DE3331611A1 - Hitzebestaendiger schichtstoff - Google Patents

Hitzebestaendiger schichtstoff

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DE3331611A1
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layers
resin
laminate according
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DE19833331611
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Ian Milnrow Rochdale Eddleston
Philip Bacup Laflin
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T&N Materials Research Ltd
Original Assignee
T&N Materials Research Ltd
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Description

• ·
-ΒΙΟ Die vorliegende Erfindung betrifft einen hitzebeständigen Schichtstoff.
Eine im großen Umfange verwendete Form eines hitzebeständigen Schichtstoffs oder Laminats wird aus einem Filz aus Asbestfasern hergestellt, wobei unter Filz eine Matte aus regellos verschlungenen Fasern oder Fäden verstanden wird. Dieser bekannte Schichtstoff wird dadurch hergestellt, daß der Asbest-Filz mit einem thermisch härtbaren Harz (insbesondere einem thermisch härtbaren Phenol-Formaldehyd-Harz) imprägniert wird und eine Vielzahl von aufeinandergelegten Blättern oder Schichten des imprägnierten Filzes unter Druck erhitzt werden, wobei ein Schichtstoff gebildet wird, in dem die Asbestfasern durch das gehärtete Harz aneinander gebunden sind.
Aufgrund der in jüngerer Zeit gegen die Verwendung von
Asbestfasern laut gewordenen medizinischen Bedenken besteht ein Bedarf nach Schichtstoffen, die derartigen Schichtstoffen auf Asbestbasis gleichkommen und diese gO ersetzen können, ohne wesentlich teurer zu sein.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen Schichtstoff zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Schichtstoff gemäß den Pa« tentansprüchen gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein hitzebeständiger Schichtstoff geschaffen, der nicht auf Asbestfasern basiert, jedoch trotzdem eine vergleichbare Isolierfähig·* keit aufweist und eine vergleichbare Beständigkeit gegen eine Erosion durch heiße Gase von hohen Geschwindigkeiten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schichtstoffes liegt darin, daß keine relativ teuren Verstärkungsfasern wie beispielsweise Kohlenstoffasern oder Fasern aus Bornitrid oder reinem Siliciumdioxid benötigt werden.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffene hitzebeständige Schichtstoff weist Schichten aus einem Glasfaser-
filz auf, die eine oder mehrere Schichten eines Bastfaserfilzes einschließen (beidseitig bedecken), wobei die Schichten durch ein thermisch härtbares Harz miteinander verbunden sind, das unter Druck thermisch gehärtet wurde.
Die Glasfasern, aus denen der Glasfaserfilz hergestellt • ist, können aus Kalk-Natron-Glas, niederalkalischem Borsilicat-Glas, gemischtem Alkali-Alumoborsilicat-Glas oder Magnesium-Alumosilikat-Glas bestehen, oder sie können Fasern aus geblasenen Mineralwollen sein, die aus geschmolzenen metallhaltigen Schlacken oder geschmolzenem Gestein wie beispielsweise Basalt hergestellt wurden.
Der Glasfaserfilz kann ein Filz sein, der aus einem Bett aus einem regellos abgelegten kontinuierlichen Faden erhalten wurde, oder ein Filz, der durch regelloses Aufbringen von kurzgeschnittenen kontinuierlichen Fäden oder
gO geblasenen Fasern erhalten wurde. Das Faserbett kann zur Verbesserung sein Handhabung bei seiner Bildung oder kurz danach mit bis zu etwa 5 Gew.-% eines organischen Bindemittels wie beispielsweise einem Phenol-Formaldehyd-Harz, einer wäßrigen Lösung von Natriumcarboxy-
gc methylcellulose, einer wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol oder einer wäßrigen Lösung natürlicher Gummis und
Stärken gebunden sein. Alternativ dazu kann auch ein Filz verwendet werden, der durch einfaches mechanisches Binden wie Nadelfilzen hergestellt wurde, gegebenenfalls unter Verwendung eines verstärkenden Textil-Gitterstoffes, um ihm eine ausreichende Festigkeit zu verleihen, damit er die anschließend durchgeführten Tauch-, Streich- und Vorhärtarbeitsgänge aushält.
Vorzugsweise besteht der Glasfaserfilz aus einem E-Glas-Multifilament ("Strang"), insbesondere in Form eines Nadelfilzes.
Die Bastfasern (d.h. Cellulosefasern, die aus der inneren Rinde oder den Blättern von Pflanzen erhalten wurden), aus denen der Bastfaserfilz hergestellt ist, können aus Jute, Sisal, Hanf, Flachs, Bananenblättern, Kokosnuß, Kokosbast oder Mischungen davon sein.
Der Bastfaserfilz kann einer sein, der durch Cardieren, Garnettkrempeln oder Luftablagerung der Bastfasern hergestellt wurde, und durch ihr Binden bei der Herstellung oder kurz danach mit einer geringen Menge eines organischen Bindemittels, oder es kann ein Filz sein, der auf einfache mechanische Weise wie beispielsweise Nadelfilzen hergestellt wurde. Ein aus Abfalljute hergestelltes Nadelfilzgewebe, das im Handel als billige Teppichunterlage erhältlich ist, ist für die erfindungsgemäße Verwendung sehr gut geeignet.
Das bei dem erfindungsgemäßen Schichtstoff als Bindemittel verwendete thermisch härtbare Harz ist geeigneterweise ein Phenol-Formaldehyd-Harz, das sich vom reinen Phenol oder einem substituierten Phenol wie beispielsweise einem Kresol ableiten kann, oder ein Harz, das durch Umsetzung von Formaldehyd mit einem Phenol-Aralkyl-Harz (ein Aralkyl-Harz ist dabei eins, bei dem die phenolischen Kerne
über Aralkylreste des Typs - CH2 - Arylen - CH„ - miteinander verknüpft sind) erhalten wurde, ein Epoxyharz oder ein Furanharz. Bevorzugte Harze sind Resole, d.h. solche Harze, die durch Kondensation eines Phenols mit einem Überschuß (einem Anteil von mehr als einem Mol-Äquivalent) an Formaldehyd unter alkalischen Bedingungen erhalten Würden.
Das gehärtete Harz bildet geeigneterweise 30 bis 60 Gew.-% (als trockene Feststoffe berechnet) des hitzebeständigen Schichtstoff-Produkts.
Um den erfindungsgemäßen Schichtstoff herzustellen, wird ein geordneter Stapel von mit einem thermisch härtbaren Harz imprägnierten Schichten aus Glasfaserfilz und Bastfaserfilz aufgeschichtet, und der Stapel wird bei 1 bis 15 MPa Druck und 130 bis 18O0C für eine geeignete Zeit (normalerweise 15 bis 60 Min.) gepreßt, um das Harz vollständig zu härten. Die einfachste Anordnung des Stapels ist G-B-G (wobei G für Glasfaserfilz und B für Bastfaserfilz stehen), es können jedoch auch komplexere Anordnungen von 5 Schichten (beispielsweise G-B-G-B-G) oder mehr Schichten verwendet werden, wenn das gewünscht ist.
Um die Hitzebeständigkeitseigenschaften des Schichtstoffs festzustellen, wurde das folgende Testverfahren verwendet, das eine modifizierte Version (insbesondere zur Verminderung des Gasverbrauchs vereinfachte Version) der Abschirm-Prozedur ist, wie sie in ASTM E-285-70 beschrieben ist.
Die verwendete Vorrichtung enthielt einen BOC Sapphire DH-Oxyacetylen-Schweißbrenner, bei dem Acetylen mit einem Druck von 34 kPa und Sauerstoff mit einem Druck von 6 9 kPa durch eine leichte gestauchte Düse der Größe 25 strömen, die fest unter einem Ende einer Absaughaube so eingespannt ist, daß die Flamme in waagerechter Richtung aus-
-7-
tritt, sowie einen Probenhalter, der geeignet ist, die senkrechten Kanten einer quadratischen Probe von 120 mm χ 120 mm festzuhalten, der senkrecht auf einem Wagen montiert ist, der auf einer Schiene bewegbar ist. Die Probe ist dabei so montiert, daß die Flamme zentral und senkrecht zu der Probe einfällt, wobei die Brennerspitze einen Abstand von 14,5 mm von der Probenoberfläche entfernt ist. Ein an eine Kupferscheibe von etwa 6 mm Durchmesser hartgelötetes Chrome1-Alumel-Thermoelement wird in Verbindung mit einem Schreibgerät dazu verwendet, die Temperatur an der Rückseite der Probe zu messen und wird durch einen federbeaufschlagten keramischen Anschlag zentral an der Probe gehalten.
Die Dicke im Zentrum aller untersuchten Proben wird gemessen und festgehalten (die Proben sollten Abmessungen von 4 bis 5 mm Dicke χ 120 χ 120 mm aufweisen).
Eine Probe des zu untersuchenden Materials wird fest in dem Halter eingespannt, und das Thermoelement wird zentral auf der Rückseite der Probe angeordnet. Der Wagen Wird dann soweit wie die Länge des Gleises gestattet, von dem Schweißbrenner entfernt, und der Brenner wird gezündet. Vor die Abzugshaube wird ein Sicherheitsschirm aufgestellt. Der Wagen wird schnell bis in seine Stoppposition bewegt, und die Schreibvorrichtung und eine Stoppuhr werden genau in dem Moment in Betrieb gesetzt, in dem die Probe ihre Stellung erreicht hat. Damit es möglich ist, das Durchbrennen zu beobachten, und um außerdem eine Zerstörung des Thermoelements zu vermeiden, wird das Thermoelement abgezogen, sobald die Temperatur auf der Rückseite der Probe steil anzusteigen beginnt. Sowohl derSchreiber als auch die Stoppuhr werden angehalten, und die Probe wird sofort dann von der Flamme entfernt, wenn ein Durchbrennen zu sehen ist. Die Zeit bis zum Durchbrennen wird festgehalten, und es werden der entsprechende
-8-χ Isolationsindex und die Erosionsgeschwindigkeit berechnet.
Die Berechnung dieser Werte erfolgt wie folgt:
(a) Isolationsindex
Der Isolationsindex für jede Probe wird bei der Temperatur T dadurch berechnet, daß man die Zeit, die zum Er- Q reichen einer rückseitigen Temperatur von T erforderlich ist, durch die ursprüngliche Dicke der Probe teilt. Formelmäßig ausgedrückt:
1T =
worin: " I = der Isolationsindex (sec/mm) bei der
Temperatur T t = die Zeit (in Sekunden), die erforderlich
ist, bis die Rückseite die Temperatur T erreicht d = . die Dicke der Probe (mm),
(b) Erosionsgeschwindigkeit
Die Erosionsgeschwindigkeit wird für jede Probe dadurch berechnet, daß man die ursprüngliche Dicke der Probe durch die Zeit bis zum Durchbrennen teilt.
E = d t
BT
worin: E = Erosionsgeschwindigkeit ^m(sec) d = die Dicke der Probe (μ,πι)
• ♦ *«
-9-
t = die Zeit bis zum Durchbrennen (sec).
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
5
Beispiele
Ein handelsübliches mit einem Gittergewebe verstärktes Nadelfilz-Glasfasergewebe aus einem kurz geschnittenen E-Glasstrang (Gewebegewicht 600 g/ma) von der Art, wie es bei der Wandungskonstruktion, beim Automobilbau und Bootbau verwendet wird, wurde in Blätter zerschnitten, die 200 mm χ 200 mm messen, und die Blätter wurden in eine wäßrige Lösung eines handelsüblichen Phenol-Formaldehyd-Resols mit den folgenden Eigenschaften eingetaucht:
Peststoffgehalt: 45 Gew.-%
spezifische Dichte: 1,14 bei 25 0C
Viskosität: 0,025 Pa.s (25 cSt) bei 25 0C
PH 8,6
Gelierzeit 7 bis 11 Minuten bei 130 0C.
Auf ähnliche Weise wurden Blätter von 200 mm χ 20 0 mm aus einem handelsüblichen mit einem Gittergewebe verstärkten Nadelfilzgewebe aus Abfalljute (Gewicht 680 g/m2), wie es als Teppichunterlage für den Haushalt verwendet wird, mit dem Phenol-Formaldehyd-Harz imprägniert.
Die beiden Typen der imprägnieren Blätter wurden zwischen Walzen ausgepreßt, so daß in den imprägnierten Blättern . ein Gehalt von 65 Gew.-% an Harzlösung zurückblieb. Die Blätter wurden dann getrocknet und in einem Ofen mit Luftzirkulation erhitzt (1000C für 20 Min.), um das Harz teilzuhärten und seine Klebrigkeit zu vermindern, damit eine einfache Handhabung möglich wird.
-ιοί A. Sieben der wie beschrieben imprägnierten Blätter (4 Blätter auf Glasfaserbasis, 3 Blätter auf Bastfaserbasis) wurden dann in der Anordnung G-B-G-B-G-B-G aufeinander gestapelt, wobei eine sieben-schichtige Struktür erhalten wurde, und der Stapel wurde in einer üblichen Presse zwischen den Preßtiegeln mit einem Abstand von 4 mm bei einer Temperatur von 1500C preßgehärtet. Dabei wurde ein Druck von 7,6 MPa angewandt, und die Preßzeit betrug 30 Minuten. Der erhaltene steife Schichtstoff, der in keiner Weise verzogen war, enthielt etwa 40 Gew.-% seines Gesamtgewichts an ausgehärtetem Harz. Er wies eine Zugfestigkeit von 53 MPa, einen Zugmodul von 11,9 GPa, eine Druckfestigkeit von 174 MPa und eine Izod-Schlagfestigkeit von 427 J/m auf. Seine Dichte betrug 1,55 g/cm3.
B. In ähnlicher Weise wurde ein drei-schichtiger steifer unverzogener Schichtstoff aus 7 imprägnierten Blättern hergestellt, die in der Reihenfolge G-G-B-B-B-G-G aufeinander gestapelt wurden. Dieser Schichtstoff wies eine Zugfestigkeit von 99 MPa, einen Zugmodul von 15,9 GPa, eine Druckfestigkeit von 246 MPa und eine Izod-Schlagfestigkeit von 381 J/m auf.Seine Dichte betrug 1,55 g/cm3.
Aus den gemäß A und B hergestellten Schichtstoffen wurden Proben von 120 χ 120 χ 4 mm geschnitten und dem weiter oben beschriebenen Testverfahren unterworfen, und aus den erhaltenen Ergebnissen wurden in der beschriebenen Weise der Isolationsindex und die Erosionsgeschwindigkeit berechnet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt, in der sie mit den entsprechenden Werten verglichen wurden, die mit 120 χ 120 χ 4 mm Proben der folgenden Materialien erhalten wurden:
-11-
1. Ein handelsüblicher Schichtstoff auf Asbest-/Phenol-Formaldehyd-Harz-Basis (vertrieben unter dem Warenzeichen DURESTOS RA 1) .
2. Ein Schichtstoff, der aus 7 mit Phenol-Formaldehyd-Harz imprägnierten Blättern des Glasfaser-Nadelfilz-Gewebes allein hergestellt wurde.
3. Ein Schichtstoff, der aus 7 mit Phenol-Formaldehyd-Harz imprägnierten Blättern des Jute-Nadelfilzgewebes allein hergestellt wurde.
Aus der Tabelle ergibt sich, daß die Erosionsgeschwindigkeit des gemäß B hergestellten Schichtstoffes etwas besser ist als die des Schichtstoffes, der gemäß A hergestellt worden war. Beide Schichtstoffe sind im Hinblick, auf ihre nützlichen Eigenschaften mit dem bekannten Schichtstoff auf Asbest-Basis vergleichbar, und beide Schichtstoffe sind überraschend besser als die Schichtstoffe, die aus Filzen eines Typs allein hergestellt wurden (d.h.
entweder nur aus dem Glasfaserfilz oder nur aus dem Bastfilz) .
-12-
Material
Asbest-Phenolharz
Beispiel A Beispiel B
Isolationsindex (sec/mm) bei j Erosions-!
600C
4.5 800G
5.5
10O0C
6. 6
180" C
11.0
Durch- j y
brennet
—I creschw.
15.5
5.4 6.1 6.9 9.4 15.0
7.2 8.7
Glasfilz/ Phenolharz
Jute
Phenolharz 9·. 7
12.5
17.0
5.5 ! 6.1
6.5 6.9
6. 7
7.2
3.1 j 11.0
7.1
132

Claims (1)

  1. Patentanwälte · EuropeaniPaien^Attorneys * :,.'\.'>
    Dr, Müller-ΒθΓδ und Partner · POB 260247 · D -8000 München 26
    Dr. W. Müller-Bore t
    Dr. Paul Deufel
    Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtsch.-Ing.
    Dr. Alfred Schön
    Dipl.-Chem.
    Werner Hertel
    Dipl.-Phys.
    Dietrich Lewald
    Dipl.-Ing.
    Dr.-Ing. Dieter Otto
    Dipl.-Ing.
    D/AS/sc
    T 1565
    T & N Materials Research Limited
    Hitzebeständiger Schichtstoff
    Patentansprüche
    1. Hitzebeständiger Schichtstoff, dadurch gekennzeichnet , daß er Schichten aus einem Glasfaserfilz aufweist, die eine oder mehrere Schichten eines Bastfaserfilzes einschließen, wobei die Schichten durch ein thermisch härtbares Harz miteinander verbunden sind, das unter Druck thermisch gehärtet wurde.
    2, Schichtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserfilz ein Nadelfilz ist.
    D-80Q0 München 2 POB 26 02 47 Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex
    Isartorplatz 6 * D-SOOO München 26 Muebopat 089/221483-7 GII + III (089) 229643 5-24285
    3. Schichtstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserfilz ein Filz aus E-Glas-Multifilament ist.
    4. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bastfaserfilz ein Nadelfilz ist.
    5. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bastfaserfilz ein Jutefilz
    ist. '
    6. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Phenol-Formaldehyd-Harz ist.
    7. Schichtstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein alkalisch kondensiertes Harz
    ist.
    8. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ein siebenschichtiger Schichtstoff aus alternierenden Glasfaserschichten und Bastfaserschichten ist, wobei die beiden Außenschichten Glasfaserschichten sind, und daß der Anteil des gehärteten Harzes
    etwa 40 Gew.-% des Schichtstoffes bildet, und die Dichte
    des Schichtstoffes 1,55 g/cm3 beträgt.
    9. Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ein dreischichtiger Schichtstoff aus einem Kern aus drei Bastfaserschichten mit zwei Außenschichten aus jeweils zwei Glasfaserschichten ist,und daß er einen Gehalt an gehärtetem Harz von etwa 40 Gew.-% aufweist und eine Dichte von 1,55 g/cm3.
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