DE2359941A1

DE2359941A1 - Waermehaertbares harz

Info

Publication number: DE2359941A1
Application number: DE19732359941
Authority: DE
Inventors: Anthony John Nicholson; Frederick Guy Williamson
Original assignee: Scott & Co Ltd Geo
Current assignee: Scott & Co Ltd Geo
Priority date: 1972-12-02
Filing date: 1973-12-01
Publication date: 1974-06-12
Also published as: DE2359941C2; FR2208936A1; FR2208936B1; GB1406645A

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt Β. LANQHOFF*

• MÜNCHEN 81 · WIS8MANN3TRASSE 14 · TELEFON »32T74 · TELEOnAMMAONESSE: ίΑΝβΗΟΡΡΡΑΤΕΝΤ MÜNCHEN

München, den 1. Dezember 1973 Unser Zeichen: 5 - 1363

Geo.L. Scott & Co.Ltd., Cromwell Road, Elleamere Port, Cheshire L65

( . England

Wärmehärtbares Harz

Die Erfindung betrifft ein wärmehärtbares Epoxydharz aus einer Harzkomponente und einem Härter, Sie betrifft ferner ein besonderes Klebeverfahren für ein derartiges Epoxydharz, insbesondere zum Verkleben elektrischer Bauteile, ' etwa von Rotor und Stator elektrischer Motoren.

Es sind zahlreiche wärmehärtbare Harze bekannt, welche ganz unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen. Während manche Harze für ein bestimmtes Anwendungsgebiet ideal geeignet sind, sind sie für andere Zwecke vollkommen ungeeignet. Bei der Herstellung von elektrischen Motoren z.B. werden der Rotor und der Stator aus gestanzten Blechen' zusammengesetzt. Dabei ist es erforderlich, diese Stanzteile zu einer Einheit miteinander zu verbinden, sie jedoch elektrisch voneinander zu isolieren. Falls diese Isolierung ungenügend ist, entstehen elektrische Verluste, die den Wirkungsgrad des Motors vermindern. Es ist bekannt, die Bleche miteinander zu verschweißen, zu vernieten oder zu verklammern. Derartige Verbindungsarten bewirken jedoch auch

409824/1009

! * Ständiger allgemeiner Vertrater nach 9 46 PatAnwO, sugalaaaan bal dan Landgerichten Münchan I und II.

unerwünschte elektrische Verluste,

Es sind auch härtbare oder polymerisierbar Harze bekannt, •welche Lösungsmittel enthalten, die aus dem Harz verdunsten. Derartige Harze haben den Nachteil, daß beim Verdampfen des Lösungsmittels Blasen an der Oberfläche auftreten. Da bei Elektromotoren ein verhältnismäßig schmaler Luftspalt zwischen Rotor und Stator vorhanden sein muß, verursacht eine Blasenbildung einen ungünstigen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Motors. So kann es z.B. vorkommen, daß die Blasen die. Klebewirkung schwächen und Bleche sich lösen. Ein Hauptgrund für da3 Auftreten von Blasen ist die zu schnelle Verdampfung des Lösungsmittels. Wenn andererseits das Lösungsmittel langsam verdampft, wird die Produktionsgeschwindigkeit der betreffenden Motorteile herabgesetzt. Beides ist natürlich nicht wünschenswert.

Es sind auch andere Harze bisher verwendet worden, die jedoch den Nachteil haben, daß sie äußerst viskos sind. Um die Zwischenräume zwischen den Blechen auszufüllen, nuß eine dicke Schicht der Harzmischung aufgebracht werden. Dies kann wiederum Probleme mit sich bringen, wenn der Rotor oder Stator Enddrücken unterworfen wird, die dazu führen, daß das Harz aus den Zwischenräumen herausfließt.

Es ist auch bereits bekannt, Rotor- und Stator-Blechpakete mit Cyano-Acrylatharz zu verkleben. Wenn dieses Harz jedoch auf Über 15O⁰C erhitzt wird, läßt die Klebekraft nach, so daß die damit verklebten Rotoren und Statoren auseinanderbrechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wärmehärtbares Harz zu schaffen, welches keine Blasenbildung zeigt und sich bis zu Temperaturen.von über 200⁰C.verwenden läßt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Arbeitsverfahren für

409824/1009

die Verarbeitung des Harzes zu schaffen, mit dem "sich eine einfache und schnelle Verklebung, insbesondere von Rotor- , und Stator-Blechpaketen erreichen läßt, ohne ; daß die Aushärtung des Harzes abgewartet werden muß.

Ausgehend vom eingangs genannten Harz ist die Lösung dieser Aufgabe gegeben durch einen Gehalt an mindestens einem polymerisierbaren Monomer, einem Vernetzungsmittel und einem freie Radikale zur Verfügung stellenden Polymerisationsinitiator.

Vorzugsweise ist als Vernetzungsmittel Divinylbenzol verwendet und als Polymerisationsinitiator Azobisisobutyronitril. Als polymerisierbares Monomer ist Methylmethacrylat und/oder Styrol günstig. Eine besonders vorteilhafte Harzzusammensetzung umfaßt dreißig Volumenteile Epoxydharz, zehn Volumenteile Härter, sechzehn Volumentelle Styrol, fünfzehn Volunenteile Methylmethacrylat, zehn Volumenteile Div.inylbenzol und ein Gewichtsprozent Azobisisobutyronitril. ■

Vorzugsweise wird die Harzmischung derart·hergestellt, daß das Vernetzungsmittel mit dem Polymerisationsinitiator vermischt und dann die Harzkomponente zugegeben wird, welche Bestandteile zusammen eine erste Komponente bilden, daß der Härter zu dem oder den polymerisierbaren Monomeren gegeben wird, die dann die zweite Komponente bilden, und daß die· beiden Komponenten dann vermischt werden. Falls mehr als. ein polymerisierbares Monomer verwendet wird, ist es vorteilhaft, die Monomere miteinander zu vermischen, bevor der Härter zugesetzt wird. Wenn die weiter unten beschriebenen besonderen Zusatzstoffe verwendet werden, können die beiden Komponenten bei Raumtemperatur oder darunter getrennt wenigstens zehn Wochen lang aufbewahrt werden. Im vermischten Zustand ■hat das Harz eine Topfzeit von wenigstens zwölf Stunden.

Wenn die Harzmischung unmittelbar nach ihrem Ansatz verwendet ^; 409824/1009

soll, werden alternativ zwei Komponenten hergestellt, wobei die eine Komponente aus einer Mischung von Epoxydharz und dem Härter und die zweite Komponente aus den restlichen Bestandteilen besteht.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Verkleben von Rotorpaketen und Statorpaketen oder dergleichen besteht darin, daß die einzelnen Bleche in Pluchtung gebracht werden, daß die Harzmischung durch Kapillarwirkung in die Zwischenräume eingebracht wird und wenigstens teilweise durch Wärme gehärtet wird, und zwar vorzugsweise bei einer Temperatur von 200 bis 3OQ⁰C, wobei die Härtungszeit für diese Teilhärtung zwischen 10 und 15 Sekunden liegen sollte. .

Die Erfindung ist im folgenden an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Beispiel 1

Es wird eine Harzmischung hergestellt aus zwei Komponenten. Die erste Komponente umfaßt dreißig Volumenteile eines Epoxydharzes sowie zehn Volumenteile Härter. Das Epoxydharz und der Härter können von üblicher Beschaffenheit sein. Diese beiden Bestandteile werden bei Zimmertemperatur miteinander vermischt. Die Mischtemperatur kann natürlich auch niedriger oder etwas höher als Zimmertemperatur sein, bei höheren Temperaturen als iJO°C beginnt die Mischung jedoch zu polymerisieren und wird zum Verkleben von Rotor- und Stator-Blechp-aketen möglicherweise unbrauchbar. Je höher die Temperatur ist, desto ungünstiger ist die Wirkung auf die spätere Verklebung. Die Mischung von Epoxydharz und Härter ist eine viskose Losung, welche etwa 1,5 Tage benötigt, um bei Raumtemperatur auszuhärten. ';

Die zweite Komponente der Harzmischung umfaßt sechzehn Volumen-

409824/1009

teile Styrolmonomer, fünfzehn Volumenteile Methylmethacrylatmonomer, zehn Volumenteile Divinylbenzol und ein Gewichtsprozent Azobisisobutyronitril. Mit Ausnahme des letztgenannten Stoffes sind diese Bestandteile der zweiten Komponente flüssig. Das Vermischen geschieht ebenfalls bei Raumtemperatur, da die Azoverbindung bei höheren Temperaturen etwas unstabil ist. Die zweite Komponente der Mischung beginnt ebenfalls langsam zu polymerisieren. Die zweite Komponente wird mit der ersten Komponente für den Gebrauch der Harzmischung vermischt. Diese Mischung wird sodann zum Tränken eines Rotors und Stators verwendet. Wegen der verhältnismäßig niedrigen Viskosität der Mischung geschieht das Tränken durch Kapillarwirkung. Obwohl es möglich ist, die erste Komponente mit der zweiten Komponente"in praktisch jedem Verhältnis zu vermischen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verhältnis in einem Bereich von 2:1 bis 1:2 der beiden Komponenten liegt.

Die Mischung nach Beispiel 1 hat eine Topfzeit von weniger als 36 Stunden. Die Mischung sollte daher möglichst umgehend nach dem Ansatz verwendet werden. Für den Fall, daß' eine größere¹ Menge der Mischung hergestellt und für eine spätere Verwendung gelagert werden soll, ist der Ansatznach Beispiel 2 günstiger.

Beispiel 2

Es wurde eine Mischung hergestellt aus zwei Komponenten. Die erste Komponente wurde angesetzt durch Mischen von 100 cm' Divinylbenzolmonomer und 8 g Azobisiscbutyronitril·, wonach 3OO cm -Epoxydharz zugegeben wurden·.'' Die zweite Komponente wurde angesetzt durch Mischen von 150 citk Methylmethacrylatmonomer mit ΙβΟ cm^ Styrolmonomer, welcher Mischung dann 100 cnr Härter zugesetzt ^wurden,- Diese beiden Komponenten wurden getrennt an einer kühlen Stelle' gelagert und hatten

40 982A/100 9

eine Gebrauchsdauer von wenigstens 10 Wochen. Die fertige Harzmischung wurde hergestellt durch Vermischen der beiden Komponenten im Verhältnis 1:1. Wie bei Beispiel 1 ist es jedoch auch hier möglich, das Mischungsverhältnis zwischen 2:1 bis 1:2 zu wählen. Die Topfzeit der fertigen Mischung betrug wenigstens 12 Stunden.

Das Verhältnis der Komponenten in der Mischung hat eine bestimmte Auswirkung auf die Eigenschaften der Harzmischung. Je größer der Anteil an Epoxydharz und Härter ist, desto geringer ist die kapillare Eindringfähigkeit der Harznischung in den Rotor und Stator, desto größer ist jedoch die Klebefestigkeit an den Oberflächen. Je kleiner der Anteil des Harzes ist, desto größer und schneller ist die kapillare Eindringfähigkeit, desto kleiner ist jedoch die Klebefestigkeit. In der Harzmischung selbst dient die zweite Komponente im wesentlichen als Träger für das Epoxydharz und den Härter. Diese Komponente wirkt also als Lösungsmittel, ohne daß die normalerweise mit Lösungsmittel verbundenen Probleme auftreten.

In der Mischung selbst geschieht- eine Epoxydbindung, ziemlich gewiß eine Kopolymerisation zwischen Styrol und Methycrylat und möglicherweise eine Vernetzung zwischen dem Epoxydharz und den polymerisierbaren Stoffen sowie eine individuelle Polymerisation des Styrols und des Methylinethycrylatmononers. Ss wird angenommen, daß bei gleichzeitiger Anwesenheit von Styrol und Methylmethacrylatmonomeren das eine von diesen eine katalytische Wirkung auf die Polymerisation des anderen hat.

Die gegenseitige Wirkung der einzelnen Bestandteile aufeinander in der Mischung scheint folgende Ursachen zu haben. Das Azobisisobutyronitril bildet freie Radikale, welche die Vinylbindung der Monomere angreifen. Bei dem hier beschriebenen Beispiel verursacht Azobisisobutyronitril keine Polymerisation des Divinylbenzolmonomers. Dies ist überraschend, könnte jedoch

409824/1009

dadurch zu erklären sein, daß das Epoxydharz auch als Inhibitor wirkt. Darnach tritt eine normale Polymerisation· der freien Radikale auf. Es sei noch erwähnt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Verwendung von mehr als 1,5 Gewichtsprozenten Azobisisobutyronitril eine übermäßige Gasentwicklung der Mischung verursacht*

Die Harzmischung läßt sich zum Verkleben von Blechpaketen für elektrische Motoren verwenden. Sie hat den Vorteil, daß sie genügend tief durch.Kapillarwirkung in einer verhältnismäPjis kurzen Zeit eindringt. Ein Blechpaket für einen elektrischen Motor läßt sich beispielsweise innerhalb von 10 Sekunden imprägnieren, und die Mischung härtet in der gleichen Zeit aus. Es ist tatsächlich ein wesentlicher Vorteil, daß die Aushärtung in der gleichen Zeit geschieht wie die Durchdringung der Kapillaren, da dies die Anwendung eines zyklischen Verfahrens erleichtert. Die Harzmischung ergibt sowohl eine fest haftende Beschichtung-auf der Innenseite des Rotors und Stators als auch einen überzug auf· jeder Blechoberfläche selbst. Die Imprägnierung durch Kapillarwirkung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Wenn die Durchdringung der Kapillaren zwischen den Blechen abgeschlossen ist, tropft kein Harz aus. diesen Kapillaren heraus. Der imprägnierte Rotor und Stator werden sodann auf· die Härtetemperatur erhitzt. Eine Temperatur von 25O°C Ist für diesen Zweck günstig. · ■

In folgenden ist die Aufbringung der Harzmischung auf ein Werkstück beschrieben anhand eines Elektromotors mit einen Rotor und einem Stator. Die Harzmischung wird auf die geschichtete Kante des Blechpaketes aufgetragen. Die Bleche werden vor dem Auftrag in Fluchtung miteinander gebracht. Erforderlichenfalls kann dies mit geeigneten Hilfsmitteln geschehen. Die Aufbringung der Harzmischung erfolgt durch Walzen" der "beiden Komponenten über'ein' imprägniertes Kissen. Der beschichtete Blechkern wird sodann bei einer Temperatur

409824/1009

von 200 bis 30O⁰C teilweise gehärtet während 10 bis 15 Sekunden. Diese Härtezeit hängt offensichtlich von den Abmessungen des Werkstückes ab. Das Blechpaket ist dann genügend stabil, daß die Einrichtung zum Fluchten der Bleqhe entfernt werden kann. Zum Aufheizen des Blechpaketes kann z.B. eine Widerstands- oder -Induktionsheizung verwendet werden. Selbst wenn die Wärmequelle entfernt wird, setzt sich die Härtung fort. Obgleich die Harzmischung noch etwas klebrig ist, ist sie soweit trocken, daß das Werkstück gestapelt werden kann. Nach einer kurzen Zeit, beispielsweise 10 Minuten, ist die Vernetzung oder Härtung der Mischung soweit vollendet, daß die nächste Herstelluncsstufe ausgeführt werden kann, z.B. kann das Blechpaket dann auf einer Drehbank überarbeitet werden. Wie bekannt ist der Härtungsgrad umso größer, je länger die Härtungszeit ist.

Für die Zwecke der Erfindung kann jedes System aus Epoxydharz und Härter verwendet werden. Jedoch sollte für die Herstellung von Elektromotoren, also Rotoren und Statoren, die Höhe der erfindungsgemäßen Bestandteile der Mischung so gewählt werder., daß eine genügend niedrige Viskosität der Harzmischung vorhanden ist, so daß auch die Tränkungszeit genügend klein ist.

Anstelle der genannten Verbindungen können auch deren Homologe und Derivate verwendet werden. Es können z.B. anstelle von Styrol deren Monobromderivate verwendet werden.

Die folgende Tabelle zeigt den Bereich, den die Anteile der einzelnen Bestandteile haben können, damit gute Eigenschaften der Harzmischunc erzielt werden.

409824/1009

Tabelle	Volum^enanteil
Verbindung _' . -	21 - 39
Epoxydharz	5 - 15
Divinylbenzolmonomer	0,5-^1,5 * des Gesamt ge
Azobisisobutyronitril	j _- y. wichtes
Epoxydharzhärter	8 - iü ' ■
Styrolmonomer	.7-22
iMethylmethacrylatmonomer

40982A/1009

Claims

Patentansprüche

Mly Wärmehärtbares Harz aus einer Harzkomponente und einen *s Härter, gekennzeichnet durch einen Gehalt an mindestens einem polymerisierbaren Monomer, einem Vernetzungsmittel und einem freie Radikale zur Verfügung stellenden Polymerisationsinitiator.

2. Epoxydharz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Polymerisationsinitiator eine Azoverbindung verwendet ist,

3. Epoxydharz nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß als Azoverbindung Azobisisobutyronitril verwendet ist.

4. Epoxydharz nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß als polymerisierbares Monomer Methyliaethacrylat oder Styrol oder eine Mischung derselben verwendet ist.

5. Epoxydharz nach Anspruch Ibis M, dadurch gekennzeichnet , daß als Vernetzungsmittel Divinylbenzol verwendet ist.

6. Epoxydharz nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 21 bis 39 Volumenteilen Epoxydharz, 7 bis 13 Volumenteilen Härter, durch ein Verhältnis von Harz zu Härter von 2,¹1:1 bis 3,6:1, 8 bis 2b Volumen teilen Styrolmonomer, 7 bis 22 Volumenteilen Methylmethacrylat· monomer, 5 bis 15 Volumenteilen pivinylbenzolmonomer und 0,5 kis 1,5'Gewichtsprozenten Azobisisobutyronitril.

409824/1009

7. Epoxydharz nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch 30 Volumenteile Epoxydharz, IQ*Volumenteile Härter, 16 Volumenteile Styrolmonomer, 15 Volumenteile Methylinethacrylatmonomer, 10 Volumenteile Diviny!benzolmonomer und 1 Gewichtsprozent Azobisisobutyronitril.

9. Verfahren zum Herstellen einer Harzmischung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz mit dem Härter zu einer ersten Komponente vermischt wird, daß die polymerisierbaren Monomere mit dem Vernetzungsmittel und dem Polymerisationsinitiator zu einer zweiten Komponente vermischt wird, und daß die beiden Komponenten sodann zu der Harzmischung vermischt werden. '

9. Verfahren zum Herstellen eines Epoxydharzes nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel mit dem Polymerisationsinitiator vermischt wird und dann Epoxydharz hinzugegeben wird, " welche Bestandteile die erste Komponente bilden, da3 der Härter zu dem polymerisierbaren Monomer oder einer Mischung von polymerisierbaren Monomeren gegeben wird, weiche die zweite Komponente bilden, und daß beide Komponenten sodann miteinander vermischt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Komponenten im Verhältnis von 2:1 bis 1:2 miteinander vermischt werden.

11. Verfahren zum Verwenden des Epoxydharzes für die Ver- klebung von geschichteten Teilen, insbesondere Blechpaketen für Elektromotoren , dadurch gekennzeichnet , daß die zu verklebenden Teile" in Fluchtung gebracht werden, sodann mit dem Harz durch Kapillarwirkung getränkt werden und das Ganze sodann wenigstens teilweise gehärtet wird.

409824/ 1009 '.

- - 12

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die teilweise* Härtung bei einer Temperatur von *200 bis 3OO°C durchgeführt wird. ·

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet „ daß die Härtungszeit für die teilweise Härtung 10 bis 15 Sekunden beträgt.

I²J. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, d a d u r c h
gekennzeichnet , daß die Härtung durch Widerstandsheizung erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch

gekennzeichnet , daß die Härtung durch Induktionsheizung erfolgt.

409824/1009