DE2032139A1

DE2032139A1 - Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Polyester-Harz

Info

Publication number: DE2032139A1
Application number: DE19702032139
Authority: DE
Inventors: Edward Penistone; Farringdon George Harold Sheffield; Yorkshire Dyke (Großbritannien). B29d 3-02
Original assignee: FYPOL Ltd
Current assignee: FYPOL Ltd
Priority date: 1969-03-08
Filing date: 1970-06-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2088211B1; FR2088211A1; GB1226061A

Description

Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Polyester-Hàrz Harz Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Polyester-Harz, bei dem eine Polyester-Harzmischung in eine Form eingebracht und durchlässiges Verstärkungsmaterial so zugefügt wird, daß das Harz das Verstärkungsmaterial durchtränkt und anschließend aushdrtet.
Derartige Bauelemente können beispielsweise Gebäudeelemente wie Abdeckungen und Hauben, oder Vorformlinge sein, die vor dem Aushärten zu Rohren oder anderen Gegenständen geformt werden.
Handelsübliche Polyester-Harze enthalten gewöhnlich vergießbare Vorprodukte (Monomere) von thermoplastischen Kunstharzen, wie beispielsweise Styrol-Monomer oder Methyl-Metacrylat-Monomer. Zum Aushärten werden ein Katalysator und ein Beschleuniger zugesetzt, um eine Vernetzung zwischen Polyester-Harz und thermoplastischem Kunstharz zu erwirken.
Polyester-Harze werden auch mit einem pulverförmigen Füllstoff vermengt gehandelt. Dieser Füllstoff verhält sich gegenüber der Polymerisation bzw. dem Aushärtevorgang inert und dient als Streckmittel, um so die Kosten des Formteiles pro Volumeneinheit zu senken. Hierbei ist es gleichgültig, ob der Füllstoff bereits in der bezogenen Polyester-Harzmischung enthalten ist oder vom Anwender gesondert hinzugemischt wird, das Ergebnis ist eine Flüssigkeit mit hoher Zähigkeit, in welchem der Füllstoff im Schwebezustand verbleibt.
Bei der Herstellung von Bauelementen aus füllstoff-freiem Polyester-Harz, also ohne Beimengung eines Füllstoffes, ist es üblich, die Bauelemente durch Einlegen von einer oder mehreren Lagen eises durchlässigen verstärkngsmateriales, beispielsweise einer kurzfasrigen Glasfasermatte, zu verstärken.
Jede Lage des Verstärkungsmaterials wird in das flüssige 'zlyester-Harz gedrückt, damit dieses aufgesaugt werden ld das Verstärkungsmaterial durchtränken kann. Darauf wird wieder Harz zugegeben, eine weitere Lage Verstär)cungsmaterial aufgelegt und dieser Vorgang fortgesetzt, bis das Formteil seine erforderlichen Abmessungen erreicht hat. Zum Schluß erfolgt das Aushärten, gegebenenfalls unter Wärmeeinwirkung. Wegen der Zähigkeit des Harzes, auch ohne Füllstoff, bleibt das Durchtränken des Verstärkungsmaterials eine schwierige und zeitraubende Arbeit.
Das Verstärken von mit Füllstoff versetztem Polyester-Harz hat sich nicht als brauchbar erwiesen, weil die Anwesenheit der Füllstoff-Partikel zwischen dem zähen Polyester-Harz und dem Verstärkungsmaterial dessen einwandfreie Benetzung verhindert, mit dem Ergebnis, daß nac'h dem Aushärten keine ausreichende Bindung zwischen Harz und Verstärkungsmaterial besteht: es kommt zur Delamination.
Es ist demgemäß zwar möglich, einerseits Bauelemente'aus Polyester-Harz mit Füllstoff, andererseits solche aus verstärktem und füllstoff-freiem Polyester-Harz herzustellen, aber keine aus verstärktem Polyester-Harz mit Füllstoffzusatz.
Aus diesem Grunde waren verstärkte Bauelemente für das Bauwesen bisher recht teuer, weil mehrere Lagen von Verstärkungsmaterial notwendig waren, um die nötige Festigkeit und Steifigkeit zu erzielen.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung von verstärkten Bauelementen aus Füllstoff enthaltendem Polyester-Harz mit höherer Festigkeit und Steifigkeit; mit einem besseren Aussehen und zu niedrigerem Preis aú ermöglichen.
Bei einem Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Polyester-Harz, bei dem eine Polyester-Harzmischung in eine Form eingebracht und durchlässiges Verstärkungsmaterial so zugefügt wird, daß das Harz aufgesaugt wird und das Verstärkungsmaterial durchtränkt und anschließend ausärtet, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in die Harzmischung ein Füllstoff eingebracht und dessen Körnung auf den Viskositätsgrad der Harzmischung so abgestimmt wird, daß sich der Füllstoff in der Harzmischung unter Bildung einer oberen Schicht absetzt, die im wesentlichen keinen Füllstoff mehr enthält, 'in die das Verstärkungsmaterial eingebracht wird, und die eine untere Harzschicht mit hoher Füllstoff-Konzentration verdeckt.
Die Lösung besteht also - mit anderen Worten - darin, daß sich die mit dem Füllstoff vermengte Polyester-Harzmischung durch Abstehen in zwei Schichten trennt: Eine untere Schicht, die im wesentlichen den gesamten Füllstoffanteil enthält, und eine obere, im wesentlichen füllstoff-freie Schicht. Dies wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer relativ dünnflüssigen Mischung-sowie eines relativ grobkörnigen Füllstoff-Materials erreicht.
Beim Absetzen bleibt die füllstoff-freie Schicht dünnflüssig, so daß sie das aufgelegte Verstärkungsmaterial besonders leicht benetzen und durchtränken kann. Auf diese Weise kommt nicht nur beim Aushärten eine einwandfreie Bindung zwischen dem Polyester-Harz und dem Verstarkungsmaterial zustande, sondern es entfällt auch die Notwendigkeit, das Verstärkungsmaterial in die Harzmischung hineinzudrücken, was immer mit einem Zeitverlust verbunden war.
Statt dessen wird das Verstärkungsmaterial in die füllstoff-freie Harzschicht, die sich durch das Absetzen gebildet hat, eingelegt, sinkt unter ihrem Eigengewicht ein, so daß sie von selbst mit einer dünnen Schicht von füllstoff-freiem Harz bedeckt wird.
Wie bisher besteht die Möglichkeit, auch eine größere Anzahl von Lagen aus durchlässigem Verstärkungsmaterial in einem Bauelement unterzubringen. Nach dem Einlegen jeder einzelnen Lage wird eine weitere Menge von füllstoffhaltiger Mischung aufgegossen und zum Absetzen gebracht; die darauf folgende Lage Verstärkungsmaterial wird dann wie zuvor aufgelegt und durchtränkt sich mit füllstoff-freiem Harz.
Um ein schnelles und gründliches Absetzen zu erzielen, sollte der Füllstoff vorzugsweise eine Körnung von bis zu 90 mesh (gemäß britischer Sieb-Norm) entsprechend einer DIN Siebgröße von knapp 40, und das Polyester-Harz eine Viskosität von weniger als 4,0 Poise besitzen. Die natürliche Viskosität von im Handel bezogenem Polyester-Harz kann durch weiteren Zusatz von Styrol-Monomer, Methyl-Metacrylat-Monomer oder einem anderen geeigneten thermoplastischen Kunstharz-Monomer auf den gewünschten Wert herabgesetzt werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung, deren Figuren 1 bis 7 schrittweise das Entstehen eines Bauelementes in einer Form darstellen, einige Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Polyester-Harz beschrieben.
Der erste Schritt zur Herstellung des Bauelements besteht in der Vorbereitung einer dünnflüssigen Polyester-Harzmischung mit Füllstoffzusatz.
Eine Mischung, wie sie für eine Standardbauplatte geeignet ist, setzt sich folgendermaßen zusammen, wobei die Bestandteile in Gewichtsanteilen angegeben sind: 100 Teile handelsübliches Polyester-Harz, ohne Füllstoff, mit beigemischtem Beschleuniger, wie angeboten von der Firma Pinchin Johnson Paints (International Paint Company Ltd.) unter ihrer Bestell-Nr. 55600.8016, 10 bis 20 Teile Styrol-Monomer, 0,25 Teile Dimetyl-Anilin (Beschleuniger-Zusatz), 150 bis 200 Teile eines organischen oder anorganischen Füllstoffes mit einer Körnung von bis zu 90 mesh (ca. 40 nach DIN), 10 bis 20 Teile pulverförmiger Füllstoff mit etwa 200 mesh Körnung (ca. 80 nach DIN), und 1 Teil Methyl-Äthyl-Keton-Peroxid-Katalysator.
Eine typische Mischung hat beispielsweise folgende Zusammensetzung 453 gr (1 ob.) des vorgenannten füllstoff-freien Polyester-Harzes mit 42 bis 85 gr. (1,5 bis 3 oz.) Styrol-Monomer, 3 1 cm3 starker Dimethyl-Anilin-Beschleuniger, 680 bis 1.360 gr (1,5 bis 3 lbs.) pulverförmiges Aluminium-Hydrat oder Silikatmehl, und 680 bis 907 gr (1,5 bis 2 lbs.) weißen Silikatsand mit einer Körnung von 90 mesh (ca. 40 DIN) als Füllstoff, und 6 cm3 Methyl-Äthyl-Keton-Peroxid.
Die Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge hinzugefügt.
Das Polyester-Harz hat im Anlieferzustand eine Viskosität von 1,8 bis 3,2 Poise und wird durch den Monomer-Zusatz -bis auf 3,5 bis 5,0 Centipoise verdünnt.
Diese Mischung wird gründlich durchgerührt, bis eine homo gene Flüssigkeit entsteht, in welcher der grobkörnige Füllstoff durch die Anwesenheit des pulverförmigen FUllstoffes (Aluminium-Hydrat oder Silikatmehl) eine zeitlang in der Schwebe gehalten wird. Anschließend wird eine bestimmte Menge der Mischung in eine Form 12 gegossen und gleichmäßig über deren Oberfläche unter der Bildung einer Schicht 13 verteilt.
Es entsteht eine Schicht von etwa 4,9 kg pro m2 Formfläche (1 lb. pro square foot). Da der grobkörnige Füllstoff vor und während des Eingießens im Schwebezustand gehalten wird, hat die Mischung über die gesamte Fläche der Form eine gleichmäßige Zusammensetzung.
Die Mischung teilt sich schnell auf in eine untere Schicht 14 (Fig. 2), die fast den gesamten grobkörnigen Füllstoff enthält, und eine obere Schicht 15, die fast nur aus Polyester-Harz ohne grobkörnigen Füllstoff und mit geringen Mengen des pulverförmigen Füllstoffes besteht.
Als nächstes wird eine Lage 16 (Fig. 3) einer kurzfasrigen 2 Glasfasermatte mit einem Gewicht von 305 gr. pro m (entsprechend 1 oz pro 1 square foot) auf die Mischung aufgelegt,-so daß sie in Berührung mit der dünnflüssigen Schicht 15 des füllstoff-freien Harzes kommt. Die Glasfasermatte sinkt schnell in das Harz ein, durchdringt das füllstoff-freie Harz und wird von diesem vollständig benetzt; es verbleibt eine harzreiche Oberflächenschicht. Die Anwesenheit geringerer Mengen von pulverförmigen Füllstoff stört den Bentzungsvorgang nicht.
Dann wird eine weitere Menge (9,8 kg pro m oder 2 lbs.
pro square foot) der Mischung zur Bildung einer weiteren Schicht 17 (Fig. 4) in die Form gegossen. Sobald sich diese zweite Mischungsmenge wie zuvor in eine untere füllstoff-reiche Schicht 18 und eine obere füllstoff-freie Schicht 19 (Fig. 5) abgesetzt hat, folgt eine weitere Lage 20 (Fig. 6) aus Glasfasermatte, die sich schnell mit füllstoff-freiem Harz vollsaugt. Diese weitere Lage 20 kann schwerer sein als die erste Lage 16 und ein Gewicht 2 von 458 gr pro m (1,5 oz. pro square foot) haben.
Auf diese Weise kann die Dicke des Bauelementes bis zum geforderten Wert erhöht werden; so zeigt Fig. 7 ein Element, das vier Lagen 16, 20, 22 und 24 aus Glasfasermatttnverstärkung aufweist. Jede Verstärkungslage wird, wie zuvor beschrieben, mit füllstoff-freiem Harz durchtränkt, welches auch ihre obere und untere Grenzschicht bildet, aber zwischen benachbarten Verstärkungslagen mit ihren Tränkschichten aus füllstoff-freiem Harz befindet sich jeweils eine Schicht 14, 18, 21 und 23 aus füllstoff- reichem Harz.
Das Bauelement kann als Abschluß in eine Lage aus wärmeisolierendem Material, einem dekortragenden oder andersartigen Oberflächenmaterial erhalten. Um ein Bauelement mit wärmeisolierenden Eigenschaften zu bekommen, legt man nach der letzten Lage Verstärkungsmaterial beispielsweise eine Platte aus hartem Polyuretanschaum auf. Die Abmessungen der Schaumstoffplatte sind geringfügig kleinergehalten als die der Form und das durch die darunter liegende Lage Verstärkungsmaterial hindurch getretene füllstoff-freie Harz benetzt die Unterseite der Schaumstoffplatte und dient dieser als Bindemittel. Dann wird eine weitere Menge Harzmischung über und um die Schåumstoffplatte gegossen, so daß die Schaumstoffplatte nach dem Aushärten völlig eingeschlossen ist.
Für eine dekorative oder andersartige Oberflächengestaltung wird entsprechendes Material, beispielsweise Kies oder Ziegelsplitt, in die Deckschicht des Formteils eingebracht, wobei das Gewicht des Oberflächenmaterials auf die obere Lage des Verstärkungsmaterials drückt, auf diese Weise füllstoff-freies Harz durch diese hindurchtreten läßt und so die Benetzung und den Einschluß des Oberflächenmaterials erzielt. Das Oberflächenmaterial trägt zur Verstärkung des abschließend ausgehärteten Bauelementes bei und erhöht seine Verwindungssteifigkeit.
Ist der Aufbau des Formteils abgeschlossen, so läßt man es stehen und gibt ihm Zeit zum Aushärten bei Raumtemperatur. Man kann den Aushärteprozeß beschleunigen, in dem man das Formteil höherer Temperatur aussetzt. Das Ergebnis ist ein festes und preiswertes Bauelement mit hoher laminarer Festigkeit, das keine Neigung zum Aufblättern bzw. zu Schicht-Trennungen zeigt.
Soll das Bauelement feuerhemmende Eigenschaften bekommen, so ist eine andersartige Polyester-Harzmischung mit folgender Zusammensetzung zu verwenden: 453 gr (1 lb) feuerhemmendes Polyester-Harz nach britischer Normspezifikation No. 476 mit vorgemischtem Beschleuniger, wie gehandelt von der Firma Pinchin Johnson Paints unter der Bestell-Nr. 5561 X 0013, 42 bis 85 gr (1,5 bis 3 oz.) Styrol-Monomer, 85 bis 142 gr. (3 bis 5 oz.) getrocknetes Aluminiumhydrat als zusätzlicher feuer- -hemmender Bestandteil, 680 bis 794 gr (1,5 bis 1,75 lbs.) weißer Silikatsand mit einer Körnung von 90 mesh als Füllstoff (DIN Siebgröße etwa 40) . . ..
6 cm Methyl-Äthyl-Keton-Peroxid als Katalysator.
Diese Bestandteile sind in der angegebenen Reihenfolge zu mischen, und die Viskosität der Mischung soll vor Zugabe des Füllstoffes 2,3 bis 3,7 Poise betragen.
Hierbei ist zu beachten, daß kein Zusatzbeschleuniger zugegeben werden darf, aber zur Erhöhung der Aushärtegeschwindigkeit kann etwas Dimetyl-Anilin zugefügt werden.
Auf jeden Fall wird wegen der Anwesenheit der feuerhemmenden Zusätze, die sowohl im ursprünglichen Polyester-Harz als auch als zusätzlicher Bestandteil in der Mischung vorhanden sind, die Aushärtezeit länger sein als bei normalen Bauelementen bzw. -platten.
Das feuerhemmende Bauelement wird bis zu seiner erforderlichen Stärke so aufgebaut, zuvor für die Bauplatte beschrieben, wobei wieder Glasfasermatte als Verstärkungsmaterial verwendet wird.
Zur Herstellung von Bauelementen mit hoher Temperaturfestigkeit werden spezielle Polyester-Harze mit hochliegender Wärmeverzugsgrenze (high heat distortion point) verwendet.
Zur Herstellung von Bauelementen mit unterschiedlicher Dicke, die bei Verwendung normaler Polyester-Harze während der Aushärtung eine Neigung zur Rißbildung zeigen, kann eine Mischung aus Iso-Orthophalischen Polyester-Harzen - im Säurestadium gemischt - verwendet werden, weil diese ein elastischeres Produkt ergeben, bei dem die Belastungen während des Aushärtens verringert Werden.
Andere Füllstoffzusätze als die bereits beschriebenen können verwendet werden, um Bauelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen.
Besonders harte Bauelemente kann man herstellen, wenn man Molochit oder verschiedene Aluminium-Silikate als Füllstoff einsetzt, aber unabhängig vom gewählten Füllstoff sollte sein Anteil im Formteil vorzugsweise das doppelte Gewicht des Polyester-Harzes nicht übersteigen,

Claims

Ansprüche 1J Verfahren zum Herstellen von Bauelementen aus Polyester-Harz, bei dem eine Polyester-Harzmischung in eine Form eingebracht und durchlässiges Verstärkungsmaterial so zugefügt wird, daß das Harz aufgesaugt wird und das Verstärkungsmaterial durchtränkt und anschließend aushärtet, dadurch gekennzeichnet, daß in die Harzmischung ein F stoff eingebracht und dessen Körnung auf den Viskosltätsgrad der Harzmischung so abgestimmt wird, daß sich der Füllstoff in der Harzmischung unter Bildung einer oberen Schicht (15) absetzt, die im wesentlichen keinen Füllstoff mehr enthält, in die das Verstärkungsmaterial eingebracht wird, und die eine untere Harzschicht (14) mit hoher Füllstoff-Konzentration überdeckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine Körnung von bis zu 90 mesh (DIN Siebgröße von etwa 40) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyester-Harz eine Viskosität von bis zu 4,0 Poise aufweist.
4. Verfahren'nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung unter Zusatz von Monomeren eines thermoplastischen Kunstharzes zum Polyester-Harz zwecks Herabsetzung des Viskositätsgrades auf den zum Absetzen des Füllstoffes notwendigen Wert hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Mischung dem Polyester-Harz der Reihe nach der Monomer-Zusatz, der Füllstoff und der Härter zugesetzt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, bei dem mehrere Lagen (16, 20, 22, 24) von durchlässigem Verstärkungsmaterial nacheinander und unter Beigabe einer weiteren Menge Polyester-Harzmischung zwischen jeder Lage eingelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede weitere Menge der Polyester-Harzmischung Füllstoff enthält, der sich vor dem Einlegen der nächsten Lage von Verstärkungsmaterial absetzt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuletzt eine Lage aus einem wärmeisolierenden Material aufgelegt und durch das Harz, welches durch die darunterliegende Lage des Verstärkungsmaterials hindurchtritt, fixiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage aus dem wärmeisolierenden Material gegenüber der Form geringfügig verkleinerte Abmessungen erhält.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zuletzt ein decorbildendes oder andersartiges Oberflächenmaterial auf das Formteil bzw. in die Form eingebracht wird, dessen Gewicht das Hindurchtreten von Harz durch die darunterliegende Lage von Verstärkungsmaterial zwecks Bindung des Oberflächenmaterials unterstützt.