DE1569551A1 - Glasfaserverstaerktes Kunststoffprodukt hoher Festigkeit und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

• Glasfaserverstärktes Kunststoffprodukt hoher Festigkeit und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einglasfaserverstärktes Kunststoffprodukt hoher Festigkeit und geht dabei von bekannten Produkten dieser Cettung aus, die weniger als etws 70 Gew.-% Glasfaseranteil @ufweisen. Außerduem bF zieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Produktes0 Bisher gelang es nur darm hohe Festigkeit@werte bei derartigen glasfaserverstärkten Kunststoffprodukten gu erreichen, wenn der Glasfasergehalt mindestens 70 Gew.-% be. trägt. Für die grrtechnisohe Anwendung ist es Jedoch von besonderer Bedeutung, daß sich solche Produkte durch hohe.
• Festigkeit und retativ niedrige. Herstellungskosten aus. zeichnen. Der flohstoftpreis solcher Kunststoffprodukte richtet sich in erster Linie nach des Preis der Glasfasern und erst in zweiter Linie nach da Preis des Kunststoffs.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten derartiger glasfaserverstärkter Kunstetoffprodukte durch Verminderung des Glasgehaltes herabzusetzen, ohne daß die Festigkeit darunter leidet; die Erhöhung der Festigeit ist eine weitere Aufgabe der Erfindung.
• Die Erfindung besteht darin, daß sich das glssfaserverstärkte Kunststoffprodkt aus etwa 0,33 bis 0,60 Gew.-% Glas, aus etwa 0,08 bis 0,33 Gew.-% Füllstof@b und dem REst herz zusammensetztO Als Füllstoffe dienen solche auf silikatischer Basis und/oder solche auf oxydischer Basis des Aluminiums, Titans und/oder Zirkons.
• Besonders gunstige Eigenschaften werden dann erreicht, wenn nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die @@as-und Füllstoffanteile zusammen etwa 2/3 des Gesamtproduktes betragen und der Harzanteil vorzug@weise 1/3 des Gewichtes beträgt. Unter den zu verwend@en Harzen haben sieh be.' sonders Epoxydbarz, Kohlenwasserstoffharz und Polymetincrylbarz als sehr geeignet erwiesen. Die Festigkeit ist dann besonders groß, wenn als Glasfaseranteil Bovingstränge verwendet sind. Die Korngröße der Füllstoff soll mögliohst weniger als 10/u betragan.
• Glasfaser mit Epoxydharz zu Schichtstoffen zu vereinen, ist an sich bereits bekannt. Dabei werden Glasfasern mit Silanen vorimprägniert. Die Festigkeit solcher Produkte läßt jedoch schr au wün@chen übrig.
• Die Erfindurg macht sich diesen bekannten Stand der Technik zunutze, indem die bei der Erfindung verwedeten Füll-Stoffe @@@ der Ver@iochung mit dem Harz mit einem Silan-Überzug verseben @erden. Dazu eignet alch besonders gut Vinylsilan. Dadurch wird die Gewähr geboten, daß eine @ehr gute Verbindung zwischen dem Füllstoff und dem Harz zustandekommt.
• Durch die Erfindung können mit relativ niedrigen herstellungskosten relstiv hochfeste Kunststoffprodukte, beispielsweine in der Form von Bohren oder Platten, hergestellt werden0 Bei einer Silan-Vorbehandlung eignen sich besonders gut Füllstoffs auf silikatischer Basis, die natürlich oder künstlich gewonnen worden sind. Debei kommt in@besondere gemahloner Quarz infrage Doch sind auch andere Mineralien geeignet, die einen hohen Sio2-Gehalt auf weisen, Es Ist aucb möglich, vinylsilanester in das Harz direkt einzutragen.
• Außer @illkatischen Stoffen können noch Stoffe auf Alus miniumbasis. also Aluminiumoxyd oder siliksthaltige Mineralien des Aluminiums, verwendet werden. Hinzu kommen Stoffe, wie Titandioxyd oder Zirkondioxy, oder Stoffe, die solche Verbindungen enthalten.
• Allc Füllstoffe werden insbesondere mit einer Lösung aus einem sclmell flüchtigen Lösungsmittel, z.B. Toluol oder Aetylacetat, gatränkt, wobei diesen organischen Flüssig kei@en insbesondere 0,1 bis 10 Gewichtsteile Vinylsilanestep be@gegeben sind.
• Für die Verwendung mit Polyesterharzen hat sich das Produkt A 172 der Union Carbid USA bewährt. Für die Epoxyharze das A 1100 derselben Gesellschaft.
• Auf 100 Gramm der Füllstoffe werden normalerweise 50 Gz des Lösungsgemisches angew end et. Hierbei wird der Füllstoff von einem Rührwerk mit dem Lösungsmittel verrührt und anschließend wird das Lösungsmittel abgedampft.
• In manchen Fällen, insbesondere wenn die Korngröße der Füllstoffe unter 10 Mikron liegt; hat es sich gezeigt, dem Lösungsmittel bis zu 10% Vinylsilanester beizugeben, damit eine bosonders gute Haftung erreicht wird.
• Weiterhin ist es günstig, dem Lösungsmittel noch bis zu 30% des jeweilig zu verwendenden Harzes hinzuzufügen. Das Losungsmittel muß dann für die Jeweilige Harztype geo eignet sein, Bei Hydroxylgrupenhaltigen Materialien ißt es weiterhin von besonderem Einfluß, wenn dem Lösungsmittel oder dem IErz zusätzlich Isocyanate beigegeben werden Hierbei @@-ben sich bcsonders das feste DESMODUR TT, DESMODUR R in flüssiger Form oder ähnliche Isocyanate der BAYER-Werke, Levarkusen, geeignet.
• Die in obanangeführter Weise vorbereiteten Füllstoffe werden mit dsm Harz vermischt und dann in der üblichen Technik verarbeitet.
• Für die Festigkeit des herzustellenden Werkstoffen ist die exakte Benetzung der Glasfaser mit dem rz vonausschlaggebender Bedeutung. Die besten Werkstoffe werden mit folgendon Verfahren herstellt: 1.) Bei der Herstellung von Rohren läuft der Bovingfaden durch eine Tränkwanne 1, die nur ein Harzge@isch ohne Füllstoff enthält. Anschließend läuft der Boving durch eine Tränkwanne 2 die das Harzgemisch nit den vorbehandelten Füllstoff en enthält Dedurch erfolgt eine hervorragende Durchtränkung des Rovingstranges, der bis zu 60 Einzelfäden enthalten kann, und gleichzeitig wird seine Oberfläche im 2. Tränkbad mit dem Füllstoff in seinem reaktiven Zustand und dem Harz versehen.
• 27) Bei der herstellung von Platten oder Formkörpern Jeg Licher Art aus Geweben oder Natten werden in einer Tränkwanne zuerst die Matten bzw. Gewebe mit dem vorbereiteten Harzgemisch ohne Füllstoff getränkt und anschließend wird das Gewebe oder die Matte in einem zwei~ ten den Fülistoff und Harz enthaltenden Bad ein zweites Mal mit dem Harzfüllstoffgemisch verschen.
• Rs ist auch möglich, nach dem Tränken im ersten Bad das Füllstoff gemisch zwischen zwei Bahnen der Gewebe oder Matten. zu streichen.
• Die Weiterverarbeitung der so vorbereiteten Platten oder Formkörper erfolgt in bekannter Technik.
• Der besondere Vorteil des Doppeltränkverfahrens liegt darin, daß eine schnellere maschinelle Fertigung tür Bohre, Profile, Platten und Behälter gegeben ist, wobei durch die Vorbereitung des Füllstoffs und die Art des Tränkverfahrens die höchste mechanische Festigkeit bei reduzierte@ Gl@@-fasergehalt gewährleistet lot Während bei einer billigen Fertigung und guten mechanischen Daten immer auf das bisher billigste Harzmaterial, wie Polyesterharze, zurückgegriffen werden mußten ist es nunmehr möglich geworden, durch die Einsparung an Roving-oder sonstigen Glasfadenmaterial auch zwar teure; dafür aber hochwertige Harze zu verwenden. Hierzu gehören besonders die bereits erwähnten Epoxydharze, desgleichen die Kohl enwas s erstoff- und Polymethacrylatharze.
• Dem Techniker stehen durch die Vorbebandlung der speziellen Füllstoffe und das vorzugsweise anzuwendende Verfahren erhebliche Möglichkeiten offene Als weiterer Vorteil wurde gefunden daß Im Wickelverfahren hergestellte Körper, insbesondere Druckkörper, erhöhte Drucke aushalten, weil die vorbehandelten Füllstoffe zwischen den Bovingsträngen oder Glasfäden feste Brücken bil den, die etwaige Poren schließen und mechanisch fester sind als das feste Harz allein.
• Beispielweise wird folgendermaßen verfahren: Beispiel 1 Tränkwanns 1: Epoxydharz "Araldit 533" (CIBA) 40 Gewichtsteile Polyamid "Versamid 125" (Schering) 60 Gewichtsteile N-Aminoäthylpiperazin 4, 4,5 Gewicht steile Das N-Aminoäthylpiperazin (Lieferant: Brenntag, Mühlheim-Ruhr) wird dem Versamid zugesetzt, Mittels dieses Produktes kann die Viskosität eingestellt werden, das Produkt wirkt außerdem als Beschleuniger, Selbstverständlich lassen sich auch andere Beschleungiersysteme und Extender vorwenden, so wie Cardolit 513, Lieferant: Lehmann & Voss, Hamburg Mod-Epox, Lieferant: W. Köhnk, Hamburg DMP 30, Lieferant: O, Krahn, Hamburg.
• Anstelle von Araldit 553 können auch andere Epoxydharze, Wie Epikote 815, 828 der Shell-Chemie Frankfurt oder ähnliche Produkte anderer Firmen verwendet werden.
• Tränkwanne 2: Komponente A Epoxydharz "Araldit 553" 40 Gewichtsteile Polyamid "Versamid 125" 60 Gewichtsteil@ N-Aminoäthylpiperazin 7,5 Gewichtsteile vinylsilanester A 1100 1 Gewichtsteil Komponente B Quarzmehl 100 Gewichtsteile Toluol 50 Gewichtsteile Vinylsilanester Ä 1100 7,3 Gewichtsteile bie Komponente B wird gut gemischt, das Lösungsmittel abgedunstes und dsnn in die Komponente A des Tränkbedes 2 eingetragen. Nach gutem Rühren wird die endgültige Viskosität durch die chemischen Hilfsmitte@ sowie die Temperatur eLngestellt. @s beim Rohrwickeln der Roving in Tränkwanne 1 schon Harz aufnimmt, wird geprüft, ob das vorgesehene Mischungsverhaltnis, insbesondere 1/3 Harz, 1/3 Glas, 1/3 Füllstoff erreicht ist.
• Die endgilltlge Einstellung kann entweder durch Abstreif er zwischen Tränkwanne 1 und Tränkwanne 2 reguliert werden oder durch einen höheren Anteil der Komponente B in Komponente A.
• Beispiel 2 Bei manchen Harztypen ist es unmöglich, allen Füllstoff in der Tränkwanne 2 unterzubringen. Aus diesem Grund hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Füllstoff mit Harz über mehrere Tränkwannen zu vertellen, wobei auch mit steigendem Füllstoffgehalt gearbeitet werden kann und die letzte Wanne höchstens 20 « der gesamten Füllstoff@enge enthalten soll.
• Die Verwendung mehrerer Tränkwannen ißt auch deshalb vorteillhaft, weil z.B. die Bovingstränge insbesondere mit mehr als 10 Fäden eine Tränkzeit von mindestens einer Minute benötigen und bei schnell arbeitenden Maschinen die vorgeschriebene Tränkzeit in mehreren Wannen besser eingehalten werden kann.
• Beispiel 3 In diesem Beispiel wird die Mischung aus Beispiel 1, Tränkwanne 2, alleim für die Benetzung von Matten werwendst, um Platte oder Hohlkörper herzustellen. Durch Erhöhung des reaktiven Verdünners und durch die entsprechende Einstellung der Temperature läßt sich die Viskosität derart gut einrichten, daß cie Matten voll durchtränkt werden und anschließend ka@thärtend c der warmgepreßt weiterzuv erarbeiten sind. in eresem Beispiel kann als äußerste Vereinfachung dienen, daß der Vinylsilanester direkt in das niedrig viskose Epoxydharz-Polyamidgemisch eingetragen wird und das Quarzmehl. ohne Vorbearbeitung verwendet wird. Insgesamt bleiben die mechanischen Festigkeiten niedriger als bei Verwendung eines Doppeltränkverfahrens.
• Der technische Fortschritt des Verfahrens liegt zweifellos in seiner Einfachheit unter Auswertung aller Erkenntnisse, auf dem kommerziellen und technischen Sektor der GFK-Produkte.
• -Patentansprüche-

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Glasfaservarstärktes Kunststoffprodukt hoher Festigkeit mit weniger als etwa 70 Gew.-% Glasfaseranteil, gekennzeichnet durch etwa folgende Zusammensetzung: 0,33 bis 0,60 Gew.-% Glas, 0,08 bis 0,33 Gew.-% Füllstoff auf silikatischer Ba@is und/oder auf oxydischer Basis den Aluminiums, Titana und/oder Zirkons, Rest Harz.

   2. Kunstatoffprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die Glas und Füllstoffanteil. zusa@@@en etwa 2/3 des Gesantprodukts betragen, 3. Kunststoffprodukt nach Anspruch 2, gekenngeichnet durch etwa folgende zusammensetzung: 1/3 Gewichtsanteil Glas, 1/3 Gewichtsanteil. Füllstoff, 1/3 Gewichtsanbeil Harz.

   4¢ Kunststoffprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Epoxydherz verwendet ist.

   50 Kunststoffprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenwasserstoffharz verwendet ist.

   6. Kunststoffprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Polymethacrylharz verwendet ist 70 Kunststoffprodukt nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bovingstränge alsGlasfaseranteil verwendet sind.

   8. Kunststoffprodukt nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die KorngröSe der Füllstoffe kleiner als 10@u act 9 Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter Kunststoffprodukte nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzichnet, daß die Füllstoffe vor der Vermischung itt dem erz itt eine. Silan-Überzug versehen werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gek@@ngeich@e, daß die Füllstoffe mit Vinylsilen überzogen werden.

   11. Verfabr@2 nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzefchnet, daß etwa 2 Gewichtsteile Füllstoffe mit einem Gew ichtsteil Lösungsmittel getränkt werden.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel ein schnellflüchtiges Lösungmittel, wie Toluo, verwendet und diesem bis zu 10 Gew.-% Vinylsilanester zugegeben wird.

   13. Verfahven nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lösungsmittel bis zu 30 Gew.-% des jeweils verwendeten Harzes zugegeben wird.

   14. Verfahren zur herstellung glasfaserverstärkter Kunststoffprodukte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Hydroxylgruppen enthaltenden Materialien dem Lösungamittel oder dem Har@ isocyanats zugesetzt werden.

   15.. Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter Kunststoffprodukte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnst, daß die auz Glasfasern beatehenden Grundelemente, wie Rovingstränge, Matten oder Gewebe, zuerst mit dem Herzgemisch, das noch kedne Füllstoffe enthält, @nd an@chließend mit einer Harz-Füllstoff-Mischung getränkt werden.

   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekemzeichnet, daß die aus Glasfasern bestehenden Grundelemente durch mehrere Tränkwannen geführt werden, die geg@@über der vorhergehanden Tränkwanne jeweils einem höherem Füllstoffanteil aufweisen.