DE1570211A1 - Giessharz-Mischung - Google Patents

Description

Aktiengesellschaft Brown, Boveri 4 Cie., Baden. (Schweiz)

Giessharζ-Mischung

Die Erfindung^ betrifft, eine Gieasharz*-Ätschung mit der sonderen Eigenschaft, dass der Giessl^ng selbst dann noch rissfrei bleibt, wenn er niedrigen Temperaturen (unter O⁰C) ausgesetzt wird und feste Körper, beispieleweise Ptetallarmaturen, eingegossen sind»

Beim Aushärten von Giessharzen treten bekanntlich mitunter beträeifliehe Schwunderscheinungen auf, die Je nach Formgebung zu mehr oder weniger grossen inneren Spannungen führen können. Besonders wenn überdies noch feste Körper, beispielsweise Metallarmaturen mit Kanten oder Biüen eingegossen sindjf. führen diese Spannungen,- vor allem beim Abkühlen auf niedrige Temperaturen, zu mehr oder wenig«? grossen Bissen* die dee Giessling unbrauchbar machen.

Bekanntlich kann der Schwund in gewissen Grenzen durch Zusatz: eines Füllstoffes vermindert werden,, dessen thermische Auskleiner ist als die bei der Aushärtung auftretende

des reinen Harzes* Aber hierdurch lässt sioft

909830/1286

- 2 - 69/65

die Rissanfälligkeit eines Gieseharzes nicht beseitigen« da dem Zusatz durch die mit seinem Anteil immer schwieriger werdende Verarbeitbarkeit (hohe Viskosität Aer Oiessharzmischung) Grenzen gesetzt sind» Man hat nun versucht, die Rissanfälligkeit durch Zusatz von Weichmachern oder reaktiven Flexibillsatoren zu beseitigen; diese Lösung 1st jedoch nicht immer befriedigend, da die mechanischen und thermischen, teilweise auch die dielektrischen Eigenschaften des Giesslings hierdurch ungünstig beeinflusst werten.

Es ist weiterhin bekannt, dass die mechanische Festigkeit von Kunstharzgegenständen durch Armierung mit"Faeermaterial, beispielsweise Glasfasermatten, bedeutend verbessert werden kann. -Eine solche -Armierung muse jedoch ^ron HawdTin die Gieasform eingelegt werden, ist kostspielig, umständlich zu handhaben und 4faum geeignet zur Herstellung von Glees-1 Ingen, die In gr'dsseren Serien hergestellt werden sollen. Man hat daher auch schon versucht, Giessharze mit sogenannten Ultrakurz-Glasfasern, auch In Kombination pit $uarzmehl« zu füllen,, um auf diese Veise die Armierung Hit dem Harz zusammen giessen zu können. Ss hat -sich aber gezeigt, dass diese Ultrakurz-Glasfaeern dem Giessling kein« besseren mechanischen Eigenschaften verleihen als Quarzmehl, -eo das« «.s keinen Fortschritt bedeutet, Quarzmehl durch ültrakurz-Glaefa- *evn zu ersetzen; obendrein ist mit den letzteren aus Gründen der Verarbeitbarkeit keine so hohe Füllung erreichbar wie

BAD ORIGINAL 909830/1286

- 3 - 69/65

mit Quarzmehl, das zudem billiger ist, so dass eine solche Anwendung von Ultrakurz-Glasfasern wirtschaftlich oft nicht vertretbar wäre.

Der Erfinder hat nun die überraschende Peststellung gemacht, dass schon durch Zugabe einer verhältnismässig geringen Menge kurzer Fasern zu einem normal gefüllten Giessharz die Rissanfälligkeit des fertigen Giesslings ausserordentlich stark verringert werden, kann, und zwar- ohne dass die sonstigen Eigenschaften des Giesslings ungünstig beeinflusst würden. Die Lösung der Aufgabe, eine Giessharz-Mischung zu schaffen mit der besonderen Eigenschaft, dass der Giessling selbst dann noch rissfrei bleibt* wenn feste Körper eingegossen sind, ist nach der Erfindung eine-Giessharz-Mischung,, die mindestens aus Giessharz* Härter, feinkörnigem anorganischem Füllstoff und Kurzfasern besteht, und bei welcher der Anteil der Kurzfasern 5 bis 50 Gewichtstelle auf 100 Gewichtsteile Giessharz beträgt.

Weiterhin ist es nach der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn cycloaliphatische« Epoxydharz als Giessharz, Korund als feinkörniger anorganischer Füllstoff und Glasfasern von ungefähr 1 mm Länge als Kurzfasern dienen» und wenn derartige Giessharz-Mischungen zur Herstellung von Giesslingen, insbesondere solchen mit eingegossenen festen Körpern verwendet werden. Die Länge der Fasern kann abweichen, etwa im Ee-

909830/1286

BAD

- 4 - 69/65

: reich 0,5 bis 5 mm ^ ohne dass »Ich hierdurch bemerkenswerte Aenderurjgen in den Eigenschaften der Oieeeharz-Miechung ergeben.

Cycloaliphatische Epoxydharz ist bekanntlich u-a. 4*eg*n seiner hohen Temperatur-, Freiluft- und :Lichtbogenbe»tändigkeit al-6 Giessharz besonders vorteilhaft* aber -leider besitzt es an sich,wie auch In Form von bekannten Mischungen zubereitet, zugleich den Nachteil eines besonders starken Schwundes beim Aushärten und im Zusammenhang damit tintr besonders starken Rissanfälligkeit. 0er Vorteil der Erfindung kommt besonders bei diesem Harz zur Geltung» bei dem damit eine Rissanfälligkeit etwa gleich gering wie mit anderen, nach der Erfindung zubereiteten Harzen erzielt wird.

Ee hat eich herausgestellt, dass Korund zusätzlich zu der gemüse der Erfindung relativ geringen Menge Kurzfasern in gröseerer Menge als Füllstoff beigefügt werden kann als beispielsweise Quarzmehl, so dass die Anwendung von Korund wirtschaftlich ist- und zu erhöhter Verminderung des Sehwundes benutzt werden kann. Die in den weiter unten aufgeführten Beispielen angegebenen Füllstoffmengen sind als ungefähre Höchstmengen zu verstehen, die ein wirtschaftliches Oiessen noch gestatten, und zwar bis zu einem Kurzfasergehalt von etwa 25 Gtwichtiteilen auf 100 Gewichteteile Giestharz. Erhöht man den KuTZfaeergehalt auf daß Doppelte dieeee Wertes, so halb\iert eich nach einer Faustregel der mit Rückeicht auf

909830/1286

-·■...■■■- 5" ■-.. 69/65

das dessen höchst zulässige Füllst off gehalt ungefähr; dl« hierbei noch erzielte Verbesserung bezüglich Rissfreiheit des Glessllngs 1st darin nicht mehr bedeutend* während andererseits eine u.U. ins Gewicht fallende Verteuerung durch die zum Füllen einer Form dann erforderliche, grosser· Harzinenge resultiert« Wo Materialkosten eine wesentliche Rolle spielen, kann also eine Mischung mit ungefähr 25 Gewichtsteilen Kurzfasern, bezogen auf das Harz, und hinsichtlich Giessbarkeit maximalem FUllstoffgehalt als optimal betrachtet werden. Ein Kürzfaserngehalt von weniger als 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Harz würde wiederum keine wesentliche Wirkung im Sinne der Aufgabe zeitigen, aber auch keine wesentlich stärkere Füllung mit Korund oder dergleichen gestatten^

Die Härtermenge kann der et ö^chiome tr Ischen Menge entsprechen, aber es können auch In bekannter Welse Abweichungen hiervon vorgesehen werden, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen. Dem Giessharz-Gemlsefe gemäss der Erfindung kann ferner beispielsweise ein Beschleuniger beigefügt werden, und Sonderfälle in den Anwendungen können weitere Zusätze wünschenswert oder erforderlich machen, ohne dass hierdurch der Bereich der Erfindung überschritten würde. So wa>e es ausnahmsweise zur Erzielung völliger Rlssfreiheit unter extremen Bedingungen sogar denkbar, dass Wichmacher oder Flexibllisatoren zusätzlich beigegeben werden« und zwar dann, wenn neben der völligen Rissfreiheit des Oiesslings andere Eigtn-

909830/1286

BAD

- 6 -. ·' 69/65

schäften eine untergeordnete Rolle spielen, die durch; solche

Xi ^;ώ

Zusätze verschlechtert werden» Der Vorteil der Erfindung besteht dann darin« dass zur Erzielung der gleichen Riasfreiheit wie ohne den Kurzfaserngehalt eine geringere Menge solcher Zusätze ausreicht und dementsprechend die übrigen Eigenschaften des Olesalings in geringerem Masse verschlechtert werden.

Die nachfolgende Tabelle 1 gibt Über die Resultete einiger Versuche Aufschluss, die zur Abklärung des Einflusses des Kurzfaserngehaltea auf die Rissbildung vorgenommen wurden. Die Proben wurden nach der von JeIlineck angegebenen Methode hergestellt; hierbei wird in einer Form von 105 ram Durchmesser eine scharfkantige Kupfersehiene mit den Abmessungen 190 χ 6o χ 8 mm »it 1 kg Giessharz vergossen. Bezüglich Rissbildung stellt dies extreme Bedingungen dar. Man erkennt den überraschenden Einfluss des Kurzglaefaserngehaltee gemüse der Erfindung. Die sonst gebräuchliche Füllstoffmenge wurde im Falle des Zusatzes von Kurzfasern nur unwesentlich vermindert, um bezüglich des Qiessene vergleichbare Bedingungen herzustellen. Soweit Risse auftraten» gingen diese von den Kanten der eingegossenen Kupferschiene aus; nur soweit in Tabelle 1 "gespalten" vermerkt 1st, gingen die Risse bis an den äuaseren Umfang der Giesslinge durch. Die kleineren Risse waren nur wenige Millimeter lang, die Mikrorisse blieben in ihrer Länge unter 1 mm. Bei Wiederholungen von Versuch 5 (Tabelle 1) traten teilweise nicht einmal Mikrorisse

909830/1286 bad original

Tabelle 1 - 7 *

Versuch Rr.	Zusammensetzung der Mischung	Härter X157/2227**) Gew.Telie	Beschleuniger DMP-30»**) Gew.Teile	Füllstoff Al51O, °) Gew.feile	Glasfasern 0- mti LUi&) Gew.Teil«	Beobachtungen am Giessling	während der Kältebehandlung
1	Harz #« Unox 201 ' Gew.Teile	115	1,5	4>0	-	wShrend der Abkühlung
2>	100	115	1,5	400	10	Bei Raumtemperatur gespalten	Bei -20°C nach Jj 1 Stunde gespalten ,
3	100	115	1,5	400	15	Bei Raumtemperatur kleine Risse	Nach 24 Stunden bei -20 C bleiben die Risse klein. Zweiter Zyklus bei -20 C: gespalten
4	100	115	1,5	400	20	Bei Raumtemperatur kleinere Risse als bei 2	Nach 24 Stunden bei -20 C bleiben die Risse so klein.Zwei ter Zyklus bei -20 C: Nach 24 Stunden nicht gespalten.
5	100	115	1,5	400	25	Bei Raumtemperatur äusserst kleine Risse	Nach 24 Stunden bei -20 C bleiben die Risse so klein. Zwei ter Zyklus bei -20 C: Die Risse bleiben so klein
100	Bei Raumtemperatur Wenige Mikrorisse

♦) Warenzeichen der Firma Union Carbide. Härtung: 4 Stundfn bei 80°C und anschliessend 15 St. bei l4o°C *»)Produkt der Firma CIBA ··») Produkt der Firma Rohm and Haas COw o) Elektrcwrund der Firma Stark

- 8 - 69/65

In den nachfolgenden drei Beispielen werden technisch und wirtschaftlich vorteilhafte, praktisch bewährte, der Erfindung entsprechende Rezepturen angegeben und die Beobachtungen an Proben nach Jellineck sowie die Resultate von Festigkeit?·- Prüfungen nach Schweizer Normen "mitgeteilt.

Beispiel 1
Zusammensetzung der Mischung:

100 Gew.-Teile cycloaliphatisches Epoxydharz (Epoxydäquiyalentgewicht 158),

115 Gew.-Teile cycloaliphatische^ Anhydrid-Härter 1,5 Gew.-Teile Beschleuniger (tertiäres Amin) 400 Gew.-Teile Korund (AIgO,), 25 Gew.»Teile Kurzglasfasern, ca. 1 mm lang

Harz, Beschleuniger, Härter und Glasfasern werden bei Raumtemperatur gemischt. Nach Erwärmung auf 8O⁰C unter Rühren wird der Korund beigegeben und die Masse innig gemischt. Das Giessen erfolgt zweckmässigerweise unter Vakuumj gehärtet wird 4 Stunden bei 80°C und anschllessend 15 Stunden bei l40°C. An Proben nach Jellineck, die mit der Mischung nach diesem Beispiel hergestellt wurden, waren während der Abkühlung auf Raumtemperatur keine Risse festzustellen (bei einer Vergleichsprobe ohne die Kurzglasfasern trat hierbei Spaltung ein), Nach einem Zyklus 24-stündiger Lagerung bei -SO⁰C wurden wenige Mikrorisse festgestellt, nach mehreren solchen Zyklen war der Zustand unverändert. An nach diesem Beispiel hergestellten,

90983&/12Θ6

" ^; - 9 - 69/65

ausgehärteten Proben wurden folgende Festigkeitiwerte-ermittelt:

Martenstemperatur l5o°C nach VSM 1. Entwurf

' 2 Schlagbiegefestigkeit · 4,5 emkg/cm

nach VSM 77 105

Biegefestigkeit 7»& kg/nun

nach VSM- 77 103

Zusammensetzung der Mischungr

100 Oew^-Teile cycloaliphatisches Epoxydharz

115 Gew#-Teile eyelösllphatischer Anhydrid-HKrter 1j5 CFew,-Teile Beschleuniger (tertlSree Amin) 400 Oew.-Teil· gtglühter Patalit 15 0ew»-Teil# Kta*xg3:Äi5fea*rn* cit. X rran lang

Zubereitung, 0lessen und Aushärtung werden wie Im Beispiel 1 durchgeführt. An Proben nach Jellineek, die mit der Mischung nach Beispiel 2 hergestellt wurden* waren wührend der Abkühlung auf Raumtemperatur keine Bisset festzustellen, und die Rissfreiheit blieb nach Lagerung bei - 2O⁰C erhalten- An nach diesem Beispiel hergestellten» ausgehärteten Proben wurden folgende Festigkeitswerte ermitteltι

Martens temperatur 164⁰C nach VSM 1. Entwurf

Schlagbiegefestigkeit 5#0 cm kg/cm nach VSM 77 1Θ5

Biegefestigkeit- 9,.O kg/mm² . nach VSM 77

909830/1236

- XO -' '.":"'■ 09/65

Zusammensetzung der Mischungι

100 Gew.-Teil« cycloaliphatische» Epoxydharz {Spoxydiqulvalentgewieiit ISS)

115 Gtw.-T#U* cycloallphafclecher Anhydrid-Härter 1,5 Gew.-Teile Beschleuniger (tertiäre« AmIn) 380 Q*w»-Teile Quarzmeni (SiOg) SO Gew--Teile Kurzglnafaeern, ca. 1 ram lang

Zubereitung, Oiee&en 4ind Au»hÄrtung werden *rie im Beispiel 1 durchgeführt» ^n Proben nach J«llin»ck, die mit der Mischung nach Beispiel 3 hergestellt wurden, waren während der Abkühlung auf Raumtemperatur nur kleine Ria«· festzustellen* die arlbst nach lagerung wShrtnd 24 Stunden bei -tO°C unverändert bleiben. In nach diese» Beispiel hergestellten aaagehKrteten Proben wurden folgende Festigkeltswerte ermittelt:

Marttnettmperatur nach VSM 1. Entwurf

Schlagbietefestigkeit 5,0 cm kg/cm² 7

nach JVSM 77

Biegtfeatigkeit 9*0 kg/mm² nach VSM 77 103

909830/1286 bad original

Claims (6)

1. - 11 - 69/65 D

   Patentansprüche

   l.iGiessharz*Mischung_i mindestens bestehend aus Giessharz, j

   Härter, ffinkörnigem anorganischem Füllstoff und Kurzfasern, j

   bet welcher der Anteil der Kurzfasern 5 bis 50 Gewichtstelle ' auf 100 Gewichtsteile Giessharz beträgt.
2. 2. Gieesharz-Mischung nach Anspruch 1, bei welcher ayolpaliphatisches Epoxydharz als Giessharz dient. :
3. 3. Giessharz-Mischung nach Anspruch 1, bei welcher Korund als feinkörniger anorganischer Füllstoff dient.
4. 4. Giessharz-Mischung nach Anspruch l,bei welcher Glasfasern von ungefähr 1 mm Länge als Kurzfasern dienen.
5. 5- Giessharz-Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in ihrer Verwendung zur Herstellung von Glessllngen.
6. 6. Giessharz-Mischung nach Anspruch 5* wobfei die Giesslinge eingegossene feste Körper enthalten.

   Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI A CIE.

   909830/1286