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Faserverstärkte Kunststoffe
werden weit verbreitet verwendet als Baukomponenten in industriellen Anwendungen
und Freizeitanwendungen, in der Raumfahrt und im Falle elektronischer,
gedruckter Schaltungen. Diese Kunststoffe werden im Allgemeinen
als vorimprägnierte
Kunststoffe geliefert. Diese Kunststoffe können jedoch auch als semi-vorimprägnierte
Kunststoffe geliefert werden, als Klebstoffe und als Komponenten
von Kunststofffilm-Infusionsmaterialien. Vorimprägnierte Materialien enthalten
eine fasrige Verstärkerphase
gemeinsam mit einem Matrixharz mit einem oder mehreren flüssigen Harzen,
einem oder mehreren Härtungsmitteln
und gegebenenfalls anderen Additiven, wie die Festigkeit erhöhenden Mitteln,
die Entflammbarkeit unterdrückenden
Mitteln, Füllstoffen
und dergleichen, die gemeinsam einen so genannten Matrixkunststoff bilden.
Der Matrixkunststoff kann im Allgemeinen bei Temperaturen im Bereich
von 50°C
bis 200°C
gehärtet werden.
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Bekannte
vorimprägnierte
Materialien haben eine begrenzte Haltbarkeitsstabilität in ihrem
ungehärteten
Zustand bei Raumtemperatur. Dies ist besonders offensichtlich im
Falte von Matrixharz-Zusammensetzungen, die bei niedrigen Temperaturen
gehärtet
werden. Beispielsweise kann eine Matrixharz-Zusammensetzung aus
einem Epoxyharz und einem Imidazol-Härtungsmittel, die bei 60°C gehärtet werden
kann, eine Stabilität
bei Raumtemperatur aufweisen, die geringer ist als zwei Tage, worauf
sie danach unbrauchbar wird. Eine Stabilität während der Aufbewahrung bei
Raumtemperatur ist wichtig, insbesondere im Falle von Materialien, die über lange
Distanzen transportiert werden und/oder bei Umgebungstemperaturen
vor ihrer Verwendung aufbewahrt werden. Natürlich ist es möglich, diese
bekannten vorimprägnierten
Materialien bei Temperaturen unterhalb Raumtemperaturen aufzubewahren,
um ihre Lebensdauer zu erhöhen,
doch kann die Notwendigkeit für
große
oder kostspielige Kühleinheiten
diese Option unerwünscht
machen.
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Zusätzlich ist
es wesentlich, dass das Matrixharz während der Aufbewahrung oder
beim Gebrauch nicht fließt.
Dies kann erreicht werden durch Formulierung eines Matrixharzes,
in dem feste Epoxyharze mit hohen Molekulargewichten oder mit hoher
Viskosität
verwendet werden.
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Es
ist ferner wünschenswert,
dass mindestens eine Seite des Kunststoffes einen bestimmten Klebrigkeitsgrad
aufweist. Dieser ist erforderlich während der Zusammenfügung von
Teilen. Hat die Zusammenfügung keine
Klebrigkeit, so kann es schwierig werden, verschiedene Schichten
des Aufbaues in der Form zusammenzufügen.
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Weiterhin
ist es wünschenswert,
dass der Kunststoffaufbau einen bestimmten Grad von Flexibilität aufweist,
sodass er in die gewünschte
Form verformt werden kann. Dies ist ebenfalls erforderlich, wenn
der Kunststoffaufbau in Rollen geliefert werden soll.
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Es
ist allgemein bekannt, dass Epoxyharze bei Raumtemperatur kristallisieren
können,
doch wird dies im Allgemeinen als Nachteil angesehen und sogar als Ärgernis,
da die Kristallisation das Vermischen stören kann sowie andere Operationen,
die bei der Herstellung von üblichen
Kunststoffzusammensetzungen angewandt werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein faserverstärkter Kunststoff
oder eine faserverstärkte
Kunststoffzusammensetzung bereitgestellt mit einem fasrigen Gewebe
oder Band sowie einer Matrixharz-Zusammensetzung mit einem kristallinen
Epoxyharz und einem Härtungsmittel
für ein
kristallines Epoxyharz, wobei das Epoxyharz-Härtungsmittel praktisch gleichförmig in
dem kristallinen Epoxyharz dispergiert wird. Die Matrixharz-Zusammensetzung kann
auf das fasrige Gewebe oder die fasrige Bahn in einer solchen Weise
aufgebracht werden, dass die Fasern entweder vollständig oder
teilweise imprägniert
werden. Alternativ kann diese Harz-Zusammensetzung in Form einer
separaten Schicht vorliegen, die sich in Kontakt mit den Fasern
befindet, die Fasern jedoch nicht imprägniert. Im Falle einer anderen
weiteren Alternative kann die Matrixharz-Zusammensetzung derart
beschaffen sein, dass sie klebrige Eigenschaften aufweist.
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Wenn
sie in Form eines Klebstoffes vorliegt, kann die Matrixharz-Zusammensetzung
vorzugsweise in Form eines Filmes vorliegen. Im Falle dieser Ausgestaltung
kann die Zusammensetzung gegebenenfalls eine leichte Gaze oder ein
Trägertuch
aufweisen.
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Die
Zusammensetzungen oder Kunststoffe der Erfindung haben eine ausgezeichnete
Stabilität
bei Raumtemperatur, in typischer Weise von 3 bis 6 Monaten, sodass
eine erhöhte
Lebensdauer bei Raumtemperatur erreicht wird. Ferner können sie
bei einer geeigneten, niedrigen Temperatur im Bereich von 50°C bis 200°C gehärtet werden
und vorzugsweise bei Temperaturen von weniger als 100°C und in
besonders bevorzugter Weise in einem Temperaturbereich von 50°C bis 70°C, um ein
starres Laminat zu erzeugen. Die Verwendung von kristallinem Epoxyharz
hat keinen Effekt auf die mechanischen Eigenschaften des Laminates
im Vergleich zu einem nicht-kristallinen Epoxyharz.
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Das
fasrige Gewebe kann eine organische oder anorganische Faser aufweisen
entweder allein oder in Kombination mit beispielsweise Kohlenstoff,
Glas-, Aramid-, Polyethylen-, Keramik- und Naturfasern, wie aus
Kanaf, Hanf und Cellulose. Die Fasern können in gerichteter Form verwendet
werden oder als nicht-verwebte Fasern, wie multiaxiale Fabrics oder
nicht-gekräuselte Fabrics
oder sie können
vorliegen in Form eines Gewebes oder einer Non-Woven Matte oder
Fabric oder Kombinationen hiervon.
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Die
Matrixharz-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auf die
fasrige Bahn oder das fasrige Gewebe in Mengen im Bereich von 30
gm–2 bis
3000 gm–2 aufgebracht
werden.
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Das
Epoxyharz muss kristallin sein. Zu bevorzugten Epoxyharzen gehören Diglycidylether
von Bisphenol A und Bisphenol F sowie ihre halogenierten Derivate
und sie können
durch die allgemeine Formel dargestellt werden:
worin
bedeuten
R
1 ist ein Wasserstoffatom,
ein Halogenatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit eins bis sechs
Kohlenstoffatomen oder R
1 kann mit R
2 einen Teil eines Ringes bilden;
R
2 steht für
ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe
mit eins bis sechs Kohlenstoffatomen oder R
2 kann
gemeinsam mit R
1 einen Teil eines Ringes
bilden;
R
3 steht für ein Wasserstoffatom, ein
Halogenatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit eins bis sechs
Kohlenstoffatomen und
R
4 steht für ein Wasserstoffatom,
ein Halogenatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit eins bis sechs
Kohlenstoffatomen.
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Die
vorerwähnten
Harze können
allein oder in Form einer Mischung mit anderen kristallisierbaren
oder festen kristallisierbaren Harzen, ebenfalls aus der vorerwähnten Art
verwendet werden.
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Der
Schmelzpunkt dieser Epoxyharze liegt vorzugsweise im Bereich von
35°C bis
50°C.
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DER
332, erhältlich
von der Firma Dow Chemical, ist eine reine Form eines Diglycidylethers
von Bisphenol A, der für
diese Erfindung geeignet ist. Rutapox 0158, wie von der Firma Bakelite
erhältlich,
ist ein Diglycidylether von Bisphenol F, der ebenfalls für die Erfindung
geeignet ist. Obgleich als Flüssigkeiten
erhältlich, können diese
Harze kristallisieren.
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Die
Epoxy-Härtungsmittel
müssen
kristallin sein. Zu bevorzugten Härtungsmitteln gehören beliebige Verbindungen,
die zu einer latenten, thermischen Härtung von mindestens fünf bis sieben
Tagen führen.
Derartige Verbindungen sind dem Fachmann allgemein bekannt. Zu geeigneten
Beispielen gehören
Imidazole und ihrer Salze und Addukte. Diese Epoxy-Härtungsmittel
sind bei Raumtemperatur fest. Bevorzugte Beispiele von geeigneten
Härtungsmitteln
werden beschrieben in der
EP
906927A . Zu anderen bevorzugten Härtungsmitteln gehören aromatische
Amine, aliphatische Amine, Anhydride und Phenole. Die Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich enthalten unlösliche,
thermoplastische, zäh
machende Teilchen, in Harzen lösliche,
thermoplastische, zäh
machende Mittel, die bei der Härtung
ausfallen, Trennmittel, um die Abtrennung von der Form zu erleichtern
und die Ent flammung verzögernde
Mittel, die aufschäumend
sein können
und andere Modifizierungsmittel, die dem Fachmann bekannt sind.
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Die
Matrix-Zusammensetzung der Erfindung enthält vorzugsweise ein flexibilisierendes
Mittel. Das flexibilisierende Mittel wird derart ausgewählt, dass
es praktisch keinen Effekt auf die Lebensdauer oder die Wirksamkeit
der Haupt-Epoxy-Komponente, die als kristalliner Feststoff vorliegt,
hat. Flüssige
Gummis, Epoxynovolacs, Acrylatmonomere, Methacrylatmonomere und
Vinylester sind ebenfalls als Additive für die Flexibilisierung der
Zusammensetzung geeignet. Diese können als geringfügige Komponente
der Zusammensetzung zugesetzt werden, derart dass sie die Kristallisation
der Haupt-Epoxyharz-Komponente nicht verhindern.
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Ein
Beispiel für
einen flüssigen
Gummi, der als flexibilisierendes Mittel geeignet ist, ist HYCAR 1300X18
(Handelsbezeichnung), erhältlich
von der Firma BF Goodrich.
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Ein
Beispiel für
ein Vinylesterharz, das als Flexibilisierungsmittel geeignet ist,
ist Actilane 320, erhältlich
von der Firma Akzo Nobel.
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Das
flexibilisierende Mittel liegt vorzugsweise in einer Menge von 1
bis 10 Gew.-% der Zusammensetzung vor.
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Vorzugsweise
wird das flexibilisierende Mittel der Matrixharz-Zusammensetzung
direkt zugesetzt. In Produktformen, in denen ein hoher Grad an Faser-Imprägnierung
vorliegt, kann das flexibilisierende Mittel der Zusammensetzung
durch Aufsprühen
des flüssigen
Mittels auf die Oberfläche
der imprägnierten
Bahn zugesetzt werden oder durch Aufbringen des Mittels auf ein
Trennpapier und danach Übertragung
des Mittels auf die Bahn.
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Die
Zusammensetzungen oder Kunststoffe der vorliegenden Erfindung enthalten
vorzugsweise ein klebrig machendes Mittel. Das klebrig machende
Mittel wird derart ausgewählt,
dass es praktisch keinen Effekt auf die Lebensdauer oder die Eigenschaften
des Epoxyharzes als kristalliner Feststoff hat.
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Das
klebrig machende Mittel muss keine Epoxyverbindung sein. Zu geeigneten
klebrig machenden Mitteln gehören
druckempfindliche Klebstoffe, wie jene auf Basis von Polyurethanen,
Acrylaten, natürlichem Gummi
und andere und die in Form von Lösungen,
Aerosolen, Dispersionen oder Emulsionen vorliegen können.
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Das
klebrig machende Mittel wird auf mindestens eine äußere Oberfläche des
faserverstärkten
Kunststoffes der vorliegenden Erfindung aufgebracht durch Aufsprühen des
flüssigen
Mittels auf die Oberfläche
des Kunststoffes oder durch Ausbringen des Mittels auf ein Trennpapier
und danach Übertragung
des Mittels auf den Kunststoff oder durch eine Aufdrucktechnik oder
durch beliebige andere geeignete Maßnahmen.
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Die
Matrixharz-Zusammensetzungen der Erfindung können zusätzlich ein oder mehrere anorganische Füllstoffe
enthalten. Zu bevorzugten Füllstoffen
gehören
Silica, Aluminiumoxid, Aluminiumpulver, Titandioxid, Aluminiumhydroxid
und Talkum.
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Weitere
geringfügige
Bestandteile können
der Matrixharz-Zusammensetzung zugesetzt werden, wie beliebige der
folgenden Mittel: Beschleuniger, thermoplastische Materialien und
Kernhüllen-Gummis,
die Entflammung verzögernde
Mittel, die schäumend
sein können,
Benetzungsmittel, Pigmente/Farbstoffe, UV-Absorber, zäh machende
Partikel und die Viskosität
modifizierende Mittel.
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Die
Kunststoffe der vorliegenden Erfindung können ferner elektrisch leitende
Einlagen für
die Ableitung von Lichtstrahlen aufweisen.
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Der
Kunststoff der vorliegenden Erfindung kann mit einem Oberflächen-Finish-Film
auf mindestens einer Oberfläche
beschichtet werden.
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Die
Matrixharz-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann zusätzliche
unlösliche,
thermoplastische, zäh
machende Partikel enthalten, in Harz lösliche, thermoplastische, zäh machende
Mittel, die beim Härten
ausfallen, Trennmittel zur Erleichterung des Abtrennens aus einer
Form und die Entflammbarkeit verhindernde oder verzögernde Mittel,
die aufschäumend
sein können.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt
zur Herstellung eines faserverstärkten
Kunststoffes, bei dem ein kristallines Epoxyharz-Härtungsmittel
praktisch gleichförmig
mit einem kristallinen Epoxyharz vermischt wird unter Erzeugung
eines Matrixharzes, bei dem das Matrixharz aufgeschmolzen wird,
bei dem das Matrixharz auf ein fasriges Gewebe oder eine fasrige
Bahn aufgebracht wird und bei dem die aufgeschmolzene Matrixharz-Zusammensetzung
rekristallisiert wird.
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Jedes
beliebige Verfahren zur Erzeugung des Matrixharzes der Erfindung
kann angewandt werden, solange das Epoxy-Härtungsmittel gleichförmig innerhalb
eines kristallinen Expoxyharzes dispergiert wird. Die Methode kann
ausgeführt
werden im aufgeschmolzenen Zustand, festem Zustand oder durch Vermischen
der Komponenten in einem Lösungsmittel.
Dieses Vermischen erfolgt vorzugsweise bei Raumtemperatur. Übersteigt
die Temperatur 50°C,
so kann das Epoxy-Härtungsmittel
eine Polymerisation des Epoxyharzes einleiten. Die Matrixharz-Zusammensetzung
wird dann auf ein fasriges Gewebe oder eine fasrige Bahn aufgebracht
unter Erzeugung eines Kunststoffes oder einer Zusammensetzung, wie
hier beschrieben. Vorzugsweise wird dieses Verfahren bei oder nahe
Raumtemperatur durchgeführt.
Wird eine zu hohe Temperatur angewandt, so kann die Harz-Zusammensetzung
beginnen zu härten,
was zu einer Rekristallisation des Epoxyharzes führt und schließlich zu
einer Beendigung der Raumtemperatur-Aufbewahrungsstabilität. War das
Material mit aufgeschmolzenem Material imprägniert, so wird es auf eine
Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Epoxyharzes abgekühlt und
vorzugsweise auf eine Temperatur geringer als 10°C. Dieses Verfahren unterstützt die
Rekristallisation.
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Bevorzugte
Verfahren zur Herstellung der faserverstärkten Kunststoffe der Erfindung
werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen dargestellt sind:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffen
mit einer fasrigen Bahn und einer Matrixharz-Zusammensetzung gemäß der Erfindung;
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2 ein
schematisches Diagramm, das ein zweites Verfahren zur Herstellung
von Kunststoffen darstellt mit einer fasrigen Bahn und einer Matrixharz-Zusammensetzung
gemäß der Erfindung;
und
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3 ein
schematisches Diagramm, das ein drittes Verfahren zur Herstellung
von Kunststoffen darstellt mit einem fasrigen Gewebe und einer Matrixharz-Zusammensetzung
gemäß der Erfindung.
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Die
fasrige Bahn kann aus synthetischen oder natürlichen Fasern bestehen, wie
solchen aus Kohlenstoff, Glas, Aramid, Hanf, Kenaf oder beliebigen
anderen Formen von Materialien oder Kombinationen von Materialien,
die vereinigt mit der Matrixharz-Zusammensetzung der Erfindung ein
Verbundprodukt liefern. In den 1, 2 und 3 kann
die fasrige Bahn oder Faserbahn bereitgestellt werden entweder über Spulen von
Fasern, die abgespult werden können
oder von einer Textilrolle.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird ein kristallines Epoxyharz
auf eine Temperatur über
seinen Schmelzpunkt erhitzt und wird dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
Ein kristallines Epoxy-Härtungsmittel
wird dann gleichförmig
mit dem flüssigen
Harz und einem Flexibilisierungsmittel vermischt unter Bereitstellung
einer Mischung, die über
eine Aufnahmevorrichtung 11 auf die sich bewegende Bahn 12 aufgebracht wird,
die bestehen kann aus einem Trennpapier, einem Trennpapier beschichtet
mit einem klebrig machenden Film oder einem textilen Gebilde. Falls
erforderlich, können
Fasern von den Spulen 13 oder einem textilen Gebilde 19 oder
von beiden auf die Bahn aufgebracht werden, als Verstärkungsmaterialien.
Eine Mischung 15 aus Epoxyharz und klebrig machendem Mittel
kann über
eine Laminierung eines vorbeschichteten Filmes auf eine oder beide
Seiten der Hauptbahn aufgebracht werden, falls erforderlich. Die
Bahn und das Harz gelangen über
einen aufgeheizten Tisch 14 mit Druckwalzen in einen aufgeheizten
Druckspalt 16, um den erforderlichen Grad von Imprägnierung
zu erzielen. Wärme
wird angewandt bis auf eine Temperatur, die geringer ist als der Schmelzpunkt
des Epoxy-Härtungsmittels,
jedoch gleich oder höher
als der Schmelzpunkt des Epoxyharzes. Die nunmehr imprägnierte
Bahn wird dann mittels einer Abkühleinheit 17 auf
eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Epoxyharzes abgekühlt, jedoch
vorzugsweise auf eine Temperatur geringer als 10°C, um es dem Epoxyharz zu ermöglichen,
zu rekristallisieren. Die Rekristallisierung kann, falls erforderlich,
beschleunigt werden durch Zugabe von Epoxyharzkristallen 18 als
Keimbildungsmittel. Der Kunststoff oder der Aufbau wird dann bei
einer Temperatur, vorzugsweise von –5°C bis +10°C, zwei Tage lang aufbewahrt,
um den Kristallisationsprozess zum Abschluss zu bringen. Ist das
Epoxyharz vollstän dig
kristallisiert, so kann der Kunststoff bei Raumtemperatur oder unterhalb
des Schmelzpunktes des Epoxyharzes aufbewahrt werden.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird ein weiteres Verfahren
zur Herstellung eines Kunststoffes gemäß der Erfindung dargestellt,
bei dem ein kristallines Epoxyharz mit einem kristallinen Epoxy-Härtungsmittel
vermahlen wird, um eine innige Mischung 21 zu erzeugen.
Die Mischung wird dann in einer vorbestimmten Menge auf die Bahn 22 oder 23 aufgebracht.
Die Bahn wird dann durch einen Erhitzer 24 geführt, über den
Wärme zugeführt wird
bei einer Temperatur, die geringer ist als der Schmelzpunkt des
Epoxy-Härtungsmittel,
jedoch gleich oder höher
ist als der Schmelzpunkt des Epoxyharzes. Eine Mischung 25 aus
Epoxyharz und klebrig machendem Mittel kann dann über eine
Laminierung eines vorbeschichteten Filmes aufgebracht werden auf eine
oder beide Seiten der Hauptbahn sofern dies erforderlich ist. Die
Mischung aus Epoxyharz und Epoxy-Härtungsmittel fließt nun ausreichend,
um die vollständige
Imprägnierung
der Verstärkung
zu erreichen. Die imprägnierte
Bahn wird dann durch eine Kühleinheit 26 auf
eine Temperatur geringer als der Schmelzpunkt des Epoxyharzes, jedoch
auf eine Temperatur geringer als 10°C, abgekühlt, um eine Rekristallisierung
des Epoxyharzes zu ermöglichen.
Der Kunststoff wird dann bei einer Temperatur, vorzugsweise von –5°C bis +10°C zwei Tage
lang aufbewahrt, um den Kristallisationsprozess zu vervollständigen.
Nachdem das Epoxyharz vollständig
kristallisiert ist, kann der Kunststoff bei Raumtemperatur oder
unterhalb des Schmelzpunktes des Epoxyharzes aufbewahrt werden.
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Ein
anderes Verfahren zur Erzeugung eines faserverstärkten Kunststoffes umfasst
das Aufsprühen
einer Mischung aus dem pulverisierten, kristallinen Epoxyharz und
dem pulverisierten Epoxy-Härtungsmittel
direkt auf die Verstärkung.
Dies ist dann ein geeignetes kristallines, vorimprägniertes
Material (prepreg). Eine solche Technik umfasst elektrostatische
und fluidisierte Bett-Technologien, die dem Fachmann allgemein bekannt
sind.
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Ein
weiteres Verfahren zur Erzeugung eines faserverstärkten Kunststoffes
umfasst die Herstellung einer Dispersion eines pulverisierten, kristallinen
Epoxyharzes und eines pulverisierten Epoxy-Härtungsmittels in einem Lösungsmittel,
Aufbringen der Dispersion auf die Fasern und Entfernung des Lösungsmittels
mittels eines Ofens. Derartige Methoden sind dem Fachmann allgemein
bekannt. Unter Bezugnahme auf 3 wird ein
weiteres Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen gemäß der Erfindung
dargestellt. Ein kristallines Epoxyharz wird auf eine Temperatur
oberhalb seines Schmelzpunktes erhitzt und dann auf Raumtemperatur
abkühlen
gelassen. Ein kristallines Epoxy-Härtungsmittel wird dann gleichförmig mit
dem flüssigen
Harz und einem Flexibilisierungsmittel vermischt, um eine Mischung
zu erzeugen, die in einem Bad 31 aufbewahrt wird. Die Verstärkungsbahn 36a oder 36b wird
in das Bad 31 eingetaucht, um die Bahn zu benetzen. Überschüssiges Harz
wird dann durch Bemessungswalzen 32 entfernt, um den erforderlichen
Harzgehalt zu erzielen. Die Bahn kann dann, falls erforderlich,
zur Erzielung einer vollständigen
Imprägnierung
durch einen Erhitzer und Verdichtungswalzen 33 geführt werden, über die
Wärme bei
einer Temperatur zugeführt
wird, die geringer ist als der Schmelzpunkt des Epoxy-Härtungsmittels,
jedoch gleich oder höher
ist als der Schmelzpunkt des Epoxyharzes. Eine Mischung 35 aus
Epoxyharz und klebrig machendem Mittel kann über eine Laminierung eines vorbeschichteten
Filmes auf eine oder beide Seiten der Hauptbahn zugeführt werden,
falls dies erforderlich ist. Die imprägnierte Bahn wird dann durch
eine Abkühleinheit 34 auf
eine Temperatur abgekühlt,
die geringer ist als der Schmelzpunkt des Epoxyharzes, jedoch vorzugsweise
auf eine Temperatur geringer als 10°C, um es dem Epoxyharz zu ermöglichen,
zu rekristallisieren. Das vorimprägnierte Material wird dann
bei einer Temperatur, vorzugsweise von –5°C bis +10°C, zwei Tage lang aufbewahrt,
um den Kristallisationsprozess zu vervollständigen. Ist das Epoxyharz vollständig kristallisiert,
so kann der Kunststoff bei Raumtemperatur oder unterhalb des Schmelzpunktes
des Epoxyharzes aufbewahrt werden. Der Flüssigharz-Tauchprozess kann
durchgeführt
werden unter Verwendung eines breiten Bereiches von Vorrichtungen,
die dem Fachmann bekannt sind.
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Es
ist festzustellen, dass in sämtlichen
der beschriebenen Verfahren das klebrig machende Mittel auf den
Kunststoff online aufgesprüht
werden kann oder mittels eines Trennpapiers aufgebracht werden kann.
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Um
das Verfahren der Erfindung weiter zu veranschaulichen, wird auf
die folgenden Beispiele Bezug genommen.
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Beispiel 1
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10
g von DER 332, erhältlich
von Dow Chemical, ein Diglycidylether von Bisphenol A, der existieren kann
als flüssiges
Harz oder als kristalline, feste Masse wurde auf 45°C erwärmt, um
zu gewährleisten,
dass keine Kristallinität
vorhanden war. Das Harz wurde auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
1-(1-Imidazolyl)-2-hydroxyoctadecan, das Epoxy-Härtungsmittel (im folgenden
bezeichnet als Härtungsmittel
I) wurde zu dem Epoxyharz zugegeben und gleichförmig mit diesem vermischt unter
Verwendung eines Rührstabes.
Die Mischung wurde dann rekristallisieren gelassen bei einer Temperatur
von 5°C über zwei
Tage. Kristalle von DER 332 können
der Mischung zugesetzt werden als Keime für den Kristallisationsprozess.
Das Matrixharz wurde dann auf Raumtemperatur aufgewärmt. Bei
Erreichung dieser Temperatur wurde festgestellt, dass sich eine
feste Zusammensetzung isolierte. Die Differential-Abtast-Kalorimetrie
(DSC) wurde als Methode zur Ermittlung des Schmelzpunktes des Epoxyharzes
und des Epoxyharz-Härtungsmittels
verwendet. Die Schmelzpunkte können
dann verglichen werden mit separaten DSC-Spuren der reinen Komponenten
der Zusammensetzung. Das DSC-Verfahren wurde ebenfalls dazu verwendet,
um die Haltbarkeit der Zusammensetzung über 6 Monate zu untersuchen.
Die Raumtemperatur-Lebensdauer der kristallinen Zusammensetzung
beträgt
mindestens vier Monate.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
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Die
Schmelzpunkt-Spitzen in der Epoxyharz-Zusammensetzung entsprechen
den Schmelzpunkt-Spitzen der einzelnen reinen Komponenten.
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Vergleichs-Beispiel 1
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Zu
10 g LY1556, erhältlich
von Vantico, ein Diglycidylether von Bisphenol A, der ein nicht-kristallisierbares,
flüssiges
Harz ist, wurde 1 g des Härtungsmittels
I zugegeben. Diese Zusammensetzung wurde gleichförmig mit einem Rührstab vermischt.
Die Mischung wurde zwei Tage lang bei 5°C aufbewahrt. Die Mischung wurde
auf Raumtemperatur aufgewärmt.
Die Mischung befand sich noch in flüssiger Form, die DSC-Spur zeigte
lediglich die Schmelzpunkt-Spitze des Epoxy-Härtungsmittels. Die Lebensdauer
bei Raumtemperatur dieser Zusammensetzung wurde zu fünf Wochen
bestimmt.
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Beispiel 2
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10
g Rutapox 0158, erhältlich
von Bakelite, ein Diglycidylether von Bisphenol F, der als flüssiges Harz oder
als kristalliner Feststoff existieren kann, wurden auf 45°C aufgewärmt, um
zu gewährleisten,
dass keine Kristallinität
vorlag. Das Harz wurde auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Epoxy-Härtungsmittel
I wurde zu dem Epoxyharz zugesetzt und gleichförmig mit diesem vermischt unter
Verwendung eines Rührstabes.
Die Mischung wurde bei einer Temperatur von 5°C einen Tag lag rekristallisieren
gelassen. Die Epoxy-Zusammensetzung wurde dann auf Raumtemperatur
aufgewärmt.
Bei Erreichung dieser Temperatur wurde festgestellt, dass sich eine
feste Zusammensetzung isoliert hatte. Eine Differential-Abtast-Kalorimetrie
(DSC) wurde angewandt, um den Schmelzpunkt des Epoxyharzes und des
Epoxyharz-Härtungsmittels
festzustellen. Die Schmelzpunkte können dann verglichen werden
mit separaten DSC-Spuren der reinen Komponenten dieser Zusammensetzung.
Eine DSC-Analyse wurde ferner durchgeführt, um die Lebensdauer der
Zusammensetzung über
sechs Monate zu überprüfen. Die
Raumtemperatur-Lebensdauer der kristallinen Zusammensetzung lag
bei mindestens vier Monaten.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
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Die
Schmelzpunkt-Spitzen in der Epoxyharz-Zusammensetzung entsprechen
dem Schmelzpunkt-Spitzen der einzelnen reinen Komponenten.
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Vergleichs-Beispiel 2
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Zu
10 g GY281, erhältlich
von Vantico, ein Diglycidylether von Bisphenol F, der ein nicht-kristallisierbares,
flüssiges
Harz bei Raumtemperatur ist, wurden 1 g Epoxy-Härtungsmittel I zugegeben. Diese
Zusammensetzung wurde gleichförmig
unter Verwendung eines Rührstabes
vermischt. Die Mischung wurde zwei Tage lang bei 5°C stehen
gelassen. Die Mischung wurde auf Raumtemperatur aufgewärmt. Die
Mischung lag immer noch in flüssiger
Form vor, die DSC-Spur zeigte lediglich die Schmelzpunkt-Spitze
des Epoxy-Härtungsmittels.
Die Lebensdauer bei Raumtemperatur dieser Zusammensetzung wurde
zu fünf
Wochen bestimmt.
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Beispiel 3
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1
kg DER 332 wurden auf 45°C
erwärmt,
um zu gewährleisten,
dass keine kristallinen, festen Stoffe vorhanden waren. Die Mischung
wurde auf Raumtemperatur abkühlen
gelassen. 100 g Härtungsmittel
I wurden zugesetzt und gründlich
eingemischt unter Verwendung eines Planetenmischers. Ein Kohlefaser-Fabric wurde
dann mit der Epoxy-Zusammensetzung imprägniert bei einem Harzgewicht
von 35 bis 40 Gew.-% unter Verwendung einer Vorimprägnierungsvorrichtung.
Das imprägnierte
Gewebe wurde dann über
eine 5°C
Abkühlplatte
geführt,
um eine Kristallisierung einzuleiten. Das mit dem Epoxyharz vorimprägnierte
Material wurde dann mit einer Polyethylenumhüllung beschichtet und aufgerollt.
Das imprägnierte
Material wurde unmittelbar darauf zwei Tage lang bei 5–10°C aufbewahrt,
um eine vollständige
Rekristallisierung zu gewährleisten.
Eine DSC-Analyse zeigte Schmelzpunkt-Spitzen für sowohl DER 332 als auch das
Härtungsmittel
I. Die mit Epoxyharz vorimprägnierte
Zusammensetzung hatte eine Lebensdauer bei Raumtemperatur von sechs
Monaten.
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Beispiel 4
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Zu
100 g kristallinem Rutapox 0158 wurden 10 g Härtungsmittel I gegeben. Die
Mischung wurde zusammen vermahlen unter Verwendung eines Mörsers mit
Pistill. Diese Mischung wurde gleichförmig auf einem Kohlefaser-Fabric
eines Gewichtes von 200 gm–2 ausgebreitet und auf
45°C erwärmt, um
das kristalline Rutapox 0158 aufzuschmelzen. Der Harzgehalt des
vorimprägnierten
Materials lag zwischen 35–40
Gew.-%. Unter Verwendung eines K-Stabes wurde die Kohlefaser-Fabric
mit der Harzmischung imprägniert.
Das vorimprägnierte
Materi al wurde auf unter 10°C
abgekühlt,
um die Rekristallisation des Epoxyharzes zu ermöglichen. Der Kunststoff hatte
eine Aufbewahrungs-Lebensdauer von mehr als sechs Monaten bei Raumtemperatur.
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Beispiel 5
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Eine
pulverisierte Mischung von 100 g kristallinem Rutapox 0158 und 10
g des Härtungsmittels
wurden auf ein Kohlefaser-Fabric aufgesprüht. Der Harzgehalt des Kunststoffes
lag zwischen 35 und 40 Gew.-%. Der Kunststoff hatte eine Aufbewahrungs-Lebensdauer
von mehr als sechs Monaten.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die oben beschriebenen Beispiele die
Erfindung lediglich veranschaulichen sollen. Es sind viele Modifizierungen
und Veränderungen
möglich.
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Beispiel 6
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Ein
kristallines, vorimprägniertes
Material wurde hergestellt, wie in Beispiel 3 beschrieben. Das vorimprägnierte
Material wurde auf Raumtemperatur aufgewärmt. Eine klebrig machende
Schicht wurde auf das vorimprägnierte
Material aufgebracht durch Aufsprühen eines Kontakt-Klebstoffes
auf Wasserbasis (3M Fastbond 30) auf beide Seiten des vorimprägnierten
Materials. Das vorimprägnierte
Material wurde zwischen einer Polyethylen-Umhüllung bei Raumtemperatur 28
Tage lang aufbewahrt und seine Klebrigkeit wurde aufgezeichnet.
Die Klebrigkeit reichte aus, dass Vorimprägnierungs-Einlagen bei Raumtemperatur
zur Haftung gebracht werden konnten. Diese Klebrigkeit wurde beibehalten
während
der 28 Tage Aufbewahrungsperiode bei Raumtemperatur.
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Beispiel 7
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100
g Rutapox 0158, erhältlich
von Bakelite, ein Diglycidylether von Bisphenol F, der in Form eines flüssigen Harzes
oder einer kristallinen, festen Masse existieren kann, wurde auf
45°C aufgewärmt, um
zu gewährleisten,
dass keine Kristallinität
mehr vorlag. 10 g Epoxy-Härtungsmittel
I wurden zu dem Epoxyharz zugegeben und mit diesem gleichförmig vermischt
unter Anwendung eines Rührstabes.
5 g Hycar 1300x18, ein flüssiger
Gummi, erhält lich
von BF Goodrich, wurden zu der Mischung zugegeben und gleichförmig unter
Verwendung eines Rührstabes
eingemischt. Mit der Epoxy-Zusammensetzung wurde dann ein Kohlefaser-Fabric imprägniert bei
einem Harzgewicht von 35–40
Gew.-% unter Verwendung eines K-Stabes. Das vorimprägnierte
Material wurde zwischen mit Silicon beschichtetem Trennpapier bei
5–10°C aufbewahrt,
um eine vollständige
Rekristallisierung zu gewährleisten.
Das vorimprägnierte
Material wurde dann auf Raumtemperatur erwärmt und es zeigte sich, dass
es flexibel war, da wenig oder kein Epoxyharz von dem Fabricmaterial
abblätterte.
