weise; trocken oder nass) vorverfestigten Vliesen auszugehen und diese dann mit Polyesterharz nachzubehandeln. Beim Verpressen des Overlay mit glasfaserverstärkten Kunststoffen treten nämlich starke mechanische Beanspruchungen auf, die zum Verziehen oder Reissen von nur schwach verfestigten Vliesen führen können.
Die Vliesstoff-Overlays werden vorzugsweise aus solchen Fasern hergestellt, die einerseits hohe Reissfestigkeit und Elastizität aufweisen und anderseits gegen Chemikalien, Wasser und Witterungseinflüsse weitgehend beständig sind, also z. B. Fasern aus Polyester, Polyacrylnitril, Mischpolymerisate aus PVC und Polyacrylnitril.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die zum Imprägnieren der Overlays verwendeten Polyesterharze mit und ohne Zusatz von Vernetzungsmitteln (Peroxyde, Äthylenoxyde und dergleichen) Verwendung finden können. Ohne Vernetzungsmittel im Overlay arbeitet man vorzugsweise im Handauflege-Verfahren 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 Fliissigharz enthaltenen Vernetzungsmittel.
Selbstverständlich kann man in einem Arbeitsgang nicht nur die Oberfläche, sondern, falls dies erwünscht ist, auch noch die Unterfläche von solchen glasfaserverstärkten Schichtkörpern mit erfindungsgemäss behandelten Overlays versehen. Vergleicht man eine derartige Platte mit einer Platte, die zwar ebenfalls beiderseits mit dem selben Overlay versehen ist, wobei letzteres 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 bis 30% höher liegen.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass - wie schon erwähnt - Lunker- und Blasenbildungen im Kunststoff bei der Auflage erfindungsgemäss vorbehandelter Overlays 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 ein nicht vorbehandeltes Overlay weniger Schutz gegen Korrosion und Erosion bietet. Während ein mit den erfindungsgemäss vorbehandelten Overlays versehenes glasfaserverstärktes Probestück nach 90stündigem Kochen in Wasser noch eine völlig glatte Oberfläche zeigt, sieht das mit einem unvorbehandelten Overlay versehene an der Oberfläche angegriffen und matt aus.
Falls erforderlich, kann man die verfestigten Overlays auch vor oder nach der Tränkung mit Polyesterharz färben und/oder bedrucken, um auf diese Weise einen Dekorationsstoff zu erhalten.