DE2558200B2 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von prepregs auf der basis von loesungsmittelfreien, vorzugsweise duroplastischen kunstharzen - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von prepregs auf der basis von loesungsmittelfreien, vorzugsweise duroplastischen kunstharzen

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DE2558200B2 DE19752558200 DE2558200A DE2558200B2 DE 2558200 B2 DE2558200 B2 DE 2558200B2 DE 19752558200 DE19752558200 DE 19752558200 DE 2558200 A DE2558200 A DE 2558200A DE 2558200 B2 DE2558200 B2 DE 2558200B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung Prepregs auf der Basis von lösungsmittelfreien, vorzugsweise duroplastischen Kunsthar- ^o zen, in festem vermahlenem Zustand sowohl in pulverisierten als auch granulierter Form, unter Verwendung von Faserstoffbahnen für elektrotechnische Isolierzwecke.
Es ist allgemein bekannt, Trägermaterialien für elektrische Isolierstoffe als Prepregs im Imorägnier- oder Lackauftragsverfahren oder in Kombination dieser Verfahren unter Verwendung von flüssigen, lösungsmittelhaltigen Harzzusammensetzungen herzustellen, mit welchen das bahnenförmige Trägerstoffmaterial, Papier Gewebe oder Vlies bestrichen, getränkt oder in irgendeiner bekannten Art mit dem Kunstharzbindemittel zusammengebracht wird. Diese Verfahren haben jedoch folgende Nachteile:
Das auf diese Weise erfolgte Lackieren oder Imprägnieren ist recht umständlich und zeitraubend, da es in den meisten Fällen zur hinlänglichen Imprägnierung eines zweiten Durchlaufs durch das Lackietbad oder eines mehrmaligen Bestreichens mit Kunstharz erfordert. Dabei ist die Verteilung des Kunstharz-Bindemittels durch die Homogenität der Bindemittelzusammensetzung bestimmt, wozu komplizierte Rührwerke und Zirkulationspumpen erforderlich sind. Es hat sich a]s sehr nachteilig erwiesen, daß während des Aufbringens, z. B. schnellen Tauchens der Faserstoffbahn in das flüssige und noch reagierende lösungsmittelhallige Kunstharz-Bindemittel Lufteinschlüsse eintreten und sich beim anschließenden schnellen Trocknen der Trägermaterialbahn Luftblasen bilden, die unter weiterem Aufwand, beispielsweise Druck, recht schwer zu entfernen sind. Daraus folgert, daß nur geringe Fertigungsgeschwindigkeiten möglich sind, und daß ferner die Brand- und Explosionsgefahr nicht unerheblich ist. Als weiterer großer Nachteil ergibt sich noch die Geruchsbelästigung, die infolge der Gesetzgebung für Umweltschutz durch Erstellung teurer Nachverbrennungsanlagen große Schwierigkeiten bereitet. Durch die Verbrennung der Lösungsmittel gehen wertvolle Rohmaterialien verloren. Unabhängig davon erfordert dieses bekannte Fertigungsverfahren einen hohen Aufwand an Fertigungsmaschinenkosten und Fertigungsanlagen, sowohl in der Beschaffung als auch im Betrieb, da bei letzterem nur geringe Fertigungsgeschwindigkeiten möglich sind. Daraus ergeben sich zahlreiche Risikofaktoren und somit auch ein großer Matcrialauschuß.
Es ist auch ein Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten und/oder Imprägnieren von Harzträgern bekannt, bei welchem das Kunstharz dem Mantel einer beheizten, rotierenden Empfangswalze fortlaufend zugeführt wird, wo sich eine relativ zur endgültigen Schicht stärkere Kunstharzschicht bildet (DT-OS 15 04 139). Diese wird auf eine mit der Empfangswalze in Berührung stehende, mit größerer Umfangsgeschwindigkeit rotierende, geheizte Auftragswalze übertragen, und die sich bildende Schicht wird dann auf den mit einem Teil des Mantels der Auftragswalze in Berührung tretenden Harzträger durch Imprägnieren oder Aufstreichen übertragen. Schließlich wird der durchtränkte bzw. beschichtete Harzträger auf bekannte Weise wärmebehandelt und dann abgekühlt.
Mit diesem Verfahren sind mehrere Schwierigkeiten verbunden, die vor allen Dingen daher rühren, daß das Harz beim Aufschmelzen auf sämtlichen Teilen der Transport- und Dosiervorrichtung hängen bleibt und aushärtet. Das ausgehärtete Harz löst sich unregelmäßig von den Vorrichtungen und ergibt auf der Faserstoffbahn Störstellen in Form von schwerwiegenden Unebenheiten. Diese Erscheinungen sind sehr schwierig unter Kontrolle zu bringen.
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von plattenförmigen elektrischen Isolierstoffen (Hartpapier) bekannt, bei welchem pulverisierte Bindemittel durch Siebe oder sonstige Vorrichtungen auf die Faserstoffbahn aufgebracht werden. Ferner werden Faserstoffbahnen verwendet, die Vertiefungen oder Erhebungen
aufweisen, wobei lediglich in diese Vertiefungen ein festes Bindemittel in Pulverform durch Einstreuen bzw. Einsieben in die Durchbrüche von aufgelegten Schablonen aufgebracht wird, welches nach dem Aufschmelzen die Faserstoffbahn durchtränkt (DT-PS b 49 402).
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieses Verfahren nicht in allen Fällen anwendbar ist, weil nicht alle Faserstoffbahnarten entsprechende Prägungen aufweisen oder mit entsprechenden Prägungen versehen werden können. Eine gleichmäßige und feine Verteilung des pulverförmigen Harzes auf der Faserstoffbahn kann mit diesem Verfahren nicht erreicht werden, da die Menge und die Verteilung des pulverisierten Bindemittels durch die Unebenheiten der Faserstoffbahn bestimmt sind. Daraus ergibt sich eine <5 ungleichmäßige Verteilung des Harzpulvers, wodurch freie Stellen auf der Faserstoffbahn verbleiben und eine gleichmäßige Imprägnierung und Verklebung der Faserstoffbahn mit den unter Wärme schmelzenden und erhärtenden Harzen nicht gewährleistet ist.
Es ist schließlich ein Verfahren für mit Lack usw. behandelte Faserstoffbahnen bekannt, insbesondere für Isolierzwecke der Elektrotechnik, bei welchem das Pulver auf die Bahn aufgestreut oder aufgestäubt und durch gleichzeitige oder nachträgliche Erwärmung auf- oder eingeschmolzen wird (DT-Patentanmeldung j 25 888, Kl, 21c, bekanntgemacht 20.5.1926). Dabei wird das pulverförmige Harz als Zusatzmittel zu bereits mit Lack vorbehandelten Faserstoffbahnen verwendet.
Bei diesem Verfahren wird jedoch die Faserstoffbahn durch das Aufbringen des pulverförmigen Harzes nicht durchtränkt. Außerdem ist die Verwendung von Druckluft mit Schwierigkeiten verbunden, weil die Entwicklung von Staub mit all ihren Nachteilen nicht unter Kontrolle zu bringen ist.
Alle drei zuletzt beschriebenen Verfahren unter Verwendung der Harze in zähflüssiger, trockener oder kombiniert trocken/flüssiger Form weisen erhebliche Nachteile auf. Aus diesem Grund werden die auf diese Weise hergestellten Faserstoffbahnen und daraus nach den bekannten Verfahren unter Hitze und Druck in einer Presse, zwischen Walzen oder auch in einer Wickelmaschine hergestellte Schichtstofferzeugnisse kaum verwendet. Das dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die nach dem Stand der Technik beschriebenen mit pulverisierten Kunstharzbindemitteln hergestellten Erzeugnisse nicht die erforderlichen DIN-Vorschriften, die an Isolierstoffe gestellt werden, erfüllen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung von Prepregs für elektrotechnische Isolierzwecke auf der Basis von lösungsmittelfreien Bindemittelsystemen zu entwickeln, mit dem sowohl die Umweltfreundlichkeit und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung wie auch die Qualität des Produktes verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindunssgemäß dadurch gelöst, daß ein Harzsystem mit einem niedrigen Molekulargewicht zur Anwendung kommt, wobei die Dosierung des Harzes in feinverteilter Form und vollkommen gleichmäßig mittels einer Streuvorrichtung auf die zu imprägnierende Faserstoffbahn erfolgt, wonach die bestreute Faserstoffbahn durch eine in drei Zonen abgestufte Heizeinrichtung ohne Druck und kontinuierlich hindurchgeführt wird, so daß in einigen Sekunden eine sehr rasche Erwärmung hauptsächlich von unten durch die Faserstoffbahn hindurch erfolgt, wobei in der ersten Heizzone die Feuchtigkeit abgedampft wird, in der zweiten Heizzone das Kunstharz in geschmolzener Phase in die Faserstoffbahn eindringt und in der dritten Heizzone anzuhärten beginnt, wonach sofort abgekühlt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben. Die zur Herstellung der Prepregs bestimmte Faserstoffbahn wird in bekannter Weise von einer Vorratsrolle abgezogen und einer Beschickungsvorrichtung für das Kunstharzbindemittel zugeführt. Für eine Bindemittelzusammensetzung nach G-IO der NEMA-Klassifikation darf die Molekularmasse nicht über 900 betragen und das Epoxidäquivalentgewicht muß um 500 liegen. Diesen Forderungen entspricht zum Beispiel das Epoxidharz Epikote 1001 der Deutschen Shell Chemie GmbH, Frankfurt a.M. Dieses Material erfüllt alle Anforderungen, die an Prepregs gestell! werden, und vermeidet die Schwierigkeiten, die bei Imprägnierungen nach den bisher bekannten Verfahren auftreten.
Das Bindemittel wird in Form von Pulver oder Granulat mittels einer Streuvorrichtung oder einer elektrostatischen Sprühvorrichtung dosiert und gleichmäßig auf die Faserstoffbahn aufgetragen, und diese wird zusammen mit dem aufgebrachten Bindemittel durch ein? in drei Zonen abgestufte Heizeinrichtung hindurchgeführt. Dabei wird sie in der ersten Heizzone in 3 bis 5 Sekunden auf eine Temperatur, die bei Epoxidharz zwischen 80 und 100°C liegt, erwärmt. Die Zuführung der Wärme findet hauptsächlich durch die Faserstoffbahn hindurch von der Seite statt, die der mit Bindemittel bestreuten Fläche gegenüber liegt. Dabei wird die Faserstoffbahn getrocknet und Bindemittel aufgeschmolzen. Die Steuerung der Wärmezufuhr bewirkt die bestimmte Geschwindigkeit des Niederschmelzens des Bindemittels zu einer flüssigen Konsistenz.
Anschließend wird in der zweiten Heizzone die Temperatur der Faserstoffbahn mit dem aufgeschmolzenen Bindemittel in 2 bis 4 Sekunden auf 140 bis 1800C erhöht, wobei das Bindemittel in die Faserstoffbahn eindringt. Die Erwärmung der zu imprägnierenden Faserstoffbahn und des Bindemittels von Raumtemperatur auf 140 bis; )80°C, in einer Zeit von nicht mehr als 10 Sekunden, hat zur Folge, daß in einer kurzen Zeit, unmittelbar nach Erreichung der höchsten Temperatur, die Viskosität des aufgeschmolzenen Bindemittels relativ niedrig ist, was die Tränkung fördert. Der niedrigste Wert der Viskosität, der auf diesem Wege erreichbar ist und die Zeit, in der die Viskosität in der Größenordnung erhalten bleibt, sind sowohl von der Geschwindigkeit, mit der die Temperatur steigt, wie auch von dem Molekulargewicht und der chemischen Zusammensetzung des Bindemittels abhängig.
Bei der Tränkung der Faserstoffbahn spielen die Adhäsionskräfte eine entscheidende Rolle. Eine gute Durchtränkung, besonders bei Glasgewebe, wird durch einen Haftvermittler (z. B. Z 6040 von Interglas Textil GmbH Ulm/Donau) gefördert. Dadurch wird es ermöglicht, Prepregs praktisch ohne Luft- bzw. Gaseinschlüsse herzustellen, die den Anforderungen der Weiterverarbeitung entsprechen und die Qualität des Endproduktes bestimmen.
Infolge der chemischen Reaktion, die durch den Wärmeschock ausgelöst wird, steigt danach in der dritten Heizzone die Viskosität bis zur Aushärtung des Bindemittels. Die Reaktion muß bei einer bestimmten
Viskosität durch Abkühlung der mit dem Bindemittel imprägnierten Faserstoffbahn unterbrochen werden, damit eine weitere Verarbeitung der vorimprägnierten Faserstcffbahn (Prepregs), z. B. durch Verpressung möglich ist. Da dem Bindemittel kein·; Lösungsmittel entzogen werden müssen, kann djs Aushärten desselben, also die Erhöhung der Viskosität, wesentlich schneller durchgeführt werden als bei den bisher üblichen Verfahren. Bei der Temperatur voi: 18O0C kann z. B. bei einem Bindemittel auf Epoxidharzbasis (Zusammensetzung nach G-IO der NEMA-Klassifikation) durch Variation der Menge des Härters und des Beschleunigers die Zeit für die Anhärtung von einigen Sekunden ab beliebig eingestellt werden. Grenzen auf diesem Gebiet werden nicht durch das Verfahren selbst, sondern durch die Anforderungen der weiteren Verarbeitung der Prepregs bestimmt.
Anschließend werden die so hergestellten Prepregs zu einer Rolle aufgewickelt oder mit einer entsprechenden Schneidvorrichtung in Bögen geschnitten, zwecks Weiterverarbeitung zu Schichtstoffen. Bei diesem Verfahren kommt das geschmolzene Harz mit keinen Teilen der Verarbeitungsvorrichtung in Berührung, so daß jede Verklebung mit Teilen der Anlage und somit eine Behinderung im Arbeitsablauf vollkommen ausgeschlossen ist.

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    I. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Prepregs auf der Basis von lösungsmittelfreien, vorzugsweise duroplastischen Kunstharzen, in festem vermahlenem Zustand sowohl in pulverisierter als auch granulierter Form, unter Verwendung von Faserstof'bahnen für elektrotechnische Isolierzwekke, dadurch gekennzeichnet, daß ein Harzsystem mit einem niedrigen Molekulargewicht zur Anwendung kommt, wobei die Dosierung des Harzes in feinverteilter Form und vollkommen gleichmäßig mittels einer Streuvorrichtung auf die zu imprägnierende Faserstoffbahn erfolgt, wonach die bestreute Faserstoffbahn durch eine in drei Zonen abgestufte Heizeinrichtung ohne Druck und kontinuierlich hindurchgeführt wird, so daß in einigen Sekunden eine sehr rasche Erwärmung hauptsächlich von unten durch die Faserstoffbahn hindurch erfolgt, wobei in der ersten Heizzone die Feuchtigkeit abgedanipf wird, in der zweiten Heizzone das Kunstharz in geschmolzener Phase in die Faserstoffbahn eindringt und in der dritten Heizzone anzuhärten beginnt, wonach sofort abgekühlt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzsystem auf der Basis von Epoxidharzen aufgebaut ist, deren Molekularmasse unter 900 und deren Epoxidäquivalentgewicht um 500 liegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kunstharz bestreute Faserstoffbahn in einigen Sekunden auf eine Temperatur zwischen 80 und 140°C erwärmt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lösungsmittelfreies Kunstharz entweder ein niedermolekulares ungesättigtes Polyesterharz, ein Silikonharz oder ein Melaminharz aufgestreut wird, wonach die erforderlichen Temperaturen zur Erwärmung der Faserstoffbahn dem jeweiligen Harzsystem angepaßt werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserstoffbahn ein Gewebe aus alkalifreiem Glas (Ε-Glas) verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserstoffbahn Papier hoher Saugfähigkeit oder ein Textilstoff verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffbahn vor dem Aufstreuen des Kunstharzes mit einem Haftvermittler versehen wird.
    55
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