DE2525796A1

DE2525796A1 - Phenolische pressmasse

Info

Publication number: DE2525796A1
Application number: DE19752525796
Authority: DE
Inventors: Richard Henry Barker; Frank Paul Florentine
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Plastics Engineering Co
Priority date: 1974-06-12
Filing date: 1975-06-10
Publication date: 1976-01-02
Also published as: FR2274653B1; FR2274653A1; DE2525796C2; IT1038833B; BR7503715A; AR204583A1; GB1510991A; CA1047662A; JPS5761053B2; JPS518359A; US3922241A

Description

Die Erfindung betrifft eine asbestfreie, hitzebeständige phenolische Pressmasse, die in Mischung ein Phenolharz und eine Füllstoff kombination aus Aluminiumsilikat, Talk und Cellulosefasern enthält.

Phenolische Pressmassen sind bereits seit vielen Jahren erhältlich, und sie werden im allgemeinen mit einem Asbestfüllstoff hergestellt. Der Asbest wird als Verstärkungsfaser oder als verstärkender Füllstoff benutzt. Der Asbest verleiht der phenolischen Pressmasse verbesserte mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften. Andererseits stellt die Verwendung von mit Asbest gefüllten phenolischen Pressmassen eine Gefahrenquelle für die Personen dar, aie mit diesem Material in Berührung kommen.

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Die Standardvorschriften für den direkten Kontakt mit Asbestfasern sind von dem Department für Beschäftigung, Sicherheit und Gesundheit (Labor's Occupational Safety and Health Administration (OSHA)) in sehr detaillierter Form herausgegeben worden. Die Wirkur-en auf Personen, die mit der Herstellung von phenolischen Pressmassen zu tun habe . wobei roher Asbest verarbeitet wird, sind ebenfalls sehr detailliert ausgeführt. Weniger offensichtlich sind indessen die gesundheitlichen Gefahren, d·e Personen bei der Ausformung des Asbestmaterials und bei der F rtigstelJ -ng und Verarbeitung der ausgeformten Teile drohen.

Um dip vorerwähnten OShA-Richtlinien für die Handhabung von Asbest zu erfüllenj ist es notwendig, a^r"bestfreie phenolische Pressmassen zu entwickeln, die den OSHA-RichtÜ-¹ ' en entsprechen. Die Eliminierung von Asbest aus phenolischen Pressmassen führt jedoch zu Problemen hinsichtlich der Eigenschaften, die diesen Pressmassen innewohnen. Zwei Haupteigenschaften, die labei beeinflusst werden, sind die Dimensionsstabilität und die Hitzebeständigkeit.

Die Hitzebeständigkeit, die mechanischen und die elektrischen Eigenschaften der nicht asbesthaltigen Formmassen müssen wenigstens den asbesthaltigen Massen äquivalent sein. Weiterhin muss die Form- bzw. Pressbarkeit der nicht asbesthaltigen Massen äquivalent sein zu den entsprechenden Massen mit Asbestfüllstoffen. Da weiterhin die gleichen Pressformen für die Verwendung von asbesthaltigen und nicht asbesthaltigen Massen benutzt werden, sollte weiterhin die Schrumpffähigkeit von beiden Typen ähnlich sein. Kurz zusammengefasst, die nicht asbesthaltigen Nassen sollen das normale Betriebsverfahren nicht und vor allem nicht in einem nachteiligen Sinne beeinflussen.

Diese vorstehend aufgeführten Kriterien werden von den asbestfreien Massen nach der vorliegenden Erfindung erfüllt.

Die Erfindung ist gerichtet auf eine asbestfreie hitzebeständige Phenolpressmasse, die in Mischung ein Phenolharz und eine Füllstoffkombination aus Aluminiumsilikat, Talk und Cellulosefasern enthält.

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BAD ORIGINAL

Die Füllstof fkombi-'ation der vorliegenden Erfindung ergibt bei Verwendung mit dem Phenolharz eine Pressmasse, die hitzebeständige Eigenschaften besitzt, die besser sind als eine mit Asbest gefüllte Phenolharzpressmasse. Auch die Wärmeabl· Lttemperatur und die dielektrische F<stigkeit sind grosser bei der Verwendung der erfindungsgemässen Füllstoffkombination anstelle des Asbestes in den Phenolharzen. Darüber hinaus sind die Wasserabsorption, die Lichtbogenbeständigkeit, die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit, der Biegemodul, Druckfestigkeit, die Izod-Schlagf estij. eit und die Kugelfallschlagfestigkeit eines Phenolharzes mit der erfindungsgemässen Füllstoffkombination vergleichbar mit den Eigenschaften einer mit Asbest gefüllten Phenolharzmasse.

Das bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendete Phenolharz ist vorzugsweise ein Phenol-Aldehyd-Harz, und kann dabei ein beliebiges Phenol-Aldehyd-Harz sein, welches durch Reaktion von weniger als 1 Mol bis zu mehr als 1 Mol eines Aldehyds pro Mol Phenol unter speziellen bedingungen unter Ausbildung eines Harzes hergestellt wird. Wenn weniger als 1 Mol Aldehyd verwendet wird, wird das so erzeugte Harz im pllgemeinen als ein Novolak bezeichnet. Das Novol-k-Har^ ist im allgemeinen der Typ, der fein gemahlen werden kann und der ein Mischen mit einem zusätzlichen Vernetzungsmittel wie Hexamethylentetramin erfordert, um ein wärmehärtbares Harz zu ergeben, welches in den unschmelzbaren Zustand gebracht werden kann, wenn es erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Obgleich beliebige äussere Vernetzungsmittel verwendet werden können, so ist doch das bevorzugte äussere Vernetzungsmittel Hexamethylentetramin. Im allgemeinen ist der bevorzugte Bereich des verwendeten Aldehyds zur Herstellung des Novolaks 0,5 bis 0,9 Mol Aldehyd pro Mol Phenol und vorzugsweise 0,6 bis 0,8 Mol Aldehyd pro Mol Phenol. Obgleich ein beliebiger Aldehyd verwendet werden kann, wie Formaldehyd, Paraformaldehyd, Acetaldehyd, Butyraldehyd, Furfuraldehyd usw., so ist doch Formaldehyd der bevorzugt verwendete Aldehyd.

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Wenn mehr als 1 Mol Aldehyd pro Mol Phenol verwendet wird, so wird ein Einstufenharz erzeugt, das durch blosse Anwendung von erhöhten Temperaturen in einen unschmelzbaren Zustand gebracht werden kann. Das in der vorliegenden Erfindung verwendbare Einstufenharz ist ein solches, das durch Reaktion "on mehr als 1 Mol eines Aldehyds pro Mol Phenol, vorzugsweise von 1,1 bis 3,0 Mol Aldehyd pro Mol Phenol, hergestellt wird. Wiederum ist der bevorzugte Aldehyd Formaldehyd.

Es wurde festgestellt, daß be¹" Verwendung eines Phenol-Formaldehyd-Novolaks ausgezeichnete Presseigenschaften erhalten werden, wenn das Novolak einen ortho-ortho-Gehalt ν η weniger als 70 Gew.-% der gesamten Novolak-Zusam lensetzung aufweist. Optimale Resultate werden erhalten, wenn der ortho-ortho-Gehalt um etwa 50 Gew.-Ji j.iegt, wobei der Rest des Novolaks aus ortho-para-und para-para-Bindungen besteht.

diese

DurchY'verschiedenartigen Bindungstypen wird die Methylenverknüpfung zwischen den Phenolkernen bezeichnet und dieselbe kann durch die folgenden Formeln wiedergegeben wer^ n:

CH.

ortho-ortho-Bindung

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OH

ortho-para-Bindung

OH

CH,

ι OH

para-para-Bindung

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Die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Füllstoffkombination, d.h. Aluminiumsilikat, Talk und Cellulose-Fasern sind in verschiedenen Formen und Reinheitsgraden im Hnndel erhältlich. Die Kombination der Füllstoffe kann in einer Menge von etwa 15 bis etwa 50 Gew.-? Verwendung finden. Vorzugsweise enthält die Füllstoffkombination etwa 5 bis etwa 20 Gew.-? Aluminiumsilikat j etwa 5 bis etwa 20 Gew.-? Talk und etwa 5 bis etwa 10 Gew. % Cellulose-Fasern. Diese Gew.-? basieren auf d«m Gewicht der Pressmasse.

Die erfindungsgemäße Pressmasse wird nach bekannten Verfahren hergestellt. So werden beispielsweise die einzelnen Ingredienzien in ein^em geeigneten Gefäß zusammengemischt und dann direkt dem Vorratstrichter eines Schneckenextruders oder einer Walzenmühle zugeführt.

Es sei bemerkt, daß die Phenol-Harzmassen der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Zusammensetzung weitere Verbindungen enthalten können und im allgemeinen auch enthalten, die normalerweise in solchen Zusammensetzungen Verwendung finden. Von solchen Zusatzstoffen werden Füllstoffe wie Holzmehl, Kalziumcarbonat, Glasfasern usw. sowie eine beliebige Kombination dieser oder anderer bekannter Füllstoffe umfaßt, die in solchen Phenol-Pressmassen Anwendung finden sowie weitere Füllstoffe wie Kohle, Kalk, Sterinsäure usw. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung Kalk in Mengen von 4 bis 10 Gew.-? enthalten. In ein°r anderen bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung Kohle in Mengen von 5 bis 15 Gew.-? aufweisen.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung des Prinzips und der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung. Alle Teile oder Prozentsätze sind Gewichtsteile oder Gewichtsprozentsätze, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

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- 7 Beispiel I

Ein Phenol-Formaldehyd-Harz wurde durc'. Reaktion von etwa 0,7 Mol Formaldehyd pro lol Phenol in Anwesenheit eines Säurekat^alysators hergestellt, der anschließend unter Bildung eines Novolaks neutralisiert wurde. Der Novolak wurde zusammen mit etwa 16 Gew.-% Hexamethylentetramin,bezogen auf das Gewicht des Novolaks^ zu einer reinen Teilchengröße gemahlen. Die Harzmischung wurde dann mit 38 Gew.-% Asbestfasern und 15 Gew.-? Holzmehl unter Bildung einer 50/50-Mischung vermischt. Die Mischung wurde dann bei einer Temperatur von etwa 10*f°C (220°F), die ausreicht, um das Harz zu schmelzen, in einem Schneckenextruder zusammengemischt. Oie geschmolzene Mischung wurde dann durch die Schnecke geschickt und zu einem Granulat oder zu Pellets extrudiert.

Beispiel II

Beispiel I wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß ein** füllstoff kombination aus 14 Gew.-% Aluminiumsilikat, 15 Gew.-? Talk und 8 Gew.-? Cellulosefasern anstelle des Asbests verwendet wurde.

Jedes dieser in den Beispielen I und II hergestellten Materialien wurde den folgenden Tests unterworfen: Wasserabsorption, Wärmeableitung (ASTM D-648), dielektrische Festigkeit (ASTM D-149), Lichtbogenbeständigkeit (ASTM D-495), Zugfestigkeit (ASTM D-65D, Biegefestigkeit (ASTM D-790), Biegemodul (ASTM D-790), Druckfestigkeit (ASTM D-695), Izod-Schlagfestigkeit (ASTM D-256A) und Kugelfallschlagfestigkeit. Alle Testproben wurden nach herkömmlichen Pressverfahren ausgeformt. Die Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle I aufgeführt.

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TABELLE I

Test

Wasserabsorption (%, 24 Std.) Wärmeableitung (⁰F,ß· 26' psi) Dielektrische Festigkeit (60 cps, 25°C, st. VPM) Lichtbogenbeständigkeit (Sek.) Zugfestigkeit (psi) Biegefestigkeit (psi) Biegemodul (psi) Druckfestigkeit (psi)

Izod-Schlagfestigkeit (ft-lb/in. notch)

Kugelfallfestigkeit (in. 1/4 Ib. Gewicht)

Beispiel II Beispiel I

0,2
380

360

180

7000

12000

1 χ 10^f

23000

0_;30
11

0,2 350

350

180

8000

12000

1 χ 10^f

27000

°,33 13

Die Dimensionsstabilität bezieht sich auf die Fähigkeit des ausgeformten Teiles, seine Dimensionen innerhalb vernünftiger Grenzen und unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen beizubehalten. Dies ist besonders wichtig, wenn das ausgeformte Teil ein Bestandteil in einer Vorrichtung oder Anordnung ist, die für einen erfolgreichen Betrieb enge Toleranzen aufweisen muß.

Diese Eigenschaft wurde für die Massennach Beispiel I und Beispiel II geprüft. Die Teststücke waren in diesem Fall unter Druck ausgeformte rechteckige Kästen mit den Abmessungen 38,1 mm ( 1 1/2 in.) χ 76,2 mm (3 in.), einer Tiefe von 19,05 mm (3/4 in.) und mit Querschnittsabmessungen von 2,54 mm (0,100 in.) (Wände) und 3,175 nun (1/8 in.) und 6,35 mm (1/4 in.)(Boden).

Die Dimensionen sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung wurden 15 Tage lang bei Raumtemperatur, bei 65°C ( 15O⁰F), 93°C (200⁰F) und 121°C (25O⁰F) überprüft. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II aufgeführt.

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— Q —

TABELLE	II	Beispiel I⁺	,2
	Beispiel H⁺	0	,3
P)	0,1	1	,6
	1,4	2	H
	2,3	3
	2,9

Temperatur

Raumtemperatur 24°C (75°P)
65°C (150°P)
93°C (200°F)
121°C (25O⁰F)

⁺Diese Zahlen zeigen die Dimensionsänderung der Länge in mils/inch an.

Die Ergebnisse in Tabelle I zeigen, daß die Wärmeableitung und die dielektrische Festigkeit bei der Zusammensetzung nach Beispiel I wesentlich verbessert war, während die Daten der Wasserabsorption, der Lichtbogenfestigkeit, der Zugfestigkeit, der Biegefestigkeit, des Biegemoduls, der Druckfestigkeit, der Izod-Schlagfestigkeit und der Kugelfallfestigkeit bei Beispiel I mit den Daten nach Beispiel II vergleichbar waren. Tabelle II zeigt, daß bei höheren Temperaturen die Zusammensetzung nach Beispiel II geringere Gesamtveränderung der Dimension aufweist, als die Zusammensetzung nach Beispiel I. Die erfindungsgemäße Füllstoffkombination ergibt somit eine phenolische Pressmasse mit vergleichbaren und besseren Eigenschaften als eine Masse, welche Asbest enthält.

Beispiel II wurde unter Verwendung variierender Mengen von

Aluminiumsilikat, Talk und Cellulosefasern wiederholt. Die

erhaltenen Resultate waren ähnlich denjenigen, wie sie in den Tabellen I und II aufgeführt sind.

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Claims

2b25796 - ίο - Ansprüche

1. Asbestfreie, wärmebeständige, wärmehärtende Phenolaldehyd-Pressmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Mischung ein Phenolaldehyd-Harz und 15 bis 50 Gew.-? einer Füllstoffkombination aus Aluminiumsilikat, Talk und Cellulosefasern, bezogen auf das Gewicht der Masse, aufweist.

2. Pressmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminiumsilikat in einer Menge von etwa 5 bis etwa 20 Gew.-?,bezogen auf das Gewicht der Pressmasse,vorliegt.

3· Pressmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Talk in einer Menge von etwa 5 bis etwa 20 Gew.-?, bezogen auf das Gewicht der Pressmasse, vorliegt.

4. Pressmasse nach Anspruch 1, dadurc'· gekennzeichnet , daß die Cellulosefaser in einer Menge von etwa 5 bis etwa 10 Gew.-?, bezogen auf das Gewicht der Pressmasse, vorliegt.

5. Pressmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiterhin 4 bis 10 Gew.-? Kalziumoxyd enthält.

6. Pressmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich 5 bis 15 Gew.-? Kohle enthält.

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