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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus wärmehärtbaren faserverstärkten
Kunstharzmassen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von
Formkörpern, bei dem eine wärmehärtbare faserverstärkte Kunstharzmasse auf eine
Schablone mit einer nachzubildenden Oberfläche gelegt, dann verpreßt und ausgehärtet
wird.
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Es ist bekannt, daß sich verschiedene bisher benutzte Kunstharzmischungen
trotz ihrer wünschenswerten Eigenschaften für eine Vielzahl von Zwecken nicht verwenden
lassen, da die verwendeten Kunstharze bestimmte, ihnen an sich innewohnende Nachteile
aufweisen. So war es z. B. bisher außerordentlich schwierig, aus Epoxy- oder Polyesterharzen
fehlerfreie geformte oder gegossene Gegenstände, wie geformte oder gegossene Formen
oder Werkzeuge, herzustellen, die dicker als etwa 1,25 cm waren, da die während
des Aushärtens im Inneren dikkerMassen auftretende hohe exothermeWärme starke Spannungen
sowie sehr starke Schrumpfungen in den gegossenen oder geformten Gegenständen hervorrief.
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Es ist bekannt, Glasfasern mit härtbaren Kunstharzen zu imprägnieren
und Metallfasern an Stelle von Glasfasern zu verwenden, also dem Harz wärmeleitende
Metalle in Form von Wolle oder Fasern zuzugeben, worauf dann die erhaltene Kunstharz-Metallfaser-Mischung
gegossen wird, wobei man eine einheitliche metallhaltige Kunststofform erhielt.
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Diese Verfahren erwiesen sich in vielen Fällen als vorteilhaft, ließen
sich jedoch nur schlecht anwenden, wenn Gegenstände mit abrupten Änderungen in der
Arbeitsfläche, wie Ecken oder Kanten, hergestellt werden sollten.
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Es wird angenommen, daß diese Verfahren bei der Herstellung derartiger
Gegenstände versagen, weil die Metallwolle und die langen Fasern auf Grund ihrer
Elastizität, d. h. ihres Federungsvermögens, die Stellen, z. B. Ecken, an denen
sich die Oberfläche plötzlich ändert, überbrücken. Dadurch reicht das metallische
Material nicht bis in die verhältnismäßig unzugänglichen Stellen hinein. Durch die
Abwesenheit der Metallverstärkung fließt daher das Harz in diese Ecken hinein, und
es entstehen harzreiche und nicht verstärkte Stellen, die z. B. im Aussehen und
den Eigenschaften inhomogen sind und außerdem nicht die gewünschte hohe Schlagzähigkeit,
Wärmeleitfähigkeit und die Widerstandskraft gegenüber der Abnutzung und dem Abrieb
besitzen.
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Die bekannten Verfahren, dem Harz Stahl oder andere wärmeleitende
Metalle in Woll- oder Faserform einzuverleiben, besitzen weitere Nachteile, z.
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1. Um einen hohen Metallgehalt der Mischung zu erzielen, ist ein
verhältnismäßig hoher Druck von mehr als 21 kg erforderlich.
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2. Wird eine in allen Richtungen einheitliche Festigkeit gewünscht,
so ist es schwierig, eine Orientierung der Metallfasern zu erzielen.
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3. Die Metallfasern beanspruchen ein beträchtliches Volumen pro Gewichtseinheit,
und dieser hohe »Bulkfaktor« erfordert daher die Herstellung einer übermäßig dicken
Form, um genügend Metall einzulegen.
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4. Die Fasern müssen außerordentlich sorgfältig eingelegt und in der
Form verteilt werden, insbesondere wenn sich die Konturen der Form abrupt ändern.
Trotz aller Sorgfalt entstehen jedoch, wie oben erwähnt, metall arme Stellen.
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5. Während des Zusammenpressens der Metallfasern wurde ein Abrieb
der Trennschicht der Form, besonders an senkrechten oder fast senkrechten Oberflächen,
festgestellt.
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6. Wird zur Verbesserung der Homogenität der Arbeitsfläche des herzustellenden
Gegenstandes
eine Oberflächenschicht aus Metallfasern und Harz aufgebracht,
z. B. durch Aufflocken, und werden Metallwollen zur Ausfüllung des Hohlraumes der
Form verwendet, so wurde festgestellt daß die aufgeflockte Oberflächenschicht während
des Zusammenpressens der Masse leicht weggeschoben wurde.
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7. Die augenblicklich im Handel befindlichen Metallfasern erschweren
auf Grund ihres großen Raumbedarfs die Lagerung erheblich.
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8. Zusätzlich zu der Auswirkung der übermäßigen Elastizität, die
im Zusammenhang mit plötzlichen Oberflächenänderungen bereits erwähnt wurde, besitzt
diese Eigenschaft der ungeformten Metallfasern auch noch den Nachteil, daß sie einen
langen Preßhub erforderlich macht.
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Durch das erflndungsgemäße Verfahren werden die obengenannten Nachteile
beseitigt. Bei diesem Verfahren werden in Harz dispergierte lose Fasern als sogenannte
Unterschicht für mit Harz imprägnierte Fasermatten oder als innere Schichten, die
dann zwischen Schichten aus imprägnierten Metallfasermatten gelegt werden können,
verwendet. Es wird angenommen, daß der einheitliche Druck, der durch die aus einer
Mischung loser, in einer harzartigen Flüssigkeit dispergierter Fasern bestehenden
Unterschicht oder inneren Schicht ausgeübt wird, als ein den hydraulischen Druck
übertragendes Medium wirkt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, bei
dem eine wärmehärtbare faserverstärkte Kunstharzmasse auf eine Schablone mit einer
nachzubildenden Oberfläche gelegt, dann verpreßt und ausgehärtet wird, ist dadurch
gekennzeichnet, daß auf die Schablone zuerst eine Schicht aus mit einem wärmehärtenden
Kunstharz imprägnierten Metallfasern in Mattenform und dann darauf eine Schicht
aus in einem flüssigen wärmehärtenden Kunstharz dispergierten losen Fasern aufgebracht
wird, worauf verpreßt und ausgehärtet wird.
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Gegebenenfalls kann in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein sogenanntes Aufflockverfahren angewendet werden. Hierbei werden die Oberflächen
der nachzubildenden Schablone zuerst mit einem geeigneten Überzug aus einem wärmehärtbaren
Harz, z. B. einem Epoxyd- oder Polyesterharz, versehen, in welches dann kurze Stücke
eines wärmeleitenden metallischen Materials mit oder ohne geeignete Füllstoffe aufgeflockt
werden. Dann werden, wie oben beschrieben, die imprägnierte Matte und die im Harz
dispergierten losen Fasern aufgebracht, die Masse zusammengepreßt und ausgehärtet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Herstellung von Formgegenständen
mit einer Vielzahl geformter Oberflächen, z. B. Modellplatten, verwendet werden.
In diesem Fall wird die imprägnierte Matte oder gegebenenfalls der aufgeflockte
Überzug und dann die imprägnierte Matte auf die jeweiligen geformten Oberflächen
jeder der beiden Formhälften aufgebracht und wenigstens eine der erhaltenen Mattenschichten
mit einer Schicht aus in Harz dispergierten losen Fasern versehen. Die beiden Formhälften
werden dann aufeinandergelegt, zusammengepreßt und ausgehärtet.
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Die einzigartige Verwendbarkeit des vorliegenden Verfahrens läßt
sich z. B. aus der Einfachheit erkennen, mit der eine geformte Schale hergestellt
werden kann. Zu diesem Zweck wird vor Auftragen der
Schicht aus in Harz dispergierten
losen Fasern eine Schicht aus einem nicht anhaftenden flexiblen Material, z. B.
Kautschuk oder Polyvinylalkohol, auf die Mattenschicht gelegt. Nach dem Verformen
werden der Kern aus in Harz dispergierten losen Fasern und die Schicht entfernt
und so eine geformte Schale erhalten.
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Die zur Herstellung der Matten verwendbaren Metallfasern sind nicht
auf ein bestimmtes Metall oder eine Kombination bestimmter Metalle beschränkt. Als
metallisches Material können Stahlfasern, Kupferfasern, Silberfasern, Fasern aus
rostfreiem Stahl, Nickelfasern und Aluminiumfasern sowie Fasern aus Legierungen,
z. B. Messing oder Bronze in Faserform, verwendet werden. Gegebenenfalls können
als metallisches Material auch feste Kunststoff- oder Glasfasern verwendet werden,
die z. B. durch Eintauchen oder Besprühen mit einem Überzug aus wärmeleitendem Metall,
z. B. Silber, Aluminium oder Kupfer, versehen worden sind.
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Die metallischen Fasern können gesponnen, stranggepreßt, geschnitten
oder gezogen sein und einen runden, viereckigen oder jeden beliebigen Querschnitt
haben; sie können glatt, rauh oder gekräuselt sein.
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Ihre Länge ist vorzugsweise größer als ihr Durchmesser oder Querschnitt.
Die einzelnen Fasern können jede gewünschte Länge besitzen, d. h. von etwa 0,8 mm
bis zu etwa 2,0 bis 2,5 m, oder gegebenenfalls können sie auch eine Länge von 30m
oder mehr besitzen. Die Querschnitte der Fasern können auch innerhalb eines großen
Bereiches variieren; bei runden Fasern werden jedoch im allgemeinen solche mit einem
Querschnitt von etwa 0,01 bis zu 0,6 mm bevorzugt. Bei Fasern mit rechteckigem Querschnitt
werden diejenigen bevorzugt, deren Querschnittsfläche der der oben beschriebenen
runden Fasern äquivalent ist. Gegebenenfalls können die erwähnten metallischen Fasern
auch in Form handelsüblicher »Wolle«, z. B. als Stahlwolle, Kupferwolle, die Fasern
mit erheblicher Länge enthält, verwendet werden.
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Durch die Bezeichnung »Matte« soll die Form der Masse und die Anordnung
der Fasern in ihr in keiner Weise eingeschränkt werden. Die Matten können in jeder
beliebigen Form, z. B. rechteckig, scheiben-, band- oder schalenförmig verwendet
werden. Die Fasern können ausgerichtet, d. h. entlang ihrer Länge orientiert, oder
nicht ausgerichtet, d. h. verwoben oder verflochten, vorliegen.
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Die Matten können auf jede bekannte Weise hergestellt werden, und
die Fasern können metallurgisch gebunden oder nicht gebunden sein. Unter der Bezeichnung
»metallurgisch gebundene Fasern« ist im nachfolgenden eine Fasermasse zu verstehen,
in welcher eine ausreichende Menge der einzelnen Fasern miteinander durch eine Bindungsstärke
verbunden ist, die größer als die Federungseigenschaften der Fasern ist, so daß
die Masse nicht nur von Hand in jede beliebige Form gepreßt werden kann, sondern
diese Form auch beibehält.
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Die metallurgische Bindung der Metallfasern kann mittels jeder bekannten
Maßnahme durchgeführt werden. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer
solchen Bindung ist z. B. das Sintern der verfilzten Fasern bei hohen Temperaturen.
Die Fasern können einige niedrigschmelzende Metalle oder Legierungen, wie Kupfer
oder Bronze, enthalten. Weiterhin können Plattierverfahren, wie Galvanisierverfahren,
zur Herstellung einer metallurgischen Bindung
angewendet werden.
Andere für diesen Zweck geeignete Verfahren umfassen die Anwendung von Metalldämpfen.
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Matten, deren Fasern nicht metallurgisch gebunden sind, können hergestellt
werden, indem man z. B. kurze Fasern auf einem Sieb ablagert und zusammenpreßt oder
indem man unverwobene lange Fasern, z. B. Stahlwolle, zusammenpreßt.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Matten sind vorzugsweise so biegsam,
daß sie unter leichtem Druck, z. B. von Hand, in jede gewünschte Form gebracht werden
können. Falls sich die Oberfläche der nachzubildenden Form abrupt ändert, können
die Matten so zurechtgeschnitten werden, daß sie sich den Oberflächenänderungen
anpassen. Nachdem sie der gewünschten Form angepaßt wurden, behalten die biegsamen
Platten im wesentlichen diese Form bei, ohne daß ein wesentliches »Zurückspringen«
oder andere unerwünschte Erscheinungen auftreten.
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Die Dicke der erfindungsgemäß verwendeten Matten kann in Abhängigkeit
von dem herzustellenden Gegenstand innerhalb eines großen Bereiches variieren. Es
wurde gefunden, daß sowohl Matten einer Dicke von nur 0,13 mm als auch Matten einer
Dicke von 30 cm verwendet werden können. Diese Werte sind jedoch keineswegs einschränkend
zu verstehen.
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Auf Grund praktischer Erwägungen werden aber Matten einer Dicke von
3 mm bis etwa 5 cm bevorzugt.
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Die Harze, die zum Imprägnieren der Matten verwendet werden, damit
die erfindungsgemäß hergestellten verstärkten Gegenstände wünschenswerte Oberflächeneigenschaften,
z. B. Härte und Abnutzungsfestigkeit, erhalten, sind handelsübliche wärmehärtbare
Epoxyharze und wärmehärtbare Polyesterharze.
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Die Epoxyharze können unter Verwendung von Härtern und/oder Katalysatoren
gehärtet werden.
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Solche in stöchiometrischer oder beinahe stöchiometrischer Menge verwendeten
Härter sind z. B. mehrwertige Phenole, polybasische Säuren oder ihre Anhydride,
Polyamine, mehrwertige Alkohole und Polythiole. Katalysatoren werden immer in weniger
als stöchiometrischen Mengen verwendet. Katalysatoren sind z. B. Amine, die Alkalien
und Bortrifluorid.
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Neben den aus mehrwertigen Phenolen hergestellten Epoxyharzen können
auch aliphatische Polyepoxyverbindungen, cycloaliphatische Epoxyde, die Alkandiol-bis-(3,4-epoxycyclohexylmethyl)-ester
von Dicarbonsäuren und Triepoxyde verwendet werden.
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Geeignete ungesättigte Polyesterverbindungen sind die Ester von mehrwertigen
Alkoholen mit äthylenisch ungesättigten dibasischen Säuren, ihrer Anhydride oder
Mischungen solcher Säuren oder Anhydride mit gesättigten Säuren oder Anhydriden.
Diese Polyester lösen sich leicht in Styrol und anderen monomeren Vinylverbindungen
und bilden zähe Öle, die in Gegenwart von Katalysatoren oder Aktivierungsmitteln
bei Zimmertemperatur oder in der Wärme bei leichtem Druck polymerisieren und einen
festen, unschmelzbaren Kunststoff ergeben. Die Katalysatoren sind normalerweise
Frei-Radikal-Initiatoren, wie Peroxyde oder Azoverbindungen, und werden kurz vor
der Reaktion zugegeben.
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Gegebenenfalls können dem zur Imprägnierung der Matten verwendeten
Harz geeignete Füllstoffe zugegeben werden. Beispiele für derartige Füllstoffe sind
Plastifizierungsmittel, Farbstoffe, Farbpigmente,
Flocken aus rostfreiem Stahl, Eisen-
oder Aluminiumoxyde und Tonerde. Diese Füllstoffe können auch, wenn erwünscht, zusammen
mit dem obenerwähntenAufflocken und/oder mit den losen Fasern und/oder mit den Matten,
die als Unterschicht für die Schicht aus losen Fasern dienen (falls eine derartige
Schicht verwendet wird), angewandt werden.
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Die erfindungsgemäß verwendbaren losen Fasern können aus jedem beliebigen
der obenerwähnten Metalle oder Legierungen hergestellt werden. Andere für diesen
Zweck geeignete Stoffe sind Glas, Kunstseide, Sisal, mit einem Metallüberzug versehene
Glasfasern und Polyamidfasern. Es kann praktisch jedes faserartige Material verwendet
werden, das glatte Fasern liefert, ausreichende Festigkeit besitzt, um die Mischung
zu verstärken, im Harz genügende Schlüpfrigkeit besitzt, die Wärmeerzeugung vermindert
und sich unter den für die Herstellung der geformten Gegenstände verwendeten Bedingungen
nicht zersetzt.
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Die losen Fasern können außerdem sehr verschiedene Längen besitzen.
Eine Länge von etwa 1,6 mm bis 7,5 cm ist zweckmäßig, wobei jedoch Längen von etwa
6 bis 13 mm bevorzugt werden. Bei runden Fasern können die Querschnitte zwischen
etwa 0,003 und 1 mm variieren. Fasern mit viereckigen oder anderen nicht runden
Querschnitten sollen vorzugsweise eine Querschnittsfläche haben, die der oben beschriebenen
runden Fasern äquivalent ist.
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Die flüssigen wärmehärtbaren Harze, in denen die losen Fasern dispergiert
werden, sind nicht entscheidend, da sie nicht der extremen Hitze und Abnutzung ausgesetzt
werden, die an der Oberfläche der verstärkten Kunstharzgegenstände auftritt. Besonders
gute Ergebnisse werden erzielt, wenn zu diesem Zweck die gleichen, auch für die
Imprägnierung der Matten angewendeten Harze, d. h. Epoxy- oder Polyesterharze, verwendet
werden. Gute Resultate werden auch mit anderen Harzen, z. B. den flüssigen Phenol-Aldehyd-Harzen
und härtbaren Novolak-Harzen, erhalten.
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Es wird bemerkt, daß die Bezeichnung »wärmehärtbares Harz«, wenn
es inhaltlich möglich oder erforderlich ist, auch Katalysatoren oder Härtungsmittel
umfaßt, die die Wärmehärtung bewirken.
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Der Anteil des faserartigen Materials zum Harz kann in Abhängigkeit
von den verwendeten Stoffen und den gewünschten Gegenständen innerhalb eines großen
Bereiches variieren. In der Mattenschicht sollte genügend Metall anwesend sein,
um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, und gleichzeitig ausreichende Mengen Harz,
um die Masse beim Aushärten fest zu einer verstärkten Masse einer guten Festigkeit
zu verbinden. Vorzugsweise wird das Metall in einer Menge von etwa 7 bis etwa 60
Volumprozent, bezogen auf das Volumen der gesamten Mischung, und das Harz in einer
Menge von etwa 40 bis etwa 93 Volumprozent, bezogen auf das Volumen der gesamten
Mischung, verwendet; diese Bereiche sind jedoch nicht entscheidend. Mischungen mit
einem hohen Metallgehalt können außerdem hergestellt werden, indem die Matten entweder
vor oder nach dem Imprägnieren durch geeignete Mittel, z. B. einen Lufthammer oder
durch Anwendung eines Vakuumverfahrens unter Verwendung eines Gummisackes, zusammengepreßt
werden.
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Zufriedenstellende Ergebnisse werden erzielt, wenn die losen Fasern
in einer Menge von etwa 10 bis
80 Gewichtsprozent in der entsprechenden
Schicht enthalten sind. Ein Prozentsatz zwischen etwa 30 und 60 Gewichtsprozent
wird bevorzugt.
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Das Verfahren, durch das die Fasern entweder lose oder in Mattenform
mit einem Harzüberzug versehen werden, ist nicht entscheidend. Zu diesem Zweck können
übliche Verfahren angewendet werden, z. B. mechanisches Mischen und Eintauchen.
Wenn erwünscht, kann das gleiche oder auch ein anderes der üblichen Verfahren zum
Überziehen der losen Fasern und der Fasern in Mattenform angewendet werden, d. h.,
die Matten können in Harz eingetaucht werden, während die losen Fasern mechanisch
mit einem flüssigen Harz vermischt werden können.
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Alle erfindungsgemäß hergestellten geformten Gegenstände besitzen
einheitliche, feste und genau geformte (profilierte) Oberflächen, d. h. daß sie
der gewünschten Fonn genau nachgebildet sind. Außerdem sind die Gegegenstände, die
eine Metallfaser-Harz-Arbeitsfläche und -Rückseite besitzen, deshalb besonders vorteilhaft,
da sie leicht bearbeitet werden können. Es wurde bereits bemerkt, daß auch Gegenstände
mit zwei geformten Oberflächen, z. B. aufeinander passende Formplatten bzw. Modellplatten,
hergestellt werden können. Weiterhin kann erfindungsgemäß auch eine beheizte Preßform
hergestellt werden, deren Oberfläche, Seiten und Unterseite mit einem guten wärmeleitenden
Material, z. B. Aluminiumfasern, gefüllt ist, die jedoch nur eine geringe Menge
dispergierte lose Fasern enthält. Die mit Aluminiumfasern gefüllten Seiten ermöglichen
eine gute Wärmeübermittlung von der Metallfaser zurück zur Metallfaseroberfläche,
wenn die Platten zum Erhitzen der Preßform verwendet werden.
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Beispiele für erfindungsgemäß herstellbare Gegenstände sind: Prüflehren,
Gehäuse, Schablonen, Fertigungslehren für den Zusammenbau, Preßformen für Bootskörper,
beheizte Verbindungslehren, Metallziehformen, beheizte Formen, Gießformen, Kernkästen,
Vakuumgußformen.
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Die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszahlen stets für gleiche Teile stehen, dient zur weiteren
Erläuterung der Erfindung. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen senkrechten Teilschnitt
durch eine Vorrichtung und die zur Herstellung einer Prüfvorrichtung oder Lehre
verwendeten Materialien, F i g. 2 einen Querschnitt durch die fertige Lehre, der
ihren Aufbau und ihre Verwendungsmöglichkeit erkennen läßt, Fig. 3 eine Draufsicht
auf zerschnittene flache Matten, die an Stelle der in F i g. 1 gezeigten Matten
verwendet werden können, F i g. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, nämlich eine
andere Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer Preßform mit Stahlmatten
auf der Vorder- und Rückseite, Fig.5 eine perspektivische Ansicht einer Schablone
zur Herstellung einer entsprechenden Preßplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, F i g. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 5, Fig.7
einen vertikalen Schnitt durch die Holzschablone der F i g. 5, die hier in zwei
Gipsformen eingebettet ist, F i g. 8 die beiden mit Hilfe der Schablone gemäß F
i g. 5 hergestellten Formhälften, die unmittelbar vor
dem Formen und Aushärten gefüllt
bzw. beladen wurden, und Fig. 9 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, nämlich eine andere
Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer profilierten Hülle oder Schale.
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Beispiel 1 Herstellung einer Prüflehre Gemäß der Darstellung in F
i g. 1 wurde ein Preßteil 10 der gewünschten Form, der in einer mit Hanf verstärkten
Gipsform 11 befestigt und eingebettet war, auf eine geeignete Oberflächenplatte
12 einer hydraulischen Presse (nicht gezeigt) aufgebracht. Ein hölzerner Formkasten,
der die Umrisse des herzustellenden Werkzeuges begrenzte, wurde in üblicher Weise
hergestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur die beiden Seitenwandungen
13, 14 des Formkastens in F i g. 1 gezeigt. Ein geeignetes Trenn-oder Formlösemittel,
z. B. ein Material auf Siliciumbasis, wurde auf alle Trennflächen des Preßteiles
10, der Form 11 und die Wandungen 13, 14 aufgebracht, wobei ein dünner Überzug 15
von etwa 0,025 bis 0,05 mm Dicke entstand. Auf dieses Trennmittel wurde ein 0,5
mm dicker Überzug 16 aus einem Epoxyharz aufgestrichen oder aufgesprüht. Dieses
Epoxyharz hatte folgende Zusammensetzung: 100 Gewichtsteile eines flüssigen polymerisierbaren
Glycidiyläthers des Bisphenols A, 22,5 Gewichtsteile einer Härtungsmittelmischung
aus 37,2 Gewichtsteilen Diäthylentriamin, 36,4 Gewichtsteilen Acrylnitrildiäthylentriaminadduktes
und 26,4 Gewichtsteilen eines 1-Hydroxyäthyl-2-heptadecanylglycoxalidins.
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Während der Epoxyharzüberzug 16 noch flüssig war, wurden Stahlfasern
17 mit einer Länge zwischen etwa 0,8 und 8 mm unter Druck auf und in die Schicht
16 geflockt, so daß der Überzug gleichmäßig von den Stahlfasern durchsetzt wurde.
Die Dicke des fertigen, mit den Stahlfasern durchsetzten Oberflächenüberzuges betrug
1,6 mm.
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Zwei Stahlfasermatten 18, die 3,2 mm dick waren, eine Porosität von
850/o besaßen und Fasern mit einer Länge von 13 bis 25 mm enthielten, wurden mit
einer Epoxyharzmischung der obigen Zusammensetzung imprägniert. Diese Vorimprägnierung
erfolgte durch Tränken der Matten im Harz während etwa 10 bis 20 Minuten bei Raumtemperatur,
bis die Matten vollgesogen waren. Das überschüssige Harz wurde aus den Matten mittels
eines Druckes von etwa 3,5 bis 5,25 kg/cm2 herausgedrückt. Die hierbei erhaltenen
Matten enthielten etwa 53 Gewichtsprozent Stahlfasern und 47 Gewichtsprozent Harz.
Die vorimprägnierten Mattenl8 wurden dann dem Hohlraum der Form richtig angepaßt,
wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Eine zuvor hergestellte Mischung 19 aus gleichen
Gewichtsteilen eines Epoxyharzes der zuvor angegebenen Zusammensetzung und zerkleinerten
Glasgespinsten von 13 mm Länge wurde in dem Hohlraum auf die Oberseite der zuvor
aufgebrachten vorimprägnierten Matten 18 eingefüllt.
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Auf die Oberseite der gesamten in der Form befindlichen Beschickung
wurde dann ein Druckstempel 20 aufgesetzt, der aus etwa 20 mm dicken Stahlplatten
oder aus mit einer Aluminiumplatte verkleidetem Hartholz bestand, und die Beschickung
dann
unter Anwendung eines Druckes von 3,5 bis 7 kg/cm2 langsam
zusammengedrückt, wobei der Druck mittels eines Druckkolbens 31 einer nicht gezeigten
hydraulischen Presse ausgeübt wurde. Dann wurde die Beschickung unter adiabatischen
Bedingungen 6 Stunden lang gehärtet und anschließend 4 Stunden lang bei 1210 C nachgehärtet.
Während des Härtungsvorganges fließt die Mischung aus Glasfasern und Harz und übt
dabei einen Druck in allen Richtungen aus, wobei die Matten und der Überzug 16 an
die Konturen der Form 11 angepreßt werden.
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Das fertige Gußstück 21, das in F i g. 2 gezeigt ist, besaß eine
profilierte Oberfläche, die dem Preßteil 10 genau nachgebildet war. Es wurde ferner
gefunden, daß das fertige Gußstück auch die anderen erwünschten Eigenschaften der
erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände aufwies.
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Fig. 2 zeigt die fertige Vorrichtung 21 im Gebrauch. Diese Figur
zeigt einen Preßteil 22, der bereits verwendet wurde und mittels der Prüflehre hinsichtlich
seiner Abnutzung geprüft wird.
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Beispiel 2 Herstellung einer Prägeform Es wurde eine hitzebeständige
Prägeform nach einem Verfahren hergestellt, das gegenüber dem Verfahren des Beispiels
1 folgende Unterschiede aufwies: 1. Die Epoxyharzmischung bestand aus 100 Gewichtsteilen
eines flüssigen polymerisierbaren Glycidyläthers des Bisphenols A, 19 Gewichtsteilen
eines Härtungsmittels aus einer eutektischen Mischung aus 57 Gewichtsteilen eines
m-Phenylendiamins, 37 Gewichtsteilen Bisanilin F und 6 Gewichtsteilen Bisphenol
A.
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2. An Stelle der im Beispiel 1 verwendeten Matten 18 wurden zerschnittene
flache Schablonenteile 23 verwendet, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind.
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Diese Teile waren 3,2 mm dick, und es wurden jeweils zwei benötigt,
um in dem fertigen Gußteil eine Dicke von etwa 6,4 mm zu erhalten.
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Die vorimprägnierten geschnittenen flachen Schablonenteile 23 wurden
auf die geflockten Fasern so aufgelegt, daß die Enden der Schablonenteile übereinander
lagen.
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3. Die Beschickung wurde unter einem Druck von 3,5 bis 7 kg/cm2 12
bis 18 Stunden gehärtet und dann 4 Stunden bei 600 C nachgehärtet und anschließend
nochmals 4 Stunden bei 1500 C, wobei gegebenenfalls auch Druck angewendet werden
kann.
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Beispiel 3 Herstellung einer Prägeform mit Stahlmatten auf der Vorder-
und Rückseite Wie in Fig. 4 gezeigt, wurde eine Prägeform mit Stahlmatten auf der
Vorder- und Rückseite nach einem Verfahren hergestellt, daß bis auf die folgenden
Ausnahmen dem Verfahren des Beispiels 2 entsprach: 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wurde der mit Metallfasern beflockte Überzug 16, 17 fortgelasssen.
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2. Eine vorimprägnierte Stahlfasennatte 24 wurde auf die Oberseite
einer zuvor getränkten Glasfasermischung 19 aufgelegt. Die Stahlfasermatte 24 kann
jede gewünschte Dicke besitzen, sollte jedoch so dick sein, daß eine Bearbeitung
der Rückseite der erhaltenen Form ermöglicht wird.
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Die Dicke der Matte sollte je nach der Größe der Form zwischen etwa
1,3 und 7,5 cm betragen, wobei Matten größerer Dicke für große Formen bevorzugt
werden. In dem vorliegenden Beispiel wurden zwei Matten 24 aus zerschnittenen Stahlfasern
verwendet, die jede 3,2 mm dick waren. Diese Matten wurden zuvor getränkt, indem
sie in einen Trog getaucht wurden, der ein Harz der im folgenden Absatz beschriebenen
Zusammensetzung enthielt. Das überschüssige Harz wurde ausgedrückt, bevor die geschnittenen
Matten in die Form eingebracht wurden.
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3. Das in diesem Beispiel verwendete flüssige Epoxyharz hatte folgende
Zusammensetzung: 70 Gewichtsteile eines polymerisierbaren Triglycydyläthers des
1,1 ,3-Trisoxyphenylpropans, 30 Gewichtsteile eines polymerisierbaren Bis-2,3 -epoxycyclopentyläthers,
26 Gewichtsteile eines Härtungsmittels aus 57 Gewichtsteilen m-Phenylendiamin, 37
Gewichtsteilen Methylendianilin und 6 Gewichtsteilen Bisphenol A.
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4. Die Nachhärtung erfolgte bei diesem Beispiel durch 1stündiges
Erhitzen bei 800 C, anschließendes lstündiges Erhitzen bei 1210 C und 4stündiges
Erhitzen bei 1600 C.
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Es wurde gefunden, daß die im Harz verteilte Glasfaserschicht bei
diesem und allen anderen Beispielen die Kräfte gleichmäßig in allen Richtungen verteilte.
Bei diesem Beispiel verhinderte die obere Stahlmatte 24, daß die Glasfasermischung
19 aus der Form herausfloß. Selbstverständlich sind bei diesem und allen anderen
Beispielen Vorkehrungen getroffen, um ein Ausfließen des überschüssigen Harzes aus
der Form zu ermöglichen.
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Beispiel 4 Herstellung einer Modellplatte Es wurde eine hölzerne
Gießschablone 25 der in Fig.5 und 6 gezeigten Form verwendet, um zwei mit Aussparungen
versehene und mit Hanf verstärkte Kunststofformen 26,27 herzustellen, wie sie in
F i g. 7 gezeigt sind. Auf alle die Aussparungen begrenzenden Flächen der beiden
Formhälften wurde ein Trennmittel 15 nach dem Verfahren des Beispiels 1 aufgetragen.
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Es wurde ein flüssiges, wärmehärtendes Harz durch Mischen der folgenden
Bestandteile bei einer Temperatur von 380 C hergestellt: 3 Mol 3 ,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3
,4-epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat, 3 Mol Maleinsäureanhydrid, 1 Mol Glycerin.
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Auf die Trennschicht wurde ein Überzug 16 aus diesem flüssigen, wärmehärtenden
Harz in einer Dicke von 0,8 mm aufgestrichen. Auf diesen Harzüberzug wurden wie
im Beispiel 1 Stahlfasern 17 aufgeflockt. Dann wurden Aluminiumfasermatten 28 mit
einer Porosität von 850/0 und 2,5 cm Dicke, deren
Fasern eine Länge
von etwa 13 bis 25 mm hatten, so zugeschnitten, daß sie leicht auf den Oberflächen
des Fromhohlraumes angeordnet werden konnten. Diese Matten wurden in dem zuvor beschriebenen
Harz imprägniert, wobei das überschüssige Harz durch Anwendung eines Druckes von
3,5 bis 5,25 kg/cm2 herausgedrückt wurde, so daß die Matten 40 Gewichtsprozent Aluminium
und 60 Gewichtsprozent Harz enthielten. Die zuvor getränkten Aluminium fasermatten
28 wurden auf die aufgeflockten Fasern auf jeder der Formhälfte bis zu einer Gesamtdicke
von etwa 25 mm aufgebracht. Hierauf wurde eine 50 bis 50 Gewichtsprozent enthaltende
Mischung 19 aus einem Epoxyharz der im Beispiel 3 unter 3 beschriebenen Zusammensetzung
und Glasfasergespinsten von etwa 13 mm Länge hergestellt und in eine der Formhälften
wie in Fig. 8 eingebracht. Dann wurden die beiden Formhälften bei einem Druck von
3,5 bis 7 kg/cm2 zusammengefügt. Die Mischung 19 aus Glasfasern und Harz floß und
übertrug den Druck auf die Aluminiumfasern 28 und den mit Stahlfasern durchsetzten
Überzug 16, 17, die hierbei fest an alle Flächen der Form angepreßt wurden.
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Dann wurde der Gußteil 4 Stunden bei 600 C gehärtet und anschließend
5 Stunden bei 930 C und 6 Stunden bei 1770 C nachgehärtet. Der hierbei erhaltene
Gußteil besaß die gewünschte Form und die zuvor beschriebenen Eigenschaften der
erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände.
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Beispiel 5 Herstellung einer Vakuum-Preßform Dieses Beispiel beschreibt
ein anderes Verfahren zur Herstellung von Kunststoffwerkzeugen in Schalen oder Hüllen
statt in Form eines festen Gußstückes.
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Wie in F i g. 9 gezeigt, wurde zunächst eine mit Hanf verstärkte Kunststofform
nach einem Holzmodell einer Vakuum-Preßform hergestellt. Auf die Flächen der Gipsform
wurde wie im Beispiel 1 ein Trennüberzug 15 aufgebracht. Hierauf wurde ein Harzüberzug
16 der folgenden Zusammensetzung ebenfalls gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 aufgetragen:
Flüssiger polymerisierbarer Glycidyläther des Bisphenols A (Epoxyharz) b 100 Teile
Nichtrostende Stahlflocken ...... 100 Teile Feine Kieselerde ............... 3 bis
5 Teile Härtungsmittel aus einer eutektischen Mischung aus 57 Gewichtsteilen eines
m-Phenylendiamins, 37 Gewichtsteilen Bisanilin F und 6 Gewichtsteilen Bisphenol
A . ...... 19 Teile Auf diesen Überzug wurden entsprechend dem Verfahren des Beispiels
1 Aluminiumfasern 17 mit einer Länge von etwa 3,2 mm aufgeflockt. Dann wurden Aluminiumfasermatten
28 von etwa 13 mm Dicke in die richtige Form geschnitten, so daß sie leicht auf
den Oberflächen der Form, den senkrechten Seitenwandungen und dem Unterteil des
herzustellenden Gußteils aufgebracht werden konnten. Diese Matten 28 wurden zuvor
unter Verwendung der oben beschriebenen Harzmischung getränkt. Nach dem Tränken
und nachdem das überschüssige Harz aus den Matten herausgedrückt worden war, bestanden
sie aus 35 Gewichtsprozent Aluminiumfasern und 65 Ge-
wichtsprozent Harz. Die vorgetränkten
Matten wurden dann auf die Oberflächen der Form über den vorher aufgeflockten Überzug
16,17 aufgelegt, so daß eine Dicke von 25 mm erzielt wurde. Dann wurde eine 1,6
mm dicke Schicht 29 aus biegsamem vulkanisiertem Gummi, die auf beiden Seiten mit
einem Trennmittel, wie dem im Beispiel 1 beschriebenen, überzogen war, auf die gesamte
Fläche der zuvor getränkten Aluminiumfasermatten aufgebracht. Auf diese Gummischicht
wurde eine 50 : 50 Gewichtsprozent-Mischung 19 aus Glasfasern (9,6 mm Länge) und
dem Epoxyharz der zuvor beschriebenen Zusammensetzung aufgetragen.
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Eine zuvor getränkte Stahlfasermatte 30 von etwa 25 mm Dicke wurde
oben auf der Glasfaserharzschicht 19 angeordnet und dann auf diese mit Hilfe eines
auf die feste Platte 20 wirkenden Druckstempels 31 ein Druck von 3,5 bis 7kg/cm2
ausgeübt. Der Gußteil härtete dann unter diesem Druck 12 bis 18 Stunden lang bei
Raumtemperatur aus und wurde dann 4 Stunden bei 600 C und 4 Stunden bei 1500 C nachgehärtet,
wobei ein Druck von 3,5 bis 10,5 kg/cm2 aufrechterhalten wurde. Nach dem Entfernen
des Kernteiles, der aus der Matte 30 und der Glasfaserharzschicht 19 bestand, und
der Gummischicht 29 wurde die geformte (profilierte) Schale erhalten.
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Diese Schale besaß die gewünschte Form sowie die anderen wünschenswerten
Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände.
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Falls eine massive Vakuum-Preßform an Stelle einer Schale gewünscht
wird, wird kein Trennmittel wie die Gummischicht 29 verwendet, und an Stelle einer
Matte 30 aus Stahlfasern wird eine aus Aluminiumfasern oder Fasern aus einem anderen,
gute Wärmeleiteigenschaften besitzenden Metall verwendet.
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In jedem der vorstehenden Beispiele können die Stahl- und Aluminiumfasern
in der Matte und die Glasfasern in den losen Schichten durch jede der erwähnten
Fasersorten ersetzt werden. Die erhaltenen Gegenstände besitzen die gewünschte Form
und die anderen bereits erwähnten wünschenswerten Eigenschaften.