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Verfahren zur Herstellung einer Kunstharzfaserstoffpreßmasse Die,
vorliegende Erfindung bezieht sich, auf Kunstharzfaserstoffpreßmassen, für die,
hitzehärtbaree Kunstharze, wie z. B. Phenolald.eih.ydharze, als Bindemittel verwendet
werden.
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Wenn man hitzehärtbarc Harze als Bindemittel verwendet, so erhält
man zwei ganz verschiedene Produkte, und zwar je nach der Struktur oder dem physikalischen
Charakter des verwendeten Füllstoffes. Das eine Produkt ist als Preßpulver bekannt
und enthält den Füllstoff in Form von feinverteilten kleinen Teilchen oder Fasern,
und das andere ist als geschichtetes Produkt bekannt und enthält den Füllstoff in
Form von Bahnen. Diese beiden Typen. weichen weit voneinander ab in bezug auf die
Art der hergestellten Gegenstände und deren Eigenschaften. Aus PreB-pulver geformte
Gegenstände kann man in den verschiedensten Gestalten erhalten; während die geschichteten
Körper auf die einfachen
Formen von Platten und Röhren beschränkt
sind. Infolge dr sehr verschie@I:nen Eigenschaften d°r geformten g°preßten und gescliielitz-tzn
Produkte hab:n sich zwei ganz. verschiedene Industriezweig e entwickelt. von denen
ieder seine eigene Technik und Apparatur hat.
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Das übliche Verfahren zur Herstellung von g°; ignettn Preßmischungen
besteht darin, das bis zu dein richtigen Zustand kondensierte Harz mit den Fasern
oder andren feinverteilten FülIstof#,«-en, wie z. B. Holzmehl. auf ]>-.heizten
Differentialwalzen zu mischen: man kann auch andere 1,Iiscliverfahreir anwenden,
aber der Walzvorgang wird aus dem Grunde fast ausnahmslos angewandt, weil das Harz
dadurch erweicht und mit den faserigen Füllstoffen innig vereinigt wird, so daß
eine Mischung von größerer Homogenität erhalten wird, als es nach den anderen -Mischmethoden
möglich ist. Das Material verläßt die Walzen in Form eines spröden, brüchigen Felles,
das gebrochen und zu Pulver vermahlen wird. Es ist eine wesentliche Eigenschaft
eines Preßpulvers, dali es unter der Einwirkung von Hitze und Druck in einer geschlossenen
Form schmilzt und gleichmäßig nach allen Richtungen fliaßt. um die Formen der Preßforin
anzunehmen und eitle harzartige Oberfläche von poliertem Aussehen zti bilden. Beim
Pressen dieser Pulver werden Drücke von etwa id.o bis 21o kg je Quadratzentimeter
und Temperaturen zwischen i.lo und 1651C verwendet, und die Preßdauer beträgt durchschnittlich
i bis 3 'Minuten für Gegenstände von einer Dicke von 3 his 5 mm.
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Bei der Herstellung von geschichteten Produkten wird gewöhnlich das
Verfahren angewandt, Stoff- oder Papierbahnen mit einem Lack zu überziehen, der
durch Dispersion eines Kunstharzes in einem Lösungsmittel hergestellt wird. Das
Lösungsmittel wird durch Verdunstung entfernt, und die überzogene Bahn wird' in
Stücke von geeigneter Größe zerschnitten, die dann in der gewünschten Anzahl aufeinandergelegt
und zwischen beheizten Platten hohem Druck ausgesetzt werden. Die Formgebung ist
hierbei deshalb auf so einfache Formen wie Platten beschränkt, weil die harzüberzogenen
Faserstoffhalinen keine nennenswerte Fließfähigkeit infolge der Verfilzung der Fasern
besitzen und dalicr nicht eitler -umformenden Einwirkung aus-e:etzt werden können.
Für diese ist cs notwendig, dalß die Substanz fließt. ohne daß hi-rbei die Bahnen
zerrissen w;rden.
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Uin die 1-@crwenduiig eines Lösungsmittels auszuschalten. ist ein
anderes Verfahren entwickelt worden. hei dem die Fasern in Form eine: nassen Cellulosebreies
mit pulverisiertem oder flüssigem Harz vermischt werden. die erltalteii: -lasse
auf eine Siebvorrichtung geleitet und das Wasser abgetrennt wird, um di.: -lasse
zii einer Bahn zu formen. In einer so l::rgatcllten Bahn ist das Harz durch die
ganze 'lasse verteilt und unterscheidet sich in dieser Beziehung von lacküberzogenen
Bahnen. hei denen sich das Harz auf der Oberfläche konzentriert. \ ach dem Harz-Faserstoftbrel-Verfahren
können Bahnen oder Platten bis zu einer Dicke von etwa 12 mm mit Hilfe einer l-,undsi°t>niascliine
hergestellt werden. Der -Mangel an nennenswerter Fließfähigkeit bleibt ahr ];.:i
nach dem Naßverfahren hergestellten Bahnen bestehen, so daß auch hier nur einfache
Formen gebildet «-erden können.
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Bei einer anderen bekannten Arbeitsweise werden gegebenenfalls erwärmt,
Kunstharze mit Füllstoffen. z. B. mineralischen Füllstoffen. gemischt. und alsdann
wird diese Mischung mit angefeuchtetem. aber nicht fließendem Fas°rstoff verarbeitet,
worauf der wäßrige ßr: i nach 1-erdütinen mit Wasser auf der Pappen- oder Papiermaschine
weiterverarl;eitet wird. Derartige -Massen zeigen zwar gute Fließfähigkeit, die
daraus gepreßten Gegenstände besitzen aber eine mangelhafte Wasserfestigkeit, weil
die livgroskopischen Fasern während der Herstellung der Preßinassen im wesentlichen
nur mechanisch mit dem Bindemittel gemischt sind und auch während des Heißpressens
nicht genügend von den Harzen umhüllt oder durchtränkt «-erden.
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Dieser Mangelwird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt,
daß der wäßrigen Dispersion des langfaserigen Füllstoffes eine in an sich bekannter
Weise aus hitzehärtbarem Harz und kurzfaserigen oder pulverförmigen Fiillstoffen
durch Behandlung auf beheizten Walzen od. dgl. hergestellte Preßmasse und außerdem
ein flüssiges hitzehärtbares Kunstharz zugesetzt werden. Die Gesaintinischung wird
mit Wasser verrührt, bis sie homogen ist, dann läßt man sie über Siebe laufen, um
das Wasser auszuscheiden, und die so geformten Bahnen «-erden auf Kalander«-alzen
oder in Trockenöfen getrocknet. Die bahnförmige 'Mischung kann auch auf Zvlindermaschinen
zu der gewünschten Dicke geformt werden, im allgemeinen weniger als 23 mim stark,
und die so erhaltene Platte wird durch Aufhängen in einem Raum getrocknet, durch
den warme, trockene Luft zirkuliert. Es hat sich gezeigt, daß durch das Verniisclieii
von Cellulosebrei mit dem flüssigen Kunstharz und der verpreßbaren Harz-Füllstoft-llischung
Gemische erhalten werden, die im X--ergleich mit üblichen Preßmisehungen holte Schlagbiegefestigkeit
und dazu eine derarti-e Fließfähigkeit besitzen. daß man daraus
auch
komplizierte Formkörper pressen kann, was anscheinend auf das Vermengten von verschlungenen
Langfasern und kleinen Teilchen der leicht fließendem Preßmischung zurückzuführen
ist. Gegenüber den durch Vermischen von langfaserigen Füllstoffen in Gegenwart von
Wasser mit. einem Gemisch aus feistem hitzehärtbarem Harz und Füllstoffen hergestellt,en
Preßmassen zeichnen .sich, die Preßmischungen gemäß der Erfindung auch bei gleichem
Gesamtharzgehal.t infolgee der B.ehantdlung der Fasern mit tränkfähigen, flüssigen
Kunstharzen durch wesentlich verbesserte Wasserfestigkeit aus. Sie gleichen in dieser
Hinsicht den bekannten, in der Einleitung beschricbenen pulverförmigen und bahnförmigen
Preßstoffem.
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Der Anteil der aus Harz und n:ichtverfilzbaren Füllstoffen hergestellten
Preßmischung, der dem Cellulosebrei hinzugefügt wird, braucht nur i o % zu betragen
und zeigt dabei doch schon einen merklichen Einfluß auf die Fließbarkeit des Gesamtgemisches.
Es können j.e:doch bis zu 75 % hinzugefügt werden, um ein Material von hoher Fließfähigkeit
zu erhalten, das trotzdem eine beträchtliche Sch,lagbiegefestigkeit besitzt. Eine
geringere Zusatzmen:ge an Preßmischung Ist für Cellulosemassen geeignet, die größere
Mengen von mechanisch aufgeschlossener oder kurzfaseriger Cellulose enthalten, während
man größere. Zusatzmengen an Preßmischung verwenden muß, wenn die Callulosemasse
einen höheren Gehalt an chemisch aufgeschlossener oder langfaseriger Gellulose aufweist.
Im allgume.inlen weist ein Zusatz von 2o bis 25 0/0 Preßmischung zu einem Material,
welches aus @ine:m wasserhaltigen Gemisch von einem Teil langfaseriger, einem Teil
kurzfaseriger Ceellulo@e und einem Teil flüssigem Kunstharz besteht, den besten
Ausgleich zwischen Schlaglyieg.festiglc-ei.t und Fließfähigkeit auf.
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Als langfaserige Cellulase kann man beliel>ige chemisch aufgeschlossene
Fasern verwenden, wie z. B. Subfit- oder Sulfatcellulose oder mit Soda aufgeschlossene.
Cellulose, wobei man zu einem gewissen Anteil auch mechanisch aufgeschlossene Faserstoffe,
z. B. Zeitunigspapierfasern oder Holzmeihl, hinzufügen kann. Im allgemeinen is.t
es vorzuziehen, einen Nvasserhaltib n, ganz oder zum größten Teil aus chemisch aufgeschlossener
Cellulose i>eisteli"eiid-en C.ellulos,eb-rei zu verwenden, obgleich auch die Verwendung
von zwei oder drei Teilen chemisch aufgeschlossener Cellulose auf einten Teil mechanisch
aufgeschlossener Gellulose zufriedenstellende Resultate gezeitigt hat, -ebenso wie
das bei gleichen Teilen chemisch, aufgeschlossener und mechanisch aufgeschlossener
Cellulose der Fall war: Für manche Zwecke kann es auch erwünscht sein, i Teil chemisch
aufgeschlossener auf z bis 3 Teeile; mechanisch aufgeschlossener Collulose zu verwenden.
Ganz. allgemein kann man sagen, daß ein Cellulosebrei, der größere Mengenanteile
an chemisch aufgeschlossener Cellulose enthält, :Mischungen mit der größten Schlagbiegefestigkeit
liefert, während durch das Hinzufügen mechanisch aufgeschlossener Cellulose die
Sch.lagbiegefestigkeit vermindert, aber ein leichter fließbares Material erzeugt
wird.
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Für den Zusatz von verpreßbarer Harz-Füllstoff-Mischung kann man jede
beliebige übliche Preßmischung aus Holzmehl, Sägespänen oder ähnlichen kurzfaserigen
Füllstoffen und hitzehärtbarem Kunstharz verwenden.
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Schon durch Zugabe von etwa io% flüssigem Harz, bezogen auf die Gesamtmenge
des Bindemittels in der fertigen Masse, wird eine merkliche Verbesserung der Wasserfestigkeit
erreicht, Man kann jedoch auch wesentlich größere Anteile flüssiges Harz. verwenden.
Dies sind gewöhnlich bei Gegenwart alkalischer Katalysatoren hergestellte Phenodaldehydharze
oder soggenannte Resole, d. h.. Harze, zu deren Herstellung Phenol mit einer äquimolekularen
oder etwas höheren Gewichtsmenge Forrnaldehy d in Gegenwart eines Kondensationsmittels,
wie z. B. Natrium-oder Bariumhydroxyd' oder Ammoniak, zur Reaktion gebracht wird.
Daneben können auch noch feste, Kunstharze in feinverteilter Form dem Faserbrei
zugesetzt werden.
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Im allgemeinen ist ein,. Harz-Ce:llulose-Mischung zu bevorzugen, die
45 bis 500/0 Harz, berechnet auf das Trockengewicht, enthält, wovon 8 bis 12% aus
hitzehärtendem flüssigem Resol und 30 bis 45'/o aus Novolak bestehen, der
eine zum Härten genügende Menge an Hexamethylentetramin enthält. Dieser Mi.schüng
gibt man eine harzhaltige Preßmisch,ung zu, die etwa 5o % Resol oder Novolak unter
Zusatz von Härtungsmittel enthält. Es ist als praktisch befunden worden, die, Menge,
des Resodharzes in der Harz-Cellulose-Mischungproportional zu der Erhöhung de:r
Zugabe an harzhaltiger Preßmischung zu der Harz-Cellulose-Mischung zu steigern.
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Bei, der praktischen Verwendung dieser Harz-Faser-Gemische benutzt
man gewöhnlich Scheiben, Vierecke oder andere geeignete Formstücke aus der getrockneten
Bahn in Größen von z. B. 12 nun Durchmesser, und derartige gestanzte Stücke werden
dann in geeignete Stahlpressen eingefüllt und unter Druck und Hitze gepreßt. Man
kann auch die Bahn durch. Mahlen oder einen anderen Vorgang mehr oder weniger zu
Pulver zerkleinern, erhält aber hei einer derartigen Bethandlung gewöhnlich ein
Fertigprodukt von en-t-
| sprechend geringerer Schlagbieg:festigkeit. |
| Die ,formten G, geiistäiid e werdelf gewöhn- |
| lich heiß aus der Form genommen und er- |
| fordern wenig oder gar heineNachhehandlung |
| mit Ausnahme der Entfernung der Grate an |
| den Kanten. - |
| -Nachstehend werden einige Beispiele für |
| die gemäß der vorliegenden Erfindung zum |
| -erpressen geeigneten Gemische angeführt. |
| Beispiel i |
| Aus äquimolekularen 1lengeti Kr sol und |
| .Io'loig-er Formaldehrdlösttng wird in Gegen- |
| wart voll -atritim- oder Bariumlivdroxvd in |
| einer Menge, die etwa o.8 bis i1lo der 1lenge |
| an Phenol entspricht, ein Harz hergestellt, |
| indem male die Reaktion so lange: durchfiihrt, |
| bis eine :ntnommene und abgekühlte Probe |
| sieh in zwei Schichten trennt. Die Reaktions- |
| masse wird dann entwässert, bis matt ein vis- |
| koses. flüssiges Harz mit einem Gehalt Zoll |
| etwa ;o'lo an festen Bestandteilen erhält. |
| 60o Teile des wass-Lrlialtigen. viskosen Harzes |
| werden in einer Knetmaschine finit Zoo Teilen |
| Zeitungspapiertasern Lind Zoo Teilen langen |
| Cellulosefasern zu einer homogenen und |
| gleichmäßigere Masse vermischt, die dann in |
| ein Rührwerk zusammen mit 40o- Teilen :zitier |
| Preßmiscliung eingefüllt wird, welche zu |
| einer Siebmaschengröfle von etwa ioo ver- |
| mahlen worden ist und z. B. aus et« -a gleichen |
| T°_ilen ,eines hitzehärtbareli Plieiiolliarzes und |
| eines Holztiiehlftlllstoffes eiergestellt Ist. Es |
| können auch Farbstoffe oder andere Bestand- |
| teile nach Wunsch hinzugefügt w, rden. Diese |
| Mischung leitet man dann nach -,Iltslirei'lietlder |
| @;'erdünnung mit Wasser auf eine Papier- |
| maschine. auf welcher Bahnen von etwa 6 iniii |
| Dicke hergestellt werden, und läl:lt dann die |
| so erhaltenen Bahnen oder Platten durch Auf- |
| lian°2ii in eiIi2Iii Riatlnl, in dein trockene Luft |
| bei .Io bis @o-J C zirkuliert, i dis Tage trock- |
| nen. Sobald die Bahnen trocken sind, glättet |
| male sie durch Walzen. Der Harzgehalt der so |
| hergestellten Bahrten beträgt etwa .lo his |
| 30'1o und ihre Dichte etwa o,;. |
| Beispiel |
| Aus etwa i 30o Teilen Plietiol und |
| 87o Teilelf .1o'!oiger Foriiialdmelivdlösutig wird |
| unter einen: Druck von etwa io kg/cm= ein |
| Harz vom Z;ovolalztvpus hergestellt. Solzald |
| die Reaktion beendet ist. wird die wäßrige |
| Schicht dekantiert und das wasserhaltige |
| Harz vom Wasser befreit, so doll ein hartes. |
| sprödes Harz entsteht, das hei etwa 93= C |
| schmilzt. Das Harz -wird zti einer @leh- |
| niaschengrUe von etwa ioo vertnahlen, und |
| .L40 Teile des Harzes werden zu einer |
| Mischung gegeben. die etwa i5oo Teile |
| Wasser. .4.I Teile 1-le---,aine@tlivlentetramin und |
| etwa 50o Teile I_an@@-i'a@:rn enth eilt. Dann |
| werden 210 Teile .fite-, flüssigen Harzes |
| (;o'.`o feste Bestandteile;. das gemäß 11ei- |
| spiel i hergestellt ist. finit der Mischung \,er- |
| knetet und das Ganz.- zusammen mit .mwa |
| 57o Teilen einer liitzeliärtbar-eti. zu einer Sieh- |
| maschengröl3e von etwa ioo vermahlenen |
| Pi-eßiiiiscliutig in in P#iilirwerk -#iiigefüllt und |
| finit genügend Wasser ceriniseht, uni eine |
| 5 his 81foige Harzfas,--rsusl)ensioti zu erzielen; |
| nach dem Verrühren wird die Mischung ge- |
| nügend entwässert. damit Sie in (ler vorher |
| liescliriehenen Weise zu einer Bahn geformt |
| werd,cti kann. |
| Beisl)ieI 3 |
| Es wird gemäß Beispiel 2 ein ` Mischung |
| hergestellt. die atis etwa 3c)0 Teilen eine-, |
| -Nocolal;liarzes, 3y'1'-eilen I-lexain:tlivletitetra- |
| ini27 tind -2y0 Teilen :'dies geinal3 13-'Ispiel 1 |
| eiergestellten viskosen. fleissigen Harzes he- |
| steht. Zu dieser Mischung fügt man etwa |
| i i.Io Teile einer vermahlenen Preliinischuilg |
| in einem Rührwerk hinzu und formt die er- |
| haltene Masse getnäl3 Beispiel i zu einer Bahn. |
| In den angeführten Beispielen besteht das |
| Preßmaterial. das man der Mischung in dem |
| Rührwerk hinzufügt, aus einem liit7ehärt- |
| baren kesolharz, das aus einem Phenol, wie |
| z. B. Kresol, mit im wesentlichen äquimole- |
| kulareiiMengen 4o°/oiger Fornialdeliydlösung |
| in Gegenwart eines alkalischen Katalysators |
| hergestellt ist. Die Reaktion wird fortgesetzt, |
| bis man nach Entziehung des "'assers ein |
| sprödes Harz erhält, und (las Harz wird mit |
| einem Füllstoff, wie z. B. Holzmehl in Men- |
| geit von i Teil Harz auf etwa i Teil Holz- |
| inelil, heiß gewalzt. Es kann auch ein aus |
| \ovolak. Hexa.inethclentetraniin und Füllstoff |
| bestehendes Prel3tnaterial in äquivalenten |
| Mengen daftir benutzt werden, tim die ange- |
| gebetien Resultate zu erzielen. |
| Preßgemische, die gemäß den angegebenem |
| Beispielen hergestellt worden sind, wurden |
| auf die Weise geprüft, daß aus der getrock- |
| neten Bahn Vierecke oder Scheiben von etwa |
| i2 iilm Durchmesser gestanzt wurden. Diese |
| wurden in eine Becherforin gefüllt und bei |
| Drücken von 140 bis 175 4,-/c111= hei einer |
| Temperatur von etwa i 5o C gepreßt. Die er- |
| forderliche Preßzeit betrug etwa 3 Minuten; |
| (iie Becher wurden lieil.l aus der Form ge- |
| notnnien. Die Stanzstücke können vors einer |
| heliebigeii Größe seid, z. 13. von ei his 25 mm |
| Durchrnesser oder litellr-. Die Formstücke |
| fielen ausgezeichnet aus ohne Risse oder |
| Fließrinnen. |
| Riegel, E\'erl;zetiggriffe. Teestil- und Draht- |
| spulen, Kamera- und Instruinentetigebäuse, |
| Automobillremsschtilte, Steuerräder, Tele- |
| phonhörer, Radiogehäuse nsw. konnten sämt- |
lich in zufriedens.tellender Weise aus den in dieser Beschreibung
geschilderten Gemischen aus Harz-Faser-Mischungen und PreB-mischungen hergestellt
werden. Solche Produkte haben größere mechanische Festigkeit als gewöhnliche Preßmischungen
aus Harz und Holzmehl, und infolge der Fließfähigkeit solcher kombinierten Preßmischungen
aus Harz und Harzzellstoff haben die fertigen Produlkte dasselbe Aussehen wie die
gewöhnlichen Preßmischungen aus Harz und Holzmehl.
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In der Hauptsache ist die Verwendung von Harzen des Phenolformaldehydtypus
beschrieben worden, die sich als äußerst zufriedenste;llend erwiesen hat; es ist
aber auch möglich,, wenigstens teilweise andere Kunstharze, wie z. B. Harnstoff-Formaldehyd-Harze,
Anilin-Formaldchyd- oder Anilin.-Furfuroll-Harze, Alkydharze usw., an deren. Stelle
zu verwenden. An Stelle eines Teils des Kunstharzes k2Lnn man auch Naturharze, wie
z. B. Kolophonium oder Accaroidharz, oderdauernd schmelzbare Kunstharze verwenden.,
wie z.. B. die öllöslichen Phenolformaldehydharze oder mit Ölen modifizierte Alkydharze.
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Man kann Asbestfasern an Stelle eines Teils der Cellulosefaser verwenden,
und. man kann nichtfaserige Füllstoffe, wie z. B. Ton, Talkum, Kieselsäure usw.,
teilweise dem Mischungen einverleiben unä Farbstoffe, Pigmente, Schmiermittel usw.,
wie in den Beispielen beschrieben, hinzufügen.