DE19537449A1

DE19537449A1 - Verfahren zur Herstellung von Schichtpreßstoffen

Info

Publication number: DE19537449A1
Application number: DE19537449A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr Boettcher; Ulrich Stieber; Antonietta Tumminello
Original assignee: Bakelite AG
Current assignee: Hexion Specialty Chemicals AG
Priority date: 1995-10-07
Filing date: 1995-10-07
Publication date: 1997-04-10
Also published as: WO1997013630A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lösemittel freien Herstellung von Schichtpreßstoffen und diese enthaltenden Bauteilen.

Gemäß dem Stand der Technik (vgl. Kunststoff-Handbuch Bd. 10 "Duroplaste", Hauser-Verlag, 2. Auflage (1988) ff) werden flächige Trägermaterialien mit duroplasti schem Harz und gegebenenfalls Härter imprägniert oder beschichtet, getrocknet und vorgehärtet und diese soge nannten Prepregs zu gleichgroßen Stücken geschnitten, gestapelt und zwischen Stahlblechen oder in Formen un ter Erhitzen gepreßt.

Das(die) duroplastische(n) Harz(e) härtet(n) dabei und die einzelnen Lagen werden fest miteinander und gegebe nenfalls mit weiteren innenliegenden strukturteilen verbunden.

In jedem Fall ist dabei für die Herstellung der Pre pregs ein gesonderter Arbeitsprozeß notwendig. Zudem wird dabei fast immer Lösemittel benötigt, sei es zum Lösen des Harzes für das Imprägnierbad oder zum Geschmeidigmachen einer Beschichtungsmasse, es sei denn, das Harz wird aufgeschmolzen und in einem Schmelzverfahren auf das Trägermaterial aufgebracht. Bei Verwendung von Lösemitteln muß dieses in einem auf wendigen Trocknungsvorgang entfernt werden, was nur bedingt gelingt. Es verbleiben immer Restlösemittel (4-6% Flüchtige), die dann bei der Härtung austreten und die Zwischenlagenhaftung beeinflussen.

Das Herstellen der Prepregs im Schmelzauftragsverfahren hat die Nachteile, daß das Harz längere Zeit in der Schmelze gehalten werden muß. Dadurch steigt die Visko sität an und es erhöht sich die Gefahr von Luftein schlüssen und daraus bedingt von mangelnden Laminatei genschaften. Außerdem ist dabei nicht gewährleistet, daß das Harz auch zwischen alle Filamente gelangt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Schichtpreßstoffen bereitzustellen, das die Herstellung in einem Arbeitsprozeß erlaubt, das lösemittelfrei arbeitet und bei dem das Harz nicht in einem Schmelzverfahren auf das Trägermaterial aufge bracht wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren ge mäß der Ansprüche 1-6 sowie durch Schichtpreßstoffe gemäß der Ansprüche 7 und 8.

Es wurde gefunden, daß sich hochwertige Schichtpreß stoffe in einfacher Weise dadurch herstellen lassen, daß flächiges Trägermaterial auf zumindest einer Fläche mit festem, wärmeschmelzbarem oder granuliertem duro plastischem Bindemittel bestreut wird, mehrere derartig hergestellte Lagen, gegebenenfalls nach Zuschnitt, aufeinandergelegt und in an sich bekannter Weise bei Temperaturen oberhalb der Schmelz- und Härtungstempera tur des duroplastischen Bindemittels miteinander ver preßt werden, sofern die Menge an duroplastischem Bin demittel im Bereich von 20-80 Gew.-%, bevorzugt im Be reich von 35-55 Gew.-% des bestreuten flächigen Träger materials beträgt.

Bei dieser Menge durchdringt das während des Preßvor gangs aufgeschmolzene Bindemittel das Trägermaterial und füllt alle Zwischenräume aus. Darüber hinaus ver bleibt ausreichend Bindemittel, um einen ausreichenden Verbund einzelner miteinander verpreßter Lagen entspre chend bestreuten Trägermaterials miteinander zu bewir ken.

Überraschenderweise erfolgt diese neue Art der Schmelz imprägnierung des flächigen Trägermaterials so schnell, daß alle Fließvorgänge des Bindemittels abgeschlossen sind, bevor die Härtung dieses Fließen be- und verhin dert.

Die Bepulverung einzelner Textillagen mit duroplasti schen Bindemitteln bei der Herstellung von Verbundwerk stoffen ist aus EP-A 0 406 353 bekannt. Hierbei werden jedoch nur 3-25 g Bindemittel je m² Textillage (das entspricht weit weniger als 10 Gew.-%) aufgebracht, um die einzelnen Textillagen miteinander zu verkleben und um ein gegenseitiges Verrutschen zu verhindern.

Schichtpreßstoffe lassen sich mit dem Verfahren gemäß EP-A 0 406 353 nicht herstellen. Hingegen erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren beim Preßvorgang eine gleichmäßige Durchdringung des flächigen Trägerma terials ohne daß störende Anteile von Lufteinschlüssen gebildet werden.

Somit lassen sich hochwertige Schichtpreßstoffe wie Laminate, Trägerplatten oder Basisplatten für Leiter platten ebenso herstellen, wie Leichtbauelemente, bei denen zwischen den Lagen von flächigem Trägermaterial Strukturteile wie z. B. Waben- oder Schaumkerne einge preßt sind.

So wurde überraschenderweise gefunden, daß die physika lischen Eigenschaften eines erfindungsgemäß mit einem Standard Phenolharz hergestellten Laminats besser sind als die eines Laminats, das mit dem gleichen Phenolharz nach dem Stand der Technik hergestellt wurde.

Als flächiges Trägermaterial kann Papier ebenso einge setzt werden wie Gewebe oder Vlies aus synthetischen oder natürlichen Textilfasern, aber auch aus Glas-, Kohlenstoff-, Bor-, Silicium-, Siliciumcarbid- oder Aramid-Fasern oder Gemischen einzelner Fasertypen mit einander.

Duroplastische Bindemittel sind in der Wärme härtende Präpolymere (Harze) oder latente Präpolymer-Härter-Ge mische. Diese Bindemittel sind bei Raum- und Applikati onstemperatur fest, bei Applikationstemperatur an der Oberfläche leicht klebrig. Diese Klebrigkeit kann beim Aufstreuvorgang gezielt eingestellt werden, in dem die Harze oder gegebenenfalls auch das flächige Trägermate rial mittels Strahlern an der Oberfläche erwärmt wer den.

Die Bindemittel müssen schmelzbar sein, d. h., ihr Schmelz- oder Erweichungspunkt muß unterhalb der Här tungstemperatur liegen.

Beispiele für derartige Bindemittel sind die an sich aus den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Schichtpreßstoffen bekannten Duromere oder Duromer-Härter-Gemische, insbesondere selbsthärtende Phenolharze, nicht selbsthärtende Phenolharz-Härter-Gemische (Novolak/Hexa), Epoxidharz-Härter-Gemische oder Epoxidharz-Novolak-Gemische. Diese Bindemittel liegen in Form von rieselfähigem Pulver oder Granulat vor und werden in an sich bekannter Weise in der notwendigen Menge auf min destens einer Seite eines flächigen Trägermaterials aufgebracht, wobei das Trägermaterial vor oder nach dem Aufbringen des Bindemittels zugeschnitten sein kann. Nach dem Aufbringen des Bindemittels oder der Bindemit tel werden mehrere Lagen des Trägermaterials und gege benenfalls Strukturteile in an sich bekannter Weise übereinander gestapelt und zwischen Stahlblechen oder in Formen unter Erhitzen auf eine Temperatur über die Härtungstemperatur des Präpolymers gepreßt.

Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver fahrens, daß das gesamte Verfahren in einem abgeschlos senen Arbeitsprozeß erfolgen kann und daß sowohl das Bestreuen des flächigen Trägermaterials als auch das Verpressen kontinuierlich durchgeführt werden kann. Dabei können lange Bahnen flächigen Materials bestreut werden, aber auch, gewissermaßen in Abwandlung des Vor hanggießverfahrens, fertig zugeschnittene Folien-, Ge webe- oder Vliesteile. Durch diese kontinuierliche Fer tigung bietet sich für das Verpressen der einzelnen Lagen miteinander die Verwendung von kontinuierlichen Doppelbandanlagen an.

Beispiele Beispiel 1

Glasgewebe mit einem Flächengewicht von 296 g/m² wird mit einem IR-Strahler bestrahlt und jeweils an der be strahlten Stelle mit einem gemahlenen Phenolresol (Par tikelgröße <200 µm) bestreut, so daß das bestreute Ge webe einen Harzgehalt von 40 ±3 Gew.-% hat. Acht derartig hergestellte Gewebe lagen werden übereinandergelegt und bis 135°C innerhalb von 25 min zu einem 2 mm dicken Laminat verpreßt.

Die bei der Prüfung des Laminats erhaltenen Ergebnisse finden sich in der Aufstellung.

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1 werden Glasgewebe mit einem Novolak-Hexa-Gemisch (10% Hexa) bestreut und zu einem 2 mm dicken Laminat verpreßt.

Vergleichsbeispiel 1

Glasgewebe mit einem Flächengewicht von 296 g/m² wird mit einer alkoholischen Lösung eines Phenolresols gemäß Beispiel 1 imprägniert und anschließend bei 130°C ge trocknet und zum B-Zustand angehärtet. Das so hergestellte Prepreg hat einen Harzgehalt von 40 ±3% und einen Flüchtigengehalt von 5%.

Acht derartige Prepregs werden übereinandergelegt und bis 135°C innerhalb von 75 min zu einem 2 mm dicken Laminat verpreßt. Die bei der Prüfung des Laminats er haltenen Ergebnisse finden sich in der Aufstellung.

Vergleichsbeispiel 2

Analog zu Vergleichsbeispiel 1 werden Prepregs herge stellt und zu einem 2 mm dicken Laminat verpreßt, wobei jedoch eine alkoholische Lösung des Novolak-Hexa-Gemisches gemäß Beispiel 2 verwendet wird. Die bei der Prü fung des Laminats erhaltenen Ergebnisse finden sich in der Aufstellung.

Prüfung der Laminate aus

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Schichtpreßstoffen durch Verpressen von mehreren Lagen von flächigem Trägermaterial und duroplastischem Harz bei Tempe raturen oberhalb der Härtungstemperatur des duro plastischen Harzes, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Trägermaterial mit 20-80 Gew.-%, bezogen auf das bestreute Trägermaterial, festem pulverförmigem oder granuliertem duroplastischem Bindemittel auf zumindest einer Fläche bestreut, mehrere derartig hergestellte Lagen aufeinander legt und bei Temperaturen oberhalb der Schmelz- und Härtungstemperatur des duroplastischen Binde mittels miteinander verpreßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Trägermaterial mit 35-55 Gew.-% duroplastischem Bindemittel bestreut wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestreuen des flächigen Trägermaterials und das Verpressen kontinuierlich durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Bindemittel ein selbsthärtendes Phenolharz ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Bindemittel ein Gemisch aus einem nicht selbständig härtenden Phenolharz und einem latenten Härter ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Bindemittel ein Gemisch aus einem Epoxidharz und einem laten ten Härter ist.

7. Schichtpreßstoff, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-6.

8. Schichtpreßstoff nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den Lagen von flächigem Trägermaterial Strukturteile eingepreßt sind.