WO2014184012A1 - Epoxidharz-zusammensetzung für faser-matrix-halbzeuge - Google Patents

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matrix
temperature
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Chunhong YIN
Achim Kaffee
Michael Henningsen
Joachim Zwecker
Lionel Gehringer
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Basf Se
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Definitions

  • the present invention relates to an epoxy resin composition
  • an epoxy resin composition comprising a resin component comprising at least one epoxy resin and a hardener component comprising at least one imidazole compound and at least one latent hardener, wherein the epoxy resin composition is suitable as a thermosetting matrix for the Production of fiber matrix semifinished product (Sheet Molding Compound (SMC)) or informal fiber matrix semis (Bulk Molding Compound (BMC))), in particular of SMC, without modification of the usual processes for the production and use of, for example, polyester -based fiber matrix semifinished product.
  • SMC fiber matrix semifinished product
  • BMC Bulk Molding Compound
  • the amount of imidazole compounds used ranges from 0.007 to 0.025 moles per mole of epoxy groups of the entire composition.
  • this epoxide resin composition is characterized in that the total amount of optionally contained primary amine groups does not exceed 0.09 moles per mole of epoxide groups of the total composition.
  • the invention also relates to a fiber-matrix semi-finished composition, in particular an SMC composition, comprising said epoxy resin composition and short reinforcing fibers having an average length of 0.3 to 5.0 cm suspended therein.
  • the fiber-matrix semi-finished composition can be prepared by mixing the ingredients, whereupon the composition is precured (pre-cured).
  • the resulting thickened product (semi-solid, pre-cured) fiber matrix semifinished product, in particular semisolid (pre-cured) SMC) may be stored for a few days or weeks.
  • the invention also relates to semisolid fiber-matrix semi-finished products, in particular semisolid (pre-cured) SMC and hardened fiber-matrix semi-finished products, in particular hardened (cured) SMCs. Finally, the invention also relates to a screening method for the identification of epoxy resin-based compositions which are suitable for use as thermoset matrix for the production of SMC.
  • SMC based molding techniques has become widely used in recent years, particularly in the automotive industry (shock absorbers, trunk lids, etc.) and also in the electrical industry (castings, low voltage applications, etc.).
  • the most commonly used resins in this technique are unsaturated polyester resins.
  • a reactive monomer usually a vinyl monomer and especially styrene monomer is used.
  • a solution of unsaturated, carboxyl-terminated polyester in the vinyl monomer eg, styrene
  • a peroxide or other initiator e.g. styrene
  • a thickener such as magnesium oxide
  • a filler such as calcium carbonate or alumina.
  • This liquid mixture is then mixed, for example, with fiber or glass fiber pieces between two films (for example made of polyethylene or polyamide), where be removed with squeezing rollers.
  • the viscosity increases from an initial value of usually 0.01 to 100 Pa * sec to a value which is usually in the range of 30,000 to 150,000 Pa * sec.
  • the viscosity increase is caused by the reaction of the carboxy end groups of the polyester with the thickener.
  • polyester-based thickened SMC composition Curing of the polyester-based thickened SMC composition is then accomplished by polymerization of the unsaturated bonds initiated by the peroxides, typically within 2 to 10 minutes at temperatures of 120 to 180 ° C.
  • a disadvantage of the known polyester-based SMC compositions described above is the use of styrene as a reactive diluent. Styrene can escape from the aged thickened polyester-based SMC compositions and thus poses a health risk, especially since it is now classified as a relatively hazardous substance. In the past, styrene was proposed to be replaced by isocyanates, but these are only slightly less hazardous to health than styrene, and thus not an ideal solution to the problem.
  • polyester-based SMCs Another problem with known polyester-based SMCs is that the parts made from them easily warp. To counteract this, usually thermoplastic additives are added (e.g., PS or PVA). However, such additives have a detrimental effect on viscosity and mechanical properties.
  • thermoplastic additives e.g., PS or PVA.
  • WO 98/22527 A1 describes epoxy resin-based SMC compositions comprising an epoxy resin, a carboxylic acid or anhydride thereof as thickener, a latent curing agent and optionally a catalyst for the curing reaction.
  • a disadvantage of the compositions described there is the comparatively long ripening time, in particular for further processing, in which the composition is compressed under pressure in a mold and cured.
  • GB 2462996 A1 discloses epoxy resin matrices for the production of prepregs comprising an epoxy resin, another resin material, an amine thickener (B-staging), a latent one Hardener and a catalyst or accelerator for curing includes.
  • a disadvantage of the composition described there is the comparatively short time from mixing the ingredients, during which the composition still retain a sufficiently flexible consistency to facilitate handling.
  • CN 102337007 B discloses epoxy resin-based SMC based on alkaline earth metal oxides, Erdaklaimetallhydroxiden, isocyanate compounds or alcohols as thickeners.
  • ES 2303769 B discloses compositions of epoxy resin, chain extender, latent curing agent, curing accelerator and additive in particular for the production of prepregs, wherein as chain extenders in particular amines, amine adducts, polycarboxylic acids, polycarboxylic acid anhydrides, disulfides, thiols, polythiols, Polysuldife, polyphenols, polyamines and polyamides to be named. It would be desirable to provide an epoxy-based SMC or BMC
  • the epoxy resin-based SMC or BMC composition should retain as long as possible a sufficiently flexible consistency to facilitate handling (e.g., stocking the SMC in the form of rolls; placing the SMC in the mold).
  • the present invention relates to an epoxy resin composition
  • an epoxy resin composition comprising a resin component (A) comprising at least one epoxy resin (A1) and a hardener component (B) comprising at least one imidazole compound (B1) and at least one latent hardener (B2), wherein the amount of imidazole compounds used (B1) is in a range of 0.007 to 0.025 mol per mol of epoxide groups of the total composition, and wherein the total amount of optionally contained primary amine groups does not exceed a proportion of 0.09 mol per mol of epoxide groups of the total composition.
  • the invention also relates to a fiber-matrix semi-finished composition comprising a
  • An epoxy resin composition containing a resin component (A) comprising at least one epoxy resin (A1) and a curing agent component (B) comprising at least one imidazole compound (B1) and at least one latent curing agent (B2), and comprising short reinforcing fibers (C) having an average length of 0.3 to 5.0 cm (fiber component) suspended in the epoxy resin composition (matrix component), wherein the amount of the imidazole compounds (B1) used is in a range from 0.007 to 0.025 mol per mole of epoxy groups of the total composition, and wherein the total amount of optionally contained primary amine groups does not exceed a proportion of 0.09 mol per mol of epoxide groups of the total composition.
  • fiber-matrix semifinished product compositions are SMC compositions or BMC compositions, preferably SMC compositions, wherein the short reinforcing fibers (C) in the case of SMC compositions preferably have an average length of 1.2 to 5.0 cm and preferably have a mean length of 0.3 to 2.5 cm in BMC compositions.
  • the proportion of the short reinforcing fibers (C) in the fiber-matrix semifinished product composition according to the invention is usually at least 10% by weight, based on the entire fiber-matrix semifinished product composition.
  • the epoxy resin (A1) according to this invention usually has 2 to 10, preferably 2 to 6, most preferably 2 to 4 and especially 2 epoxy groups.
  • the epoxide groups are, in particular, glycidyl ether groups, as are formed in the reaction of alcohol groups with epichlorohydrin.
  • the epoxy resins may be low molecular weight compounds, which generally have an average molecular weight (Mn) of less than 1,000 g / mol, or higher molecular weight compounds (polymers). Such polymeric epoxy resins preferably have a degree of oligomerization of from 2 to 25, more preferably from 2 to 10 units.
  • the epoxy resins may be aliphatic or cycloaliphatic compounds or compounds containing aromatic groups.
  • the epoxy resins are compounds having two aromatic or aliphatic 6-membered rings or their oligomers.
  • epoxy resins (A1) according to the invention are in particular bisphenol A and bisphenol F, as well as hydrogenated bisphenol A and bisphenol F - the corresponding epoxy resins are the diglycidyl ethers of bisphenol A or bisphenol F, or hydrogenated bisphenol A or bisphenol F.
  • epoxy resin ( A1) according to this invention bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA) is usually used.
  • DGEBA diglycidyl ether
  • DEGBA bisphenol A diglycidyl ether
  • DGEBF bisphenol F diglycidyl ether
  • the epoxy resin (A1) according to the invention is preferably a diglycidyl ether of monomeric or oligomeric diol.
  • the diol is preferably selected from the group consisting of bisphenol A or bisphenol F, or hydrogenated bisphenol A or bisphenol F, and the degree of oligomerization of the oligomeric diol is preferably from 2 to 25, more preferably from 2 to 10 units.
  • Suitable epoxy resins (A1) according to this invention are also tetraglycidyl Methylenedianiline (TGMDA) and triglycidylaminophenol or mixtures thereof.
  • reaction products of epichlorohydrin with other phenols for example with cresols or phenol-aldehyde adukten, such as phenol-formaldehyde resins, in particular novolacs.
  • epoxy resins which are not derived from epichlorohydrin. Suitable examples include epoxy resins containing epoxide groups by reaction with glycidyl (meth) acrylate. Epoxy resins (A1) or mixtures thereof are preferably used according to the invention which are liquid at room temperature (25 ° C.), in particular with a viscosity in a range from 8,000 to 12,000 Pa * sec.
  • the epoxy equivalent weight (EEW) indicates the average mass of the epoxy resin in grams per mole of epoxide group.
  • the epoxy resins (A1) according to the invention preferably have an EEW in a range from 150 to 250, in particular from 170 to 200.
  • a mixture of different epoxy resins is used as the epoxy resin (A1).
  • a preferred blend is the combination of DGEBA and epoxy novolac resins, preferably in a weight ratio of 50:80 to 50:20.
  • a single epoxy resin for example DGEBA, is used as the epoxy resin (A1).
  • the epoxy resin composition according to the invention preferably comprises at least 30% by weight, in particular at least 40% by weight, of epoxy resin (A1).
  • the epoxy resin composition or the fiber-matrix semifinished product composition comprises a reactive diluent (A2) as further constituent of the resin component (A) in addition to the epoxy resin (A1).
  • Reactive diluents (A2) for the purposes of the invention are compounds which reduce the initial viscosity of the epoxy resin composition or of the fiber-matrix semifinished product composition produced therefrom and, in the course of curing this composition, form a chemical bond with the developing network of epoxy resin and hardener received.
  • Preferred reactive diluents (A2) for the purposes of this invention are low molecular weight organic, preferably aliphatic compounds having one or more epoxide groups.
  • Reactive diluents (A2) according to the invention may also be cyclic carbonates, in particular cyclic carbonates having 1 to 10 C atoms, for example ethylene carbonate, propylene carbonate, glycerol carbonate, butylene carbonate or vinylene carbonate.
  • Reactive diluents (A2) are preferably selected from the group consisting of ethylene carbonate, vinylene carbonate, propylene carbonate, glycerol carbonate, 1,4-butanediol bisglycidyl ether, 1,6-hexanediol bisglycidyl ether, glycidyl neodecanoate, glycidyl versatate, 2-ethylhexyl glycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, p-tert-butylglycidyl ether , Butyl glycidyl ether, C8-C10 alkyl glycidyl ether, C12-C14 alkyl glycidyl ether, nonyl phenyl glycidyl ether, p-tert-butylphenyl glycidyl ether, phenylglycidy
  • 1,4-butanediol bisglycidyl ether 1,6-hexanediol bisglycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, C 8 -C 10 -alkyl glycidyl ether, C 12 -C 14 -alkyl glycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, p-tert-butyl
  • 1,4-butanediol bisglycidyl ether C8-C10 alkyl monoglycidyl ether, C12-C14 alkyl monoglycidyl ether, 1,6-hexanediol bisglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, glycerol triglycidyl ether, divinylbenzyl dioxide and dicyclopentadiene diepoxide.
  • the reactive diluents (A2) according to the invention preferably make up a fraction up to
  • the imidazole compound (B1) according to this invention is imidazole itself or a derivative thereof.
  • the imidazole compound (B1) is an imidazole compound of the general formula I.
  • R 1 is a hydrogen atom, an alkyl group, preferably having 1 to 10 C atoms, an aryl group, preferably having 3 to 16 C atoms, or an arylalkyl group, preferably having 4 to 20 C atoms,
  • R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group, preferably of 1 to 4 C atoms, and
  • R4 is a hydrogen atom, an alkyl group, preferably having 1 to 4 carbon atoms, a
  • Benzyl group or an aminoalkyl group preferably having 2 to 4 C atoms, and a primary amino group.
  • R 1 of the imidazole compound of the general formula I is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 C atoms, an aryl group having 3 to 7 C atoms or an arylalkyl group. kyl distr with 4 to 10 C-atoms.
  • R1 is particularly preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 C atoms.
  • R 4 of the imidazole compound of the general formula I is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 C atoms or a benzyl group.
  • imidazole compounds are imidazole, 1-methylimidazole, 1-ethylimidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 2-phenylimidazole, 1, 2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2 -Phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole.
  • the imidazole compound of the formula I is an aminoalkylimidazole, wherein R4 is an aminoalkyl group, preferably having 2 to 4 C atoms and a primary amino group.
  • aminoalkylimidazoles are 1- (2-aminoethyl) -2-methylimidazole, 1- (2-aminoethyl) -2-ethylimidazole, 1- (3-aminopropyl) imidazole, 1- (3-aminopropyl) -2- methylimidazole, 1- (3-aminopropyl) -2-ethylimidazole, 1- (3-aminopropyl) -2-phenylimidazole, 1- (3-aminopropyl) -2-heptadecylimidazole, 1- (3-aminopropyl) -2, 4-dimethylimidazole, 1- (3-aminopropyl) -2,5-d
  • Alkyl groups in the context of the invention have 1 to 20 C atoms. They can be linear, branched or cyclic. They can be saturated or unsaturated (also polyunsaturated). Preferably, they are saturated. They have no substituents with heteroatoms. Heteroatoms are all atoms except C and H atoms.
  • Aryl groups within the meaning of the invention have 3 to 20 C atoms.
  • the aromatic ring system may comprise 1 or 2 heteroatoms, preferably nitrogen and / or oxygen, per ring. They have no substituents with heteroatoms. Heteroatoms are all atoms except C and H atoms.
  • the total amount of the one or more imidazole compounds (B1) used is in a range of 0.007 to 0.025 moles per mole of epoxy groups of the entire composition, preferably within a range of 0.010 to 0.020 moles per mole of epoxide groups of the entire composition.
  • latent curing agent (B2) of the epoxy resin composition according to the invention any compound or mixtures thereof can be used which is known for this purpose, and which under ambient conditions (temperature of 10 to 50 ° C at atmospheric pressure) does not react appreciably with the epoxy resin used, but at elevated temperature (eg. About 80 ° C, especially above 120 ° C) crosslinking reacted with the epoxy resin used.
  • An insignificant reaction of the latent hardener with the epoxy resin is one which maximally doubles the viscosity of the epoxy resin composition within 24 hours under ambient conditions (eg no or less than two-fold increase in viscosity at room temperature (25 ° C.). within 24 hours).
  • durability is to be understood as meaning the period beginning with the production, within which the semi-solid fiber-matrix semifinished product can still be used expediently for shaping (for example pressing) hardened SMC or BMC.
  • Suitable latent hardeners (B2) for the purposes of the invention are, for example, quaternary phosphonium compounds and boron trifluoride-amine adducts, in particular corresponding adducts with tertiary aliphatic amines.
  • Particularly suitable as a latent hardener (B2) is dicyandiamide (DICY), especially in finely ground form. It causes the epoxy system to cure at elevated temperature after it has melted, probably due to reactive cleavage products.
  • latent hardeners are, for example, aromatic amines such as 4,4'- or 3,3'-diaminodiphenylsulfone, guanidines such as 1-o-tolyldiguanide, modified polyamines such as Anchor-32014S (Anchor Chemical UK Ltd, Manchester), carboxylic acid hydrazides such as adipic acid Dihydrazide, isophthalic dihydrazide or phthalic acid hydrazide, triazine derivatives such as benzoguanamine and melamine.
  • Preferred latent curing agent (B2) according to the invention is DICY.
  • latent hardener (B2) is employed in an amount sufficient to effectively cure the semi-solid fiber matrix semifinished product, such as semisolid SMC.
  • An effective hardening is, for example, given when at least 90%, preferably at least 95%, in particular at least 98% of the epoxide groups still remaining after thickening in the semisolid fiber-matrix semifinished product are reacted.
  • from 0.4 to 1.2, preferably from 0.6 to 1.1, more preferably from 0.8 to 1.0 equivalents of the latent curing agent or mixture of latent curing agents are used, based on the epoxide equivalents remaining after thickening.
  • DICY as latent curing agent (B2)
  • 0.05 to 0.30 mol of DICY preferably 0.10 to 0.25 mol of DICY, based on the (originally used) mol epoxide group of the curable composition
  • the imidazole compound (B1) causes the thickening of the inventive curable composition (epoxy resin composition or fiber-matrix semifinished product composition) towards the semisolid fiber-matrix semifinished product and at the same time it can also act as a catalyst for the hardening effected by the latent hardener (B2), in particular when DICY is used as latent hardener (B2).
  • the hardener component (B) of the curable compositions may comprise, in addition to the imidazole compound (B1) and the latent hardener (B2), further constituents (optional constituents of the hardener component (B)), which can react with the epoxide groups of the resin component or initiate, accelerate or catalyze reactions of these groups.
  • optional constituents of the hardener component (B) are, for example, amines, in particular primary amines.
  • Monoamines or polyamines having one or more, in particular one or two, primary amino groups are preferably used as optional constituents of the hardener component (B).
  • Amines which can be used as optional constituent of the hardener component (B) are, for example, dimethyldicykan
  • DMDC isophoronediamine
  • IPDA isophoronediamine
  • DETA diethylenetriamine
  • TETA triethylenetetramine
  • POM bis (p-aminocyclohexyl) methane
  • methylenedianiline for example 4,4'-methylenedianiline
  • polyetheramines such as polyetheramine D230, polyaminoamides such as Versamid 140, diaminodiphenylmethane (DDM), diaminodiphenylsulfone (DDS), 2,4-toluenediamine, 2,6-toluenediamine, 2,4- Diamino-1-methylcyclohexane, 2,6-diamino-1-methylcyclohexane,
  • MDACH 1, 3-diamine
  • menthenediamine 1, 3-diamine
  • xylylenediamine N-aminoethylpiperazine, neopentanediamine, norbornanediamine, octanmethylenediamine, 4,8-diamino-tricyclo [5.2.1.0] decane, trimethylhexamethylenediamine, and piperazine, and also arylmonoamines such as aniline, cycloaliphatic monoamines such as cyclohexylamine and alkyl monoamines such as 1-propylamine.
  • Primary amines if they are part of the epoxy resin composition according to the invention or of the fiber-matrix semifinished product composition according to the invention, can thicken or cause the thickening of the corresponding fiber-matrix semifinished composition (for the semi-solid fiber composite).
  • Matrix semi-finished, for example, the semi-solid SMC contribute.
  • the epoxy resin composition or the fiber-matrix semifinished product comprises Composition of primary amines in such an amount that the total amount of primary amine groups in a range of 0.01 to 0.05 moles per mole of epoxy groups of the total composition.
  • the epoxy resin composition or the fiber-matrix semifinished product composition is substantially free of primary amines.
  • the optional constituents of the hardener component (B) are, for example, catalysts and / or accelerators of the curing reaction.
  • catalysts and / or accelerators are, for example, urea derivatives (urones), such as 1,1-dimethyl-3-phenylurea (fenuron) or 3,3 '- (4-methyl-1,3-phenylene) bis (1,1-bis).
  • dimethylurea) and tertiary amines such as triethanolamine, benzyldimethylamine, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol or tetramethylguanidine.
  • the curable composition (epoxy resin composition or fiber-matrix semi-finished composition) is substantially free of vinyl monomers, in particular of styrene.
  • the curable composition is substantially free of solvents.
  • Solvents in the context of this invention are compounds which are liquid at room temperature and which are suitable for dissolving or suspending one or more constituents of the epoxy resin composition of the invention without chemically reacting with the constituents of the epoxy resin composition.
  • Solvents in this sense include, for example, water, diethyl ether, isopropyl alcohol, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, and hydrocarbons, such as toluene or xylene, and chlorinated hydrocarbons, such as dichloromethane or tetrachloromethane. Solvent in this sense is especially water.
  • the curable composition (epoxy resin composition or fiber-matrix semi-finished composition) is substantially free of carboxylic acids and carboxylic acid anhydrides.
  • the curable composition is substantially free of non-epoxy-based curable resins and non-epoxy-based thermoplastic materials.
  • Non-epoxy-based curable resins and thermoplastic materials include, in particular, phenolic resins, polyethersulfones, polyvinylformaldehyde resins, and polyamides.
  • Short reinforcing fibers (C) in the context of the present invention are short fiber pieces with an average length of 0.3 to 5.0 cm.
  • SMC fiber pieces with an average length of 1.2 to 5.0 cm are preferably used, and for use in BMC preferably fiber pieces with an average length of 0.3 to 2.5 cm are used.
  • the fibers are usually made of glass or mineral wool, but also nylon fibers, aramid fibers or carbon fibers can be used as reinforcing fibers according to the invention.
  • the reinforcing fibers (C) are preferably glass fiber pieces and / or carbon fiber pieces, in particular the short reinforcing fibers (C) are glass fiber pieces.
  • the average length of the short reinforcing fibers (C) preferably has a standard deviation of not more than 10%, preferably not more than 5%, in particular not more than 2%, of the mean length.
  • the fiber-matrix semifinished product composition according to the invention usually contains reinforcing fibers (C) in a proportion of 10 to 75% by weight, preferably 25 to 65% by weight, based on the entire fiber-matrix semifinished product composition.
  • the curable composition may also contain further additives such as fillers, thinners, pigments, dyes, release agents, tougheners, flow agents, wetting agents, foam-inhibiting agents Agents (anti-foamer) or flame-retardant agents.
  • additives are usually added in a functional amount, that is, for example, a pigment in an amount that leads to the desired color for the composition.
  • Suitable fillers are, for example, alumina, aluminum hydroxide, silicates, modified montmorillonite, calcium carbonate or alumina. Usually fillers are used in an amount of 0 to 200 wt .-% based on the total curable composition without filler.
  • the constituents of the fiber-matrix-semifinished product composition are brought into contact with each other and mixed. In the manufacture of SMC, this mixture is usually applied as a plate between two films. After mixing the constituents, the fiber-matrix semifinished product composition thickens at room temperature. This process is characterized by an increase in the glass transition temperature (Tg) and the viscosity of the material. The thickening of the material results in the semisolid fiber-matrix semifinished product (semi-solid SMC or BMC).
  • Tg glass transition temperature
  • BMC semisolid fiber-matrix semifinished product
  • this semi-finished product can be handled at room temperature over as long a period as possible, starting with the mixing of the constituents, and thus has a certain flexibility.
  • semi-solid SMC usually stored as rolls It is important that the material is removed from the roll (unwindability) and that it can be brought into the form required for further processing (hardening) (eg flat mats or sheets) (ready for assembly). If the material loses its flexibility in the course of thickening, the handling becomes more difficult, but it can usually still be processed (compression in a compression mold).
  • Processing is generally carried out by pressing the material in a mold under elevated pressure (for example 100 bar) and elevated temperature (for example 150 ° C.). Under these conditions, first the viscosity of the semisolid fiber-matrix semifinished product decreases, so that the material can evenly and completely fill the mold. At the same time causes the latent curing agent and these conditions, the curing of the material and thus a rapid recovery of its viscosity. It is important that the viscosity of the material does not decrease too much during this processing, otherwise separation of the resin matrix and reinforcing fibers and ejection of the material from the mold may occur.
  • a ripening time is given at room temperature of not more than 14 days, preferably of not more than 10 days, particularly preferably not more than 8 days, in particular not more than 6 days.
  • the handleability of a curable composition is longer than its ripening time, so that the compression of the semisolid fiber-matrix semi-finished product, especially the semi-solid SMC, can be followed immediately by its fabrication.
  • the curable compositions also have the longest possible time window for the processability. This time window begins with the completion of the maturation period and ends when the viscosity during processing (compression) no longer drops sufficiently to ensure a complete and uniform filling of the mold.
  • the glass transition temperature can be determined by means of differential calorimetry (DSC) according to the DIN 53765 standard.
  • the present invention also provides a process for producing a fiber-matrix semifinished product composition (SMC or BMC composition) according to the invention, in particular an SMC composition comprising mixing the constituents of the fiber-matrix semifinished product according to the invention Composition at a temperature at which the used epoxy resin (A1) still does not react appreciably with the latent curing agent (B2) used, preferably at a temperature of 10 to 50 ° C.
  • An insignificant reaction of the latent hardener with the epoxy resin is one which maximally doubles the viscosity of the epoxy resin composition within 24 hours under ambient conditions (eg no or less than two-fold increase in viscosity at room temperature (25 ° C.). within 24 hours).
  • the present invention also provides a process for producing mature semi-solid fiber matrix semifinished product (mature semi-solid SMC or BMC) comprising providing a fiber-Martix semi-finished composition (SMC or BMC composition) of the invention and ripening the composition at a temperature at which the used epoxy resin (A1) still does not react appreciably with the latent curing agent (B2), preferably at a temperature of 10 to 50 ° C for at least the duration of the ripening time.
  • the imidazole compound (B1) causes the composition to thicken.
  • An insignificant reaction of the latent hardener with the epoxy resin is one which maximally doubles the viscosity of the epoxy resin composition within 24 hours under ambient conditions (eg no or less than two-fold increase in viscosity at room temperature (25 ° C.) C) within 24 hours).
  • Maturation time is the time from when the fiber-Martix semi-finished composition is made available to when a 2 g sample of the corresponding epoxy resin composition rapidly warms from 0.5 ° C / sec to 140 ° C
  • Viscosity of 1 Pa * sec is no longer below.
  • the present invention particularly relates to a process for the preparation of mature semisolid SMC comprising providing an SMC according to the invention.
  • composition the forming of layers of this composition and the ripening of the composition at a temperature at which the used epoxy resin (A1) still does not react appreciably with the latent curing agent (B2), preferably at a temperature of 10 to 50 ° C at least for the duration of the maturation period.
  • a noteworthy reaction of the latent curing agent with the epoxy resin is one which maximally doubles the viscosity of the epoxy resin composition within 24 hours under ambient conditions (eg no or less than two-fold increase in viscosity at room temperature (25.degree C) within 24 hours).
  • the ripening time is the time starting from the supply of the fiber-matrix semi-finished composition to the time from which a sample of 2 g of the corresponding epoxy resin composition with rapid heating from 0.5 ° C / sec to 140 ° C a Viscosity of 1 Pa * sec (measured, for example, in a rheometer (for example viscometer Anton Paar MCR 301, FW3.30 (plate-plate configuration, diameter 25 mm, gap 1000 ⁇ m, oscillation, shear rate 100 Hz)) ) no longer falls below.
  • the epoxy resin composition (matrix component) is mixed with the short reinforcing fibers (C) between two sheets (usually removable sheets of polyethylene or polyamide, for example) and formed into a layered SMC composition.
  • the viscosity of the epoxy resin composition (matrix component) at the start of mixing with the short reinforcing fibers (C) in a range of 5 to 50 Pa * sec is the impregnation of the reinforcing fibers with the epoxy resin composition (matrix component) improve.
  • the layered SMC composition has already reached a sufficient viscosity shortly after its production at which separation of the short reinforcing fibers (C) from the resin matrix (epoxy resin composition) is minimized.
  • the present invention also provides the mature semi-solid (fiber matrix semifinished product, producible or prepared by providing a fiber-matrix semi-finished composition (SMC or BMC composition) according to the invention and ripening the composition at a temperature at which the used epoxy resin (A1) still does not appreciably react with the latent hardener (B2) used, preferably at a temperature of 10 to 50 ° C, at least for the duration of the ripening time which maximally doubles the viscosity of the epoxy resin composition within 24 hours under ambient conditions (eg no or less than two-fold increase in viscosity at room temperature (25 ° C.) within 24 hours) the provision of the fiber-matrix semifinished composition by the time from a sample of 2 g of the corresponding epoxy resin composition with rapid heating of 0.5 ° C / sec to 140 ° C a viscosity of 1 Pa * sec (measured, for example, in a rheometer (eg. Anton Paar MCR 301 viscometer, FW3.30 (plate
  • the present invention also provides the mature semi-solid SMC, which can be prepared or produced by providing an SMC composition according to the invention, forming layers of this composition and ripening the composition at a temperature at which the epoxide resin (A1) used not yet appreciably reacts with the latent curing agent (B2) used, preferably at a temperature of 10 to 50 ° C, at least for the duration of the ripening time, preferably wherein the epoxy resin composition (matrix component) with the short reinforcing fibers (C) between two films (usually removable films, for example made of polyethylene or polyamide) are mixed together and formed into a layered SMC composition, and wherein preferably the viscosity of the epoxy resin composition (matrix component) at the beginning of mixing with the short reinforcing fibers ( C) is in a range of 5 to 50 Pa * sec t.
  • An insignificant reaction of the latent hardener with the epoxy resin is one which maximally doubles the viscosity of the epoxy resin composition within 24 hours under ambient conditions (eg no or less than two-fold increase in viscosity at room temperature (25 ° C.). within 24 hours).
  • the ripening time is the time from the start of the supply of the fiber-Martix semi-finished composition to the time from which a sample of 2 g of the corresponding epoxy resin composition with rapid heating from 0.5 ° C / sec to 140 ° C a Viscosity of 1 Pa * sec (measured, for example, in a rheometer (eg viscometer Anton Paar MCR 301, FW3.30 (plate-plate configuration, diameter 25 mm, gap 1000 ⁇ , oscillation, shear rate 100 Hz)) not) more falls short.
  • a rheometer eg viscometer Anton Paar MCR 301, FW3.30 (plate-plate configuration, diameter 25 mm, gap 1000 ⁇ , oscillation, shear rate 100 Hz)
  • the present invention also provides hardened fiber-matrix semifinished product (hardened SMC or BMC), in particular hardened SMC, which can be produced or produced by hardening the semisolid fiber-matrix semifinished product or the semisolid SMC.
  • hardened SMC or BMC hardened fiber-matrix semifinished product
  • the curing is conveniently carried out at temperatures in a range of 90 to 200 ° C, preferably in a range of 1 10 to 180 ° C, in particular in a range of 130 to 170 ° C.
  • the curing time depends on the latent curing agent (B2) used and the chosen curing temperature. It should be chosen so that at least 95%, preferably at least 98% of the epoxide groups remaining after thickening in the semisolid fiber-matrix semifinished product are reacted.
  • the curing time is in a range of 1 to 120 minutes, preferably 2 to 60 minutes, more preferably 2 to 15 minutes, especially 2 to 5 minutes.
  • the curing is usually carried out by compression molding at a pressure of 5 to 200 bar, in particular from 25 to 150 bar.
  • the present invention also provides the use of an epoxy resin composition
  • an epoxy resin composition comprising a resin component (A) comprising at least one epoxy resin (A1) and a hardener component (B) comprising at least one imidazole compound (B1) and at least one latent hardener (B2) as the matrix component for the preparation of semi-solid SMC or for the preparation of cured SMC, wherein the amount of the imidazole compounds used (B1) is in a range of 0.007 to 0.025 moles per mole of epoxide groups of the total composition, and wherein the total amount of optionally contained primary amine groups does not exceed 0.09 moles per mole of epoxide groups of the total composition.
  • the present invention also relates to the use of the SMC composition according to the invention for the production of semi-solid SMC or for the production of hardened SMC.
  • the present invention also relates to a screening method for identifying epoxy resin-based compositions useful as a matrix for epoxy-based SMC comprising the steps
  • the epoxy resin-based composition to be tested comprises as constituents at least one epoxy resin, a thickener and a latent curing agent,
  • the thickener is a reagent which reacts at the storage temperature with chain extension with the epoxide groups of the epoxy resin, but does not lead to complete curing of the epoxy resin due to its reactivity or the amount used within the storage time,
  • the latent hardener is a reagent that does not appreciably react with the epoxy resin at storage temperature
  • the minimum viscosity value denotes the lowest viscosity value which the epoxy resin-based composition to be tested achieves when the temperature is increased rapidly to a previously determined curing temperature until it is determined by the latent hardening the curing of the epoxy resin-based composition to be tested causes the viscosity to rise again
  • the curing temperature is a temperature at which the latent curing agent leads to complete curing of the epoxy resin-based composition to be tested, wherein an unimportant reaction of the latent curing agent with the epoxy resin is one which maximizes doubling within 24 hours at storage temperature the viscosity of the epoxy resin-based composition to be tested,
  • a complete cure is one in which at least 90% of all epoxide groups of the epoxy resin-based composition to be tested are reacted, wherein a rapid increase in the temperature in the measurement of the minimum viscosity is one at which the temperature of the epoxy resin to be tested -based composition is brought from the storage temperature to the curing temperature with at least 0.1 ° C / sec,
  • the storage temperature is a temperature in the range of 10 to 50 ° C and the storage time is a period of at least 30 days, and
  • the upper limit of the glass transition temperature is selected to be in a range of -5 to +10 ° C, and the lower limit of the viscosity minimum is selected to be in a range of 0.5 to 10 Pa * sec is.
  • the time from the provision of the epoxy resin-based composition to be tested in step (b) to exceeding the upper limit of the glass transition temperature is a measure of the time during which the SMC with the epoxy resin-based composition to be tested as a matrix is sufficient flexible for packaging (eg unrolling the SMC from the supply roll and cutting suitable pieces for molding).
  • an SMC based on the epoxy resin-based composition to be tested for example, appropriate if the time determined in step (b) at a storage temperature of 25 ° C and an upper limit for the glass transition temperature of 5 ° C, a value of at least 3 days, preferably 5 days, especially 7 days.
  • the time from the provision of the epoxy resin-based composition to be tested in step (c) to exceeding the lower limit of the viscosity minimum is a measure of the time that the SMC has to deal with the epoxy resin-based composition to be tested as a matrix for the Ripening needed so that it can be used for molding (without the molding compound squirting out of the mold).
  • an SMC based on the epoxy resin-based composition to be tested for example, appropriate if the time determined in step (c) at a storage temperature of 25 ° C, a rise in temperature to a curing temperature of 140 ° C with 0.5 ° C / sec and a lower limit for the viscosity minimum of 1 Pa * sec reaches a maximum value of 14 days, preferably 10 days, particularly preferably 8 days, in particular 6 days.
  • the screening method comprises a further step (d), namely the selection of such an epoxy resin-based composition for use as a matrix component in an SMC for which the time determined in step (b) has a minimum value reached or exceeded, and for which the time determined in step (c) does not exceed a certain maximum value.
  • the determined minimum value for the time determined in step (b) is 3 days, preferably 5 days, especially 7 days, preferably at a storage temperature of 25 ° C.
  • the determined maximum value for the time determined in step (c) is 14 days, preferably 10 days, more preferably 8 days, especially 6 days, preferably at a storage temperature of 25 ° C.
  • the curing temperature is preferably in the range of 90 to 200 ° C, especially 130 to 170 ° C, for example, 140 ° C.
  • the storage temperature is preferably in the range of 15 to 40 ° C, for example, 25 ° C.
  • the storage time is preferably at least 60, in particular at least 90 days.
  • Complete curing is preferably one in which at least 95%, in particular at least 98% of all epoxide groups of the epoxy resin-based composition to be tested are reacted.
  • the upper limit of the glass transition temperature is preferably in the range of 0 to 8 ° C, for example, 5 ° C.
  • the lower limit value for the minimum viscosity is preferably in the range of 0.8 to 5 Pa * sec, for example 1 Pa * sec.
  • the rapid rise in temperature of the epoxy resin-based composition to be tested from the storage temperature to the curing temperature is preferably at least 0.2 ° C / sec, for example at 0.5 ° C / sec.
  • suitable thickening agents for the screening method according to the invention are imidazole and derivatives of imidazole, mono-, di- and polyfunctional primary amines, at least difunctional secondary amines, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, tertiary amines, Mannich bases, guanidines and substituted guanidines Urea compounds, guanamine derivatives, melamine resins and ketimines.
  • a suitable latent hardener for the screening method according to the invention is, for example, DICY.
  • Epoxy resin-based fiber-matrix semi-finished product comes out in comparison to the known polyester-based fiber-matrix semi-finished products without the problematic vinyl monomers, in particular without styrene.
  • epoxy-based resins are characterized by particularly favorable mechanical properties, temperature and chemical resistance compared to polyester-based resins. Examples
  • API N- (3-aminopropyl) imidazoles; 1-Et-1: 1-ethylimidazole; 2-Et-4-Me-1: 2-ethyl-4-methylimidazole;
  • PA 1-propylamine
  • IPDA isophoronediamine
  • DICY dicyandiamide
  • the minimum viscosity was determined, which is passed through a rapid heating of the sample .
  • a sample (about 2 g) of the respective epoxy resin composition was taken and heated at 0.5 ° C / sec from the storage temperature (25 ° C) to the curing temperature (140 ° C) and measured at the same time the viscosity curve.
  • the viscosity was measured by means of a rheometer (viscometer Anton Paar MCR 301, FW3.30 (plate-plate configuration, diameter 25 mm, gap 1000 ⁇ m, oscillation, shear rate 100 Hz)). As a result of the heating of the sample, the viscosity initially reduces, but as time progresses it then rises again quickly due to the onset of latent curing.
  • the viscosity minimum as a function of the storage time is compiled in Table 3 for the respective epoxy resin compositions E1 to E1 1 and C1 to C6.
  • the SMC was cured for 5 min at a temperature of 150 ° C and a pressure of 100 bar in a molding press.
  • the mechanical properties were determined. Standard nomen of the measurement methods and the results of the measurements are summarized in Table 4.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Epoxidharz-Zusammensetzung als Matrix-Komponente für Sheet Molding Compounds (SMC) und/oder Bulk Molding Compounds (BMC), umfassend eine Harzkomponente umfassend mindestens ein Epoxidharz und eine Härterkomponente umfassend mindestens eine Imidazolverbindung und mindestens einen latenten Härter. In dieser Epoxidharz-Zusammensetzung liegt die Menge der eingesetzten Imidazolverbindungen in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung, und die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen überschreitet nicht einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung. Die Erfindung betrifft auch eine Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung (SMC- oder BMC-Zusammensetzung) mit der genannten Epoxidharz-Zusammensetzung als Matrix-Komponente und darin suspendierten kurzen Verstärkungsfasern mit einer mittleren Länge von 0,3 bis 5,0 cm. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung kann hergestellt werden durch Vermischen der Bestandteile, woraufhin es zur Eindickung der Zusammensetzung kommt. Das so erhaltene eingedickte Produkt (halbfestes Faser-Matrix-Halbzeug) zeichnet sich durch vergleichsweise kurze Reifungszeit und vergleichsweise lange Handhabbarkeit aus. Die Erfindung betrifft auch das entsprechende halbfeste Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere das halbfeste SMC und das entsprechende gehärtete Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere das gehärtete SMC. Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Screening-Verfahren zur Identifikation von Epoxidharz-basierten Zusammensetzungen, die geeignet sind für den Einsatz als duroplastische Matrix für die Herstellung von SMC.

Description

Epoxidharz-Zusammensetzung für Faser-Matrix-Halbzeuge Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Epoxidharz-Zusammensetzung umfassend eine Harzkomponente umfassend mindestens ein Epoxidharz und eine Härterkomponente umfassend mindestens eine Imidazolverbindung und mindestens einen latenten Härter, wobei die Epoxidharz- Zusammensetzung geeignet ist als duroplastische Matrix für die Herstellung von Faser-Matrix- Halbzeug (Harzmatte (Sheet Molding Compound (SMC)) oder formloses Faser-Matrix-Halbzeug (Bulk Molding Compound (BMC))), insbesondere von SMC, ohne Modifikation der üblichen Prozesse zur Herstellung und Verwendung von beispielsweise Polyester-basiertem Faser-Matrix- Halbzeug. In dieser Epoxidharz-Zusammensetzung liegt die Menge der eingesetzten Imidazol- verbindungen in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung. Weiter zeichnet sich diese Epoidharz-Zusammensetzung dadurch aus, dass die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet. Die Erfindung betrifft auch eine Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung, insbesondere eine SMC-Zusammensetzung, umfassend die genannte Epoxidharz-Zusammensetzung und darin suspendierten kurzen Verstärkungsfasern mit einer mittleren Länge von 0,3 bis 5,0 cm. Die Fa- ser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung kann hergestellt werden durch Vermischen der Bestandteile, woraufhin es zur Eindickung (prä-Härtung) der Zusammensetzung kommt. Das so erhaltene eingedickte Produkt (halbfestes (semi-solid, pre-cured) Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere halbfestes (semi-solid, pre-cured) SMC) kann einige Tage oder Wochen gelagert werden. Es kann dann unter geeigneten Härtungsbedingungen zum gehärteten (cured) Faser- Matrix-Halbzeug (insbesondere gehärtetes (cured) SMC) ausgehärtet werden. Die Erfindung betrifft auch halbfestes Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere halbfestes (semi-solid, pre-cured) SMC und gehärtetes Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere gehärtetes (cured) SMC. Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Screening-Verfahren zur Identifikation von Epoxidharzbasierten Zusammensetzungen, die geeignet sind für den Einsatz als duroplastische Matrix für die Herstellung von SMC.
Die Verwendung von SMC basierten Formverfahren hat im Verlauf der letzten Jahre eine weite Verbreitung erfahren, insbesondere in der Automobil-Industrie (Stoßdämpfer, Kofferraumdeckel, usw.) und auch in der Elektroindustrie (Gussteile, Niedervoltanwendungen, usw.). Die bei dieser Technik am häufigsten verwendeten Harze sind ungesättigte Polyesterharze. Für die Vernetzung solcher Harze wird ein reaktives Monomer, üblicherweise ein Vinylmonomer und insbesondere Styrol-Monomer verwendet.
In dem konventionellen Verfahren wird eine Lösung aus ungesättigtem, carboxyl-terminiertem Polyester in dem Vinylmonomer (z.B. Styrol) mit einem Peroxid oder einem anderem Initiator, einem Verdickungsmittel wie Magnesiumoxid und einem Füllstoff wie Kalziumcarbonat oder Tonerde vermischt. Diese flüssige Mischung wird dann beispielsweise mit Faser- oder Glasfaserstücken zwischen zwei Folien (bspw. aus Polyethylen oder Polyamid) gemischt, wobei Luft- blasen mit Quetschrollen entfernt werden. Während weniger Tage steigt die Viskosität von einem Anfangswert von üblicherweise 0,01 bis 100 Pa*sec auf einen Wert an, der üblicherweise im Bereich von 30.000 bis 150.000 Pa*sec liegt. Der Viskositätsanstieg wird bewirkt durch die Reaktion der Carboxy-Endgruppen des Polyesters mit dem Verdickungsmittel. Im Fall von Magnesiumoxid als Verdickungsmittel werden polymere Magnesiumcarbonate gebildet. Die Viskosität erreicht ein Plateau nachdem das Verdickungsmittel aufgebraucht ist. Diese halbfeste Polyester-basierte SMC-Zusammensetzung hat dann eine nicht-klebrige, lederartige Konsistenz, die geeignet ist für das Einlegen in eine Pressform. Die Viskosität des eingedickten Produkts sollte über einen Zeitraum von vorzugsweise mindestens drei Monaten mehr oder weni- ger konstant bleiben, dem Verarbeitungsfenster für diese Polyester-basierte SMC- Zusammensetzung.
Wenn die Viskosität zu gering ist, spritzt flüssiges Harz während der Ausformung aus der Form. Wenn dagegen die Viskosität zu hoch ist, wird das SMC Brett-artig, ist daher nur schwer in die Form einzulegen und ist eventuell nicht ausreichend fließfähig, um die Form vollständig auszufüllen. Die Härtung der Polyester-basierten eingedickter SMC-Zusammensetzung erfolgt dann durch Polymerisation der ungesättigten Bindungen initiiert durch die Peroxide, typischerweise binnen von 2 bis 10 min bei Temperaturen von 120 bis 180°C. Nachteilig an der den bekannten oben beschriebenen Polyester-basierten SMC-Zusammen- setzungen ist die Verwendung von Styrol als Reaktivverdünner. Styrol kann aus den gealterten eingedickten Polyester-basierten SMC-Zusammensetzungen entweichen und stellt somit ein Gesundheitsrisiko dar, zumal es heutzutage als relativ gesundheitsgefährdende Substanz eingestuft wird. In der Vergangenheit wurde vorgeschlagen Styrol durch Isocyanate zu ersetzen, doch diese sind nur leicht weniger gesundheitsgefährdend als Styrol und somit keine ideale Lösung für das Problem.
Ein weiteres Problem von bekanntem Polyester-basierten SMC ist, dass sich die daraus hergestellten Teile leicht verziehen. Um dem entgegenzuwirken werden üblicherweise thermoplasti- sehe Additive beigefügt (z.B. PS oder PVA). Solche Additive haben jedoch eine nachteilige Wirkung auf die Viskosität und die mechanischen Eigenschaften.
WO 98/22527 A1 beschreibt Epoxidharz-basierte SMC-Zusammensetzungen umfassend ein Epoxidharz, eine Carbonsäure oder ein Anhydride davon als Verdickungsmittel, einen latenten Härter und optional ein Katalysator für die Härtungsreaktion. Nachteilig an den dort beschriebenen Zusammensetzungen ist die vergleichsweise lange Reifungszeit, insbesondere für eine weitere Verarbeitung, bei der die Zusammensetzung unter Druck in einer Form verpresst und ausgehärtet wird. GB 2462996 A1 offenbart Epoxidharz-Matrizes für die Herstellung von Prepregs, die ein Epoxidharz, ein weiteres Harzmaterial, ein Amin als Verdickungsmittel (B-staging), einen latenten Härter und einen Katalysator oder Beschleuniger für die Härtung beinhaltet. Nachteilig an der dort beschriebenen Zusammensetzung ist die vergleichsweise kurze Zeit ab Vermischen der Bestandteile, während der die Zusammensetzung noch eine ausreichend flexible Konsistenz behalten um die Handhabbarkeit zu erleichtern.
CN 102337007 B offenbart Epoxidharz-basiertes SMC auf Basis von Erdalkalimetalloxiden, Erdaklaimetallhydroxiden, Isocyanat-Verbindungen oder Alkoholen als Verdickungsmittel.
ES 2303769 B offenbart Zusammensetzungen aus Epoxidharz, Kettenverlängerer, latentem Härter, Härtungsbeschleuniger und Additiv insbesondere für die Herstellung von Prepregs, wobei als Kettenverlängerer insbesondere Amine, Aminaddukte, Polycarbonsäuren, Polycarbon- säureanhydride, Disulfide, Thiole, Polythiole, Polysuldife, Polyphenole, Polyamine und Polyamide genannt werden. Wünschenswert wäre die Bereitstellung einer Epoxidharz-basierten SMC- oder BMC-
Zusammensetzung, die möglichst schnell nach der Herstellung ein ausreichend langes Zeitfenster für die Verarbeitbarkeit erreicht, in dem die Viskosität unter Härtungsbedingungen (bspw. Härtungstemperatur von 140°C) ausreichend niedrig wird (ausreichende Fließfähigkeit für vollständiges Ausfüllen der Form) aber gleichzeitig hoch genug bleibt, sodass die Epoxid- harz-Matrix während der Ausformung (insbesondere Verpressung) nicht aus der Form herausspritzt (insbesondere bei Verarbeitung unter Druck) oder es zu einer Trennung von Verstärkungsfasern und Matrix kommt. Zusätzlich soll die Epoxidharz-basierte SMC- oder BMC- Zusammensetzung so lang wie möglich eine ausreichend flexible Konsistenz behalten, um die Handhabbarkeit (bspw. Bevorratung des SMC in Form von Rollen; Einlegen des SMC in die Pressform) zu erleichtern.
Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Epoxidharz-Zusammensetzung umfassend eine Harzkomponente (A) umfassend mindestens ein Epoxidharz (A1 ) und eine Härterkomponente (B) umfassend mindestens eine Imidazolverbindung (B1 ) und mindestens einen latenten Härter (B2), wobei die Menge der eingesetzten Imidazolverbindungen (B1 ) in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung liegt, und wobei die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet. Die Erfindung betrifft auch eine Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung umfassend eine
Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix-Komponente) enthaltend eine Harzkomponente (A), die mindestens ein Epoxidharz (A1 ) umfasst, und eine Härterkomponente (B), die mindestens eine Imidazolverbindung (B1 ) und mindestens einen latenten Härter (B2) umfasst, und umfassend kurze Verstärkungsfasern (C) mit einer mittleren Länge von 0,3 bis 5,0 cm (Faser-Komponente), die in der Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix-Komponente) suspendiert sind, wobei die Menge der eingesetzten Imidazolverbindungen (B1 ) in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung liegt, und wobei die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet. Faser-Matrix-Halbzeug- Zusammensetzung im Sinne der vorliegenden Erfindung sind SMC-Zusammensetzungen oder BMC-Zusammensetzungen, vorzugsweise SMC-Zusammensetzungen, wobei die kurzen Verstärkungsfasern (C) bei SMC-Zusammensetzungen vorzugsweise eine mittleren Länge von 1 ,2 bis 5,0 cm und bei BMC-Zusammensetzungen vorzugsweise eine mittleren Länge von 0,3 bis 2,5 cm aufweisen. Der Anteil der kurzen Verstärkungsfasern (C) in der erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung beträgt üblicherweise mindestens 10 Gew.-% bezogen auf die gesamte Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung.
Eigenschaften und Bezeichnungen von SMC und BMC sind in der Norm DIN EN 14598 geregelt. Das Epoxidharz (A1 ) gemäß dieser Erfindung besitzt üblicherweise 2 bis 10, bevorzugt 2 bis 6, ganz besonders bevorzugt 2 bis 4 und insbesondere 2 Epoxidgruppen. Bei den Epoxidgruppen handelt es sich insbesondere um Glycidylethergruppen, wie sie bei der Umsetzung von Alkoholgruppen mit Epichlorhydrin entstehen. Bei den Epoxidharzen kann es sich um niedermolekulare Verbindungen, welche im Allgemeinen ein mittleres Molgewicht (Mn) kleiner 1.000 g/mol haben oder um höhermolekulare Verbindungen (Polymere) handeln. Solche polymeren Epoxidharze haben bevorzugt einen Oligomerisierungsgrad von 2 bis 25, besonders bevorzugt von 2 bis 10 Einheiten. Es kann sich um aliphatische, auch cycloaliphatische Verbindungen, oder um Verbindungen mit aromatischen Gruppen handeln. Insbesondere handelt es sich bei den Epoxidharzen um Verbindungen mit zwei aromatischen oder aliphatischen 6-Ringen oder deren Oligomere. Technisch von Bedeutung sind Epoxidharze, die durch Umsetzung des Epich- lorhydrins mit Verbindungen, welche mindestens zwei reaktive H-Atome haben, insbesondere mit Polyolen, erhältlich sind. Von besonderer Bedeutung sind Epoxidharze, die durch Umsetzung des Epichlorhydrins mit Verbindungen, welche mindestens zwei, vorzugsweise zwei Hydroxylgruppen und zwei aromatische oder aliphatische 6-Ringe enthalten, erhältlich sind. Als Beispiele für derartige erfindungsgemäße Epoxidharze (A1 ) seien insbesondere Bisphenol A und Bisphenol F, sowie hydriertes Bisphenol A und Bisphenol F genannt - die entsprechenden Epoxidharze sind die Diglycidylether von Bisphenol A oder Bisphenol F, oder hydriertem Bisphenol A oder Bisphenol F. Als Epoxidharz (A1 ) gemäß dieser Erfindung wird üblicherweise Bisphenol-A-diglycidylether (DGEBA) verwendet. Unter Bisphenol-A-diglycidylether (DEGBA) und Bisphenol-F-diglycidylether (DGEBF) sind erfindungsgemäß sowohl die entsprechenden Monomere als auch die entsprechenden oligomeren Varianten zu verstehen. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Epoxidharz (A1 ) ein Diglycidylether von monomerem oder oligomerem Diol. Dabei ist das Diol vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol A oder Bisphenol F, oder hydriertem Bisphenol A oder Bisphenol F, und der Oligomerisierungs- grad des oligomeren Diols ist vorzugsweise 2 bis 25, besonders bevorzugt von 2 bis 10 Einheiten. Geeignete Epoxidharze (A1 ) gemäß dieser Erfindung sind auch Tetraglycidyl- Methylendianilin (TGMDA) und Triglycidylaminophenol oder Gemische davon. In Betracht kommen auch Umsetzungsprodukte des Epichlorhydrins mit anderen Phenolen, z.B. mit Kreso- len oder Phenol-aldehyd-adukten, wie Phenolformaldehydharzen, insbesondere Novolaken. Geeignet sind auch Epoxidharze, welche sich nicht vom Epichlorhydrin ableiten. In Betracht kommen z.B. Epoxidharze, welche Epoxidgruppen durch Umsetzung mit Glycidyl(meth)acrylat enthalten. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Epoxidharze (A1 ) oder Gemische davon eingesetzt, die bei Raumtemperatur (25°C) flüssig sind, insbesondere mit einer Viskosität in einem Bereich von 8.000 bis 12.000 Pa*sec . Das Epoxid-Äquivalenzgewicht (EEW) gibt die durchschnittlich Masse des Epoxidharzes in g pro mol Epoxidgruppe an. Vorzugsweise haben die erfindungsgemäßen Epoxidharze (A1 ) einen EEW in einem Bereich von 150 bis 250, insbesondere von 170 bis 200.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird als Epoxidharz (A1 ) eine Mischung von verschiedenen Epoxidharzen eingesetzt. Eine bevorzugte Mischung ist die Kombination aus DGEBA und Epoxid-Novolak-Harzen, vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von 50 zu 80 bis 50 zu 20.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird als Epoxidharz (A1 ) ein einzelnes Epoxidharz, bspw. DGEBA, eingesetzt.
Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäße Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix- Komponente ohne Verstärkungsfasern) zu mindestens 30 Gew.-% insbesondere zu mindestens 40 Gew.-% aus Epoxidharz (A1 ). In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung als weiteren Bestandteil der Harzkomponente (A) neben dem Epoxidharz (A1 ) einen Reaktivverdünner (A2). Reaktivverdünner (A2) im Sinne der Erfindung sind Verbindungen, die die Anfangsviskosität der Epoxidharz- Zusammensetzung bzw. der daraus hergestellten Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung herabsetzen und im Verlauf der Härtung dieser Zusammensetzung mit dem sich ausbildenden Netzwerk aus Epoxidharz und Härter eine chemische Bindung eingehen. Bevorzugte Reaktivverdünner (A2) im Sinne dieser Erfindung sind niedermolekulare organische, vorzugsweise aliphatische Verbindungen mit einer oder mehreren Epoxidgruppen. Erfindungsgemäße Reaktivverdünner (A2) können auch cyclische Carbonate, insbesondere cyclische Carbonate mit 1 bis 10 C-Atomen, beispielsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Glycerincarbonat, Buty- lencarbonat oder Vinylencarbonat, sein. Erfindungsgemäße Reaktivverdünner (A2) sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylencarbonat, Vinylencarbonat, Propylencarbonat, Glycerincarbonat, 1 ,4-Butandiolbisglycidylether, 1 ,6-Hexandiolbisglycidylether, Glycidylneodecanoat, Glycidylversatat, 2-Ethylhexylglycidylether, Neopentylglykoldigly- cidylether, p-tert-Butylglycidylether, Butylglycidylether, C8-C10- Alkylglycidylether, C12-C14- Alkylglycidylether, Nonylphenylglycidylether, p-tert-Butylphenylglycidylether, Phenylgly- cidylether, o-Cresylglycidylether, Polyoxypropylenglycoldiglycidylether, Trimethylolpropantrigly- cidylether, Glycerintriglycidylether, Triglycidylparaaminophenol, Divinylbenzyldioxid und Dicyc- lopentadiendiepoxid. Sie sind besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 ,4-Butandiolbisglycidylether, 1 ,6-Hexandiolbisglycidylether, 2-Ethylhexylglycidylether, C8-C10- Alkylglycidylether, C12-C14- Alkylglycidylether, Neopentylglykoldiglycidylether, p-tert-
Butylglycidylether, Butylglycidylether, Nonylphenylglycidylether, p-tert-Butylphenylglycidylether, Phenylglycidylether, o-Cresylglycidylether, Trimethylolpropantriglycidylether, Glycerintriglycidylether, Divinylbenzyldioxid und Dicyclopentadiendiepoxid. Sie sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 ,4-Butandiolbisglycidylether, C8-C10- Alkylmonogly- cidylether, C12-C14- Alkylmonoglycidylether, 1 ,6-Hexandiolbisglycidylether, Neopentylglykoldiglycidylether, Trimethylolpropantriglycidylether, Glycerintriglycidylether, Divinylbenzyldioxid und Dicyclopentadiendiepoxid.
Die erfindungsgemäßen Reaktivverdünner (A2) machen vorzugsweise einen Anteil bis
30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis 20 Gew.-%, insbesondere von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die gesamte Harzkomponente (A) (Epoxidharz (A1 ) und etwaig eingesetzte Reaktivverdünner (A2)) der Epoxidharz-Zusammensetzung aus.
Die Imidazolverbindung (B1 ) gemäß dieser Erfindung ist Imidazol selbst oder ein Derivat davon. Vorzugsweise ist die Imidazolverbindung (B1 ) eine Imidazolverbindung der allgemeinen Formel I
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wobei
R1 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe, vorzugsweise mit 1 bis 10 C-Atomen, eine Arylgrup pe, vorzugsweise mit 3 bis 16 C-Atomen, oder eine Arylalkylgruppe, vorzugsweise mit 4 bis 20 C-Atomen, ist,
R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe, vorzugsweise mit 1 bis 4 C-Atomen, sind, und
R4 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe, vorzugsweise mit 1 bis 4 C-Atomen, eine
Benzylgruppe oder eine Aminoalkylgruppe, vorzugsweise mit 2 bis 4 C-Atomen und eine primären Aminogruppe, ist.
Vorzugsweise ist R1 der Imidazolverbindung der allgemeinen Formel I ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, eine Arylgruppe mit 3 bis 7 C-Atomen oder eine Arylal- kylgruppe mit 4 bis 10 C-Atomen. Besonders bevorzugt ist R1 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist R4 der Imidazolverbindung der allge- meinen Formel I ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Benzylguppe. Beispiele für solche Imidazolverbindungen sind Imidazol, 1 -Methylimidazol, 1 - Ethylimidazol, 2-Methylimidazol, 2-Ethylimidazol, 2-Undecylimidazol, 2-Heptadecylimidazol, 2- Phenylimidazol, 1 ,2-Dimethylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol, 2-Phenyl-4-methylimidazol, 1 - Benzyl-2-phenylimidazol, 1 -Benzyl-2-methylimidazol.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Imidazolverbindung der Formel I ein Aminoalkylimidazol, wobei R4 eine Aminoalkylgruppe, vorzugsweise mit 2 bis 4 C-Atomen und einer primären Aminogruppe. Beispiele für solche Aminoalkylimidazole sind 1 -(2-Aminoethyl)-2- methylimidazol, 1 -(2-Aminoethyl)-2-ethylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)imidazol, 1 -(3-Amino- propyl)-2-methylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-2-ethylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-2-phenyl- imidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-2-heptadecylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-2,4-dimethylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-2,5-dimethylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-2-ethy-1 -4-methylimidazol, 1 -(3- Aminopropyl)-2-ethyl-5-methylimidazol, 1 -(3-Aminopropyl)-4-methyl-2-undecylimidazol, und 1 -(3-Aminopropyl)-5-methyl-2-undecylimidazol. Unter diesen Verbindungen ist 1 -(3-Amino- propyl)imidazol (API) besonders bevorzugt.
Alkylgruppen im Sinne der Erfindung besitzen 1 bis 20 C-Atome. Sie können linear, verzweigt oder cyclisch sein. Sie können gesättigt oder ungesättigt (auch mehrfach ungesättigt) sein. Bevorzugt sind sie gesättigt. Sie weisen keine Substituenten mit Heteroatomen auf. Heteroatome sind alle Atome außer C- und H-Atome.
Aryl-Gruppen im Sinne der Erfindung besitzen 3 bis 20 C-Atome. Das aromatische Ringsystem kann 1 oder 2 Heteroatome, vorzugsweise Stickstoff und/oder Sauerstoff, pro Ring umfassen Sie weisen keine Substituenten mit Heteroatomen auf. Heteroatome sind alle Atome außer C- und H-Atome.
In den erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzungen (Epoxidharz-Zusammensetzung und Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) liegt die Gesamtmenge der eingesetzten ein oder mehreren Imidazolverbindungen (B1 ) in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung, vorzugsweise in einem Bereich von 0,010 bis 0,020 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung.
Als latenter Härter (B2) der erfindungsgemäßen Epoxidharz-Zusammensetzung kann jede Verbindung oder Mischungen davon eingesetzt werden, die für diesen Zweck bekannt ist, und die unter Umgebungsbedingungen (Temperatur von 10 bis 50°C bei Normaldruck) nicht nennenswert mit dem eingesetzten Epoxidharz reagiert, die aber bei erhöhter Temperatur (bspw. über 80°C, insbesondere über 120°C) vernetzend mit dem eingesetzten Epoxidharz reagiert. Eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz ist eine solche, die binnen von 24 h bei Umgebungsbedingungen maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der Epoxidharz-Zusammensetzung führt (bspw. keine oder weniger als zweifache Erhöhung der Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) innerhalb von 24 h). Härter, die bereits bei niedrigeren Temperaturen mit dem Epoxidharz reagieren, führen zu Produkten (halbfestes Faser-Matrix- Halbzeug (halbfestes SMC oder BMC)) mit einer nicht ausreichend langen Haltbarkeit. Haltbarkeiten von mindestens 5 Tagen, vorzugsweise mindestens 2 Wochen, insbesondere mindestens 1 Monat, ganz besonders bevorzugt mindestens 2 Monate bei Raumtemperatur, sind wün- sehenswert. Unter Haltbarkeit ist in diesem Zusammenhang der Zeitraum beginnend mit der Herstellung zu verstehen, innerhalb dessen das halbfeste Faser-Matrix-Halbzeug noch zweckmäßig zur Ausformung (bspw. Verpressen) von gehärtetem SMC bzw. BMC eingesetzt werden kann. Geeignete latente Härter (B2) im Sinne der Erfindung sind beispielsweise quarternäre Phos- phonium-Verbindungen sowie Bortrifluorid-Amin-Addukte, insbesondere entsprechende Adduk- te mit tertären aliphatischen Aminen. Besonders geeignet als latenter Härter (B2) ist Dicyandi- amid (DICY), insbesondere in fein gemahlener Form. Es führt zur Härtung des Epoxidharz- Systems bei erhöhter Temperatur, nachdem es geschmolzen ist, wahrscheinlich aufgrund von reaktiven Spaltprodukten. Andere geeignete latente Härter sind beispielsweise aromatische Amine wie 4,4'- oder 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, Guanidine wie 1 -o-tolyldiguanid, modifizierte Polyamine wie Anchor-32014S (Anchor Chemical UK Ltd, Manchester), Carbonsäure- Hydrazide wie Adipinsäure-Dihydrazid, Isophthalsäure-Dihydrazid oder Anthalinsäure-Hydrazid, Triazin-Derivate wie Benzoguanamin sowie Melamin. Bevorzugter erfindungsgemäßer latenter Härter (B2) ist DICY.
In den erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzungen (Epoxidharz-Zusammensetzung und Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) wird latenter Härter (B2) in einer Menge eingesetzt, die ausreicht für die effektive Härtung des halbfesten Faser-Matrix-Halbzeugs, bspw. des halbfesten SMC. Eine effektive Härtung ist bspw. dann gegeben, wenn mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 %, insbesondere mindestens 98 % der nach dem Eindicken in dem halbfesten Faser-Matrix-Halbzeug noch verbliebenen Epoxidgruppen umgesetzt werden. Üblicherweise werden 0,4 bis 1 ,2, vorzugsweise 0,6 bis 1 ,1 , besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,0 Äquivalente des latenten Härters oder der Mischung von latenten Härtern bezogen auf die nach der Eindickung verbliebenen Epoxid-Äquivalente eingesetzt. Im Falle von DICY als latenter Härter (B2) werden üblicherweise 0,05 bis 0,30 mol DICY, vorzugsweise 0,10 bis 0,25 mol DICY bezogen auf die (ursprünglich eingesetzten) mol Epoxidgruppe der härtbaren Zusammensetzung eingesetzt. Die Imidazolverbindung (B1 ) bewirkt das Eindicken der erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzung (Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) hin zum halbfesten Faser-Matrix-Halbzeug und gleichzeitig kann sie auch als Katalysator für die durch den latenten Härter (B2) bewirkte Härtung wirken, insbesondere wenn DICY als latenter Härter (B2) eingesetzt wird. Die Härterkomponente (B) der erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzungen (Epoxidharz-Zusammensetzung und Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) kann neben der Imidazolverbindung (B1 ) und dem latenten Härter (B2) noch weitere Bestandteile umfassen (optionale Bestandteile der Härterkomponente (B)), die mit den Epoxidgruppen der Harzkomponente reagieren können bzw. Reaktionen dieser Gruppen initiieren, beschleunigen oder kata- lysieren können.
Bei diesen optionalen Bestandteilen der Härterkomponente (B) handelt es sich beispielsweise um Amine, insbesondere um primäre Amine. Vorzugsweise werden Monoamine oder Polyami- ne mit ein oder mehreren, insbesondere mit ein oder zwei primären Aminogruppen, als optiona- le Bestandteile der Härterkomponente (B) eingesetzt. Amine, die als optionaler Bestandteil der Härterkomponente (B) eingesetzt werden können, sind beispielsweise Dimethyldicykan
(DMDC), Isophorondiamin (IPDA), Diethylentriamin (DETA), Triethylentetramin (TETA), 1 ,3- Bis(aminomethyl)cyclohexan (1 ,3-BAC), Bis(p-aminocyclohexyl)methan (PACM), Methylendiani- lin (bspw. 4,4'-Methylendianilin), Polyetheramine, wie Polyetheramin D230, Polyaminoamide wie Versamid 140, Diaminodiphenylmethan (DDM), Diaminodiphenylsulfon (DDS), 2,4-Toluol- diamin, 2,6-Toluoldiamin, 2,4-Diamino-1 -methylcyclohexan, 2,6-Diamino-1 -methylcyclohexan,
1 .2- Diaminocyclohexane, 2,4-Diamino-3,5-diethyltoluol, 2,6-Diamino-3,5-diethyltoluol, 1 ,2-Di- aminobenzol, 1 ,3-Diaminobenzol, 1 ,4-Diaminobenzol, Diaminodiphenyloxid, 3,3',5,5'-Tertra- methyl-4,4'-diaminodiphenyl, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenyl, 1 ,12-Diaminododecan, 1 ,10- Diaminodecan, 1 ,2-Propandiamin, 1 ,3-Propandiamin, 2,2,-Oxy-bis(ethylamin), S^-Dimethyl- 4,4,-diaminodicyclohexylmethan, 4-Ethyl-4-methylamino-1 -octylamin, Ethylendiamin, Hexame- thylendiamin, eine Mischung aus 4-Methylcyclohexane-1 ,3-diamine und 2-Methylcyclohexane-
1 .3- di-amine (MDACH), Menthendiamin, Xylylendiamin, N-Aminoethylpiperazin, Neopentandi- amin, Norbornandiamin, Octanmethylendiamin, 4,8-Diamino-tricyclo[5.2.1.0]decan, Trimethyl- hexamethylendiamin, und Piperazin, sowie Arylmonoamine wie Anilin, cycloaliphatische Monoamine wie Cyclohexylamin und Alkylmonoamine wie 1 -Propylamin.
Primäre Amine können, wenn sie Bestandteil der erfindungsgemäßen Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. der erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung sind, zu de- ren Eindickung, bzw. zu der Eindickung der entsprechenden Faser-Matrix-Halbzeug- Zusammensetzung (zum halbfesten Faser-Matrix-Halbzeug, bspw. zum halbfesten SMC) beitragen. Dabei ist es entscheidend, dass die Gesamtmenge an primären Amin-Gruppen einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet, damit ein ausreichend langes Zeitfenster für die Handhabbarkeit bzw. die Verarbeitbarkeit des halbfesten Faser-Matrix-Halbzeugs erreicht wird. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. die Faser-Matrix-Halbzeug- Zusammensetzung primäre Amine in einer solchen Menge, dass die Gesamtmenge an primären Amin-Gruppen in einem Bereich von 0,01 bis 0,05 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung liegt. In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung im Wesentlichen frei von primären Aminen.
Bei den optionalen Bestandteilen der Härterkomponente (B) handelt es sich beispielsweise um Katalysatoren und/oder Beschleuniger der Härtungsreaktion. Solche Katalystoren und/oder Beschleuniger sind beispielsweise Harnstoffderivate (Urone) wie 1 ,1 -Dimethyl-3-phenylharnstoff (Fenuron) oder 3,3'-(4-Methyl-1 ,3-phenylen)-bis-(1 ,1 -dimethylharnstoff) und tertiäre Amine wie Triethanolamin, Benzyldimethylamin, 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol oder Tetramethyl- guanidin.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die härtbare Zusammensetzung (Epo- xidharz-Zusammensetzung bzw. Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) im Wesentlichen frei von Vinylmonomeren, insbesondere von Styrol.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die härtbare Zusammensetzung (Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) im Wesentlichen frei von Lösungsmitteln. Lösungsmittel im Sinne dieser Erfindung sind bei Raumtemperatur flüssige Verbindungen, die geeignet sind, ein oder mehrere Bestandteile der erfindungsgemäßen Epoxidharz-Zusammensetzung zu lösen bzw. zu verdünnen bzw. zu suspendieren, ohne mit den Bestandteilen der Epoxidharz-Zusammensetzung chemisch zu reagieren. Lösungsmittel in diesem Sinn sind beispielsweise Wasser, Diethylether, Isopropylalkohol, Methylethylketon, Ethylacetat, sowie Kohlenwasserstoffe wie Toluol oder Xylol und chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Dichlormethan oder Tetrachlomethan. Lösungsmittel in diesem Sinn ist insbesondere Wasser.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die härtbare Zusammensetzung (Epo- xidharz-Zusammensetzung bzw. Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) im Wesentlichen frei von Carbonsäuren und Carbonsäure-Anhydriden.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die härtbare Zusammensetzung (Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) im Wesentlichen frei von nicht-Epoxid-basierten härtbaren Harzen und nicht-Epoxid-basierten thermoplastischem Materialien. Nicht-Epoxid-basierte härtbaren Harze und thermoplastischem Materialien sind insbesondere Phenolharze, Polyethersulfone, Polyvinylformaldehyd-Harze und Polyamide.
Unter dem Begriff„im Wesentlichen frei" ist im Rahmen dieser Erfindung ein Anteil von
-i 1 Gew.-%, bevorzugt < 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt„unterhalb der Detektionsschwelle" bezogen auf die entsprechende gesamte Zusammensetzung zu verstehen. Kurze Verstärkungsfasern (C) im Sinne der vorliegenden Erfindung sind kurze Faserstücke mit einer mittleren Länge von 0,3 bis 5,0 cm. Für den Einsatz in SMC werden vorzugsweise Faserstücke mit einer mittleren Länge von 1 ,2 bis 5,0 cm und für den Einsatz in BMC werden vor- zugsweise Faserstücke mit einer mittleren Länge von 0,3 bis 2,5 cm eingesetzt. Die Fasern sind üblicherweise aus Glas oder Mineralwolle, aber auch Nylon-Fasern, Aramid-Fasern oder Carbon-Fasern können als erfindungsgemäße Verstärkungsfasern eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich bei den Verstärkungsfasern (C) um Glasfaserstücke und/oder Carbon- Faserstücke, insbesondere handelt es sich bei den kurzen Verstärkungsfasern (C) um Glasfa- serstücke. Vorzugsweise weist die mittlere Länge der kurzen Verstärkungsfasern (C) eine Standardabweichung von maximal 10 %, bevorzugt maximal 5 %, insbesondere maximal 2 % der mittleren Länge auf.
Die erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung enthält üblicherweise Ver- Stärkungsfasern (C) in einem Anteil von 10 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 65 Gew.-% bezogen auf die gesamte Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung.
Die erfindungsgemäße härtbare Zusammensetzung (Epoxidharz-Zusammensetzung bzw. Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung) kann auch weitere Zusätze wie beispielsweise Füll- Stoffe, Verdünner, Pigmente, Farbstoffe, Trennmittel, Zähigkeit erhöhende Agenzien (toughe- ner), Fließmittel, Benetzungsmittel, schaumhemmende Agenzien (anti-foamer) oder flammhemmende Agenzien enthalten. Solche Zusätze werden üblicherweise in funktioneller Menge zugegeben, also bspw. ein Pigment in einer Menge, die zu der gewünschten Farbe für die Zusammensetzung führt.
Geeignete Füllstoffe sind beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Silikate, modifiziertes Montmorillonit, Kalziumcarbonat oder Tonerde. Üblicherweise werden Füllstoffe in einer Menge von 0 bis 200 Gew.-% bezogen auf die gesamte härtbare Zusammensetzung ohne Füllstoff eingesetzt.
Für die Herstellung von SMC oder BMC werden die Bestandteile der Faser-Matrix-Halbzeug- Zusammensetzung mit einander in Kontakt gebracht und vermischt. Bei der Herstellung von SMC wird diese Mischung plattenförmig in der Regel zwischen zwei Folien aufgebracht. Nach dem Vermischen der Bestandteile kommt es bei Raumtemperatur zu einem Eindicken der Fa- ser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung. Dieser Prozess ist gekennzeichnet durch eine Erhöhung der Glasübergangstemperatur (Tg) und der Viskosität des Materials. Durch das Eindicken des Materials entsteht das halbfeste Faser-Matrix-Halbzeug (halbfestes SMC oder BMC).
Dabei ist es wichtig, dass dieses Halbzeug bei Raumtemperatur über einen möglichst langen Zeitraum beginnend mit dem Vermischen der Bestandteile handhabbar ist, also eine gewisse Flexibilität aufweist. Insbesondere bei halbfestem SMC, dass üblicherweise als Rollen gelagert wird, ist es wichtig, dass das Material von der Rolle entnommen werden (Abrollbarkeit) und in die für die weitere Verarbeitung (Härtung) benötigte Form (z.B. ebenen Matten oder Platten) gebracht werden kann (Konfektionierbarkeit). Wenn das Material im Verlauf des Eindickens seine Flexibilität verliert, wird die Handhabung schwieriger, es lässt sich aber in der Regel noch verarbeiten (Verpressen in einer Pressform). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass eine ausreichende Handhabbarkeit bzw. Abrollbarkeit für einen Zeitraum gewährleistet ist, während dem die entsprechende Epoxidharz-Zusammensetzung (ohne Verstärkungsfasern) beispielsweise eine Glasübergangstemperatur von 5 °C noch nicht übersteigt (Handhabbarkeitszeitraum). Für die Epoxidharz-Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung ist dies bei Raumtemperatur für einen Zeitraum von mindestens 3 Tagen, vorzugsweise von mindestens 5 Tagen gegeben.
Gleichzeitig ist es wichtig, dass das Material möglichst schnell den Zustand erreicht, in dem es weiter verarbeitet (ausgehärtet) werden kann. Die Verarbeitung erfolgt in der Regel durch Ver- pressen des Materials in einer Pressform unter erhöhtem Druck (bspw. 100 bar) und erhöhter Temperatur (bspw. 150°C). Unter diesen Bedingungen sinkt zunächst die Viskosität des halbfesten Faser-Matrix-Halbzeugs ab, sodass das Material gleichmäßig und vollständig die Pressform ausfüllen kann. Gleichzeitig bewirkt der latente Härter und diesen Bedingungen die Aushärtung des Materials und damit einen schnellen Wiederanstieg seiner Viskosität. Dabei ist es wichtig, dass die Viskosität des Materials während dieser Verarbeitung nicht zu stark absinkt, da es andernfalls zur Separation von Harz-Matrix und Verstärkungsfasern und zu einem Herausspritzen des Materials aus der Pressform kommen kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass eine diesbezüglich ausreichende Verarbeitbarkeit (Verpressen des halbfesten Faser-Matrix-Halbzeugs) ab dem Zeitpunkt gewährleistet ist, ab dem beispiels- weise eine Probe (in einer Menge von etwa 2 g) der entsprechenden Epoxidharz-Zusammensetzung (ohne Verstärkungsfasern) bei schnellem Erwärmen (0,5°C/sec) auf 140°C eine Viskosität von 1 Pa*sec, gemessen bspw. in einem Rheometer (bspw. Viskosimeter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte-Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz)), nicht mehr unterschreitet. Die Zeit, die die Zusammensetzung bis zu diesem Zeitpunkt bei einer bestimmten Temperatur benötigt, gerechnet ab dem Vermischen der Bestandteile, ist die Reifungszeit. Für die Epoxidharz-Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung ist eine Reifungszeit bei Raumtemperatur von maximal 14 Tagen, vorzugsweise von maximal 10 Tagen, besonders bevorzugt maximal 8 Tagen, insbesondere maximal 6 Tagen gegeben.
Idealerweise ist der Handhabbarkeitszeitraum für eine härtbare Zusammensetzung länger als ihre Reifungszeit, sodass das Verpressen des halbfesten Faser-Matrix-Halbzeugs, insbesondere des halbfesten SMC unmittelbar auf dessen Konfektionierung folgen kann. Vorzugsweise weisen die härtbaren Zusammensetzungen auch ein möglichst langes Zeitfenster für die Verarbeitbarkeit auf. Dieses Zeitfenster beginnt mit dem Abschluss der Reifungszeit und endet wenn die Viskosität während der Verarbeitung (Verpressen) nicht mehr ausreichend absinkt um ein vollständiges und gleichmäßiges Ausfüllen der Pressform zu gewährleisten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass eine diesbezüglich ausreichende Verarbeitbarkeit (Verpressen des halbfesten (semi-solid, pre-cured) Faser-Matrix-Halbzeugs) solange gewährleistet ist, solange beispielsweise eine Probe (in einer Menge von etwa 2 g) der entsprechende Epoxidharz-Zusammensetzung (ohne Verstärkungsfasern) bei schnellem Erwärmen (0,5°C/sec) auf 140°C eine Viskosität von 1 .000 Pa*sec gemessen in einem Rheome- ter (bspw. Viskosimeter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte-Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz)) noch unterschreitet.
Die Glasübergangstemperatur ist bestimmbar mittels Differential Kalorimetrie (DSC) gemäß der Norm DIN 53765.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfin- dungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung (SMC- oder BMC-Zusammen- setzung), insbesondere einer SMC-Zusammensetzung, umfassend das Vermischen der Bestandteile der erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Härter (B2) reagiert, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis 50°C. Eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz ist eine solche, die binnen von 24 h bei Umgebungsbedingungen maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der Epoxidharz-Zusammensetzung führt (bspw. keine oder weniger als zweifache Erhöhung der Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) innerhalb von 24 h). Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von reifem halbfestem Faser-Matrix-Halbzeug (reifem halbfestem SMC oder BMC) umfassend das Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Faser-Martix-Halbzeug-Zusammensetzung (SMC- oder BMC- Zusammensetzung) und das Reifen der Zusammensetzung bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Härter (B2) reagiert, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis 50°C mindestens für die Dauer der Reifungszeit. Während des Reifens der Faser-Martix-Halbzeug-Zusammensetzung zum halbfesten Faser-Matrix-Halbzeug bewirkt die Imidazolverbindung (B1 ) ein Eindicken der Zusammensetzung. Eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz ist eine solche, die binnen von 24 h bei Umgebungsbedingungen maximal zu einer Verdopplung der Vis- kosität der Epoxidharz-Zusammensetzung führt (bspw. keine oder weniger als zweifache Erhöhung der Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) innerhalb von 24 h). Die Reifungszeit ist die Zeit beginnend mit der Bereitstellung der Faser-Martix-Halbzeug-Zusammensetzung bis zu dem Zeitpunkt, ab dem eine Probe von 2 g der entsprechenden Epoxidharz-Zusammensetzung bei schnellem Erwärmen von 0,5°C/sec auf 140°C eine Viskosität von 1 Pa*sec (gemessen bspw. in einem Rheometer (bspw. Viskosimeter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte- Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz))) nicht mehr unterschreitet.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von reifem halbfestem SMC umfassend das Bereitstellen einer erfindungsgemäßen SMC-
Zusammensetzung, das Formen von Schichten aus dieser Zusammensetzung und das Reifen der Zusammensetzung bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Härter (B2) reagiert, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis 50°C mindestens für die Dauer der Reifungszeit. Eine nicht nennenswer- te Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz ist eine solche, die binnen von 24 h bei Umgebungsbedingungen maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der Epoxidharz- Zusammensetzung führt (bspw. keine oder weniger als zweifache Erhöhung der Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) innerhalb von 24 h). Die Reifungszeit ist die Zeit beginnend mit der Bereitstellung der Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung bis zu dem Zeitpunkt, ab dem eine Probe von 2 g der entsprechenden Epoxidharz-Zusammensetzung bei schnellem Erwärmen von 0,5°C/sec auf 140°C eine Viskosität von 1 Pa*sec (gemessen bspw. in einem Rheo- meter (bspw. Viskosimeter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte-Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz))) nicht mehr unterschreitet. Üblicherweise wird die Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix-Komponente) mit den kurzen Ver- Stärkungsfasern (C) zwischen zwei Folien (in der Regel wiederentfernbare Folien bspw. aus Polyethylen oder Polyamid) miteinander vermischt und zu einer schichtförmigen SMC- Zusammensetzung geformt. Üblicherweise werden Luftblasen mit Hilfe von Quetschrollen entfern. Vorzugsweise liegt die Viskosität der Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix-Komponente) zu Beginn des Vermischens mit den kurzen Verstärkungsfasern (C) in einem Bereich von 5 bis 50 Pa*sec um die Imprägnierung der Verstärkungsfasern mit der Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix-Komponente) zu verbessern. Vorzugsweise hat die schichtförmige SMC- Zusammensetzung bereits kurz nach ihrer Herstellung eine ausreichende Viskosität erreicht, bei der eine Separation der kurzen Verstärkungsfasern (C) von der Harz-Matrix (Epoxidharz- Zusammensetzung) minimiert ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch das reife halbfeste (Faser-Matrix-Halbzeug, herstellbar oder hergestellt durch das Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Faser-Matrix- Halbzeug-Zusammensetzung (SMC- oder BMC-Zusammensetzung) und das Reifen der Zusammensetzung bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Härter (B2) reagiert, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis 50°C, mindestens für die Dauer der Reifungszeit. Eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz ist eine solche, die binnen von 24 h bei Umgebungsbedingungen maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der Epoxidharz- Zusammensetzung führt (bspw. keine oder weniger als zweifache Erhöhung der Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) innerhalb von 24 h). Die Reifungszeit ist die Zeit beginnend mit der Bereitstellung der Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung bis zu dem Zeitpunkt, ab dem eine Probe von 2 g der entsprechenden Epoxidharz-Zusammensetzung bei schnellem Erwärmen von 0,5°C/sec auf 140°C eine Viskosität von 1 Pa*sec (gemessen bspw. in einem Rheo- meter (bspw. Viskosimeter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte-Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz))) nicht mehr unterschreitet.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere auch das reife halbfeste SMC, herstellbar oder hergestellt durch das Bereitstellen einer erfindungsgemäßen SMC-Zusammen- setzung, das Formen von Schichten aus dieser Zusammensetzung und das Reifen der Zusammensetzung bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Härter (B2) reagiert, vorzugsweise bei einer Temperatur von 10 bis 50°C, mindestens für die Dauer der Reifungszeit, wobei vorzugsweise die Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix-Komponente) mit den kurzen Verstärkungsfasern (C) zwischen zwei Folien (in der Regel wiederentfernbare Folien bspw. aus Polyethylen oder Polyamid) miteinander vermischt und zu einer schichtförmigen SMC-Zusammensetzung geformt wird, und wobei vorzugsweise die Viskosität der Epoxidharz-Zusammensetzung (Matrix- Komponente) zu Beginn des Vermischens mit den kurzen Verstärkungsfasern (C) in einem Bereich von 5 bis 50 Pa*sec liegt. Eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz ist eine solche, die binnen von 24 h bei Umgebungsbedingungen maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der Epoxidharz-Zusammensetzung führt (bspw. keine oder weniger als zweifache Erhöhung der Viskosität bei Raumtemperatur (25°C) innerhalb von 24 h). Die Reifungszeit ist die Zeit beginnend mit der Bereitstellung der Faser-Martix-Halbzeug- Zusammensetzung bis zu dem Zeitpunkt, ab dem eine Probe von 2 g der entsprechenden Epoxidharz-Zusammensetzung bei schnellem Erwärmen von 0,5°C/sec auf 140°C eine Viskosität von 1 Pa*sec (gemessen bspw. in einem Rheometer (bspw. Viskosimeter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte-Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz))) nicht mehr unterschreitet.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch gehärtetes Faser-Matrix-Halbzeug (gehärtetes SMC oder BMC), insbesondere gehärtetes SMC, herstellbar oder hergestellt durch Härtung des halbfesten Faser-Matrix-Halbzeugs bzw. des halbfesten SMC. Die Härtung wird zweckmäßigerweise durchgeführt bei Temperaturen in einem Bereich von 90 bis 200°C, vorzugsweise in einem Bereich von 1 10 bis 180°C, insbesondere in einem Bereich von 130 bis 170°C. Die Härtungszeit hängt ab von dem eingesetzten latenten Härter (B2) und der gewählten Härtungstemperatur. Sie sollte so gewählt sein, dass mindestens 95 %, vorzugsweise mindestens 98 % der nach dem Eindicken im halbfesten Faser-Matrix-Halbzeug noch verbliebenen Epoxidgruppen umgesetzt werden. Üblicherweise liegt die Härtungszeit in einem Bereich von 1 bis 120 min, vorzugsweise 2 bis 60 min, besonders bevorzugt 2 bis 15 min, insbesondere 2 bis 5 min. Die Härtung erfolgt üblicherweise durch Formpressen bei einem Druck von 5 bis 200 bar, insbesondere von 25 bis 150 bar. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung einer Epoxidharz- Zusammensetzung umfassend eine Harzkomponente (A) umfassend mindestens ein Epoxidharz (A1 ) und eine Härterkomponente (B) umfassend mindestens eine Imidazolverbindung (B1 ) und mindestens einen latenten Härter (B2) als Matrix-Komponente für die Herstellung von halbfestem SMC oder für die Herstellung von gehärtetem SMC, wobei die Menge der eingesetzten Imidazolverbindungen (B1 ) in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung liegt, und wobei die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen SMC-Zusammensetzung für die Herstellung von halbfestem SMC oder für die Herstellung von gehärtetem SMC. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Screening-Verfahren zur Identifikation von Epoxid- harz-basierten Zusammensetzungen, die geeignet sind als Matrix für Epoxidharz-basiertes SMC, umfassend die Schritte
(a) Bereitstellen der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung durch Vermischen ihrer Bestandteile,
(b) Messen der Glasübergangstemperatur im Zeitverlauf während der Lagerung der Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bei einer bestimmten Lagertemperatur bis ein zuvor festgelegter oberer Grenzwert für die Glasübergangstemperatur überschritten wird, und Bestimmen der Zeit beginnenden von der Bereitstellung der zu prüfenden Epoxidharzbasierten Zusammensetzung bis zur Überschreitung des Grenzwerts, und
(c) Messen des Viskositätsminimums im Zeitverlauf während der Lagerung der Epoxidharzbasierten Zusammensetzung bei einer bestimmten Lagertemperatur bis ein zuvor festgelegter unterer Grenzwert für das Viskositätsminimum überschritten wird, und Bestimmen der Zeit beginnend von der Bereitstellung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bis zur Überschreitung des Grenzwerts,
wobei die zu prüfende Epoxidharz-basierte Zusammensetzung als Bestandteile zumindest ein Epoxidharz, ein Verdickungsmittel und einen latenten Härter umfasst,
wobei das Verdickungsmittel ein Reagenz ist, das bei der Lagertemperatur unter Kettenverlängerung mit den Epoxidgruppen des Epoxidharzes reagiert, aufgrund seiner Reaktivität oder der eingesetzten Menge binnen der Lagerzeit aber nicht zur vollständigen Aushär- tung des Epoxidharzes führt,
wobei der latente Härter ein Reagenz ist, der bei Lagertemperatur nicht nennenswert mit dem Epoxidharz reagiert,
wobei das Viskositätsminimum den geringsten Viskositätswert bezeichnet, den die zu prüfende Epoxidharz-basierte Zusammensetzung bei schneller Erhöhung der Temperatur auf eine zuvor festgelegte Aushärtungstemperatur erreicht, bis es durch die von dem latenten Här- ter bewirkte Aushärtung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung zu einem Wiederanstieg der Viskosität kommt,
wobei die Aushärtungstemperatur eine Temperatur ist, bei der der latente Härter zur vollständigen Aushärtung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung führt, wobei eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz eine solche ist, die binnen von 24 h bei Lagertemperatur maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung führt,
wobei eine vollständige Aushärtung ein solche ist, bei der mindestens 90 % aller Epoxidgrup- pen der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung umgesetzt sind, wobei eine schnelle Erhöhung der Temperatur bei der Messung des Viskositätsminimums eine solche ist, bei der die Temperatur der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung mit mindestens 0,1 °C/sec von der Lagertemperatur auf die Aushärtungstemperatur gebracht wird,
wobei die Lagertemperatur eine Temperatur in dem Bereich von 10 bis 50°C und die Lagerzeit ein Zeitraum von mindestens 30 Tagen ist, und
wobei der obere Grenzwert für die Glasübergangstemperatur so gewählt ist, dass er in einem Bereich von -5 bis +10 °C liegt, und der untere Grenzwert für das Viskositätsminimum so gewählt ist, dass er in einem Bereich von 0,5 bis 10 Pa*sec liegt. Die in Schritt (b) bestimmte Zeit beginnenden von der Bereitstellung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bis zur Überschreitung des oberen Grenzwerts für die Glasübergangstemperatur ist ein Maß für die Zeitdauer, während der das SMC mit der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung als Matrix ausreichend flexibel für eine Konfektionierung (bspw. Abrollen des SMC von der Vorratsrolle und Zuschneiden geeigneter Stücke für das Formpressen) ist. Im Sinne dieser Anforderung ist ein SMC auf Basis der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung beispielsweise dann zweckmäßig, wenn die in Schritt (b) bestimmte Zeit bei einer Lagertemperatur von 25°C und einem oberen Grenzwert für die Glasübergangstemperatur von 5°C einen Wert von mindestens 3 Tage, vorzugsweise 5 Tage, insbesondere 7 Tage erreicht.
Die in Schritt (c) bestimmte Zeit beginnenden von der Bereitstellung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bis zur Überschreitung des unteren Grenzwerts für das Viskositätsminimum ist ein Maß für die Zeitdauer, die das SMC mit der zu prüfenden Epoxidharz- basierten Zusammensetzung als Matrix für die Reifung benötigt, sodass es für das Formpres- sen verwendet werden kann (ohne dass die Formmasse aus der Form herausspritzt). Im Sinne dieser Anforderung ist ein SMC auf Basis der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung beispielsweise dann zweckmäßig, wenn die in Schritt (c) bestimmte Zeit bei einer Lagertemperatur von 25°C, einem Temperaturanstieg auf eine Aushärtungstemperatur von 140°C mit 0,5°C/sec und einem unteren Grenzwert für das Viskositätsminimum von 1 Pa*sec einen Wert von maximal 14 Tagen, vorzugsweise 10 Tagen, besonders bevorzugt 8 Tagen, insbesondere 6 Tagen erreicht. In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Screening-Verfahren noch einen weiteren Schritt (d), nämlich die Auswahl einer solchen Epoxidharz-basierten Zusammensetzung für den Einsatz als Matrix-Komponente in einer SMC, für die die in Schritt (b) bestimmte Zeit einen be- stimmten Mindestwert erreicht oder überschreitet, und für die die in Schritt (c) bestimmte Zeit einen bestimmten Maximalwert nicht überschreitet. Vorzugsweise ist der bestimmte Mindestwert für die in Schritt (b) bestimmte Zeit 3 Tage, vorzugsweise 5 Tage, insbesondere 7 Tage, vorzugsweise bei einer Lagertemperatur von 25°C. Vorzugsweise ist der bestimmte Maximalwert für die in Schritt (c) bestimmte Zeit 14 Tage, vorzugsweise 10 Tage, besonders bevorzugt 8 Tage, insbesondere 6 Tage, vorzugsweise bei einer Lagertemperatur von 25°C.
In dem erfindungsgemäßen Screening-Verfahren liegt die Aushärtungstemperatur vorzugsweise in dem Bereich von 90 bis 200°C, insbesondere von 130 bis 170°C, beispielsweise bei 140°C. Die Lagertemperatur liegt vorzugsweise in dem Bereich von 15 bis 40°C, beispielsweise bei 25°C. Die Lagerzeit liegt vorzugsweise bei mindestens 60, insbesondere bei mindestens 90 Tagen. Eine vollständige Aushärtung ist bevorzugt ein solche, bei der mindestens 95 %, insbesondere mindestens 98 % aller Epoxidgruppen der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung umgesetzt sind. Der obere Grenzwert für die Glasübergangstemperatur liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0 bis 8°C, beispielsweise bei 5°C. Der untere Grenzwert für das Viskositätsminimum liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,8 bis 5 Pa*sec, beispielsweise bei 1 Pa*sec. Der schnelle Temperaturanstieg der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung von der Lagertemperatur zur Aushärtungstemperatur erfolgt vorzugsweise mit mindestens 0,2°C/sec , beispielsweise mit 0,5°C/sec. Geeignete Verdickungsmittel für das erfindungsgemäße Screening-Verfahren sind beispielsweise Imidazol und Derivate des Imidazols, mono-, di- und polyfunktionale primäre Amine, mindestens difunktionale sekundäre Amine, Carbonsäuren, Carbonsäureanhydride, tertiäre Amine, Mannich-Basen, Guanidine und substituierte Gua- nidine, substituierte Harnstoffverbindungen, Guanamin-Derivate, Melaminharze und Ketimine . Ein geeigneter latenter Härter für das erfindungsgemäße Screening-Verfahren ist bspw. DICY. Epoxidharz-basiertes Faser-Matrix-Halbzeug kommt im Vergleich zu den bekannten Polyesterbasierten Faser-Matrix-Halbzeugen ohne die gesundheitlich problematischen Vinylmonomere, insbesondere ohne Styrol aus. Zudem zeichnen sich Epoxid-basierte Harze durch besonders günstige mechanische Eigenschaften, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit verglichen mit Polyester-basierten Harzen aus. Beispiele
Beispiel 1
Herstellung von Epoxidharz-Zusammensetzungen E1 bis E1 1 (erfindungsgemäß) und C1 bis C6 (zum Vergleich)
Jeweils 10 kg DEGBA (A 18-00, Leuna Harze GmbH, EEW = 180 g/eq) wurden mit unterschiedlichen Härterkomponenten in einer Mischvorrichtung bei Raumtemperatur miteinander vermischt. Die Bestandteile sowie deren Mengen sind für die Härterkomponenten der Zusammen- Setzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6 in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1 :
Zusammensetzung der Härterkomponente für die Epoxidharz-Zusammensetzungen C1 bis C6 und E1 bis E1 1
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API: N-(3-Aminopropyl)imidazole; 1 -Et-l: 1 -Ethylimidazol; 2-Et-4-Me-l: 2-Ethyl-4-methyl- imidazol;
PA: 1 -Propylamin; IPDA: Isophorondiamin; DICY: Dicyandiamid; alle Mengenangaben als mol pro mol Epoxidgruppe in der gesamten Epoxidharz-Zusammensetzung Beispiel 2:
Messung der Glasübergangstemperatur und der Viskosität für die Epoxidharz- Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6 im Zeitverlauf Für die Epoxidharz-Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6 wurde die Glasübergangstemperatur mittels Differential Kalorimetrie (DSC) gemäß der Norm DIN 53765 unmittelbar nach der Vermischung der Bestandteile der jeweiligen Epoxidharz-Zusammensetzungen gemessen und danach je einmal täglich während der Lagerung der entsprechenden Epoxidharz- Zusammensetzungen bei 25 °C. Die so bestimmten Glasübergangstemperaturen in Abhängig- keit von der Lagerzeit ist in Tabelle 2 für die jeweiligen Epoxidharz-Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6 zusammengestellt
Für die Epoxidharz-Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6 wurde unmittelbar nach der Vermischung der Bestandteile der jeweiligen Epoxidharz-Zusammensetzungen und danach je einmal täglich während der Lagerung bei 25 °C das Viskositätsminimum bestimmt, das bei einer schnellen Erwärmung der Probe durchlaufen wird. Dazu wurde jeweils eine Probe (etwa 2 g) der jeweiligen Epoxidharz-Zusammensetzung genommen und mit 0,5 °C/sec von der Lagertemperatur (25 °C) auf die Aushärtungstemperatur (140 °C) erwärmt und gleichzeitig der Viskositätsverlauf gemessen. Die Viskositätsmessung erfolgte mittels eines Rheometers (Viskosime- ter Anton Paar MCR 301 , FW3.30 (Platte-Platte-Konfiguration; Durchmesser 25 mm; gap 1000 μηη, oscillation, shear rate 100 Hz)) . Durch die Erwärmung der Probe reduziert sich die Viskosität zunächst, im weiteren Zeitverlauf steigt sie dann jedoch aufgrund der einsetzenden latenten Härtung schnell wieder an. Das dabei durchlaufene Viskositätsminimum in Abhängigkeit von der Lagerzeit ist in Tabelle 3 für die jeweiligen Epoxidharz-Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6 zusammengestellt.
Tabelle 2:
Glasübergangstemperatur (in °C) im Zeitverlauf (0 bis maximal 14 Tage) für die Epoxidharz- Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6
Lagerzeit in Tagen bei 25 °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14
C1 -19 -6 12 20
C2 -16 -15 -13 -13 -14 -13 -12 -1 1 -10 -9 -8 -8 -8 -5 -5
C3 -18 -5 1 12 16
C4 -16 -14 -14 -14 -13 -1 1 -10 -9 -8 -8 -7 -8 -2 -3 0
C5 -20 -13 -1 19 23
C6 -23 15 >50
E1 -16 -14 -1 1 -9 -7 -2 3 7
E2 -16 -14 -12 -1 1 -12 -3 2 5 1 1
E3 -17 -12 -8 -5 2 9 15
E4 -17 -14 -12 -12 -10 -8 -5 0 1 4 6
E5 -17 -15 -10 -8 -4 2 8 12
E6 -16 -15 -13 -12 -10 -8 -1 4 8 14
E7 -17 -12 -10 -8 -2 6 13
E8 -17 -13 -9 -7 -3 4 10 13 17
E9 -16 -14 -13 -12 -10 -6 -1 3 9 12
E10 -15 -12 -12 -1 1 -1 1 -9 -7 -5 -3 -2 0 4 7 1 1
E1 1 -17 -1 1 -7 -6 -3 3 9 14
Tabelle 3:
Viskositätsminimum (in Pa*sec) im Zeitverlauf 0 bis maximal 14 Tage) für die Epoxidharz- Zusammensetzungen E1 bis E1 1 und C1 bis C6
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Beispiel 3:
SMC Produktion (basierend auf der Zusammensetzung E1 ) 10 kg DEGBA (A 18-00, Leuna Harze GmbH, EEW = 180 g/eq), 650 g of DICY (DYHARD®
100S, Alzchem) und 100 g N-(3-Aminopropyl)imidazol (Lupragen® API, BASF) wurden in einer Mischvorrichtung miteinander vermischt. Die so hergestellte Paste (Epoxidharz-Zusammensetzung E1 ) wurde bei Raumtemperatur in die Vorratsgefäße des Rakelsystems einer konventionellen SMC-Maschine überführt. In der SMC-Maschine wurden zwischen zwei Folien Glasfa- serstücke (P204, Owens Corning, mit einer mittleren Länge von 2,5 cm); 60 Gew.-% bezogen auf die gesamte SMC-Zusammensetzung) zu der Paste hinzugefügt und so imprägniert. Das so erhaltene SMC wurde auf eine Rolle aufgerollt und zur Eindickung bei Raumtemperatur gelagert. Nach 5 Tagen hatte das SMC eine lederartige Konsistenz. Es wurde abgerollt für die Formpressung zurechtgeschnitten. Anschließend wurde das SMC während 5 min bei einer Temperatur von 150°C und einem Druck von 100 bar in einer Formpresse gehärtet. Für das gehärtete Material wurden die mechanischen Eigenschaften bestimmt. Standardnomen der Messmethoden und die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
Tabelle 4:
Mechanische Eigenschaften eines gehärten SMC (Epoxidharz-Zusammensetzung E1 als Matrix)
Biegemodul [Mpa] 15.000
Biege-Eigenschaften Biegefestigkeit [Mpa] 400 (gemäß DIN EN ISO 14125) maximale Biegeverlängerung
3,5 [%]
Elastizitätsmodul [Mpa] 14.500
Zug-Eigenschaften
Zugfestigkeit [Mpa] 230 (gemäß DIN EN ISO 527-4)
maximale Zugdehnung [%] 2,2
Charpy-Test (gemäß ISO 179-2/1 eU: 1997) [kJ/m2] 130

Claims

Patentansprüche
1 . Eine Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung umfassend
eine Epoxidharz-Zusammensetzung enthaltend
eine Harzkomponete (A), die mindestens ein Epoxidharz (A1 ) umfasst, und
eine Härterkomponente (B), die mindestens eine Imidazolverbindung (B1 ) und mindestens einen latenten Härter (B2) umfasst, und umfassend
kurze Verstärkungsfasern (C) mit einer mittleren Länge von 0,3 bis 5,0 cm, die in der Epoxidharz-Zusammensetzung suspendiert sind,
wobei die Menge der eingesetzten Imidazolverbindungen (B1 ) in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung liegt, und wobei die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen einen Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet.
2. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 , wobei die kurzen Verstärkungsfasern (C) eine mittlere Länge von 1 ,2 bis 5,0 cm aufweisen.
3. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die kurzen Verstärkungsfasern (C) mindestens 10 Gew.-% bezogen auf die gesamte Faser- Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung ausmachen.
4. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die kurzen Verstärkungsfasern (C) Glasfasern und/oder Carbon-Fasern sind.
5. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Epoxidharz (A1 ) ein Diglycidylether von monomerem oder oligomerem Diol ist, wobei das Diol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bisphenol A oder Bisphenol F, oder hydriertem Bisphenol A oder Bisphenol F.
6. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung als weiteren Bestandteil der Harzkomponente (A) neben dem Epoxidharz (A1 ) einen Reaktivverdünner (A2) umfasst.
7. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Imidazolverbindung (B1 ) eine Imidazolverbindung der allgemeinen Formel I
Figure imgf000027_0001
wobei
R1 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe, eine Arylgruppe oder eine Arylalkylgruppe ist, R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe sind, und
R4 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe, eine Benzylgruppe oder eine Aminoalkyl-
8. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei
R1 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, eine Arylgruppe mit 3 bis
7 C-Atomen oder eine Arylalkylgruppe mit 4 bis 10 C-Atomen ist,
R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen sind, und
R4 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, eine Benzylgruppe oder eine Aminoalkylgruppe mit 2 bis 4 C-Atomen ist.
9. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei
R4 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Benzylguppe ist.
10. Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei
R4 eine Aminoalkylgruppe mit 2 bis 4 C-Atomen und einer primären Aminogruppe ist.
1 1 . Die Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der latenter Härter (B2) Dicyandiamid ist.
12. Ein Verfahren zur Herstellung einer Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung, umfassend das Vermischen der Bestandteile der Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Härter (B2) reagiert.
13. Ein Verfahren zur Herstellung von reifem halbfestem Faser-Matrix-Halbzeugs umfassend das Bereitstellen einer Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 und das Reifen der Zusammensetzung bei einer Temperatur, bei der das eingesetzte Epoxidharz (A1 ) noch nicht nennenswert mit dem eingesetzten latenten Här- ter (B2) reagiert für mindestens die Dauer der Reifungszeit, wobei die Reifungszeit die Zeit ist beginnend mit der Bereitstellung der Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung bist zu dem Zeitpunkt, ab dem eine Probe von 2 g der entsprechenden Epoxidharz- Zusammensetzung bei schnellem Erwärmen mit 0,5°C/sec auf 140°C eine Viskosität von 1 Pa*sec nicht mehr unterschreitet.
14. Ein reifes halbfestes Faser-Matrix-Halbzeug, herstellbar durch das Verfahren nach Anspruch 13.
15. Ein gehärtetes Faser-Matrix-Halbzeug, herstellbar durch Härtung des halbfesten Faser- Matrix-Halbzeugs nach Anspruch 14.
Verwendung der Faser-Matrix-Halbzeug-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche bis 7 für die Herstellung von halbfesten Sheet Molding Compounds oder für die Herstellung von gehärteten Sheet Molding Compounds.
Verwendung einer Epoxidharz-Zusammensetzung umfassend
eine Harzkomponente (A) umfassend mindestens ein Epoxidharz (A1 ) und
eine Härterkomponente (B) umfassend mindestens eine Imidazolverbindung (B1 ) und mindestens einen latenten Härter (B2)
als Matrix-Komponente für die Herstellung von halbfesten Sheet Molding Compounds o- der für die Herstellung von gehärteten Sheet Molding Compounds,
wobei die Menge der eingesetzten Imidazolverbindungen (B1 ) in einem Bereich von 0,007 bis 0,025 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung liegt, und wobei die Gesamtmenge an gegebenenfalls enthaltenen primären Amin-Gruppen einen
Anteil von 0,09 mol pro mol Epoxidgruppen der gesamten Zusammensetzung nicht überschreitet.
Screening-Verfahren zur Identifikation von Epoxidharz-basierten Zusammensetzungen, die geeignet sind als Matrix für Epoxidharz-basierten Sheet Molding Compounds, umfassend die Schritte
(a) Bereitstellen der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung durch Vermischen ihrer Bestandteile,
(b) Messen der Glasübergangstemperatur im Zeitverlauf während der Lagerung der Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bei einer bestimmten Lagertemperatur bis ein zuvor festgelegter oberer Grenzwert für die Glasübergangstemperatur überschritten wird, und Bestimmen der Zeit beginnenden von der Bereitstellung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bis zur Überschreitung des Grenzwerts, und
(c) Messen des Viskositätsminimums im Zeitverlauf während der Lagerung der Epoxidharz-basierten Zusammensetzung bei einer bestimmten Lagertemperatur bis ein zuvor festgelegter unterer Grenzwert für das Viskositätsminimum überschritten wird, und Bestimmen der Zeit beginnend von der Bereitstellung der zu prüfenden Epoxid- harz-basierten Zusammensetzung bis zur Überschreitung des Grenzwerts, wobei die zu prüfende Epoxidharz-basierte Zusammensetzung als Bestandteile zumindest ein Epoxidharz, ein Verdickungsmittel und einen latenten Härter umfasst, wobei das Verdickungsmittel ein Reagenz ist, das bei der Lagertemperatur unter Kettenverlängerung mit den Epoxidgruppen des Epoxidharzes reagiert, aufgrund seiner Reaktivität oder der eingesetzten Menge binnen der Lagerzeit aber nicht zur vollständigen Aushärtung des Epoxidharzes führt,
wobei der latente Härter ein Reagenz ist, der bei Lagertemperatur nicht nennenswert mit dem Epoxidharz reagiert,
wobei das Viskositätsminimum den geringsten Viskositätswert bezeichnet, den die zu prüfende Epoxidharz-basierte Zusammensetzung bei schneller Erhöhung der Temperatur auf eine zuvor festgelegte Aushärtungstemperatur erreicht, bis es durch die von dem latenten Härter bewirkte Aushärtung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung zu einem Wiederanstieg der Viskosität kommt,
wobei die Aushärtungstemperatur eine Temperatur ist, bei der der latente Härter zur vollständigen Aushärtung der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung führt,
wobei eine nicht nennenswerte Reaktion des latenten Härters mit dem Epoxidharz eine solche ist, die binnen von 24 h bei Lagertemperatur maximal zu einer Verdopplung der Viskosität der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung führt, wobei eine vollständige Aushärtung ein solche ist, bei der mindestens 90 % aller Epoxidgruppen der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung umgesetzt sind, wobei eine schnelle Erhöhung der Temperatur bei der Messung des Viskositätsminimums eine solche ist, bei der die Temperatur der zu prüfenden Epoxidharz-basierten Zusammensetzung mit mindestens 0,1 °C/sec von der Lagertemperatur auf die Aushärtungstemperatur gebracht wird,
wobei die Lagertemperatur eine Temperatur in dem Bereich von 10 bis 50°C und die Lagerzeit ein Zeitraum von mindestens 30 Tagen ist, und
wobei der obere Grenzwert für die Glasübergangstemperatur so gewählt ist, dass er in einem Bereich von -5 bis +10°C liegt, und der untere Grenzwert für das Viskositätsminimum so gewählt ist, dass er in einem Bereich von 0,5 bis 10 Pa*sec liegt.
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