DE102014010741B4

DE102014010741B4 - Halbzeug mit Fasern in Kunststoffmatrizen

Info

Publication number: DE102014010741B4
Application number: DE102014010741.8A
Authority: DE
Inventors: Udo Berthold; Uwe Lauschke
Original assignee: COTESA GmbH
Current assignee: COTESA GmbH
Priority date: 2013-07-20
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2034-07-19
Also published as: DE102014010741A1

Abstract

Halbzeug mit Fasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix auf Epoxidharz- oder Vinylesterbasis und wenigstens einer Deckfolie als Schutzfolie zur Verhinderung einer Verklebung übereinander angeordneter Halbzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfolie auf der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix eine thermoplastische Deckfolie ist, wobei sich während des thermischen Vernetzungsprozesses der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix die thermoplastische Deckfolie mit der Kunststoffmatrix vermischt und deren Zähigkeit, Festigkeit, chemische Beständigkeit und/oder Beständigkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung verändert.

Description

Die Erfindung betrifft Halbzeuge mit Fasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix auf Epoxidharz- oder Vinylesterbasis und wenigstens einer Deckfolie als Schutzfolie zur Verhinderung einer Verklebung übereinander angeordneter Halbzeuge.
Halbzeuge mit Endlosfasern sind als Prepregmaterial bekannt, wobei sich die Endlosfasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix befinden. Es wird in Rollenform ausgeliefert, wobei zur Verhinderung der Verklebung der einzelnen Prepreglagen auf der Rolle untereinander eine Kunststofffolie aufgebracht ist.
Durch die Druckschrift DE 697 23 965 T2 sind Kohlefaserprepregs und Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Diese weisen mehrere Lagen einer duroplastischen Kunststoffmatrix auf.
Durch die Druckschrift DE 39 07 757 A1 ist eine Schutzfolie bekannt, die nach dem Zuschnitt und vor dem Laminatlegen zu entfernen ist.
Ein Verfahren zur Herstellung verstärkter Kunststoffgegenstände beinhaltet die Druckschrift DE 30 27 655 C2 . Gegenstand ist dabei das Vakuumformen eines Prepregs, welches auch eine auf dem Prepreg und damit auf dem Kunststoffgegenstand verbleibende und diesen damit verstärkende Deckfolie aufweisen kann.
Die Druckschrift EP 0 337 261 A2 beinhaltet Faserverbundwerkstoffe aus Prepregschichten, die durch Zwischenschichten miteinander verbunden sind. Letztere enthalten Bereiche aus elastischen Polymerfilmen, die als wässrige Dispersion auf die Prepregschichten aufgebracht werden. Nach dem Entfernen des Wassers werden die Schichten verpresst.
Durch die Druckschrift CH 462 451 A ist ein Verfahren zum Vorimprägnieren von Fasermaterial bekannt. Fasermaterial wird mit einer Mischung aus einem Kohlenwasserstoffharz, Füllstoffen, Härtern und Verarbeitungshilfsmitteln vorimprägniert. Als Trägermaterial eignen sich dazu faserförmige Stoffe wie insbesondere Glasfasermaterial auch als Glasfasermatten und Asbest. Die so erhaltene Matte wird mit einer Schutzfolie versehen, die zur Herstellung von Formteilen ohne Entfernung der Schutzfolie gleich verpresst werden kann.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Halbzeuge mit Fasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix auf Epoxidharz- oder Vinylesterbasis und wenigstens einer Deckfolie als Schutzfolie einfach handzuhaben und Eigenschaften einfach zu verändern.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Halbzeuge mit Fasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix auf Epoxidharz- oder Vinylesterbasis und wenigstens einer Deckfolie als Schutzfolie zeichnen sich insbesondere durch deren einfache Handhabbarkeit und einfachen Eigenschaftsänderungen aus.
Dazu ist die Deckfolie auf der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix eine thermoplastische Deckfolie ist, wobei sich während des thermischen Vernetzungsprozesses der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix die thermoplastische Deckfolie mit der Kunststoffmatrix vermischt und deren Zähigkeit, Festigkeit, chemische Beständigkeit und/oder Beständigkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung verändert.
Das Halbzeug ist auch als Prepreg oder Sheet Molding Compound (SMC) bekannt. Prepreg ist die englische Kurzform für preimpregnated fibres.
Das Halbzeug besteht aus Fasern und der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix. Die Fasern können eine reine unidirektionale Schicht, ein Gewebe oder ein Gelege sein. Prepreg wird beispielsweise bahnenförmig in Rollenform bereitgestellt. Sheet Molding Compound sind bekannterweise plattenförmige teigartige Pressmassen aus duroplastischen Reaktionsharzen und Fasern. Die Halbzeuge dienen zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden.
Fasern sind dazu beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern und Aramidfasern, die jeweils in Form von Endlosfasern oder Schnittfasern verwendet werden können. Die Kunststoffmatrix besteht aus einer Mischung von einem Harz und einem Härter. Eine gewünschte Klebrigkeit kann durch Zuschlagsstoffe erreicht werden. Das Harz ist vorteilhafterweise ein Harz auf Epoxidharzbasis oder Vinylesterbasis.
Zur Verhinderung der Verklebung und als Schutzschicht der einzelnen Prepreglagen auf der Rolle untereinander ist die Deckfolie vorteilhafterweise als Schutzfolie aufgebracht. Bei Einsatz bekannter Schutzfolien muss diese nach dem Zuschnitt des Halbzeugs vor dem Laminatlegen entfernt werden. Die aus einem Thermoplast bestehende Schutzfolie zeichnet sich dagegen vorteilhafterweise dadurch aus, dass diese Schutzfolie nicht entfernt werden muss. Damit ist dieses Halbzeug einfacher zu verarbeiten. Bei der Heißhärtung der duroplastischen Kunststoffmatrix schmilzt die Deckfolie auf und wird in die aushärtende duroplastische Kunststoffmatrix eingebunden.
Das Verbleiben der Schutzschicht führt weiterhin zu Bereitstellung ökonomisch günstig hergestellter Werkstücke.
Das Werkstück besteht dazu aus mehreren übereinander angeordneten und verpressten Halbzeugen mit ausgehärteten duroplastischen Kunststoffmatrizen mit der wenigstens einen damit eingebundenen und aus einem Thermoplast bestehenden Deckfolie.
Das ausgehärtete Werkstück besitzt eine Schicht einer Mischverbindung aus den Kunststoffmatrizen und der wenigstens einen sich während des thermischen Vernetzungsprozesses aufschmelzenden und sich dabei mit den Kunststoffmatrizen vermischenden Deckfolie.
Damit können wenigstens zwei übereinander angeordnete Halbzeuge bestehend jeweils aus Fasern und der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix und der aus einem Thermoplast bestehenden Deckfolie zur Herstellung eines Werkstückes durch Verpressen und Aushärten der duroplastischen Kunststoffmatrizen mit eingebundenem Thermoplast verwendet werden. Vorteilhafterweise können durch den eingebundenen Thermoplast auch gezielt Eigenschaften des Werkstücks verändert werden.
Die sich während des thermischen Vernetzungsprozesses mit der duroplastischen Kunststoffmatrix vermischende Deckfolie ist eine die Zähigkeit, die Festigkeit, die chemische Beständigkeit und/oder die Beständigkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung (UV-Strahlung) der Kunststoffmatrix verändernde Deckfolie.
Günstigerweise kann die thermoplastische Deckfolie insbesondere eine thermoplastische Deckfolie auf Urethanbasis oder ein thermoplastisches Polyurethan sein.
Damit können leichte aber dennoch stabile Werkstücke insbesondere für den Einsatz in der Luftfahrt- und Automobilindustrie ökonomisch hergestellt werden.
Zum Aushärten der duroplastischen Kunststoffmatrizen mit der aus einem Thermoplast bestehenden Deckfolie und damit zur Realisierung der Werkstücke kann beispielsweise ein bekannter Autoklav verwendet werden. Dadurch werden die Halbzeuge unter erhöhter Temperatur ausgehärtet. Durch eine damit einhergehende Kombination von Druck und Unterdruck entstehen Bauteile mit erhöhtem Faservolumenanteil und sehr geringen Lufteinschlüssen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Die Deckfolie besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 mehrere Öffnungen, wobei in Fortführung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 die Öffnungen Schlitze oder eine Perforation sind.
Die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 2 und 3 führen jeweils zu einer besseren Durchmischung und daraus folgend Einbindung der aus einem Thermoplast bestehenden Deckfolie mit den daran anliegenden Kunststoffmatrizen während der Aushärtung der Kunststoffmatrizen.
Die ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrix mit den Fasern ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 zwischen Deckfolien angeordnet. Die Handhabbarkeit des Halbzeugs während der Realisierung des Werkstückes verbessert sich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
Ein Halbzeug in Form eines Prepregs besteht im Wesentlichen aus Fasern, einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix und einer thermoplastischen Deckfolie als Schutzfolie auf der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix mit den Fasern.
Das Halbzeug ist ein flexibles bahnenförmiges Halbzeug. Die Deckfolie ist dabei vollflächig aufgebracht oder besitzt mehrere Öffnungen, beispielsweise in Form von Schlitzen oder wenigstens einer Perforation.
Die thermoplastische Deckfolie ist eine Schutzfolie auf Urethanbasis. Sie ist weiterhin chemisch kompatibel zur duroplastischen Kunststoffmatrix und eine sich gut während des Aushärtens der duroplastischen Kunststoffmatrix mit dieser vermischende Deckfolie.
In einer Ausführungsform des Halbzeugs ist die ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrix mit den Fasern zwischen Deckfolien angeordnet.
Ein Werkstück aus mehreren Halbzeugen mit Fasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix und wenigstens einer thermoplastischen Deckfolie auf der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix mit den Fasern besteht aus mehreren übereinander angeordneten und verpressten derartigen Halbzeugen. Das Werkstück besitzt damit ausgehärtete duroplastische Kunststoffmatrizen mit der wenigstens einen eingebetteten thermoplastischen Deckfolie.
Halbzeuge mit Fasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix und wenigstens einer thermoplastischen Deckfolie auf der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix mit den Fasern werden zur Herstellung eines Werkstückes verwendet. Dazu werden wenigstens zwei übereinander angeordnete Halbzeuge bestehend jeweils aus Fasern und der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix und der Deckfolie zur Herstellung eines Werkstückes durch Verpressen und Aushärten der duroplastischen Kunststoffmatrizen mit eingebetteter Deckfolie verwendet.
Zum Aushärten der duroplastischen und mit der Deckfolie durchmischten Kunststoffmatrizen und damit zur Realisierung der Werkstücke wird beispielsweise ein Autoklav verwendet.

Claims

Halbzeug mit Fasern in einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix auf Epoxidharz- oder Vinylesterbasis und wenigstens einer Deckfolie als Schutzfolie zur Verhinderung einer Verklebung übereinander angeordneter Halbzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfolie auf der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix eine thermoplastische Deckfolie ist, wobei sich während des thermischen Vernetzungsprozesses der ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix die thermoplastische Deckfolie mit der Kunststoffmatrix vermischt und deren Zähigkeit, Festigkeit, chemische Beständigkeit und/oder Beständigkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung verändert.
Halbzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfolie mehrere Öffnungen besitzt.
Halbzeug nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen Schlitze oder eine Perforation sind.
Halbzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrix mit den Fasern zwischen den Deckfolien angeordnet ist.