DE4320209A1 - Plastifizierbare asbestfreie Phenolharzformmasse auf Resolharzbasis - Google Patents
Plastifizierbare asbestfreie Phenolharzformmasse auf ResolharzbasisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft glasfaserverstärkte Phenolharzformmassen,
insbesondere für Kollektoren und Kommutatoren von Elektromotoren
entsprechend der Gattung des Hauptanspruchs.
Für die Herstellung von Kommutatoren von Anlassermotoren sind in der
DE PS 38 32 106 glasfaserverstärkte Formmassen mit Phenolharzen und
einem Füllstoffanteil von 5 bis 10 Gewichtsprozent Glimmerteilchen,
die eine porenfreie, wärmerissbeständige Formmasse aufweisen, offen
bart. Gesundheitsschädigende Asbestfasern als Füllstoff wurden ver
mieden. Als einziger Parameter zur Einstellung des Eigenschafts
profils der Formmasse ist der Glimmergehalt einstellbar.
Herkömmliche Formmassen, die in Wasser gelöste Resole enthalten,
sind klebrig und verbacken bei längerer Lagerung auch dann, wenn die
Formmassen durch Fasern und Gewebe mechanisch stabilisiert oder
verstärkt sind. Diese Resolharzformmassen sind nicht plastifizier
bar. Der Anteil an Phenolharz, insbesondere Novolak und Resol liegt
üblicherweise bei 30-50 Gewichtsprozent an der Gesamtmasse
der Formmasse. Ein typisches Beispiel beschreibt A. Knop und L. A.
Pilato, Phenolic Resins, Springer Verlag, Berlin, 1985, Seite 136.
Man pflegt Phenolharz-Formmassen auf beheizten Walzenstühlen oder
über den Einsatz mit Extrudern oder Knetern aufzubereiten. Die Form
masse fällt in Fladen an, die gemahlen werden. Unvermeidbar bilden
sich Staubkörnchen mit einem Anteil von bis zu 15 Gewichtsprozent
der Formmasse als unerwünschte Begleitprodukte, wodurch ein Einsatz
von Filtern notwendig ist, die häufig gewechselt werden müssen.
Nachteilig bei der Aufbereitung im Fluidmischer ist bei hohen
Füllstoffanteilen der Formmasse, daß kein Granulat sondern wollige
Produkte, bei geringen Füllstoffanteilen, daß als Produkte unde
finierte Konglomerate entstehen.
Die erfindungsgemäßen Formmassen entsprechend dem Hauptanspruch
weisen folgende Vorteile auf:
- - asbestfreie Formmassen
- - Plastifizierbarkeit der Formmassen
- - kurzzeitig, bis 400 Grad Celsius, temperaturbeständige Formmasse
- - befriedigende Adhäsion an Metallen, insbesondere Kupfer
- - keine Verursachung von Metallkorrosion
- - feinkörniges, staubfreies Granulat für die Verarbeitung
- - sehr gute isolierende Eigenschaften, Thermoschockbeständigkeit und Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit.
Außerdem sind für das Verfahren zur Herstellung der Formmassen
folgende Anforderungen zu erfüllen:
- - Herstellung im Fluidmischer
- - reproduzierbare Imprägnierung von Fasern und Füllstoffen, das heißt homogenes Produkt
- - Abstimmung der mechanischen Stabilität durch Faser-, mineralische Füllstoff- und/oder Gewebemassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine plastifizierbare, asbestfreie
Formmasse auf der Basis von Phenolharzen, speziell von flüssigen
Resolharzen und Resolharz mit Cashewnußölharz und Resolharz mit
Novolakharzen in einem Fluidmischer herzustellen, die das oben
genannte Eigenschaftsprofil zur Fertigung von Kollektoren für
Elektromotoren erfüllen.
Die Aufbereitung der Formmasse in Übereinstimmung mit den Rezepten
der Erfindung in einem Fluidmischer liefert Granulate mit enger
Korngrößenverteilung ohne Überkorn bei guter Plastifizierbarkeit.
Derartige Phenoplaste auf Resolharzbasis sind begrenzt lagerfähig,
weisen aber sehr vorteilhafte Adhäsionseigenschaften gegenüber be
kannten Metallen und Metallegierungen auf. Gute Adhäsion an Kupfer
bauteilen, wie zum Beispiel Kollektoren von Elektromotoren, wird
erreicht bei gleichzeitig guter Entformbarkeit des Formteils im
Herstellprozeß. Die Formmassen ziehen gut ein in dem Plastifizier
gerät und spleißen beim Extrudieren nicht auf, womit sich ein
homogen verdichteter Vorformling ergibt.
Durch die Herstellung feinkörniger Formmassengranulate, die keine
Staubpartikel aufweisen, verringert sich der Herstellungsaufwand und
Verarbeitungsaufwand durch Einsparung der Staubfilterung und des
Atemschutzes. Zusätzlich entfällt der Mahlvorgang. Die Vermeidung
von Asbest trägt dem gesetzlichen Asbestverbot und der Vermeidung
carcinogener Substanzen Rechnung.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen und Ver
fahrenseinzelheiten sind Verbesserungen gegenüber den im Hauptan
spruch gegebenen allgemeinen Merkmalen erreichbar. Es ist möglich,
eine homogene Durchmischung und zuverlässige Imprägnierung der Form
masse, insbesondere von deren Fasern, bei der Formmassenherstellung
zu erreichen. Die mechanische Stabilität läßt sich durch
das Verhältnis der langfaserigen zu den kurzfaserigen Faser-Anteilen
sowie durch Art und Menge der mineralischen Füllstoffe und die je
weiligen Anteile aller dieser Substanzen an der Gesamtmasse der
Formmasse einstellen. Die sehr kurzen Mischungszeiten entsprechen
den Anforderungen an eine moderne, automatisierte Fertigung und
ermöglichen die Produktion einer vorteilhaft granulierten, fein
körnigen Formmasse, die plastifizierbar und verpreßbar ist und Vor
produkte zum Beispiel Tabletten als Ausgangsbasis für die Fertigung
von elektrotechnischen Endprodukten liefert.
Geeignete Resolharze und Novolakharze sind im Handel erhältlich. Das
Massenverhältnis der Harzkomponenten für Resolharz:Cashewnußölharz,
Resolharz:Novolakharz ist in Grenzen variierbar. Der Anteil der
Harz-Komponente, beziehungsweise eine entsprechende Mischung der
Phenolharzkomponenten, an der Gesamtmasse der Formmasse beträgt
minimal 20 bis maximal 35 Gewichtsprozent.
Vorteilhafte eingesetzte Trennmittel sind Stearate, insbesondere
Zink- und Calciumstearat, deren Mischungen oder chemisch verwandte
Stearate mit einem Anteil von 0.3 bis 3.5 Gewichtsprozent bezogen
auf die Gesamtmasse der Formmasse.
Als Beschleuniger sind Oxide zweiwertiger Kationen, insbesondere die
Erdalkalioxide MgO, CaO, SrO, BaO mit einem Anteil von 0.1 bis 0.5
Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse der Formmasse, geeignet.
Für Glasfasern wurden Faserlängen entsprechend den unten gegebenen
Tabellen 1 und 2 verwendet. Die Glasfasern sind aus üblichem Sili
katglas, insbesondere E-Glas in verschiedenen Faserlängen von zum
Beispiel 3, 4.5, 6, 12 und 30 Millimeter über den Handel
verfügbar. Kurze Glasfasern erhält man durch geeignete Zer
kleinerung, beispielsweise durch das Mahlen der Glasfasern bei
definierten, reproduzierbaren Mahlbedingungen. Besonders gut ge
eignet als Langfasern waren Glasfasern mit einer Faserlänge von 4,5
Millimetern und Kurzfasern mit einer Faserlänge von überwiegend 0,2
Millimetern für Kommutatoren der Startermotoren von Anlassern für
Kraftfahrzeuge. Diese Auswahl der Glasfaserlängen erwies sich bei
einem Massenverhältnis von Langfasern:Kurzfasern = 2 : 1 als besonders
vorteilhaft für das gewünschte Eigenschaftsprofil und Herstellver
fahren. Es war ferner möglich, durch kurze Glasfasern von zum Bei
spiel überwiegend 0.5 Millimeter Faserlänge Formmassen mit dem ge
wünschten Eigenschaftsprofil zu erhalten. Vereinzelt erwies es sich
als vorteilhaft die Glasfasern durch Polyacrylnitrilfasern oder
Mischungen von Glasfasern und Polyacrylnitrilfasern zu ersetzen. Der
Anteil der Fasern an der Gesamtmasse der Formmasse liegt vorzugs
weise bei 20 bis 35 Gewichtsprozent und einem Masseverhältnis von
Kurzfasern:Langfasern von 4 : 1 bis 1 : 0.
Als Füllstoffe wurden Kreide, Blattsilikate, Glimmer, Wollastonit
und Aluminiumhydroxid mit 20 bis 40 Gewichtsprozent der Gesamtmasse
der Formmasse eingesetzt. Denkbar sind als Füllstoffe auch Alu
miniumoxid, Oxide der Seltenen Erden und deren Mischungen. Eine
Mischung von 13 Gewichtsprozent Kreide und 20 Gewichtsprozent Blatt
silikat erfüllte das Eigenschaftsprofil sehr gut. Eine Mischung von
10 Gewichtsprozent Blattsilikat und 20 Gewichtsprozent Kreide ermög
lichte eine sehr gute Herstellung eines granulatförmigen Produktes.
Zusätzlich sind Holzmehl, Zellstoffe, Textilfasern, Textilgewebe,
Furnierschnitzel als Füllstoffe verwendbar.
Auch kann man gewünschtenfalls die Formmasse einfärben, indem man
einen färbenden anorganischen oder organischen Stoff als Pigment,
Farbpaste oder -lösung, einarbeitet. Der färbende Stoff wird gege
benenfalls in Mengen zugesetzt, die zwischen 0,1 bis 2,5 Gewichts
prozent, bezogen auf die Summe der Komponenten der Formmasse liegen.
Durch das Weiterverarbeiten der Formmasse bei 60 bis 80 Grad Celsius
ist eine Plastifizierung der Formmasse aus den höchstens erbsen
großen Granulatkörnern zu Tabletten oder Strängen möglich. Ein Ver
pressen der Tabletten oder Stränge in automatischen Fertigungsan
lagen ist problemlos.
Ferner ist es möglich, Phenol durch modifizierte Phenole wie zum
Beispiel Cresole oder thermoplastisch modifizierte Phenole ganz oder
teilweise zu ersetzen und in Verbindung mit Resolharzen in Form von
Mischungen einzusetzen. Es ist auch denkbar Cashewnußölharz durch
verwandte Stoffe teilweise zu ersetzen. Weiterhin ist es möglich,
Glasfasern mit mehr als zwei verschiedenen Faserlängen zu mischen.
In einem zylindrischen Behälter eines Fluidmischers, insbesondere
einem Heiz/Kühlmischers in offener Bauweise, wird das Aufbereitungs
verfahren durchgeführt. Das Trennmittel, der Beschleuniger, die
Glasfasern, die Füllstoffe, sowie eventuell der Farbstoff werden
abgewogen im Mischer vorgelegt und gemischt. Resolharz mit bis zu 6
Gewichtsprozent Cashewnußölharz oder Resolharz mit Novolakharz
werden unter Rühren zugegeben. Cashewnußöl wird in "Römpp Chemie
lexikon", Band 1, 8. Auflage, 1985, Seite 614 beschrieben. Durch die
rotierenden, ringförmig oder flügelartig ausgebildeten Werkzeuge des
Mischers wird das eingebrachte Mischgut vermischt, infolge der
Zentrifugalkräfte an die Wand geschleudert und hochgedrückt. Es
verläßt den Einfluß der Rotoren und kehrt unter dem Einfluß der
Schwerkraft in der Behältermitte zum Behälterboden zurück. Durch die
hohen Relativgeschwindigkeiten der einzelnen Mischgutteilchen tritt
infolge der Reibung eine intensive Erwärmung und dadurch Konden
sation auf. Die Temperatur des Mischgutes wird bei 120 Grad Celsius
gehalten, was meist durch das Kühlen des Behälters erreicht wird.
Der Leistungsverbrauch des Rührers wird aufgezeichnet, um die
Änderung der viskosen Eigenschaften des Mischgutes zu erfassen. Das
Harz imprägniert bei ausreichender Mischzeit, die meist zwischen 2
und 15 Minuten liegt, die Füllstoffe, so daß eine homogene Formmasse
erhalten wird. Die Energieaufnahme des Mischers ändert sich infolge
Änderung der viskosen Eigenschaften des Mischgutes. Ist der gefor
derte Kondensationsgrad erreicht, wird dies durch einen Schwellwert
der Rührerleistung angezeigt.
Die Formmasse wird in den Kühlmischer abgelassen, um eine weitere
Kondensation der Formmasse abzubrechen. Man erhält ein homogenes,
feinkörnig aufgebautes Granulat, das im Gegensatz zu gemahlenen
Formmassen gemäß dem Stand der Technik nur wenig Staubpartikel
aufweist. Die Staubfreiheit wird durch einen Siebetest der Formmasse
überprüft. Ebenso läßt sich auch die Masse an Überkorn feststellen
und gegebenenfalls in einem weiteren Verfahrensschritt beseitigen.
Der durchschnittliche Korndurchmesser der Vorprodukt-Granulate liegt
bei 1 bis 5 Millimeter. Eine Korngröße von 0.7 Millimeter oder
kleiner definiert man als Staub der ausgesiebt wird. Die Formmasse
enthält maximal bis zu 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 3
Gewichtsprozent Staub. Diese Formmassen sind sehr gut rieselfähig.
Alternativ zur obigen Weiterbehandlung kann eine Formmasse die der
stofflichen Zusammensetzung der Erfindung entspricht auch über
Walzenstühle oder Kneter aufbereitet werden, wobei jedoch das Mahlen
und der dadurch entstandene Staub in Kauf genommen werden müssen.
Beispiele zur Materialauswahl von Phenoplasten mit den Vorteilen der
Erfindung sind in den Tabellen 1 und 2 aufgelistet. Die Zahlenan
gaben beziehen sich auf Gewichtsprozente bezogen auf 100 Gewichts
prozent Formmasse.
Claims (11)
1. Formmasse, insbesondere zur Herstellung von Kollektoren für
elektrische Maschinen, mit Phenolharz oder Mischungen aus Phenol
harzen und Zumischungen aus Füllstoffen und gegebenenfalls Glas
fasern, dadurch gekennzeichnet, daß 20 bis 60, vorzugsweise 20 bis
40 Gewichtsprozent der Formmasse Füllstoffe sind und daß 0,1 bis 6
Gewichtsprozent der Formmasse Cashewnußölharz ist.
2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom
ponente aus Phenolharzen oder Mischungen von Phenolharzen Resolharz
und Harz auf der Basis von Cashewnußöl oder eine Mischung aus Resol
harz und Novolakharz ist.
3. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurz- und
langfaserige Glasfasern in der Formmasse sind und das gemischte
Massenverhältnis von kurzfaserigen Glasfasern zu langfaserigen Glas
fasern 4 : 1 bis 1 : 0 ist.
4. Formmasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas
faserlänge der eingesetzten Langfasern 1 bis 10 mm, vorzugsweise 4,5
Millimeter, die Faserlänge der eingesetzten Kurzfasern 0,1-1 mm,
vorzugsweise 0,2-0,5 Millimeter ist.
5. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll
stoffe asbestfreie mineralische Füllstoffe, insbesondere Silicate,
Aluminiumhydroxid, Gesteinsmehl und vorzugsweise Kreide oder
Mischungen dieser Stoffe sind und/oder zusätzlich Holzmehl, Zell
stoff, Textilfasern, Textilgewebe und Furnierschnitzel enthalten.
6. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form
masse Beschleuniger und Trennmittel und/oder Farbstoffe enthält.
7. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach einem der An
sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dosierten Bestand
teile der Formmasse in einem Fluidmischer gemeinsam eingebracht,
innig gemischt und das Mischgut bei 120 Grad Celsius gehalten und
gerührt wird, bis der geforderte Vorkondensationsgrad erreicht wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach Anspruch 7, da
durch gekennzeichnet, daß während dem Mischen der dosierten Be
standteile der Formmasse als letzter Bestandteil dem Mischgut ein
Gemisch aus Resolharz, Novolakharz und Harz auf der Basis von
Cashewnußöl oder ein Gemisch aus Resol- und Novolakharz zugesetzt
wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach einem der An
sprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erreichen des
geforderten Kondensationsgrades das Mischgut in einen gekühlten
Behälter oder auf ein Kühlband überführt wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut nach einer Vorplastifi
zierung verarbeitet wird.
11. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach einem der An
sprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut mit
Walzenstühlen oder Knetern aufbereitet wird.
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