DE2433427A1

DE2433427A1 - Verfahren zur herstellung von faserbahnen fuer verwendung in mit fasern verstaerkten kunststoffen

Info

Publication number: DE2433427A1
Application number: DE2433427A
Authority: DE
Inventors: Adam Paul Geel
Original assignee: Firet Bv; Firet Bv Veenendaal (niederlande)
Current assignee: Lantor BV
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1974-07-11
Publication date: 1975-02-06
Also published as: FR2237743B1; CH599269A5; NL172349C; DE2433427C2; FI57068B; DK132744B; NL7310138A; DK132744C; NL172349B; DK387674A; NO140754B; ATA600474A; GB1427647A; AT338001B; NO742641L; FI57068C; FI220574A; SE404154B; FR2237743A1; SE7409265L

Description

DR. BBRQ DIPL.-INO. STAPF

DIPL₄-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAt*

PATENTANWÄLTE
8 MÖNCHEN 80 · MAUERrKIRCHEReTR. 45

Anwaltsakte 25 254 11. Juli 1974

Firet B.Y.

Verlaat 22, Veenendaal, Niederlande

Verfahren zur Herstellung von Faserbahnen für Verwendung in mit Fasern verstärkten Kunststoffen.

Es ist bekannt, Kunststoffe, wie ungesättigte·Polyester und Epoxyharze dadurch zu verstärken, dass eine Faserbahn darin verarbeitet wird, wie eine gegebenenfalls gebundene Glasfasermatte, ein Glasgewebe, ein gebundenes Faservlies oder ein Gewebe auf Basis von linearen Polymeren, wie Polyester, Polyamide, Polyalkylene u.dergl. Diese Faserbahn wird dabei zuerst mit dem noch flüssigen und nicht ausgehärteten Polymeren, das einen Härter oder eine Vernetzungskomponente enthält, imprägniert, worauf »an die Faserbahn in die gewünschte Form bringt und aushärten lässt. TJm bei einer gegebenen Materialdicke dennoch eine Gewichtsersparnis zu erreichen, hat man auch schon versucht, dem Polymeren eine schaumartige Struktur zu geben, indem man expandierte Mikrokügelchen darin verarbeitete.

Solche Mikrokügelchen sind sowohl in expandierter wie in nichtexpandierter Form im Handel erhältlich. Die Mikrokügelchen z.B. bestehen aus einem Polymeren von Vinylidenchlorid oder eine« Mischpolymerisat davon z.B. mit Acrylnitril und gegebenenfalls anderen Monomeren, während die Mikrokügelchen in dem Kern eine Menge

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* Blähmittel enthalten, wie Isobutan. Die Mikrokügelchen haben in nichtexpandiertem Zustand einen Durchmesser von z.B. 4-20 Mikron und ein Schüttgewicht von 0,65-0,75 g/cm . Bei Zimmertemperatur sind sie sehr stabil, aber bei Erhitzung auf die Erweichungstemperatur des Polymeren oder Mischpolymerisats werden sie von dem eingeschlossenen Blähmaterial bis viele Male ihr ursprüngliches Volumen gebläht. Diese Blähtemperatur liegt bei den Handelsmaterialien meistens bei 90-120 C. Bei Erhitzung auf noch höhere Temperaturen besteht die Gefahr, dass die Kügelehen durch den Innendruck zerspringen, worauf das weiche Polymer wieder zusammenfliesst, was unerwünscht ist. Die geblähten Kügelehen haben einen Durchmesser von z.B. 10-100 Mikron und ein Schüttgewicht von z.B. 0,01-0,02 g/cm .

Wenn man versucht, solche Mikrokügelchen in expandiertem Zustand mit einem flüssigen, ungesättigten Polyester zu vermischen, stellt es sich als sehr schwierig heraus, eine homogene Mischung zu erhalten wegen des grossen Unterschieds in scheinbarer Dichte zwischen dem Polyester und den expandierten Kügelehen, während diese Kügelehen sehr leicht stäuben und beim Einatmen sehr hinderlich sind.

Anderseits ist es gar nicht möglich, die nicht-expandierten Kügelehen mit dem flüssigen Polymeren zu vermischen, da die Kügelehen nur durch Erhitzen expandiert werden können und in der Regel ist das für das Polymer nicht zulässig, weil sich dann ein Beginn von Vernetzung entwickelt.

Es bestand also ein deutliches Bedürfnis nach Mitteln, die expandierten Mikrokügelchen in einer leichten und gut zu beherrschenden Weise in das flüssige Polymer einbringen zu können.

Die Erfindung bietet nun ein Verfahren zur Herstellung geformter Gebilde, bei dem man eine gebunden· Paserbahn «it einer flüssigen Mischung eine· Harzes und eines Harters dafür imprägniert, das Ganze in die gewünschte Form bringt und da« Harz aushärten lässt, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine gebundene Faser- _bahn verwendet, die 10-60 Vol?4, berechnet auf das Volumen der ge bun-

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denen Paserbahn an expandierten Mikrokügelchen enthält.

Diese Mikrokügelchen können in allen bekannten Weisen hergestellt sein und aus allen zu diesem Zweck üblichen Materialien bestehen. Am geeignetsten sind Mikrokügelchen, die in expandiertem Zus.tand einen Durchmesser von 10-100 Mikron aufweisen. Das Material, aus dem diese Mikrokügelchen hergestellt sind, muss selbstverständlich beständig sein gegen das verwendete Harz in nicht-ausgehärtetem Zustand. Sehr geeignet sind Kügelchen eines Mischpolymerisats von Vinylidenchlorid und Acrylnitril.

Eine gebundene Faserbahn, die Mikrokügelchen enthält, ist schon beschrieben in der US Patentschrift 3 676 288, in der vorgeschlagen wird, ein nichtgewebtes Gebilde herzustellen, das solche Kügelchen enthält. Zu diesem Zweck wird gemäss dieser Patentschrift zuerst eine Bahn Stapelfasern niedergelegt und anschliessend bespritzt mit einer Lösung eines üblichen, aushärtbaren Bindemittels für nichtgewebte Gebilde, während in dieser Lösung auch Mikrokügelchen in noch nicht expandiertem Zustand dispergiert sind. Nachdem die Paserbahn, wie Rayonfasern, in dieser Weise benetzt worden ist, wird die Bahn durch einen Ofen geführt und dort getrocknet und anschliessend auf eine Temperatur erhitzt, die einerseits hoch genug ist, das Bindemittel auszuhärten und auch die Mikrokügelchen expandieren zu lassen, während die Temperatur anderseits nicht so hoch sein darf, dass die Kügelchen durch den Innendruck aufreissen. Eine Temperatur von 98-120°G ist gemäss der Patentschrift brauchbar.

Die Patentschrift schlägt dieses Verfahren vor, um in dieser Weise ein sehr voluminöses, nichtgewebtes Gebilde mit einem grossen Absorptionsvermögen für Wasser zu erhalten, so dass das Produkt z.B. brauchbar ist als Isoliermaterial, Staublappen und Reinigungstuch. Weiter wird erwähnt, dass die Anwesenheit dieser Kügelchen die Durchsichtigkeit des nichtgewebten Gebildes vermindert ebenso wie die Durchlässigkeit für Luft.

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Solche Mikrokügelchen enthaltenden nichtgewebten Gebilde sind sehr geeignet für eine erfindungsgemässe Verwendung. Statt Rayonfasern kann man auch, andere Fasern verwenden, wie Glasfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern usw., während man statt eines nichtgewebten Gebildes auch ein Gewebe verwenden kann, in der in analoger Weise Mikrokügelchen verarbeitet sind.

Natürlich kann man die Mikrokügelchen auch vorher gesondert in Form einer Dispersion in Wasser in die Faserbahn einbringen, oder man kann sie vorher oder nach dem Imprägnieren in der gewünschten Menge auf die Bahn streuen. In beiden Fällen werden sie dann beim Vernetzen des Bindemittels durch dieses Bindemittel an die Fasern gebunden.

Während des Expandierens der Kügelchen während des Trocknens und Vernetzens des Bindemittels mues man dafür sorgen, dass die Temperatur der Kügelchen in der Bahn nicht bis auf einen Wert steigt, bei dem ein merkbarer Teil der Mikrokügelchen aufreisst, worauf das zusammengeflossene Wandmaterial nur ein geringes Volumen einnimmt, so dass das gewünschte Ziel, die Verminderung der benötigten Menge Imprägnierharzes, nicht erreicht würde. Bei den handelsüblichen Kügelchen liegt diese Maximumtemperatur in der Regel bei ungefähr 120 C und muss man das Bindemittel also so wählen, dass dies bei oder unterhalb dieser Temperatur in genügendem Masse vernetzt wird. Mit den üblichen Bindemitteln ist dies ohne weiteres möglich.

Die Menge der Mikrokügelchen kann selbstverständlich sehr variieren. Vorzugsweise wählt man diese Menge aber so, dass die Mikrokügelchen nach Expansion nicht mehr als ungefähr 50 Vol$ des Volumens der expandierten Faserbahn betragen. Wenn die Kügelchen mehr als 60$ des Volumens der expandierten Faserbahn einnehmen, nimmt die Stärke des Endprodukts meistens ab. Während der Expansion der Kügelchen wird meistens auch das scheinbare Volumen der Faserbahn zunehmen. Eine Menge von 10-60 Vol$ und vorzugsweise von 30-50 VoI^, berechnet auf das Volumen der expandierten Faserbahn, hat sich als sehr geeignet herausgestellt. Für jeden gegebenen Typ Mikrokügelchen kann man dann ■reicht berechnen, welches Volumen nicht expandierte Kügelchen man

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zufügen soll.

Die Art der Faserbahn kann sehr stark variieren. Man kann z.B. Glasgewebe, Glasfasermatten, Faservliese auf Basis von allerlei natürlichen oder synthetischen Fasern, Nadelfilz oder Gewebe auf Basis von natürlichen oder synthetischen Fasern verwenden. Als Bindemittel kann man alle üblichen Bindemittel gebrauchen, die bei einer Temperatur, die zum Blähen der Mikrokügelchen noch zulässig ist, vernetzt oder ausgehärtet werden können.

Ein geeignetes Bindemittel ist z.B. Polyacrylnitrillatex.

Ein solcher Bindemittellatex enthält Teilchen mit einem Durchmesser von z.B. 2 Mikron. Die erfindungsgemäss verwendeten Faserbahnen, die expandierte Mikrokügelchen enthalten, können in derselben Weise wie die zu diesem Zweck üblichen Faserbahnen als Verstärkung für vernetzbare Polymere verwendet werden.

Die schliesslich erhaltenen geformten Gebilde haben aber im Vergleich zu den Gebilden, die mit üblichen Faserbahnen hergestellt sind, den Vorteil, dass die einerseits leichter und billiger sind und anderseits eine grössere Schlagzähigkeit besitzen, während beim Aufbau dieser Gebilde ia Vergleich zu den bekannten Verfahren keine zusatz* liehen Handlungen erforderlich sind.

Beispiel

Man geht aus von einem noch nicht gebundenen Faservlies mit einem Gewicht von 60 g/m , bestehend aus Polyesterfasern von 1,5 dtex. Dieses Vlies wird mit einem Latex eines Polyacrylnitrile imprägniert, in dem nicht expandierte Mikrokügelohen dispergiert sind.

Dieser Latex enthält 20 Gev^ Feststoff, nämlich 14 Gew.^ Polyacrylnitril und 6 G·«^ Mikrokügelchen. Es wird eine solche'Menge davon in

das Faservlies eingebracht, dass dies pro m 18 g Polyacrylnitril und ~42 g Mikrokügelohen enthält. Das imprägnierte Tlies wird anschliessend

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getrocknet und dabei auf eine Maximumtemperatur von 188 C erhitzt. Während dieser Trocknung verdampft das Wasser, wird das Polyacrylnitril vernetzt' und werden die Mikrokügelchen gebläht.

Bas so erhaltene Faservlies eignet sich sehr für Verarbeitung in einem ungesättigten Polyester, wenn es mit z.B. 9 mal seinem eigenen Gewicht an Polyester, der einen Härter enthält, imprägniert wird, das imprägnierte Vlies in die gewünschte Form gebracht wird, in diesem Fall in die Form einer flachen Platte und man den Polyester bei Zimmertemperatur aushärten lässt.

ς!

In der so erhaltenen Platte sind die verschiedenen Komponenten in folgenden Mengen vorhanden:

Polyesterfasern 5

Polyacrylnitril 3,5

Mikrokügelchen 1,5

ungesättigter Polyester 90

3,1	Vo 1%
1,5	H
49,6	Il
45,8	Il
100,0	Vo 1$

100,0

Im Vergleich zu einer aassiven Polyesteiplatte ist also die benötigte Menge ungesättigter Polyester auf etwas weniger als die Hälfte vennin-

2
dert, während auch das Gewicht pro π bei gleicher Plattendicke auf

weniger ale die Hälfte vermindert ist.

Man kann diese Platte erwüneehtenfalls noch fertig bearbeiten, indem man sie auf beiden Seiten nit einer dünnen Schicht ungesättigtem

Polyester verkleidet.

Solche Platten können sehr gut zu allerlei baulichen Zwecken, wie

Bootsbau verwendet werden.

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Claims

* ANSPRUECHE

1. Verfahren zur Herstellung geformter Gebilde, bei dem man eine gebundene Faserbahn mit einer flüssigen Mischung eines Harzes und eines Härters dafür imprägniert, das Ganze in die gewünschte Form bringt und das Harz aushärten lässt, dadurch gekennzeichnet, dass man eine gebundene Faserbahn verwendet, die 10-60 VoI^, berechnet auf'das Volumen der gebundenen Faserbahn an expandierten Mikrokügelchen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man aus einem Mischpolymerisat von Vinylidenchlorid und Acrylnitril hergestellte Mikrokügelchen verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Mikrokügelchen verwendet, die in expandiertem Zustand einen Durchmesser von 10-100 Mikron haben.

4. Geformte Gebilde, die ganz oder teilweise durch Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-3 hergestellt sind.

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