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.
Thread-reinforced resin tape
The invention relates to a thread-reinforced resin tape.
Reinforced resin materials in sheet form have recently gained considerable economic importance. Their light weight, their impact resistance, their high strength and their good weather and chemical resistance make these materials excellent for use in the manufacture of boats, airplanes, rockets, radio housings, motor vehicle bodies, chemically resistant pipes of high burst strength, beams and scaffolding for construction purposes, Paneling and the like are suitable. For such applications, the non-reinforced resin compositions lack strength and durability.
Glass fibers are used almost exclusively as the main reinforcing materials for resin sheets or plates. Using glass fibers as a reinforcing agent, some resin materials have already been produced in sheet or strip form, which have a certain degree of flexibility and stretchability. For example, US Pat. No. 2,609,320 describes a stretchable fabric made of glass fibers arranged in two or more layers in two directions, which has resin at the points of intersection of the threads.
Since the threads are freely flexible between the crossing points at which they are glued to one another, such fabrics are very adaptable; however, after the fabric has been attached, resin must be added in order to fill the spaces between the crossing points of the threads, so that no control over the ratio of resin to reinforcing fibers is possible.
Furthermore, these fabrics tend to be stretched unevenly, which results in a random distribution of the reinforcing material.
As a result of this non-uniformity, the shrinkage that occurs during hardening is non-uniform and can lead to corrugated or irregular surfaces.
For certain important application purposes, however, a uniform structure is necessary regardless of other requirements. For example, radar hoods must be evenly permeable to radiation over their entire area so that precise measurement results are possible on the basis of the returning rays.
Loosely woven glass cloth impregnated with uncured thermosetting resins is stretchable in two directions, but its conformability is limited and the cured products have significant disadvantages. For example, the warp and weft threads tend to rub and weaken each other, especially when the fabric is stretched, and the loose nature of the fabric results in a finished product that contains significantly more resin than glass and accordingly less strength for a given cross-section. than a comparable sheet material which is densely filled with glass threads. In order to achieve stretchability in the longitudinal direction, the cloth must be cut diagonally so that it is not available in a suitable length without joints.
Usually the resin is not incorporated until the cloth is in place, as it is too difficult to pull diagonal fabrics through a coater without disorienting the fibers.
The new thread-reinforced resin tape is characterized according to the invention in that at least two layers, each of which contains 40-80 S threads by weight, which are arranged at an angle of 30-60 with respect to the longitudinal direction of the tape, the threads of each layer with respect to those of the adjacent layer oppositely obliquely arranged and fixed and held together by a deformable, uncured, thermosetting resin composition, wherein the resin composition in the cured state has a modulus of tension of at least 3500 kg / cm ', and wherein the tape is extensible by at least 30% of its original length by pulling by hand is.
Although the threads are normally arranged symmetrically at an angle of about 30-600 to the longitudinal direction of the tape and the number of threads in one layer is the same as the number of threads in the next layer, an asymmetrical orientation or an uneven distribution of threads between the Layers may be desired, such as B. if additional strength is required in a certain dimension of an object to be wrapped.
In order to achieve maximum strength and optimal handling, it is advisable that the threads practically adjoin one another and each thread layer normally consists of more than 50 total.% Of thread material, especially when relatively dense threads, such as. B. glass threads are used, which are a preferred reinforcing material because of their good flexibility, their low cost and their exceptional tensile strength and chemical resistance. If the threads are glass threads or those that have the density of glass, the threads can be 40-80 wt.
S of each layer, but for glass contents above 65, a spam-absorbing layer should be placed between adjacent layers of aligned filaments. For this purpose, a layer of thermosetting resin having a uniform thickness of '/ lo -' / mm can be used, and a layer of pressure-sensitive adhesive 1.5 mm thick has been found to be of good utility. The thickness of the stress-absorbing layer is preferably about 1/4 t-1/8 mm.
Even if the glass / resin ratio is less than 65:35, an improvement in the stretchability of the uncured tape can be achieved with the aid of a stress-absorbing layer, and a particularly useful stress-absorbing layer is formed by an adaptable, resin-impregnated non-woven fabric made of tangled layers mixed polyethylene terephthalate fibers or another solid, non-hygroscopic fiber material achieved.
The nonwoven fabric can be produced from approximately equal amounts of drawn and undrawn polyethylene terephthalate fibers by pressing a loose, heterogeneous, loose mat or nonwoven structure of short, crossed fibers at a temperature sufficient to melt the undrawn fibers, but with the applied pressure is sufficiently low that the undrawn fibers are not cut into the undrawn fibers. As a result, the two types of fiber are only superficially connected to one another, if at all, and the drawn fibers are not bound to one another and can move over one another at their crossing points.
If the random arrangement of the fibers is deviated from in any way, the tensile strength and elongation properties of the fiber fleece become direction-dependent.
Another particularly suitable resin-impregnated sheet material which can be used for the stress-distributing layer is highly porous papers which have about 70-80% stretched polyethylene terephthalate fibers 65 mm in length and 1.5 denier and 20-30% by weight polyethylene terephthalate fibrids that have been melted at around 200C. Such a paper is highly conformable and particularly desirable because it has good strength at thicknesses of only 0.025-0.08 mm (which corresponds to a weight of 8 to 25 g / m).
The micrometer screw thickness of each layer of aligned, resin impregnated filaments is preferably about t / 4 mm. Ribbons with layers of much greater thickness, such as B. having a thickness of more than 1/2 inch, have less flexibility and adaptability than is desired. On the other hand, it is difficult to produce a sheet material from aligned, resin-impregnated filaments with a thickness of less than 1/10 mm.
The uncured thermosetting resin composition by which the filaments are bonded together into layers made up of a unitary whole preferably has sufficient elasticity to allow some degree of recovery from a stretched state. Usually the resin composition is somewhat tacky at ambient temperatures, or the stretchable tape product is provided with a thin, tacky surface coating to allow the tape to adhere satisfactorily to hard, smooth surfaces and to pre-applied wraps. For most purposes it is sufficient if the tape surface develops some tackiness when heated, and for some uses no tack at all is required.
The resin composition should also be selected so that the uncured tape is resistant to materials with which it may come in contact prior to curing and that a cured product of the desired quality, such as e.g. B. superior electrical or thermal insulating properties or corrosion resistance; Silicone resins, phenol-formaldehyde resins or epoxy resins are particularly useful; and those resin compositions which are practically stable at room temperatures but which cure rapidly at moderately elevated temperatures are particularly preferred. Curing agents which form resistant thermosetting compositions with epoxy resins include N, N-diallyl melamine, isophthalyl dihydrazide, dicyandiamide and mixtures of these substances.
However, non-storable masses can also be used if the strip material is to be used shortly after production.
Although the novel, conformable reinforced resinous tape of the invention provides highly useful products when there are only two layers of resin impregnated, linearly oriented filaments, as described above, additional layers of filaments may at times be desirable so long as the filaments of each such layer are practically parallel to the The threads of the next but one thread layer run. The tapes according to the invention can furthermore contain very thin organic films if these films are so thin that the stretchability of the uncured tape is practically not impaired. Since wrinkling during stretching causes a large increase in the shear forces within the tape, the film should have little tendency to wrinkle during stretching.
Furthermore, fibrous outer layers can be sprinkled with flakes oriented in a random position, such as. B. Polytetrafluoroethylene (Teflon) or nylon flakes or chopped asbestos fibers are attached. When hardening by heating, the resin mass then flows into the fiber-like material that has not yet been impregnated, so that a tough structure with a good appearance is created that consists of a uniform whole.
A surface strip can be provided which acts as a cover layer contained in the strip material itself so that the strip can be wound into rolls without the use of a special, removable intermediate strip, as would otherwise normally be required. To facilitate unwinding, the surface strip can be provided with a backing coating of low adhesion, just as a primer coating can be applied to the inner surface of the tape in order to achieve an improved bond with the resin composition.
If the bi-directionally reinforced resin tapes of the invention are less than 1 cm in width, they are usually not strong enough to be handled well. If, however, a resin is chosen which is elastic in the uncured state and which in this state and without reinforcement is able to provide a thin, self-supporting, rubber-like film of good tear strength, tapes of somewhat narrower width can also have good handling properties. For widths greater than about three inches, it is usually difficult to manually stretch the tape to the desired extent and the edges of the tape tend to curl, making it difficult to apply to a surface.
At widths of about 1-8 cm, the novel, stretchable tape usually has excellent handling properties and can be easily applied to three-dimensional objects to achieve smooth protective wrappings of good appearance.
The extensible reinforced resin tape can be conveniently made from pre-formed webs or tapes consisting of non-woven, linearly oriented threads impregnated with the thermosetting resin composition and united into a unitary whole, whereby the threads in parallel and practically contiguous Relationship to each other can be maintained. For example, resin sheets reinforced with glass threads have been made by passing a sheet of linearly oriented, endless glass threads through a heated resin bath, e.g. B. a web with 50 ends of glass threads per cm width, each end containing 204 threads, each 0.010 mm in diameter.
(Glass threads about 0.00P0.02mm in diameter can be used.)
The production of the adaptable resin tapes from these resin-impregnated webs of linearly aligned threads takes place expediently and conveniently according to conventional pipe production processes using a cylindrical mandrel. For example, a backing web of poor adhesion can be progressively wrapped longitudinally around the mandrel, and then a pair of the resin-impregnated webs of linearly aligned filaments can be wrapped over it in a spiral and opposite direction. As the tubular structure thus obtained moves down from the mandrel, it is cut lengthways into one or more ribbons which are then wound into rolls for storage and shipping.
In another embodiment, the webs of non-woven, linearly oriented filaments need not be pre-impregnated, but can be impregnated with a thermosetting resin composition during the winding process.
The structure of the adaptable, two-way reinforced resin tapes is explained, for example, with reference to the accompanying drawings in which
Fig. 1 is a schematic perspective view of a roll of stretchable resin tape, the tape shown partially in elevation to illustrate its construction, and the low adhesion web on which the tape can be made has been peeled off in order to make the tape can be put to its end use, and
Figure 2 illustrates a perspective view of a piece of another preferred embodiment of the conformable resin tape.
In Fig. 1, a roll of tape 10 is shown comprising two layers 11 and 12 of flexible, high strength, non-woven, aligned threads, such as, e.g. B.
Glass threads united with a thermosetting resin composition to form a unitary whole, the layers having been superimposed so that the threads of one layer are arranged in the opposite direction to the threads of the other layer, namely the threads of layer 11 at an angle of about 600 to the longitudinal direction of the tape 10 and those of the layer 12 at an angle of about 300 to the longitudinal direction. Between the two layers 11 and 12 there is a non-woven fabric 13 made of a mixture of stretched and unstretched polyethylene terephthalate fibers, which is impregnated with the resin composition of the layers 11 and 12, in adhesive connection therewith. The layer 11 is further connected to a carrier web 14 with low adhesion, whereby the tape 10 can be used in roll form as shown.
Prior to using the extensible tape for its intended use, the carrier web 14 is peeled off as shown in FIG. 1 and then cut and discarded.
The two-directionally reinforced resin tape 20 shown in FIG. 2 has two layers 21 and 22 of aligned glass threads impregnated and bonded together with the aid of a thermosetting resin. The threads of the layers 21 and 22 are oriented at an angle of 450 to the longitudinal direction of the tape 20, specifically the threads of one layer in the opposite direction to the threads of the other layer. With the opposite surfaces of the layers 21 and 22, fiber fleeces 23 and 24, respectively, made of stretched and non-stretched polyethylene terephthalate fibers mixed with one another in a random layer are connected.
The tape according to FIG. 2 is conveniently produced by first superficially joining the two layers of polyethylene terephthalate nonwoven fabric 23 and 24 by gently pressing them together while heating to the softening point of the undrawn fibers. Then, the two symmetrically arranged layers 21 and 22 of the resin-impregnated, linearly aligned threads are connected to one surface of this double mat, and the whole is wound up in roll form. If the impregnating resin of the layers 21 and 22 is sticky at ambient temperatures, the nonwoven webs 23 and 24 separate from one another because of the stronger adhesion between the nonwoven webs and the resin, whereby the structure of FIG. 2 is obtained.
Apart from small amounts of resin which penetrate from the thread layers into the fiber fleece layers, the two fiber fleece webs are free of resin. However, when the tape is cured by heating after it has been applied under tension to an object to be wrapped (such as when it has been tightly wound around an electrical coil), resin flows from the thread layers into the nonwoven layers, and the result is a hardened structure consisting of a unitary whole with a tough resin surface of good appearance.
The following examples serve to further illustrate the invention.
example 1
A reinforced resin sheet material was produced by pulling a large number of linearly aligned, endless, slightly twisted glass threads [140 glass silk strands (rovings) with 75-80 ends per cm, vinyl silane as sizing agent] through a heated bath of an epoxy resin and a hardening agent .
The epoxy resin used is a condensation product of epichlorohydrin and bisphenol A, which had a softening point of about 30 ° C. determined by the Durrans mercury process. A curing agent consisting essentially of adipyl dihydrazide was mixed with this epoxy resin to provide a durable, thermosetting composition that adheres well to glass both before and after curing. The sheeting, which was about 1/4 mm thick and contained about 35 weight tons of resin, was then bonded to a low adhesion carrier sheet and slit lengthwise to a suitable width and rolled up for storage in roll form.
An adaptable resin tape, reinforced in two directions, was then made by cutting angular strips of suitable lengths from this web material stored in roll form and placing these sections edge to edge on a carrier tape (corresponding to layer 14 of FIG. 1), the threads in at an angle of 600 to the longitudinal direction of the carrier tape in order to produce a first thread layer (corresponding to layer 11 of FIG. 1). The resin impregnating agent had sufficient tack to hold the individual sections in place on the carrier tape while the corresponding section of the original carrier web was peeled off.
An endless polyethylene terephthalate nonwoven fabric of the type described above, which had a weight of 23.5 g / m2 and had been impregnated with the same thermosetting resin composition to an extent of 90 S of the total weight of the impregnated nonwoven fabric, was then in the longitudinal direction against the first Layer of thread laid to serve as an intermediate layer (corresponding to layer 13 of Fig. 1). Then the low-adhesion carrier web on which the impregnated nonwoven fabric had been supported was peeled off. A second layer of thread was then applied to the exposed surface of the impregnated nonwoven web, but at an opposite angle of 60 to the threads of the first layer of thread.
After cutting to a suitable width and winding in roll form, there was a product of the type shown in Fig. 1, with the exception that the threads in the product of the present example are arranged symmetrically. The total thickness, excluding the low-adhesion carrier tape, was about 1/10 cm.
A number of 2.5 cm wide strips of this tape product were cured after removal of the low adhesion carrier tape in a hot platen press with contact pressure at 165 ° C for 25 minutes.
Four samples were cured while held at 37.5% elongation, while another 4 samples were cured without stretching. The cured samples were then tested for tensile strength using ASTM test method D 638-52T using a Baldwin Universal Tensile Tester at a test span of 10 cm.
The unstretched strips showed an average tensile strength of 26 kg per cm of width, which is an extremely high value for a stretchable material of this thickness. The stretched samples had an average tensile strength of 31 kg per cm of width.
It follows that the stretchable tapes of the invention should normally be applied in a stretched condition, with the application of slight tension as required to conform the tape to the surface to which it is to be applied. Since a stretched tape has a smaller cross-sectional area, the increase in strength achieved by curing in the stretched state is even greater than the above numerical data suggests.
The above-described bi-directional stretchable resin tape has excellent handling properties. With widths of 2.5 cm, it could easily be stretched by hand with an elongation of 30-40 / 1 :. Considerably increased tension increased the elongation to 50%. At this point there was some wrinkling on the surface of the tape, an indication that the tape was nearing tensile strength. Further stretching of the band was very difficult to achieve. The tape can therefore be attached securely, since as a result of these properties there is no risk of tearing, even with very great clumsiness.
The tape has been found to be commercially viable for a number of uses. It has been used to insulate electrotechnical objects or components of complex shape, with no kinking and wrinkling, as occurred when using the previous non-stretchable reinforced resin sheets, was observed.
When the tape was wound around a rotor spool and then heated to harden the resin compound, a protective insulating layer was obtained which effectively enclosed the spool despite the extremely large centrifugal forces.
The insulating layer had high electrical resistance and was characterized by excellent resistance to heat, moisture, lubricating oils and other factors that adversely affect the insulating property.
The conformability of the tape was demonstrated by wrapping it around a standard incandescent bulb, after which the wrapped bulb was placed in an oven at 162 ° C for 90 minutes. The envelope obtained was tough and completely free of wrinkles or other undesirable irregularities. A Pyrex glass tube tee, when wrapped with the tape and then heated to cure the resin, had significantly increased strength and resistance to breakage. In view of the tough covering obtained, which consists of a uniform whole, the tape according to the invention is useful as a means for easy and economical reworking of three-dimensional objects made of reinforced resins, in particular fittings for high-pressure pipes made of reinforced resins.
It will be understood that the mold to which the novel bi-directional reinforced tape is applied can either be removed after curing or become part of the final product, depending on the needs of the particular application.
Example 2
In order to test the importance of the resin-filled polyethylene terephthalate nonwoven fabric serving as a stress-absorbing intermediate layer with regard to the handling properties of the stretchable tape of Example 1, a number of tapes were produced which differed with regard to the intermediate layer, but were otherwise identical .
One tape was provided with a non-reinforced intermediate layer of the thermosetting resin composition with a thickness of 0.05 cm; H. this layer was approximately the same weight and thickness as the resin-impregnated nonwoven fabric of the tape of Example 1. Another tape was made with a resin interlayer of 0.025 cm. In a third comparison tape, the intermediate layer was omitted.
When 2.5 cm wide samples of these tapes were tested for tensile strength using a Scott Incline Tensile Tester at a span of 10.2 cm and a load of 10,000 g, the following data were obtained: Interlayer Impregnated 5.0 mm thick 2.5 mm thick no non-woven fibers Fasen¯lies resin layer resin layer intermediate layer Tensile strength (kg / cm) 1.9 0.7 0.65 0.35 Elongation (%) 68 125 108 32 Although the polyester fiber fleece reduces the stretchability of the tape, it improves its handling properties are essential and is preferred for this reason, since the extensibility is then still completely adequate for the intended application purposes.
The tapes provided with unreinforced resin interlayers had good handling properties; and in the case of these tapes, the imminent danger of possible rupture is indicated quite well, since the tensile strength increases noticeably near the rupture point.
Example 3
Another stretchable tape was made which was identical to that of Example 1 in all respects, except that the two layers of thread were oriented at a 45 ° angle to the longitudinal direction of the tape. When tested according to the method described in Example 2, this tape showed a tensile strength of 1.7 kg / cm for a 2.5 cm wide sample and an elongation at break of 53%. This tape had good handling properties and could easily be attached without the risk of tearing in a highly stretched state.
Example 4
A reinforced resin sheet was made by following the procedure of Example 1 except that different glass threads and resin were used. A 140 glass silk strand (treated with vinylsilane as a sizing agent) with 40 ends per cm was used as the glass threads. The resin composition consisted essentially of a semi-solid polyglycidyl ether of a phenol-formaldehyde novolak with about 3.5 mol of epoxy groups per average molecular weight, a polycarboxylic acid anhydride and mica powder with a particle size corresponding to a mesh size of 0.044 mm in an amount of 17% of the total weight of the composition. The sheet material obtained contained 55% glass and 45% resin, including filler.
A bi-directionally reinforced tape was then made by placing two layers of this sheeting directly together and against a silicone treated kraft paper liner with the filaments of each layer extending 450 degrees longitudinally. The kraft paper cover sheet was then moved into contact with a metal surface which had been preheated to 1900 ° C and when it reached the metal a 0.013 mm thick film of heat shrinkable, oriented polyethylene terephthalate was pressed against the exposed thread layer. Two minutes of contact with the metal surface was sufficient to bring the resin to the B-stage and bond the oriented film to the thread layer. According to drawn breakdown resistance. Practically equivalent utility is achieved using a thinner surface film, such as e.g.
A 0.006 mm thick oriented polyethylene terephthalate film, and such thinner films are normally preferred because the tapes made with such films are more easily stretchable.
The bi-directionally reinforced resin tape of the invention has been used to make cylindrical and conical structures by wrapping it on a mandrel (starting at a neck) such that the plane of the tape is at an angle to the mandrel surface and only the edge of the tape is the mandrel touched. For such an application purpose, the tape according to the invention and its individual layers with the aligned threads are preferably relatively thick in order to complete the wrapping of the mandrel within an acceptable time. The structure obtained on hardening is tough and consists of a uniform whole, with the thread reinforcement extending at all points through the thickness dimension.
For example, using a 1.3 cm wide tape at a 20 ° angle to the mandrel, a rigid structure was obtained because the resin impregnant after curing has a tensile modulus of at least 3500 kg / cm, as is the case with all the resin compositions of the preceding examples is.
With regard to the materials, the way in which the belts are constructed and the application, there are numerous possible variations.