EP0947253B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels auf einen Träger - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels auf einen Träger Download PDF

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EP0947253B1
EP0947253B1 EP98103901A EP98103901A EP0947253B1 EP 0947253 B1 EP0947253 B1 EP 0947253B1 EP 98103901 A EP98103901 A EP 98103901A EP 98103901 A EP98103901 A EP 98103901A EP 0947253 B1 EP0947253 B1 EP 0947253B1
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EP
European Patent Office
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component
components
impregnating
hardener
carrier
Prior art date
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EP0947253A2 (de
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Andreas Ulli
Christian Strahm
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Solipat AG
Original Assignee
Solipat AG
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Priority to AT98103901T priority patent/ATE217547T1/de
Priority to EP99911704A priority patent/EP1060028A1/de
Priority to PCT/EP1999/001196 priority patent/WO1999044753A1/de
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Priority to JP2000534343A priority patent/JP2002505186A/ja
Priority to KR1020007009792A priority patent/KR20010041598A/ko
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/36—Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Applying a two-component impregnation or Coating agent on a support.
  • Such procedures and devices are known and used in large numbers. You will e.g. for coating substrates various materials, such as plastic, sheet metal, fabrics or glass fibers used.
  • the two-component agent can be either Impregnation, especially for solidifying and filling the Fiber structure can be used or also for impregnation and / or subsequent coating.
  • Both Flat structures, such as sheets or strips, as well as fiber bundles be impregnated and / or coated.
  • Such too Coating and / or impregnating supports can thus have any geometric shapes.
  • thermoplastic or solvent-based one and drying system additionally at least one polymerizable Polymer or prepolymer and a corresponding one Contains hardener system or crosslinking agent.
  • epoxy resins As coating and / or impregnating agents have been proposed Proven all epoxy resins, as in US Pat. No. 5,478,599 and in EP patent 476 752 described in detail. Such epoxy resins are e.g. under the name Epon Resin 1031 from Shell Chemical Company available.
  • a suitable hardener is used.
  • Novolac hardeners are often used, e.g. under the designation Epikur DX-175 from Shell International Company are available.
  • curing accelerators are often used, to accelerate curing / crosslinking and / or to lower the curing temperature.
  • the polymer formulation can be adjusted so that Polymer resin becomes liquid at a predetermined temperature and can be applied in the liquid state so that it e.g. penetrates as deep as possible into the substrate.
  • the application temperature is depending on the setting of the resin and the hardener between 50 ° C and 250 ° C, preferably between 100 ° C and 200 ° C selectable.
  • the coated or impregnated support then becomes either at increased ambient temperature (e.g. through warm air) or heated by IR radiation.
  • the coated one Carrier, in particular the fiber structure impregnated with polymer curing treatment, e.g. in a drying tower be subjected.
  • the invention is based on the object, the known Methods and devices to improve and the disadvantages to avoid the acquaintance.
  • the curing conditions should be checked and to a point that is procedural and freely determinable after the application of the two Components.
  • these tasks are achieved primarily solved that the two components preferably one after the other and in separate, superimposed layers on the Carrier applied and only mixed on the carrier and then cured.
  • the intimate mixing on the carrier means that the Exactly when the curing begins can.
  • the system can be set so that it when mixed immediately reacts during such settings be avoided when premixing in order heads have to.
  • the two components can therefore be applied separately become. In certain applications, however, it is also possible to apply the two components roughly pre-mixed and only then to mix intimately on the carrier.
  • thermoplastic liquefiable or liquid components provided. Liquefaction usually takes place through Heating in the temperature range described at the beginning.
  • the two components are separate, one on top of the other Layers applied to the carrier. Leave it separate order facilities with order parameters arrange that specifically for each applied Component are aligned. In the case of impregnation Fibrous structure, the applied component penetrates into the Fiber structures.
  • At least the first one applied is advantageous Layers solidified before applying the second layer. This is done optimally simply by cooling the layer and solidified in the process. This prevents that the second layer applied coincides with the first Layer mixed and the hardening process uncontrolled starts.
  • the second coat is also applied cool and harden. However, this is not mandatory Process condition.
  • the solidified layer or the solidified Layers liquefied again and intimately with each other mixed.
  • This is conveniently done by feeding of thermal energy, e.g. in the form of infrared radiation Radians.
  • the components can be optimally mixed simple way by applying ultrasound energy.
  • an ultrasonic resonator emits heat in the layers, which contributes to liquefaction.
  • An ultrasonic resonator can also be used with resonators another vibration frequency, e.g. electromechanical resonators use as a mixing head.
  • Suitable ultrasound resonators for generating ultrasound energy have been for many different for many years Applications in use.
  • resonators are to the Welding components, for cleaning or for cutting and seven used.
  • Suitable resonators are e.g. of offered and distributed by Telsonic, Bronschhofen, Switzerland.
  • the power required depends on the amount of applied two-component agent, the conveying speed, the thickness and the weight of the wearer and the possible pre-liquefaction of the components.
  • the required Performance is easy to determine experimentally, in which a coated carrier with a resonator for the period of time is brought into contact. By slow line increase the point can be determined occurs when the two components are optimally mixed.
  • impregnation processes and devices observe at what power the ultrasonic resonator the two components penetrate the wearer optimally.
  • the desired one set the optimum temperature for the component and thus control the viscosity. It is particularly advantageous it when the two components have different condensing temperatures exhibit.
  • the ultrasonic resonator can be completely generally also with thermoplastic, solvent-containing, heat-reactive or otherwise curable impregnating agents and not just with two-component systems use.
  • the resonator does not serve as Mixing head but only for "liquefying" and intimate incorporation of the agent in the web and to drive out Bubbles.
  • A is used in a first process stage Carrier 1 provided.
  • process stage B is on the carrier 1 a first layer 2 of a two-component impregnation or coating agent applied.
  • the Layer 2 cools and solidifies before in the process stage C on the first layer 2, a second layer 3 consisting of the second component of the two-component agent is applied.
  • the two layers 2 and 3 intimately mixed with each other, so that a curing Layer 4 of the two-component impregnating or coating agent results.
  • Layer 4 can be wholly or partially penetrate into the carrier 1.
  • a web 5 is made from a carrier 1 Glass fiber fabric of an impregnation and coating device 6 fed.
  • the web 5 initially rotates a roller 7.
  • a conventional wide slot nozzle 8 provided, which from an extruder 9 Novolac hardener (Epikure DX-175 from Shell International Chemical Company).
  • the liquefied hardener penetrates the web 5, which in further process sequence performed via a cooling device 10 becomes.
  • the cooling device 10 causes the as the first layer 2 applied hardener, so that this solidified.
  • the cooling device 10 can also be omitted.
  • the web 5 via a deflection roller 11 and a roller 12 of a second Wide slot nozzle 13 supplied.
  • the slot die 13 is through a second extruder 14 with one at about 90 ° C heated epoxy resin (Epon Resin 1031 from Shell Chemical Company).
  • Epsin 1031 from Shell Chemical Company
  • the one applied as second component 3 Resin forms a separate layer on the first layer 2 of the cooled and solidified hardener. Even if the very thin resin not only on the surface first layer 2 is deposited, but also in open Cavities of the web 5 penetrates, it still forms one separate second layer on top of the already solidified one Layer 3. This is ensured by the condensing temperature of the applied as the second component 3 Polymer is much lower than the liquefaction temperature the first layer 2. The two layers can so do not mix and the polymerization process will not triggered when applied.
  • the second slot die 13 is followed by a Infrared heating device 15, with which the web 5 and the two layers 2 and 3 are heated. Subsequently a resonator 16 is provided which the web 5 and the both layers 2 and 3 with ultrasound energy acts on the components of the two layers Mix 2 and 3 together intimately and material web 5 is filled homogeneously with the two-component agent.
  • Figure 3 shows the web 5, in one embodiment 2 is used as a carrier 1 in the different process stages A to D.
  • the material web 5 penetrated by the hardener.
  • the stage C is the second layer 3 on the hardener that from the slots 13 supplied epoxy resin applied.
  • stage D layers 2 and 3 (hardener and epoxy resin) mixed and the web 5 is homogeneous with the Two-component impregnating and coating agent impregnated.
  • the resonator 16 is in accordance with FIG FIG. 2 is arranged over the entire width of the web 5, that this across the board by ultrasonic energy is applied. Since the web according to the embodiment according to Figure 2 on their top with the Layers 2 and 3 of the two components are coated, causes the action of the resonator 16 not only mixing and heating of layers 2 and 3. At the same time, the full penetration of the Material web 5 ensured by the two-component agent.
  • 1 is used as the carrier Fiber bundle 22 used, the first around a roller 23rd guided and in a heated impregnation trough 24 with the first component of a two-component agent becomes.
  • the fiber bundle 22 then runs over a second one Roller 19, wherein the applied impregnating agent cools and hardened.
  • the fiber bundle is formed by two rollers 26 and 27 22 then fed through a second impregnation trough 25, in which the second component of the two-component impregnation and coating agent is applied.
  • the fiber bundle 22 is the two further rollers 28 and 29 Resonator 16 supplied. In this case, too, the two form successively applied components of the two-component agent discrete layers.
  • Resonator 16 applied the fiber bundle 22 with such high ultrasound energy that the two components are heated, liquefied and simultaneously be mixed.
  • the mixing can also be done in two Stages and with two resonators 16a and 16b analogous to FIG. 6 respectively.
  • An electromagnetic one can also be used as the resonator 16 Transducer or other powered Use vibrator as mixing head. With such vibrators must however sufficient heat supply (e.g. by a Radiants and / or hot air or by electric heating) be taken care of before the mixing head to the two-component agent to liquefy sufficiently in front of the mixing head.
  • the device can be used both for Two-component impregnating agent as well as for one-component impregnating agent deploy.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
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  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels auf einen Träger. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in Vielzahl bekannt und gebräuchlich. Sie werden z.B. zum Beschichten von Substraten aus verschiedensten Materialien, wie Kunststoff, Blech, Geweben oder Glasfasern eingesetzt. Bei Fasergebilden (wie Geweben, Vliess, Gewirke) aus natürlichen oder synthetischen Fasern oder Glasfasern kann das Zweikomponenten-Mittel entweder zum Imprägnieren, vor allem zum Verfestigen und Füllen des Fasergebildes eingesetzt werden oder auch zum Imprägnieren und/oder anschliessendem Beschichten. Dabei können sowohl Flächengebilde, wie Bahnen oder Streifen als auch Faserbündel imprägniert und/oder beschichtet werden. Derartige zu beschichtende und/oder zu imprägnierende Träger können also beliebige geometrische Formen aufweisen. Als Zweikomponenten-Mittel sind auch im Sinne der vorliegenden Erfindung Gemische mit mehreren Komponenten zu verstehen. Dabei kann es sich um mehrere vernetzbare Polymere oder den Einsatz verschiedener Härter in einem System handeln. Als Zweikompnenten-System sollen aber auch Mischungen verstanden werden, bei denen z.B. ein thermoplastisch aushärtendes oder ein lösungsmittelhaltiges und trocknendes System zusätzlich wenigstens ein polymerisierbares Polymer oder Prepolymer und ein entsprechendes Härter-System oder Vernetzungsmittel enthält.
Vor allem beim Beschichten von Fasergebilden zur Herstellung sogenannter "Prepregs" in der Leiterplatten - Herstellung sind verschiedenste Formen von Beschichtungsverfahren oder Beschichtungsvorrichtungen bekannt geworden.
Als Beschichtung- und/oder Imprägnier-Mittel haben sich vor allem Epoxy-Harze bewährt, wie in der US PS 5,478,599 und im EP Patent 476 752 im Detail beschrieben. Solche Epoxyharze sind z.B. unter der Bezeichnung Epon Resin 1031 von Shell Chemical Company erhältlich.
Als zweite Komponente wird bei derartigen Zweikomponenten-Systemen ein geeigneter Härter eingesetzt. Dazu gehören vorallem Amine, Säuren, Phenole und Anhydride. Besonders häufig werden Novolac-Härter eingesetzt, wie sie z.B. unter der Bezeichnung Epikur DX-175 von Shell International Company erhältlich sind.
Zusätzlich werden häufig auch Aushärtungsbeschleuniger eingesetzt, um die Aushärtung/Vernetzung zu beschleunigen und/oder die Aushärtungstemparatur abzusenken.
Wie aus den beiden genannten Druckschriften bekannt ist, lässt sich die Polymer-Formulierung so einstellen, dass das Polymer-Harz bei einer vorbestimmten Temperatur flüssig wird und im flüssigen Zustand so aufgetragen werden kann, dass es z.B. beim Imprägnieren möglichst tief in das Substrat eindringt. Das gleiche gilt für die Temperatur-Einstellung des Härters, der ebenfalls durch Erhitzen verflüssigt und dann aufgetragen wird.
Wie aus der US 5,478,599 hervorgeht, ist die Auftragtemperatur je nach Einstellung des Harzes und des Härters zwischen 50°C und 250°C, vorzugsweise zwischen 100°C und 200°C wählbar.
Der beschichtete oder imprägnierte Träger wird anschliessend entweder bei erhöhter Umgebungstemperatur (z.B. durch Warmluft) oder durch IR-Bestrahlung erhitzt. Dabei härtet das Polymer in einem Temperaturbereich zwischen 80°C und 250°C, vorzugsweise zwischen 120°C und 180°C soweit aus, dass keine Gelierung eintritt. Anschliessend kann der beschichtete Träger, insbesondere das mit Polymer getränkte Fasergebilde einer Aushärtungs-Behandlung, z.B. in einem Trockenturm unterworfen werden.
Zum Erwärmen und Verflüssigen von Polymer oder Härter sind meist konventionelle Extruder im Einsatz, welche die erwärmte Komponente über Düsen, Schlitzdüsen, Streich-Anordnungen und andere Auftrags-Einrichtungen auf den Träger aufbringen. Derartige Auftrags-Einrichtungen sind z.B. aus den US-Patenten 5,478,599; 4,327,130; 4,063,531 oder den europäischen Patenten 476 752, 16,681 sowie der DE A1-41 19 538 oder der UK A1-2,171,934 bekannt.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen bestehen verschiedene Schwierigkeiten im praktischen Einsatz. Einmal bereitet vor allem das Auftragen des Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels Probleme. Ueblicherweise werden die beiden Komponenten in getrennten Leitungen zugeführt und kurz vor dem Auftragen auf den Träger in einem Mischkopf zusammengebracht. Jede Unterbrechung des Auftragprozesses führt dabei tendenziell zu einem Aushärten des Systems im Auftragkopf. Betriebsunterbrechnungen können die Folge sein. Ausserdem weisen Härter und Polymer in der Regel bei gleicher Temperatur unterschiedliche Viskosität auf. Wenn beide Komponenten in einem Auftragkopf zusammengeführt werden, führt dies zu einer Angleichung der Temperatur. Damit lassen sich die gewünschten optimalen Viskositäts-Bedingungen der beiden Komponenten in der Regel nicht einstellen. Optimierung der Viskosität ist schon deshalb ein wichtiger Verfahrensparameter, weil sich dadurch das Eindringen in den Träger beim Imprägnieren bzw. das blasenfreie Anliegen an der Oberfläche des Trägers erreichen lässt.
Häufig ergeben sich vor allem beim Imprägnieren Schwierigkeiten, wenn bei hohen Auftrag-Geschwindigkeiten die Zweikomponenten-Mischung den Träger voll durchdringen soll, um homogene Imprägnierung zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu verbessern und die Nachteile des Bekannten zu vermeiden. Insbesonders soll ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, bei der blasenfreies und vollflächiges Eindringen und Benetzen des Träger-Materials mit dem Zweikomponenten-Mittel gewährleistet wird. Ausserdem sollen die Aushärtungs-Bedingungen kontrolliert und auf einen Punkt verlagert werden, der verfahrensmässig und apparativ frei bestimmbar nach dem Auftragen der beiden Komponenten liegt.
Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben vorallem dadurch gelöst, dass die beiden Komponenten vorzugsweise nacheinander und in getrennten, übereinanderliegenden Schichten auf den Träger aufgebracht und erst auf dem Träger vermischt und anschliessend ausgehärtet werden.
Durch das erfindungsgemässe Vermischen der beiden Komponenten auf dem Träger werden erfindungsgemäss verschiedene Anforderungen synergistisch und auf optimal einfache Weise erfüllt: Die innige Vermischung auf dem Träger führt dazu, dass der Zeitpunkt des Beginns der Aushärtung exakt bestimmt werden kann. Das System kann dabei so eingestellt werden, dass es bei Vermischung sofort reagiert, während derartige Einstellungen beim Vormischen in Auftrag-Köpfen vermieden werden müssen. Die beiden Komponenten können also separat aufgetragen werden. Im bestimmten Anwendungsfällen ist es jedoch auch möglich, die beiden Komponenten grob vorgemischt aufzubringen und erst anschliessend auf dem Träger innig zu vermischen.
Das Vermischen auf dem Träger führt ausserdem dazu, dass ein besonders inniger Kontakt der beiden Komponenten mit der Oberfläche des Trägers sowie ein schnelles und tiefes Eindringen beim Imprägnieren gewährleistet ist.
Ausserdem lässt sich die Temperatur und Viskosität der beiden Komponenten optimieren, wenn diese separat aufgetragen werden.
Erfindungsgemäss ist dabei also vor allem vorgesehen, dass ein Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittel mit thermoplastisch verflüssigbaren oder flüssigen Komponenten bereitgestellt wird. Die Verflüssigung erfolgt meist durch Erwärmen im eingangs beschriebenen Temperaturbereich.
Sodann werden die beiden Komponenten als separate, übereinanderliegende Schichten auf den Träger aufgetragen. Es lassen sich also separate Auftrag-Einrichtungen mit Auftrag-Parametern anordnen, die speziell auf die jeweils aufgetragene Komponente ausgerichtet sind. Im Fall der Imprägnierung eines Fasergebildes, dringt die aufgetragene Komponente in das Fasergebilde ein.
Vorteilhaft wird wenigstens die erste der aufgetragenen Schichten vor dem Auftragen der zweiten Schicht verfestigt. Dies erfolgt optimal einfach dadurch, dass die Schicht abkühlt und sich dabei verfestigt. Dadurch wird verhindert, dass sich die zweite aufgetragene Schicht mit der ersten Schicht vermischt und dabei der Härtungsprozess unkontrolliert einsetzt.
In der Regel wird auch die zweite Schicht nach dem Auftragen abkühlen und dabei aushärten. Dies ist aber keine zwingende Verfahrensbedingung.
Anschliessend wird die verfestigte Schicht bzw. die verfestigten Schichten wieder verflüssigt und innig miteinander vermischt. Dies erfolgt zweckmässigerweise durch Zuführung von Wärmeenergie, z.B. in Form von Infrarot-Strahlung eines Radianten. Vermischen lassen sich die Komponenten auf optimal einfache Weise durch Zuführung von Ultraschall-Energie. Gleichzeitig wird durch einen Ultraschall-Resonator Wärme in den Schichten erzeugt, was zur Verflüssigung beiträgt. Statt eines Ultraschall-Resonators lassen sich auch Resonatoren mit einer anderen Schwingfrequenz, z.B. elektromechanische Resonatoren als Mischkopf einsetzen.
Geeignete Ultraschall-Resonatoren zur Erzeugung von Ultraschall-Energie sind seit vielen Jahren für die verschiedensten Anwendungen im Einsatz. So werden Resonatoren z.B. zum Verschweissen von Bauteilen, zum Reinigen oder zum Trennen und Sieben eingesetzt. Geeignete Resonatoren werden z.B. von der Firma Telsonic, Bronschhofen, Schweiz angeboten und vertrieben. Die erforderliche Leistung hängt von der Menge des aufgetragenen Zweikomponenten-Mittels, der Fördergeschwindigkeit, der Dicke und dem Warengewicht des Trägers sowie der eventuellen Vor-Verflüssigung der Komponenten ab. Die erforderliche Leistung lässt sich experimentell einfach bestimmen, in dem ein beschichteter Träger mit einem Resonator für die verfahrensgemässe Zeitspanne in Kontakt gebracht wird. Durch langsame Leitungssteigerung lässt sich der Punkt ermitteln, bei dem optimale Vermischung der beiden Komponenten auftritt. Ausserdem lässt sich bei Imprägnier-Verfahren und -Vorrichtungen beobachten, bei welcher Leistung des Ultraschall-Resonators die beiden Komponenten den Träger optimal durchdringen.
Besonders hohe Dichte und Blasenfreiheit bei der Imprägnierung lässt sich erreichen, wenn Härter und Polymer einseitig auf die Ware aufgetragen und sodann von der Auftrag-Seite her mit Ultraschall-Energie beaufschlagt werden. Auf diese Weise werden die beiden Komponenten optimal in die Warenbahn eingebracht und auf der dem Ultraschall-Resonator gegenüberliegenden Seite der Warenbahn treten eingeschlossene Luftbläschen aus.
Beim Auftragen der beiden Komponenten lässt sich die gewünschte optimale Temperatur für die Komponente einstellen und damit die Viskosität steuern. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Komponenten unterschiedliche Verflüssigungstemperaturen aufweisen. Auf diese Weise lässt sich z.B. ein bei höherer Temperatur schmelzender Härter zuerst auftragen. Nach dem Auftragen und Eindringen in den Träger kühlt der Härter ab und verfestigt sich. Wenn jetzt die Polymer-Komponente mit einer niedereren Schmelztemperatur aufgetragen wird, bleibt der Härter mit der höheren Schmelztemperatur fest. Es tritt beim Auftragen der beiden Komponenten aufeinander keine Durchmischung ein. Das Aushärten erfolgt im nächsten Schritt durch Verflüssigung und intensive Vermischung, vorzugsweise in einem Ultraschall-Energie-Feld. In der Praxis hat sich bewährt, wenn sich die Erweichungstemperatur der beiden Komponenten um wenigstens 30°C, vorzugsweise um wenigstens 50°C unterscheiden.
Durch Erwärmen der beiden Komponenten vor dem Beaufschlagen mit Ultraschall-Energie lässt sich der Verflüssigungs- und Vermischungsprozess beschleunigen.
In der Praxis hat sich bewährt, wenn der Härter und das Polymer auf Temperaturen erhitzt werden, die deutlich über der Erweichungstemperatur liegen. Dies ist vorallem beim Imprägnieren von Warenbahnen nützlich. So hat es sich bewährt, wenn ein bei etwa 90°C erweichender Härter bis auf 135°C bis 160°C, vorzugsweise auf 150°C erhitzt und dadurch stark verflüssigt wird. Gleiches gilt für ein Polymer mit einer Erweichungstemperatur bei etwa 70°C bis 80°C, das vorzugsweise auf 90°C bis 110°C erhitzt und damit ausreichend verflüssigt wird. Diese Verflüssigung ist beim erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung völlig unkritisch, weil keine Vermischung von Härter und Polymer besteht und damit ein Vorzeitiges Aushärten auf Grund der hohen Temperaturen nicht zu befürchten ist.
Durch Erwärmung der Warenbahn nach Beaufschlagung mit Ultraschall-Energie lässt sich das Aushärten beschleunigen und im Ablauf kontrollieren.
Ersichtlicherweise lässt sich der Ultraschall-Resonator ganz allgemein auch bei theromplastischen, lösungsmittelhaltigen, wärme-reaktiven oder auf andere Weise aushärtbaren Imprägnier-Mitteln und nicht nur bei Zweikomponenten-Systemen verwenden. In diesem Fall dient der Resonator nicht als Mischkopf sondern nur zum "Verflüssigen" und innigen Einarbeiten des Mittels in die Warenbahn und zum Austreiben von Luftblasen.
Die Erfindung ist im Folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
den schematischen Ablauf eines Beschichtungsverfahrens mit den Merkmalen der Erfindung,
Figur 2
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Imprägnieren einer Glasfaser-Warenbahn und zum Herstellen eines Prepregs mit den Merkmalen der Erfindung,
Figur 3
die Warenbahn gemäss Figur 2 in den verschiedenen Verfahrensstufen in vergrössertem Ausschnitt,
Figur 4
die schematische Darstellung einer Warenbahn mit einem Resonator,
Figur 5
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Imprägnieren eines Faserbündels, und
Figur 6
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit zwei Resonatoren.
Gemäss Figur 1 wird in einer ersten Verfahrensstufe A ein Träger 1 bereitgestellt. In der Verfahrensstufe B wird auf den Träger 1 eine erste Schicht 2 eines Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels aufgetragen. Die Schicht 2 kühlt ab und verfestigt sich bevor in der Verfahrensstufe C auf die erste Schicht 2 eine zweite Schicht 3 bestehend aus der zweiten Komponente des Zweikomponenten-Mittels aufgetragen wird.
In der Verfahrensstufe D werden die beiden Schichten 2 und 3 miteinander innig vermischt, sodass sich eine aushärtende Schicht 4 des Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels ergibt. Die Schicht 4 kann dabei ganz oder teilweise in den Träger 1 eindringen.
Gemäss Figur 2 wird als Träger 1 eine Warenbahn 5 aus einem Glasfaser-Gewebe einer Imprägnier- und Beschichtungsvorrichtung 6 zugeführt. Die Warenbahn 5 läuft dabei zunächst um eine Walze 7. Auf der Walze ist eine konventionelle Breitschlitz-Düse 8 vorgesehen, welcher von einem Extruder 9 ein auf etwa 150°C erhitzter Novolac-Härter (Epikure DX-175 von Shell International Chemical Company) zugeführt wird. Der verflüssigte Härter durchdringt die Warenbahn 5, die im weiteren Verfahrensablauf über eine Kühleinrichtung 10 geführt wird. Die Kühleinrichtung 10 bewirkt ein Abkühlen des als erste Schicht 2 aufgetragenen Härters, sodass sich dieser verfestigt. Je nach Umgebungstemperatur und Länge der Strecke kann die Kühleinrichtung 10 auch entfallen.
Im Warenlauf nach der Kühleinrichtung 10 wird die Warenbahn 5 über eine Umlenkrolle 11 und eine Walze 12 einer zweiten Breitschlitz-Düse 13 zugeführt. Die Breitschlitz-Düse 13 wird durch einen zweiten Extruder 14 mit einem auf etwa 90°C erhitzten Epoxiharz (Epon Resin 1031 von Shell Chemical Company) gespeist. Das als zweite Komponente 3 aufgetragene Harz bildet eine separate Schicht auf der ersten Schicht 2 des abgekühlten und wieder verfestigten Härters. Selbst wenn das sehr dünnflüssige Harz nicht nur oberflächig auf der ersten Schicht 2 abgelagert wird, sondern ebenfalls in offene Hohlräume der Warenbahn 5 eindringt, bildet es trotzdem eine separate zweite Schicht auf der bereits verfestigten ersten Schicht 3. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Verflüssigungstemperatur des als zweite Komponente 3 aufgetragen Polymers wesentlich niederer ist als die Verflüssigungstemperatur der ersten Schicht 2. Die beiden Schichten können sich also nicht vermischen und der Polymerisationsprozess wird beim Auftragen noch nicht ausgelöst.
Der zweiten Breitschlitz-Düse 13 nachgeschaltet ist eine Infrarot-Heizeinrichtung 15, mit welcher die Warenbahn 5 und die beiden Schichten 2 und 3 erwärmt werden. Anschliessend ist ein Resonator 16 vorgesehen, der die Warenbahn 5 und die beiden Schichten 2 und 3 derart mit Ultraschall-Energie beaufschlagt, dass sich die Komponenten der beiden Schichten 2 und 3 innig miteinander vermischen und die Warenbahn 5 homogen mit dem Zweikomponenten-Mittel gefüllt wird.
Anschliessend an den Resonator 16 sind zwei mit einem einstellbaren Abstand zueinander angeordnete Walzen 17 und 18 vorgesehen, welche die Dicke der imprägnierten Warenbahn 5 kontrollieren und einstellen. Im weiteren Verlauf wird die Warenbahn einer Heizeinrichtung 20 zugeführt, um das Aushärten der Zweikomponenten-Mischung kontrolliert zu steuern. Dazu eignen sich vor allem auch Infrarot-Radianten.
Figur 3 zeigt die Warenbahn 5, die bei einem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 als Träger 1 eingesetzt ist in den verschiedenen Verfahrensstufen A bis D. Dabei wird in der Stufe B die Warenbahn 5 vom Härter durchdrungen. In der Stufe C ist als zweite Schicht 3 auf den Härter das aus der Breitschlitze 13 zugeführte Epoxiharz aufgetragen.
In der Stufe D sind die Schichten 2 und 3 (Härter und Epoxiharz) vermischt und die Warenbahn 5 ist homogen mit dem Zweikomponenten-Imprägnier- und Beschichtungs-Mittel imprägniert.
Wie sich aus Figur 4 ergibt, ist der Resonator 16 gemäss Figur 2 so über die gesamte Breite der Warenbahn 5 angeordnet, dass diese in der gesamten Breite durch Ultraschall-Energie beaufschlagt wird. Da die Warenbahn gemäss dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 auf ihrer Oberseite mit den Schichten 2 und 3 der beiden Komponenten beschichtet wird, bewirkt die Beaufschlagung durch den Resonator 16 nicht nur eine Durchmischung und Erwärmung der Schichten 2 und 3. Gleichzeitig wird auch die vollständige Durchdringung der Warenbahn 5 durch das Zweikomponenten-Mittel sichergestellt. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 ist ersichtlich, wie durch einen ersten Resonator 16a das teilweise auf der Oberseite des Trägers 1 verbleibende Zweikomponenten-Imprägnier-oder Beschichtungs-Mittel derart vermischt und unter dem Einfluss der Ultraschall-Energie "verflüssigt" wird, dass es nach dem Passieren des ersten Ultraschall-Resonators 16a voll vom Material des Trägers 1 aufgenommen wird. Ein zweiter Resonator 16b bewirkt eine weitere Verbesserung der Homogenität und Durchmischung des Materials im Träger 1.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 5 wird als Träger 1 ein Faserbündel 22 eingesetzt, das zunächst um eine Walze 23 geführt und dabei in einem beheizten Imprägnier-Trog 24 mit der ersten Komponente eines Zweikomponenten-Mittels getränkt wird. Anschliessend läuft das Faserbündel 22 über eine zweite Walze 19, wobei das aufgetragene Imprägnier-Mittel abkühlt und erhärtet. Durch zwei Walzen 26 und 27 wird das Faserbündel 22 sodann durch einen zweiten Imprägnier-Trog 25 zugeführt, in welchem die zweite Komponente des Zweikomponenten-Imprägnier- und Beschichtungs-Mittels aufgetragen wird. Durch zwei weitere Walzen 28 und 29 wird das Faserbündel 22 dem Resonator 16 zugeführt. Auch in diesem Fall bilden die zwei nacheinander aufgetragenen Komponenten des Zweikomponenten-Mittels diskrete Schichten. Diese sind zwar nicht plan oder parallel angeordnet wie bei einem flächigen Substrat, z.B. der Warenbahn 5 (Figur 2). Da die Komponenten aber sequentiell aufgetragen werden und die zweite Komponente erst eingesetzt wird, wenn die erste Komponente abgekühlt und verfestigt ist, liegen diskrete Schichten vor, die unregelmässig im Faserbündel 22 verlaufen. Resonator 16 beaufschlagt das Faserbündel 22 mit derart hoher Ultraschall-Energie, dass die beiden Komponenten erwärmt, verflüssigt und gleichzeitig durchmischt werden. Die Durchmischung kann dabei auch in zwei Stufen und mit zwei Resonatoren 16a und 16b analog Figur 6 erfolgen. Als Resonator 16 lässt sich auch ein elektromagnetischer Schwinger oder ein auf andere Weise angetriebener Vibrator als Mischkopf einsetzen. Bei solchen Vibratoren muss allerdings ausreichende Wärmezuführung (z.B. durch einen Radianten und/oder Heissluft oder durch elektrische Beheizung) vor dem Mischkopf gesorgt werden, um das Zweikomponenten-Mittel vor dem Mischkopf ausreichend zu verflüssigen.
Soll nur ein Einkomponenten-Imprägnier-Mittel verwendet werden, bleibt ersichtlicherweise der erste Imprägniertrog 24 ungenutzt. Die Vorrichtung lässt sich dadurch sowohl für Zweikomponenten-Imprägnier-Mittel als auch für Einkomponenten-Imprägnier-Mittel einsetzen.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Aufbringen eines Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels auf einen Träger, wobei die beiden Komponenten in getrennten, übereinanderliegenden Schichten und vorzugsweise nacheinander auf den Träger aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten erst auf dem Träger innig vermischt und anschliessend ausgehärtet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) ein Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungsmittel mit thermoplastisch verflüssigbaren oder flüssigen Komponenten bereitgestellt wird;
    (b) die beiden Komponenten als separate, übereinanderliegenden Schichten auf den Träger aufgetragen werden;
    (c) wenigstens die erste der aufgetragenen Schichten vor dem Auftragen der zweiten Schicht verfestigt wird;
    (d) sodann die verfestigte Schicht oder die verfestigen Schichten wieder verflüssigt und vermischt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schichten mittels Ultraschall-Energie vermischt werden.
  4. Verfahren zum Imprägnieren einer flächigen oder gebündelten Ware, insbesondere einer Warenbahn oder eines Faserbündels, nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Zweikomponenten-Imprägnier-Mittel mit
    einem unter Einfluss eines Härters vernetzenden Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter und das Polymer wenigstens einseitig auf die Ware aufgetragen und sodann mit einem Ultraschall-Energie-Feld beaufschlagt und dadurch erwärmt, vernetzt und gehärtet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) ein flüssiges oder bei einer vorbestimmbaren, erhöhten Verflüssigungstemperatur thermoplastisch verfiüssigbares Polymer und/oder ein flüssiger oder bei einer erhöhten Verflüssigungstemparatur thermoplastisch, verflüssigbarer Härter bereitgestellt wird,
    (b) das Polymer und/oder der Härter in erweichtem Zustand wenigstens bei seiner Verflüssigungstemperatur auf die Ware aufgetragen werden;
    (c) wenigstens die zuerst aufgetragene Komponente vor dem Auftragen der zweiten Komponente unter die Verflüssigungtemperatur abgekühlt wird, und
    (d) anschliessend die beiden Komponenten mit einem Ultraschall-Energie-Feld beaufschlagt sowie vernetzt und gehärtet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) als eine Komponente ein bei einer ersten Verflüssigungstemperatur thermoplastisch erweichbares Polymer bereitgestellt wird,
    (b) ein bei einer zweiten Verflüssigungstemperatur thermoplastisch erweichbarer Härter bereitgestellt wird, wobei sich die erste und die zweite Verflüssigungstemperatur unterscheiden;
    (c) zunächst die Komponente mit der höheren Verflüssigungstemperatur auf diese erhitzt und auf die Ware aufgetragen und sodann wieder abgekühlt und verfestigt wird;
    (d) sodann die zweite Komponente mit der niedereren Verflüssigungstemperatur auf diese erwärmt und unterhalb der Verflüssigungstemperatur der bereits aufgetragenen ersten Komponente aufgetragen wird; und
    (e) die Komponenten wieder verflüssigt und danach dem Ultraschall-Energie-Feld ausgesetzt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ware vor dem Beaufschlagen mit Ultraschall-Energie und nach dem Auftragen der beiden Komponenten erhitzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ware durch Strahlungswärme erhitzt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Komponenten bereitgestellt werden, deren jeweilige Erweichungstemperaturen sich um wenigstens 30°C, vorzugsweise um wenigstens 50°C unterscheiden.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Komponente ein Härter mit einer Erweichungstemperatur von etwa 100°C bei 135°C bis 160°C, vorzugsweise bei etwa 150°C aufgetragen wird, und dass als zweite Komponente ein Polymer mit einer Erweichungstemperatur von etwa 50°C bei 80°C bis 110°C vorzugsweise bei etwa 90°C aufgetragen wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ware auf einer Seite mit dem Polymer und dem Härter beschichtet wird, und sodann auf der beschichteten Seite mit Ultraschall-Energie beaufschlagt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ware danach auf der unbeschichteten Seite mit Ultraschall-Energie beaufschlagt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ware nach der Ultraschallbehandlung einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ware durch Strahlungswärme erhitzt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der imprägnierten Ware nach der Ultraschallbehandlung auf ein vorbestimmbares Mass eingestellt wird.
  16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Aufbringen und Vernetzen eines Zweikomponenten-Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels auf einen Träger (1, 5, 22), wobei das Zweikomponenten-Mittel ein unter Einfluss eines Härters vernetzendes Polymer enthält, gekennzeichnet durch einen Ultraschall-Resonator (16, 16a, 16b) zum Beaufschlagen des auf den Träger (1, 5, 22) aufgetragenen Imprägnieroder Beschichtungs-Mittels mit Ultraschall-Energie.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Anordnung (15) zum Erwärmen des aufgetragenen Imprägnier- oder Beschichtungs-Mittels vor dem Ultraschall-Resonator (16, 16a, 16b).
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch eine Anordnung (20) zum Erwärmen des Imprägnier-oder Beschichtungs-Mittels nach dem Ultraschall-Resonator.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch eine erste Anordnung (7, 8, 9, 24), zum Auftragen einer Schicht einer ersten, durch Wärmezuführung verflüssigten Komponente (2) auf den Träger (1, 5, 22) sowie einer Anordnung (12, 13, 14, 25) zum Auftragen der zweiten Komponente (3) auf die erste Komponente, sowie einen Ultraschall-Resonator (16, 16a, 16b) zum Durchmischen der beiden Schichten auf dem Träger (1,5, 22).
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (15, 20) zum Erwärmen einen Radianten, zum Abstrahlen von Infrarot-Energie aufweist.
  21. Verwendung eines Ultraschall-Resonators zum Vermischen von zwei Komponenten eines Zweikomponenten-Imprägnier-oder Beschichtungsmittels auf einer Warenbahn.
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