DE2706575A1 - REINFORCED COMPOSITES - Google Patents
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Description
Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Kocnigsberg^r Dipl.-Fhys. R. Holzbauer - Dipl.-ing. F. Klint-sois-fcn - Dr. F. Zumstein jun.Dr. F. Zumstein Sr. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Kocnigsberg ^ r Dipl.-Fhys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klint-sois-fcn - Dr. F. Zumstein jun.
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■ 270657b■ 270657b
Case 3-10536/AHL 250+Case 3-10536 / AHL 250+
CIBA-GEIGY AG, CH-4-002 Basel / SchweizCIBA-GEIGY AG, CH-4-002 Basel / Switzerland
Verstärkte VerbundstoffeReinforced composites
7098-U /08987098-U / 0898
3 27ü6b7b3 27ü6b7b
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung verstärkter Verbundstoffe aus photopolymerisierbaren und heisshärtbaren Massen und Verstärkungsmaterialien, sowie die nach diesem Verfahren so erhaltenen Verbundstoffe.The present invention provides a method of making reinforced photopolymerizable composites and thermosetting compositions and reinforcing materials, as well as those obtained in this way by this process Composites.
Verbundgebilde werden im allgemeinen dadurch hergestellt, dass man faserförmige Materialien, wie Papier, Glas und Kohlenstoffasern, mit der Lösung eines festen heisshärtbaren Harzes und einem hitzeaktivierbaren Härter für das Harz imprägniert, das Harz sich durch Verdunstung des Lösungsmittels verfestigen lässt und gewünschtenfalls die Harzmasse durch Hitzeeinwirkung härtet. Verbundgebilde lassen sich auch aus Folien einer heisshärtbaren Harzmasse dadurch herstellen, dass man eine Folie der Harzmasse auf eine faserförmige Verstärkung legt und Hitze und Druck darauf ausübt, sodass die Harzmasse um die Fasern herum fliesst, jedoch härtbar bleibt, und anschliessend weiter erhitzt, wenn erwünscht, sodass die Harzmasse durch den hitzeaktivierbaren Härter gehärtet wird. Diese beiden Verfahren weisen gewisse Nachteile auf.Composite structures are generally produced by using fibrous materials such as paper, glass and carbon fibers, with the solution of a solid thermosetting Resin and a heat-activated hardener for the resin impregnated, the resin itself through evaporation of the Solvent solidifies and, if desired, the resin composition hardens by the action of heat. Composite structure can also be produced from foils of a thermosetting resin composition by applying a foil of the resin composition lays a fibrous reinforcement and applies heat and pressure to it so that the resin mass flows around the fibers, However, it remains curable, and then further heated, if desired, so that the resin mass through the heat-activatable Is hardened harder. Both of these methods have certain disadvantages.
Bei Verwendung eines Lösungsmittels ist es nicht immer möglich, alle Spuren davon vor der endgültigen Härtung zu beseitigen. Der fertige Verbundstoff kann daher durch Verdunstung dieses restlichen Lösungsmittels bedingte Hohlräume enthalten. Ferner kann die Verv/endung von Lösungsmitteln aufgrund ihrer Giftigkeit oder Entflammbarkeit, odor auch Umv/eltverschmutzung, zu Schwierigkeiten führen.When using a solvent it is not always possible to remove all traces of it before final curing to eliminate. The finished composite may therefore have voids caused by evaporation of this residual solvent contain. The use of solvents can also be used due to their toxicity or flammability, odor also environmental pollution, lead to difficulties.
_ 2 _ 7 Π υ ,. . ι, I 0 8 9 6_ 2 _ 7 Π υ,. . ι, I 0 8 9 6
Wird eine Klebfolie verwendet, so muss diese zuerst aus einem flüssigen heisshärtbaren Harz gegossen werden und wird danach zum festen Zustand vorverlängert. Durch ein solches Verfahren werden die Kosten des Verbundstoffs erheblich erhöht. Beide Verfahren erfordern ferner einen erheblichen Energieaufwand, entweder zur Lösungsmittelverdampfung oder zur Vorverlängerung des Harzes.If an adhesive film is used, it must first be removed a liquid thermosetting resin and is then extended to the solid state. Through such a Processes add significantly to the cost of the composite. Both procedures also require a substantial one Energy expenditure, either for solvent evaporation or for advancing the resin.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, nach dem man ohne die Nachteile der Verfahren des Standes der Technik Verstärkungsmaterialien mit einer flüssigen, lösungsmittelfreien Harzmasse imprägnieren und diese Masse rasch in einen festen, jedoch noch heisshärtbaren Zustand überführen kann. Bei diesem neuartigen Verfahren wird eine aus einem heisshärtbaren Phenolharz und einem photopolymerisierbaren Harz bestehende flüssige Harzmasse, nachdem sie zur Imprägnierung des Verstärkungsmaterials verwendet wurde, durch Belichtung mit aktinischer Strahlung photopolymerisiert, gegebenenfalls in Gegenwart eines Photosensibilisators, jedoch nicht hitzevernetzt, und der so entstandene Prepreg wird gewünschtanfalls durch Erhitzen ausgehärtet, um den Verbundstoff zu bilden.A process has now been found which can be used without the disadvantages of the prior art processes Impregnate reinforcement materials with a liquid, solvent-free resin compound and quickly turn this compound into one can transfer solid, but still heat-hardenable state. In this novel process, one is made of a hot-curable Phenolic resin and a photopolymerizable resin consisting of liquid resin composition after being used for impregnation of the reinforcement material was used, photopolymerized by exposure to actinic radiation, optionally in the presence of a photosensitizer, but not heat-crosslinked, and the resulting prepreg is desired to be obtained cured by heating to form the composite.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung von Preprogs, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass manThe subject matter of the present invention is accordingly a process for the production of preprogs, which is characterized in that one
i) ein fairer Π'ππι /res Verstärkungsmaterial mit einer flüssigen Masr.e i a^ri1;;·· i ert wiche sowohl ein he-isshärtbares Phenol/ Aldehydharz als auch miniostens eine photopolyir.erisierbaroi) a fair Π'ππι / res reinforcing material with a liquid Masr.eia ^ ri 1 ;; ·· i ert both a heat-hardenable phenol / aldehyde resin and at least a photopolyir.erisbareno
7 0 'j ; W 0 8 9 R - 3 -7 0 'j; W 0 8 9 R - 3 -
Komponente (ausser dem Phenol/Aldehydharz) sowie, falls erforderlich, ein Heisshärtungsmittel für das Phenol/ Aldehydharz enthält, undComponent (except the phenol / aldehyde resin) and, if required, a thermosetting agent for the phenol / aldehyde resin contains, and
ii) das imprägnierte Material mit aktinischer Strahlung so belichtet, dass sich die genannte Masse durch Photopolymerisation besagter photopolymerisierbarer Komponente verfestigt, während das Phenol/Aldehydharz im wesentlichen im heicshärtbaren Zustand verbleibt.ii) the material impregnated with actinic radiation as follows exposed that said mass solidifies by photopolymerization of said photopolymerizable component, while the phenol / aldehyde resin remains essentially in the thermosetting state.
Gegenstand der Erfindung sind ferner nach diesem Verfahren hergestellte Prepregs.The invention also relates to prepregs produced by this process.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Verbundstoffs, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen photopolymerisierten, jedoch noch heisshärtbaren erfindungsgemässen Prepreg heisshärtet, sowie nach diesem Verfahren hergestellte verstärkte Verbundstoffe.The invention also relates to a method for producing a reinforced composite which is characterized in that a photopolymerized, but still heat-curable according to the invention Hot-cured prepreg, as well as reinforced composites made using this process.
Die zur Herstellung der erfindungsgemässen Prepregs verwendeten Massen müssen unter den zur Bildung der Prepregs angewandten Bedingungen flüssig sein, sind jedoch vorzugsweise lösungsmittelfrei.The compositions used to produce the prepregs according to the invention must be less than those used to form the prepregs conditions used be liquid, but are preferably solvent-free.
Als in den erfindungsgemässen Massen verwendete photopolymerisierbare Komponente kann man jeden bekannterweise unter der Einwirkung aktinischer Strahlung polymerisierenden chemischen Typus einsetzen. Derartige Stoffe werden beispielsweise von Kosar in "Light-sensitive systems: Chemistry and Applications of Non-Silver Halide Photographic Processes [Lichtempfindliche Systeme: Chemie undAs the photopolymerizable component used in the compositions of the present invention, any known can be used use chemical type polymerizing under the action of actinic radiation. Such substances are for example by Kosar in "Light-sensitive systems: Chemistry and Applications of Non-Silver Halide Photographic Processes [Photosensitive Systems: Chemistry and
Anwendung photographischer Verfahren ohne Silberhalogenid]", Wiley, New York, 1965, 473 S., beschrieben.Use of photographic processes without silver halide] ", Wiley, New York, 1965, 473 pp.
Wohlbekannterweise gehören solche Komponenten zwei Hauptklassen an:As is well known, such components belong to two main classes:
(a) solche, die durch eine Radikalkettenreaktion (lichtinduzierte Polymerisation) polymerisiert werden, sowie(a) those that are polymerized by a radical chain reaction (light-induced polymerization), as well as
(b) solche, bei denen die Polymerisation durch Reaktion eines angeregten Monomermolektils mit einem anderen Monomermolekül bewirkt wird.(b) those in which the polymerization occurs through the reaction of an excited monomer molectile with another monomer molecule is effected.
Der erste Typus erfordert nur eine photopolymerisierbare Gruppe pro Molekül, um bei der Polymerisation lange Ketten zu bilden, während der zweite.Typus mindestens zwei photopolymerisierbare Gruppen pro Molekül besitzen muss, da sie bei der Bestrahlung zwar dimerisieren, aber nicht polymerisieren würden, wenn nur eine solche Gruppe pro Molekül vorlage.The first type requires only one photopolymerizable group per molecule in order to polymerize long To form chains, while the second type must have at least two photopolymerizable groups per molecule, since they would dimerize on irradiation, but would not polymerize if there was only one such group per molecule template.
Bevorzugte, erfindungsgemäss verwendete photopolymerisierbare Stoffe des ersten Typus weisen eine oder, sofern sie unkonjugiert sind, mehr als eine Aethylenbindung auf. Solche Stoffe sind beispielsweise Acrylester mit mindestens einer Gruppe der allgemeinen Formeln I, II oderPreferred photopolymerizable substances of the first type used according to the invention have one or if they are unconjugated, have more than one ethylene bond. Such substances are, for example, acrylic esters with at least one group of the general formulas I, II or
CH2 = C(R)COO- ICH 2 = C (R) COO- I
CH2 = C(R)CONH -LcHCOO- IICH 2 = C (R) CONH -LcHCOO- II
CH2 = C(R)CONHCH(OH)Ch2COO- IIICH 2 = C (R) CONHCH (OH) CH 2 COO- III
709834/0898 - 5 -709834/0898 - 5 -
worin R für ein Wasserstoff-, Chlor- oder Bromatora oder eine Alkylkohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere eine Methylgruppe, steht. Weitere Beispiele sind Styrol und !Crotonsäure.wherein R is a hydrogen, chlorine or bromatora or a Alkyl hydrocarbon group with 1 to 4 carbon atoms, especially a methyl group. Other examples are styrene and crotonic acid.
Zu den photopolymerisierbaren Stoffen des zweiten Typus gehören solche, die mindestens zwei, und vorzugsweise drei oder mehr, Azido-, Cumarin-, Stilben-, Maleinimid-, Pyridinon-, Chalkon-, Propenon- oder Pentadienongruppen oder in ihrer 3-Stellung durch Gruppen, die in Konjugation mit der Aethylendoppelbindung der Acrylgruppe äthylenisch oder aromatisch ungesättigt sind, substituierte Acrylsäuregruppen aufweisen.The photopolymerizable materials of the second type include those having at least two, and preferably three or more, azido, coumarin, stilbene, maleimide, pyridinone, chalcone, propenone or pentadienone groups or in their 3-position by groups which are in conjugation with the ethylene double bond of the acrylic group or ethylenic are aromatically unsaturated, have substituted acrylic acid groups.
Als Azide eignen sich beispielsweise solche mit mindestens zwei Gruppen der FormelSuitable azides are, for example, those with at least two groups of the formula
N3-Ar- IVN 3 -Ar- IV
worin Ar einen ein- oder zweikernigen aromatischen Rest mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere eine Phenylen- oder Naphthylengruppe, bedeutet.wherein Ar is a mono- or binuclear aromatic radical with 6 to 14 carbon atoms, in particular a phenylene or naphthylene group.
Als Cumarine eignen sich beispielsweise solche mit mindestens zwei Gruppen der FormelSuitable coumarins are, for example, those with at least two groups of the formula
worin R für ein Sauerstoffatom, eine Carbonyloxygruppe (-COO-). eine Sulfonylgruppe oder eine Sulfonyloxygruppe steht.wherein R stands for an oxygen atom, a carbonyloxy group (-COO-). a sulfonyl group or a sulfonyloxy group stands.
7 0 9 c' Z Ul 0 8 9 6 — 6 —7 0 9 c ' Z Ul 0 8 9 6 - 6 -
270657b270657b
Stilbengruppenhaltige Stoffe sind beispielsweise solche mit mindestens zwei Gruppen der FormelSubstances containing stilbene groups are, for example, those with at least two groups of the formula
-Dl=CH f^^\ -Dl = CH f ^^ \
L ΊΓ" VI L ΊΓ " VI
worin R für den insgesamt bis zu 10 Kohlenstoffatomen enthaltenden Rest, eines fünf- oder sechsgliedrigen stickstoffhaltigen heterocyclischen Ringes steht, der mit einem Benzoloder Naphthalinkern kondensiert und über ein einem Stickstoffatom darin benachbartes Kohlenstoffatom des besagten heterocyclischen Ringes mit dem angegebenen Benzolkern verknüpft ist, wie eine Benzimidazolyl- oder Naphthotriazolylgruppe.wherein R represents the total containing up to 10 carbon atoms Radical, a five- or six-membered nitrogen-containing heterocyclic ring, which with a benzene or Naphthalene nucleus condenses and via a carbon atom adjacent to a nitrogen atom therein of said heterocyclic Ringes is linked to the specified benzene nucleus, such as a benzimidazolyl or naphthotriazolyl group.
Maleinimideinheiten enthaltende Stoffe sind beispielsweise solche mit mindestens zwei Gruppen der FormelSubstances containing maleimide units are for example those with at least two groups of the formula
R3 R 3
f VIIf VII
worin die R^ je für eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoff atomen, ein Chlor- oder Bromatom oder eine Phenylgruppe, insbesondere für eine Methylgruppe, stehen.wherein the R ^ each represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a chlorine or bromine atom or a phenyl group, in particular for a methyl group.
Pyridinoneinheiten enthaltende Stoffe sind beispielsweise solche mit mindestens zwei Gruppen der FormelSubstances containing pyridinone units are, for example, those with at least two groups of the formula
VIIIVIII
worin R für einen aliphatischen oder cycloaliphatisehenwherein R is aliphatic or cycloaliphatic
70983 A/0896 .. 7 _70983 A / 0896 .. 7 _
JTJT
Rest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und a für null oder eine ganze Zahl von 1 bis 4 steht.A radical having 1 to 8 carbon atoms and a is zero or an integer from 1 to 4.
Chalkon-, Propenon- und Pentadienongruppen enthaltende Verbindungen sind beispielsweise solche mit mindestens zwei Gruppen der FormelContaining chalcone, propenone and pentadienone groups Compounds are, for example, those with at least two groups of the formula
IXIX
oderor
worin die R je für ein Halogenatom, eine Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkenyl-, Cycloalkenyl-, Alkoxy-, Cycloalkoxy-, Alkenoxy-·, Cycloalkenoxy-, Carbalkoxy-, Carbocycloalkoxy-, Carbalkenoxy- oder Carbocycloalkenoxygruppe, wobei solche organischen Gruppen 1 bis 9 Kohlenstoffatome enthalten, oder für eine Nitrogruppe oder eine Carboxyl-, Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppe in Salzform stehen, a die zuvor angegebene Bedeutung hat, R eine Valenzbindung oder ein Wasserstoffatom darstellt, Y eine Kohlenstoffatomkette, die in sich eine Gruppierung der Formelwherein the R each stands for a halogen atom, an alkyl, cycloalkyl, Alkenyl, cycloalkenyl, alkoxy, cycloalkoxy, alkenoxy, cycloalkenoxy, carbalkoxy, carbocycloalkoxy, carbalkenoxy or carbocycloalkenoxy group, such organic groups containing 1 to 9 carbon atoms, or for a nitro group or a carboxyl, sulfonic acid or phosphonic acid group in salt form, a has the meaning given above has, R represents a valence bond or a hydrogen atom, Y is a carbon atom chain that is a grouping in itself the formula
R7
--CH «= CR 7
--CH "= C
i!i!
XIXI
C « CH - -C «CH - -
1010
XIIXII
O R10 OR 10
a.. ^. U Wf a .. ^. U Wf XXII ■ J* Λ. J- X.XXII ■ J * Λ. J- X.
7 R7 R
wobei R und R unabhängig voneinander je für ein Wasserstoff atom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe, vorzugsweise eine einkernige Gruppewhere R and R independently of one another each represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group, preferably a mononuclear group
7 R v/ie eine Phenylgruppe, stehen oder R und R gemeinsam eine Polymethylenkette mit 2 bis 4 Methylengruppen bedeuten, R und R je für ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe, vorzugsweise eine einkernige Gruppe wie eine Phenylgruppe, stehen sowie e und f je für null, 1 oder 2 stehen, vorausgesetzt, dass sie nicht beide null sind, enthält, darstellt und Z für ein Sauerstoff- oder Schwefelatom steht.7 R v / ie a phenyl group, or R and R together are one Polymethylene chain with 2 to 4 methylene groups mean R and R each represents a hydrogen atom, an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms or an aryl group, preferably a mononuclear group such as a phenyl group, and e and f each represent zero, 1 or 2, provided that they are not both zero, contains, represents and Z represents represents an oxygen or sulfur atom.
Als 3-substituierte Acrylate eignen sich solche mit mindestens zwei Gruppen der allgemeinen FormelSuitable 3-substituted acrylates are those with at least two groups of the general formula
R11CH = C(R)COO- XIVR 11 CH = C (R) COO-XIV
worin R für eine aliphatische oder einkernige aromatische, araliphatische oder heterocyclische Gruppe, vorzugsweise mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, die in Konjugation mit der angegebenen Doppelbindung äthylenisch oder aromatisch ungesättigt ist, wie eine Prop-2-enyl-, Phenyl-, 2-Furyl-, 2- oder 3-Pyridyl- oder Styrylgruppe steht und R die zuvor angegebene Bedeutung hat.where R is an aliphatic or mononuclear aromatic, araliphatic or heterocyclic group, preferably with up to 12 carbon atoms, in conjugation with the specified Ethylenically or aromatically unsaturated double bond, such as prop-2-enyl, phenyl, 2-furyl, 2- or 3-pyridyl or styryl group and R has the meaning given above.
Spezielle Beispiele dafür sind die Sorbinsäurediester von Poly-(oxyäthylen)-glykolen und Poly-(oxypropylen)-Specific examples are the sorbic acid diesters of poly (oxyethylene) glycols and poly (oxypropylene)
709034/0896 — 9 —709034/0896 - 9 -
glykolen.glycols.
Gewünschtenfalls kann man ein Gemisch photopolymerisierbarer Verbindungen verwenden.If desired, you can use a mixture of photopolymerizable Use connections.
Als bei dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzte, besonders bevorzugte photopolymerisierbare Komponenten verwendet man Acryl- und Methacrylsäureester, wie 1-Acryloxy-2-hydroxy-3-phenoxypropan und insbesondere Diacrylate und Dimethacrylate zwei- und dreiwertiger Alkohole, insbesondere aliphatische Alkohole mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie 1,2-Bis-(acryloxy)-äthan, l,3-Bis-(acryloxy)-propan, 1,4-Bis-(acryloxy)-butan, l,3-Bis-(acryloxy)-2,2-diinethy !propan, 1,2-Bi s-(3-acryloxy-2-hydroxyprop oxy)-äthan, 1,3-Bi s-(3-acryloxy-2-hydroxypropoxy)-propan, l,4-Bis-(3-acryloxy-2-hydroxypropoxy)-butan und l,3-Bis-(3-acryloxy-2-hydroxypropoxy)-2,2-dimethylpropan sowie die entsprechenden Methacrylate.Used as particularly preferred photopolymerizable components used in the process according to the invention acrylic and methacrylic acid esters, such as 1-acryloxy-2-hydroxy-3-phenoxypropane and in particular diacrylates and dimethacrylates of di- and trihydric alcohols, in particular aliphatic alcohols with 2 to 10 carbon atoms, such as 1,2-bis- (acryloxy) -ethane, 1,3-bis- (acryloxy) -propane, 1,4-bis- (acryloxy) -butane, 1,3-bis (acryloxy) -2,2-diinethy! propane, 1,2-Bi s- (3-acryloxy-2-hydroxypropoxy) -ethane, 1,3-Bi s- (3-acryloxy-2-hydroxypropoxy) -propane, 1,4-bis (3-acryloxy-2-hydroxypropoxy) butane and 1,3-bis (3-acryloxy-2-hydroxypropoxy) -2,2-dimethylpropane and the corresponding methacrylates.
Als Phenolharze kann man erfindungsgemäss irgendein aus einem Phenol und einem Aldehyd unter sauren oder alkalischen Bedingungen hergestelltes Resol oder Novolak verwenden. Geeignete Phenole umfassen Phenol selbst, Resorcin, alkylsubstituierte Phenole wie Kresole, Xylenole und tertiär-Butylphenole sowie arylsubstituierte Phenole, insbesondere p-Phenylphenol. Der mit dem Phenol kondensierte Aldehyd ist vorzugsweise Formaldehyd, jedoch kann man auch andere Aldehyde wie Acetaldehyd und Furfurol verwenden. Als Phenolharze werden Novolake bevorzugt, insbesondere solche aus Phenol selbst und Formaldehyd.As the phenolic resins in the present invention, there can be used any of a phenol and an aldehyde among acidic and alkaline ones Use prepared resole or novolak. Suitable phenols include phenol itself, Resorcinol, alkyl-substituted phenols such as cresols, xylenols and tertiary-butylphenols as well as aryl-substituted phenols, especially p-phenylphenol. The one condensed with the phenol Aldehyde is preferably formaldehyde, but other aldehydes such as acetaldehyde and furfural can also be used. Novolaks are preferred as phenolic resins, in particular those made from phenol itself and formaldehyde.
7 Ü υ u ό U I 0 8 9 6 - 10 - 7 Ü υ u ό UI 0 8 9 6 - 10 -
2Vübb7b2Vübb7b
Das Molverhältnis zwischen pho-copclymerisierbarer Komponente und Phenol/Aldehydharz in den Massen beträgt im allgemeinen 1:10 bis 10:1, wobei Verhältnisse zwischen 1:5 und 5:1 bevorzugt v/erden.The molar ratio between the pho-copolymerizable Component and phenol / aldehyde resin in the masses is generally 1:10 to 10: 1, with ratios between 1: 5 and 5: 1 preferred v / earth.
Die photopolyinerisierbare Komponente wird vorzugsweise in Gegenwart eines Photopolymerisationskatalysators dafür bestrahlt.The photopolymerizable component is preferred irradiated therefor in the presence of a photopolymerization catalyst.
Zur erfindungsgemässen Verwendung geeignete Photopolyinerisationskatalysatoren sind wohlbekannt und beispielsweise in dem oben zitierten Buch von Kosar beschrieben. Die Katalysatoren fallen in zwei Hauptklassen,Photopolymerization catalysts suitable for use in accordance with the invention are well known and are described, for example, in the book by Kosar cited above. The catalysts fall into two main classes,
(a) solche, die bei Bestrahlung einen angeregten Zustand ergeben, der zur Bildung freier Radikale führt, die dann die Polymerisation des Monomeren einleiten (Photoinitiatoren), und(a) those that give an excited state on irradiation, which leads to the formation of free radicals, which then initiate the polymerization of the monomer (photoinitiators), and
(b) solche, die bei Bestrahlung einen angeregten Zustand ergeben, der seinerseits seine Energie auf ein Monomermolektil tiberträgt, sodass ein angeregtes Molekül entsteht, welches dann mit einem anderen Monomermolektil vernetzt (Photosensibilisatoren). (b) those which produce an excited state on irradiation, which in turn transfers its energy to a monomer molectile transmits, so that an excited molecule is created, which then crosslinks with another monomer molecule (photosensitizers).
Zur ersten Klasse gehören organische Peroxyde und Hydroperoxyde, oc-halogensubstituierte Acetophenone wie 2,2,2-Trichlor-4'-tert.butylacetophenon, Benzoin und dessen Alkyläther, z.B. der n-Butyläther, Benzophenone, O-Alkoxycarbonylderivate der Oxime von Benzil oder 1-Phenylpropan-1,2-dion, wie Benzil-(0-äthoxycarbonyl)-a-monoxim und l-Phenylpropan-l,2-dion-2-(0-äthoxycarbonyl)-oxim, Benzil-The first class includes organic peroxides and hydroperoxides, oc-halogen-substituted acetophenones such as 2,2,2-trichloro-4'-tert.butylacetophenone, benzoin and its Alkyl ethers, e.g. the n-butyl ether, benzophenones, O-alkoxycarbonyl derivatives the oximes of benzil or 1-phenylpropane-1,2-dione, such as benzil- (0-ethoxycarbonyl) -a-monoxime and l-phenylpropane-l, 2-dione-2- (0-ethoxycarbonyl) -oxime, benzil-
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acetale, z.B. dessen Dimethylacetal, sowie Geraische von Phenothiazinfarbstoffen (z.B. Methylenblau) oder Chinoxalinen (z.B. Metallsalze von 2-(m- oder p-Methoxyphenyl)-chinoxalin-61- oder -7'-sulfonsäuren) mit Elektronendonatoreii wie Natriumbenzolsulfinat oder einer anderen Sulfinsäure oder deren Salz, einem Arsin, einem Phosphin oder Thioharnstoff (Photoredoxsysterne), wobei man diese Initiatoren für ungesättigte Ester, insbesondere Acrylate und Methacrylate, und auch Acrylamide verwendet.acetals, e.g. its dimethyl acetal, and also Geraische of phenothiazine dyes (e.g. methylene blue) or quinoxalines (e.g. metal salts of 2- (m- or p-methoxyphenyl) -quinoxaline-6 1 - or -7'-sulfonic acids) with electron donors such as sodium benzene sulfinate or another Sulphinic acid or its salt, an arsine, a phosphine or thiourea (photoredox systems), these initiators being used for unsaturated esters, in particular acrylates and methacrylates, and also acrylamides.
Die Photosensibilisatoren schliessen 5-Nitroacenaphthen, 4-Nitroanilin, 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon, 3-Methyl-l,3-diaza-l,9-benzanthron sowie Bis-(dialkylamino)-benzophenone, insbesondere Michlers Keton, d.h. Bis-(p~ dimethylamino)-benzophenon, ein.The photosensitizers include 5-nitroacenaphthene, 4-nitroaniline, 2,4,7-trinitro-9-fluorenone, 3-methyl-1,3-diaza-1,9-benzanthrone as well as bis- (dialkylamino) -benzophenones, especially Michler's ketone, i.e. bis- (p ~ dimethylamino) benzophenone.
Im allgemeinen v/erden 0,1 bis 20%, und vorzugsweise 0,5 bis 15 Gevr.-%, Photopolymerisationskatalysator einverleibt, bezogen auf das Gewicht der photopolymerisierbareii Komponente.Generally 0.1 to 20%, and preferably 0.5 to 15 % by weight, of photopolymerization catalyst is incorporated, based on the weight of the photopolymerizable component.
Die Verstärkung kann in Form von gewobenen oder ungewobenen Bögen, gleichgerichteten Längen oder gehackten Strängen vorliegen und kann aus natürlichen oder synthetischen Fasern, insbesondere Glas, Bor, rostfreiem Stahl, Wolfram, Siliciumcarbid, Asbest, einem aromatischen Polyamid oder Kohlenstoff, bestehen. The reinforcement can be in the form of woven or unwoven sheets, straight lengths or chopped strands and can consist of natural or synthetic fibers, in particular glass, boron, stainless steel, tungsten, silicon carbide, asbestos, an aromatic polyamide or carbon.
Beim Photopolymerisationsvorgang verwendet man vorzugsweise aktinische Strahlung einer Wellenlänge von 200-600 nm. Als aktinische Strahlungsquellen eignen sich unterActinic radiation with a wavelength of 200-600 is preferably used in the photopolymerization process nm. Suitable actinic radiation sources are below
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anderem Kohlelichtbögen, Quecksilberdampflichtbogen, Leuchtröhren mit ultraviolettes Licht ausstrahlenden Leuchtstoffen, Argon- und Xenonglimmlampen, Wolframlampen und photograpliische Flutlampen. Darunter sind Quecksilberdampflichtbögen, insbesondere Höhensonnen, fluoreszierende Höhensonnen und Metallhalogenidlampen am testen geeignet. Die zur Belichtung der photopolymerisierbaren Komponente erforderliche Zeit wird von verschiedenen Faktoren abhängen, unter anderem beispielsweise der individuellen verwendeten Substanz, der Menge jener Substanz in der Verstärkung, der Art der Lichtquelle und ihrem Abstand vom imprägnierten Material. Der mit Photopolymerisationsmethoden vertraute Fachmann kann die geeigneten Zeiten leicht bestimmen, aber das so photopolymerisierte Produkt muss noch heisshärtbar sein. Die Bestrahlung erfolgt natürlich beiother charcoal arcs, mercury vapor arcs, fluorescent tubes with fluorescent materials emitting ultraviolet light, argon and xenon glow lamps, tungsten lamps and photographic flood lamps. Underneath are mercury vapor arcs, Sunbeams, fluorescent sunsets and metal halide lamps are particularly suitable for testing. The time required to expose the photopolymerizable component will depend on several factors, including, for example, the individual substance used, the amount of that substance in the reinforcement, the Type of light source and its distance from the impregnated material. The one familiar with photopolymerization methods A person skilled in the art can easily determine the appropriate times, but the product photopolymerized in this way must still be heat-curable be. The irradiation takes place naturally at
einer Temperatur unterhalb derjenigen, bei der weitgehende Heisshärtung eintreten würde.a temperature below that at which extensive hot curing would occur.
Man verwendet Phenol/Aldehyd-novolake zusammen mit einer unter Hitzeeinwirkung Formaldehyd abspaltenden Substanz, wie Paraform, jedoch üblicherweise Hexamethylentetramin, als Heisshärtungsmittel. Gewünschtenfalls kann man Resole mit einem latenten Säurekatalysator anwenden. Das Heisshärtungsmittel wird üblicherweise vor dem Imprägnieren der Verstärkung in der flüssigen Masse aufgelöst oder suspendiert. Die zur Heisshärtung erforderlichen Temperaturen sowie die Mengen an Formaldehydabspalter oder latentem Säurekatalysator lassen sich leicht durch SerienversuchePhenol / aldehyde novolaks are used together with a substance that releases formaldehyde under the action of heat, like Paraform, but usually hexamethylenetetramine, as a heat curing agent. Resole can be used if desired apply with a latent acid catalyst. The hot curing agent is usually before the impregnation of the Reinforcement dissolved or suspended in the liquid mass. The temperatures required for hot curing and the amounts of formaldehyde releasers or latent acid catalysts can easily be determined by series tests
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bestimmen und können ohne weiteres vom Fachmann aus den bereits bestehenden, die Heisshärtung von Phenolharzen betreffenden Kenntnissen hergeleitet werden.determine and can readily be determined by a person skilled in the art from those already existing relating to the hot-curing of phenolic resins Knowledge can be derived.
Die photopolymerisierbaren, heisshärtbaren Massen, einschliesslich eines beliebigen Heisshärtungsmittels für das Phenol/Aldehydharz und eines beliebigen Photopolymerisationskatalysators für die photopolymerisierbare Komponente, werden vorzugsweise so auf das Verstärkungsmaterial aufgebracht, dass der Prepreg 20 bis 80 Gew.-% der genannten Masse und entsprechend 80 bis 20 Gew.-% Verstärkung enthält. Besonders bevorzugt werden 30 bis 50 Gew,-?o der Masse und 70 bis 50 Gew.-% Verstärkung eingesetzt.The photopolymerizable, thermosetting compositions, including any thermosetting agent for the phenol / aldehyde resin and any photopolymerization catalyst for the photopolymerizable component, are preferably applied to the reinforcement material in such a way that the prepreg 20 to 80 wt .-% of the mass mentioned and accordingly contains 80 to 20% by weight reinforcement. 30 to 50% by weight of the mass and 70 are particularly preferred up to 50% by weight reinforcement is used.
Erfindungsgemäss hergestellte Produkte können inProducts produced according to the invention can be used in
Form von flachen Bögen oder Formkörpern vorliegen. Ist ein hohler Formkörper erforderlich, so ist es besonders bequem, ein endloses Kabel faserförmigen Verstärkungsmaterials zu imprägnieren und das Kabel unter gleichzeitiger Belichtung mit aktinischer Strahlung um einen Spulkörper zu wickeln. Derartige Wicklungen besitzen noch einen gewissen Grad an Biegsamkeit, was gestattet, den Spulkürper leichter zu entfernen, als es bei einer in einem Schritt gebil deten starren Wicklung möglich wäre. Gewünsentenfalls kann man die Wicklung zur Vervollständigung der Härtung erhitzen. In the form of flat sheets or shaped bodies. If a hollow molded body is required, it is special convenient to impregnate a continuous cable of fibrous reinforcing material and the cable under at the same time Exposure to actinic radiation to wind a bobbin. Such windings still have a certain Degree of flexibility which allows the winder to be removed more easily than one formed in one step the rigid winding would be possible. If necessary the winding can be heated to complete the hardening process.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Temperaturen sind Celsiusgrade, und die Teile sind Gewichts-teile soweit nicht anders angegebenen. Der Epoxidgehalt wirdThe following examples illustrate the invention. The temperatures are degrees Celsius and the parts are parts by weight unless otherwise stated. The epoxy content is
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durch Titration gegen Ο,ΐη-Perchlorsäurelösung in Eisessig in Gegenwart von überschüssigem Tetraüthylammoniumbrcmid bestimmt, v/obei man Kristallviolett als Indikator verwendet.by titration against Ο, ΐη-perchloric acid solution in glacial acetic acid determined in the presence of excess tetraethylammonium chloride, v / whether crystal violet is used as an indicator.
Sämtliche angegebenen interlaminaren Scherfestigkeiten stellen den Durchschnitt aus drei Ergebnissen dar und wurden nach der ASTM-Methode D 2344-72 bestimmt. "Harzbildender Gehalt" bedeutet den prozentualen Rückstand, welcher nach 3 Stunden Erhitzen einer 1 g-Probe des Materials in einer Schale von 5 cm Durchmesser im Trockenschrank bei Atmosphärendruck und 120° verbleibt.All stated interlaminar shear strengths represent the average of three results and were determined by ASTM method D 2344-72. "Resin-forming content" means the percent residue which is left after heating a 1 gram sample of the material for 3 hours remains in a dish of 5 cm diameter in the drying cabinet at atmospheric pressure and 120 °.
Man gibt Benzoin-n-butyläther (2 Teile) und Hexamethylentetramin (4 Teile) zu einem Gemisch aus 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol-bisacrylsäureester (50 Teile) und einem festen Phenol/Formaldehyd-novolakharz mit einem Molekulargewicht von 420 im Zahlenmittel und einem Phenol/Formaldehydmolverhältnis von 1:0,72 (50 Teile). Diese flüssige Masse wird zum Imprägnieren eines Glastuchs (Rechteckgewebe) verwendet. Man belichtet das imprägnierte Glastuch beidseitig 60 Sekunden mit einer 500 W-Mitteldruckquecksilberdampflampe im Abstand von 15 cm. Dabei verfestigt sich die Masse mit fortschreitender Photopolymerisation.Benzoin n-butyl ether (2 parts) and hexamethylenetetramine are added (4 parts) to a mixture of 2,2-dimethyl-1,3-propanediol bisacrylic acid ester (50 parts) and a solid phenol / formaldehyde novolak resin of molecular weight of 420 in number average and a phenol / formaldehyde molar ratio of 1: 0.72 (50 parts). This liquid mass becomes used to impregnate a glass cloth (rectangular fabric). The impregnated glass cloth is exposed on both sides for 60 seconds with a 500 W medium-pressure mercury vapor lamp at a distance of 15 cm. The mass solidifies as the photopolymerization progresses.
Darauf stellt man einen 6-fach-Glastuchschichtkörper dadurch her, dass man sechs 15 cm im Quadrat grosse Prepregstücke 1 Stunde bei 170° unter einem Druck von 2,1 MN/m verpres.yt. Dieser aus 25,4% Harz und 74,6% Glas bestehende Schichtkörper besitzt eine interlaminare Scherfestig-A 6-fold glass cloth laminate is placed on top by placing six 15 cm square pieces of prepreg for 1 hour at 170 ° under a pressure of 2.1 MN / m verpres.yt. This laminated body, consisting of 25.4% resin and 74.6% glass, has an interlaminar shear strength
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keit von 15,5 MN/m . Nach 2 Stunden Eintauchen des Schichtkörpers in siedendes Wasser beträgt seine interlami-speed of 15.5 MN / m. After immersing the Layered body in boiling water is its interlami-
nare Scherfestigkeit immer noch 8,6 MN/m .Nare shear strength still 8.6 MN / m.
Zunächst stellt man die photopolymerisierbare Komponente l,4-Bis-(3-methacryloxy-2-hydroxypropoxy)-butan in situ her. Dabei rührt man Methacrylsäure (3 137,3 g), Triäthylamin (21,1 g) und Hydrochinon (7,8 g) bei 120° und versetzt über 2 1/4 Stunden mit 4 000 g Butan-l,4-dioi-diglycidylfither (mit einem Epoxidgehalt von 9,12 val/kg), der 6,4 g Hydrochinon enthält. Das Gemisch wird dann bei 120° 3/4 Stunde weitergerührt, wonach sein Epoxidgehalt zu vernachlässigen ist.First, the photopolymerizable component 1,4-bis (3-methacryloxy-2-hydroxypropoxy) butane is placed in situ here. Methacrylic acid (3137.3 g), triethylamine (21.1 g) and hydroquinone (7.8 g) are stirred at 120 ° and added over 2 1/4 hours with 4,000 g butane-1,4-di-diglycidyl filter (with an epoxide content of 9.12 eq / kg), which contains 6.4 g of hydroquinone. The mixture is then at 120 ° further stirred for 3/4 hour, after which its epoxy content is negligible.
Man gibt Hexamethylentetramin (4 Teile) und Benzoinn-butyläther (2 Teile) zu einem 3:1-Gemisch (100 Teile) aus dem obigen Dimethacrylat und dem in Beispiel 1 verwendeten Phenol/Formaldehyd-novolakharz. Die flüssige Masse wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, zur Herstellung eines Prepregs verwendet, ausser dass man das imprägnierte Glastuch nur 5 Sekunden bestrahlt. Ein Sechsfachschichtkörper wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Dieser aus 32,996 Harz und 67,2% Glas bestehende Schichtkörper be-Hexamethylenetetramine (4 parts) and benzoin butyl ether (2 parts) are added to a 3: 1 mixture (100 parts) of the above dimethacrylate and the phenol / formaldehyde novolak resin used in Example 1. As described in Example 1, the liquid mass is used to produce a prepreg, except that the impregnated glass cloth is only irradiated for 5 seconds. A six-layer body is produced as described in Example 1. This laminated body, consisting of 32.996 resin and 67.2% glass,
sitzt eine interlaminare Scherfestigkeit von 19,5 MN/m .has an interlaminar shear strength of 19.5 MN / m.
Man beschichtet ein aus Poly-(p-phenylenterephthalamid)-fasern bestehendes Gewebetuch mit einer Masse aus 70 Teilen Phenol/Formaldehydresol, 30 Teilen l-Acryloxy-2-One coated from poly (p-phenylene terephthalamide) fibers existing tissue with a mass of 70 parts phenol / formaldehyde resol, 30 parts l-acryloxy-2-
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hydroxy-3-phenoxypropan (gernäss britischer Patentschrift Nr. 1 407 813 hergestellt) und 1 Teil Benzildimethylacetal. Der Harzbildnergehalt des Resole betragt 78tf und das Molverhältnis Phenol:Formaldehyd 1:1,6. Ein so erhaltener Prepreg wird 30 Sekunden mit einer Hochdruckmetallhalogenidquarzlampe bestrahlt. Ein guter Schichtkörper wird dadurch erhalten, dass man sechs 15 χ 15 cm Stücke dieses Prepregs bei 150 unter einem Druck von 2,1 MM/m verpresst, wobei man nach jeweils 2 und 4 Minuten den Druck aufhebt,. um flüchtige Stoffe entweichen zu lassen.hydroxy-3-phenoxypropane (according to British patent specification No. 1 407 813) and 1 part benzil dimethylacetal. The resin former content of the resol is 78tf and the molar ratio Phenol: formaldehyde 1: 1.6. A prepreg thus obtained is exposed to a high pressure metal halide quartz lamp for 30 seconds irradiated. A good laminate is obtained by taking six 15 × 15 cm pieces of this prepreg pressed at 150 under a pressure of 2.1 MM / m, releasing the pressure after every 2 and 4 minutes. to allow volatile substances to escape.
Vie in Beispiel 3 beschrieben, erzeugt man unter Verwendung gleichgerichteter Kohlenstoffasern anstelle der Polyamidfasern und mit einminutiger Bestrahlung einenAs described in Example 3, using unidirectional carbon fibers instead of Polyamide fibers and with one-minute irradiation one
ι.ι.
guten Sechsfachschichtkerper.good six-shift corps.
Ein Polyoxyathylendisorbinsaureester wird wie folgt hergestellt:A polyoxyethylene disorbic acid ester is prepared as follows:
Man versetzt ein gerührtes Gemisch aus 100 g PoIyoxyäthylenglykol vom Durchschnittemolekulargewicht 200, 110 g Triethylamin und 50 ml Toluol bei Raumtemperatur im Verlauf von 30 Minuten mit 130,5 g Sorblneiureohlorid. Man rührt 1 Stunde bei 80°, kühlt auf Raumtemperatur, filtriert anschlieesend und destilliert da· Lesungemittel bei vermindertem Druck ab, wobei der gewAnsohte Dieorbineaureester hinterbleibt· A stirred mixture of 100 g of polyoxyethylene glycol with an average molecular weight of 200, 110 g of triethylamine and 50 ml of toluene is added at room temperature in the course of 30 minutes with 130.5 g of Sorblneiureohlorid. The mixture is stirred for 1 hour at 80 °, cooled to room temperature, then filtered and the reading medium is distilled off at reduced pressure, leaving the usual Dieorbineaure ester behind.
Man erzeugt einen Kohlen*toffaeerprepreg, wobei man One produces a carbon * toffaeerprepreg, whereby one
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die Fasern mit einer Masse aus 30 Teilen des Disorbinsäureesters, 70 Teilen des in Beispiel 1 verwendeten Phenol/Formaldehydnovolaks, 4 Teilen Hexamethylentetramin und 1 Teil Michlers Keton beschichtet. "©er Prepreg wird beidseitig 15 Minuten mit einer 400 W Hochdruckmetallhalogenidquarzlichtbogenlampe bestrahlt und durch 1 Stunde Verpressen bei 170° unter einem Druck von 2,1 MN/m ein Sechsfachschichtkörper erzeugt.the fibers with a mass of 30 parts of the disorbic acid ester, 70 parts of the phenol / formaldehyde novolak used in Example 1, 4 parts of hexamethylenetetramine and 1 part of Michler's ketone coated. "The prepreg is double-sided Irradiated for 15 minutes with a 400 W high-pressure metal halide quartz arc lamp and pressed for 1 hour 170 ° under a pressure of 2.1 MN / m a six-layer body generated.
In gleicher Weise, wie in Beispiel 5 beschrieben, erzeugt man unter Verwendung von Poly-(p-phenylenterephthalamid)-fasern einen Sechsfachschichtkörper. Anstelle solcher Fasern könnte man dabei ebenso Poly-(m-phenylen-isophthalamid)-fasern einsetzen.In the same way as described in Example 5, poly (p-phenylene terephthalamide) fibers are used a six-layer body. Instead of such fibers, one could also use poly (m-phenylene-isophthalamide) fibers insert.
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Claims (15)
worin die R je für ein Halogenatom, eine Alkyl-, Cycloalkyl-, Alkenyl-, Cycloalkenyl-, Alkoxy-, Cycloalkoxy-, Alkenoxy-, Cycloalkenoxy-, Carbalkoxy-, Carbocycloalkoxy-, Carbalkenoxy- oder Carbocycioalkenoxygruppe, wobei solche organischen Gruppen 1 bis 9 Kohlenstoffatom enthalten, oder für eine Nitrogruppe oder eine Carboxyl-, Sulfonsäure- oder Phosphonsäuregruppe in Salzform stehen, a die oben angegebene Bedeutung hat, R eine Valenzbindung oder ein Wasserstoffatom darstellt, Y eine Kohlenstoffatomkette, die in sich eine Gruppierung der Formel5
wherein the R each for a halogen atom, an alkyl, cycloalkyl, alkenyl, cycloalkenyl, alkoxy, cycloalkoxy, alkenoxy, cycloalkenoxy, carbalkoxy, carbocycloalkoxy, carbalkenoxy or carbocycioalkenoxy group, such organic groups 1 to 9 carbon atoms, or represent a nitro group or a carboxyl, sulfonic acid or phosphonic acid group in salt form, a has the meaning given above, R represents a valence bond or a hydrogen atom, Y represents a carbon atom chain which is a grouping of the formula
wobei R und R unabhängig voneinander für ein Wasserstoffatom oder eine Alkyl- oder Arylgruppe stehen oder R und R gemeinsam eine Polymethylenkette mit 2 bis 4 MethylengruppenVR
where R and R independently of one another represent a hydrogen atom or an alkyl or aryl group or R and R together are a polymethylene chain with 2 to 4 methylene groups
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