Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter May 26, 2013

Thermoanalyse der Phenolharzhärtung

Ein Weg zur Optimierung der Nachtemperung

Thermoanalysis of phenolic resin — A path towards optimised post curing
Simone Krüger, Wolfgang Stark, Harald Goering and Uwe Michel
From the journal Materials Testing

Kurzfassung

Angesichts der spezifischen Bedeutung der Aushärtung von Phenolharzen für ihre Eigenschaften als Ingenieurwerkstoffe besteht großes Interesse an deren quantitativer Charakterisierung. Mittels DSC-Messungen unter hohem Druck (HP-DSC) kann die Vernetzungsreaktion der Phenolharzformmassen durch die Unterdrückung der Verdampfung niedermolekularer Substanzen ohne störende Überlagerungen verfolgt werden. Mittels verschiedener Vernetzungsgrade können die Einflussparameter der Aufheizrate und der Nachtemperung optimiert werden. Die Messergebnisse ermöglichen eine Modellierung der Reaktionskinetik mit dem Ziel einer verbesserten Prozessführung und Qualitätskontrolle in der industriellen Praxis.

Abstract

Numerous DSC results at high pressure were focused on the cross linking reaction of phenol moulding compounds as well as on dumbbell test specimens manufactured by Bakelite. By suppressing the water evaporation it is possible to investigate the curing reaction independently from the overlapping endothermic effects. The informative value of the High-Pressure-(HP)-DSC is demonstrated by investigating various parameters such as heating rate, degree of curing and post curing effects. HP-DSC is able to deliver data for a kinetic modelling of the cross linking of which first results are presented. This basic information may be employed by industrial partners to optimise curing profiles according to the specific material properties.


Dr. rer. nat. Simone Krüger, geb. 1972, ist Diplomchemikerin und hat auf dem Gebiet der Polymerchemie promoviert. Seit 1996 arbeitet sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Berlin in der Arbeitsgruppe „Thermische Beständigkeit von Polymerwerkstoffen‟ an der Weiterentwicklung von Methoden in der Thermischen Analyse.

Dr. rer. nat. Wolfgang Stark, Jahrgang 1948, ist Diplom-Physiker. Nach 15-jähriger Tätigkeit im Institut für Polymerenchemie ist er seit 1991 an der BAM auf dem Gebiet der Polymerphysik an vernetzenden Kunststoffen tätig.

Dr. rer. nat. Harald Goering, geb. 1943, ist Diplomphysiker und hat 1974 auf dem Gebiet der Polymerphysik promoviert. Nach langjähriger wissenschaftlicher Tätigkeit in mehreren wissenschaftlichen Institutionen ist er seit 2000 Mitarbeiter der BAM und leitet dort die Arbeitsgruppe „Thermische Beständigkeit von Polymerwerkstoffen‟.

Dipl.-Ing. (FH) Uwe Michel, geb. 1979, studierte Kunststofftechnik an der HTW Aalen. Seine Diplomarbeit zum Thema Nachtemperierung von Phenolharze absolvierte er 2005 an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Seit 2006 ist er als Entwickler für Trägerfolien in der Firma tesa in AG Hamburg tätig.


Literatur

1 Baekeland, L. H.: Chemiker Zeitung33 (1909), S. 317 Search in Google Scholar

2 Gardziella, A.; Haub, H.-G.: Phenolharze (PF), in: Becker, G. W.; Braun, D.; Wilbrand, W. (Hg.): Kunststoff-Handbuch, Duroplaste, Bd. 10, 2. Aufl., Hanser Verlag, München Wien1988, S. 12 Search in Google Scholar

3 Knop, A.; Pilato, L. A.; Louis, A. (Hg.): Phenolic Resins-Chemistry, Applications and Performance-Future Directions, Springer-VerlagBerlin Heidelberg1985 Search in Google Scholar

4 Bittmann, E.: Thermosets, Kunststoffe-Plast Europe92 (2002) 10, S. 146149 Search in Google Scholar

5 Bittmann, E.: Automotive applications: Thermosets get going, Kunststoffe-Plast Europe93 (2003) 3, S. A25A27 Search in Google Scholar

6 Bittmann, E.: Thermosets, Kunststoffe-Plast Europe95 (2005) 10, S. 168172 Search in Google Scholar

7 Hunold, D.; Wobbe, H.: Injection moulding and crosslinking – Economical processing of polyester BMC and thermosets, Kunststoffe-Plast Europe90 (2000) 3, S. 3842 Search in Google Scholar

8 Hunold, D.: Materials with accurate characteristics profiles, Kunststoffe-Plast Europe91 (2001) 7, S. 5657 Search in Google Scholar

9 Brinkmann, H. P.; Kraemer, M.; Kürten, C.: Thermosets, Kunststoffe-Plast Europe94 (2004) 10, S. 145147 Search in Google Scholar

10 Stark, W.; Hoster, B.; Kürten, C.: Nachtemperung von duroplastischen Bauteilen – Spagat zwischen Eigenschaftsverbesserung und Eigenschaftsverschlechterung, Gummi Fasern Kunststoffe (GAK)58 (2005), S. 718722 Search in Google Scholar

11 Holland, C.; Stark, W.; Hinrichsen, G.: Dielektrische Untersuchungen zur Aushärtung einer Phenolplast-Formmasse, Plaste und Kautschuk40 (1993) 12, S. 416421 Search in Google Scholar

12 Stark, W.: Thermoanalytische Charakterisierung duroplastischer Formmassen, Materialprüfung41 (1999) 4, S. 115123 Search in Google Scholar

13 Becker, G. W.; Braun, D.; Wilbrand, W. (Hg.): Kunststoff-Handbuch, Duroplaste, Bd. 10, Hanser Verlag MünchenWien1988, S. 25 und S. 33 Search in Google Scholar

14 Lu, S. Y.; Zhang, Z. Y.; Nawaby, A. V.; Day, M.: A kinetic investigation of the in situ polymerization of methyl methacrylate under supercritical fluid CO2 conditions using high-pressure DSC, Journal of Appl. Polym. Sci.93 (2004) 3, S. 12361239 Search in Google Scholar

15 Zhong, Z. K.; Zheng, S. X.; Mi, Y. L.: High pressure DSC study of thermal transitions of a poly(ethylene terephthalate) carbon dioxide system, Polymer40 (1999) 13, S. 3829-3834 Search in Google Scholar

16 Mi, Y. L.; Zheng, S. X.: A new study of glass transition of polmers by high pressure DSC, Polymer39 (1998) 39, S. 37093712 Search in Google Scholar

17 Zhang, Z. Y.; Handa, Y. P.: An in situ study of plasticization of polymers by high pressure gases, Journal of Polym. Sci., B: Polym. Phys.36 (1998) 6, S. 977982 Search in Google Scholar

18 Kohl, W. S.; Frei, J.; Trethewey, B. R.: Characterisation of cure process in melamine-formaldehyde laminating resins using high-pressure differential scanning calorimetry, Tappi Journal79 (1996) 9, S. 199205 Search in Google Scholar

19 Szesztay, M.; Laslo-Hedvig, Z. S.; Nagy, P.; Tüdös, F.: DSC characterisation of urea/formaldehyde condensates, II. Experiences with high pressure DSC cell, Holz als Roh- und Werkstoff54 (1996), S. 399402 Search in Google Scholar

20 Mathot, V. B. F.: New routes for thermal analysis and calorimetry as applied to polymeric systems, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry64 (2001) 1, S. 1535 Search in Google Scholar

21 http://www.bakelite.de/eng/PDF/FM_ETS_ Phenolic_Moulding_Compounds_GF.pdf PF 6771 Search in Google Scholar

22 http://www.ngb.netzsch.com/en/products/detail/pid,3.html Search in Google Scholar

23 http://www.ngb.netzsch.com/en/products/dil_tma_dma Search in Google Scholar

24 Krüger, S.; Goering, H.; Stark, W.; Brinkmann, P.; Bayerl, H.; Brinkmann, P.: Thermo Analytical Investigations of Phenol Moulding Compound Curing – Potential for Post-Cure Optimisation, in: Proceedings 3th International Thermoset Conference Iserlohn, 21.-22.04.2005, ISK Iserlohner Kunststoff-Technologie GmbH Iserlohn2005, S. 219227 Search in Google Scholar

25 Stark, W.; Michel, U.; Bayerl, H.; Goering, H.: Online monitoring of thermoset post-curing by dynamic mechanical thermal analysis DMTA, to be published Search in Google Scholar

26 Netzsch Thermokinetics Software Manual, Netzsch Gerätebau GmbH Selb 2003 Search in Google Scholar

27 Opfermann, J.: Kinetic analysis using multivariate non-linear regression, J. of Thermal Analysis and Calorimetry, 60 (2000), S. 641658 Search in Google Scholar

28 Opfermann, J.; Kaisersberger, E.; Flam- mersheim, H. J., Model-free analysis of thermoanalytical data-advantages and limitations, Thermochimica acta391 (2002), S. 119127 Search in Google Scholar

29 Simon, S. L.; Gillham, J. K.: Reaction kinetics and TTT cure diagrams for off-stoichimetric ratios of a high-Tg amine/epoxy system, Journal of Applied Polymer Science46 (1992), S. 12451270 Search in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-26
Erschienen im Druck: 2006-11-01

© 2006, Carl Hanser Verlag, München