DE1504463A1

DE1504463A1 - Faserverstaerktes Polyesterlaminat

Info

Publication number: DE1504463A1
Application number: DE19641504463
Authority: DE
Inventors: Toni Cremmers; Horst Forberg; Gustav Krone
Original assignee: Krone KG
Current assignee: Krone KG
Priority date: 1964-06-01
Filing date: 1964-06-01
Publication date: 1969-10-09
Also published as: DK118308B; DE1504463B2; BE664209A; NL6506526A; FR1436323A; GB1053191A

Description

K W 25.Ü.1968

Mllndien 22, Stelrwdorfetr. 10

P 15-.Ο4 463.0
(K 53 094 X/39a³)

Faserverstärktes Polyesterlaminat

Die.Erfindung bezieht sich auf ein faserverstärktes Polyesterlaminat, d.h. ein Plattenmaterial aus härtbarem Polyesterharz, in das zur Verstärkung zumindest ein Faservlies oder eine Fasermatte aus Polyesterfasern als alleiniges Verstärkungsmaterial eingebettet ist, die mit dem härtbaren Polyesterharz im fließfähigen Zustand getränkt und deren Fasern durch Aushärten des Harzes fest in diesem gebunden sind.

Von den bekannten faserverstärkten Polyesterlaminaten haben sich vor allem die glasfaserverstärkten in weitem Maße durchgesetzt, weil die Glasfasern - die in Form eines Gewebes, einer Matte oder eines Faservlieses (oft nur als Oberflächenschutz) angewendet werden - die Zug- und Biegefestigkeit der durch sie verstärkten Laminate beträchtlich erhöhen. B¹Ur die

Ausnutzung der hohen, etwa I50 kp/mm' erreichenden Zugfestigkeit dünner Glasseidenfasern ist ein gutes Haften dieser Fasern in der sie umgebenden Kunstharz-Einbettungsmasse wesentlich] aus diesem Grunde werden die Glasfasern vor der Tränkung mit dem Kunstharz, dem beispielsweise gemahlene Kreide als Füllstoff zugesetzt ist, an ihrer Oberfläche mit einer besonderen Haftvermittler-Deckschicht versehen.

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Die Biegefestigkeit einer glasfaserverstärkten Polyesterharzplatte, die etwa 35 Gewichtsprozent Glasseidenfasern in Form eine Matte enthält, beträgt beispielsweise etwa 15 kp/mm ; die Bruchdehnung liegt jedoch nur etwa in der Größenordnung von 2 %. Die Schlagzähigkeit ist dementsprechend gering, nach DIN 53 ^53 ergibt sich ein Wert von etwa 50 kpcm/cm¹¹".

Bei der Verwendung faserverstärkter Kunststofflaminate oder -platten für Behälter, Gehäuse, Teile von Autokarosserien und für Bootskörper ist aber eine höhere Schlagzähigkeit und eine gewisse Verformbarkeit unter dem Einfluß von Stoß- oder Biegebeanspruchungen erwünscht, wie sie die bisher für diese Zwecke verwendeten Metallbleche aufweisen.

Es ist auch bereits bekannt, daß man Poljesterlaminate mit Paservliesen oder -matten aus Polyesterfasern verstärken kann, die etwa nur die Hälfte der Zugfestigkeit, aber eine etwa zehnfach höhere Bruchdehnung als Glasfasern aufweisen, ohne besondere Oberflächenbehandlung mit dem artverwandten, sie wahrscheinlich oberflächlich anlösenden Einbettungsharz eine feste Bindung eingehen und dem Laminat eine erheblich größere prozentuale Bruchdehnung verleihen, dies aber auf Kosten der Biegefestigkeit, die sicn stark verringert. Es lassen sich sogar bei Verwendung geeigneter Polyesterharzmischungen, deren Bruchdehnung nach dem Erhärten groß bleibt, Polyester-' laminate mit Polyesterfaserverstärkung herstellen, die bei den genormten Biegeversuchen überhaupt nicht brechen.

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Die bisher erreichbaren Biegefestigkeiten der mit Polyesterharzen armierten Laminate liegen jedoch weit unter den entsprechenden Werten für glasfaserverstärkte Laminate, und die erzielbaren Formsteifigkeiten sind relativ gering. Derartige Laminate sind offenbar in der Praxis - trotz ihrer wesentlich höheren Dehnbarkeit und geringeren Bruchempfindlichkeit - den glasfaserverstärkten Laminaten höherer Festigkeit und Formsteifigkeit wirtschaftlich unterlegen.

Um zu günstigen technischen Eigenschaften zu kommen, wurde auch bereits vorgeschlagen, Polyesterfaservliese mit Glasseiden- { materialien und entsprechenden Harzen zu kombinieren; dadurch wird aber einerseits die Herstellung der Laminate sehr um-· ständlich, andererseits dürften die großen Unterschiede in den Zugfestigkeiten und Dehnungen der Glas- und Polyesterfasern keine auch nur annähernd proportionale Verteilung der Beanspruchungen auf beide Faserarten möglich machen. Über die Ergebnisse von Versuchen dieser Art wurde auch nichts bekannt.

Es sind auch bereits Polyesterfasern hoher Zugfestigkeit, d.h. mit Werten von etwa 77 bis 87 kg/mm" bekannt geworden. ä

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten Polyesterlaminate mit Armierung aus Polyesterfasern technisch zu verbessern., insbesondere ihren Gebrauchswert zu steigern und ihre Verwendung wirtschaftlich zu gestalten.

• Das erfindungsgemäße Pol^esterlaminat aus härtbarem Polyesterharz, in das zur Verstärkung zumindest ein Faservlies oder

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eine Fasermatte aus Polyesterfasern eingebettet ist, deren Pasern mit dem härtbaren Polyesterharz in fließfähigem Zustand getränkt und durch Aushärten des Harzes fest in diesem gebunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies oder die Fasermatte aus an sich bekannten Polyesterfasern hoher Zugfestigkeit besteht. *

Diese Polyesterfasern verhalten sich bekanntlich bei Zugbeanspruchungen weitgehend vollelastisch, erst kurz unterhalb der Zugfestigkeitsgrenze bei einer Dehnung von etwa 6 % setzt ohne wesentlichen ZugkraftZuwachs eine relativ geringe Reckung ein, die schnell zum Bruch führt.

Es v,<ar daher nicht zu erwarten, daß die Verwendung der-, artiger hochfester Polyesterfasern angesichts der starken Schrumpfung des Einbettungsharzes bei der Härtung eine wesentliche Verbesserung gegenüber Glasfasern ergeben würde, deren Bruchdehnung zv^ar nur 5 bis 4 % beträgt, deren Zugfestigkeit aber doppelt so hoch wie die der Polyesterfasern hoher Zugfestigkeit ist. Trotz solcher Bedenken durchgeführte Versuche haben jedoch den Beweis erbracht, daß die erfindungsgemäße Verwendung solcher Polyesterfasern zur Verstärkung von Polyesterlaminaten eine nicht voraussehbare Verbesserung der technischen Eigenschaften der Laminate ergibt.

Die Herstellung der mit Matten oder Vliesen aus hochfesten Polyesterfasern armierten Polyesterlarninate erfolgt in der gleichen Weise, wie es für glasfaserver&ärkte Polyester-Laminate

bekannt ist: 909841/1247

BAD OB^iNAL

Die Paservliese oder -matten werden mit einer frisch zubereiteten, flüssigen Mischung aus in einem polymerisierbaren Monomeren gelösten ungesättigten Polyesterharz, zumindest einem Katalysator und gegebenenfalls einem Beschleuniger sowie einem Füllstoff vollständig durchtränkt; die Polymerisation der Mischung und die Härtung erfolgen bei mäßigen Temperaturen ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile und bei relativ geringem Formungsdruek. Gebogene oder gewölbte Laminate lassen sich in entsprechenden Formen herstellen.

■ Der Gewichtsanteil der hochfesten Polyesterfasern bzw. ™ der Vliese in dem Polyesterlaninat kann im Bereich von 155 bis "jO % liegen; ein Anteil von 15 ¹P genügt bereits, um eine deutliche Erhöhung der Biegefestigkeit und der Scnlagzähigkeit zu gewährleisten; ein Anteil von 50 % stellt etwa die oberste Grenze dar, bis zu der nocn eine ausreichend innige und feste Verbindung bzw. Einbettung der einzelnen Pasern in das Grund-Kunstharz möglich und infolgedessen noch eine Steigerung der mechanischen Festigkeitswerte erzielbar ist.

Der wesentliche technische Vorteil der erfindungsgemäß " mit hochfesten Polyestern verstärkten Polyesterlaminate gegenüber glasfaserverstärkten Laminaten liegt in der unerwartet hohen Schlagzähigkeit und einer p;roi3en Pormänderungsarbeit, die das Material aufnimmt, ehe ein Bruch eintritt; p~e>hinüber Laminaten, die mit normalen Pol/esterfasern verstärkt sind, ergibt sich nicht nur eine an «ich wohl voraussehbare Steigerung uor Festigkeitsv/erte unu der Formsteifigkeit bei gleichen

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Faseranteilen; die Laminate gemäß der Erfindung haben noch eine weitere, überraschende Eigenschaft, die vor allem bei ihrer Verwendung für Karosserieteile, Boote od.dgl., sehrvorteilhaft ist.

Es hat sich gezeigt, daß selbst relativ dünnwandige Platten mit einer Stärke von wenigen Millimetern, die durch Druck, Schlag oder 3toi3 eingebeult werden, ohne dabei zu brechen, allein durch Erwärmen der Verformungsstelle auf eine Temperatur

. von etwa 110 bis 1^0° von selbst wieder weitgehend in ihre ursprüngliche Form zurückgehen. Es ist nicht erforderlich, eine solche Beule mit Kraftanwendung herauszudrücken. Dies bedeutet insbesondere für aus solchen erfindungsgemäßen Laminaten hergestellte Autokarosserietei.Le eine wesentliche Vereinfachung der Reparaturen von Verbeulungen auch an Stellen, welche von der Rückseite nicht oder nur ungenügend zugänglich sind. Das Beseitigen solcher Beulen kann mit einer beliebigen Wärmequelle, /fie einem Gasbrenner, einer Lötlampe, od.dgl. vorgenommen werden, mit. der man die beispielsweise mit Asbestge-/.ebe abgedeckte Verbeulung allmählich auf die "Rückverformungsternperatur" erwärmt.

Diese überraschende Erscheinung läßt sich vielleicht dadurch erklären, daß die Polyesterfasern hoher Zugfestigkeit, die bereits während ihrer Herstellung vorgereckt und deshalb als "hochfest" bezeichnet werden, die durch eine kalte Verformung des Laminats infolge eines Druckes oder Stoßes bedingten inneren Zugspannungen beibehalten, und diese Zugspannungen

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dann bei einer Erwärmung des Laminats auf die "Erweichungstemperatur" des Einbettungsmaterials die eingetretene Verformung zumindest sehr weitgehend wieder rückgängig machen, indem sie das Einbettungsraaterial, das sich zunächst "bleibend" verformt hat, in'die ursprüngliche Form "zurückziehen".

In der Zeichnung sind die Ergebnisse von Biegungsversuchen zum Vergleich in zwei graphischen Schaubildern einander gegenübergestellt.

Fig. 1 zeigt das Verhalten eines Prüfstabes aus ™

glasfaserverstärktem Polyesterharz mit 35 ^ Glasseidematten-Verstärkung;

Fig. 2 zeigt demgegenüber das Verhalten eines entsprechenden Prüfstäbes mit Verstärkung durch 25 % Polyestervliesmatten.

In beiden Schaubildern ist in der Ordinate die Biegungs,2
und außerdem die Zeit aufgetragen.

beanspruchung (T"_B in kp/cm und in der Abszisse die Dehnung

Der glasfaserverstärkte Prüfstab hat eine Biegefestigkeit von 1500 kp/cm , er bricht ohne vorherige plastische Verformung (Fig. 1).

Der ,Prüf stab aus erfindungsgemäßen mit dehnbaren Polyesterfasern hoher Zugfestigkeit verstärkte Prüfstab zeigt demgegenüber ein ganz anderes Verhalten; der Elastizitätsmodul des Stabmaterials ist kleiner; die Dehnung nimmt nur bis zu einer Biegebeanspruchung von etwa 600 kp/cm" proportional

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mit der Biegungsbeanspruchung zu. Dann setzt eine plastische Verformung unter starker Dehnung ein, bis bei einer Biegungs-

beanspruchung, von etwa 1200 kp/cm der Bruch erfolgt.

Die von dem Prüfstab aufgenommene Formänderungsarbeit ist ein Vielfaches derjenigen Formänderungsarbeit, die der glasfaserverstärkte Prüfstab bis zum Bruch aufnehmen kann. In dieser Beziehung entspricht das Verhalten des erfindungsgemäßen Materials dem von zähen Metallblechen, wie sie für den Karosseriebau, den Bootbau und ähnliche Zwecke verwendet wer-

Bei Schlagzähigkeits-Versuchen nach DIN 53 ^53 ergibt sich für das erfindungsgemäße Kunstharzlaminat mit 25 # Kunstfaser-

mattenanteil ein Wert von etwa 200 kpcm/cm , also mehr als das Vierfache des entsprechenden Wertes für glasfaserverstärktes Kunststofflaminat.

Die Martens-Festigkeit von erfindungsgemäßen Kunststoff-Laminaten aus härtbaren Polyesterharzen, die mit Matten oder Vliesen aus Polyesterfasern verstärkt sind, liegt im vorliegenden Fall bei etwa 87⁰C, während für das verwendete gehärtete Polyesterharz selbst die Martens-Festigkeit bei etwa 90⁰C liegt; die Wärmestandfestigkeit nimmt also nur sehr wenig ab, so daß die erfindungsgemäßen Kunstharzlaminate überall dort eingesetzt werden können, wo man bisher glasfaserverstärkte Laminate verwendet hat. Dabei wird die Gefahr von Brüchen infolge von Stoßoder Schlagbeanspruohungen ganz wesentlich verringert, weil das

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neue Material bei derartigen Beanspruchungen vor seinem Bruch hohe Arbeitsbeträge durch Formänderung aufnimmt, ehe es bricht; die dabei auftretenden Verformungen lassen sich leicht wieder rückgängig machen, wenn man das Material nach Erwärmen über seinen Erweichungspunkt in die ursprüngliche Form zurückdrückt. In gewissen Grenzen ist dies auch im kalten Zustand möglich.

Ein weiterer Vorteil des neuen erfindungsgemäßon Materials liegt darin, daß sein spezifischen Gewicht etv-a 1,2 kg/dnr beträgt, während das spezifische Gewicht von Glasfaser-Polyester bei etwa 1,8 liegt.

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Faserverstärktes Polyesterlaminat aus härtbarem Polyesterharz, in das zur Verstärkung zumindest ein Faservlies oder eine Fasermatte aus Polyesterfasern eingebettet ist, deren Fasern mit dem härtbaren Polyesterharz in fließfähigem Zustand getränkt und durch Aushärten des Harzes fest in diesem gebunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

ψ das Faservlies oder die Fasermatte aus an sich bekannten Polyesterfasern hoher Zugfestigkeit besteht.

2. Polyesterlaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der hochfesten Polyesterfasern in dem Laminat etwa 15 bis 50 $ beträgt.

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