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JP5972973B2 - プラスチック母材を含有する繊維複合体の成形体をその糊着のために前処理する方法 - Google Patents

プラスチック母材を含有する繊維複合体の成形体をその糊着のために前処理する方法 Download PDF

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Description

本発明は、プラスチック母材を含有する繊維複合組成物をそれらの糊着のために前処理する分野、特に、自動車構造に関係する。
接着剤および封止剤の接着を改良するためのプライマーといった前処理方法、またはプラズマ処理といった物理化学法の使用は、既に長く知られている。特定の基板への接着剤および封止剤の接着が非常に達成困難であることが分かっている。
プラスチック母材を含有する繊維複合組成物は、糊着が困難であると知られている、かかる基板の1つである。この場合、ポリウレタン接着剤を使用する時に早強性を達成することは特に困難である。
したがって、本発明の課題は、プラスチック母材を含有する繊維複合組成物へのポリウレタン接着剤の接着を改良する前処理方法の提供である。
驚くべきことに、請求項1に従う方法が、この問題を解決することが分かった。
本発明の最重要点は、プラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物から製作された成形体を、ポリウレタン組成物Pで糊着するための方法であり、
a)KFZの成形体の規定領域DBに赤外線照射を適用するステップと、
b)KFZの成形体の規定領域DBに、ポリウレタン組成物Pを適用するステップと、
c)KFZの成形体の規定領域DB上のポリウレタン組成物Pを基板に固着するステップと、
d)ポリウレタン組成物Pを硬化するステップと、を含む。
本発明の方法は、ポリウレタン組成物Pの迅速な強化(早強性)によって特徴付けられ、それにより生成される固着が、ポリウレタン組成物Pの適用および成形体の基板への固着後短時間で、例えば、その上を歩くことによって、研削によって、輸送によって、または固定具からの除去によって、早くも機械加工または応力印加され得るようにする。硬化後、固着は高い強度を保ち続ける。
本発明のさらなる態様は、さらなる独立請求項の主題である。本発明の特に好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。
本発明は、プラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物から製作された成形体をポリウレタン組成物Pで糊着するための方法に関連し、
a)KFZの成形体の規定領域DBに赤外線照射を適用するステップと、
b)KFZの成形体の規定領域DBにポリウレタン組成物Pを適用するステップと、
c)KFZの成形体の規定領域DB上のポリウレタン組成物Pを、基板に固着するステップと、
d)ポリウレタン組成物Pを硬化するステップと、を含む。
ポリウレタン組成物Pは、好ましくは一元系または二元系である。
この文脈において「一元系」とは、通常、分注器具を用いてドラムから1つの化合物が取り出され、容器から分注器具を用いて、二次成分といったさらなる化合物の追加を伴わずに、該化合物がその機能を満たすことができる系を意味する。
この文脈において「二元系」とは、通常、主成分および二次成分から成る系を意味する。当然ながら、主成分および二次成分はそれぞれ、いくつかの異なる化学物質を含有し得る。二次成分は、通常、主成分が反応し、例えば、イニシエーションまたはアクセラレーションによって、主成分の重合および主成分の最終硬化をもたらすことができる成分である。この文脈において「重合」とは、低分子化合物(モノマー、オリゴマー、プレポリマー)の高分子化合物(ポリマー、巨大分子、重合物)への任意の種類の変換を意味し、それは重付加および重縮合を含む。したがって、主成分および二次成分は、主成分と二次成分との自発反応を回避するため、別々の容器に保持される。好ましくは、主成分は接着剤であり、二次成分は硬化促進剤である。
一実施形態において、ポリウレタン組成物Pは、ポリウレタンポリマーP1を含有する一元系であり、ポリウレタンポリマーP1は、少なくとも1つのポリオールと少なくとも1つのポリイソシアネートとの反応によって、取得可能である。
この反応は、ポリオールおよびポリイソシアネートが、50℃〜100℃の温度といった任意に適切な触媒の共同使用による一般的な方法で反応させられることで生じることができ、このポリイソシアネートは、そのイソシアネート基が、ポリオールのヒドロキシル基に対して化学量論過剰で存在するように、配合される。有利には、ポリイソシアネートは2.5以下、好ましくは2.2以下のNCO/OH比率が観測されるように、配合される。ここでNCO/OH比率とは、使用されるイソシアネート基の数対使用されるヒドロキシル基の数の比率を意味する。好ましくは、ポリオールのヒドロキシル基の反応後、ポリウレタンポリマーP1の全重量に対して、0.8〜2.2重量%のイソシアネート基の体積が残る。
ポリウレタンポリマーP1の調製のためのポリイソシアネートに関して、以下の従来のポリイソシアネートまたはそれらの混合物が使用され得る:
1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2−メチルペンタメチレン−1,5−ジイソシアネート、2,2,4−および2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、1,12−ドデカメチレンジイソシアネート、リシンおよびリシンエステルジイソシアネート、シクロヘキサン−1,3−およびシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、ならびにこれらの異性体の任意の所与の混合物、1−イソシアナート−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナートメチル−シクロヘキサン(=イソホロンジイソシアネートまたはIPDI)、ペルヒドロ−2,4‘−およびペルヒドロ−4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(HMDI)、1,4−ジイソシアナート−2,2,6−トリメチルシクロヘキサン(TMCDI)、1,3−および1,4−ビス−(イソシアナートメチル)−シクロヘキサン、m−およびp−キシリレンジイソシアネート(m−およびp−XDI)、m−およびp−テトラメチル−1,3−ならびにp−テトラメチル−1,4−キシリレンジイソシアネート(m−およびp−TMXDI)、ビス−(1−イソシアナート−1−メチルエチル)−ナフタリン、2,4−および2,6−トルイレンジイソシアネート、ならびにこれらの異性体(TDI)の任意の所与の混合物、4,4’−、2,4’−および2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネートならびにこれらの異性体(MDI)の任意の所与の混合物、1,3−および1,4−フェニレンジイソシアネート、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−ジイソシアナートベンゼン、ナフタリン−1,5−ジイソシアネート(NDI)、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナートジフェニル(TODI)、記載のイソシアネートのオリゴマーおよびポリマー、ならびに記載のイソシアネートの任意の所与の混合物。MDI、TDI、HDIおよびIPDIが好ましい。
ポリウレタンポリマーP1の調製に適切なポリオールは、具体的にはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびポリカーボネートポリオール、ならびにこれらのポリオールの混合物である。
特にポリエーテルポリオールとして適切であり、またポリオキシアルキレンポリオールまたはオリゴエテロルとしても既知であるのは、水、アンモニア、または1,2−エタンジオール、1,2−および1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、異性体ジプロピレングリコールおよびトリプロピレングリコール、異性体ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、ウンデカンジオール、1,3−および1,4−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA、水素化ビスフェノールA、1,1,1−トリメチロールエタン、1,1,1−トリメチロールプロパン、グリセリン、アニリン、ならびに記載の化合物の混合物といった、いくつかのOHまたはNH基を有する化合物といった、2つ以上の活性水素原子を有するスターター分子の補助によって、任意に重合されるエチレンオキシド、1,2−プロピレンオキシド、1,2−もしくは2,3−ブチレンオキシド、オキセタン、テトラヒドロフラン、またはそれらの混合物の重合生成物である。いわゆる複金属シアン化物錯体触媒(DMC触媒)の補助によって調製される、低不飽和度(ASTM D−2849−69当たりで測定され、ポリオールのグラム当たりの不飽和のミリ当量で示される(mEq/g))を有するポリオキシアルキレンポリオール、および、例えば、NaOH、KOH、CsOHまたはアルカリ性アルコラートといったアニオン触媒の補助によって調製される、高不飽和度であるポリオキシアルキレンポリオールの両方を使用することもまた可能である。
特に、ポリオキシエチレンポリオールおよびポリオキシプロピレンポリオール、とりわけ、ポリオキシエチレンジオール、ポリオキシプロピレンジオール、ポリオキシエチレントリオール、およびポリオキシプロピレントリオールが適切である。
0.02mEq/g未満の不飽和度を有し、1000〜30,000g/molの範囲の分子量を有するポリオキシアルキレンジオールまたはポリオキシアルキレントリオール、ならびに400〜20,000g/molの分子量を有するポリオキシエチレンジオール、ポリオキシエチレントリオール、ポリオキシプロピレンジオール、およびポリオキシプロピレントリオールが、特に適切である。
同様に、いわゆるエチレンオキシド終端(「EO末端キャップ」、エチレンオキシド末端キャップ)ポリオキシプロピレンポリオールが、特に適切である。後者は、例えば、純ポリオキシプロピレンポリオール、特に、ポリオキシプロピレンジオールおよびトリオールが、エチレンオキシドとのポリプロポキシル化反応の完了後、さらにアルコキシル化し、それにより、1級ヒドロキシル基を有するように得られる、特別なポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオールである。この場合に好ましいのは、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレンジオールおよびポリオキシプロピレンポリオキシエチレントリオールである。
例えば、Elastogran GmbH(Germany)社からLupranol(登録商標)の商標名で市販されているような、スチレンアクリロニトリルグラフトポリエーテルポリオールが、さらに適切である。
ポリエステルポリオールとして、少なくとも2つのヒドロキシル基を担持し、既知の方法、特に二価または多価アルコールとの、ヒドロキシカルボン酸の重縮合、または脂肪族および/もしくは芳香族ポリカルボン酸の重縮合によって調製されるポリエステルが特に適切である。
1,2−エタンジオール、ジエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、1,1,1−トリメチロールプロパン、または上述のアルコールの混合物といった二価または三価アルコールと、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、トリメチルアジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン−ジカルボン酸、マイレン酸、フマル酸、二量体脂肪酸、フタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テレフタル酸ジメチル、ヘキサヒドロフタル酸、トリメリト酸、およびトリメリト酸無水物、または前述の酸の混合物といった、有機ジカルボン酸もしくはそれらの無水物、またはエステルから調製されるポリエステルポリオール、ならびにε−カプロラクトンといったラクトンからのポリエステルポリオールが特に適切である。
ポリエステルジオール、特にジカルボン酸として、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、二量体脂肪酸、フタル酸、イソフタル酸、およびテレフタル酸から、または、ε−カプロラクトンといったラクトンから、ならびに二価アルコールとして、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、二量体脂肪酸ジオール、および1,4−シクロヘキサンジメタノールから調製されるものが、特に適切である。
ポリカーボネートとして、ポリオール、例えば、ポリエステルポリオールの生成に使用された前述のアルコールと、炭酸ジメチル、炭酸ジフェニルまたはホスゲン等の炭酸ジアリールといった炭酸ジアルキルの反応によって、アクセス可能であるものが、特に適切である。特にポリカーボネートジオール、特に非晶質ポリカーボネートジオールが適切である。
さらに適切なポリオールは、ポリ(メタ)アクリレートポリオールである。
これらの記載のポリオールは、好ましくは、250〜30,000g/mol、特に1000〜30,000g/molの分子量、および1.6〜3の範囲の平均OH官能性を有する。
特に適切なポリオールは、ポリエステルポリオールおよびポリエーテルポリオール、特に、ポリオキシエチレンポリオール、ポリオキシプロピレンポリオール、およびポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール、好ましくは、ポリオキシエチレンジオール、ポリオキシプロピレンジオール、ポリオキシエチレントリオール、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレンジオール、およびポリオキシプロピレンポリオキシエチレントリオールである。
ポリウレタン組成物Pが、ポリウレタンポリマーP1を含有する一元系の場合、ポリウレタン組成物Pは、既に記載したそれら以外で、単一成分ポリウレタン化学の業者によく知られているような他の成分を有してもよい。かかる追加の成分は、例えば、溶媒、軟化剤、および/または煤煙、白亜もしくはタルクといった増量充填剤、接着促進剤、特に、トリアルコキシシランおよび非晶質ケイ酸、ゼオライト等のチキソトロープ剤である。
別の好ましい実施形態において、ポリウレタン組成物Pは、ポリオール成分K1およびポリイソシアネート成分K2から成る二成分ポリウレタン組成物P2である。
ポリオール成分K1は、ポリウレタンポリマーP1の調製に適切なポリオールとして、上述の少なくとも1つのポリオール、具体的にはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびポリカーボネートポリオール、ならびにそれらのポリオールの混合物を含む。
さらに、ポリオール成分K1はまた、他の成分を含むことができる。有利には、硬化触媒が使用される。かかる触媒は、ポリイソシアネートとポリオールの反応、任意にまた、ポリアミンまたは水との反応に関して、当業者によく知られている。かかる触媒の例として、有機スズ、有機亜鉛、およびジブチル錫ジラウレートといった有機ビスマス触媒、または1,4−ジアゾビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)といった第三級アミンが言及され得る。
追加の成分として、ジオール、特にポリオキシアルキレンジオール、および/またはジアミンがより適切である。アミンとして、具体的には脂肪族、芳香脂肪族、環状脂肪族、および毒物学的に無害な芳香族アミンが、特に適切である。適切なアミンおよび触媒の選択ならびに濃縮によって、可使時間および硬化挙動、ならびに滑性挙動に有利に影響することが可能である。
ポリイソシアネート成分K2は、少なくとも1つのポリイソシアネートB1を含む。
ポリイソシアネートB1として、一方では、ポリウレタンポリマーP1の調製に適切なポリイソシアネートとして上述のポリイソシアネートB1’が特に適切である。
他方では、ポリイソシアネートB1として、少なくとも2つのイソシアネート基を有し、300g/mol未満、具体的には150g/mol〜270g/molの分子量を有する少なくとも1つのポリイソシアネートと、少なくとも1つのポリオールAB1の反応から形成されるポリウレタンプレポリマーB1’’’が特に適切である。ポリオールAB1として、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、不飽和モノマーから形成されるポリオール、およびそれらの混合物から成る群から選択されるポリオールが特に適切である。
好ましくは、それらのポリオールは、ポリウレタンポリマーP1の調製に適切なポリオールとして上述のポリオール、具体的にはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびポリカーボネートポリオール、ならびにそれらのポリオールの混合物である。
イソシアネート基を有する、かかるポリウレタンプレポリマーの調製方法は、よく知られた手法で行われ、通常、ポリオールに対するポリイソシアネートの化学量論過剰内で生じる。これに対し、特に適切なポリイソシアネートは、2,4−および2,6−トルイレンジイソシアネート(TDI)、2,4’−および4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ならびにそれらの異性体混合物および互いの混合物である。MDIが特に好適であると見なされる。
これらの記述されたポリオールAB1は、好ましくは250〜30,000g/mol、特に1000〜8000g/molの平均分子量を有し、好ましくは特に1.6〜3の範囲の平均OH官能性を有するジオールまたはトリオールである。
一好ましい実施形態において、ジオールおよびトリオールの混合物であるポリオールAB1の混合物が使用される。
一好ましい実施形態において、ポリイソシアネート成分K2は、少なくとも1つのポリイソシアネートB1’および少なくとも1つのポリイソシアネートポリウレタンプレポリマーB1’’を含む。
2つの成分K1およびK2は、既に記載したそれら以外で、二成分ポリウレタン化学の業者によく知られているような他の成分を有してもよい。それらは、1つだけまたは両方の成分内に存在し得る。かかる追加の成分は、例えば、溶媒、軟化剤、および/または煤煙、白亜もしくはタルクといった増量充填剤、接着促進剤、特にトリアルコキシシラン、ならびに非晶質ケイ酸、ゼオライトといったチキソトロープ剤である。
ポリウレタン接着剤の業者が知っているように、成分、特にポリイソシアネート成分K2の調製時に、原料は可能な限り水を除き、その調製後、成分はほとんどまたは全く水蒸気と接触しないように確認しなければならない。一方で、これは、出発物質の物理的または化学的乾燥によって、および不活性ガス、通常窒素の下で行うことによって達成される。
成分K1およびK2は、好ましくはK1およびK2の成分の体積比が、1:3〜3:1、具体的には1:2〜2:1であるように調合される。特に好ましくは、この比率は約1:1である。混合比は、好ましくは成分K2のNCO基が、成分K1のNCO反応基、通常、OH基に対して化学量論的である。混合が本質的に化学量論的に行われない、すなわち5%を超える偏差を伴う場合、成分K1およびK2の反応は最適ではなく、硬化されたポリウレタン組成物の機械的特性の減少をもたらす。これは、特にポリオール成分の過剰に対して適用できる。これはまた、ポリイソシアネートの過剰に対して基本的には不利であるが、さらなる架橋固着をもたらし得る大気中の湿気といった水蒸気を有する未反応イソシアネート基の後続反応によって、悪化した機械的挙動が少なくとも部分的に改善され得る。
成分K1およびK2は、使用される前は互いに離して保持され、使用される直前にのみ、共に混合される。成分は、ポリオール成分K1が一方のチャンバに存在し、ポリイソシアネート成分K2が他方のチャンバに存在するように、2つに分けられたチャンバからなる容器内に有利に存在する。成分K1およびK2は、容器のチャンバ内に流入され、空気と水蒸気がきつく密閉される。
好ましくは、ポリウレタン組成物Pは、少なくとも1つの充填剤をさらに有し、充填剤の割合は、組成物の全重量に対して20〜60重量%、具体的には30〜60重量%である。異なる充填剤の混合物の使用は、十分可能であり、有利ですらある。
充填剤は、未硬化組成物の流動学的性質および硬化組成物の機械的特性の両方に影響を与える。適切な充填剤は、任意に脂肪酸で被覆された、天然、重質または沈降炭酸カルシウムといった無機および有機充填剤、具体的にはステアリン酸塩、硫酸バリウム(BaSO、バライトまたは重晶石としても既知である)、か焼カオリン、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ケイ酸、具体的には熱分解プロセスによって高度に分散したケイ酸、煤煙、具体的には工業的に生産された煤煙(カーボンブラック、以下「煤煙」という)、PVC粉末または中空球である。適切な充填剤は、炭酸カルシウム、か焼カオリン、煤煙、高度に分散したケイ酸、ならびに、水酸化物または水和物、具体的にはアルミニウム、好ましくは水酸化アルミニウムの水酸化物または水和物等の難燃性充填剤である。
プラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物は、プラスチック母材を含有する繊維複合組成物である。
かかる繊維複合組成物の適切な繊維は、無機質繊維、具体的にはガラス繊維および鉱物繊維、金属繊維、ならびに有機繊維から成る一覧から選択される繊維である。好ましくは、それらは、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、プレキシガラス繊維、エチレンおよび/もしくはプロピレンのホモポリマーまたはコポリマーの繊維から成る一覧から選択される有機繊維である。最も好ましくは、それらは炭素繊維である。
本文書において、「炭素繊維」は、熱分解によって黒鉛形状の炭素に変換される炭素含有出発原料の工業的に生産された繊維を意味する。本文書において、それらは有機繊維に数えられる。
本文書を通して、繊維複合体は繊維で構成される材料を意味する。繊維は、短繊維もしくは長繊維、紡糸、織繊維もしくは不織繊維、または細糸であってもよい。さらに、繊維は指向性または伸長性繊維であってもよい。さらに、両方が幾何学であり、また互いに組成物である異なる繊維の使用は有利であり得る。
さらに、繊維複合体は間隙を含む。これらの間隙は、適切な生産方法によって作られる。好ましくは、間隙は、少なくとも部分的に開いていて、プラスチック母材の侵入を可能にする。繊維から成る本体は、当業者に知られている最も多様な方法で生成され得る。特に、使用される本体は、織物、レイドウェブ、または編物である。好ましくは、繊維複合体は、織物またはレイドウェブ、具体的には多軸レイドウェブである。
適切なプラスチック母材は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ジアリルフタレート樹脂、(メタ)アクリレート樹脂、ポリウレタン、アミノ樹脂、メラミン樹脂、および尿素樹脂から成る一覧から選択される。特に好ましいのはエポキシ樹脂である。したがって、プラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物にとって、少なくとも1つのエポキシ樹脂を含むプラスチック母材であることは有利である。
プラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物から製作された成形体は、例えば、繊維複合体のウェブを型穴表面上層状にしてに生成され、所望の成形体の形状を決定する。繊維複合体の層状ウェブは、未硬化の液体プラスチック材料に浸漬され、含浸させられる。
液体は、繊維複合体の周囲に固体の母材を形成するプラスチック材料の未硬化の前駆体材料である。液体プラスチック材料への含浸は、層状ウェブが型内に配置される前または後に行われてもよい。そこで層が所望の形状に圧縮され、液体プラスチック材料が加熱され、固体の母材に硬化される。硬化された生成物、すなわちプラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物から製作された成形体は、好ましくは軽量で非常に頑丈である。
好ましいプラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物は、ポリエステルまたはエポキシ母材中のガラス繊維および/または炭素繊維に基づいて生成される。かかる組成物は、既知の様式の様々な方法によって、ポリエステルまたはポリエポキシド、ならびにガラス繊維および/または炭素繊維から生成されることができる。
特に好ましくは、プラスチック母材KFZを含有する繊維複合組成物は、そのプラスチック母材がエポキシ樹脂を含有し、その繊維複合体が炭素繊維を有する材料を必要とする材料を含む。
本発明に従う方法で、ステップa)において、赤外線照射がKFZの成形体の規定領域DBに適用される。「成形体」とは、3次元の広がりをもつ対象を意味する。好ましくは、自動車のパネリングの一部といったシート状形態の成形体を含む。好ましくは、例えば、自動車構造、航空機構造、ボート構造、または他の機械的に高応力下の構造部品において採用される成形体を含む。
本発明に従う方法におけるステップは、ステップa)がステップb)の前に生じる時間系列において行われる。
ステップa)における、KFZの成形体の規定領域DBへの赤外線照射の適用は、規定領域DBの加熱をもたらす。
KFZの成形体の規定領域DBの表面温度が、5秒間以上、好ましくは5〜600秒、特に好ましくは30〜180秒間で、60℃以上、好ましくは60〜200℃、特に好ましくは120〜160℃の温度にされることは、ステップa)における成形体上でのポリウレタン組成物Pの接着に有利である。
驚くべきことに、ポリウレタン組成物Pの接着は、ステップa)における赤外線照射の適用が、ステップb)においてその上にポリウレタン組成物Pが適用される規定領域DBから離れた表面上で行われる時、さらに改良されることが分かった。このため、成形体が、例えばシート状の広がりをもつ成形体である場合、次いで、成形体上のポリウレタン組成物Pの接着を改良するために、ステップa)における赤外線照射の適用をKFZの成形体の規定領域DBの一側面上で実施し、ステップb)において、ポリウレタン組成物Pを規定領域DBのもう1つの側面、つまりに反対側に適用することは有利であり得る。簡単に言えば、その結果、赤外線照射が、成形体の領域DBの背面または裏面に適用され、ポリウレタン組成物Pがその表面に適用される。
ステップa)における赤外線照射は、好ましくは0.78μm〜50μm、好ましくは1.4μm〜10μm、特に好ましくは2μm〜3μmの波長をもつ赤外線照射である。
さらに、KFZの成形体の規定領域DBの洗浄を、特に溶剤を用いてステップa)の前に行うことは有利であり得る。
さらに、ステップa)の後に冷却することは、KFZの成形体の領域DBにとって、有利であり得る。好ましくは、KFZの成形体の規定領域DBの表面温度は、ステップa)とb)との間で、30℃以下、具体的には20〜30℃である。また好ましくは、KFZの成形体の規定領域DBの表面温度は、ステップa)とb)との間で、周囲温度に対応する。
さらに、ステップa)とb)との間に2〜200分、特に5〜180分、特に好ましくは5〜120分の時間間隔を有することは有利であり得る。
驚くべきことに、これによりポリウレタン組成物Pの接着がさらに改良されたことが分かった。
基板として、特に適切なのは、コンクリート、モルタル、れんが、タイル、石膏、みかげ石もしくは大理石等の天然石、ガラス、ガラスセラミック、金属もしくは合金、木材、プラスチック、またはニスから成る群から選択されるものである。
固着に特に好ましい基板は、ポリエステルまたはエポキシ母材中のガラス繊維および/または炭素繊維に基づく成形体である。
ステップc)における基板がKFZ、特に、そのプラスチック母材がエポキシ樹脂を含有し、その繊維複合体が炭素繊維を有する材料の成形体である時、特に有利である。
本発明に従う方法は、ポリウレタン組成物Pを硬化するステップd)を含む。
ポリウレタン組成物Pの硬化は、組成物が水蒸気または水と接触させられる様式によって、最初に判断される。
硬化に必要な水蒸気は、空気(湿気)または、例えば、水様ペーストといった組成物と混合され得るものの、いずれかから与えられ得る。
好ましくは、ポリウレタン組成物Pは、熱の追加により少なくとも部分的に硬化され、加熱の作用中の組成物の温度は、少なくとも50℃、および有利には60℃〜160℃、好ましくは80℃〜140℃、特に好ましくは90℃〜130℃である。
組成物の熱硬化に必要な熱は、任意の所与のエネルギー源によって生成され得る。適切な加熱手段は、具体的には、空気循環炉、熱風送風機、または赤外線放射器である。構造部品の少なくとも1つが、強磁性および/または圧電性、強磁性、もしくは超常磁性材料を含有する組成物の場合、加熱はまた、磁気的および/または電気的交番磁界、具体的には、特に記載の組成物の急加熱を可能にするマイクロ波または誘導の適用によって、行われてもよい。
接着剤組成物の調製
成分K1を調製するため、ポリオール混合物を真空溶解機に設置し、触媒および乾燥剤を添加して水蒸気を排除した後、25℃で20分間撹拌した。次に、このポリオール成分K1をポリプロピレンの並列二重カートリッジ(体積/体積=1:1)の1チャンバに流入し、プラスチックプランジャーで空気と水蒸気をきつく密封した。
成分K2のために、乾燥白亜をポリイソシアネートに添加し、25℃の撹拌下および真空下において真空溶解機内で20分間均一に動かした。この後、このポリイソシアネート成分K2を前述の並列二重カートリッジの第2のチャンバに流入し、同様にプラスチックプランジャーで空気と水蒸気をきつく密封した。
成分K1およびK2を静的ミキサーの補助により、表1に示される分量の容積1:1で混合した。
Figure 0005972973
試験方法:
引張せん断強度(ZSF)(DIN EN1465に基づく)
実験例1〜10の試験体を、上述の接着剤組成物および、そのプラスチック母材がエポキシ樹脂を含有し、その繊維複合体が炭素繊維(EK)を有するプラスチック母材を含有する繊維複合組成物の、それぞれ100×45×1.5mmの寸法を有し、糊着表面が1.6mmの層厚で、15×45mmである2つのスラブから調製した。糊着されるEKの表面をまず、表2に示されるような溶媒に浸漬された布切れで一度拭いた(洗浄)。本発明の実施例6〜10において、糊着される表面から離れた表面を、次いで、赤外線放射器(Vulkan company,Switzerland、赤外線照射の波長2.5μm、1650ワット)の補助により、60秒間で140℃の温度まで加熱した。比較例1〜5では、接着剤の適用前に赤外線照射による加熱はなかった。
比較例4に対し、糊着される表面をプラズマ手段で前処理した。
比較例5に対し、糊着される表面を3MからのScotch−Brite不織布の手段で前処理した。
表2に示される時間の後、接着剤を糊着される表面の1つに適用し、EKを固着した。この後、接着剤を前述の赤外線放射器によって60秒間で140℃まで加熱する手段により硬化した。接着剤を糊着される表面に適用する前に、糊着される表面の表面温度は室温に対応した。
引張速度は20mm/分であった。引張せん断強度を、接着剤の硬化後、2分間および7日間(23℃の保管場所で7日間)判定した。
これらの引張せん断強度の試験の結果を、表2に要約する。MPaで示される測定値は、3つの独立試行からの平均値である。さらに、引張せん断試験後、EK上に残った接着剤に応じて、破断形式を接着性破断形式または粘着性破断形式に分類した。
Figure 0005972973
赤外線照射で前処理された実施例6〜10が、硬化直後(早強性)および7日間後の両方で、比較例1〜5よりも優れた引張せん断強度を有することは、表2から明らかである。さらに、実施例6〜9は粘着性破断形式を有する。
赤外線前処理と接着剤の適用間に、それぞれ5分および30分の時間間隔を有する実施例6および7が、時間間隔がそれぞれ60分、120分、および180分である実施例8〜10よりも優れた早強性を有することが、さらに明らかである。
引張せん断強度(ZSF)(DIN EN1465に基づく)
実施例11〜18の試験体を、上述の接着剤組成物および、そのプラスチック母材がエポキシ樹脂を含有し、その繊維複合体が炭素繊維(EK)を有するプラスチック母材を含有する繊維複合組成物の、それぞれ100×45×1.5mmの寸法を有し、糊着表面が1.6mmの層厚で15×45mmである2つのスラブから調製した。EKは、異なる製造業者から与えられる(製造業者1〜4)。
糊着されるEKの表面をまず、イソプロパノールに浸漬された布切れで一度拭いた(洗浄)。本発明の実施例15〜18において、糊着される表面から離れた表面を、次いで、赤外線放射器(Vulkan company,Switzerland、赤外線照射の波長2.5μm、1650ワット)の補助により、60秒間で140℃の温度まで加熱した。比較例11〜14では、赤外線照射による加熱はなかった。
10分後、接着剤を糊着される表面の1つに適用し、EKを固着した。接着剤を糊着される表面に適用する前に、糊着される表面の表面温度は室温に対応した。接着剤を前述の赤外線放射器によって60秒間で140℃まで加熱する手段により硬化した。引張速度は20mm/分であった。引張せん断強度を接着剤の硬化完了後、1分間判定した。
これらのMPaでの引張せん断強度の試験の結果を表3に要約する。
Figure 0005972973

Claims (12)

  1. プラスチック母材を含有する繊維複合組成物KFZから製作された成形体を、ポリウレタン組成物Pで糊着するための方法であって、
    a)前記KFZの成形体の、ステップb)においてその上にポリウレタン組成物Pが適用される規定領域DBの背面に赤外線照射を適用するステップと、
    b)前記KFZの成形体の前記規定領域DBにポリウレタン組成物Pを適用するステップと、
    c)前記KFZの成形体の前記規定領域DB上の前記ポリウレタン組成物Pを、基板に固着するステップと、
    d)前記ポリウレタン組成物Pを硬化するステップと、を含む、方法。
  2. 前記プラスチック母材を含有する繊維複合組成物KFZが、少なくとも1つのエポキシ樹脂を含むプラスチック母材を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記プラスチック母材を含有する繊維複合組成物KFZ中の前記繊維が、有機繊維であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記プラスチック母材を含有する繊維複合組成物KFZ中の前記繊維が、炭素繊維であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. ステップa)の前記KFZの成形体の前記規定領域DBの表面温度が、5〜600秒間で60〜200℃の温度にされることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. ステップa)の前記KFZの成形体の前記規定領域DBの表面温度が、30〜180秒間で120〜160℃の温度にされることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記KFZの成形体の前記規定領域DBの洗浄が、溶剤を用いて、ステップa)の前に行われることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記KFZの成形体の前記規定領域DBの表面温度が、ステップa)とb)との間で、30℃以下であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
  9. 2〜200分の時間間隔が、ステップa)とb)との間で生じることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
  10. 5〜120分の時間間隔が、ステップa)とb)との間で生じることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
  11. ステップc)の前記基板が、KFZの成形体であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記プラスチック母材を含有する繊維複合組成物KFZが、そのプラスチック母材がエポキシ樹脂を含有し、その繊維複合体が炭素繊維を有する材料であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
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