Beschreibung

Verfahren zur Herstellung von Schichtpreßstoffen

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 1-7 sowie durch Schichtpreßstoffe gemäß der Ansprüche 8 und 9.

Es wurde gefunden, daß sich hochwertige Schichtpre߬ stoffe in einfacher Weise dadurch herstellen lassen, daß auf flächiges Trägermaterial auf zumindest einer Fläche festes, wärmeschmelzbares,pulverisiertes oder granuliertes duroplastisches Bindemittel gleichmäßig verteilt aufgebracht wird, mehrere derartig

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hergestellte Lagen, gegebenenfalls nach Zuschnitt, auf¬ einandergelegt und in an sich bekannter Weise bei Tem¬ peraturen oberhalb der Schmelz- und Härtungstemperatur des duroplastischen Bindemittels miteinander verpreßt werden, sofern die Menge an duroplastischem Bindemittel im Bereich von 20-80 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 35-55 Gew.-% des bestreuten flächigen Trägermaterials 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 mit Bindemittel versehenen Trägermaterials mit¬ einander zu bewirken.

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 m ² 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 an sich bekannte, in der Wärme härtende Präpolymere (Harze) oder Präpolymer- Härter-Gemische. Bevorzugt sind es latente Präpolymer- Härter-Gemische, die zusätzlich Katalysatoren enthalten können, die die Härtungsreaktion unter Zufuhr unter¬ schiedlicher Energiearten, wie z.B. Wärme-, Mikrowel¬ len-, UV- oder Elektronenstrahlen-Energie katalysieren.

Diese Bindemittel sind bei Raum- und Applikationstempe¬ ratur fest, bei Applikationstemperatur an der Oberflä¬ che leicht klebrig. Diese Klebrigkeit kann beim

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Aufbringvorgang gezielt eingestellt werden, indem 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-Här- ter-Gemische, insbesondere selbsthärtende Phenolharze, nicht selbsthärtende Phenolharz-Härter-Gemische (Novo- lak/Hexa), Epoxidharz-Härter-Gemische oder Epoxidharz- Novolak-Gemische, aber auch Bismaleinimide, Polyester, Cyanatester, Benzoxazine und deren Gemische sowie deren Gemische mit Phenol- und/oder Epoxidharzen.

Den Bindemitteln können bis zu 30 Gew.%, bevorzugt 5-10 Gew.% Füll- und/oder Zusatzstoffe beigemischt sein. Beispiele hierfür sind Kreide, Kaoline, Glimmer und andere Silikate, Siliciumdioxid, insbesondere hochdi¬ sperse Kieselsäure, Schwerspat, Lithopone, aber auch Pigmente sowie Ruß und Titandioxid und insbesondere bis zu 20 Gew.% thermoplastische Harze oder Polymere. Diese Bindemittel oder mit Füll- und/oder Zusatzstoffen versehenen Bindemittelmischungen liegen in Form von rieselfähigem Pulver oder Granulat vor und werden in an sich bekannter Weise, etwa durch Aufstreuen, Aufstrei¬ chen oder Aufsprühen wie z.B. mittels Airless-Sprühen oder durch Aufbringen direkt aus einem Sprühtrocknungs- verfahren, in der notwendigen Menge auf mindestens ei¬ ner Seite eines flächigen Trägermaterials gleichmäßig

verteilt aufgebracht, wobei das Trägermaterial vor oder nach dem Aufbringen des Bindemittels zugeschnitten sein kann. Nach dem Aufbringen des Bindemittels oder der Bindemittelmischungen werden mehrere Lagen des Träger¬ materials und gegebenenfalls 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 Aufbringen des Bindemittels auf das flächige Trägerma¬ terial als auch das Verpressen kontinuierlich durchge¬ führt werden kann. Dabei können lange Bahnen flächigen Materials mit Bindemittel versehen werden, aber auch, gewissermaßen in Abwandlung des Vorhanggießverfahrens, fertig zugeschnittene Folien-, Gewebe- oder Vliesteile. Durch diese kontinuierliche Fertigung bietet sich für das Verpressen der einzelnen Lagen miteinander die Ver¬ wendung von kontinuierlichen Doppelbandanlagen an.

Beispiele

Beispiel 1

Glasgewebe mit einem Flächengewicht von 296 g/m ² 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 der¬ artig hergestellte Gewebelagen 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.

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

Verqleichsbeispiel 1

Glasgewebe mit einem Flächengewicht von 296 g/m ² 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 herge¬ stellte Prepreg hat einen Harzgehalt von 40 ^*" 3 % und einen Flüchtigengehalt von 5 %.

Acht derartige Prepregs werden übereinandergelegt und bis 135 ^Ω 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.

Verqleichsbeispiel 2

Analog zu Vergleichsbeispiel 1 werden Prepregs herge¬ stellt und zu einem 2 mm dicken Laminat verpreßt, wobei jedoch eine alkoholische Lösung des

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Novolak-Hexa-Gemisches gemäß Beispiel 2 verwendet wird, Die bei der Prüfung des Laminats erhaltenen Ergebnisse finden sich in der Aufstellung.

Prüfung der Laminate aus

Beispiel 1 Vergleichsb. 1 Resol

Biegefestigkeit [N/mm ² ] 25 °C 490 500 82 °C 425 400

Interlaminare Scherfestigkeit [N/mm ² ] 25 °C 29 25 82 °C 22 16

Schälfestigkeit auf Airex-Schaum Typ R 82.80, 10 nun [N] 96 85

Beispiel 2 Vergleichsb. 2 Novolak/Hexa

Biegefestigkeit [N/mm ² ] 25 °C 510 400 82 °C 420 320

Interlaminare Scherfestigkeit [N/mm ² ] 25 °C 32 22 82 °C 25 14

Schälfestigkeit auf Airex-Schaum Typ R 82.80, 10 mm [N] 110 70