DE4343122A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gießharzes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines ausgehärteten Gießharzes gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Nicht ausgehärtete Gießharze, insbesondere Epoxidharze, wer­ den durch kettenförmige Makromoleküle mit Epoxidendgruppen gebildet. Bis jetzt werden diese Gießharze drucklos und ohne Abspaltung flüchtiger Produkte durch Zugabe von wenigstens bifunktionell reagierenden Stoffen in Form von Poly­ alkoholen, Polycarbonsäuren einschließlich ihrer Anhydride, Amide, Amine, Polyisocyanate, Polyphenole oder Phenoplaste zum Aushärten und zur Bildung von Duroplasten gebracht. Die Vernetzung der Makromoleküle durch die obengenannten Zusätze ist umweltschädlich und in der Verarbeitung aufwendig. Zudem entstehen bei der Verwendung von Dianhydriden, die sehr hy­ groskopisch sind, nach der Reaktion mit Wasser ladungstra­ gende Carbonsäuren. Diese sind für die Weiterverwendung der ausgehärteten Gießharze von Nachteil, insbesondere wenn diese in der Elektrotechnik weiter verwendet werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren auf­ zuzeigen, mit dem die Herstellung ausgehärteter Gießharze unter Umgehung der eingangs genannten Nachteile schnell und kostengünstig ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt das Aushärten der Gießharze durch Polyaddition der kettenförmigen Makromoleküle des Gieß­ harzes. Für die Herstellung ausgehärteter Gießharze werden cycloaliphatische Epoxidharze verwendet, die mit einem Kata­ lysator und/oder einem Cokatalysator vermischt und anschlie­ ßend einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Als Katalysa­ tor eignet sich besonders eine Gießkeramik, die aus einer niederviskosen Mischung besteht. Diese Mischung wird aus einer hochalkalischen Wasserglasphase und einem alumosili­ katischen Pulvergemisch hergestellt. Als Cokatalysator wird vorzugsweise N,N,N′,N′-Tetramethylethylendiamin (TMEDA), 3- Dimethylaminophenol oder N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,4-phenylen­ diamin verwendet. Die Wärmebehandlung erfolgt schrittweise bei Temperaturen zwischen 80 und 200°. Weitere erfindungs­ wesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzei­ chnet.

Die Erfindung wird an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 zwei Makromoleküle eines cycloaliphatischen Epoxidharzes,

Fig. 2 die beiden durch Polyaddition vernetzten Makro­ moleküle gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Gießform mit vier Glasfasermatten.

Zur Herstellung eines ausgehärteten Gießharzes wird erfin­ dungsgemäß von cycloaliphatischem Epoxidharz ausgegangen. Hierfür werden 10 g eines cycloaliphatischen Epoxidharzes mit 0,5 g pulverförmiger Gießkeramik verwendet. Es handelt sich hierbei um eine niederviskose Mischung aus einer ka­ lium- oder natriumhaltigen Wasserglasphase, die mit einem alumosilikatischen Pulver vermischt und bei 100°C durch eine Polykondensationsreaktion verfestigt wird. Das Pulver ent­ hält Silizium und Aluminium in einem Verhältnis, das einen Wert zwischen 2 und 5 aufweisen kann. Das Gemisch aus Epoxidharz und Gießkeramik wird anschließend einer Wärmebe­ handlung unterzogen. Zunächst erfolgt die Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 20°C, dann schließt sich eine Wärme­ behandlung bei 80°C während einer Stunde an. Darauf folgt eine weitere Wärmebehandlung bei 200°C während drei Stunden. Der spezifische Widerstand dieses ausgehärteten Gießharzes beträgt 10¹⁴ Ohm·cm. Das so gewonnene pulverförmige Endpro­ dukt ist temperaturbeständig.

Bei der Herstellung von ausgehärtetem Gießharz wird jedoch bevorzugt von einem Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A und einer flüssigen Gießkeramik ausgegangen. Diese Gießkera­ mik weist die gleiche Zusammensetzung auf, wie die im ersten Beispiel verwendete Gießkeramik. Sie ist lediglich noch nicht verfestigt. Um zu einem verwendbaren und ausgehärteten Produkt zu gelangen, werden 10 g Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A mit 1 g der flüssigen Gießkeramik vermischt. Vor Beginn der Wärmebehandlung werden dem Gemisch noch 0,05 g Dimethylbenzylamin zur katalytischen Unterstützung beige­ mischt. Anschließend wird das Gemisch einer Temperatur von 80°C zwei Stunden lang ausgesetzt. Daraufhin erfolgt eine Wärmebehandlung bei 160°C während drei Stunden.

In Fig. 1 sind zwei nicht vernetzte Ketten 1 und 2 eines Epoxidharzes auf der Basis von Bisphenol A dargestellt. Fig. 2 zeigt die beiden durch Polyaddition vernetzten Ket­ ten 3.

Die Herstellung eines ausgehärteten Gießharzes ist auch dann möglich, wenn beispielsweise 15 g eines Epoxidharzes auf der Basis von Bisphenol A mit 0,15 g 3-Dimethylaminophenol ver­ mischt und anschließend zwei Stunden lang einer Temperatur von 80°C ausgesetzt werden. Hieran schließt sich eine Wärme­ behandlung bei 160° während 5 Stunden an.

Eine ausgehärtetes Gießharz kann auch aus 100 g Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A gewonnen werden, wenn dieses mit 0,75 g der oben beschriebenen flüssigen Gießkeramik und 0,15 g 3-Dimenthylaminophenol vermischt wird. Die erfor­ derliche Wärmebehandlung erfolgt zwei Stunden lang bei 80°C, eine Stunde lang bei 160°C und fünf Stunden lang bei 200°C. Das gewonnene verfestigte Gießharz weist einen spezifischen Widerstand von 10¹² Ohm × cm auf.

Ein ausgehärtetes Gießharz läßt sich beispielsweise auch herstellen, wenn anstelle von der 0,15 g 3-Dimenthylamino­ phenol die gleiche Menge N,N,N′,N′-Tetramethylethylendiamin verwendet wird. Die Wärmebehandlung erfolgt hierbei zwei Stunden lang bei 80° und anschließend fünf Stunden bei 160°. Das gewonnene Endprodukt weist einen spezifischen Widerstand von 10¹² Ohm × cm auf.

Ein ausgehärtetes Gießharz läßt sich auch bei Verwendung von 15 g Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A und 0,15 g N,N,N′,N′-Tetramethylethylendiamin herstellen. Das Gemisch aus Harz und Cokatalysator wird zwei Stunden lang auf 80°C und fünf Stunden lang auf 160°C erhitzt. Das gewonnene End­ produkt weist einen spezifischen Widerstand von größer 1012 Ohm × cm auf. An Stelle von N,N,N′,N′Tetramethylethylen­ diamin kann auch N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,4-phenylendiamin verwendet werden. Die Wärmebehandlung ist identisch mit der des vorgegangenen Beispieles.

Um dem Gießharz eine größere Festigkeit zu verleihen, können den obenbeschriebenen Gemischen vor der Aushärtung Glas- oder Metallfasern beigemischt werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Gemische Laminatplatten herzustellen. Fig. 3 zeigt eine quadratische Gießform 5, die bei dem hier beschriebenen Ausführungs­ beispiel eine Kantenlänge von 10 cm aufweist. In diese Gießform 5 wird zunächst eine Glasfasermatte 6 gelegt. Diese wird mit einem der obenbeschriebenen Gemische aus Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A und Gießkeramik (hier nicht dargestellt) getränkt. Das Verhältnis zwischen Epoxidharz und Gießkeramik sollte 25 : 3 betragen. Nach dem Tränken der ersten Glasfasermatte 6 wird eine weitere Glasfasermatte 6 darauf gelegt, die bereits mit dem Gemisch getränkt ist, oder in der Gießform 5 damit getränkt wird. Die Anzahl der verwendeten Glasfasermatten 6 richtet sich nach dem gewün­ schten spezifischen Widerstand und der Dicke, der Laminat­ platte. Bei dem hier beschriebenen Beispiel werden für die Ausbildung der Laminatplatte vier Glasfasermatten 6 verwen­ det. Nach dem alle Glasfasermatten 6 mit dem Gemisch aus Epoxidharz und Gießkeramik getränkt sind, wird die Anordnung einer Wärmebehandlung zunächst bei 80°C während fünf Stunden und anschließend bei 200°C während sechs Stunden ausgesetzt. Die so hergestellte Laminatplatte weist einen spezifischen Widerstand von 2 × 10¹⁵ Ohm × cm auf. Eine Laminatplatte mit einem spezifischen Widerstand von 1 × 10¹⁵ Ohm × cm kann durch Verwendung von vier Glasfasermatten hergestellt werde. Diese werden mit einem Gemisch aus Epoxidharz und Gießkera­ mik getränkt, wobei das Verhältnis von Epoxidharz und Gieß­ keramik 25 : 1 beträgt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines ausgehärteten Gieß­ harzes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aushärtung des Gieß­ harzes dessen Makromoleküle durch Polyaddition vernetzt wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aushärtung eines Gießharzes ein cycloaliphatisches Epoxidharz und wenigstens ein die Polyaddition beschleu­ nigender Katalysator und/oder Cokatalysator bei Raumtem­ peratur miteinander vermischt und anschließend einer Wärme­ behandlung unterzogen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung eines ausgehärteten Gießharzes ein Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine flüssige Gießkera­ mik oder eine bereits verfestigte, pulverförmige Gießkeramik verwendet wird, die aus einer hochalkalischen kalium- oder natriumhaltigen Wasserglasphase und einem pulverförmigen Aluminosilikatgemisch gebildet wird, das einen Anteil von Silizium und Aluminium in einem Verhältnis aufweist, dessen Wert zwischen 2 und 5 gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aushärtung der Gießkeramik als Coka­ talysator 3-Dimethylaminophenol, N,N,N′,N′-Tetramethylethy­ lendiamin oder N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,4-phenylendiamin ver­ wendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 10 g cycloaliphatisches Epoxidharz mit 0,5 g pulverförmiger Gießkeramik vermischt und einer Wärme­ behandlung bei 20°C eine Stunde lang, bei 80°C eine Stunde lang und bei 200°C drei Stunden lang unterzogen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 10 g Epoxidharz auf der Basis von Bis­ phenol A, 1 g flüssige Gießkeramik und 0,5 g Dimenthyl­ benzylamin bei Raumtemperatur vermischt und anschließend einer Wärmebehandlung bei 80°C während zwei Stunden und 160°C während drei Stunden ausgesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des ausgehärteten Gieß­ harzes 100 g Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A, 0,75 g flüssige Gießkeramik und 0,15 g eines Cokatalysators bei Raumtemperatur vermischt und anschließend zwei Stunden lang bei 80°C, eine Stunde lang bei 160°C und fünf Stunden lang bei 200°C einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Cokatalysator Amine in Form von 3-Dimethylamino­ phenol oder N,N,N′,N′-Tetramethyl-1,4-phenylendiamin verwen­ det werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 15 g Epoxidharz auf der Basis von Bis­ phenol A mit 0,1 g eines Cokatalysators vermischt werden und anschließend einer Wärmebehandlung bei 80°C zwei Stunden und bei 160° fünf Stunden lang unterzogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Cokatalysator 3-Dimethylaminophenol, N,N,N′N′Tetra­ methylethylendiamin oder N,N,N′,N′-1,4-phenylendiamin verwendet werden.

12. Verwendung eines aushärtbaren Gießharzes zur Her­ stellung einer Laminatplatte, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens vier Glasfaserplatten (6) mit einem Gemisch aus Epoxidharz und Gießkeramik getränkt und anschließend fünf Stunden lang bei 80°C und sechs Stunden lang bei 200°C einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol A und Gießkeramik 25 : 3 oder 25 : 1 gewählt wird.