DE102006048920B3 - Elektrisch leitendes Leichtbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft elektrisch leitende Leichtbauteile und Verfahren zur Herstellung. Die Leichtbauteile können im Fahrzeugbau oder auch für Rotoren von Windenergieanlagen eingesetzt werden. Sie sind besonders für Vorflügel (Slats) von Flugzeugen geeignet. Aufgabe der Erfindung ist es Leichtbauteile, die mit Faserverbundmaterial hergestellt sind und elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen, mit geringerem Aufwand und Herstellungskosten, herstellen zu können. Das erfindungsgemäße Leichtbauteil unterscheidet sich von den bekannten Lösungen dadurch, dass neben den ohnehin im Faserverbundmaterial enthaltenen Fasern zusätzlich elektrisch leitende Partikel und/oder elektrisch leitende Fasern im Harz eingebettet sind. Bevorzugt kann es sich dabei um Fasern aus Metall, z.B. Silber, Kupfer, Aluminium oder aus Kohlenstoff, wie bevorzugt Kohlenstoffnanoröhren (Carbonanotubes) handeln. Sie müssen nicht miteinander verwebt oder verwirkt sein, wie die Fasern des Faserverbundes, jedoch in ausreichender Menge vorhanden sein, um eine elektrisch leitende Verbindung untereinander zu sichern.

Description

  • Die Erfindung betrifft elektrisch leitende Leichtbauteile und Verfahren zur Herstellung. Die Leichtbauteile können im Fahrzeugbau oder auch für Rotoren von Windenergieanlagen eingesetzt werden. Sie sind besonders für Vorflügel (Slats) von Flugzeugen geeignet.
  • Für viele Anwendungen ist es von Bedeutung die Masse von Teilen und dabei auch die Gesamtmasse zu reduzieren. Dabei haben sich Bauteile, die aus bzw. mit Faserverbundmaterial hergestellt sind, als geeignet erwiesen, da mit ihnen eine ausreichende mechanische Festigkeit, bei gegenüber anderen Werkstoffen reduzierter Eigenmasse erreichbar ist.
  • Die so hergestellten Bauteile verfügen aber, wenn überhaupt nur über eine geringe elektrische Leitfähigkeit, was sich bei elektrostatischer Aufladung oder auch bei erforderlichen Blitzschutzmaßnahmen ungünstig auswirkt.
  • So ist es unter Anderem im Flugzeugbau üblich Bauteile mit Matten aus Kupfer zu belegen und so elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
  • Bei der Herstellung von Bauteilen mit Faserverbundmaterial wird bisher so vorgegangen, dass ein Fasergebilde mit einem Harz vorimprägniert wird. Das so erhaltene Halbfabrikat wird auch als „prepreg" bezeichnet. In einem beheizbaren Formwerkzeug (Autoklaven) erfolgt eine Verdichtung, mit Formgebung und Aushärtung des Harzes. Zur Erreichung einer elektrischen Leitfähigkeit von Kompositmaterialien, z.B. als Blitzschutz, kann zusätzlich eine Kupfermatte auf das Prepreg aufgelegt werden und gemeinsam während des Härtungsprozesses des Harzes in einem Autoklaven in das Bauteil eingearbeitet werden. Der Nachteil dabei ist, dass sich das Kupfergewebe in die Oberfläche des Komposits sehr stark mit einprägt, so dass es einen erheblichen Aufwand darstellt, anschließend eine wellenfreie Oberfläche am Bauteil mittels Lackierung zu erzeugen.
  • Dann wird teilweise zusätzlich eine elektrisch leitende Beschichtung mittels eines Haftvermittlers aufgebracht. Als äußere Beschichtung kommen dann eine sogenannte Primerschicht und eine gegen Erosion und/oder Vereisung schützende Deckschicht.
  • Es liegt auf der Hand, dass die Herstellung in der herkömmlichen Form einen hohen Aufwand erfordert und dem zu Folge die Kosten ebenfalls hoch sind.
  • Aus dem Stand der Technik sind weiter bekannt:
    DE 691 01 703 T2 : Ein mehrschichtig zusammengesetztes, leitfähiges Laminat, welches beispielsweise auf Tragflächen von Flugzeugen verwendet werden kann. Das mehrschichtige Laminat weist hierbei eine elektrisch leitfähige Schicht auf, welche aus Substratfasern, welche metallbeschichtet sind, besteht. Auch weist das Laminat eine weitere Schicht mit elektrisch nicht leitenden Fasern auf. Die auf der elektrisch leitfähigen Faserschicht aufgebrachte Oberflächenschicht kann hierbei als zweikomponentige Polyurethan-Oberflächenbeschichtung ausgebildet sein.
  • DE 34 21 123 A1 : Ein Verbundmaterial aus mehrlagigen Fasermatten in einer Kunststoffmatrix, wobei mindestens eine der Lagen so ausgebildet ist, dass die Fasern mit Nickel belegt sind. Das Material wird vor allen Dingen als Blitzschutz-Leichtbauelement im Flugkörperbau eingesetzt.
  • WO 02/076430 A1 : Eine Reparaturmethode zur Reparatur von faserverstärkten Verbundstrukturen unter Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, bei denen die Blitzschutzeigenschaften erhalten bleiben. Hierbei können auf beschädigte Stellen der Struktur mehrlagige Schichten aufgebracht werden.
  • DE 699 09 306 T2 : Windturbinenblätter aus Kohlenstofffaser, bei denen bestimmte Mengen von Kohlenstofffasermaterial dem Blatt so hinzugefügt sind, dass das Blatt selbst als Blitzschutz dient.
  • DE 694 21 088 T2 : leitfähige Verbundheizkörper für Vereisungsschutzsysteme, beispielsweise bei Flugzeugen.
  • US 3 755 713 und EP 0 074 263 A2 : Blitzschutzsysteme zur Verwendung auf Flugzeugoberflächen.
  • US 5 492 719 A : Eine Verbundstruktur auf Polymermatrixbasis, welche metallisierte Fasern im Polymermaterial enthält.
  • CH 552 326 : Eine Widerstandsheizmatte aus mehreren Schichten, unter anderem mit einer aus Kohlenstoff und nicht schmelzbaren Fasern gebildeten Heizschicht.
  • US 2004/0067364 A1 : Eine Verbundstruktur aus harzbasierten, faserverstärkten Verbundmaterialien mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
  • US 2003/0122111 A1 : Elektrisch leitfähige Beschichtungen mit Nanoröhrchen.
  • WO 91/10547 A1 : Ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffelementen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen, die mit Faserverbundmaterial hergestellt sind und elektrisch leitenden Eigenschaften aufweisen, mit geringerem Aufwand und Herstellungskosten sowie entsprechende Leichtbauteile zur Verfügung zu stellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie mit einem nach diesem Verfahren hergestellten Leichtbauteil nach Anspruch 5 und mit einem Leichtbauteil nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Das erfindungsgmäße Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils ist so ausgestaltet, dass ein mit Glas-, Kohlenstofffasern oder PEEK gebildetes Halbfabrikat zusätzlich mit elektrisch leitenden Fasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder elektrisch leitenden Partikeln mit einem Harz vorimprägniert wird, und dass das Halbfabrikat in ein beheizbares Formwerkzeug eingesetzt und bei einer Wärmebehandlung unter Druckkraftbeaufschlagung das Leichtbauteil in Form gebracht und das Harz ausgehärtet wird, und dass auf die Oberfläche des Halbfabrikats und/oder die Innenwand des Formwerkzeuges ein Lack aufgebracht und bei der Wärmebehandlung im Formwerkzeug ausgehärtet wird, wobei ein aus zwei Komponenten gebildetes Lacksystem aufgetragen wird und eine Komponente durch Polyaddition und/oder anaerob-, metallinduzierte Polymerisation und nachfolgend eine andere Komponente durch Bestrahlung mit elektromagnetsicher Strahlung ausgehärtet wird.
  • Ein erfindungsgemäßes, elektrisch leitendes Leichtbauteil, das mit einem Faserverbundmaterial gebildet ist, wobei neben den Fasern des Faserverbundmaterials elektrisch leitende Fasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder elektrisch leitende Partikel im Harz eingebettet sind, ist mit diesem Verfahren hergestellt und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche zwei übereinander ausgebildete Lackschichten aufweist, welche mit unterschiedlichen Harzkomponenten ausgebildet sind, wobei die eine Lackschicht mit einer durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Harzkomponente und die darunter ausgebildete Lackschicht mit einer durch Polyaddition und/oder anaerob-, metallinduzierte Polymeri sation aushärtbaren Harzkomponente gebildet ist, wobei die beiden Harzkomponenten jeweils so ausgebildet sind, dass ihre Aushärtung nicht in beiden beschriebenen Formen möglich ist.
  • Das erfindungsgemäße Leichtbauteil weist neben den ohnehin im Faserverbundmaterial enthaltenen Fasern zusätzlich elektrisch leitende Partikel und/oder elektrisch leitende Fasern auf, welche im Harz eingebettet sind.
  • Bevorzugt kann es sich dabei um Fasern aus Metall, z.B. Silber, Kupfer, Aluminium oder aus Kohlenstoff, wie bevorzugt Kohlenstoffnanoröhren (Carbonanotubes) handeln. Sie müssen nicht miteinander verwebt oder verwirkt sein, wie die Fasern des Faserverbundes, jedoch in ausreichender Menge vorhanden sein, um eine elektrisch leitende Verbindung unter einander zu sichern.
  • Vorteile aus dem Einsatz der oben bezeichneten Fasern ergeben sich mit der sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit, nunmehr des gesamten Leichtbauteils (Erhöhung der Sicherheit), der (Verbesserung der Bruchzähigkeit und Verwindungssteifigkeit des gesamten Leichtbauteils.
  • Allein oder zusätzlich kann die elektrische Leitfähigkeit auch mit metallisch leitenden Partikeln aus z.B. Silber, Kupfer oder Aluminium, aber auch mit Partikeln aus Kohlenstoff, wie z.B. Graphit oder Ruß erreicht werden.
  • Die Partikelgröße kann dabei sehr klein gehalten sein, so dass man herkömmlichen Ruß einsetzen kann. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf die elektrische Leitfähigkeit, sondern auch auf die Verarbeitbarkeit der Halbfabrikate aus, da die Viskosität des für die Imprägnierung eingesetzten Harzes dadurch reduziert werden kann, was sich bei der Formgebung und Verdichtung im Formwerkzeug vor der Aushärtung des Harzes günstig auswirkt.
  • Der Anteil an im Harz eingebetteten Partikeln oder Fasern sollte so hoch gewählt sein, dass eine elektrisch Leitfähigkeit von mindestens 103 S/m eingehalten ist. Die Fasern und Partikel sollten homogen verteilt vorliegen.
  • Für bestimmte Bauteile kann es aber auch gewünscht sein, am Bauteil Bereiche mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit vorzusehen. Dies kann durch entsprechend erhöhte Anteile elektrisch leitender Partikel oder Fasern in diesen Bereichen erreicht werden.
  • Das Partikel und/oder Fasern enthaltende Halbfabrikat kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt in beheizbaren Formwerkzeugen weiter verarbeitet werden.
  • Das Halbfabrikat ist mit einem Lackschichtsystem versehen. Eine Aushärtung kann damit auch im Formwerkzeug bei der Wärmebehandlung erfolgen.
  • Hierbei werden gleichzeitig zwei Lackschichten ausgebildet, die mit unterschiedlichen Harzen gebildet sind. Dabei wird eine solche Harzkomponente durch eine Polyadditionsreaktion und/oder durch anaerob-, metallinduzierte Polymerisation und die andere Harzkomponente durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt UV-Strahlung ausgehärtet. Harze bei denen die Aushärtung in beiden Formen möglich ist, sollten möglichst nicht eingesetzt werden. Mit der erstgenannten Harzkomponente kann eine untere Lackschicht und mit der zweiten Harzkomponente eine Decklackschicht darüber ausgebildet werden.
  • Die die Lackschichten bildenden Stoffe können als eine Mischung auf die Oberfläche des Halbfabrikats und/oder die Innenwand des Formwerkzeugs aufgetragen werden und dann die Wärmebehandlung im Formwerkzeug, wie üblich durchgeführt werden. Dabei tritt eine Phasenseparation der unterschiedlichen Harzkomponenten, in Folge unterschiedlicher physikalischer Dichten auf. Die durch Polyadditionsreaktion und/oder durch anaerob-, metallinduzierte Polymerisation aushärtbare Harzkomponente härtet aus und bildet die untere Lackschicht auf dem Bauteil. Die durch Bestrahlung aushärtbare Harzkomponente wird nachfolgend ausgehärtet. Dies kann nach der Entformung aber auch noch im Formwerkzeug erfolgen. Erfolgt die Aushärtung noch im Formwerkzeug muss dessen Wandung zumindest bereichsweise aus einem für die elektromagnetische Strahlung transparenten Werkstoff gebildet sein.
  • Es besteht aber auch die Möglichkeit die Stoffe die die untere Lackschicht bilden auf die Oberfläche des Halbfabrikats und die Stoffe für die Decklackschicht auf die innere Wand des Formwerkzeuges aufzutragen und dann die Wärmbehandlung und Aushärtung, wie vorab erläutert durchzuführen.
  • Es kann eine Formulierung aus radikalisch härtenden UV-Harzen (5–95 Gew.-%) und aus Isocyanat/hydroxyfunktionellen Polyol-Komponenten (95–5 Gew.-%), die ein- oder zweikomponentig vorliegen, für ein Lacksystem eingesetzt werden.
  • Beispielrezepturen: Flüssiglack
  • 2K-UV/PUR Dual-Cure System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %) Komponente A:
    Rohstoff Gew.-%
    Polyesterpolyol 35,50
    Acrylatharz 11
    Urethanacrylatharz 13
    Reaktivverdünner (Hexandioldiacrylat) 6
    UV Initiator (1-Hydroxy-cyclohexylphenyl-Keton) 0,5
    Gesamt Komponente A: 66,00
    Komponente B:
    Rohstoff Gew.-%
    aliphatisches Polyisocyanat 34,00
    Gesamt Komponente B: 34,00
    1K-UV/PUR Lacksystem (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)
    Rohstoff Gew.-%
    Polyesterpolyol 24
    Polyisocyanat (blockiert) 46
    Acrylatharz 10,8
    Urethanacrylatharz 12,75
    Reaktivverdünner (Hexandioldiacrylat) 6
    UV Initiator (1-Hydroxy-cylohexylphenyl-Keton) 0,45
    Gesamt Komponente A: 100,00
  • Beispielrezeptur: Pulverlack
  • UV/PUR Pulverlack-System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)
    Rohstoff Gew.-%
    OH terminierter Polyester 52,75
    cycloaliphatisches Polyurethdion 14,55
    Verlaufsmittel 1,6
    Katalysator Zinn-II-octoat 1,1
    Ungesättigter Polges-ter (UV-Harz) 24,20
    Urethanacrylat (kristalliner Härter) 2,70
    Entgasungsmittel 0,30
    Verlaufsmittel 2,00
    UV Initiator (1-Hydroxy-cyclohexylphenyl-Keton) 0,80
    Gesamt Komponente A: 100,00
  • Formulierung aus radikalisch härtenden UV-Harzen (5–95 Gew.-%) und aus Epoxidharzen und deren Reaktionspartnern (z.B. Amine) (95–5 Gew.-%), die ein- oder zweikomponentig vorliegen können, als Beispielrezepturen für ein flüssiges Lacksystem: 2K-UV/Epoxid Dual-Cure System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %) Komponente A:
    Rohstoff Gew.-%
    Epoxidharz Typ Bisphenol AF 42,00
    Acrylatharz 10,00
    Urethanacrylatharz 12,00
    Reaktivverdünner 5,50
    (Hexandioldiacrylat)
    UV Initiator (1-Hydroxy-cyclohexylphenyl-Keton) 0,5
    Gesamt Komponente A: 70,00
    Komponente B:
    Rohstoff Gew.-%
    Polyamidoamin 30,00
    Gesamt Komponente B: 30,00
    1K-UV/Epoxid System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)
    Rohstoff Gew.-%
    Epoxidharz Typ Bisphenol AF 64,5
    Polyamidoamin (blockiert) 5
    Acrylatharz 11
    Urethanacrylatharz 13
    Reaktivverdünner (Hexandioldiacrylat) 6
    UV Initiator (1-Hydroxy-cyclohexylphenyl-Keton) 0,5
    Gesamt Komponente A: 100,00
  • Beispielrezeptur: Pulverlack
  • UV/Epoxid Pulverlack-System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)
    Rohstoff Gew.-%
    Bisphenol A Epoxidharz 63,50
    Dicyandiamid-Derivat Vernetzer 3,20
    Verlaufsmittel Polyacrylatharz in Epoxidharz 3,30
    Ungesättigter Polyester (UV-Harz) 24,20
    Urethanacrylat (kristalliner Härter) 2,70
    Entgasungsmittel 0,30
    Verlaufsmittel 2,00
    UV Initiator 0,80
    Gesamt Komponente A: 100,00
  • Geeignete Formulierungen können aus ionisch härtenden UV-Harzen (5–95 Gew.-%) und aus Isocyanat/hydroxyfunktionellen Polyol-Komponenten (95–5 Gew.-%), die ein- oder zweikomponentig gebildet werden.
  • Formulierung können auch aus ionisch härtenden UV-Harzen (5–95 Gew.-%) und aus Epoxidharzen und deren Reaktionspartnern (z.B. Amine) (95–5 Gew.-%), die ein- oder zweikomponentig vorliegen, gebildet werden.
  • Aufgrund der unterschiedlich eingestellten Dichte der beiden wesentlichen Bestandteile im Lacksystem (UV und EP-PUR) kommt es während des Herstellungsprozesses der Leichtbauteile, zu einer Filmseparation, wobei das UV-Harz die spätere Bauteiloberfläche (somit Grenzschicht zwischen Faserverbundhalbzeug und Formwerkzeug) darstellt. Dies kann entweder nach dem Entformen oder an bereits lackierten Bauteilen mittels UV-Strahlung zeitversetzt während des Prozesses, durch die Verwendung geeigneter für UV-Strahlung transparenter Werkzeugschalen, ausgehärtet werden.
  • Im Bereich der mit elektromagnetischer Strahlung ausgehärteten Lackschicht (Decklackbereich) ist der Film anschließend hoch vernetzt und dadurch widerstandsfähig gegenüber chemischen und mechanischen Angriffen (Kratzer, Abrieb usw.). Im darunter liegenden Primerbereich ist der Lackfilm „nur" durch die Polyadditionsreaktion vernetzt, was zu einem Polymer mit sehr guten Haftungseigenschaften führt.
  • Die zu verwendenden Lacksysteme (Nasslacke/Pulverlacke) sind vorzugsweise mit 100 Feststoffanteil zu formulieren, da jegliche Verdünnungsmittel (Wasser oder organische Verdünnungsmittel) während des Herstellungsprozesses verdampfen und zu Oberflächenstörungen führen.
  • Die Lacksysteme können damit sowohl flüssig als auch pulverförmig vorliegen, sowie pigmentiert o der unpigmentiert sein. Weiterhin können weitere Bindemittelklassen eingesetzt werden um das Eigenschaftsprofil der späteren Deckschicht zu gestalten. Dies sind z.B.:
    fluorierte und/oder silanisierte Harze/Bindemittel zur Verringerung der Oberflächenenergie (Hydrophobierung)
    Harze/Bindemittel, die speziell unter anaeroben Bedingungen unter Einfluss katalytisch wirkender Metalloberflächen (z.B. aus den Formen zur Bauteilherstellung oder aus speziellen Metallinitiatioren) aushärtbar sind
  • Anaerobe Lacke können demnach in Gegenwart von Sauerstoff stabil gelagert werden. Der Sauerstoff übernimmt eine Inhibitorfunktion. Unter Ausschluss von Sauerstoff, d.h. beim Härtungsprozess in einem Autoklaven, kommt es bei Anwesenheit von Metallionen zur Härtungsreaktion. Die Metallionen können dabei entweder aus der metallischen Oberfläche eines luftundurchlässigen Substrates kommen oder vorzugsweise durch Zugabe in die Rezeptur aus dem Lack selbst kommen. Anaerobe Lacke sind somit verarbeitungstechnisch gesehen einkomponentige Systeme.
  • Zusätzlich können in den Rezepturen noch elektrisch leitende Fasern oder Pigmente enthalten sein, um elektrisch leitende Lackschicht(en) zu erhalten. Die Fasern oder Pigmente können dabei aus Metall, wie z.B. Silber, Kupfer oder Aluminium sein. Es kann aber auch Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und bevorzugt als Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden. Kohlenstoffnanoröhren weisen auf Grund ihrer Struktur bei kleinen Masseanteilen (Einsatzkonzentrationen) eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
  • Es kann aber auch eine Lackierung in herkömmlicher Form nach der Entformung durchgeführt werden, wobei die dabei verwendeten Lacksysteme durch o.g. genannte Fasern, Partikel oder Füllstoffe bzw. auch ihrer Kombinationen modifiziert sein können. Dies hat unter Anderem Vorteile bei Reparaturlackierungen oder der Nachrüstung von bisher unzureichend gegen Blitzeinschlag geschützten Bauteilen.
  • Vorteilhaft ist es auch, die Oberfläche von Leichtbauelementen mit einer Mikro- oder Nanostruktur zu versehen. Dies kann durch in der/den Lackschicht(en) eingebettete Partikel erreicht werden, die nach der Aushärtung eine solche Struktur an der Oberfläche bilden. Solche Strukturen können aber auch bei der formgebenden Wärmebehandlung im Formwerkzeug in die Oberfläche eingeprägt werden.
  • Eine solche Struktur wirkt sich vorteilhaft durch verbessertes Strömungsverhalten (Reduzierung des Luftwiderstandes), einen erreichbaren Selbstreinigungseffekt (Lotuseffekt) aber auch gegen Vereisung aus.
  • Es kann aber auch eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung vorhanden sein, mit der ein Schutz gegen Erosion und/oder Vereisung erreicht werden kann.
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher er läutert werden.
  • Bei Windenergieanlagen kommt es auf Grund ihrer Größe und den exponierten Standorten sehr häufig zu Schäden durch Blitzschlag. Dies kann vom Ausfall bis zur Zerstörung der Windenergieanlage führen. Ein entsprechender Schutz mit blitzableitender Wirkung ist daher unumgänglich.
  • Auch Flugzeuge müssen mit einem Blitzschutz ausgerüstet sein, was insbesondere auf die Vorflügel (Slats) zutrifft. In der Vergangenheit erfüllte eine metallische Außenhülle der Flugzeuge diese Funktion. Durch den stetig steigenden Einsatz von Faserverbundmaterial muss dies konstruktiv für einen Blitzschutz berücksichtigt werden. Hierzu wird ein Kupfergewebe eingesetzt, mit dem bei Blitzeinschlag die Energie abgeleitet werden kann.
  • Nachteilig ist dabei, dass das Kupfergewebe nicht zu tief in der Faserverbundmatrix eingesetzt sein darf, da ansonsten kein ausreichender Blitzschutz erreicht wird. Dadurch, dass das Kupfergewebe jedoch an der Oberfläche des jeweiligen Bauteils verbleibt, ist es mit sehr viel Aufwand verbunden eine hohe Oberflächenqualität zu erreichen, da sich das Kupfergewebe auch durch Lackschichten hindurch bis zur Oberfläche abzeichnen kann.
  • So wird nach dem Stand der Technik wie folgt vorgegangen:
    • a) Verwendung einer Harzmatrix eines Faserverbund-Halbzeuges (prepreg) in das in der letzten Lage ein Kupfergewebe, als Blitzschutz eingelegt wird;
    • a) Aushärtung des Faserverbund-Halbzeuges in einem Autoklaven oder Heisspresswerkzeug;
    • b) Entformung;
    • c) Vorbereitung (Abschleifen von Trennmitteln u.a.), Lackierung mit einer ggf. ebenfalls elektrisch leitfähigen Pimerschicht, ggf. Zwischenschleifen der Oberfläche und anschließender Decklackierung.
  • Nachfolgend soll der erfindungsgemäße Prozess für die Herstellung erläutert werden. Nicht alle nun folgenden Beispiele zeigen die Erfindung, die Beispiele sind jedoch insgesamt zum Verständnis der Erfindung notwendig und/oder hilfreich.
  • Beispiel 1
  • Herstellung eines Leichtbauteils, das elektrisch leitend ist und mit einer konventionellen Lackierung versehen werden soll.
    • a) Verwendung einer Harzmatrix eines Faserverbund-Halbfabrikats (prepreg) in dem metallische und/oder Kohlenstofffasern enthalten sind. Es können auch Pigmente enthalten sein. Es wird kein Kupfergewebe eingesetzt, da das Halbfabrikat vollständig elektrisch leitend ist und so die Schutzfunktion vor Blitz erreicht wird. Die Oberflächenqualität des Leichtbauteil wird verbessert, da sich keine Struktur von Kupfergewebe an der Oberfläche und dort nachfolgend noch aufgetragenen Schichten abzeichnet. Außerdem kann die Bruchzähigkeit und Verwindungssteifigkeit der Leichtbauteile verbessert werden.
    • b) Aushärtung des Faserverbund-Halbfabrikats in einem Autoklaven oder Heisspresswerkzeug;
    • c) Entformung;
  • Vorbereitung (Schleifen u.a.), Lackierung mit einer ggf. ebenfalls elektrisch leitend eingestellten Primerschicht, ggf. Zwischenschleifen und anschließender Decklackierung.
  • Beispiel 2
  • Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Leichtbauteils mit einem ggf. ebenfalls elektrisch leitenden Gelcoat
    • a) Verwendung einer Harzmatrix eines Faserverbund-Halbfabrikats (prepreg) in dem metallische und/oder Kohlenstofffasern eingebettet sind. Es können auch Pigmente enthalten sein. Es wird ebenfalls kein Kupfergewebe eingesetzt. Das Leichtbauteil ist aber trotzdem vollständig über das gesamte Volumen elektrisch leitend. Außerdem kann die Oberflächenqualität der Oberfläche und auch nachfolgend noch zusätzlich aufzubringenden Schichten verbessert werden. Verwindungssteifigkeit und Bruchzähigkeit sind ebenfalls erhöht. Die Beschichtung des Halbfabrikats kann mit einem Lacksystem (Gelcoat) oder einer Folie, das/die ggf. in vorgebbarer Form elektrisch leitend ist, erfolgen. Weitere Vorbereitungsschritte und Lackierschritte können entfallen.
    • b) Aushärtung des Faserverbund-Halbfabrikats, das mit dem Lack beschichtet ist, in einem Autoklaven oder Heisspresswerkzeug;
    • c) Entformung;
    • d) Vorbereitungen (Lackierung mit einer Decklackierung).
  • Beispiel 3:
  • Herstellung eines elektrisch leitenden Leichtbauteils mit Faserverbundmaterial, das mit einem ggf. auch elektrisch leitenden Inmold Dual-Cure Lacksystem beschichtet ist.
    • a) Verwendung einer Harzmatrix eines Faserverbund-Halbfabrikats (prepreg) in dem metallische und/oder Kohlenstofffasern sowie ggf. auch Pigmente eingebettet sind. Es ist kein Kupfergewebe vorhanden. Das fertige Halbfabrikat ist trotzdem vollständig elektrisch leitend. Oberflächenqualität, Bruchzähigkeit und Verwindungssteifigkeit sind ebenfalls verbessert;
    • b) das Halbfabrikat und/oder die innere Wandung eines Formwerkzeuges werden mit einem Lacksystem, das Primer- und Decklackeigenschaften aufweist (Inmold Dual-Cue Lacksystem) beschichtet. Das Lacksystem kann durch Zusätze ebenfalls elektrisch leitend sein und damit eine elektrisch leitende Oberfläche erhalten werden;
    • c) Aushärtung des Faserverbund-Halbfabrikats mit dem Lacksystem in einem Autoklaven oder Heisspresswerkzeug;
    • d) Entformung.
  • Es ist in der Regel lediglich die Entfernung von Trennmittelresten auf der Oberfläche erforderlich. Die übrigen Verfahrensschritte, wie z.B. Schleifen und Nachlackieren können entfallen.
  • So kann eine erhebliche Reduzierung des Herstellungsaufwandes durch Wegfall von Prozessschritten erreicht werden. Im günstigsten Fall kann so ein Leichtbauteil bereits nach der Entformung fertig gestellt sein. Es ist dann ggf. lediglich eine Reinigung erforderlich.
  • Das Leichtbauteil kann so vollständig elektrisch leitend und nicht nur an der Oberfläche elektrisch lei tend sein. So entstehen auch bei später erforderlichen Reparaturarbeiten keine elektrisch nicht leitenden Bereiche, wie dies beim Einsatz der herkömmlich genutzten Kupfergewebe der Fall ist welche bei Nutzung, der Vorbehandlung, wie z.B. Schleifen, beschädigt werden können.
  • Auch die Oberflächenqualität ist verbessert, was auch mit dem Lacksystem und dem Verzicht auf das Kupfergewebe erreichbar ist. Daneben ist auch die Bruchzähigkeit und die Verwindungssteifigkeit durch die zusätzlich eingebetteten elektrisch leitenden Fasern verbessert.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteiler kann insbesondere mit den elektrisch leitenden Kohlenstofffasern (Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbonanotubes)) auf Grund ihrer Struktur mit geringer Einsatzkonzentration eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit erreicht werden, was mit Einsatz eines ebenfalls elektrisch leitenden Lacksystems (Inmold Dual-Cure Lack) verbessert werden kann.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils wobei ein mit Glas-, Kohlenstofffasern oder PEEK gebildetes Halbfabrikat zusätzlich mit elektrisch leitenden Fasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder elektrisch leitenden Partikeln mit einem Harz vorimprägniert wird, wobei das Halbfabrikat in ein beheizbares Formwerkzeug eingesetzt und bei einer Wärmebehandlung unter Druckkraftbeaufschlagung das Leichtbauteil in Form gebracht und das Harz ausgehärtet wird, und wobei auf die Oberfläche des Halbfabrikats und/oder die Innenwand des Formwerkzeuges ein Lack aufgebracht und bei der Wärmebehandlung im Formwerkzeug ausgehärtet wird, wobei ein aus zwei Komponenten gebildetes Lacksystem aufgetragen wird und eine Komponente durch Polyaddition und/oder anaerob-, metallinduzierte Polymerisation und nachfolgend eine andere Komponente durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung ausgehärtet wird.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lack, in dem elektrisch leitende Fasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder elektrisch leitende Partikel enthalten sind, aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Formwerkzeug auf der Oberfläche des Leicht bauelementes eine Mikro- oder Nanostruktur ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Leichtbauteils nach der Entformung eine vor Erosion und/oder Vereisung schützende Deckschicht aufgebracht wird.
  5. Elektrisch leitendes Leichtbauteil, das mit einem Faserverbundmaterial gebildet ist, wobei neben den Fasern des Faserverbundmaterials elektrisch leitende Fasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder elektrisch leitende Partikel im Harz eingebettet sind dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Leichtbauteil durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
  6. Leichtbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel aus Metall und/oder Kohlenstoff eingebettet sind.
  7. Leichtbauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass metallische Fasern und/oder Kohlenstofffasern eingebettet sind.
  8. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 103 S/m eingehalten ist.
  9. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche mit mindestens einer Lackschicht beschichtet ist.
  10. Leichtbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht(en) elektrisch leitend ist/sind.
  11. Leichtbauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lackschichten ausgebildet sind, wobei eine Lackschicht mit einer durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Harzkomponente und die darunter ausgebildete Lackschicht mit einer durch Polyaddition und/oder anaerob-, metallinduzierte Polymerisation aushärtbaren Harzkomponente gebildet ist.
  12. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der äußeren Oberfläche eine vor Erosion und/oder einer Vereisung schützende Schicht ausgebildet ist.
  13. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der äußeren Oberfläche eine Mikro- oder Nanostruktur ausgebildet ist.
  14. Elektrisch leitendes Leichtbauteil, das mit einem Faserverbundmaterial gebildet ist, wobei neben den Fasern des Faserverbundmaterials elektrisch leitende Fasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder elektrisch leitende Partikel im Harz eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche zwei übereinander ausgebildete Lackschichten aufweist, welche mit unterschiedlichen Harzkomponenten ausgebildet sind, wobei die eine Lackschicht mit einer durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Harzkomponente und die darunter ausgebildete Lackschicht mit einer durch Polyaddition und/oder anaerob-, metallinduzierte Polymerisation aushärtbaren Harzkomponente gebildet ist, wobei die beiden Harzkomponenten jeweils so ausgebildet sind, dass ihre Aushärtung nicht in beiden beschriebenen Formen möglich ist.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007040011A1 (de) * 2007-08-24 2009-02-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verwendung von netzartig angeordneten, elektrisch leitfähigen Fasern, die in ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff integriert sind
WO2010000782A1 (en) * 2008-07-02 2010-01-07 Vestas Wind Systems A/S Method of curing a composite structure
WO2010046770A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Iq Tec Switzerland Gmbh Apparatus and method for making reactive polymer pre-pregs
DE102010013405A1 (de) * 2010-03-30 2011-10-06 Aloys Wobben Rotorblattform zum Herstellen eines Rotorblattes einer Windenergieanlage
WO2012091897A1 (en) * 2010-12-31 2012-07-05 Cytec Technology Corp. Method of fabricating a composite structure with a conductive surface
WO2012153063A1 (fr) 2011-05-11 2012-11-15 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau absorbant les radiations d'ondes electromagnetiques, comprenant des nanoparticules de carbone, et materiau obtenu par le procede
DE102011078040A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Faserverbundkunststoff mit Nanopartikel und Herstellungsverfahren dazu
DE102011109724A1 (de) * 2011-08-06 2013-02-07 Daimler Ag Faserverstärktes Kunststoffverbundbauteil, Faser-Matrix-Halbzeug und Herstellungsverfahren
WO2013053487A2 (de) 2011-10-12 2013-04-18 Oechsler Aktiengesellschaft Halbzeug aus einem verbund von fasern in einer kunststoffmatrix und verfahren zum gewinnen von bauteilen aus derartigem halbzeug
DE102011088329A1 (de) 2011-12-13 2013-06-13 Emil Frei Gmbh & Co. Kg Elektrisch leitfähige Pulverlackzusammensetzung
WO2012092623A3 (en) * 2010-12-31 2014-09-18 Battelle Memorial Institute Anti-icing, de-icing, and heating configuration, integration, and power methods for aircraft, aerodynamic, and complex surfaces
DE102014104266A1 (de) * 2014-03-26 2015-10-01 Airbus Operations Gmbh Multiaxiales textiles Gelege zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Faserverbundbauteils
US9242897B2 (en) 2009-05-18 2016-01-26 Ppg Industries Ohio, Inc. Aqueous dispersions and methods of making same

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3755713A (en) * 1972-07-25 1973-08-28 Boeing Co Electrically conductive surface for aircraft
CH552326A (de) * 1972-02-09 1974-07-31 Kansai Hoon Kogyo Kk Widerstandsheizmatte.
EP0074263A2 (de) * 1981-09-04 1983-03-16 Lear Fan Corp. Graphitfaserverstärkte Schichtstruktur geeignet, um Blitzeinschlägen zu widerstehen
DE3421123A1 (de) * 1984-06-07 1985-12-12 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Verbundmaterial
WO1991010547A1 (en) * 1990-01-11 1991-07-25 Freeman Chemical Corporation Process of forming fiber reinforced molded plastic articles and preforms therefor using a photosetting binder
DE69101703T2 (de) * 1990-01-24 1994-10-13 Hastings Otis Elektrisch leitendes laminat für temperaturregelung von oberflächen.
US5492719A (en) * 1994-08-05 1996-02-20 De Cooper Jones; Mark Polymer matrix composite structures
DE69421088T2 (de) * 1993-11-30 2000-06-08 Allied Signal Inc Elektrisch leitfähiges verbund heizelement und verfahren zu seiner herstellung
WO2002076430A1 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Eikos, Inc. Carbon nanotubes in structures and repair compositions
US20030122111A1 (en) * 2001-03-26 2003-07-03 Glatkowski Paul J. Coatings comprising carbon nanotubes and methods for forming same
US20040067364A1 (en) * 2002-10-08 2004-04-08 National Aerospace Laboratory Of Japan Carbon nanofiber-dispersed resin fiber-reinforced composite material
DE69909306T2 (de) * 1998-09-09 2004-04-22 Lm Glasfiber A/S Blitzschlagschutz für windturbinenblatt

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH552326A (de) * 1972-02-09 1974-07-31 Kansai Hoon Kogyo Kk Widerstandsheizmatte.
US3755713A (en) * 1972-07-25 1973-08-28 Boeing Co Electrically conductive surface for aircraft
EP0074263A2 (de) * 1981-09-04 1983-03-16 Lear Fan Corp. Graphitfaserverstärkte Schichtstruktur geeignet, um Blitzeinschlägen zu widerstehen
DE3421123A1 (de) * 1984-06-07 1985-12-12 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Verbundmaterial
WO1991010547A1 (en) * 1990-01-11 1991-07-25 Freeman Chemical Corporation Process of forming fiber reinforced molded plastic articles and preforms therefor using a photosetting binder
DE69101703T2 (de) * 1990-01-24 1994-10-13 Hastings Otis Elektrisch leitendes laminat für temperaturregelung von oberflächen.
DE69421088T2 (de) * 1993-11-30 2000-06-08 Allied Signal Inc Elektrisch leitfähiges verbund heizelement und verfahren zu seiner herstellung
US5492719A (en) * 1994-08-05 1996-02-20 De Cooper Jones; Mark Polymer matrix composite structures
DE69909306T2 (de) * 1998-09-09 2004-04-22 Lm Glasfiber A/S Blitzschlagschutz für windturbinenblatt
WO2002076430A1 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Eikos, Inc. Carbon nanotubes in structures and repair compositions
US20030122111A1 (en) * 2001-03-26 2003-07-03 Glatkowski Paul J. Coatings comprising carbon nanotubes and methods for forming same
US20040067364A1 (en) * 2002-10-08 2004-04-08 National Aerospace Laboratory Of Japan Carbon nanofiber-dispersed resin fiber-reinforced composite material

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007040011A1 (de) * 2007-08-24 2009-02-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verwendung von netzartig angeordneten, elektrisch leitfähigen Fasern, die in ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff integriert sind
DE102007040011B4 (de) * 2007-08-24 2015-12-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verwendung von netzartig angeordneten, elektrisch leitfähigen Fasern, die in ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff integriert sind
WO2010000782A1 (en) * 2008-07-02 2010-01-07 Vestas Wind Systems A/S Method of curing a composite structure
WO2010046770A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Iq Tec Switzerland Gmbh Apparatus and method for making reactive polymer pre-pregs
US9242897B2 (en) 2009-05-18 2016-01-26 Ppg Industries Ohio, Inc. Aqueous dispersions and methods of making same
DE102010013405A1 (de) * 2010-03-30 2011-10-06 Aloys Wobben Rotorblattform zum Herstellen eines Rotorblattes einer Windenergieanlage
DE102010013405B4 (de) * 2010-03-30 2019-03-28 Wobben Properties Gmbh Rotorblattform zum Herstellen eines Rotorblattes einer Windenergieanlage
WO2012092623A3 (en) * 2010-12-31 2014-09-18 Battelle Memorial Institute Anti-icing, de-icing, and heating configuration, integration, and power methods for aircraft, aerodynamic, and complex surfaces
US10155593B2 (en) 2010-12-31 2018-12-18 Battelle Memorial Institute Anti-icing, de-icing, and heating configuration, integration, and power methods for aircraft, aerodynamic, and complex surfaces
WO2012091897A1 (en) * 2010-12-31 2012-07-05 Cytec Technology Corp. Method of fabricating a composite structure with a conductive surface
FR2975219A1 (fr) * 2011-05-11 2012-11-16 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau absorbant les radiations d'ondes electromagnetiques, comprenant des nanoparticules de carbone, et materiau obtenu par le procede.
WO2012153063A1 (fr) 2011-05-11 2012-11-15 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau absorbant les radiations d'ondes electromagnetiques, comprenant des nanoparticules de carbone, et materiau obtenu par le procede
DE102011078040A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Faserverbundkunststoff mit Nanopartikel und Herstellungsverfahren dazu
DE102011109724A1 (de) * 2011-08-06 2013-02-07 Daimler Ag Faserverstärktes Kunststoffverbundbauteil, Faser-Matrix-Halbzeug und Herstellungsverfahren
WO2013053487A2 (de) 2011-10-12 2013-04-18 Oechsler Aktiengesellschaft Halbzeug aus einem verbund von fasern in einer kunststoffmatrix und verfahren zum gewinnen von bauteilen aus derartigem halbzeug
DE102011115803A1 (de) * 2011-10-12 2013-04-18 Oechsler Aktiengesellschaft Halbzeug aus einem Verbund von Fasern in einer Kunststoffmatrix und Verfahren zum Gewinnen von Bauteilen aus derartigem Halbzeug
DE102011115803B4 (de) 2011-10-12 2018-04-26 Oechsler Aktiengesellschaft Halbzeug aus einem Verbund von Fasern in einer Kunststoffmatrix und Verfahren zum Gewinnen von Bauteilen aus derartigem Halbzeug
DE102011088329A1 (de) 2011-12-13 2013-06-13 Emil Frei Gmbh & Co. Kg Elektrisch leitfähige Pulverlackzusammensetzung
DE102014104266A1 (de) * 2014-03-26 2015-10-01 Airbus Operations Gmbh Multiaxiales textiles Gelege zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Faserverbundbauteils

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