DE2134389A1 - Verfahren zum Herstellen von Form teilen aus Polyimidharzen - Google Patents

Description

betreffend Verfahren zum Herstellen von Formteil en aus Polyimidharzen

Die Erfindung bezieht sich auf das Formen von Erzeugnissen aus Kunststoff und betrifft insbesondere das !Tonnen von Erzeugnissen aus einem Polyimidharz, das mit Fasern aus Glas, Kohlenstoff oder dergleichen verstärkt ist.

Es ist bekannt, daß die Polyimidharze besonders geeignet sind, in Fällen verwendet zu werden, in denen sie hohen '-Temperaturen ausgesetzt sind, d. h., Tempraturen im Bereich von 3UO C, wenn mit einer langdauernden Einwirkung zu rechnen ist, bzw. Temperaturen von 400° G bis 500° O, wenn nur eine kurze Einwirkungsdauer in Betracht kommt. Im Hinblick auf diese Eigenschaft sind Formteile aus solchen Harzen zur Verwendung als Gehäuse für Kaiebentriebwerke und dergleichen geeignet.

Da allgemein angenommen wird, daß Polyimidharze nicht geschmolzen werden können, und daßes nicht möglich ist, diese harze mit Hilfe bekannter Formgebungsverfahren zu verarbeiten, v/erden die Polyimidharze gewöhnlich zum Zweck ihrer Veiv/ericiung in einem Lösungsmittel gelöst, Bei einem bekannten Verfahren, bei eiern eine solche Lösung verwendet wird,

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wird die erforderliche Menge der Lösung z. B. mit Hilfe eines Einseis auf einen Glasfaserwerkstoff aufgetragen, und hierauf wird das in der Lösung enthaltene Lösungsmittel zum Verdampfen gebracht; dann werden mehrere Schichten aus dem so imprägnier-.ten Werkstoff in eine Form eingelegt. Nach dem Schließen der Form setzt man die Werkstoffe während einer vorbestimmten Zeit der Einwirkung von Wärme und Druck aus, und auf diese V/eise erhält man ein geformtes Erzeugnis, das in Fällen verwendet werden kann, in denen es hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

In neuerer Zeit sind jedoch pulverförmige Polyiinidharze auf den Markt gebracht worden, die nach bestimmten neuartigen Rezepturen hergestellt sind, und gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß es möglich ist, diese pulverförmigen Harze zum Schmelzen zu bringen. Als Beispiel für ein solches schmelzbares Polyimidharzpulver sei das Material genannt, das unter der handelsüblichen Bezeichnung QXI3 von der Imperial Chemical Industries Limited, Imperial Chemical House, Millbank, Londen ö.W.1, England,(im folgenden kurz als "I.C.I." bezeichnet) auf den Markt gebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erzeugnis zu schaffen, das aus einem Polyimidharz geformt und mit faserförmigen Verstärkungseinlagen versehen ist, undcas Temperaturen zwischen 3OO⁰ C und 500° ^c standhält, das sich jedoch im Vergleich zu den bis jetzt bekannten Erzeugnissen leichter und billiger herstellen läßt und eine hönere Oberflächengüte aufweist.

Genauer gesagt schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von n'ormteilen aus einem tolyimidharz mit faserförmi^en Verstärkungseinlage!! vor, u.a.; i-iaiiricUiiuon uiax'aßt, um ein lolyimidlis.rzpulvei¹ zu schmelzen, um fuserförmi^w;:. Ver-

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stärkungsmaterial in einer Form mit dem geschmolzenen Harz zu imprägnieren, so daß ein Formteil entsteht, und um das 'harz" des Formteils mindestens bis zum Erreichen des Erstarrungszustandes in der Form mittels Wärme zu härten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren zum Formen eines Erzeugnisses aus einem Polyimidharz mit faserförmigen Verstärkungseinlagen Laßnalimen, um eine bchicht aus einem faserförmigen Verstärkungsmaterial in einer Form anzuordnen, um das Verstärkungsmaterial mit einer Schicht aus einem schmelzbaren Polyimidharzpulver zu bestreuen, um eine zweite Schicht aus dem Verstärkungsmaterial auf der Harzpulverschicht anzuordnen, um auf die zweite Schicht des Verstärkungmaterials erneut schmelzbares Polyimidharzpulver in Form einer Schient aufzustreuen, und um die Schritte zum Einbringen von Verstärkungsmaterial bzw. von Harzpulver zu wiederholen, bis die erforderliche henge der Werkstoffe in die Form eingebracht worden ist, woiaufhin die Form erhitzt wird, um das Har::: zuiü Schmelzen zu bringen; danach wird die Form geschlossen, und die 'Temperatur der Form wird erhöht, um aas Harz auszuhärten.

Bei einer andex^en Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zum Formen von Erzeugnissen aus einem PoI-imiüliarz mit faserförmigen Verstärkungseinlagen Maßnahmen, um eine ochicht eines faserförmigen Verstärkungsmaterialo in eine Form einzulegen, um eine bestimmte Menge eines schmelzbaren Polyimidharzpulvers außerhalb der Form zu erhitzen una zum Schmelzen zu bringen, um die Form auf eine unter der Aushärtungstemperatur des Harzes liegende !Temperatur zu erhitzen, um die Form zu schließen, um das geschmolzene Harz in die heiße Form einzuspritzen^ und um schließlich die 'Temperatur der Form zu erhöhen, damit das Har*, aus-[_eliäx'tet v;ird.

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Yor dem Einspritzen des geschmolzenen Harzes wird die Form vorzugsweise auf etwa 200° G erhitzt, und nachdem das Harz in der Form mindestens bis zum Erreichen des Erstarrungszustandes ausgehärtet worden ist, wird das Formteil der Form entnommen und auf eine !temperatur von bis zu 400 G erhitzt, um die vorteilhaften HochtemperatureigensQhaften des Harzes vollständig zu entwickeln.

Bei.einem bevorzugten Verfahren wird als schmelzbares Polyimidharzpulver das Material verwendet, das durch die I.G.I unter der Handelsbezeichnung QX15 auf den Markt gebracht wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer zweiteiligen Form zum Formen einer Schale mit Hilfe eines Verfahrens nach der Erfindung, wobei auch die zu verwendenden Werkstoffe dargestellt sind·

Fig. 2 ist eine teilweise als senkrechter Schnitt gezeichnete Seitenansicht, welche die Form nach Fig. 1 im geschlossenen Zustand zeigt.

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung des geformten Erzeugnisses, wie es der Form entnommen wird.

Fig. 4- veranschaulicht einen Arbeitsschritt eines anderen Verfahrens nach, der Erfindung, bei dem ein Polyimidharzpulver auf einer Heizvorrichtung zum Schmelzen gebracht wird, bevor das Harz in eine Form der in Fig. 5 gezeigten Art eingebracht wird.

Fig. 5 zeigt schematisch in einem senkrechten Schnitt eine geschlossene Form zum Herstellen eines 'i'roges aus dem vorher geschmolzenen Harz, das in die Form eingebracht wird.

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!•'ig. 6 zogt perspektivisch den geformten Trog nach seiner Jintnahme aus der Form nach Fig. 5·

Bei der ersten Ausführungsfο im der Erfindung nach Fig. 1 bis 3 wird eine bestimmte Menge von Kohlenstoff-Fasern, die zu einem Blatt 1OA vereinigt sind, in Form einer Schicht in die negative Hälfte 11 einer Form eingelegt, und dann wird auf die Faserschicht 10 eine Schicht 1$ aus einem schmelzbaren Polyimidharzpulver aufgestreut. Wie erwähnt, wird ein geeignetes Polyimidharzpulver von der ΐ.Ο.Ι«, unter der Handelsbezeichnung ($Cl3 auf den Markt gebracht.

Auf dem mit dem Harzpulver bedeckten Blatt 1OA wird ein weiteres Blatt 1OB aus Kohlenstoff-Fasern angeordnet, das dann mit einer weiteren Schicht I3 aus dem schmelzbaren Polyimidharzpulver bestreut wird. Hierauf werden weitere Blätter 100 usw. aus Kohlenstoff-Fasern zugefügt, wobei auf jede Faserschicht eine Schicht 13 aus dem schmelzbaren Polyimidharzpulver aufgestreut wird. Sobald sich eine ausreichende Länge der zu formenden Werkstoffe in der Form 12 befindet, wird die negative Formhälfte 11 mit Hilfe einer beheijs?- ten Preßplatte 16 auf 230° 0 bis 250° 0 erhitzt, d. h., auf eine Temperatur, in dem Bereich, in welchem das Harzpulver 13 schmilzt} alternativ kann man die negative Formhälfte 11 mit Hilfe von in vier angeordneten, nicht dargestellten elektrischen Heizelementen erhitzen.

Nach einer Wartezeit von 2 bis 35 min, die sich nach der gewünschten Vorhärtung des Harzes richtet, wird die positive Hälfte 17 der Form, die auch bis auf eine Temperatur in dem genannten Bereich erhitzt worden ist, in ihre Arbeitsstellung gegenüber der negativen Formhälfte gebracht; hierauf wird auf die beiden Formhälften 11 und 17 mit Hilfe der Preßplatten 16 und 18 ein Druck ausgeübt, während die Temperatur im Inneren der Form 12 auf etwa 300° 0 erhöht und so

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lange auf diesem Wert gehalten wird, wie es erforderlich ist, um das Harz zu härten. Schließlich wird das geformte Erzeugnis in Form der in Pig. 3 gezeigten niedrigen ochale 19 aus der Form entnommen und aui-erhalb der Form auf 400° 0 erhitzt, um eine NacLhärtung des Harzes zu bewirken.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, werden mehrere Blätter 20 aus einem Glasfasergewebe in die in Fig. 5 gezeigte Form 21 eingelegt, die vorher in einem nicht dargestellten Zirkulationsofen auf 200° C vorgewärmt worden ist, und an die eine Absaugleitung 22 angeschlossen ist. Die erforderliche henge des schmelzbaren Polyimidharzpulvers 25 wird in eine büchse 24 aus Metall eingebracht und auf einer elektrischen Heizvorrichtung 25 erhitzt, um das Harzpulver zu schmelzen, wie es in Fig, 4 gezeigt ist.

Das geschmolzene Harz 23 wird nach 180 min in einen Behälter 26 überführt, der mit der Form 21 verbunden ist, und über die Leitung 22 wird der Hohlraum der Form mit einem Unterdruck beaufschlagt, so daß das geschmolzene Harz 23 in die Form 21 über einen Hauptkanal 27 und mehrere Zweigkanäle 28 eingespritzt wird, um das Glasfasergewebe 20 mit dem geschmolzenen Harz zu imprägnieren, so daß ein !Formteil 30 entsteht. Eine zwischen deroberen und der unteren Hälfte der geschlossenen Form 21 angeordnete zusammendrückbare Dichtung gewährleistet, daß das eingespritzte Harz nicht zwischen aen Formhälften entweichen kann; durch das Aufbringen eines mechanischen Drucks auf die Formhälften nach dem Schließen der Form wird die Dicntung zusammengedrückt, so daß auf die zu formenden Werkstoffe eine geringer Druck wirkt. Hierauf wird die (Temperatur der Form auf 300 G erhöht, da» Formteil 30 wird in der Form 45 min lang gehärtet, und danach wird das in Fig. 6 gezeigte Formteil der Form entnommen und in einen nicht dargestellten Ofen gebracht, in dem es auf 400° G erhitzt wi^d, um die Hochtemperatureigen—

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schäften des Harzes vollständig zu entwickeln. Bei der Ausfüiirungsform nach Fig. 4- bis 6 wird als das JrolyimidharzpulVer 25 entweder das von der 1.0.1. auf den harkt gebx-achte Earz QX12 oder ein Harzpulver verwendet, das unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Kerimid 601" von der Societe des Usines Ohimiques Rhone Poulenc S.A., Paris, Frankreich auf den harkt gebracht wird.

wenn mau ein pulverförmiges Polyimidharz zum Schmelzen bringt, wie es vorstehend bezüglich zweier Ausführungsformen der Erfindung beschrieben ist, ist es nicht erforderlich, zusammen mit dem harz leicht entflammbare Lösungsmittel zu verwenden, und daher läßt sich die anderenfalls für das Verdampfen des Lösungsmittels benötigte Zeit einsparen, so daß sich der gesamte Zeitaufwand für die Herstellung eines Erzeugnisses verringern, was zu einer entsprechenden Senkung der Herstellungskosten führt. Außerdem werden bei den erfindungsgemäßen Verfahren die Schwierigkeiten vermieden, die sich anderenfalls ergeben könnten, wenn Beste des Lösungsmittels in die Form eingeschlossen bleiben und zum Entstehen von Hohlräumen in dem geformten Erzeugnis führen} die mit Hilfe der erfinaungsgemäßen Verfahren hergestellten Erzeugnisse haben im Vergleich zu nach bekannten Verfahren hergestellten Erzeugnissen eine höhere Oberflächengüte» und außerdem verringert sich die Zahl der mit Fehlern behafteten Erzeugnisse.

Es wurde festgestellt, daß erfindungsgemäß hergestellte Erzeugnisse im Vergleich zu mit Fasern verstärkten Polyimidharzerzeugnitsen, die mit Hilfe irgendwelcher bekannter Verfahren hergestellt sind, eine erhebliche höhere mechanische F e st igke it aufw e i s en.

Ansprüche;

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Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Forint eil s aus einem

   ^olyimidharz mit faserförinigen Verstärkungseinlagen, dadurcli

   ge ken η zeichne

   daß ein PolyimidharZpulVer

   sum Schmelzen gebraucht wird, daß ein faserförmiges Verstärkungsmaterial in einer !Form mit dem geschmolzenen Harz imprägniert wird, um ein Formteil zu erzeugen, und daß das Harz des Formteile in üer Form mindestens bis zum Erreichen des. Ersiarrungszustan&ss mittels Wärme ausgehärtet wi_d.
2. 2. Verfahren nach Anspx^ueh 1, dadurch gekennzeichnet , da£ eine Schicht aus einem faserförmigvn Verstärkungsmaterial in eine Form eingelegt wird, daß diese Schicht mit einer Schicht aus einem schmelzbaren Polyimidharzpulver bestasait wird, daß auf der Earzschicht eine zweite Schicht aus dem Verstärkungsmaterial angeordnet wird, daß die zweite Schicht aus dem Verstärkungsmaterial mit einer Schicht aus dem schmelzbaren Polyimidharzpulver bestreut wird, daß die Arbeitsschritte zum Einlegen von Verstärkung smaterial und zum Bestreuen des Verstärkungsmaterials mit dem Harzpulver wiederholt werden, bis in die Form die erforderliche Menge der zu formenden Werkstoffe eingebracht worden ist, daß die Form erhitzt wird, um das Harz zum Schmelzen zu bringen, daß die Form geschlossen wird, und daß schließlich die Semperatur der Form erhöht wird, um das Harz auszuhärten.'
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem faserförmigen

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   Verstärkungsmaterial in eine Form eingelegt wird, daß die erforderliche Menge eines schmelzbaren Polyimidharzpulvers außerhalb der IPorm erhitzt und zum Schmelzen gebracht wird, daß die Form auf eine Temperatur unterhalb der Aushärtungstemperatur des Harzes erhitzt wird, daß die Form geschlossen itfird, daß das geschmolzene Poiyimidharz in die heiße Form eingespritzt wird, und daß die Temperatur der Form erhöht wird, um das Harz auszuhärten.
4. 4. Verfahren nacL. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Form auf eine Temperatur im Bereich von 200° 0 vorgewärmt wird, bevor das geschmolzene Polyimidharz in die Form eingespritzt wird.

   i>. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurcu gekennzeichnet , daß das geformte Erzeugnis der Form entnommen wird, nachdem das Po^Lmidharz bis zum Erreichen des Erstarrungszustandes ausgehärtet worden ist, und daß das Erzeugnis außerhalb der Form auf eine Temperatur bis zu 4üü° C erhitzt wird, um das Harz nachzuhärten.

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   L e e r s e i t e