DE1504586B2

DE1504586B2 - Fadenverstärktes Harzband

Info

Publication number: DE1504586B2
Application number: DE1504586A
Authority: DE
Inventors: Hubert James Saint Paul Minn. Tierney (V.St.A.)
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1965-01-19
Filing date: 1965-01-27
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1074525A; DE1504586A1; CH453681A; JPS4526995B1; DE1504586C3

Description

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Die Erfindung betrifft ein dünnes, festes, anpassungsfähiges, von Verbindungsstellen freies, fadenverstärktes, in der Länge dehnbares Harzband mit einer Breite von 1 bis 8 cm und einer Länge von mindestens 30 m, das mindestens zwei Schichten jeweils gleicher Ausdehnung und gleichen Verlaufs aufweist, von denen jede aus Glasfäden besteht, die gleichmäßig innerhalb der Schicht verteilt und biegsam, hochfest, ausgerichtet und nicht verwoben sind und nebeneinander liegen und durch eine härtbare Harzmasse imprägniert und zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt sind und bei dem die Fadenrichtungen der beiden Schichten sich kreuzen und gleich große Winkel zwischen 30 und 60° zur Längsrichtung des Bandes bilden.

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 Wetter- und 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 u. dgl. geeignet. Für derartige Anwendungszwecke mangelt es den nicht verstärkten Harzmaterialien 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 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 zurückkehrenden Strahlen präzise Meßergebnisse möglich sind.

Losegewebtes Glasgewebe, 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 Ketten- und 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 Glasfaden gefüllt ist. Um die Streckfähigkeit in der Längsrichtung zu er-

zielen, muß das Tuch diagonal geschnitten werden, so daß es in geeigneter Länge und 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.

Aus der USA.-Patentschrift 2 758 048 ist ein fadenverstärktes Harzband bekannt, das Schichten gleicher Ausdehnung und gleichen Verlaufs aufweist, von denen jede aus Glasfaden besteht, die gleichmäßig innerhalb der Schicht verteilt und biegsam, hochfest, ausgerichtet und nicht verwoben sind und nebeneinander liegen und durch eine härtbare Harzmasse imprägniert und zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt sind und bei dem die Fadenrichtungen der beiden Schichten sich kreuzen und gleich große Winkel zwischen 30 und 60° zur Längsrichtung des Bandes bilden. Nach dieser Patentschrift können die Fäden zur Bildung eines Bands zunächst zusammengedrängt verlegt werden, wenn aber dieses Band gestreckt wird, wie die dortige F i g. 2 veranschaulicht, dehnt die Scherenspreizwirkung die Zwischenräume zwischen den Fäden aus. Bei diesem Band wird femer das meiste des Bindemittels durch Saugwirkung entfernt. Das Band, das dann erhalten werden kann, ist sehr anpassungsfähig. Wenn hingegen von dem Bindemittel nichts entfernt wird, wird ein steifes und starres Band erhalten. Das dort verwendete Bindemittel wird nach dem Passieren des Ofens völlig starr.

Zur Herstellung von zu komplexen Formen verformbaren Bändern unter Verwendung von Glasfäden und Harz war es daher bisher erforderlich, die Glasfaden so einzusetzen, daß sie zu einer erheblich geringeren Festigkeit und Gleichmäßigkeit führten. So mußte man z. B. Bänder mit regellos durchsetzten Glasfaden oder ein Glastuch mit losem Gewebe, das als solches anpassungsfähig ist, verwenden. Derartige Bänder weisen im allgemeinen keine gleichmäßige Glasverstärkung auf und enthalten häufig Hohlräume, wenn das Glas-Harz-Verhältnis nicht sehr niedrig gehalten wird.

Aus der deutschen Patentschrift 929 890 ist ferner bekannt, Faservlies als Verstärkungseinlagen zwischen Gewebe zu verwenden. Harzbänder werden in dieser Patentschrift nicht erwähnt. Auch ist dieser Patentschrift nicht zu entnehmen, daß Faservlies zur Verstärkung von Bändern verwendet werden kann, die auf mindestens 30% ihrer ursprünglichen Länge streckbar sind.

Aus der USA.-Patentschrift 2 281 635 ist schließlich bekannt, Gewebe auf einer Seite mit einer dünnen Kunststoffschicht zu versehen. In dieser Patentschrift ist nicht beschrieben, daß Harzbänder überzogen werden sollen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein fadenverstärktes Harzband der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei dieses Harzband die Fähigkeit haben soll, zu sehr komplexen Formen verbogen, gedreht oder gewunden zu werden, ohne daß die gleichmäßige Verteilung der Fäden gestört wird, und nach dem Härten des wärmehärtbaren Harzbandes ein Gebilde ergibt, das eine vollständig einheitliche Festigkeit besitzt, bei dem die Fäden nicht brechen und in dem auch keine unverstärkten Bereiche vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede der Schichten eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm aufweist, die Fäden 40 bis 80 Gewichtsprozent jeder dieser Schichten ausmachen und sich praktisch berührend nebeneinanderliegend angeordnet sind, die Harzmasse im noch verformbaren, ungehärteten Zustand vorliegt und im durch Wärme ausgehärteten Zustand einen Zugmodul von mindestens 3500 kg/cm² besitzt und das Harzband leicht von Hand um mindestens 30% seiner ursprünglichen Länge dehnbar ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Harzband der Erfindung ohne Störung der gleichmäßigen Verteilung der Fäden zu komplexen Formen verbogen, gedreht oder gewunden werden kann und daß das nach dem Härten des wärmehärtbaren Harzbandes erhaltene Gebilde eine völlig einheitliche Festigkeit besitzt, bei dem die Fäden nicht brechen und in dem auch keine unverstärkten Bereiche vorhanden sind. Das Harzband der Erfindung klebt nach dem Umwickeln eines Gegenstandes und Erwärmen zum Härten des Harzes stark an den Gegenstand und verstärkt ihn. Auch benachbarte Windungen des Bandes kleben stark aneinander. Die freie Oberfläche des Harzbandes ist glatt. Das Harzband der Erfindung kann ferner in großer Länge, wie z.B. von 100m oder langer, zu einer Rolle aufgewickelt werden. Dadurch kann der Benutzer eine gewünschte Länge von der Bandrolle abrollen, ohne daß ein Abfall anfällt, abgesehen von den Enden der Rolle. Im Gegensatz dazu ist die Länge des Bandes nach der USA.-Patentschrift 2 758 048 durch die Abmessung der Trommel, auf die die Fäden zunächst aufgerollt werden, begrenzt. In der Praxis ist es schwierig, etwa eine so große Trommel einzusetzen, daß das endgültige Band nach dieser USA.-Patentschrift eine Länge von wenigstens 30 m erreicht. Durch die in der Praxis relativ kurze Länge des aus dieser Patentschift bekannten Bandes entsteht beim Gebrauch eine große Abfallmenge.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß das Band bei einem Gehalt an Glasfäden je Schicht von mehr als 65 Gewichtsprozent eine Spannungsaufnehmende wärmehärtende Harzschicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,02 bis 0,5 mm zwischen den benachbarten Schichten aus harzimprägnierten ausgerichteten Glasfaden aufweist. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Spannungsaufnehmenden Schicht 0,02 bis 0,12 mm. Beispielsweise hat sich eine Schicht aus einem druckempfindlichen Klebstoff mit einer Dicke von 0,06 mm als Spannungsaufnehmende Schicht als geeignet erwiesen. Auch wenn das Band einen Gehalt an Glasfäden je Schicht von weniger als 65 Gewichtsprozent beträgt, kann mit Hilfe einer spannungsaufnehmenden Schicht eine Verbesserung der Streckfähigkeit des ungehärteten Bandes erreicht werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält das Harzband als eine weitere Schicht ein dünnes, dehnbares Faservlies aus in Wirrlage vermischten Fasern. Als eine solche weitere Schicht kann in dem Harzband der Erfindung ein Faservlies aus in Wirrlage vermischten Polyäthylenterephthalatfasern enthalten sein. Auch in Wirrlage miteinander vermischte andere nichthygroskopische Fasern können das Faservlies bilden.

Ein geeignetes Faservlies kann z. B. aus etwa gleichen Mengen von verstreckten und nicht verstreckten

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Polyäthylenterephthalatfasern hergestellt werden, in- Isophthalyldihydrazid, Dicyandiamid sowie Gedem man ein loses, heterogenes, lockeres Matten- mische dieser Substanzen. Es können jedoch auch bzw. Vliesgebilde aus kurzen, einander überkreuzen- nicht lagerfähige Harzmassen verwendet werden, den Fasern bei einer Temperatur preßt, die zum wenn das Harzband kurz nach der Herstellung verschmelzen der nicht verstreckten Fasern ausreicht, 5 wendet werden soll.

wobei jedoch der angewendete Druck ausreichend Obgleich das anpassungsfähige, fadenverstärkte gering ist, daß ein Einschneiden der nicht erweichten Harzband der Erfindung höchst brauchbare Produkte verstreckten Fasern in die nicht verstreckten Fasern liefert, wenn — wie oben beschrieben — lediglich vermieden wird. Dadurch werden die beiden Faser- zwei Schichten aus harzimprägnierten, linear ausarten, wenn überhaupt, nur oberflächlich miteinander io gerichteten Fäden vorliegen, können bisweilen zuverbunden, und die verstreckten Fasern werden sätzliche Fadenschichten wünschenswert sein, solange nicht aneinandergebunden und können sich an ihren nur die Fäden einer jeden solchen Schicht praktisch Kreuzungspunkten übereinander bewegen. Wird in parallel zu den Fäden der übernächsten Fadenschicht irgendeiner Weise von der Wirrlagenanordnung der verlaufen.

Fasern abgewichen, werden die Zugfestigkeits- und 15 Das Harzband der Erfindung kann als weitere

Dehnungseigenschaften des Faservlieses richtungs- Schicht einen dünnen, dehnbaren, selbsttragenden

abhängig. Film enthalten. Dieser Film darf die Streckfähigkeit

Ein weiteres, besonders geeignetes harzimprägnier- des ungehärteten Bandes praktisch nicht verschlechtes Bahnenmaterial, das für die Spannungsverteilende tern. Da eine Faltenbildung beim Strecken eine Schicht verwendet werden kann, sind hochporöse 20 starke Erhöhung der Scherkräfte innerhalb des Ban-Papiere, die etwa 70 bis 8O°/o verstreckte Poly- des verursacht, sollte der Film beim Strecken nur äthylenterephthalatfasern von 65 mm Länge und eine geringe Neigung zur Faltenbildung aufweisen. 1,5 Denier und 20 bis 30 Gewichtsprozent Poly- Faserartige Deckschichten können durch ein Beäthylenterephthalat-Fibride aufweisen, die bei etwa streuen mit in Wirrlage orientierten Flocken, wie 200° C geschmolzen worden sind. Ein derartiges 25 z. B. Polytetrafluoräthylen- oder Nylonflocken oder Papier ist höchst anpassungsfähig und besonders kleingeschnittenen Asbestfasern, angebracht werden, wünschenswert, da es eine gute Festigkeit bei Dicken Beim Härten durch Erwärmen fließt dann die Harzvon nur 0,025 bis 0,08 mm (was einem Gewicht von masse in das bis dahin noch nicht imprägnierte faser-8 bis 25 g/m² entspricht) aufweist. artige Material, so daß eine zähe, aus einem einheit-

Die Mikrometerschrauben-Dicke jeder Schicht aus 30 liehen Ganzen bestehende Struktur von gutem Ausausgerichteten, harzimprägnierten Fäden beträgt vor- sehen entsteht.

zugsweise 0,1 bis 0,25 mm. Bänder mit Schichten mit Es kann ein Oberflächenstreifen vorgesehen wereiner Dicke von mehr als 0,5 mm weisen eine gerin- den, der als in dem Bandmaterial selbst enthaltene gere Biegsamkeit und Anpassungsfähigkeit auf, als Deckschicht wirkt, so daß das Band zu Rollen aufgewünscht wird. Andererseits ist es schwierig, ein 35 gewickelt werden kann, ohne daß ein besonderer, Bahnenmaterial aus ausgerichteten, harzimprägnier- entfernbarer Zwischenstreifen verwendet wird, wie ten Fäden mit einer Dicke von weniger als 0,1 mm er sonst normalerweise erforderlich wäre. Zum leichherzustellen. teren Abwickeln kann der Oberflächenstreifen mit

Die ungehärtete wärmehärtende Harzmasse, durch einem Rückseitenüberzug geringer Adhäsion verdie die Fäden miteinander zu aus einem einheitlichen 40 sehen werden, ebenso wie auf der inneren Oberfläche Ganzen bestehenden Schichten vereinigt sind, weist des Bandes ein Grundierüberzug angebracht werden vorzugsweise eine ausreichende Elastizität auf, um kann, um eine verbesserte Verbindung mit der Harzein gewisses Maß an Erholung aus einem gestreck- masse zu erzielen.

ten Zustand zu ermöglichen. Normalerweise ist die Mit Vorteil kann das Harzband der Erfindung an

Harzmasse bei Umgebungstemperaturen etwas kleb- 45 einer Oberfläche in fester Bindung einen orientierten

rig, oder das streckfähige Bandprodukt wird mit Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Dicke von

einem dünnen, kebrigen Oberflächenüberzug ver- 0,005 bis 0,010 mm aufweisen. Wenn das in zwei

sehen, um ein zufriedenstellendes Haften des Bandes Richtungen verstärkte Harzband der Erfindung eine

an harten, glatten Oberflächen und an vorher an- Breite von weniger als 1 cm aufweist, ist es nor-

gebrachten Umwicklungen zu ermöglichen. Für die 50 malerweise nicht ausreichend fest genug, um sich

meisten Zwecke ist es ausreichend, wenn die Band- gut handhaben zu lassen. Bei Breiten von mehr als

oberfläche beim Erwärmen ein gewisses Maß an etwa 8 cm ist es gewöhnlich schwierig, das Band

Klebrigkeit entwickelt, und für einige Anwendungs- von Hand bis zum gewünschten Ausmaß zu dehnen,

zwecke ist überhaupt keine Klebrigkeit erforderlich. und die Kanten des Bandes haben dann eine Neigung

Die Harzmasse sollte weiterhin so ausgewählt 55 zum Einrollen, wodurch die Aufbringung auf eine

werden, daß das ungehärtete Band gegenüber Mate- Oberfläche erschwert wird.

rialien beständig ist, mit denen es vor dem Härten Bei der oben angegebenen Breite von 1 bis 8 cm in Berührung kommen kann, und daß ein gehärtetes besitzt das fadenverstärkte Harzband der Erfindung Produkt mit der gewünschten Qualität, wie z. B. normalerweise ausgezeichnete Handhabungseigenüberlegenen elektrischen oder Wärmeisoliereigen- 60 schäften und läßt sich leicht auf dreidimensionalen schäften oder Korrosionsbeständigkeit, erhalten Gegenständen anbringen, um glatte Schutzumhüllunwird; besonders brauchbar sind Siliconharze, Phenol- gen von gutem Aussehen zu erzielen.
Formaldehyd-Harze ode Epoxyharze; Harzmassen, Das fadenverstärkte Harzband der Erfindung wird die bei Raumtemperaturen praktisch beständig sind, in bequemer Weise aus vorgebildeten Bahnen bzw. bei mäßig erhöhten Temperaturen jedoch rasch här- 65 Bändern hergestellt, die aus nicht verwobenen, linear ten, werden besonders bevorzugt. Zu Härtungs- ausgerichteten Fäden bestehen, die mit der wärmemitteln, die mit Epoxyharzen beständige wärmehär- härtenden Harzmasse imprägniert und zu einem eintende Massen bilden, gehören Ν,Ν-Diallylmelamin, heitlichen Ganzen vereinigt sind, wodurch die Fäden

in paralleler und praktisch aneinandergrenzender Beziehung zueinander gehalten werden. 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 Strängen von Glasfäden je cm Breite, wobei jeder Strang 204 Fäden von je 0,010 mm Durchmesser enthält. (Es können Glasfäden mit einem Durchmesser von etwa 0,004 bis 0,02 mm verwendet werden.)

Die Herstellung des erfindungsgemäßen fadenverstärkten Harzbandes aus diesen mit Harz imprägnierten Bahnen von linear ausgerichteten Fäden erfolgt in bequemer Weise nach üblichen Rohrherstellungsverfahren unter Verwendung eines zylindrischen Domes. 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 herunterbewegt, 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 nicht verwobenen, linear ausgerichteten Fäden nicht vorimprägniert zu werden, sondern können während des Wickelverfahrens mit einer wärmehärtenden Harzmasse imprägniert werden.

Der Aufbau des in zwei Richtungen fadenverstärkten Harzbandes der Erfindung wird in den Zeichnungen und Beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Rolle des fadenverstärkten Harzbandes, 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, abgzogen worden ist, damit das Band seinem Endverwendungszweck zugeführt werden kann,

F i g. 2 eine Perspektivansicht eines Stückes einer anderen bevorzugten Ausführungsform des anpassungsfähigen Harzbandes.

In F i g. 1 wird eine Rolle aus einem Band 10 gezeigt, das zwei Schichten 11 und 12 aus biegsamen, hochfesten, nicht verwobenen, ausgerichteten Fäden, wie z. B. Glasfäden, die mit einer wärmehärtbaren 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 60° zur Längsrichtung des Bandes 10 und diejenigen der Schicht 12 in einem Winkel von etwa 30° 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 nicht verstreckten 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 F i g. 1 gezeigt — abgezogen.

Das in F i g. 2 gezeigte, in zwei Richtungen verstärkte Harzband 20 weist zwei Schichten 21 und 22 aus ausgerichteten Glasfäden auf, die mit Hilfe eines wärmehärtbaren Harzes imprägniert und miteinander verbunden sind. Die Fäden der Schichten 21 und 22 sind in einem Winkel von 45° 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 nicht verstreckten 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 nicht verstreckten 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 F i g. 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 (wenn es z. B. dicht um eine elektrische Spule gewickelt worden ist), fließt das 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.

Beispiel 1

Es wurde ein verstärktes Harzbahnenmaterial hergestellt, indem eine große Zahl von linear ausgerichteten, endlosen leicht gedrehten Glasfäden (140er Glasseidenstränge [Rovings] mit 75 bis 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 Mikrometerschraubendicke von etwa ¹U mm aufwies und etwa 35 Gewichtsprozent 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.

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Dann wurde ein anpassungsfähiges, in zwei Richtungen verstärktes Harzband hergestellt, indem aus diesem in Rollenform gelagerten Bannenmaterial 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 60° 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 PoIyäthylenterephthalat-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 % 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 frei liegende 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 F i g. 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 1 mm.

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 63 8-52 T unter Verwendung einer Baldwin-Universal-Zugfestigkeitsprüfmaschine bei einer Prüfspannweite von 10 cm auf ihre Zugfestigkeit geprüft. Die nicht gestreckten 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 normalerweise in gestrecktem Zustand aufgebracht werden sollten, und zwar unter Anwendung einer leichten Zugspannung. Da eingestrecktes 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 bis 40% 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 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 FaI-tenbildung, wie sie bei der Verwendung der bisherigen nicht streckfähigen 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 PoIyäthylenterephthalat-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 nicht verstärkten Zwischenschicht aus der wärmehärtenden Harzmasse mit einer Dicke von 0,5 mm 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 0,25 mm 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:

	Imprä gniertes Faser vlies	11	0,25 mm dicke Harz schicht	Keine Zwischen schicht
Zwischenschicht	1,9 68	0,5 mm dicke Harz schicht	0,65 108	32 0,35
Zugfestigkeit (kg/cm) ... Dehnung(%)	0,7 125

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 nicht verstärkten 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 identisch war, mit der Ausnahme, daß die beiden Fadenschichten in einem Winkel von 45° 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 Glasfaden und ein anderes Harz verwendet. Als Glasfaden 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 Durchschnittsmolukulargewicht, 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 Gewichtsprozent 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 45° zur Längsrichtung erstreckten. Die Kraftpapierdeckschicht wurde dann in Berührung mit einer Metallfläche bewegt, die auf 190° C vorerhitzt worden war, und wenn sie das Metall erreicht hatte, wurde gegen die frei liegende 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 härten und den orientierten Film mit der Fadenschicht zu verbinden. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur war die Harzoberfläche nichtklebend. Die Deckschicht wurde entfernt, während das Schichtprodukt zur Lagerung auf sich selbst

ίο aufgewickelt wurde. Die Mikrometerschraubendicke betrug etwa 0,3 mm. Der orientierte Film selbst wies eine Schrumpfung in Längsrichtung von 15% und eine Verbreiterung in der Querrichtung von 0 bis 2% auf, wenn er an der Luft 5 Minuten auf 150° C erhitzt wurde.

Ein 1,9 cm breites Band, das aus diesem Schichtprodukt geschnitten worden war und bei dem die Fäden entgegengesetzt zueinander in einem Winkel von 45° orientiert waren, riß bei Prüfung mit einem Scott-Incline-Zugfestigkeitsprüfgerät bei einer Einspannweite von 25,4 cm und einer Belastung von 10 000 g unter einer Kraft von 5,7 kg bei einer Dehnung von 28V2%. Dieses Band wurde unter Zugspannung halb überlappt und mit dem orientierten Film nach außen auf einen Metallstab von 1,3 · 1,9 cm Querschnitt gewickelt. Bei 2stündiger Härtung an der Luft bei 175° C lieferte die Schrumpfung des orientierten Films eine glatte, dichte Isolieroberfläche. Das elektrische Isoliervermögen versagte erst bei 9000 Volt und 60 Hz, wobei die Dicke am Durchschagspunkt 0,4 mm betrug.

Das Band erwies sich zur elektrischen Isolierung von Statorspulen als brauchbar und zeigte hierbei einen ausgezeichneten Durchschlagswiderstand. Eine praktisch gleichwertige Brauchbarkeit wird unter Verwendung eines dünneren Oberflächenfilms, wie z. B. eines 0,006 mm dicken orientierten Polyäthylenterephthalatfilms, erzielt, und solche dünneren Filme werden normalerweise bevorzugt, da die mit derartigen Filmen hergestellten Bänder leichter streckbar sind.

Das in zwei Richtungen verstärkte Harzband 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 Domes innerhalb einer tragbaren Zeit zu vervollständigen. Die 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, wobei das Harzimprägniermittel nach dem Härten einen Zugmodul von mindestens 3500 kg/cm² aufweist, wie es bei sämtlichen Harzmassen der vorstehenden Beispiele der Fall ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dünnes, festes, anpassungsfähiges, von Verbindungsstellen freies, fadenverstärktes, in der Länge dehnbares Harzband mit einer Breite von mindestens 30 m, das mindestens zwei Schichten jeweils gleicher Ausdehnung und gleichen Verlaufs aufweist, von denen jede aus Glasfaden besteht, die gleichmäßig innerhalb der Schicht verteilt und biegsam, hochfest, ausgerichtet und nicht verwoben sind und nebeneinander liegen und durch eine härtbare Harzmasse imprägniert und zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt sind und bei dem die Fadenrichtung der beiden Schichten sich kreuzen und gleich große Winkel zwischen 30 und 60° zur Längsrichtung des Bandes bilden, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schichten eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm aufweist, die Fäden 40 bis 80 Gewichtsprozent jeder dieser Schichten ausmachen und sich praktisch berührend nebeneinanderliegend angeordnet sind, die Harzmasse im noch verformbaren, ungehärteten Zustand vorliegt und im durch Wärme ausgehärteten Zustand einen Zugmodul von mindestens 3500 kg/cm² besitzt und das Harzband leicht von Hand um mindestens 30% seiner ursprünglichen Länge dehnbar ist.

2. Harzband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band bei einem Gehalt an Glasfaden je Schicht von mehr als 65 Gewichtsprozent eine Spannungsaufnehmende wärmehärtende Harzschicht mit einer einheitlichen Dicke von 0,02 bis 0,5 mm zwischen den benachbarten Schichten aus harzimprägnierten ausgerichteten Glasfaden aufweist.

3. Harzband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als eine weitere Schicht ein dünnes, dehnbares Faservlies aus in Wirrlage vermischten Fasern enthält.

4. Harzband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als eine weitere Schicht ein Faservlies aus in Wirrlage vermischten PoIyäthylenterephthalatfasern enthält.

5. Harzband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als weitere Schicht einen dünnen, dehnbaren, selbsttragenden Film enthält.

6. Harzband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an seiner Oberfläche in fester Bindung einen orientierten Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Dicke von etwa 0,005 bis 0,010 mm aufweist.

7. Harzband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsaufnehmende wärmehärtende Harzschicht ein dünnes, dehnbares Faservlies aus festen, in Wirrlage vermischten nichthygroskopischen Fasern enthält.