DD148628B1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON PREPRESS MiT VERBESSERTER IIVIPRAEGNIERGUETE - Google Patents

Description

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Verfahren zur Herstellung von Prepregs mit verbesserter Imprägni ergüt e

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs mit einer verbesserten Imprägniergüte. Unter einer verbesserten Imprägniergüte wird verstanden, daß die den Trägerwerkstoff bildenden Pasern, Päden bzw. Elementarfäden vollständig mit dem Polymerbindemittel umnetzt sind und keine Fehlstellen in Porm von Bläschen und Kapillarstrichen (das sind mikroskopisch kleine Sohlräume zwischen den Elementarfäden bzw. Pasern von striunförmiger Gestalt) aufweisen. Dieses Verfahren zielt insbesondere darauf ab, fehlstellenfreie Prepregs bei gesteigerten Imprägniergeschwindigkeiten, hohen Polymerviskositäten und höheren Plächenmassen der Trägerwerkstoffe (Vliese, Papiere, Gewebe, Gewirke, Nähgewirke) mit hoher Dicken- und Plächenmassegleichmäßigkeit zu erreichen, die eine auch in Mikrobereichen vorhandene lokale Verbundbildung in den folgenden Verarbeitungsprozessen (z. B. Pressen) sicherstellen. Der qualitätsbestimmende Schritt der Prepregherstellung ist die Kontaktierung des Flächengebildes mit dem flüssigen Polymerbindemittel, das Anwendungsgebiet der Erfindung ist hierauf konzentriert.

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Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Das Grundverfahren zur Herstellung von Prepregs beruht darauf, daß die Trägermaterialien durch ein Harzbad hindurchlaufen und anschließend getrocknet Tvcrdsn, wobei das Polymere in einen teilvernetzten Zustand übergeht; der hierbei angewandte Tauchprozeß sichert keine ausreichende Imprägniergüte bei technisch anzuwendenden Imprägniergeschwindigkeiten (Coombs, C. P.: Printed Circuit Handbook, Mc Graw Hill Book Comp., Έ. K. 1967)· Praktiziert werden Verfahrensabweichungen dergestalt, daß die Tauchstrecken durch Verlängerung der Imprägnierwannen oder durch mehrfach hintereinandergeschaltete Imprägnierwannen vergrößert werden, um eine längere Kontaktierungszeit zu erreichen (DE-OS 2 637 494)· Eine weitere Variante des Grundverfahrens stellt das "Atmungsprinzip¹¹ dar, bei dem das Trägermaterial getränkt wird, durch Umlenkwalzen aus dem Bad heraus- und anschließend wieder in das Bad hineingeführt wird (Prospekt der Pa* Caratsch, Schweiz)· Diese Lösungen sichern jedoch fehlstellenfreie Prepregs nicht, da im Trägermaterial eingeschlossene Luft bei üblicherweise angewendeten Earzviskositäten nicht entweichen kann« Dieser Mangel haftet auch den Vorschlägen an, das Polymerbindemittel über Quetschfugen mit dem Trägermaterial zu kontaktieren (DE-AS 2 417 420)· Abgesehen davon, daß ein zu geringer Polymerenauftrag erfolgt, konnte festgestellt werden, daß hierdurch noch mehr Luftblasen in die Polymerlösung eingeführt werden, so daß sich die Anzahl der Pehlstellen im Prepreg erhöht.

Vorschläge zur Verlängerung der Verweilzeit durch Anordnen der Trägermaterialbahn in Porm von Querfalten (DE-AS 2 524 249) bzw. in Wellenform (DE-OS 2 716 221) bewährten sich nicht, da offensichtlich Verweilzeitverlängerungen allein nicht zur Überwindung der Tränkungsbarriere im Trägermaterial führen und die Luftblasen nicht von der Grenzfläche Träger-Harzlösung an die Oberfläche aufsteigen. Außerdem haften diesen Vorschlägen Mangel bei der Warenbahnführung (Ankleben der Bahnen, unexakte Warenlaufführung) an.

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Es sind ferner Verfahren bekannt, die Imprägnierung mit Hilfe eines angelegten Unterdruckes zu realisieren (DE-GM 7 833 942, DE-OS 2 509 983). Es stellte sich jedoch heraus, daß selbst sehr hohe Saugdrücke nicht ausreichend sind, um Luftblasen aas dem aufgebracht&& Polymer zu entfernen· Ebenso unzureichende Ergebnisse v/erden durch gleiche Y/irkprinzipien realisierende spezielle Vorrichtungen, wie Siebtrommeln, erreicht (DE-AS 2 015 040).

Zur Intensivierung der Imprägnierung sind ferner Sprüheinrichtungen (DE-AS 2 707 536, DE-GM 7 822 665), die einen Flüssigkeitsstrahl auf den zu benetzenden Trägerwerkstoff richten, und Schlitzwalzen (DD-PS 115 928, 122 268, DE-OS 2 365 079), bei denen die zu imprägnierende Trägermaterialbahn über einen quer hierzu angebrachten, mit einem Schlitz versehenen Hohlkörper läuft, während aus seinem Inneren mindestens ein unter hydraulischem Überdruck stehendes flüssiges Behandlungsmittel austritt, bekannt geworden. Es zeigte sich jedoch, daß durch Anwendung dieser Einrichtungen ein verbesserter Imprägniereffekt nicht realisiert werden kann, was mit den Viskositätsbedingungen von Polymerlösungen in Verbindung gebracht werden kann*

Eine Anzahl von Vorschlägen sieht die Anwendung von Vibration, Schall oder Ultraschall vor, angebracht am zu imprägnierenden Trägermaterial, an der Tauchwanne oder an der Polymerlösung (SU-UR 473 610, DE-OS 1 963 517, DD-PS 130 563, 124 308). Hierzu konnte festgestellt werden, daß zwar Luftblasen aus der Polymerlösung selbst entfernt werden können, jedoch nicht die Bläschen in der Grenzschicht Trägermaterial/Polyraerlösung. Die Anzahl der Kapillarstriche im Prepreg verminderte sich gegenüber der reinen Tauchimprägnierung nicht in signifikanter Weise· Bei Zufuhr höherer Ultraschallenergie ist die Tendenz zur Depolymerisation ,gegeben, in vielen Fällen wird die Viskosität der Polymerlösung herabgesetzt, was eine Veränderung des Polymerauftrages auf das Trägermaterial, meßtechnisch erfaßt über die Prepreg-Flächenmasse und die B-Zeit, nach sich zieht.

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Zur Anwendung gelangen Plüssigiceits-Leit einrichtungen (DE-OS 2 722 330) bzw. düsenartige Auftragseinrichtungen (CH-PS 1 515 863), die jedoch bei der Prepregherstellung zu Bahnenverklebungen und Polymerauftragsunregelmäßigkeiten führen, überdies die Imprägniergüte selbst nicht verbessern.

Bekannt sind ferner Verfahren, die das längst bekannte Kontakt ierungsprinzip mittels einer Auftragswalze (auch Tipwalze, Pflatschwalze, Schöpfwalze genannt) in verschiedener Weise abwandeln und zum Teil mit einer ebenfalls üblichen Tauchimprägnierung kombinieren. Vorgeschlagen hierzu wird eine Vorimprägnierung des Trägermaterials - u. a. Anwendung einer Auftragswalze - mit anschließender Tauchimprägnierung als zweiten KontaktierungsVorgang; dabei kann die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragswalze größer sein als die Bahngeschwindigkeit (DS-OS 2 637 494)· Eine Drehzahlregulierung der Auftragswalze sieht eine weitere technische Lösung vor (DE-AS 2 012 107). Kach der DE-AS 1 704 484 preßt eine Auftragswalze das flüssige Harz so durch die Gewebebahn, daß die Luft aus der Gewebebahn ausgetrieben wird.

Eine weitere Variante wird durch die Anwendung einer Gegenbzw. Auflagewalze auf die Auftragswalze realisiert, wobei das zu imprägnierende Material durch den Spalt zwischen diesen Walzen hindurchläuft (DE-OS 2 702 382). Eine weitere Abwandlung letztgenannter Lösung stellt die Anordnung einer Zwischenwalze dar, bei der die Schöpfwalze die flüssige Phase einer Trogeinrichtung entnimmt, an eine Zwischenwalze weitergibt, von dieser der Plüssigkeitsfilm an die Materialbahn gelangt; dabei kann eine Anpreßwalze vorhanden sein. Die Schöpfwalze weist schalenförmige Vertiefungen auf, um möglichst große Plüssigkeitsmengen an die Warenbahn heranzubringen (DE-AS 2 605 636). Eine gesteigerte Imprägniergüte ist mit einer Auftragswalze erreichbar, insbesondere dann, wenn nachfolgende eine Tauchimprägnierung stattfindet. Auf diese ?/eise hergestellte Prepregs weisen eine geringere Anzahl von Bläschen und Kapillarstrichen pro Flächen-

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einheit auf, eine vollständige Be- und Umnetzung der Fasern und Elementarfäden der zu kontaktierenden Trägermaterialien läßt sich im üblicherweise vorhandenen Bereich die Imprägniergeschwindigkeit nicht erreichen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, fehl3tellenfreie, d. h. bläschen- und kapillaretrichfreie Prepregs aus Tragermaterialien, die aus Pasern, Eiementarfäden bzw. Fäden in Plachengebildeform bestehen, und Polymerlösungen bei Anwendung hoher Imprägniergeschwindigkeiten herzustellen, bei denen - mikroskopisch betrachtet - eine vollständige Be- bzw. Umnetzung des Trägermaterials mit dem Polymeren festgestellt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Arbeitsschritt der Vorkontaktierung und der Tränkung mit weiteren neuartigen Verfahrensschritten zu kombinieren.

Merkmale der Erfindung

ErfindungsgemäJ3 wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in bekannter Weise ein dünner, gleichmäßiger Film der Polymerlösung über mindestens eine Auftragswalze einseitig an das Trägermaterial herangebracht, die aufgetragene Polymerlösung in das Trägermaterial einmassiert, beispielsweise durch längeres Führen über in einer mit Polymerlösung gefüllten Wanne laufenden Umlenkwalzen, und das so behandelte Trägermaterial in bekannter Weise durch eine übliche Tauchvorrichtung geführt, getrocknet und fceilvernetzt wird. Vorteilhaft ist es, daß das vorkontaktierte Trägermaterial durch einen Verweil-

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speicher bei einer Verweilzeit von 1 min bis 10 min geführt wird, dessen Unterwalzen ständig oder alternierend in der Polymerlösung laufen* Ebenfalls von Vorteil ist, daß das vorkontaktierte (Trägermaterial an Abstreifvorrichtungen vorbeigeführt wird, die auch einen Massageeffekt bewirken·

Ausführungsbeispiele:

Die Erfindung soll nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Pig· 1 eine Prinzipdarstellung des Trägermateriallaufes beim Kontaktieren in 3 Phasen

Pig, 2 eine Variante des Trägermateriallaufes mit doppeltem Vorkontaktieren in der ersten und mit alternierendem Kontaktieren in der zweiten Phase und

Pig» 3 eine Prinzipdarstellung der Wirkungsweise von Massagewalzen in der zweiten Phase.

Beispiel 1

Hach Pig· 1 wird das Trägermaterial 1 in einer ersten Kontaktierungsphase mittels einer Auftragswalze 2 mit der Polymerlösung vorkontaktiert. Die durch den Trägermateriallauf sich mitdrehende bzw. durch einen separaten Antrieb vorwärts oder rückwärts - in Trägerlaufrichtung gesehen - drehende Auftragswalze 2 führt einen dünnen, gleichmäßigen PiIm der Polymerlösung einseitig an das Trägermaterial 1 heran und zwar so, daß die im Trägermaterial 1 enthaltene Luft nach der entgegengesetzten Seite (in der Pig. 1 nach oben) durch die hindurchtretende flüssige Pront aus diesem herausgedrückt wird.

In der sich anschließenden zweiten Kontaktierungsphase durchläuft das yorkontaktierte Trägermaterial einen Verweilspeicher in Walzenausführung, dessen Walzen durch den Trägermateriallauf mitgedreht werden bzw. durch einen separaten Antrieb

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vorwärts oder rückwärts gedreht werden. Zwischen den Y/alzen und dem hindurchlaufenden Trägermaterial 1 kommt es zu einer "Einmassierung" der Polymerlösung in das Trägermaterial 1. Dieser Effekt kann dadurch verstärkt werden, daß die Unterwalzen des Verweilspeichers in einer mit Polymerlösung gefüllten Wanne laufen· In Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit iBt der Verweilspeicher 3 so dimensioniert, daß die Verweildauer in der zweiten Phase >1 min beträgt· Der Verweilspeicher 3 wird zweckmäßigerweise umkleidet, damit die Lösungsmittelverdampfungen minimal werden. Dann passiert in einer dritten Phase das Trägermaterial eine übliche Tauchvorrichtung 5» mit deren Hilfe dann der PoIymerengehalt im Trägermaterial 1 eingestellt wird. Die Polymerlb'sung in der Phase eins, zwei und drei kann in allen Phasen von gleicher Art und Viskosität sein, es kann aber auch in der ersten oder in der ersten und zweiten Phase die Viskosität größer oder kleiner sein als in der dritten Phase. Ebenso ist es möglich, unterschiedliche Polymerenlösungsansätze (z. 3. ohne/mit Beschleuniger, kombinierte Polymerlösungen) in den drei Kontaktierungsphasen zu verwenden.

Beispiel 2

Nach j?ig. 2 wird das Trägermaterial 1 in der ersten Kontaktierungsphase durch zwei hintereinandergeschaltete Äuftragswalzen 2 entsprechend des Beispiels 1 vorkontaktiert. Der Verweilspeicher 4 (Phase zwei) ist so ausgelegt, daß längere Luftgänge in diesem vereint werden. Das kann dadurch realisiert werden, daß nur jede zweite oder dritte usw. Unterwalze in die Polymerlösung eintaucht. Die dritte Phase ist als übliche Tauchvorrichtung 5 ausgelegt.

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Beispiel 3

In der ersten Kontaktierungsphase wird das Trägermaterial 1 wie ±m Beispiel 1 oder 2 vorkontaktiert« Im Verweilspeicher aer Phase zwei werden in den nach oben laufenden Trägermaterial-Trumen zwischen den Unter- raid Oberwalzen zusätzliche "Massagestellen" vorgesehen, diese können als stillstehende, mitlaufende oder angetriebene Waisen 10 (Pig. 3) oder als Rakeleinrichtungen ausgeführt sein. Die Phase drei stellt eine übliche QJauchimprägniereinrichtung dar«

Claims (3)

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   Erfindung3aaspruch

   1· Verfahren zur Herstellung von Prepregs mit verbesserter Imprägniergüte, bestehend aus mit Polymerlösungen getränkten Trägermaterialien durch Mehrfachkontaktierung mit der Polymerlösung, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise ein dünner, gleichmäßiger PiIm der Polymerlösung über mindestens eine Auftragswalze (2) einseitig an das Trägermaterial (1) herangebracht, die aufgebrachte Polymerlösung in das Trägermaterial einmassiert, beispielsweise durch längeres Führen über in einer mit Polymerlösung gefüllten Wanne laufenden Umlenkwalzen, und das so behandelte Trägermaterial in bekannter Weise durch eine übliche Tauchvorrichtung (5) geführt, getrocknet und teilvernetzt wird·
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorkontaktierte Trägermaterial durch einen Verweilspeicher (3,4) bei einer Verweilzeit von 1 min bis 10 min geführt wird, dessen Unterwaisen ständig oder alternierend in der Polymerlösung laufen.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorkontaktierte Trägermaterial an Abstreifvorrichtungen vorbeigeführt wird.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen