DE2255567A1 - Fasriges produkt, dessen herstellung und dessen verwendung - Google Patents
Fasriges produkt, dessen herstellung und dessen verwendungInfo
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Description
02 12
PATENTANWÄLTE
Dipl.-Chem.Dr.D.Thomsen Dipl.-Ing.. W. Weinkauff
Dipl.-Ing. H. Tiedtke (Fuchshohl 71)
Dipl.-Chem. G. Bühling
Dipl.-Ing. R. Kinne .'."■■-
Dipl:-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 2
Kaiser-Ludwig-Platz 6 13. November 1972
Imperial Chemical Industries Limited
London, Großbritannien
London, Großbritannien
Fasriges Produkt, dessen Herstellung
und dessen Verwendung
und dessen Verwendung
Die Erfindung bezieht sich auf fasrige Produkte
und deren Abkömmlinge,- . - .
Die Erfindung schafft fasrige Produkte aus einer
Kern- und einer Küllenkomponenten, wobei die Hüllenkomponente ein polymeres Verbundmaterial aus Polyurethan und Polyester
und/oder Vinylpolymerem ist.
30982271042
Die Kernkomponente der erfindungsgemäßen Paser kann
kristallines oder nichtkristallines anorganisches Material
c. ο ο υ υ /
sein, beispielsweise irgendein Glas (z.B. sog. A-, E- oder S-Glas), Faser aus Glas hohen Moduls/Keramik, Asbest- oder
Kohlenstoffaser, oder die Kernkomponente kann organisch sein, beispielsweise Polyester (z.B. Polyäthylen-terephthalat)
oder Polyamid (z.B. Nylon).
Die Hüllenkomponente kann aufweisen ein Gelpolymerisat eines Gemisches aus (a) 5 bis 95 Gew.-% der Vorstufen
eines Polyurethans' aus mindestens einer polyfunktionellen Verbindung;, welche mit Isocyanatgruppen reaktionsfähigeGruppen
enthält, und mindestens einem Polyisocyanat, und (b) 95 bis 5 Gew.-% einer Polyesterharzvorstufe aus
(i) mindestens einem äthylenisch ungesättigten Polyester und
(ii) mindestens einem polymerisierbaren äthylenisch ungesättigten Monomeren.
Das Gemisch kann vollständig reagiert haben (d.h. die Polyurethanvorstufen sind mit Polyester zusammen umgesetzt
und der Polyester ist mit dem Monomeren copolymer!siert), oder
das Gemisch kann teilweise reagiert haben (d.h. die Polyurethanvorstufen haben mit den Polyester zusammen reagiert, wobei der
Polyester und das Monomere im wesentlichen nicht copolymerisiert sind.
Vorzugsweise liegen die Mengenanteile von (a) und (b) im Bereich von 30:70 bis 70:30.
309822/1042
Die polyfunktionelle Verbindung kann difunktioneil
oder höher funktionell sein und in ähnlicher V/eise kann das Polyisocyanat difunktionell oder höher funktionell sein.
Das pölyrnerisxerbare äthylenisch ungesättigte
Monomere ist vorzugsweise ein Vinylmonomeres mit einer Doppelbindung in einer Endgruppe.
Unter Vinylinonomerejn ist ein Monomeres zu verstehen,
welches mindestens eine äthylenisch ungesättigte. Gruppe enthält, die mit den äthylenisch ungesättigten Gruppen im Polyester
reagiert und in den Rahmen dieser Definition fallen auch Monomere,
welche eine oder nehrere Alkylgruppen enthalten.
Das Polyisoeyanat weist vorzugsweise mindestens eine
Komponente der Struktur:
NGO
auf, in welcher X ein zweiwertiges Radikal ist,· X kann beispielsweise
-O- oder -SO2- sein und insbesondere liegen die
4 . Jj'-Dipheny!derivate-vor.. . -
Es kann aber auch X beispielsweise -(Cf^)n sein, wobei
η eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 3 ist,
309822/1042
Wenn gewünscht, können eines oder mehrere der Wasserstoffatome im Radikal -(CKp) - durch Hydrocarbylgruppen
ersetzt sein. Zu solchen Hydrocarbylgruppen bzw. Kohlenwasserstoffgruppen zählen beispielsweise Alkylgruppen, z.B. Alkylgruppen
mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen. Ein bevorzugtes PoIyisocyanat ist 11: 4f -Diphenylmethan-diisocyanat.
Der Tg-Wert des Polyurethans, welches aus (a) gebildet werden kann, beträgt vorzugsweise mindestens 25°C.
Beispiele von geeigneten jpolyfunktionellen Verbindungen,
Polyisocyanaten, Vinylmonomeren und Polyestern sind in den britischen Patentschriften 1 279 673 und 1 272 98*1
beschrieben. Auf diese beiden Veröffentlichungen sei hier ausdrücklich Bezug genommen. Die in den vorerwähnten Patentschriften
beschriebenen Komponenten können bei dieser Erfindung in irgendeiner Kombination verwendet werden.
Die polyfunktionelle Verbindung und der Polyester enthalten "isocyanatreaktive" Gruppen (d.h. Gruppen, welche
mit NCO-Gruppen im Polyisocyanat reagieren), beispielsweise OH und COOH, und es ist vorzuziehen, wenngleich nicht wesentlich,
daß das Verhältnis von NCOß:NCO-reaktiven Gruppen 0,8:1
bis 1,2:1, stärker bevorzugt 0,9:1 bis 1,1:1 beträgt.
Erfindungsgemäß wird daher ein fasriges Produkt geschaffen, welches als Hülle zu einem Kern eine Polymermasse
aufweist, wie sie in irgendeiner der vorerwähnten Patent-
309822/1042
5 -
schriften'beschrieben ist, wobei diese Masse nachstehend der
Einfachheit halber als PU/PE-Harz bezeichnet sei.
Die Aufbringung des PU/PE-Harzes auf den Kern kann
die Polymerisation einer Komponenten des Harzes, d.h. des Polyurethans, Auflösen des teilgehärteten Harzes in einem
geeigneten Lösungsmittel, überziehen des Faserkerns mit der
Lösung, und darauffolgendes Entfernen des Lösungsmittels durch Verdampfen beinhalten. Eine andere Methode besteht darin, die
Harzvorstufen auf die Paser aufzubringen und das Härten des
Harzes in situ zu bewirken. Die letztere Technik wird besonders angewandt, wenn vernetzbare Polyurethanvorstufen mit einbezogen
sind.
Es ist oben erwähnt worden, daß das Gemisch auf dem Kern nur teilpolymerisiert sein kann, wobei der Polyester und
das Monomere unvollständig polymerisiert verbleiben und in einem solchen Falle ist es klar,, daß die Erfindung ein fasriges
Produkt aus einem Faserkern mit überzug aus teilgehärtetem
PU/PE-Harzsystem schafft, so daß das Vollenden des Härtens
anschließend bewirkt werden kann.-Ein solches teilgehärtetes PU/PE-IIarzsystem kann eine gehärtete Polyurethankomponente
aufweisen, welche in einer unvollständig gehärteten Vinyl-
und/oder Polyesterkomponenten dispergiert ist. Ein solches fasriges Produkt kann zu einer gewünschten Konfiguration gestaltet
werden und weiteres Härten kann anschließend bewirkt werden. Zu diesem Zweck wurde es als vorteilhaft befunden, '
(inn Faserkern mit ungehärteter bzw, teilgehärteter Ilarzkompo-
3 09822/1042 BA0
nente zu überziehen und die Paser zu einem Aggregat zu formen,
zweckmäßig zu einem Band, beispielsweise durch Aufwinden de:R*ser auf
einen Former. Ungehärtetes Harz kann nach Bildung des Aggregates teilgehärtet werden. Methoden des Teilhärtens des
Harzes sind in den vorerwähnten Patentschriften beschrieben und das Verfahren sei nachstehend beispielhaft angegeben.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die Hüllenkomponente
gebildet, indem man auf die Kernkomponente eine Masse aus mindestens einem Vinylmonomeren und den Vorstufen
eines vernetzten Polyurethans aufbringt, und man die so aufgebrachten Hüllenkomponenten unter solchen Bedingungen polymerisiert,
daß Gelierung des Polyurethans im wesentlichen vollendet ist, bevor man die Polymerisation des Vinylmononeren
bis zu einem Ausmaß fortschreiten läßt, daß das so erzeugte* Vinylmonomere eine getrennte Phase bildet. Solche Massen
sind in der britischen Patentschrift 1 239 701 beschrieben. Das überziehen des Faserkerns mit dem Hüllenmaterial erfolgt
vorzugsweise unmittelbar nach der Bildung der Faser, sobald deren physikalischer Zustand so ist, daß ein überziehen tunlich
ist. Dies ist besonders bevorzugt, da die VJahrscheinlichkeit der Verunreinigung der Faseroberfläche mit Staub, Wasserdampf
usw., welche gewöhnlich die Haftung von überzügen an der Oberfläche beeinträchtigen, dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt
wird.
In einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Einzelfaden aus Ε-Glas aus einer Platinbuchse
30yö22/1042
2 2.5 £56 7
in herkömmlicher Weise gesponnen nach sorgfältigen Vorkehrungen zum Reinigen des Glases von Schmutz und Feuchtigkeit,
Die Aufbringung des Harzes auf den so gebildeten Kern aus Qlasexnzelfaden erfolgt auf mannigfachen Wegen, beispielsweise
durch Sprühen aus einer Spritze, durch Hindurchgehenlassen des Fadens durch einen geschlitzten Tiegel, öder durch
Inberührungbringen der Faser mit der zylindrischen Oberfläche einer Walze, welche eine Harzschicht trägt. Das Abkühlen solcher
gesponnener Faser erfolgt wegen der geringen Größe der Paser
- vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,001 mm bis .1 mm gewöhnlich
ganz rasch, so daß das überziehen innerhalb eines
kurzen Abstandes von der Büchse beispielsweise von der Größenordnung 100 cm, stattfinden kann. .
Es, kann erwünscht sein, die überzogene Faser durch
eine angemessen erhitzte Zone hindurchgehen zu lassen, entweder um Tellfoärtung der Harzvorstufe zu bewirken, oder um
Lösungsmittel aus dem überzug abzuziehen, obgleich langsamere
Verdampfung oder Härtung unter unerhitzten Bedingungen, angemessen sein kann. Danach wird die Faser in. herkömmlicher Weise
aufgenommen, gewöhnlich durch Aufwinden der Faser auf eine Trommel großen Durchmessers die so angetrieben ist, daß Verdrängung
aufeinanderfolgender Windungen der Faser erzeugt wird und so ein fortlaufendes Band erhalten wird, welches anschließend
von der. Trommel entfernt und als Vorimprägnat verwendet wird, welches nach weiterer Formgebung und möglicherweise Komprimieren
vollständig zu härten ist. Weiteres Erhitzen des Bandes
309$22/1042-
kann, wenn gewünscht, bewirkt werden, um Härten oder Abziehen von Lösungsmittel zu bewirken. Als Alternative zu der oben
beschriebenen Methode der Faseraufnahme, kann die Paser unter Verwendung einer querangetriebenen Aufnahmehaspel aufgewunden
werden, um ein kontinuierlich aufgewundenes Band zu bilden, sie kann zerhackt werden zur Bildung eines verformbaren zerhackten
Verbundmaterials, oder sie kann auf einer sich bewegenden Plattform abgeschieden werden, so daß sich eine Schicht
ausbildet.
Wenn auch ausgewählte Katalysatorsysteme sehr zweckmäßig
solche des Hitzehärtungstyps sind, so liegen doch auch innerhalb des Rahmens der Erfindung andere Härtesysteme,
welche chemisches Härten, oder Härtungstechniken mit sichtbarem Licht oder anderer Strahlung (beispielsweise Ultraviolett)
umfassen.
Die erfindungsgenäßen Fasern können verformt werden als Vorimprägnate, entweder mit oder ohne (beispielsweise wo
restliches polymerisierbares Material in der Hülle vorhanden ist) den Zusatz v/eiteren Harzes. Es wurde gefunden, daß Lücken
infolge unvollständigen Eenetzens der Fasern, wie man ihnen
gewöhnlich begegnet, wenn man herkömmliche Harzlösungs-Faserverstärkungs-Imprägnierungstechniken
anwendet, durch das erfindungsgemäße Verfahren umgangen werden können.
Es wurde gefunden, daß die PU/PE-Hülle einen brauchbaren
Vorlackfür viele Zwecke bildet, insbesondere zum Verbes-
3Oyu22/1O42
sern der Haftung der Paser an vielen Polymeren, beispielsweise
insbesondere bei der Bereitung von glasverstärkten Verbundstoffen,
insbesondere Glas/Polyester-Verbundstoffen, und gemäß einem anderen Aspekt des Beispiels schafft daher die
Erfindung eine Paser, welche mit einem polymeren Vorlack einer chemischen Masse, wie sie vorstehend beschrieben ist, überzogen
ist.
Die Dicke der Polymerhülle auf der erfindungsgemäß
erhaltenen Paser kann offensichtlich innerhalb weiter Grenzen
variieren. Wo die Hülle in erster Linie als Vorlack vorhanden
ist, kann sie nur einige Mikron dick sein, während zur Bereitung
von Vorimprägnaten ein viel dickerer überzug der Größenordnung
von Zehnteln eines Millimeters oft erwünscht ist. Um die gewünschte Hüllendicke zu erreichen kann es erforderlieh
sein, mehrere, gewöhnlich zwei, Überzugsstufen anzuwenden.
Die Erfindung sei durch die folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht. ■ '_
Eine Ε-Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,1 mm wird aus einer Platin buchse . gesponnen und unmittelbar
nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur von einer Rollenr oberfläche her mit einer Lösung überzogen, welche wie folgt
erhalten wird:
. --309022/10.4 2
-ΙΟΙ g Topanol A (handelsüblicher Inhibitor) wird zu
76 g Crystic 199 (handelsüblicher ungesättigter Polyester aus 38 Gew.-% Styrol und 62 Gew.-ί ungesättigten Polyester)
hinzugegeben und das Gemisch erhitzt man auf etwa 50°C 32 g
2J: 4 '-Diphenylmethan-diisocyanat bei 700C werden hinzugesetzt
und das Gemisch rührt man, bis ein klares Gemisch erhalten wird. 0.5 G tert.-Butylperoctoat werden dann zu den klaren
Gemisch hinzugegeben und dann folgt der Zusatz von M g oxpropyliertem Bisphenol A (im Handel erhältlich als BP2-Harz.von
B.P. Chemicals Ltd.). Nach weiterem Rühren wird das Gemisch entgast durch Anlegen eines Vakuums von etwa 30 cm
Hg für 3 Minuten und dann vergießt man zu einem Film von etwa 3 mm Dicke. Nach 16-stündigem Teilhärten bei 200C werden
25 g des Materials in 250 g Methylenchlorid aufgelöst.
Die überzogene Faser wird auf einer sich hin- und herdrehenden Haspel aufgenommen und nachdem sich eine angemessene
Dicke ausgebildet hat, entfernt man den Verbundstoff von der Haspel und beläßt ihn über Nacht(l6 Stunden) bei
Umgebungstemperatur, wodurch ein Oberflächentrocknen des Verbundstoffes erfolgt.
Das so erhaltene Vorimprägnat bringt man in eine Form und das Härten des Vorimprägnates vollzieht man durch
dessen Erhitzen in der Form bei 120°C für zwei Stunden.
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Beispiel 2
Es wird die folgende Karzmasse rezeptiert:
Es wird die folgende Karzmasse rezeptiert:
Crystic 199 130 g - (I)-
BP2-Harz 44,4 g (2)
Polyisocyanat 25,6 g (3)
t-Eutylperoctoat. 1 g (4)
Trigol/Hydroginon 6 Tropfen (5)
( Polyisocyanat mit einer Isocyanatfunktionalität von 2,7 bis 2,8,swelches 4:4I-Diphenylmethandiisocyanat
enthält)
Das Harz wird bereitet, indem man (1), (3) und (5) zusammenmischt, wobei (3) auf 70°C erhitzt wird und (1) und
(5) sich bei Raumtemperatur befinden, man (4) und dann (2) bei 40°C hinzusetzt. Das Produkt ist eine viskose, syrupartige
Flüssigkeit und wird sofort in getrocknetem Methylenchlorid aufgelöst, und ergibt eine 4o%ige Lösung. Glasfaser
wird dann in die Lösung eingetaucht, herausgezogen und man läßt ablaufen. Die Faser sammelt man dann zur Bildung eines
Bandes und man läßt stehen, um ein Verdampfen des Lösungsmittels, und nach etwa 4 Stunden, ein Teilhärten des Harzes
zu erlauben. Das Band wird geschnitten und in einer Form zwei Stunden bei 1200C gepreßt. Man erhält einen transparenten
■Verbundstoff, was ein putes Faserverschweißen anzeigt.
3 0 ΰ H 2 2/Ί Ü 4 2
Das Beispiel 2 wird wiederholt unter Verwendung von Kohlenstoffasern (beispielsweise Rolls Royce). Der
sich ergebende Verbundstoff zeigt gute Festigkeit und Starrheit.
Das Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß man das teilgehärtete Harz auf die Faser in 10 $«-iger
Lösung in Methyläthylketon aufbringt.
Das Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wiederholt,
daß ein zerhacktes Vorimprägnat erhalten wird, indem man
die überzogene Faser durch einen Luftstrom bei 1IO0C hindurch
gehen läßt, um das Trocknen zu bewirken, xmü die Faser
anschließend auf eine Länge von 2 cm zerhackt wird und dann in einer Form komprimiert wird, wo das Härten des Polymeren
durch Hitze herbeigeführt wird, wie dies in Beispiel 1 beschrieben ist. "
Das Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß man die Faser mit einem ungehärteten Gemisch von PU/PE-
309822/104 2
Ilarzkomponenten überzieht, wobei das Gemisch anschließend auf
der Paser teilgehärtet wird, um ein Vorimprägnat zu bilden, welches anschließend verformt werden kann.
Die Harzmasse des Beispiels 2 wird auf frisch extrudierter Glasfaser in 10 #-iger Lösung in Methylenchlorid
abgeschieden. Die sich ergebende dünn überzogene Paser wird
getrocknet und als vorlackierte Glasfaserkomponente beim
herkömmlichen Verformen von glasverstärktem Polyester-mit
ausgezeichneter Faser/Harz-Haftung verwendet.
herkömmlichen Verformen von glasverstärktem Polyester-mit
ausgezeichneter Faser/Harz-Haftung verwendet.
309822/1042
Claims (14)
1. Fasriges Produkt, gekennzeichnet durch Kern- und Hüllenkomponenten, wobei die Hüllenkomponente ein
polymeres Verbundmaterial aus Polyurethan und Polyester und/ oder Vinylpolymerem ist.
2. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern Glasfaser ist.
3. Produkt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllenkomponente enthält bzw. besteht aus
einem Gelpolymerisat eines Gemisches von (a) 5 bis 95 Gew.-% Polyurethanvorstufen mit mindestens einer polyfunktionellen
Verbindung, welche mit Isocyanatgruppen reagierende Gruppen' enthält, und mindestens einem Polyisocyanat, und (b) 95 bis
5 Gew.-% einer Polyesterharzvorstufe aus (i) mindestens einem äthylenisch ungesättigten Polyester und (ii) mindestens einem
polymerisierbaren äthylenisch ungesättigten Monomeren.
4. Pasriges Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülle eine gehärtete Polyurethankomponente zusammen mit einer unvollständig gehärteten Monomerkomponenten,
welche in der Lage ist, weiter zu polymerisieren, aufweist.
5. Verwendung der fasrigen Produkte nach Anspruch bis 4 zur Herstellung von Verbundprodukten.
3038 2 2/1042
6. Verfahren zur Herstellung der fasrigen Produkte nach Anspruch 1 bis k-t dadurch gekennzeichnet, daß man den
Paserkern mit einem Gemisch aus Polyurethan und Polyester und/oder Vinylpolymervorstufen zumindest so in Berührung
bringt, daß die Paser im-wesentlichen überzogen, wird,, und
daß man dann die Vorstufen der Polymerisation unterwirft,
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß man den Kern mit den Vorstufen überzieht, daß man dann die Verbundfaser dem Verformen unterwirft, und- daß man die :
Polymerisation der Vorstufen anschließend an die Vollendung des Verformens zu Ende führt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß manv die Teilpolymerisation der Vorstufen be- -■·
wirkt, bevor man das Vorstufengemisch auf den Kern aufbringt,
9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man auf die Faser ein Gelpolymerisat nach Anspruch 3 aufbringt. .
10. Verfahren nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß man die-'Vorstufen in-einem-Lösungsmittel auflöst,
bevor man sie auf den Paserkern aufbringt.
ll.-iVerfahren nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die. Vorstufen auf den Faserkern aufbringt,
wesentliches Härten stattgefunden hat.
309822/1042
12. Verfahren nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Verhältnis der Komponenten (a) und (b) von 30:70 bis 70:30 einhält.
13. Verfahren nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekenn· zeichnet, daß man eine Polyurethan vor stufe verwendet, welche
mindestens ein Polyisocyanat der Struktur:
NGO
aufweist, wobei X ein zweiwertiges Radikal ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Polyuiethanvorstufe anwendet, in welcher im Polyisocyanat
X gleich *"(CH2^n~ *sfc» wobe* n e*ne &&nzß Zahl von
1 bis 3 ist.
309822/!042 ^·'nspecteo
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