METHOD FOR THE DETERMINATION OF THE GELIFYING TIME OF A REACTION RESIN

Abstract: 1. Improved method for determining the gelling time of reactive resins, according to DIN 16 945, "Method B", which have a viscosity of between about 500 and about 50,000 mPa . s, it being possible to monitor the progress of the solidification by measuring the change in torque of a motor (4) running at constant speed of rotation, to the shaft of which a rotation body (1) is fitted, which is immersed by a lowering device (2) on a stand (3) into the freshly prepared resin/curing agent/accelerator mixture (8) preferably located in a thermostat bath (7), characterized in that the rotation body (1) formed in a conical shape is immersed into the resin mixture until an instrument (5) indicating or monitoring the power consumption of the motor (4) signals an initial value, fixed for the particular type of instrument, corresponding to a torque M1, the gelling process takes place at this viscosity-dependent depth of immersion of the rotation body and the gelling time is determined by a timing device (6) which is stopped when a fixed, higher second torque M2 is reached.

Description: Verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Gelierzeit von Reaktionsharzen Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Gelierzeit von Reaktionsharzen, insbesonders von ungesättigten Polyesterharzen (UP-Harzen), wie sie vom Deutschen Normenausschuss in der DIN 16 945 (Ausgabe April 1976) beschrieben ist. Durch die Gelierzeit wird normgemäss ein Anhalt dafür gegeben, wann und bei welcher Temperatur die Reaktionsharzmasse nach Zugabe von Härter und Beschleuniger in den Gelzustand übergeht. (Die Temperatur (= Prüftemperatur) wird üblicherweise vom Lieferanten des Harzes angegeben).In diesem Normblatt werden zwei Verfahren zur Bestimmung der Gelierzeit angegeben. Bei dem im Normblatt angegebene "Verfahren A" wird die Gelierzeit durch regelmässiges händischen Heben und Senken eines Glasstabs in der in einem Reagenzglas befindlichen Reaktionsharzmasse bestimmt. Der Endpunkt ist dann gegeben, wenn beim Anheben des Glasstabs das Reagenzglas infolge der Gelierung des Harzes mitgehoben wird. Beim "Verfahren B" wird der Glasstab über eine Magnetkupplung und einen Stahldraht an die Welle eines Motors angeschlossen. Beim Eintreten der Gelierung wird der Glasstab abgebremst. Dadurch wird eine Vorrichtung (z. B. Kontaktstreifen oder elektronische Einrichtungen) ausgelöst, welche den Motor und die Zeitmesseung stoppen. Für dieses "Verfahren B" wurden von der Industrie verschiedene Geräte entwickelt, welche die Änderung des Widerstandes bei der Gelierung und die entsprechende Zeit in verschiedenster Weise anzeigen (siehe z. B. Merkblätter über g "GELTIMERw der Pa. REITER, Wien). Bei beiden Verfahren ist für das Signal "Ende der Messzeit" das Auftreten einer bestimmten Kraft bzw. eines bestimmten Drehmomentes erforderlich, wobei die ursprüngliche Viskosität des zu messenden Resktionshar- zes unberücksichtigt bleibt. In der Praxis bedeutet das, dass bei dünnflüssigen Produkten das Signal zu spät kommt. Bei zähflüssigen Mischungen wird das Signal zu früh bzw. sofort nach dem Eintauchen des Prüfkörpers erfolgen. Es ist offensichtlich, dass die Messergebnisse daher in vielen Fällen fragwürdig oder überhaupt unbrauchbar sind. Die angegebenen Messmethoden werden vor allem auch dann problematisch, wenn bei einem Verarbeiter von Reaktionsharzen oder bei einem Hersteller solcher Produkte eine breite Palette verschiedener Harztypen mit unterschiedlicher Viskosität geprüft werden muss. Besondere Schwierigkeiten treten dabei immer dann auf, wenn Harze mit längerer Gelierperiode bzw. mit nichtnewtonschem Fliessverhalten (z. B. thixotropierte Harzkompositionen) geprüft werden, da einerseits beim Eintreten der Gelierung noch für längere Zeit keine Anzeige erfolgt, andererseits das Harz zum Zeitpunkt der Anzeige längst nicht mehr verarbeitungsfähig ist. In diesen Fällen bringt beim heutigen Stand der Technik nur die Bandme- thode (Verfahren "A") ein praxisgerechtes Ergebnis, da durch die händische Bedienung auch eine Beobachtung des Harzzustandes möglich ist und der Gelierungsbeginn exakt festgehalten werden kann. Beim Anfall einer grösseren Anzahl von Messungen ergibt sich daraus jedoch ein erheblicher Arbeitsaufwand. Es wurde nun gefunden, dass durch eine verbesserte Messanordnung, insbesonders bezüglich der Form und Eintauchtiefe des Rotationskörpers die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Gelierzeitmessung bei Reaktionsharzen wesentlich verbessert werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäss ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Gelierzeit von Reaktionsharzen (gemäss DIN 16 945, "Verfahren B"), die eine Viskosität zwischen ca. 500 und ca. 50.000 mPa.s aufweisen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen konisch ausgebildeten Rotationskörper (1) durch eine Absenkvorrichtung (2) am Stativ (9) so weit in die frisch bereitete, vorzugsweise in einem Thermostatbad (7) befindliche Harz/Härter/Beschleuniger-Mischung (8) eintaucht, bis ein die Stromaufnahme des mit weitgehend konstanter Drehzahl laufenden Motors (4) anzeigendes oder überwachendes Gerät (5) einen definierten Anfangswert, entsprechend einem Drehmoment M 1, signalisiert, bei dieser Eintauchtiefe des Rotationskörpers den Härtungsvorgang ablaufen lässt und eine Zeitmessvorrichtung (6), welche bei der Einleitung des Härtungsvorganges gestartet wurde, bei Erreichen eines definierten, höherliegenden zweiten Drehmoments M 2 abstoppt. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die Gelierzeit durch ein Viskositätsverhältnis charakterisiert, welches in weiten Grenzen unabhängig vom absoluten Wert der Ausgangsviskosität ist. Aus der Beziehung M = k . R3, wobei M das Moment an der Motorwelle, k eine Apparatekonstante, t die dynamische Viskosität und R der wirksame Radius des Rotationskörpers bedeutet, ist ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren in einem weiten Viskositätsbereich gearbeitet werden kann. Die Erfindung wird durch die nachstehenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt Abb. 1 eine schematische Darstellung des Gerätes, wobei die Ziffern, die in den Ansprüchen angegebene Bedeutung haben. Abb. 2 zeigt die wesentlichen Merkmale der Messspindel. Abb. 3 gibt den typischen Verlauf des Drehmoments bei der Härtung eines Reaktionsharzes wieder. Neben der ijbereinstimmung der Messergebnisse mit dem erfindungsgemässen Verfahren mit den nach dem händischen Verfahren erhaltenen Werten (unter der Voraussetzung der Beobachtung des Gelierungsbildes) und der grossen Messbreite für Harze verschiedener Viskosität hat das erfindungsgemässe Verfahren gegenüber den bekannten Vorrichtungen nach "Verfahren Bw überdies weitere Vorteile. Durch den Wegfall von Torsionsdrähten und Fühlerein- richtungen, welche immer wieder ausgewechselt werden müssen sowie gegebenenfalls durch den Wegfall spezieller nicht wieder verwendbarer Probengefässe ergibt sich eine wesentliche Herabsetzung der Betriebskosten und eine Steigerung der Einsatzbereitschaft des Gerätes. Durch die konische Porm des abnehmbaren Rotationskörpers und das Weiterlaufen des Antriebes nach Einsetzen der Gelierung wird sowohl die Entfernung des Rotationskörpers aus der Reaktionsmasse, als auch dessen Reinigung problemlos möglich. Der Rotationskörper ist entsprechend Abb. 2 ausgeführt und ist abnehmbar an der Welle des Antriebsmotors befestigt. Der Winkel der Kegelerzeugenden von der Konusachse des Rotationskörpers beträgt zwischen 10 und 60 Grad, vorzugsweise zwischen 15 und 30 Grad. Es ist offensichtlich, dass ein zu kleiner Winkel zu grossen Eintauchtiefen führt bzw. ein zu grosser Winkel die Genauigkeit der Einstellung des Niveaus M 1 negativ beeinflusst. Unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens konnen in einwandfreier Weise die Gelierzeiten von Reaktionsharzen gemessen werden, welche eine Viskosität zwischen etwa 500 und etwa 50.000 mPa.s aufweisen. In praktisch allen Fällen wird eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Gelierverhalten beobachtet. In der einfachsten Weise erfolgt die Messung der Gelierzeit nach dem erfindungsgemässen Verfahren in der Weise, dass man das thermostatisierte Reaktionsharz mit dem Härter und gegebenenfalls Beschleuniger versetzt und zu diesem Zeitpunkt die Zeitmessung in Tätigkeit setzt. Die Probe wird vorteilhafterweise in einer grösseren Menge in einem getrennten Gefäss hergestellt und erst nach dem gründlichen Vermischen in das Messgefäss eingefüllt. Der Rest der Probe kann für andere Bestimmungen,wie den Temperaturverlauf bei der Härtung u. ä. verwendet werden. Nach dem Einfüllen des Gemisches in das Messgefäss wird der Rotationskörper so weit in die Reaktionsmasse eingesenkt, bis das für das jeweilige Messgerät durch Eichung festgelegte Ausgangsniveau M 1 angezeigt wird. Dieses Ausgangsniveau wird vorteilhafterweise als Fensterbereich definiert, d. h. das Signal erlischt bei zu grosser und zu geringer Eintauchtiefe. Bei Erreichen des Niveaus M 2 wird die Zeitmessung abgeschaltet. Zur Erhöhung der Messsicherheit und zur Rationalisierung kann das Verfahren in vielfältiger Weise ergänzt werden. Eine Bedienungserleichterung stellt z. B. eine optische oder akustische Zeichengebung beim Erreichen der Niveaus M 1 bzw. M 2 dar. Ebenso kann durch ein motorisches Absenken des Rotationskörpers auf das Ausgangsniveau M 1 der Vorgang weiter automatisiert werden. Ein Herausheben des Rotationskörpers nach Erreichen des Niveaus M 2 vermeidet ein Verkleben mit dem gelierenden Harz und erleichtert die Reinigung. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Messstellen mit einem gemeinsamen Steuer- und Anzeigeteil zu verbinden. Die Mess- und Regeltechnik bietet solche Steuer- und Anzeigeorgane in vielen Ausführungsformen an. Auch das Prinzip der Verwendung des Antriebsmotors als Messwandler für das Drehmoment gehört zum Stand der Technik und wird z. B. bei-einigen Typen von Rotationsviskosimetern angewandt. Selbstverständlich können die Messwerte bzw. der Messverlauf auch graphisch festgehalten werden. Da die Geräte mit unterschiedlichen Formen des Rotationskörpers ausgestattet und Antriebsmotoren mit Getrieben verschiedene Charakteristik aufweisen können, ist eine typenmässige Festlegung der Niveaus M 1 und M 2 durch eine einmalige Versuchsreihe mit verschiedenen Typen von Reaktionsharzen notwendig. Als Vergleich wird vorteilhafterweise die händische Methode unter gleichzeitiger Beobachtung des Gelierungsbeginns herangezogen. Eine laufende Überprüfung der Funktionsgenauigkeit kann durch Messung einer nichtgelierenden Flüssigkeit entsprechender Viskosität und Markierung der Eintauchtiefe am Rotationskörper erfolgen. Die nachfolgenden Vergleichsdaten sollen die Übereinstimmung der Gelierzeiten beim erfindungsgemässen Verfahren mit dem Handverfahren unter Beweis stellen Die dabei benützte Anordnung weist folgende Kennwerte auf: Motor : Faulhaber Typ 330/217 mit Getriebe ),06:1 (Fa. Faulhaber, Schönaich, BRD) Spindel :polierter Bdelstahlrotationskbrper gemäss Abb. 2, Konuswinkel 20* (gemäss Definition), maximaler Durchmesser 15 mm, maximale Eintauchtiefe 40 mm Niveaufenster M 1 : ca. 5.10-2N . cm Niveaufenster M 2 : ca. 20.10-21 . cm Gemessen wurden die Gelierzeiten von handelsüblichen ungesättigten Polyessterharzen, welche mit den vom Hersteller angegebenen Härter- und Beschleunigermengen versetzt wurden. Viskositäts- Probe Handmessung (1) erfgem. bereich der Harze (Min. : Sek) Verfahren (a) Niedrigviskos A 10 : 00 10 : t8 (unter 500mPa.s) B 10 : 30 10 : 17 (b) Mittelviskos (1000-2000 mPa.s) C 9 : 00 8 : 57 D . 14 : 00 13 : 53 E 23 : 00 23 : 15 P 41 : 30 41 : 52 G 57 : 30 59 : 46 (c) Hochviskos (5000-15.000 mPa.s) H 14 : 30 15 : 18 I 20 : 15 19 : 58 K 35 : 00 33 : 38 Alle Werte resultieren als Mittelwert aus 3 Messungen. (1) 1) mit opt. 3eobaohg des Gelierbeginns

Claims: Patentansprüche: 1. Verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Gelierzeit von Reaktionsharzen (gemäss DIN 16 945, "Verfahren B"), die eine Viskosität zwischen ca. 500 und ca. 50.000 mPa.s aufweisen, dadurch gekennzeich net, dass man einen konisch ausgebildeten Rotations körper (1) durch eine Absenkvorrichtung (2) am Stativ (3) so weit in die frisch bereitete, vorzugsweise in einem Thermostatbad (7) befindli che Harz/Härter/Beschleuniger-Mischung (8) eintaucht, bis ein die Stromaufnahme des mit weitgehend konstanter Drehzahl laufenden Motors (4) anzeigendes oder überwachendes Gerät (5) einen definierten Anfangswert, entsprechend einem Drehmo ment M 1, signalisiert, bei dieser Eintauchtiefe des Rotationskörpers den Härtungsvorgang ablaufen lässt und eine Zeitmessvorrichtung (6), welche bei der Einleitung des Härtungsvorganges gestartet wurde, bei Erreichen eines definierten, höherliegen den zweiten Drehmoments M 2 abstoppt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper im konischen Teil einen Winkel zur Konusachse vo 10 bis 60 Grad, vorsugs- weise 15 bis 30 Grad, aufweist. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, bei dem die Niveaus M 1 und/oder M 2 erreicht werden, durch ein optisches und/oder akustisches Signal angezeigt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dasAbeenken und Heben des Rotation8körpero als Punkt ion der Niveaus M 1 und M 2 motorisch gesteuert wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messetellen von einem Anseige- und/oder Steuerteil bedient werden. 6. Vorrichtung zur Bestimmung der Gelierzeit von Heaktioneharzes (gemäss DIN 16 945, "Verfahren B"), die eine Viskosität zwischen ca. 500 und ca. 50.000 mPa.s aufweisen, bestehend aus einem, an einem Stativ (3) durch eine Absenkvorrichtung (2) beweg lichen, mit weitgehend konstanter Drehzahl laufenden Motor, an dessen Achse ein konischer Rotationekör per (1) abnehmbar befestigt ist, sowie eine Anzeige vorrichtung für mindestens 2 Drehmomentniveaus und einer Zeitmessvorrichtung.

Inventors: GESSNER, WERNER, WETZ, GERHARD
Applicants: VIANOVA KUNSTHARZ AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: G01N11
IPC codes: G01N33, G01N11