DE3312417A1

DE3312417A1 - Verfahren zum herstellen eines kunststofflaminats hoher schlagfestigkeit

Info

Publication number: DE3312417A1
Application number: DE19833312417
Authority: DE
Inventors: Antonio Gomez Fernandez; Jesus Madrid Perez Rivero
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1983-04-06
Publication date: 1983-10-13
Also published as: ES511212A0; FR2524375A1; ES8304842A1

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kunststofflaminats hoher

Schlagfestigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststofflaminaten hoher Schlagfestigkeit, auf der Basis von glasfaserverstärkten Polyesterepoxiharzen.

Steigend ist der Bedarf auf dem Markt an Kunststofflaminaten, die den meisten Metallen überlegen sein sollen hinsichtlich Schlagfestigkeit als auch hinsichtlich anderer physikalischer oder chemischer Eigenschaften, um das Kunststofflaminat auf den verschiedensten Verwendungsgebieten einsetzen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststofflaminat der obengenannten Art anzugeben, das über günstigste physikalische, mechanische oder elektrische Eigenschaften verfügt und darüber hinaus eine günstige Beständigkeit gegen chemische Einflüsse und Witterungsunbilden hat und ein günstiges Verhalten gegenüber der elektrolytischen Korrosion und anderen Arten der Korrosion zeitigt, und dies bei einem mäßigen Herstellungspreis, um wirtschaftlich vorteilhaft gegenüber Materialien anderer Art zu sein.

Das Verfahren zum Herstellen eines Kunststofflaminats hoher Schlagfestigkeit zeichnet sich dadurch aus, daß

a) ein textiles Material oder eine Glasfasermatte, die vorher mit einem Polyester-Epoxiharz imprägniert wurden, laminiert werden;

b) das resultierende Laminat der Polymerisation in Anwesenheit eines Polymerisationsbeschleunigers und

-4-

eines Katalysators, die vorher in der Laminierungsphase zugegeben wurden, ausgesetzt wird und c) das polymerisierte Laminat aushärten gelassen wird.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Kunststofflaminate zeitigen eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Materialien. Diese lassen sich wie folgt zusammenfassen:

a) ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, leicht und vielfältig an die Bedürfnisse anpaßbar;

b) spezifische Festigkeit, die besser als fast bei sämtlichen Metallen und den meisten Baumaterialien ist;

c) große Möglichkeiten hinsichtlich Entwurf und Gestaltung, die es ermöglichen, es bei jeglicher Art von Formgebung, so komplex wie diese auch sein mag, einzusetzen;

d) erhöhte Beständigkeit gegen chemische Einflüsse und Wetterunbilden und nichtangreifbar durch Hausschwamm, Schimmel, Rost, Grünspan und Mikroorganismen im allgemeinen;

e) ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, die auch durch eine gute Abmessungsstabilität sich zeigen, niedriges Wasserabsorptionsvermögen (0,2%) und erhöhte Beständigkeit gegen hohe Temperaturen; und

f) Möglichkeit, Farbe direkt der Masse einzuverleiben - hierdurch keinerlei Wartung erforderlich - und leichte und einfache Reparaturen.

Es lassen sich also mit den nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Kunststofflaminaten Verhältnisse von Festigkeit/Gewicht erreichen, die wesentlich günstiger als die bei Stahl, Aluminium und vielen anderen Metallen und Speziallegierungen sind, wobei Zugfestigkeiten bzw. Grenzwerte der Zugfestigkeit in der Größenordnung von 15.000 bis 20.000 kg/cm² erreichen lassen, was den Anforderungen auf verschiedenen Gebieten wie der Technologie auf dem

D O « β * · β · · β * β

ι * λ η β β «»««·■« β

5 D P O * ft β SO·

«β 09 ·· A Pn « ·

33124Τ7

Gebiet der Luftfahrt entspricht. Diese wichtigen Charakteristiken bringen die Möglichkeit mit sich, Stahl in vielen Anwendungsfällen bei einer Gewichtsersparnis von 30, 50 und sogar 80% mit all den Vorteilen, die dies mit sich bringt, zu ersetzen.

Eines der wesentlichsten Merkmale des erfindungsgemäß erhaltenen Kunststofflaminats ist zweifellos seine außerordentliche Fähigkeit der Energieabsorbierung, insbesondere bei Laminaten, die mit einem erhöhten Anteil von Glasfasern hergestellt wurden, was eine Eigenschaft ist, die es leicht ermöglicht, hinsichtlich der Schlagfestigkeit besser als fast alle Metalle zu sein. Innerhalb der Bruchgrenzen verhalten sich die verstärkten Kunststoffe nämlich wie vollkommen elastische Materialien, ohne irgendeine Art Dauerverformung zu zeitigen, d.h. daß sie praktisch absolut dem Hook'sehen Gesetz folgen, wonach "die Verformungen proportional den Beanspruchungen sind und, wenn diese aufhören, auch die Verformungen verschwinden."

Diese Tatsache (Hook'sches Gesetz) ist vor allen Dingen wichtig, obschon es möglich wird, daß die verstärkten Kunststoffe ohne irgendeinen Schaden Schläge und Prallkräfte aushalten können, beispielsweise Schläge oder Einschläge, die von Geschossen verschiedener Kaliber stammen, die aus Feuerwaffen abgefeuert wurden und die in der Lage sind, Löcher, Beschädigungen oder,korrekter gesagt, Verformungen oder Dauerbeschädigungen einschließlich Beulen an Aluminium und Stahl hervorzurufen.

Um die Wirksamkeit des erfindungsgemäß erhaltenen Kunststoff laminats besser darstellen zu können, kann man sagen, daß dieses Laminat mit einer Dicke von 7-8 mm und einem Gewicht von 10-11 kg/m² aushalten und absorbieren kann ^

—ο —

die Energie eines Schlags oder Einschlags, der von einem 9 mm Projektil Parabellum und 357 Magnum erzeugt wurde, und dies bei einem Abstand von weniger als 5 Metern.

Logischerweise ist die Schlagfestigkeit nicht nur eine Funktion des Verhältnisses Glas-Harz im Laminat, sondern auch von der Art des Harzes selbst, der Anordnung und den Merkmalen der Verstärkung, des Formgebungsverfahrens und des Härtungsverfahrens sowie des "modus operandi" bei der Formgebung. Auch kann die Dicke des Kunststofflaminats nach der Erfindung als Funktion des nachgesuchten Ziels variieren.

Die von den Kunststofflaminaten gezeigten überraschenden Ergebnisse wurden nach dem beschriebenen Verfahren erhalten, wobei als Basis das Konzept genommen wurde, daß der Elastizitätsmodul des Glases mit abnehmendem Gehalt an Siliciumdioxid zunimmt, wobei schwere Alkalimetalle oder Erdalkalioxide,bei denen ausgewählte Oxide zum Vergüten und Glühen zugegeben werden, eliminiert werden.

Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung der genannten Kunststofflaminate ist also die Tatsache, daß ein spezifisches in der Wärme härtendes Polyesterepoxiharz in Anwesenheit einer Glasfaserverstärkung und von Polymerisationsadditiven polymerisiert wird.

Das beim Verfahren nach der Erfindung verwendete Polyesterepoxiharz liegt in flüssiger Form vor, wodurch es möglich wird, die Glasfasern leicht zu imprägnieren, wodurch die Polymerisation durch chemische Reaktion herbeigeführt wird und so die Formgebung des Produktes in jede beliebige Oberflächengestalt erleichtert wird. Die Polymerisation

erfolgt in Anwesenheit eines Polymerisationsbeschleunigers und eines Katalysators. Als Polymerisationsbeschleuniger wird vorzugsweise Cobaltoctoat und als Katalysator Methyläthyl-Ketonperoxid in Betracht gezogen.

Beim Verfahren nach der Erfindung lassen sich übliche und den Fachleuten bekannte Additive in dieses Material einarbeiten, wie Stabilisierungsadditive und UV-Strahlen absorbierende Mittel wie beispielsweise Benzophenon, um den photochemischen Abbau des Polymers zu vermeiden oder auch Additive, welche die UV-Strahlen absorbieren und sie in Form von Wärme abführen; Feuerschutzmittel wie beispielsweise Äntimontrioxid, chlorierte Paraffine und Trikresylphosphat u.a.; sowie Ausrüstmittel wie Aminopropyltriäthoxisilan und Komplexe von Chrommethacrylat, welche wesentlich sind, um die starke Vereinigung von Harz/ Glas sicherzustellen, wobei man solche Vereinigungen erreicht, wenn die Energie ihrer Adhäsion an die Oberfläche der Glasfasern ausreichend ist, um ein Verschieben oder Lösen bei Zug, Biegung oder Kompression zu vermeiden. Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist es ganz besonders wichtig, eine korrekte Polymerisation des Harzes herbeizuführen, wobei eine große Wichtigkeit auf die Wahl des zweckmäßigen Beschleunigers für den entsprechenden Katalysator, der bei Umgebungstemperatur zur Wirkung kommt, und zwar nicht nur hinsichtlich seiner Effektivität und der Farbe des erzielten Laminats, sondern auch hinsichtlich der zu seiner Anwendung verfügbaren Zeit, der Dauer der Härtung und den Eigenschaften des Endprodukts, zu legen ist.

Wie vorher bereits angegeben, wird als Polymerisationsbeschleuniger bevorzugt Cobaltoctoat in einer Konzentration von etwa 12% benutzt, obgleich er weniger Verfärbung bei seiner Reaktion als Cobaltnaphthenat erzeugt, und dies

• » V *

immer und nur dann, wenn es sich beim gewählten Katalysator um den vorher bevorzugt genannten, d.h. Methyläthyl-Ketonperoxid handelt.

Die Zeiten zur Gelbildung und Härtung werden gesteuert, indem man als Beschleunigungsmittel ein tertiäres Amin zugibt, wie Dinethylanilin oder Diethylanilin.

Der Katalysator, Methyläthyl-Ketonperoxid, bildet die Quelle zur Erzeugung freier Radikaler zum Auslösen der Polymerisationsreaktion und stellt eine Steuerung .nicht nur hinsichtlich der relativen Löslichkeit bei verschiedenen Rezepturen dar (Zarsetzungsgeschwindigkeiten, Härtungszeit, Gelbildungszeit, Zeiten, die bei der Reaktion vergehen etc.), sondern auch hinsichtlich des Au.sseb.ens und physikalischer Eigenschaften des erzeugten Laminats.

Zweckmäßig verwendet man das Methyläthyl-Ketonperoxid in 60%iger Dimethylphthalatlösung, um das Polyesterepoxiharz in Anwesenheit eines Verdünnungsmittels wie Dialylphthalat, Ethylacetat oder Isobutylacetat zu vernetzen, wobei das Diallylphthalat zu besseren Eigenschaften führt, wenn es in die Vernetzungsreaktion eintritt, wobei in großem Maße die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des hergestellten Laminats verbessert werden. Die Verwendung von Aceton ist nicht anzuraten, da dieses die Neigung hat, schlagempfindliche Peroxide zu bilden.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne es zu begrenzen.

Beispiel

Auf die Oberfläche einer Form, die mit einer entsprechenden Schicht an Entformungsmitteln versehen ist, wird

— Q —

ein vorher mit Beschleunigungsmitteln und Katalysator behandeltes Gelcoat aufgebracht. Nach dessen Polymerisation wird eine Schicht Polyesterepoxiharz in Anwesenheit des Beschleunigungsmittels und Katalysators aufgebracht, um dieses Harz zu polymerisieren. Auf das polymerisierte Harz wird eine Oberflächenmatte (Vlies) geringen Gewichtes aufgebracht, die voll mit Harz getränkt ist und, nachdem sie einmal polymerisiert ist, werden in der gleichen Art 12 Gewebe oder Textildecken aus Glasfasern gegebenenfalls und den Bedürfnissen entsprechend aufgebracht. Nach Beendigung der Laminierung und nach dem Polymerisieren wird an dem Produkt bei Umgebungstemperatur eine Nachbehandlung der Platte oder des Bauteils in einem Ofen bei einer Temperatur von 40 bis 50⁰C während eines Zeitraums von einer Stunde vorgenommen. Es ergibt sich ein Kunststofflaminat mit den oben angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung wurde nur anhand eines einzigen Beispiels erläutert. Abänderungen und Änderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Claims

Antonio GOMEZ FERNANDEZ, Corregidor Juan Francisco de Lugan 8, Madrid / Spanien

und
Jesus PEREZ RIVERO, Brescia 1, Madrid / Spanien

Verfahren zum Herstellen eines Kunststofflaminats hoher

Schlagfestigkeit

■ Patentansprüche

MJ Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff laminats hoher Schlagfestigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß

a) ein textiles Material oder eine Glasfasermatte, die vorher mit einem Polyester-Epoxiharz imprägniert wurden, laminiert werden;

b) das resultierende Laminat der Polymerisation in Anwesenheit eines Polymerisationsbeschleunigers und

D-BOOO München 86, Siebertstraße 4 · POB 860 720 · Kabel: Muebobat · Telefon (089) 4740 05 Telecopier Infotec 6400 B - (089) 4740 08 · Telex 5-24285

_ 2 —

eines Katalysators, die vorher in der Laminierungsphase zugegeben wurden, ausgesetzt wird und c) das polymerisiert^ Laminat aushärten gelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisationsbeschleuniger Cobaltoctoat verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisationsbeschleuniger Methyläthyl-Ketonperoxid verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten bei einer Temperatur zwischen 40 und 50⁰C innerhalb eines Zeitraums von etwa einer Stunde durchgeführt wird.