DE1199490B

DE1199490B - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus waermehaertbaren faserverstaerkten Kunstharzmassen

Info

Publication number: DE1199490B
Application number: DEU5815A
Authority: DE
Inventors: Arthur Peter Mazzucchelli; Thomas Earle Bugel
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1957-12-06
Filing date: 1958-12-05
Publication date: 1965-08-26

Description

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.
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.
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.
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.
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.
Die bekannten Verfahren, dem Harz Stahl oder andere wärmeleitende Metalle in Woll- oder Faserform einzuverleiben, besitzen weitere Nachteile, z.
1. Um einen hohen Metallgehalt der Mischung zu erzielen, ist ein verhältnismäßig hoher Druck von mehr als 21 kg erforderlich.
2. Wird eine in allen Richtungen einheitliche Festigkeit gewünscht, so ist es schwierig, eine Orientierung der Metallfasern zu erzielen.
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.
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.
5. Während des Zusammenpressens der Metallfasern wurde ein Abrieb der Trennschicht der Form, besonders an senkrechten oder fast senkrechten Oberflächen, festgestellt.
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.
7. Die augenblicklich im Handel befindlichen Metallfasern erschweren auf Grund ihres großen Raumbedarfs die Lagerung erheblich.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Auf Grund praktischer Erwägungen werden aber Matten einer Dicke von 3 mm bis etwa 5 cm bevorzugt.
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.
Die Epoxyharze können unter Verwendung von Härtern und/oder Katalysatoren gehärtet werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es wird bemerkt, daß die Bezeichnung »wärmehärtbares Harz«, wenn es inhaltlich möglich oder erforderlich ist, auch Katalysatoren oder Härtungsmittel umfaßt, die die Wärmehärtung bewirken.
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.
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.
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.
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.
Beispiele für erfindungsgemäß herstellbare Gegenstände sind: Prüflehren, Gehäuse, Schablonen, Fertigungslehren für den Zusammenbau, Preßformen für Bootskörper, beheizte Verbindungslehren, Metallziehformen, beheizte Formen, Gießformen, Kernkästen, Vakuumgußformen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
2. An Stelle der im Beispiel 1 verwendeten Matten 18 wurden zerschnittene flache Schablonenteile 23 verwendet, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind.
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.
Die vorimprägnierten geschnittenen flachen Schablonenteile 23 wurden auf die geflockten Fasern so aufgelegt, daß die Enden der Schablonenteile übereinander lagen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Diese Schale besaß die gewünschte Form sowie die anderen wünschenswerten Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände.
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.
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.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, bei dem eine wärmehärtbare faserverstärkte Kunstharzmasse auf eine Schablone mit einer nachzubildenden Oberfläche gelegt, dann verpreßt und ausgehärtet wird, d a d u r c h g e -kennzeichnet, 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schablone unter der Mattenschicht eine Schicht aus einem wärmehärtenden Harz aufgebracht wird, das von kurzen Stücken eines wärmeleitenden metallischen Materials unter Druck homogen durchsetzt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise eine Folie oder Schicht aus einem nicht anhaftenden flexiblen Material als Trennschicht zwischen der Mattenschicht und der Schicht aus losen Fasern angeordnet und nach dem Aushärten wieder entfernt wird, wobei ein profilierter Schalenteil und ein Kernteil erhalten werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schablone eine aus mehreren flachen, zuvor zerschnittenen, angepaßten Matten bestehende Mattenschicht aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Metallfasern in Mattenform, die mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert ist, vor dem Zusammenpressen auf der aus losen Fasern bestehenden Schicht angeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder von zwei Formhälften mit profilierten, nachzubildenden Oberflächen eine erste Schicht aus einem wärmehärtenden Harz, in dem kurze Stücke eines wärmeleitenden metallischen Materials unter Druck homogen verteilt worden sind, angeordnet wird, daß dann in Berührung mit diesen ersten Schichten je eine zweite Schicht aus metallischen Fasern in Mattenform, die mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert wurde, vorgesehen wird und daß dann in Berührung mit mindestens einer dieser zweiten Schichten eine aus in einem flüssigen wärmehärtenden Harz dispergierten losen Fasern bestehende dritte Schicht vorgesehen wird, worauf die beiden Formhälften zusammengefügt und der Inhalt der Form ausgehärtet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 940 787, 1005727; österreichische Patentschrift Nr. 162 579; französische Patentschrift Nr. 1099618; britische Patentschrift Nr. 777586.