CH483918A - Verfahren zur Einbettung eines festen Körpers in Giessharz und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Einbettung eines festen Körpers in Giessharz und Anwendung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbettung eines festen Körpers in einer   füllmittelhaltigen    Giessharzmasse, sowie eine Anwendung des Verfahrens, nämlich zur Einbettung eines elektrischen Leiters oder einer Befestigungsarmatur.



   Giessharz-Konstruktionsteile enthalten häufig eingebettete feste Körper als eingegossene Teile, die aus Me  tall    oder anderen Stoffen bestehen. Schon bei sogenannter Kalthärtung, d. h. bei einer Härtung ohne äussere Wärmezufuhr, so dass nur die Reaktionswärme auftritt, aber erst recht bei Warmhärtung treten beim Abkühlen im Anschluss an den   Härtungsvorgang    sowie zusätzlich beim Abkühlen auf niedrige Temperaturen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Harz und Metall innere Spannungen auf, welche die Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen eingebettetem Körper und Giessharz vermindern und im Giessharz oft zu Rissen führen, insbesondere im Falle relativ grosser Abmessungen des eingebetteten Körpers.

   Hierbei ist bereits voraussetzt, dass die Giessharzmasse zur Herabsetzung des Wärmeausdehnungskoeffizienten einen maximalen   Füllmittelgehalt    aufweist ; dieser ist praktisch durch die Forderung nach Giessbarkeit begrenzt.



   Es ist bekannt, die Oberfläche des einzubettenden festen Körpers mechanisch oder chemisch aufzurauhen, um die Haftung zu verbessern. Die hierdurch erreichte Verbesserung ist aber meistens ungenügend, ausserdem ist das Verfahren kostspielig und aus praktischen   Grün-    den mitunter nicht durchführbar.



   Es ist weiterhin bekannt, den einzubettenden festen Körper mit einem Siliconharz zu überziehen, dessen     Polsterwirkung      die inneren Spannungen im Giessharzkörper nach dem Härten vermindern soll. Die schlechte Haftung des Siliconharzes am festen Körper hat aber zur Folge, dass dieser relativ leicht ausreisst, weshalb die Anwendung dieses Verfahrens bei mechanisch hoch beanspruchten Teilen nicht ratsam ist.



   Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie besteht in dem folgenden, durch die Verfahrensschritte a) bis d) gekennzeichneten Verfahren : a) Der feste Körper wird mit einem Überzug aus einer   füllmittelfreien    oder füllmittelarmen Giessharzmischung versehen ; b) der Überzug wird bis zum Gelieren angehärtet ; c) hierauf wird der überzogene feste Körper mit der   füllmittelhaltigen    Giessharzmasse umgossen ; d) sodann erfolgt die Aushärtung des   Vberzuges    und der füllmittelhaltigen Giessharzmasse.



   'Hierbei ist es im Sinne der Erfindung von Vorteil, wenn die füllmittelarme, für den Überzug zu verwendende Giessharzmischung höchstens halb so viel Füllmittel enthält, wie die   füllmittelhaltige    Giessharzmasse, die, wie erwähnt, zweckmässigerweise maximalen   Füllmittelgehalt    aufweist. Der Überzug kann auf den einzubettenden festen Körper z. B. mit einem Pinsel aufgetragen werden.



   Der schon angelierte Überzug erweicht beim nachfolgenden Aushärten zusammen mit der Giessharzmasse wieder und wird hierbei mit dieser vernetzt ; die Haftfestigkeit wird hierdurch verbessert. Die mit Hilfe der Erfindung erzielte sehr gute Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen eingebettetem Körper und Giessharz, die bis zu 50   %    grösser ist, als bei direkter Einbettung des festen Körpers, sowie die verminderte innere Spannung und   Rissanfälligkeit    im Giessharzkörper erklärt sich vermutlich ausserdem aus der Tatsache, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des   füllmittelfreien    oder füllmittelarmen Überzuges   grösser    ist als derjenige der hoch   füllmittelhaltigen    Giessharzmasse.



   Als geeignetes Giessharz   lässt    sich ein Polyglycidyl äther verwenden, der als Reaktionsprodukt aus mindestens einem Epihalogenhydrin mit mindestens einem mehrwertigen Phenol oder Alkohol in bekannter Weise in einem alkalischen Medium hergestellt wird. Besonders geeignet sind hierfür Phenole, die wenigstens zwei phenolische Hydroxylgruppen je Molekül aufweisen ; insbesondere empfiehlt sich die Verwendung von mehrkernigen Phenolen, deren   Phenolkerne    durch Kohlenstoffbrücken verbunden sind ; diesen können auch mehrkernige Phenole zugesetzt werden, deren Phenolkerne durch Schwefelbrücken verbunden sind.

   Man kann hierfür unter den folgenden Stoffen wählen : 
Bis- (4-hydroxyphenyl)-dimethylmethan ;   1,      1-Bis- (hy-    droxymethyl)-cyclohexen-3 ; 3-Vinyl-2,4-dioxyaspico  - (5,    5)-undecen-8 ; 4,4'-Dioxydiphenyl-2,2-propan (Bisphenol   A) ;    4,4'-Dioxydphenylmethylmethan ; 4,4'-Dioxydphenylsulfon. Für die Herstellung von Polyglycidyläthern geeignete mehrwertige Alkohole sind z. B. Glycerin, Glykol, Propylenglykol und 1,5-Pentandiol.



   Insbesondere für den Überzug aus einer   füllmittel-    freien oder füllmittelarmen Giessharzmischung kommt neben den Bisphenol   A-Glycidyläthern    die Verwendung eines Novolak-Glycidyläthers in Betracht, der ein Umsetzungsprodukt aus mindestens einem Epihalogenhydrin, mindestens einem Novolakharz eines Aldehyds und mindestens einem einwertigen, einkernigen Alkylphenol ist, dessen Alkylgruppe mindestens 4 Kohlenstoffatome enthält. Das Novolakharz enthält dann im Mittel etwa 3 bis 12 phenolische Hydroxylgruppen je Molekül. Unter Novolakharz ist also ein Phenolaldehydharz zu verstehen, das durch Umsetzen mindestens eines Phenols mit wenigstens einem Aldehyd im Verhältnis   I    Mol Phenol zu etwa 0,5 bis 0,85 Mol Aldehyd in Gegenwart eines   Säure-    katalysators gewonnen wird.



   Im allgemeinen wird zwar ein Novolakharz des Formaldehyds bevorzugt, aber im Rahmen der Erfindung   kön-    nen auch Novolakharze anderer Aldehyde gewählt werden. Als solche Aldehyde kommen neben Formaldehyd beispielsweise in Betracht : Acetaldehyd, Chloraldehyd, Butyraldehyd, Furfuraldehyd.



   Die Alkylgruppe des Alkylphenols kann eine gerade Kette sein ; im Rahmen der Erfindung wird man jedoch den Novolak eines Phenols bevorzugen, das eine   verzweig-    te, substituierte Alkylkette hat. Zur Herstellung des Novolak-Glycidyläthers wird man daher beispielsweise mit Vorteil die folgenden Alkylphenole wählen : Butylphenol, tert.-Butylphenol,   tert.-Amylphenol,    Hexylphenol,   2-Äthylhexylphenol, Diisobutylphenol,    Nonylphenol, Isononylphenol,   Decylphenol,    Dodecylphenol, Isodode  cylphenol,    3-Pentadecylphenol. Es empfiehlt sich,   p-AI-    kylphenole zu verwenden ; aber auch o-Alkylphenole und deren Mischungen mit   p-Alkylphenolen    sind geeignet, deren Alkylgruppen mindestens 4 Kohlenstoffatome enthalten.



   Als Härter für die   Polyglycidyläther    oder auch für die   Novolak-Glycidyläther    kann ein   Säureanhydridhärter    od. ein   Aminhärter    verwendet werden, oder auch ein Gemisch aus Härtern dieser oder jener Art. Hierfür können im Rahmen der Erfindung beispielsweise gewählt werden : Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Pyromellitsäuredianhydrid, 3-Dicar  bonsäureanhydrid,      Methylbicyclo- (2,    2,1)-hepten-2, Diaminodiphenylmethan, Dimethylaminopropylamin, Tri  äthylentetraamin,    Diaminodiphenylsulfon,   Diäthylentri-    amin, Dimethylamin und deren   Bortrifluorid-Komplexe.   



   Als Füllmittel für die Giessharzmasse wie auch für   den Uberzug    kann man beispielsweise mindestens einen der folgenden Stoffe verwenden : Quarzmehl, Aluminiumoxyd, Aluminiumoxydtrihydrat, Calciumfluorid, Cal  ciumsulfat,    Kreidemehl, Graphit, Siliziumcarbid. Einem Giessharz mit Quarzmehlfüllung sagt man im allgemeinen die   grösste    mechanische Festigkeit nach, aber es hat sich gezeigt, dass andere harte Füllmittel, wie z. B. Aluminiumoxyd (Korund), Calciumfluorid, oder Siliziumcarbid zu praktisch gleich hoher mechanischer Festigkeit führen, wenn sie in splittriger Kornform vorliegen.



   Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass der Überzug und die Giessharzmasse dieselbe chemische Zusammensetzung haben, wenn man von den Vorteilen der Erfindung Gebrauch machen will ; dies gilt bezüglich des Harzes, des Härters und des Füllmittels. Die aufgeführten Beispiele für diese Bestandteile stellen teils eine zweck  mässige,    teils eine vorteilhafte Wahl im Rahmen des Standes der Technik dar, soweit dieser im Zusammenhang mit der Erfindung in Betracht gezogen wurde ; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, d. h. sie könnte auch mit anderen als den hier genannten oder auch mit künftigen Harzen, Härtern und Füllmitteln ausgeübt werden, sofern deren Wahl nach dem Gesichtspunkt der   Zweckmässigkeit    erfolgt.



   Die Erfindung wird nun erläutert durch das folgende
Beispiel
Eingussarmaturen   1    aus Leichtmetall nach Fig.   1,    die ein Innengewinde aufweisen, wurden in einer Giessharzmasse eingegossen, welche die folgende Zusammensetzung aufwies :
100 Gewichtsteile Epoxydharz auf der Basis von Bis phenol A-Epichlorhydrin mit einem Epoxyd  äquivalentgewicht von 380 bis 400.



   30   GewichtsteilePhthalsäureanhydrid,   
200 Gewichtsteile Quarzmehl.



   Hiermit wurde ein Konstruktionsteil hergestellt, wie man es als isolierendes Glied in einer mechanischen Wirkungskette verwendet, dargestellt in Fig. 2. Dabei sind   1    die erwähnten   Eingussarmaturen    und ist 2 der Giessharzkörper des Konstruktionsteils, hergestellt aus obiger Giessharzmasse.



  Versuch   1   
Die Teile   1    wurden in obige Giessmasse direkt eingebettet, die während 16 Stunden bei   130 C    ausgehärtet wurde.



  Versuch 2
Die Teile 1 wurden gemäss der Erfindung mit einem   Uberzug    aus 100 Gewichtsteilen Epoxydharz auf der Basis von Bisphenol A-Epichlorhydrin mit einem Epo  xydäquivalentgewicht    von 380 bis 400,30 Gewichtsteilen Phthalsäureanhydrid und nur 70 Gewichtsteilen Korund angestrichen und während 1 Stunde bei   120 C    gehalten ; danach wurden sie in die gleiche Giessharzmasse wie bei Versuch   1    eingebettet, worauf die gemeinsame   Aushär-    tung ebenfalls während 16 Stunden bei   130 C    erfolgte.



   Im Rahmen eines jeden der beiden Versuche wurden fünf Konstruktionsteile gemäss Fig. 2 hergestellt und dann Zugversuchen bei Raumtemperatur unterworfen.

Claims (1)

1. Hierbei ergaben sich die folgenden Resultate : Versuch 1, Versuch 2, Teile 1 ohne Überzug Teile 1 mit tXberzug Bruchlast 3000 3900 kg 3200 4000 3300 4200 3100 4300 PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Einbettung eines festen Körpers in einer füllmittelhaltigen Giessharzmasse, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte : a) Der feste Körper wird mit einem Uberzug aus einer füllmittelfreien oder füllmittelarmen Giessharzmischung versehen ; b) der Überzug wird bis zum Gelieren angehärtet ; c) hierauf wird der überzogene feste Körper mit der füllmittelhaltigen Giessharzmasse umgossen ;

   d) sodann erfolgt die Aushärtung des uberzuges und der füllmittelhaltigen Giessharzmasse.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die füllmittelarme Giessharzmischung höchstens halb so viel Füllmittel enthält wie die füllmittel- haltige Giessharzmasse.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Giessharz ein Polyglycidyläther, hergestellt als Reaktionsprodukt aus mindestens einem Epihalogenhydrin mit mindestens einem mehrwertigen Phenol-oder Alkohol, verwendet wird.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrwertige Phenole oder Alkohole folgende Stoffe gewählt werden : Bis- (4-hydroxyphenyl)- -dimethylmethan ; 1, 1-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexen-3 ; 3-Vinyl-2, 4-dioxyaspico- (5, 5)-undecen-8 ; 4', 4"-Dioxydiphenyl-2,2-propan ; 4,4'-Dioxydiphenylmethylmethan ; 4,4'-Dioxydiphenylsulfon ; Glycerin, Glykol, Propylenglykol und 1,5-Pentandiol.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I. dadurch gekennzeichnet, dass für den Überzug aus einer füllmittel- freien oder füllmittelarmen Giessharzmischung ein No volak-Glycidyläther verwendet wird, der ein Umsetzungsprodukt aus mindestens einem Epihalogenhydrin, mindestens einem Novolakharz eines Aldehyds und mindestens einem einwertigen, einkernigen Alkylphenol ist, dessen Alkylgruppe mindestens 4 Kohlenstoffatome enthält.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aldehyde folgende Stoffe gewählt werden : Formaldehyd, Acetaldehyd, Chloraldehyd, Butyraldehyd, Furfuraldehyd.

   6. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkylphenole folgende Stoffe gewählt werden : Butylphenol, tert.-Butylphenol, tert.-Amylphenol, Hexylphenol, 2-Äthylhexylphenol, Diisobutylphenol, Nonylphenol, Isononylphenol, Decylphenol, Dodecylphenol, Isododecylphenol, 3-Pentadecylphenol.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Härter ein Säureanhydridhärter oder ein Aminhärter verwendet wird.

   8. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter mindestens einen der folgenden Stoffe enthält : Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Pyromellitsäuredi- anhydrid, 3-Dicarbonsäureanhydrid, Methylbicyclo- (2, 2, l)-hepten-2, Diaminodiphenylmethan, Dimethylaminopropylamin, Triäthylentetraamin, Diamindiphenylsulfon, Diäthylentriamin, Dimethylamin und deren Bortrifluorid Komplex-Verbindungen.

   9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllmittel mindestens einer der folgenden Stoffe verwendet wird : Quarzmehl, Aluminiumoxyd, Aluminiumoxydtrihydrat, Calciumfluorid, Calciumsulfat, Kreidemehl, Graphit, Siliziumcarbid.

   PATENTANSPRUCH II Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I, zur Einbettung eines elektrischen Leiters oder einer Befestigungsarmatur.