Fadenverstärktes Harzband
Die Erfindung betrifft ein fadenverstärktes Harzband.
Verstärkte Harzmaterialien in Bogen- bzw. Plattenform haben in letzter Zeit beträchtliche wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Ihr leichtes Gewicht, ihre Schlagzähigkeit, ihre hohe Festigkeit und ihre gute Wetterund Chemikalienbeständigkeit machen diese Materialien in vorzüglicher Weise zur Verwendung bei der Herstellung von Booten, Flugzeugen, Raketen, Radiogehäusen, Kraftfahrzeugkarosserien, chemisch beständigen Rohren von hoher Berstfestigkeit, Trägern und Gerüsten für Bauzwecke, Wandtäfelungen und dergleichen geeignet. Für derartige Anwendungszwecke mangelt es den nichtverstärkten Harzmassen an Festigkeit und Dauerhaftigkeit.
Als hauptsächliche Verstärkungsmaterialien für Harzbögen bzw. -platten werden nahezu ausschliesslich Glasfasern verwendet. Unter Verwendung von Glasfasern als Verstärkungsmittel sind bereits einige Harzmaterialien in Bogen- bzw. Streifenform hergestellt worden, die ein gewisses Mass an Biegsamkeit und Streckbarkeit aufweisen. Zum Beispiel wird in der USA-Patentschrift Nr. 2 609 320 ein streckfähiges Gewebe aus Glasfasern, die in zwei Richtungen in zwei oder mehr Schichten angeordnet sind, beschrieben, das an den Kreuzungspunkten der Fäden Harz aufweist.
Da die Fäden zwischen den Kreuzungspunkten, an denen sie miteinander verklebt sind, frei biegsam sind, sind derartige Gewebe sehr anpassungsfähig; doch muss nach der Anbringung der Gewebe Harz zugegeben werden, um die Zwischenräume zwischen den Kreuzungspunkten der Fäden auszufüllen, so dass keine- Kontrolle über das Verhältnis von Harz zu Verstärkungsfasern möglich ist.
Weiterhin neigen diese Gewebe zu einem ungleichmässigen Verstrecken, wodurch eine vom Zufall bestimmte Verteilung des Verstärkungsmaterials entsteht.
Infolge dieser Ungleichmässigkeit ist die beim Härten eintretende Schrumpfung ungleichmässig und kann zu geriffelten bzw. unregelmässigen Oberflächen führen.
Für bestimmte wichtige Anwendungszwecke ist jedoch unabhängig von anderen Erfordernissen eine gleichmässige Struktur notwendig. Zum Beispiel müssen Radarhauben über ihren ganzen Bereich gleichmässig strahlungsdurchlässig sein damit auf Grund der zurüclckeh- renden Strahlen präzise Messergebnisse möglich sind.
Lose gewebtes Gläsgewebe, das mit ungehärteten wärmehärtenden Harzen imprägniert ist, ist in zwei Richtungen streckfähig, doch ist seine Anpassungsfähigkeit begrenzt, und die gehärteten Produkte haben bedeutende Nachteile. Zum Beispiel neigen die Kettenund Schussfäden dazu, einander abzureiben und zu schwächen, insbesondere wenn das Gewebe gestreckt wird, und der lose Charakter des Gewebes führt zu einem Fertigprodukt, das bedeutend mehr Harz als Glas enthält und dementsprechend weniger Festigkeit, bezogen auf einen gegebenen Querschnitt, aufweist als ein vergleichbares Bogenmaterial, das dicht mit Glasfäden gefüllt ist. Um die Streckfähigkeit in der Längsrichtung zu erzielen, muss das Tuch diagonal geschnitten werden, so dass es in geeigneter Länge nicht ohne Verbindungsstellen erhältlich ist.
Gewöhnlich wird das Harz nicht eher einverleibt, als bis- das Tuch angebracht ist, da es zu schwierig ist, Diagonalgewebe ohne eine Desorientierung der Fasern durch eine Beschichtungsvorrichtung zu ziehen.
Das neue fadenverstärkte Harzband ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schichten, deren jede gewichtsmässig 40-80 S Fäden enthält, die in einem Winkel von 30-60 bezüglich der Band-Längsrichtung angeordnet sind, wobei die Fäden jeder Schicht bezüglich derjenigen der benachbarten Schicht entgegengesetzt schrägwinklig angeordnet und durch eine verformbare, ungehärtete, wärmehärtende Harzzusammensetzung gefestigt und zusammengehalten sind, wobei die Harzzusammensetzung im gehärteten Zustand ein Spannungsmodul von mindestens 3500 kg/ cm'besitzt, und wobei das Band um mindestens 30 % seiner ursprünglichen Länge durch Ziehen von Hand dehnbar ist.
Obgleich die Fäden normalerweise symmetrisch in einem Winkel von etwa 30-600 zur Längsrichtung des Bandes angeordnet sind und die Zahl der Fäden in der einen Schicht der Fädenzahl in der nächsten Schicht gleich ist, kann für spezielle Anwendungszwecke eine asymmetrische Orientierung oder eine ungleichmässige Fadenverteilung zwischen den Schichten erwünscht sein, wie z. B. wenn in einer bestimmten Dimension eines zu umhüllenden Gegenstandes eine zusätzliche Festigkeit erforderlich ist.
Um eine maximale Festigkeit und eine optimale Handhabungsfähigkeit zu erzielen, ist es zweckmässig, dass die Fäden praktisch aneinandergrenzen und jede Fadenschicht normalerweise zu mehr als 50 Ges. % aus Fadenmaterial besteht, insbesondere wenn verhältnismässig dichte Fäden, wie z. B. Glasfäden, verwendet werden, die wegen ihrer guten Biegsamkeit, ihrer geringen Kosten und ihrer aussergewöhnlichen Zugfestigkeit und chemischen Beständigkeit ein bevorzugtes Verstärkungsmaterial darstelien. Wenn es sich bei den Fäden um Glasfäden oder solche handelt, die die Dichte von Glas aufweisen, können die Fäden 40-80 Gew.
S einer jeden Schicht ausmachen, doch sollte bei Glasgehalten oberhalb von 65, eine spamiungsaufnehmende Schicht zwischen benachbarten Schichten von ausgerichteten Fäden angeordnet werden. Für diesen Zweck kann eine Schicht aus einem wärmehärtenden Harz mit einer gleichmässigen Dicke von '/lo-'/ mm verwendet werden, und eine lXl, mm dicke Schicht aus einem druckempfindlichen Klebstoff hat sich als von guter Brauchbarkeit erwiesen. Vorzugsweise beträgt die Dicke der spannungsaufnehmenden Schicht etwa l/4t-l/8 mm.
Auch wenn das Glas/Harz-Verhältnis weniger als 65 : 35 beträgt, kann mit Hilfe einer spannungsaufnehmenden Schicht eine Verbesserung der Streckfähigkeit des ungehärteten Bandes erreicht werden, und eine besonders brauchbare spannungsaufnehmende Schicht wird durch ein anpassungsfähiges, mit Harz imprägniertes Faservlies aus in Wirrlage miteinander vermischten Polyäthylenterephthalatfasern oder einem anderen festen, nicht-hygroskopischen Fasermaterial erzielt.
Das Faservlies kann aus etwa gleichen Mengen von verstreckten und nichtverstreckten Polyäthylenterephthalatfasern hergestellt werden, indem man ein loses, heterogenes, lockeres Matten- bzw. Vliesgebilde aus kurzen, einander überkreuzenden Fasern bei einer Temperatur presst, die zum Schmelzen der nichtverstreckten Fasern ausreicht, wobei jedoch der angewendete Druck ausreichend gering ist, dass ein Einschneiden der nichterweichten verstreckten Fasern in die nichtverstreckten Fasern vermieden wird. Dadurch werden die beiden Faserarten, wenn überhaupt, nur oberflächlich miteinander verbunden, und die verstreckten Fasern werden nicht aneinandergebunden und können sich an ihren Kreuzungspunkten übereinander bewegen.
Wird in ir gendeincr Weise von der Wirrlagen-Anordnung der Fasern abgewichen, werden die Zugfestigkeits- und Dehnungseigenschaften des Faservlieses richtungsabhängig.
Ein weiteres, besonders geeignetes harzimprägniertes Bahnenmaterial, das für die spannungsverteilende Schicht verwendet werden kann, sind hochporöse Papiere, die etwa 70-80 S verstreckte Polyäthylenterephthalatfasern von 65 mm Länge und 1,5 Denier und 20-30 Gew..oo Polyäthylenterephthalat-Fibride aufweisen, die bei etwa 200 C geschmolzen worden sind. Ein derartiges Papier ist höchst anpassungsfähig und besonders wünschenswert, da es eine gute Festigkeit bei Dicken von nur 0,025-0,08 mm (was einem Gewicht von 8 bis 25 g/m- entspricht) aufweist.
Die Mikrometerschrauben-Dicke jeder Schicht aus ausgerichteten, harzimprägnierten Fäden beträgt vorzugsweise etwa t/4 mm. Bänder mit Schichten von viel grösserer Dicke, wie z. B. mit einer Dicke von mehr als'/, mm, weisen eine geringere Biegsamkeit und Anpassungsfähigkeit auf, als gewünscht wird. Anderseits ist es schwierig, ein Bahnenmaterial aus ausgerichteten, harzimprägnierten Fäden mit einer Dicke von weniger als l/lo mm herzustellen.
Die ungehärtete wärmehärtende Harzmasse, durch die die Fäden miteinander zu aus einem einheitlichen Ganzen bestehenden Schichten verbunden werden, weist vorzugsweise eine ausreichende Elastizität auf, um ein gewisses Mass an Erholung aus einem gestreckten Zustand zu ermöglichen. Normalerweise ist die Harzmasse bei Umgebungstemperaturen etwas klebrig, oder das streckfähige Bandprodukt wird mit einem dünnen, klebrigen Oberflächenüberzug versehen, um ein zufriedenstellendes Haften des Bandes an harten, glatten Oberflächen und an vorher angebrachten Umwicklungen zu ermöglichen. Für die meisten Zwecke ist es ausreichend, wenn die Bandoberfläche beim Erwärmen ein gewisses Mass an Klebrigkeit entwickelt, und für einige Anwendungszwecke ist überhaupt keine Klebrigkeit erforderlich.
Die Harzmasse sollte weiterhin so ausgewählt werden, dass das ungehärtete Band gegenüber Materialien beständig ist, mit denen es vor dem Härten in Berührung kommen kann, und dass ein gehärtetes Produkt mit der gewünschten Qualität, wie z. B. überlegenen elektrischen oder Wärmeisoliereigenschaften oder Korrosionsbeständigkeit, erhalten wird; besonders brauchbar sind Siliconharze, Phenol-Formaldehyd-Harze oder Epoxyharze; und solche Harzmassen, die bei Raumtemperaturen praktisch beständig sind, bei mässig erhöhten Temperaturen jedoch rasch härten, werden besonders bevorzugt. Zu Härtungsmitteln, die mit Epoxyharzen beständige wärmehärtende Massen bilden, gehören N,N-Diallylmelamin, Isophthalyldihydrazid, Dicyandiamid sowie Gemische dieser Substanzen.
Es können jedoch auch nicht-lagerfähige Massen verwendet werden, wenn das Bandmaterial kurz nach der Herstellung verwendet werden soll.
Obgleich das neuartige, anpassungsfähige verstärkte Harzband der Erfindung höchst brauchbare Produkte iiefert, wenn - wie oben beschrieben - lediglich zwei Schichten aus harzimprägnierten, linear ausgerichteten Fäden vorliegen, können bisweilen zusätzliche Fadenschichten wünschenswert sein, solange nur die Fäden einer jeden solchen Schicht praktisch parallel zu den Fäden der übernächsten Fadenschicht verlaufen. Die erfindungsgemässen Bänder können weiterhin sehr dünne organische Filme enthalten, wenn diese Filme so dünn sind, dass die Streckfähigkeit des ungehärteten Bandes praktisch nicht verschlechtert wird. Da eine Faltenbildung beim Strecken eine starke Erhöhung der Scherkräfte innerhalb des Bandes verursacht, sollte der Film beim Strecken nur eine geringe Neigung zur Faltenbildung aufweisen.
Weiterhin können faserartige Deckschichten durch ein Bestreuen mit in Wirrlage orientierten Flocken, wie z. B. Polytetrafluoräthylen- ( Teflon- ) oder Nylonflocken oder kleingeschnittenen Asbestfasern, angebracht werden. Beim Härten durch Erwärmen fliesst dann die Harzmasse in das bis dahin noch nicht imprägnierte faserartige Material, so dass eine zähe, aus einem einheitlichen Ganzen bestehende Struktur von gutem Aussehen entsteht.
Es kann ein Oberflächenstreifen vorgesehen werden, der als in dem Bandmaterial selbst enthaltene Deckschicht wirkt, so dass das Band zu Rollen aufgewickelt werden kann, ohne dass ein besonderer, entfernbarer Zwischenstreifen verwendet wird, wie er sonst normalerweise erforderlich wäre. Zum leichteren Abwickeln kann der Oberflächenstreifen mit einem Rückseiten überzug geringer Adhäsion versehen werden, ebenso wie auf der inneren Oberfläche des Bandes ein Grundier überzug angebracht werden kann, um eine verbesserte Verbindung mit der Harzmasse zu erzielen.
Wenn die in zwei Richtungen verstärkten Harzbänder der Erfindung eine Breite von weniger als 1 cm aufweisen, sind sie normalerweise nicht ausreichend fest genug, um sich gut handhaben zu lassen. Wenn jedoch ein Harz gewählt wird, das im ungehärteten Zustand elastisch ist und das in diesem Zustand und ohne Verstärkung einen dünnen, selbsttragenden, kautschukartigen Film von guter Reissfestigkeit zu liefern vermag, können auch Bänder von etwas geringerer Breite gute Handhabungseigenschaften aufweisen. Bei Breiten von mehr als etwa 8 cm ist es gewöhnlich schwierig, das Band von Hand bis zum gewünschten Ausmass zu dehnen, und die Kanten des Bandes haben dann eine Neigung zum Einrollen, wodurch die Aufbringung auf eine Oberfläche erschwert wird.
Bei Breiten von etwa 1-8 cm besitzt das neuartige, streckfähige Band normalerweise ausgezeichnete Handhabungseigenschaften und lässt sich leicht auf dreidimensionalen Gegenständen anbringen, um glatte Schutzumhüllungen von gutem Aussehen zu erzielen.
Das streckfähige verstärkte Harzband kann in bequemer Weise aus vorgebildeten Bahnen bzw. Bändern hergestellt werden, die aus nicht-verwobenen, linear ausgerichteten Fäden bestehen, die mit der wärmehärtenden Harzmasse imprägniert und zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt sind, wodurch die Fäden in paralleler und praktisch aneinandergrenzender Beziehung zueinander gehalten werden können. Beispielsweise sind mit Glasfäden verstärkte Harzbahnen hergestellt worden, indem durch ein erhitztes Harzbad eine Bahn aus linear ausgerichteten, endlosen Glasfäden geleitet wurde, wie z. B. eine Bahn mit 50 Enden von Glasfäden je cm Breite, wobei jedes Ende 204 Fäden von je 0,010 mm Durchmesser enthält.
(Es können Glasfäden mit einem Durchmesser von etwa 0,00P0,02 mm verwendet werden.)
Die Herstellung der anpassungsfähigen Harzbänder aus diesen mit Harz imprägnierten Bahnen von linear ausgerichteten Fäden erfolgt zweckmässig und in bequemer Weise nach üblichen Rohrherstellungsverfahren unter Verwendung eines zylindrischen Dornes. Beispielsweise kann eine Trägerbahn von geringer Adhäsion in Längsrichtung fortschreitend um den Dorn gewickelt werden, worauf darüber spiralförmig und in entgegengesetzter Richtung ein Paar der mit Harz getränkten Bahnen aus linear ausgerichteten Fäden gewickelt werden kann. Wenn sich das auf diese Weise erhaltene röhrenförmige Gebilde von dem Dorn herunter bewegt, wird es in Längsrichtung zu einem oder mehreren Bändern aufgeschnitten, die dann zur Lagerung und zum Versand zu Rollen aufgewickelt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform brauchen die Bahnen aus nichtverwobenen, linear ausgerichteten Fäden nicht vorimprägniert zu werden, sondern können während des Wickelverfahrens mit einer wärmehärtenden Harzmasse imprägniert werden.
Der Aufbau der anpassungsfähigen, in zwei Richtungen verstärkten Harzbänder wird beispielsweise anhand der anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Rolle eines streckfähigen Harzbandes darstellt, wobei das Band teilweise im Aufriss gezeigt wird, um seinen Aufbau zu erläutern, und wobei die Trägerbahn geringer Adhäsion, auf der das Band hergestellt werden kann, abgezogen worden ist, damit das Band seinem Endverwendungszweck zugeführt werden kann, und
Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Stückes einer anderen bevorzugten Ausführungsform des anpassungsfähigen Harzbandes darstellt.
In Fig. 1 wird eine Rolle aus einem Band 10 gezeigt, das zwei Schichten 11 und 12 aus biegsamen, hochfesten, nichtverwobenen, ausgerichteten Fäden, wie z. B.
Glasfäden, die mit einer wärmehärtenden Harzmasse zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt sind, aufweist, wobei die Schichten so übereinandergelegt worden sind, dass die Fäden der einen Schicht in entgegengesetzter Richtung zu den Fäden der anderen Schicht angeordnet sind, und zwar sind die Fäden der Schicht 11 in einem Winkel von etwa 600 zur Längsrichtung des Bandes 10 und diejenigen der Schicht 12 in einem Winkel von etwa 300 zur Längsrichtung angeordnet. Zwischen den beiden Schichten 11 und 12 befindet sich in haftender Verbindung mit diesen ein Faservlies 13 aus einem Gemisch von verstreckten und nichtverstreckten Polyäthylenterephthalatfasern, das mit der Harzmasse der Schichten 11 und 12 imprägniert ist. Die Schicht 11 ist weiterhin mit einer Trägerbahn 14 mit geringer Adhäsion verbunden, wodurch sich das Band 10 wie gezeigt in Rollenform verwenden lässt.
Vor der Verwendung des streckfähigen Bandes für seinen beabsichtigten Anwendungszweck wird die Trägerbahn 14 wie in Fig. 1 gezeigt abgezogen und sodann abgeschnitten und verworfen.
Das in Fig. 2 gezeigte, in zwei Richtungen verstärkte Harzband 20 weist zwei Schichten 21 und 22 aus ausgerichteten Glasfäden auf, die mit Hilfe eines wärmehärtenden Harzes imprägniert und miteinander verbunden sind. Die Fäden der Schichten 21 und 22 sind in einem Winkel von 450 zur Längsrichtung des Bandes 20 orientiert, und zwar die Fäden der einen Schicht in entgegengesetzter Richtung zu den Fäden der anderen Schicht. Mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Schichten 21 und 22 sind Faservliese 23 bzw. 24 aus in Wirrlage miteinander vermischten verstreckten und nichtverstreckten Polyäthylenterephthalatfasern verbunden.
Das Band gemäss Fig. 2 wird in bequemer Weise hergestellt, indem man zunächst die beiden Schichten des Polyäthylenterephthalat-Faservlieses 23 und 24 durch schwaches Zusammenpressen, während man gerade auf den Erweichungspunkt der nichtverstreckten Fasern erhitzt, oberflächlich miteinander verbindet. Sodann werden die beiden symmetrisch angeordneten Schichten 21 und 22 aus den mit Harz imprägnierten, linear ausgerichteten Fäden mit einer Oberfläche dieser Doppelmatte verbunden, und das Ganze wird in Rollenform aufgewickelt. Wenn nun das Imprägnierharz der Schichten 21 und 22 bei Umgebungstemperaturen klebrig ist, lösen sich die Faservliesbahnen 23 und 24 wegen der stärkeren Verklebung zwischen den Faservliesbahnen und dem Harz voneinander, wodurch die Struktur von Fig. 2 erhalten wird.
Abgesehen von geringen Harzmengen, die aus den Fadenschichten in die Faservliesschichten eindringen, sind die beiden Faservliesbahnen von Harz frei. Wenn jedoch das Band durch Erwärmen gehärtet wird, nachdem es unter Zugspannung auf einem zu umhüllenden Gegenstand aufgebracht worden ist (wie z. B., wenn es dicht um eine elektrische Spule gewickelt worden ist), fliesst Harz aus den Fadenschichten in die Faservliesschichten, und es entsteht eine aus einem einheitlichen Ganzen bestehende gehärtete Struktur mit einer zähen Harzoberfläche von gutem Aussehen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Es wurde ein verstärktes Harzbahnenmaterial hergestellt, indem eine grosse Zahl von linear ausgerichteten, endlosen, leicht gedrehten Glasfäden [140er Glasseidenstränge (Rovings) mit 75-80 Enden je cm, Vinylsilan als Schlichtemittel] durch ein erhitztes Bad aus einem Epoxyharz und einem Härtungsmittel gezogen wurde.
Bei dem verwendeten Epoxyharz handelt es sich um ein Kondensationsprodukt aus Epichlorhydrin und Bisphenol A, das einen nach dem Durrans-Quecksilberverfahren bestimmten Erweichungspunkt von etwa 30 C aufwies. Mit diesem Epoxyharz war ein Härtungsmittel vermischt, das im wesentlichen aus Adipyldihydrazid bestand, um eine beständige, wärmehärtbare Masse zu erzielen, die an Glas sowohl vor als auch nach dem Härten gut haftet. Das Bahnenmaterial, das eine Mikrometerschrauben-Dicke von etwa 1/4 mm aufwies und etwa 35 Gew. t Harz enthielt, wurde dann mit einer Trägerbahn geringer Adhäsion verbunden und das Ganze in Längsrichtung zu einer geeigneten Breite geschlitzt und zur Lagerung in Rollenform aufgewickelt.
Dann wurde ein anpassungsfähiges, in zwei Richtungen verstärktes Harzband hergestellt, indem aus diesem in Rollenform gelagertem Bahnenmaterial winkelförmig Streifen geeigneter Längen geschnitten und diese Abschnitte Kante an Kante auf ein Trägerband (entsprechend der Schicht 14 von Fig. 1) gelegt wurden, wobei die Fäden in einem Winkel von 600 zur Längsrichtung des Trägerbandes angeordnet wurden, um eine erste Fadenschicht (entsprechend der Schicht 11 von Fig. 1) herzustellen. Das Harzimprägniermittel wies eine ausreichende Klebrigkeit auf, um die einzelnen Abschnitte in der gewünschten Stellung auf dem Trägerband festzuhalten, während der entsprechende Abschnitt der ursprünglichen Trägerbahn abgezogen wurde.
Ein endloses Polyäthylenterephthalat-Faservlies der oben beschriebenen Art, das ein Gewicht von 23,5 g/m2 aufwies und mit der gleichen wärmehärtenden Harzmasse bis zu einem Ausmass von 90 S des Gesamtgewichtes des imprägnierten Faservlieses imprägniert worden war, wurde dann in Längsrichtung gegen die erste Fadenschicht gelegt, um als Zwischenschicht zu dienen (entsprechend Schicht 13 von Fig. 1). Dann wurde die Trägerbahn geringer Adhäsion, von der das imprägnierte Faservlies getragen worden war, abgezogen. Sodann wurde eine zweite Fadenschicht auf die freiliegende Oberfläche der imprägnierten Faservliesbahn aufgebracht, doch unter einem entgegengesetzten 60 Winkel im Vergleich zu den Fäden der ersten Fadenschicht.
Nach dem Schneiden auf eine geeignete Breite und Aufwickeln in Rollenform lag ein Produkt der in Fig. 1 gezeigten Art vor, mit der Ausnahme, dass die Fäden bei dem Produkt des vorliegenden Beispiels symmetrisch angeordnet sind. Die Gesamtdicke, ausschliesslich des Trägerbandes geringer Adhäsion, betrug etwa l/lo cm.
Eine Anzahl von 2,5 cm breiten Streifen dieses Bandproduktes wurden nach der Entfernung des Trägerbandes geringer Adhäsion in einer Heizplattenpresse bei Kontaktdruck 25 Minuten bei 165 C gehärtet.
4 Proben wurden gehärtet, während sie unter einer Dehnung von 37,5 % gehalten wurden, während 4 weitere Proben ohne Streckung gehärtet wurden. Die gehärteten Proben wurden dann nach dem ASTM-Prüfverfahren D 638-52T unter Verwendung einer Baldwin Universal-Zugfestigkeitsprüfmaschine bei einer Prüfspannweite von 10 cm auf ihre Zugfestigkeit geprüft.
Die nichtgestreckten Streifen zeigten eine durchschnittliche Zugfestigkeit von 26 kg je cm Breite, was ein äusserst hoher Wert für ein streckfähiges Material dieser Dicke ist. Die gestreckten Proben wiesen eine durchschnittliche Zugfestigkeit von 31 kg je cm Breite auf.
Daraus folgt, dass die streckfähigen Bänder der Erfindung normalerweise in gestrecktem Zustand aufgebracht werden sollten, und zwar unter Anwendung einer leichten Zugspannung je nach dem, wie zur Anpassung des Bandes an die Oberfläche, auf die es aufgebracht werden soll, erforderlich ist. Da ein gestrecktes Band eine geringere Querschnittsfläche aufweist, ist die Zunahme an Festigkeit, die beim Härten in gestrecktem Zustand erreicht wird, sogar noch grösser als es die obigen numerischen Daten erscheinen lassen.
Das oben beschriebene, in zwei Richtungen orientierte, streckfähige Harzband weist ausgezeichnete Handhabungseigenschaften auf. Bei Breiten von 2,5 cm liess es sich leicht von Hand unter Erzielung einer Dehnung von 30-40/1: strecken. Eine beträchtlich gesteigerte Zugspannung erhöhte die Dehnung auf 50 %. An diesem Punkt trat eine ziemliche Faltenbildung auf der Oberfläche des Bandes ein, ein Zeichen, dass die Zugfestigkeit des Bandes nahezu erreicht war. Eine weitere Dehnung des Bandes liess sich nur sehr schwierig erreichen. Das Band lässt sich daher sicher anbringen, da infolge dieser Eigenschaften auch bei sehr grosser Ungeschicklichkeit keine Gefahr eines Reissens besteht.
Das Band hat sich für eine ganze Reihe von Anwendungszwecken als wirtschaftlich brauchbar erwiesen. Es ist zum Isolieren von elektrotechnischen Gegenständen bzw. Bauteilen von komplizierter Gestalt verwendet worden, wobei eine Knick- und Faltenbildung, wie sie bei der Verwendung der bisherigen nichtstreckfähigen verstärkten Harzbögen auftrat, nicht beobachtet wurde.
Wenn das Band um eine Rotorspule gewickelt und dann zur Härtung der Harzmasse erhitzt wurde, wurde eine schützende Isolierschicht erhalten, die die Spule trotz der äusserst grossen Zentrifugalkräfte wirksam umschloss.
Die Isolierschicht besass einen hohen elektrischen Widerstand und war durch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Hitze, Feuchtigkeit, Schmierölen und anderen Faktoren gekennzeichnet, die sich auf das Isoliervermögen nachteilig auswirken.
Die Anpassungsfähigkeit des Bandes wurde demonstriert, indem eine übliche Glühlampenbirne damit umwickelt wurde, wonach die umwickelte Birne 90 Minuten in einen Ofen von 162 C gebracht wurde. Die erhaltene Umhüllung war zäh und von einer Faltenbildung oder anderen unerwünschten Unregelmässigkeiten völlig frei. Ein T-Stück aus Pyrexglasrohr besass nach dem Umwickeln mit dem Band und anschliessendem Erhitzen, um das Harz zu härten, eine beträchtlich erhöhte Festigkeit und Bruchfestigkeit. In Anbetracht der erhaltenen zähen, aus einem einheitlichen Ganzen bestehenden Umhüllung ist das erfindungsgemässe Band als Mittel zum leichten und wirtschaftlichen Nacharbeiten von dreidimensionalen Gegenständen aus verstärkten Harzen, insbesondere von Armaturen für Hochdruckrohre aus verstärkten Harzen, brauchbar.
Es versteht sich, dass die Form, auf die das neuartige, in zwei Richtungen verstärkte Band aufgebracht wird, entweder nach dem Härten entfernt werden oder ein Teil des Endproduktes werden kann, je nach den Notwendigkeiten des jeweiligen Anwendungszweckes.
Beispiel 2
Um die Bedeutung des als spannungsaufnehmende Zwischenschicht dienenden, mit Harz gefüllten Poly äthylenterephthalat-Faservlieses im Hinblick auf die Handhabungseigenschaften des streckfähigen Bandes von Beispiel 1 zu prüfen, wurde eine Anzahl von Bändern hergestellt, die sich in bezug auf die Zwischenschicht unterschieden, ansonsten jedoch identisch waren.
Das eine Band wurde mit einer nichtverstärkten Zwi- schenschicht aus der wärmehärtenden Harzmasse mit einer Dicke von 0,05 cm versehen, d. h. diese Schicht wies etwa das gleiche Gewicht und die gleiche Dicke wie das mit Harz imprägnierte Faservlies des Bandes von Beispiel 1 auf. Ein weiteres Band wurde mit einer Harzzwischenschicht von 0,025 cm hergestellt. Bei einem dritten Vergleichsband wurde die Zwischenschicht weggelassen.
Wenn 2,5 cm breite Proben dieser Bänder unter Verwendung eines Scott-Incline-Zugfestigkeitsprüfgerätes bei einer Spannweite von 10,2 cm und einer Belastung von 10 000 g auf ihre Zugfestigkeit geprüft wurden, wurden die folgenden Daten erhalten: Zwischenschicht Imprägniertes 5,0 mm dicke 2,5 mm dicke keine Faservlies Fasen¯lies Harzschicht Harzschicht Zwischenschicht Zugfesflgkeit (kg/cm) 1,9 0,7 0,65 0,35 Dehnung (%) 68 125 108 32 Obgleich das Polyesterfaservlies die Streckfähigkeit des Bandes verringert, verbessert es wesentlich seine Handhabungseigenschaften und wird aus diesem Grunde bevorzugt, da die Dehnbarkeit für die beabsichtigten Anwendungszwecke dann noch völlig angemessen ist.
Die mit nichtverstärkten Harzzwischenschichten versehenen Bänder wiesen gute Handhabungseigenschaften auf; und man wird bei diesen Bändern recht gut auf die bevorstehende Gefahr eines möglichen Reissens hingewiesen, da die Zugfestigkeit nahe des Reisspunktes merklich zunimmt.
Beispiel 3
Es wurde ein weiteres streckfähiges Band hergestellt, das mit demjenigen von Beispiel 1 in jeder Beziehung identisch war, mit der Ausnahme, dass die beiden Fadenschichten in einem Winkel von 450 zur Längsrichtung des Bandes orientiert waren. Bei der Prüfung nach dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren zeigte dieses Band eine Zugfestigkeit von 1,7 kg/cm für eine 2,5 cm breite Probe und eine Reissdehnung von 53 %. Dieses Band wies gute Handhabungseigenschaften auf und konnte leicht ohne die Gefahr eines Reissens in einem stark gestreckten Zustand angebracht werden.
Beispiel 4
Es wurde ein verstärktes Harzbahnenmaterial nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt, nur wurden andere Glasfäden und ein anderes Harz verwendet. Als Glasfäden wurden ein 140er Glasseidenstrang (mit Vinylsilan als Schlichtemittel behandelt) mit 40 Enden pro cm verwendet. Die Harzmasse bestand im wesentlichen aus einem halbfesten Polyglycidyläther eines Phenol-Formaldehyd-Novolaks mit etwa 3,5 Mol Epoxydgruppen je Durchschnittsmolekulargewicht, einem Polycarbonsäureanhydrid und Glimmerpulver mit einer Teilchengrösse entsprechend einer lichten Siebmaschenweite von 0,044 mm in einer Menge von 17 % des Gesamtgewichtes der Masse. Das erhaltene Bahnenmaterial enthielt 55 Ges. % Glas und 45 % Harz, einschliesslich Füllstoff.
Sodann wurde ein in zwei Richtungen verstärktes Band hergestellt, indem zwei Schichten dieses Bahnenmaterials direkt zusammen und gegen eine siliconbehandelte Kraftpapierdeckschicht gelegt wurden, wobei sich die Fäden einer jeden Schicht um 450 zur Längsrichtung erstreckten. Die Kraftpapierdeckschicht wurde dann in Berührung mit einer Metallfläche bewegt, die auf 1900 C vorerhitzt worden war, und wenn sie das Metall erreicht hatte, wurde gegen die freiliegende Fadenschicht ein 0,013 mm dicker Film aus wärmeschrumpfbarem, orientiertem Polyäthylenterephthalat gepresst. 2 Minuten Berührung mit der Metallfläche reichten aus, um das Harz auf die B-Stufe zu bringen und den orientierten Film mit der Fadenschicht zu verbinden. Nach gezeichneten Durchschlagswiderstand. Eine praktisch gleichwertige Brauchbarkeit wird unter Verwendung eines dünneren Oberflächenfilms, wie z.
B. eines 0,006 mm dicken orientierten Polyäthylenterephthalatfilmes, erzielt, und solche dünneren Filme werden normalerweise bevorzugt, da die mit derartigen Filmen hergestellten Bänder leichter streckbar sind.
Das in zwei Richtungen verstärkte Harzband der Erfindung ist zur Herstellung zylindrischer und kegelförmiger Strukturen verwendet worden, indem es derart auf einen Dorn (beginnend an einem Ansatz) gewickelt wurde, dass die Bandebene in einem Winkel zur Dornoberfläche steht und lediglich die Kante des Bandes den Dorn berührt. Für einen derartigen Anwendungszweck sind das erfindungsgemässe Band und seine einzelnen Schichten mit den ausgerichteten Fäden vorzugsweise verhältnismässig dick, um das Umwickeln des Dornes innerhalb einer tragbaren Zeit zu vervollständigen. Dic beim Härten erhaltene Struktur ist zäh und besteht aus einem einheitlichen Ganzen, wobei sich die Fadenverstärkung an sämtlichen Punkten durch die Dickendimension erstreckt.
Beispielsweise wurde bei der Verwendung eines 1,3 cm breiten Bandes in einem Winkel von 20 zum Dorn eine starre Struktur erhalten, da das Harzimprägniermittel nach dem Härten einen Zugmodul von mindestens 3500 kg/cm aufweist, wie es bei sämtlichen Harzmassen der vorstehenden Beispiele der Fall ist.
In bezug auf die Materialien, die Art und Weise des Aufbaues der Bänder sowie die Anwendung liegen zahlreiche Variationsmöglichkeiten auf der Hand.