NO157854B - Komposittmateriale omfattende et baneformig materiale impregnert med en herdbar harpiks og termoplastiske partikler, fremgangsmaate for fremstilling av komposittmaterialet samt anvendelse av det. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et komposittmateriale, som beskrevet i krav l's ingress, et laminat derav og en fremgangsmåte ved fremstilling av komposittmaterialet som angitt i krav 6. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et skumkomposittmateriale som består av en bane som er impregnert med en herdbar harpiks og som inneholder ekspanderte termoplastiske partikler. Komposittmateriale ifølge oppfinnelsen kan med fordel anvendes for overflatemodifisering.

Det er tidligere kjent en fremgangsmåte ved fremstilling av et stivt, plattformet skumplastprodukt fra NO Patent Nr. 135.871. Produktet, som dannes ved en slik fremstillingsmetode, egner seg imidlertid ikke for laminering slik som produktet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Også DE-OS 2.811.347 omhandler et skummet produkt fremstilt av en blanding av ekspanderte termoplast partikler og fenolformaldehydharpiks hvilket inneholder en skumdel. Heller ikke i denne publikasjon vil det erholdte produkt egne seg for lami-neringsformål, og det er heller ikke beskrevet impregnering av et baneformig materiale med harpiks og mikrosfærer slik som er hensikten med foreliggende oppfinnelse.

I GB Patent Nr. 1.398.308 er det beskrevet fremstilling av et laminat med overflater av metall og en porøs kjerne hvor kjer-nen utgjøres av lag av papp inneholdende mikrosfærer og hvor lagene bindes sammen med harpiks så som f.eks. fenolharpiks.

Ved fremstillingsmetoden beskrevet i denne publikasjon oppnås imidlertid ikke noen jevn impregnering, men gjør at harpiksen vil befinne seg på overflaten av produktet. Heller ikke mikrosfærene vil være jevnt fordelt i papir eller harpiks ved en slik tidligere kjent fremgangsmåte, og disse ulemper blir ut-bedret ved foreliggende oppfinnelse.

Som nevnt ovenfor finnes det idag laminatprodukter

og fremsilling av slike i forskjellige utførelsesformer, men ingen av disse tidligere kjente produkter egner seg for laminering ved dannelse av jevn impregnering og slik at komposittmaterialet som inngår i lamineringen inneholder jevnt fordelt harpiks sammen med jevnt fordelte termoplastiske partikler. Foreliggende oppfinnelse angår slikt forbedret komposittmateriale anvendt som komponent ved dannelse av et halvfabrikat eller mellom-produkt som egner seg for både homogen og heterogen laminering av ulike materialer. De fremstilte laminat ifølge oppfinnelsen kombinerer således høy stivhet med lav densitet. Ved å fremstille et komposittmateriale ifølge foreliggende oppfinnelse oppnås dessuten et komposittmateriale som initielt er tørt og som på et valgfritt tidspunkt og sted kan anvendes til laminering ved varmeforming til f.eks. krumme overflater. I

tillegg kan en slik laminering med et komposittmateriale ifølge oppfinnelsen jevne ut grove og ru overflater.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således et komposittmateriale som er særpreget ved at harpiksen i komposittmaterialet foreligger i B-stadium samt at de ekspanderte termoplastiske partikler i hovedsak er jevnt fordelt i harpiksen og i det baneformige materilae. I tillegg vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fremstilling av slikt komposittmateriale hvor det baneformige materiale impregneres med et forkondensat av -en herdende harpiks og termoplastiske partikler, og hvor det således impregnerte materiale varmes til en temperatur som er tilstrekkelig til å ekspandere de uekspanderte termoplastiske partikler og for å herde harpiksen til B-, men ikke C-stadium. Oppfinnelsen vedrører også anvendelse av slikt komposittmateriale for fremstilling av et laminat, der komposittmaterialet legges sammen med et ytterligere tilsvarende materiale og/eller et annet materiale, hvoretter harpiksen herdes til C-stadium.

Skumkpmposittmaterialet ifølge oppfinnelsen kan f .eks. fremstilles på følgende måte. Et forkondensat av en vannbasert herdbar harpiks fremstilles på konvensjonell måte og vanninnholdet reguler-

es slik at man får et tørrstoffinnehold på 30 til 75 vekt-%.

Den således erholdte løsning blandes med ikke-ekspanderte termoplastiske partikler, såkalte mikrosfærer, i slik meng-

de at vektforholdet mikrosfærer:harpiks i det ferdige skum-komposit-efmaterialet varierer mellom 4:1 og 1:50. Det er fordelaktig å la mikrosfærene inngå i slik mengde at de i ekspandert tilstand utgjør 70-95, fortrinnsvis 85-95 volum-

av skumXomposittmaterialet. Et baneformig materiale impregneres med blandingen av harpiks og mikrosfærer på konvensjonell måte, f.eks. ved at banen føres ned i et bad av blandingen, ved at blandingen sprøytes på banen eller ved at blandingen tilføres i forbindelse med dannelsen av banen.

Den impregnerte bane, hvis impregneringsgrad kan reguleres, f.eks. ved pressing med valser, tilføres siden varme, gjer-

ne i form av sirkulerende varmluft med temperaturer 80-150°C, slik at harpiksen herder til B-stadium og mikrosfærene ekspanderer. I denne sammenheng må påpekes at en herdbar harpiks som befinner seg i A-stadium er smeltbar, lite kryss-bundet og løselig i aceton og flere andre løsningsmidler.

En harpiks i C-stadium er usmeltbar, fullstendig kryssbund-

et og uløselig. B-stadiet angir et stadium mellom A- og C-stadiet.

De herdbare harpikser som kan komme på tale består av så-

kalte formaldehydbaserte harpikser med karbamid, fenol, resorcinol eller melamin.

Det baneformige materialet kan bestå av vevet eller ikke-vevet, organisk eller uorganisk materiale, hvorunder spesielt må nevnes glassfibere, mineralfibere, cellulose-fibere, polyestere. Det er også viktig at det baneformige materialet har tilstrekkelig porøsitet til på en tilfreds-stillende måte å kunne impregneres med blandingen av harpiks og mikrosfærer. Videre bør det baneformige materialet ikke være for tykt, og tykkelsen kan gjerne variere mellom 0,1 og 5 mm. Grunnen til at det baneformige materialet må være tynt, er at man i motsatt tilfelle risikerer å få en ujevn ekspansjon av mikrosfærene ved at de perifert liggende mikrosfærene gjennom varmetilførselen først ekspanderer og danner et varmeisolerende sjikt som hindrer de mer sen-tralt liggende mikrosfærene i å ekspandere, og man får i så tilfelle et ikke homogent produkt av dårligere kvalitet.

Det er også mulig å tilføre harpiks og/eller mikrosfærer

i forbindelse med at banen dannes, f.eks. ved at banen fremstilles direkte gjennom avsetning av en fibersuspensjon som også inneholder harpiks og/eller mikrosfærer. Alternativt

kan harpiks og/eller mikrosfærer tilføres i forbindelse med avsetting av fibere fra luft til en matte. En således fremstilt bane kan behandles på samme måte som en ferdig bane som impregneres, dvs. etterpå oppvarmes for ekspansjon av mikrosfærer og overføring av harpiksen til B-stadium. Det er imidlertid også mulig å i disse tilfeller tilføre aller-ede ekspanderte partikler til banen under avsetningen av denne ettersom det ikke kreves noe impregneringstrinn. Spesielt lett er det å gjøre dette ved avsetning av banen fra luft ettersom de ekspanderte partiklenes flyteevne da ikke virker hindrende. Når mikrosfærene ekspanderes før eller under avsetningen av banen, kan banen gjøres tykkere enn når ekspansjonen foretas gjennom oppvarming av den impregnerte banen, ettersom varmeledningsproblem da ikke opp-trer. Fremstilling av et tykkere sjikt uten sammenlaminer-ing av flere tynne sjikt er verdifullt i visse sammenheng, spesielt når kravene til holdfasthet er lavere. Det er ' også mulig å på denne måten først å fremstille en meget porøs bane, hvilken gjennom presning kan gis en varierbar densi-

tet eller mer komplisert sluttform. Produktene kan for øvrig anvendes på samme måte som et skumblandingsmateriale fremstilt gjennom impregnering av en ferdig bane.

De mikrosfærer som anvendes ved fremstilling av komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen har skall som består av kopolymerer av vinylklorid og vinylidenklorid, kopolymerer av vinylklorid og akrylonitril, kopolymerer av vinylidenklorid og akrylonitril samt kopolymerer av styren og akrylonitril. Videre må det nevnes kopolymerer av metylmetakrylat som inneholder opptil ca. 20 vekt-% . styren, kopolymerer av metylmetakrylat og opptil ca. 50 vekt-% av kombinerte mono-merer av etylmetakrylat, kopolymerer av metylmetakrylat og opptil ca. 70 vekt-% av ortoklorstyren. Partikkelstørrel-sen for de ikke-ekspanderte sfærene og dermed for de ekspanderte sfærene kan variere innenfor vide grenser og velges ut fra de egenskaper som ønskes hos de ferdige produkter. Som eksempel på partikkelstørrelser for ikke-ekspanderte sfærer kan nevnes 1 um til 1 mm, fortrinnsvis 2 um til 0,5 mm, og spesielt 5 pm til 50 um. Ved ekspansjonen øker mikrosfærenes diameter med en faktor 2-5. De ikke-ekspanderte sfærene inneholder flyktige, flytende esemidler, som fordampes ved varmetilførselen. Disse esemidler kan bestå av freoner, hydrokarboner så som n-pentan, i-pentan, neopen-tan, butan, i-butan eller andre esemidler som normalt anvendes i mikrosfærer av den her angitte art. 5-30 vekt-% av mikrosfærene kan gjerne bestå av esemidler. Mikrosfærene kan tilføres harpiksløsningene som tørkede partikler eller i en suspensjon f.eks. i en alkohol, så som metan-ol.

Forholdet harpiks til mikrosfærer i impregneringsløsningen kan som tidligere angitt variere innenfor vide grenser og dette forhold påvirker de ferdige produkters egenskaper. Omvendt kan man altså med utgangspunkt i et visst anvendel-sesområde og visse ønskede egenskaper hos de ferdige produkter velge et formålstjenelig forhold harpiks til mikrosfærer i blandingen. Dette forhold kan lett bestemmes gjennom forberedende forsøk i laboratorieskala.

Blandingen av harpiks og mikrosfærer kan om ønsket eller nødvendig blandes med forskjellige tilsetningsmidler så som stabilisatorer, kopiere, fyllmidler, brannhemmende tilset-ninger og/eller pigmenter.

Skumkomposittmaterialene ifølge oppfinnelsen kan anvendes

i kombinasjon med underlag, fortrinnsvis trebaserte underlag, for fremstilling av laminat, hvilke laminat i det følg-ende kalles heterogene laminat. Det er også mulig å lami-nere flere sjikt av skumkomposittmaterialet ifølge oppfinnelsen for fremstilling av fleresjiktslaminater av skumkomposittmaterialet ifølge oppfinnelsen, og disse laminater skal i det følgende kalles homogene laminater. Det er eventuelt også mulig å fremstille blandede laminater som inneholder minst ett homogent laminat sammen med minst ett annet materiale .

Ved fremstilling av de heterogene laminatene kombineres skumkomposittmaterialet ifølge oppfinnelsen med et passende bærende underlag og kombinasjonen av skumkomposittmateriale og underlag presses ved øket temperatur. Herunder velges pressetid, -temperatur og -trykk hovedsakelig under hensyn-tagen til hvilken type harpiks og mikrosfærer som anvendes. Ofte kan tiden for pressing variere mellom 20 sek. og 20 min.. Temperaturen kan variere mellom 100° og 180°C og trykket mellom 0,1 og 3 MPa. Hvis det bærende underlaget har ru og ujevn overflate kan herved spesielt attraktive virkninger oppnås ved at skumkomposittmaterialet trenger ned i hulrommene og fyller ut disse mens skumkorpositt materialets "frie" overflate, dvs. den overflate som vender mot presseplaten blir fullstendig slett, når de mikrosfærer som ligger inntil presseplaten brister av pressetrykket, mens ekspanderte mikrosfærer som ligger inntil den ru overflaten trenger ned i hulrom og fyller ut disse. Man oppnår altså en overflateutjevning. Den overflateutjevnende virkningen kan i praksis oppnås f.eks. i forbindelse med plywoodtilvirkning. Ved konvensjonell plywoodtilvirkning fremstilles først limte: finér som presses sammen til plywood. For at man skal få en til-fredsstillende overflate, slipes siden den ujevne flaten og et overflatebelegg presses fast på plywoodoverflaten. Med skumkomposittmaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse kan man i ett eneste trinn presse sammen flere finér og et tynt skumkomposittmateriale og man oppnår etter pressingen ply-

wood med et hårdt, fullstendig jevnt overflatesjikt som består av et skumkomposittmateriale ifølge oppfinnelsen, i hvilket materiale harpiksen er utherdet og mikrosfærene delvis er brutt sammen. Andre egenskaper som kan oppnås hos heterogene laminater som inneholder et skumkomposittmateri-

ale ifølge oppfinnelsen, er forbedring av ildbestandigheten,hvor man erholder en målbar og tapetserbar overflate,man får høy bøyningsmodul, en vannavvisende, varmeisolerende overflate.

Hos skiveformede materialer kan man bevirke en reduksjon av skivens skjevhet.

Laminering med tre gir et materiale med treets overflate-egenskaper men med redusert densitet, hvilket f.eks. er an-vendelig for emballasje, karosseri eller innredninger. Laminering med metaller, spesielt aluminiumfolie eller alu-miniumplate, gir et materiale med gode og bestandige over-flateegenskaper og høy stivhet men med redusert densitet, hvilket kan anvendes f.eks. til emballasje, karosserier, fasader, skilter eller reiseeffekter. Laminering med papir, impregnert med formaldehydbaserte harpikser, gir materialer med slitesterke og/eller dekorative overflater, høy stivhet og lav densitet f.eks. egnet for innredning, paneler og skilter. For å bedre festet mellom det impregnerte papiret og skumJtomposittmaterialet, og for å redusere virkningen av materialets sprøhet, kan i dette tilfellet et mellom-

sjikt av f.eks. kartong med fordel anvendes. Laminering med materialer av termoplastoverflater kan gi lette, dekorative produkter som er egnet til paneler og for innrednings-formål. Nylonflokkbelegg på skumkomposittmaterialet gir en dekorativ og slitesterk overflate som kan stiftes, hvilket produkt er anvendbart til f.eks. oppslagstavler, innredning-

er og skilter. Liknende egenskaper og anvendelse har laminater mot tekstiler. Mange andre heterogene laminater er

f.eks. mulige. Det er også mulig å feste skumkomposittmaterialet ifølge oppfinnelsen til ikke-faste materialer ved dannelsen av disse, f.eks. å skumme polyuretanskum til skumkomposittmaterialet, fortrinnsvis mellom to sådanne, hvor-med man ikke bare får et lett og i forhold til vekten bøye-stivt produkt, men også oppnår en jevnere oppskuming av polyuretanmaterialet på grunn av lav varmeledningsevne og varmekapasitet hos skumblandingsmaterialet. Overflatesjikt-ene virker også flammebeskyttende mot polyuretanskummet.

De beskrevne egenskapene er spesielt fordelaktige ved anvendelse av produktene som byggeelementer. Generelt er det mulig å i heterogene laminater å innføre et mellomsjikt mellom de forskjellige materialene for å forbedre stivhet, feste-og støttestyrke. F.eks. kan papir eller en fiberbane anvendes for dette formål, og det er særskilt hensiktsmessig at sjiktet er impregnert med en herdbar harpiks.

De homogene laminatene fremstilles ved presstider som varierer mellom 1 min. og 30 min.. Presstrykkene kan gjerne variere mellom 0,01 og 0,5 MPa og temperaturene mellom 100 og 150°C. Det er herunder formålstjenelig å velge slike betingelser at de ekspanderte mikrosfærene ikke bryter sammen. Et lett og sterkt materiale som eksempelvis kan anvendes innenfor byggebransjen fås nemlig hvis mikrosfærene ikke bryter sammen. Det må også nevnes at sjiktene kan lamineres gjennom liming uten varmetilførsel.

Fiberblandingsmaterialet er varmeformbart i ikke-herdet tilstand, hvilket f.eks. muliggjør forming av dobbeltbøyde overflater i forbindelse med laminering. Slik forming kan skje både ved fremstilling av homogene laminat og ved fremstilling av heterogene laminater hvor øvrige materialer er forut formede eller muliggjør forming under lamineringen.

Oppfinnelsen skal i det følgende belyses ved ikke-begrens-ende eksempler.

EKSEMPEL 1

En 50 g/m 2 glassfiberfilt impregneres med en dispersjon av VDC/ACN mikrosfærer fra KemaNord AB og Cascos fenolharpiks-løsning 9916 tørrstoffinnehold 60 %, hvor tørrsubstansenes forhold er MS:PF 2:1. (VDC = vinylidenklorid, ACN = akrylnitril, MS = mikrosfærer, PF = fenolformaldehydharpiks).

Etter neddypping i impregneringsbadet presses overskuddet bort med valser. Deretter behandles filten med luft på 120°C, hvorunder vann fordampes til 7 vekt-% restfuktighet er tilbake og samtidig ekspanderer mikrosfærene. Et homogent laminat tilvirkes ved at man legger sammen 4: sjikt og presser ved 0,25 MPa 125°C i 10 min.

Følgende produkt erholdes:

Dette produktet kan med fordel anvendes som kjerne- eller overflatemateriale i sandwich-konstruksjoner. Det homogene laminatet er formbart ved en temperatur på ca. 120°C.

EKSEMPEL 2

Fremgangsmåte som i eksempel 1, med med forhold MS:PF 1:1 beregnet på tørrsubstansene.

Følgende produkt erholdes:

Kan anvendes i sandwich-konstruksjoner.

EKSEMPEL 3

Fremgangsmåte som i eksempel 1 men med forholdet MS:PF 1:2 beregnet på tørrsubstansene.

Følgende produkt erholdes:

Kan anvendes i sandwich-konstruksjoner.

EKSEMPEL 4

Skumfibersjikt fremstilt ifølge eksempel 1 med MS:PF 1:2 beregnet på tørrsubstans. Dette sjikt presses på en gips-plate 0,4 MPa 120°C i 10 min. hvorved en dekorativ, pregbar overflate erholdes. Ved brannprøvning NT 004 erholdes klasse 1 på overflatesjiktet og ingen røyk.

EKSEMPEL 5

Som eksempel 4, men med 10 mm uslipt granplywood som underlag.

En utjevning av overflaten erholdes, og man får en målbar tapetserbar vanntett overflate.

Dessuten kan den være dekorativ og pregbar. Produktene får øket stivhet samt brannklasseres som flammesikkert over-flates j ikt klasse 3 midlere røyktetthet 13 %.

Claims (13)

1. Komposittmateriale for fremstilling av laminat om-fattende et tynt impregnerbart baneformig materiale som er impregnert med en herdbar harpiks og termoplastiske partikler, karakterisert ved at harpiksen i komposittmaterialet foreligger i B-stadium samt at de ekspanderte termoplastiske partikler i hovedsak er jevnt fordelt i harpiksen og i det baneformige materiale.

2. Komposittmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at det baneformige materiale består av et vevet eller ikke-vevet, organisk eller uorganisk fiber-materiale og har en tykkelse på mellom 0,1 og 5 mm.

3. Komposittmateriale ifølge krav 1-2, karakterisert ved at den herdbare harpiks består av en formaldehydbasert harpiks med fenol, resorcinol, karbamid eller melamin.

4. Komposittmateriale ifølge krav 1-3, karakterisert ved at de ekspanderte, termoplastiske partikler har et skall som består av en sampolymer av vinylidenklorid og akrylnitril.

5. Komposittmateriale ifølge krav 1-4, karakterisert ved at de ekspanderte, termoplastiske partikler inngår i en mengde på 70-95, fortrinnsvis 85-95 volum%.

6. Fremgangsmåte ved fremstilling av komposittmateriale ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at et baneformig materiale impregneres med et forkondensat av en herdende harpiks og termoplastiske partikler og at det således impregnerte materiale varmes til en temperatur som er tilstrekkelig for å ekspandere de uekspanderte termoplastiske partikler og for å herde harpiksen til B-stadium, men ikke til C-stadium.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de termoplastiske partikler ekspanderes til 2-5 ganger sin opprinnelige diameter.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert ved at harpiks og uekspanderte termoplastiske partikler blandes før impregneringen av det baneformige materiale.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert ved at de ekspanderte termoplastiske partikler inngår i en mengde på 70-95, fortrinnsvis 85-95 volum%.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at et baneformig materiale med en tykkelse mellom 0.1 og 5 mm impregneres.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at en ferdig vev impregneres.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at impregneringen skjer samtidig med frem-stillingen av det baneformige materiale ved avsetting av fiber til en bane.

13. Anvendelse av komposittmaterialet ifølge krav 1-5 for fremstilling av et laminat, der komposittmaterialet legges sammen med et ytterligere tilsvarende materiale og/eller et annet materiale, hvoretter harpiksen herdes til C-stadium.