BE1030072A1

BE1030072A1 - Een vezel-metaal composiet paneel omvattend een vezelversterkt thermoplastisch paneel en een metalen plaat en werkwijze voor de vervaardiging ervan

Info

Publication number: BE1030072A1
Application number: BE20216032A
Authority: BE
Inventors: Jan Verhaeghe; Roeve Koen De
Original assignee: Roeve Koen De; Jan Verhaeghe
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-07-14
Also published as: BE1030072B1; WO2023119127A1; WO2023119127A9

Abstract

Onderhavige uitvinding voorziet in een vezel-metaal composiet paneel gevormd uit een thermoplastisch paneel en een metalen plaat, met het kenmerk, dat het thermoplastisch paneel en de metalen plaat met behulp van een chemisch vernettingsmiddel verbonden zijn, en het thermoplastisch paneel vezelversterkt is. Verder wordt voorzien in een meerlaags vezel-metaal composiet paneel en in een constructiedeel voor een voertuig. Verder verschaft de uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van het vezel-metaal composiet paneel en het meerlaags vezel- metaal composiet paneel.

Description

1 BE2021/6032

EEN VEZEL-METAAL COMPOSIET PANEEL OMVATTEND EEN VEZELVERSTERKT

THERMOPLASTISCH PANEEL EN EEN METALEN PLAAT, EN WERKWIJZE VOOR DE

VERVAARDIGING ERVAN

TECHNISCH VELD

De uitvinding situeert zich in het domein van de kunststof composieten, meer bepaald kunststof composietpanelen. De uitvinding is vooral interessant voor toepassingen waarin een combinatie van sterkte en lichtgewicht van belang zijn, zoals bij voorbeeld in de transportindustrie en de luchtvaart.

ACHTERGROND

Een composiet element is een materiaal dat is opgebouwd uit verschillende componenten met verschillende fysische of chemische eigenschappen die in combinatie een element opleveren met karakteristieken verschillend van de individuele componenten. Composiet elementen worden ingezet ter vervanging van traditionele materialen zoals glas, staal, aluminium en hout. Voorbeelden van composiet elementen zijn vezels gecombineerd met kunststof. Het samenbrengen van vezels met een kunststof, kan een materiaal opleveren dat heel licht blijft en toch heel sterk en stijf is. Een ander voorbeeld is de combinatie van een laag kunststof materiaal met een laag geschuimde kunststof tot vorming van gelaagde kunststof elementen. Deze zijn goed warmte isolerend en licht.

Verschillende technieken zijn bekend voor het combineren van kunststof materialen zoals lamineren, lassen, lijmen of stikken. Het werken met verschillende lagen is vaak gericht op het versterken van het composiet element in drie richtingen, lengte- breedte-hoogte.

Bij lamineren worden de contactvlakken van de te verbinden lagen warm gemaakt en in elkaar gedrukt, waarbij de plastisch geworden materialen met elkaar versmelten. Bij afkoeling worden de materialen hard en zijn ze fysisch met elkaar verbonden.

Lassen is het verbinden van materialen door druk en/of warmte, waarbij het materiaal op de verbindingsplaats in vloeibare toestand wordt gebracht, waarbij continuïteit ontstaat tussen de te verbinden delen.

2 BE2021/6032

Lamineren en lassen zijn verbindingstechnieken die vrij veel energie verbruiken. Zij worden bij voorkeur toegepast voor het verbinden van twee dezelfde materialen. Het verwarmen van materialen is niet geschikt voor temperatuurgevoelige materialen. Er is een risico op verkolen van materialen.

Bij lijmen wordt een materiaal gebruikt dat aan te verbinden materialen plakt of kleeft. Bij lijmen hoeven de te verbinden materialen niet verwarmd te worden.

Echter, panelen opgebouwd uit een geschuimde kern tussen twee vezelversterkte kunststoflagen, die verlijmd zijn aan de geschuimde kern, kennen delaminatie problemen bij mechanische belasting.

Bij stikken worden materialen vastgemaakt door middel van een in-en-uit beweging met draad of touw. EP1506083 bijvoorbeeld, maakt een 3D versterkt composiet element bekend dat bestaat uit een sandwich van een kernmateriaal ingebracht tussen twee vezelversterkte lagen, waarbij de lagen worden vastgezet door het tuften van een wezenlijk continue vezel versterkend materiaal door de verschillende lagen, gevolgd door een impregnatie van het laminaat met een vloeibare kunststof, en het uitharden van de kunststof bij afkoeling. Het is niet evident om met een naald en draad panelen te doorboren om deze met stiksels vast te leggen. Het proces om vloeibare kunststof te bekomen, vraagt een opwarming tot boven de smelttemperatuur van de kunststof. Dit vraagt veel energie. De kunststof die gesmolten werd, werd aangebracht als een buitenlaag bovenop een laag vezelversterkte kunststof. Bij een hoge graad aan versteviging, en bijgevolg een grote aanwezigheid van vezels, kunnen de vezels een fysieke barrière vormen die de penetratie van de gesmolten kunststof hindert.

Composiet panelen die in de vliegtuigbouw ingang vonden zijn laminaten uit metalen platen en draden. De onderdelen worden met behulp van een metaallijm verbonden.

Composiet panelen volgens beschreven in NL8100087 en NL8100088, staan bekend als GLARE of GLAss REinforced aluminium. De productie ervan is omslachtig en duur.

Er is bijgevolg nood aan verdere alternatieven en verbeteringen.

De huidige uitvinding beoogt voor één of meerdere van de hierboven vermelde problemen een oplossing te verschaffen. De uitvinding wil een composiet paneel verschaffen dat sterk en licht is. De uitvinding beoogt een vezel versterkt metaal-

3 BE2021/6032 composiet paneel te verschaffen met hoge weerstand tegen delaminatie. De uitvinding wil eveneens een proces verschaffen dat economisch relevant is. Eveneens wil de uitvinding gebruiken in de transportsector verschaffen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding verschaft hiertoe een vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 1 en een meerlaags vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 14. Eveneens verschaft de uitvinding een aantal gebruiken voor deze composiet panelen, namelijk als constructiedeel voor een voertuig volgens conclusie 16.

De uitvinding verschaft eveneens een werkwijze voor het vervaardigen van de composietpanelen volgens de uitvinding, in conclusie 18.

Tenslotte verschaft de uitvinding panelen vervaardigd met de werkwijze volgens de uitvinding, zoals opgenomen in conclusie 26.

Verdere voorkeursvormen worden uitgewerkt in de afhankelijke conclusies.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

Figuur 1 geeft een schematische weergave van een vezel-metaal composiet paneel volgens een voorkeursvorm van de uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die zijn gebruikt in de beschrijving van de uitvinding, inclusief technische en wetenschappelijke termen, de betekenis die algemeen wordt begrepen door een vakman in het gebied waarop deze uitvinding betrekking heeft. Verder zijn definities van de termen opgenomen om de beschrijving van de onderhavige uitvinding beter te begrijpen.

Zoals hier gebruikt, hebben de volgende termen de volgende betekenis: “Een”, “de” en “het” zoals hier gebruikt, verwijzen zowel naar het enkelvoud als het meervoud, tenzij de context anders aangeeft. “Een compartiment” verwijst, bij wijze van voorbeeld, naar één of meer dan één compartiment.

4 BE2021/6032 “Ongeveer” zoals hier gebruikt, dat verwijst naar een meetbare waarde zoals een parameter, een hoeveelheid, een tijdsduur en dergelijke, is bedoeld om variaties te omvatten van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/-5% of minder, zelfs meer bij voorkeur +/-1% of minder, en nog meer bij voorkeur +/-0,1% of minder van de gespecificeerde waarde, voor zover dergelijke variaties geschikt zijn om uit te voeren in de beschreven uitvinding. Het zal echter duidelijk zijn dat de waarde waarop de term “ongeveer” betrekking heeft, zelf ook specifiek beschreven wordt. “Omvatten”, “omvattende” en “omvat” en “bestaande uit” zoals hier gebruikt, zijn synoniem met “bevatten”, “bevattende” of “bevat” en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid specificeren van wat volgt bijv. een component en de aanwezigheid van aanvullende, niet-genoemde componenten, kenmerken, elementen, delen, stappen, die welbekend zijn in de stand der techniek of daarin beschreven zijn, en niet uitsluiten.

Het citeren van numerieke bereiken door eindpunten omvat alle getallen en breuken die zijn opgenomen binnen dat bereik, evenals de genoemde eindpunten.

De uitvinding verschaft een oplossing om de kosten voor vezel-metaal composiet panelen te reduceren. De productie van de panelen is eenvoudiger. De uitvinding verschaft een oplossing om de hechting van metaal - kunststof oppervlakken te verbeteren. De uitvinding verschaft panelen met weerstand tegen delaminatie. De weerstand tegen delaminatie treedt bij voorkeur op zowel bij een statische als bij een dynamische belasting van een composiet paneel volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

In een eerste aspect verschaft de uitvinding een vezel-metaal composiet paneel gevormd uit een thermoplastisch paneel en een metalen plaat, met het kenmerk, dat het thermoplastisch paneel en de metalen plaat met behulp van een chemisch vernettingsmiddel verbonden zijn, en het thermoplastisch paneel vezelversterkt is.

Bij voorkeur omvat thermoplastisch paneel ten minste één vezelsubstraat en ten minste één thermoplastisch polymeer P1 gekoppeld aan het vezelsubstraat. Het vezelsubstraat is bij voorkeur een glasvezelsubstraat; meer bij voorkeur een gewoven glasvezel mat.

De koppeling kan verkregen worden zoals beschreven in EP2813533. Hierbij worden (a) glasvezels in contact gebracht met een sizing samenstelling voor het op maat maken van glasvezels, (b) assemblage van de op maat gemaakte glasvezels in een glasvezelsubstraat, en (c) in contact brengen van het glasvezelsubstraat met een 5 thermoplastisch polymeer, (d) chemisch koppelen van het thermoplastisch polymeer en het glasvezelsubstraat.

Bij voorkeur omvat het chemisch vernettingsmiddel: c1) een thermoplastisch polymeer P2 met minstens één functionele groep rc), waarbij het thermoplastisch polymeer P2 en thermoplastisch polyurethaan elastomeer is, c2) een monomeer of oligomeer met minstens twee reactieve functionele groepen di), Fd2), waarin rdi) en raz) geselecteerd worden voor reactiviteit met een functionele groep ra) van het thermoplastisch paneel, een functionele groep re) van de metalen plaat en een functionele groep rc) van het thermoplastisch polymeer P2 in het chemisch vernettingsmiddel.

In het chemisch vernettingsmiddel is bij voorkeur de functionele groep rc), gelijk of verschillend van voornoemde functionele groepen ra) en/of re). Meer bij voorkeur is di) = Fd2).

De term “thermoplastisch polymeer” zoals hierin gebruikt, is een verzamelnaam voor kunststoffen; bij voorkeur polyurethanen, polyamiden of polyesters; die bij 25 °C hard en bij verhitting zacht zijn. De thermoplasten hebben als voordeel dat ze recycleerbaar zijn.

In een vezel-metaal composiet paneel volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is het thermoplastisch polymeer in het chemisch vernettingsmiddel, een thermoplastisch elastomeer.

De term elastomeer zoals hierin gebruikt geeft polymeren aan met rubberachtige eigenschappen. Een elastomeer is rekbaar onder matige spanning. Een elastomeer heeft een relatief hoge treksterkte en geheugen, zodat het elastomeer, na het

6 BE2021/6032 wegnemen van de spanning, teruggaat naar zijn oorspronkelijke dimensies of afmetingen die nagenoeg vergelijkbaar zijn met zijn oorspronkelijke afmetingen.

Met thermoplastische elastomeren (TPE) worden materialen bedoeld die zowel thermoplastische als elastomere eigenschappen hebben. De elastomere eigenschap zorgt voor een goede dynamische belastbaarheid van het composiet element verkregen volgens de werkwijze. De hardheid van de thermoplastische elastomeren ligt bij voorkeur tussen 20 Shore A en 80 Shore A.

Het thermoplastisch elastomeer gebruikt in onderhavige uitvinding is een thermoplastisch polyurethaan elastomeer.

Een polyurethaan is opgebouwd uit een molecule met meerdere isocyanaat (-

N=C=0) functionele groepen en een molecule met meerdere alcoholgroepen (-OH), polyol genoemd. De selectie van het polyisocyanaat en polyol geven aan het polyurethaan al dan niet elastomere eigenschappen. De selectie van een thermoplastisch elastomeer van het polyurethaan type draagt bij tot een verbeterde dynamische belastbaarheid. De hechting van het thermoplastisch polyurethaan elastomeer aan de grensoppervlakken van een vezelversterkt thermoplast paneel en een metalen plaat, met korte verbindingen (monomeer/oligomeer) tot een 3- dimensionaal groot mazig net, draagt bij tot de elastomere eigenschappen van de tussenlaag. Dit verbetert de dynamische belastbaarheid.

Het thermoplastisch polyurethaan elastomeer kan een aromatisch of alifatisch polyurethaan elastomeer zijn. De functionele groepen waarmee het reactieve monomeer/oligomeer kan reageren kunnen hydroxyl- en/of carboxyl groepen zijn.

Het thermoplastisch polyurethaan kan met een ketenverlenger geproduceerd zijn.

Voorbeelden van ketenverlengers zijn amines of alcoholen met minstens twee functionele groepen.

Geschikte diiscocyanaten als startmateriaal zijn tolueen diisocyanaat (TDI), diphenylmethaan diisocyanaat (MDI) 1,5-naftaleen diisocyanaat (NDI), tetramethyl xyleen diisocyanaat (TMXDI), isophorone diisocyanaat (IPDI), 4, 4-bis-methyleen cyclohexaan diisocyanaat (HMDI).

7 BE2021/6032

In het vezel-metaal composiet paneel is de dikte van het thermoplastisch paneel en de metalen plaat bij voorkeur kleiner dan 3 mm. De metalen plaat heeft bij voorkeur een dikte die kleiner is dan 1 mm. Bij voorkeur is de dikte van de metalen plaat 0,1 tot 0,8 mm, meer bij voorkeur 0,2 tot 0,5 mm.

De metalen plaat in het vezel-metaal composiet paneel is bij voorkeur gevormd uit een materiaal met een treksterkte groter dan 350 N/mm2.

De metalen platen in het een vezel-metaal composiet paneel is bij voorkeur gevormd uit een aluminium legering; meer bij voorkeur uit een legering geselecteerd uit een aluminium-koper legering of een aluminium-zink legering.

In een alternatieve voorkeur is een metalen plaat in het vezel-metaal composiet paneel gevormd uit een titaan legering of uit staal.

Bij voorkeur is de vezelversterking verschaft door vezels geselecteerd uit: glasvezels, aramidevezels, carbon vezels, basalt vezels, polyethyleen vezels, polyester vezels, polyamide vezels, keramische vezels, staalvezels, plantaardige vezels, of combinaties hiervan. Bij voorkeur worden glasvezels, aramidevezels of carbon vezels gebruikt.

Het thermoplastisch paneel in een vezel-metaal composiet paneel volgens een voorkeursvorm van de uitvinding, is bij voorkeur vezel versterkt met draden gevormd uit glas of polyaramide of koolstof.

Het monomeer of oligomeer in het chemisch vernettingsmiddel is bij voorkeur een epoxide, een aziridine, een carbodiimide, een polyisocyanaat, een polyamine, een polyol of een ethyleen vinyl acetaat (EVA).

Bij voorkeur strekken de draden in het vezel-metaal composiet paneel zich uit in twee of meer verschillende richtingen. Bij voorkeur liggen vezelbundels in een hoek van 90°.

In een tweede aspect voorziet de uitvinding in een meerlaags vezel-metaal composiet paneel gevormd uit twee of meer vezel-metaal composiet panelen volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

8 BE2021/6032

Bij voorkeur bedraagt het aantal metaalplaten in het meerlaags vezel-metaal composiet paneel 3 tot 25. Meer bij voorkeur is het aantal 4 tot 22, nog meer bij voorkeur 5 tot 20, meest bij voorkeur 10 tot 15.

Een composietelement volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan gebruikt worden in verschillende toepassingen waar vervanging van traditionele materialen gewenst is.

In een derde aspect verschaft de uitvinding een constructiedeel voor een voertuig, bij voorkeur een transportvoertuig of een luchtvaarttuig, zoals een vliegtuig, of een ruimtetuig, zoals een pendelvoertuig of satelliet. Het constructiedeel is vervaardigd uit een vezel-metaal composiet paneel volgens een voorkeursvorm van de uitvinding of uit een meerlaags vezel-metaal composiet paneel volgens een voorkeursvorm van de uitvinding. Het constructiedeel, bij voorbeeld een vleugel onderdeel, kan zorgen voor besparing van het constructiegewicht en verhoging van de veiligheid omwille van het gebruik van een covalente verbindingstechniek in plaats van lijm. Een composiet paneel volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt ook voordelig gebruikt in de neus van een vliegtuig.

In een vierde aspect verschaft de uitvinding in een werkwijze voor het vervaardigen van een vezel-metaal composiet paneel volgens een voorkeursvorm van de uitvinding of van een meerlaags vezel-metaal composiet paneel volgens een voorkeursvorm van de uitvinding, waarbij een vezelversterkt thermoplastisch paneel en een metalen plaat, waartussen een chemisch vernettingsmiddel is aangebracht, onder toepassing van een temperatuur gelegen onder de smelttemperatuur van het thermoplastisch paneel, de smelttemperatuur van het thermoplastisch polymeer in het chemisch vernettingsmiddel en de smelttemperatuur van de één of meerdere metalen platen.

Met de term “smelttemperatuur” zoals hierin wordt gebruikt, wordt bedoeld de temperatuur waarbij de kunststof smelt.

Bij voorkeur is de temperatuur gelegen tussen 20°C — 120°C, eindpunten inbegrepen.

Meer bij voorkeur is de temperatuur gelegen tussen 25°C en 100°C, nog meer bij voorkeur is de temperatuur tussen 30°C en 80 °C, meest bij voorkeur tussen 40 °C en 60°C. Het kunnen verbinden van de onderdelen van het composietpaneel bij lage

9 BE2021/6032 temperaturen heeft als voordeel dat de productie energiezuinig is. Dit is voordelig voor de kostpositie van de productie.

In een andere voorkeursvorm vindt de vernetting plaats bij kamertemperatuur van 20-25 °C. Dit heeft als voordeel dat geen warmtetoevoer nodig is.

Bovenstaande werkwijze heeft als voordeel dat het proces bij relatief lage temperatuur kan worden uitgevoerd. Dit is energiezuinig en gunstig voor de kostprijs van het paneel.

Bij voorkeur worden in de werkwijze, een thermoplastisch paneel en een metalen plaat, waartussen een chemisch vernettingsmiddel is aangebracht, onder toepassing van uitwendige druk aan elkaar worden bevestigd. Bij voorkeur is de uitwendige druk minstens 0,5 bar (50000 Pascal) en hoogstens 5 bar (500000 Pascal). Het gebruik van druk is voordelig voor een goed contact tussen de verschillende materialen. Dit is voordelig voor een goede binding van de materialen.

De werkwijze volgens een voorkeursvorm van de uitvinding omvat verder de stappen: - voorzien in een thermoplastisch paneel a) omvattend een grensoppervlak met minstens één functionele groep ra), - voorzien in een metalen plaat b), omvattend een grensoppervlak met minstens één functionele groep re), gelijk of verschillend aan voornoemde functionele groep ra), - aanbrengen van een chemische vernetting-samenstelling c) op het grensoppervlak van het thermoplastisch paneel a) en de metalen plaat b), de chemisch vernetting-samenstelling omvattend c1) een thermoplastisch polymeer met minstens één functionele groep rc), gelijk of verschillend van voornoemde functionele groep ra) en/of rs), en c2) een monomeer of oligomeer met minstens twee reactieve functionele groepen ra:), raz), bij voorkeur is rai) = raz), waarin ra:) en raz) geselecteerd worden voor reactiviteit met de functionele groepen ra), rb) en rc), - reageren van voornoemde minstens twee functionele groepen rdi), Fd2) van het monomeer of het oligomeer met voornoemde functionele groepen ra), Tb), rc), daarbij vernettend het grensoppervlak van het thermoplastisch paneel a),

10 BE2021/6032 het grensoppervlak van metalen plaat b) en het thermoplastisch polyurethane elastomeer c1) in de chemische vernetting-samenstelling.

Bovenstaande werkwijze heeft als voordeel dat chemische verbindingen ervoor zorgen dat verschillende lagen met elkaar verbonden worden. De chemische verbindingen zijn covalent van aard. De vernette of gecrosslinkte lagen en het ingebouwde thermoplastisch polyurethaan elastomeer zorgen voor verbeterde weerstand tegen delaminatie.

Het thermoplastisch paneel a) is vezel versterkt. De vezelversterking wordt bij voorkeur verschaft door glasvezels, aramidevezels, carbon vezels, basalt vezels, polyethyleen vezels, polyester vezels, polyamide vezels, keramische vezels, staalvezels, plantaardige vezels, of combinaties hiervan. Meer bij voorkeur door glasvezels, aramidevezels, carbon vezels.

Bij voorkeur is het monomeer of oligomeer dat gebruikt wordt in de werkwijze volgens een voorkeursvorm van de uitvinding, een epoxide, een aziridine, een carbodiimide, een polyisocyanaat, een polyamine, een polyol of een ethyleen vinyl acetaat (EVA) is.

Met de term oligomeer zoals gebruikt hierin wordt een chemische verbinding bedoelt die uit minstens twee eenheden of monomeren bestaat. Het aantal éénheden is bij voorkeur kleiner dan 10, meer bij voorkeur kleiner dan 5, meest bij voorkeur kleiner dan 4.

De verhouding monomeer of oligomeer ten opzichte van thermoplastisch polyurethaan elastomeer ligt bij voorkeur tussen 95:1 tot 1:95, meer bij voorkeur tussen 80:20 en 20:80, uitgedrukt in gewicht aan monomeer of oligomeer ten opzichte van gewicht aan thermoplastisch polyurethaan elastomeer (w/w).

Bij voorkeur is minstens één functionele groep ra) en/of re) geselecteerd uit een OH- groep, een SH-groep, een NH-groep, een NH2-groep, een carboxyl-groep.

Bij voorkeur wordt in de werkwijze volgens een voorkeursvorm van de uitvinding, een polyamide in het thermoplastisch paneel a) vernet met een thermoplastisch polyurethaan elastomeer uit samenstelling c).

11 BE2021/6032

Bij voorkeur omvat het thermoplastisch paneel a) polyamide chemisch verbonden met en (glas)vezels verkregen uit een impregnatie en in-situ polymerisatieproces van caprolactam en (glas)vezels.

Bij voorkeur omvat laag b) een (glas)vezel gehalte van minstens 40 gewichts% (w/w), meer bij voorkeur minstens 50 gewichts%, nog meer bij voorkeur minstens 60 gewichts%, meest bij voorkeur minstens 70 gewichts%.

Een commercieel verkrijgbaar product dat bij voorkeur gebruikt wordt als thermoplastisch paneel in een methode volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, zijn de thermoplastische Organosheets van de firma Johns Manville. De

NeomeraTM organosheets worden geproduceerd in een continu proces door de impregnatie van weefsels met een caprolactam monomeer, gevolgd door in situ anionische polymerisatie van caprolactam hierbij vormend een thermoplastische polyamide matrix.

Bijzonder voordelig is het gebruik van een Neomera OS-6 of NCF-6 paneel, een polymaide-6 thermoplastische organosheet met gewoven weefsel geïmpregneerd met PA-6 hars. De weefsels kunnen een densiteit hebben tot 2,500 g/m2. In combinatie met een metalen plaat en bindingssysteem volgens de uitvinding, levert dit een vezelversterkte thermoplast-metaal plaat met hoge sterkte en stijfheid. Ook de krimp kan uitstekend gecontroleerd worden.

Bij voorkeur wordt de metalen plaat geactiveerd vooraleer het chemisch vernettingsmiddel wordt aangebracht. De activatie kan gebeuren door het metaal oppervlak te reinigen met een oplossing waterstofperoxide (H202). Bij voorkeur met een 1-15 w/w®% waterige oplossing H202. De concentratie H202 was bij voorkeur 3, 6 of 12 gewichts% in water. De uitvinder vermoedt dat de activatie als voordeel heeft dat hydroxylgroepen gevormd worden op het metaaloppervlak. Deze zijn reactief met het monomeer/oligomeer in de samenstelling voor chemische vernetting.

Samenstelling c) wordt bij voorkeur in vloeibare vorm aangebracht. Dit is een comfortabele manier om een samenstelling aan te brengen. Deze manier van werken kan gemakkelijk grootschalig worden toegepast.

12 BE2021/6032

Meer bij voorkeur heeft c) de vloeibare samenstelling een viscositeit gelegen tussen 100 en 3000 mPa.s, meer bij voorkeur tussen 500 en 2500 mPa.s, nog meer bij voorkeur tussen 1000 en 2300 mPa.s, meest bij voorkeur tussen 1500 en 2200 mPa.s, gemeten bij 20 °C. De viscositeit wordt geselecteerd om een goed lopende samenstelling te hebben, die machinale verwerking toelaat. De viscositeit wordt gemeten volgens standaard ISO 1628-1:2021.

De viscositeit wordt bij voorkeur gekozen om uitsmeren van de samenstelling in een dunne laag toe te laten. Tegelijkertijd is de samenstelling bij voorkeur niet zo vloeibaar dat de samenstelling niet beschikbaar is voor binding en wegloopt bij manipulatie van een laag. Indien gewenst kunnen verdikkingsmiddelen worden toegevoegd om de viscositeit te verhogen. Een voorbeeld van een geschikt verdikkingsmiddel is bentoniet of zetmeel.

De vloeibare samenstelling c) is bij voorkeur substantieel vrij van water. Met de term substantieel vrij van water wordt bedoeld een watergehalte lager dan 5%. Bij voorkeur is het watergehalte lager dan 1 %, meer bij voorkeur lager dan 0,5%; meest bij voorkeur lager dan 0,1%. Het watergehalte van de vloeibare samenstelling c) kan bepaald worden met een Karl Fisher water titratie. De aanwezigheid van water wordt laag gehouden om schuimvorming te vermijden.

De vloeibare samenstelling c) is bij voorkeur een samenstelling op solventbasis. Met een solvent wordt bedoeld, een oplosmiddel dat geen water is. Een solvent geschikt voor gebruik in onderhavige uitvinding is methylethylketon (MEK).

Bij voorkeur omvat de vloeibare samenstelling c) minder dan 30% solvent. Meer bij voorkeur wordt minder dan 20%, nog meer bij voorkeur minder dan 10%, meest bij voorkeur minder dan 5% solvent gebruikt. De hoeveelheid solvent is uitgedrukt in volume solvent ten opzichte van het totale volume aan solvent, monomeer/oligomeer en thermoplastisch polymeer. Dit zorgt voor een goede nabijheid van de cl) en c2) componenten.

In een alternatieve voorkeursvorm wordt samenstelling c) aangebracht in de vorm van een poeder. Bij voorkeur worden de componenten c1) en c2) goed gemengd voor ze gebruikt worden in een methode volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

13 BE2021/6032

In een alternatieve voorkeursvorm wordt samenstelling c) aangebracht in de vorm van een film. Een film kan bij voorbeeld als volgt bekomen worden: mengen van cl) en c2) beide in vaste toestand; uitstrooien van het poedermengsel gevolgd door het verwarmen van het poedermengsel; vormen van een vloeibare of gesinterde laag; afkoelen van de laag met vorming van een film.

Meest bij voorkeur is c2) een diisocyanaat of polyisocyanaat. Dit monomeer heeft een uitstekende reactiviteit.

Bij voorkeur wordt de samenstelling c) aangebracht in een hoeveelheid van 100 g/m2 — 1000 g/m2. Meer bij voorkeur wordt de samenstelling c) aangebracht in een hoeveelheid van 100 - 500 g/m2, nog meer bij voorkeur 150 - 450 g/m2, meest bij voorkeur 200 - 400 g/m2. Een laag materiaal verbruik is economisch interessant.

Bij voorkeur werd het vezelversterkte thermoplastisch paneel verkregen werd door impregnatie van een weefsel met een caprolactam monomeer, gevolgd door in situ anionische polymerisatie van caprolactam hierbij vormend een thermoplastische polyamide matrix. De viscositeit dient voldoende laag te zijn om het weefsel te kunnen impregneren.

In een verder aspect verschaft de uitvinding een meerlaags vezel-metaal composiet paneel vervaardigd volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, het composiet paneel omvattend een thermoplastische paneel a) en een metaal plaat b), waarin een grensoppervlak van het thermoplastisch paneel a) chemisch vernet is met een grensoppervlak van de metalen plaat b), door middel van een chemische vernetting-samenstelling c) omvattend een thermoplastisch polyurethaan elastomeer en een monomeer of oligomeer voor het vernetten van a), b) en c).

De uitvinding wordt verder geïllustreerd aan de hand van een aantal voorbeelden.

Deze zijn niet beperkend. Voorkeursvormen van de uitvinding worden geïllustreerd in Figuur 1.

VOORBEELDEN

Voorbeeld 1

14 BE2021/6032

Figuur 1 is een schematische weergave van een composietelement verkregen volgens een werkwijze van de uitvinding. Een glasvezelversterkt polyamide paneel b verkregen bij Johns Manville met merknaam NeomeraTM, werd behandeld met MEK en werd vervolgens bestreken met een vloeibare samenstelling c omvattend een thermoplastisch polyurethaan elastomeer cl en een diisocyanaat c2.

Een aluminium paneel a werd geactiveerd met een 12% waterige waterstofperoxide oplossing. Vervolgens werd dezelfde vernettingssamenstelling aangebracht op het metaal oppervlak.

Paneel a en b werden naar elkaar toegekeerd. De vloeibare samenstellingen werden op elkaar gelegd. Het bekomen gelaagde composietpaneel werd 24 uur gestockeerd voor gebruik.

Na 24 uur werd een delaminatie test uitgevoerd. Het metaal en thermoplastisch paneel losten niet.

Voorbeeld 2

In een bijkomend experiment werd een meerlaags vezel-metaal composiet paneel gevormd, volgens de procedure uit voorbeeld 1.

Een aluminium plaat werd verbonden met een glasvezelversterkt polyamide paneel.

Aan het tegenover de aluminium plaat gelegen oppervlak werd het polyamide paneel opnieuw verbonden met een aluminium plaat. De aluminium plaat werd opnieuw verbonden met een glasvezelversterkt polyamide paneel.

De procedure werd herhaald tot een composietpaneel bekomen werd met 10 aluminium lagen en 10 glasvezelversterkte polyamide lagen, waarin het polyamide chemisch verbonden is met de glasvezels.

Na 24 uur werd een delaminatie test uitgevoerd. Er was geen delaminatie.

Claims

15 BE2021/6032 CONCLUSIES

1. Een vezel-metaal composiet paneel gevormd uit een thermoplastisch paneel en een metalen plaat, met het kenmerk, dat het thermoplastisch paneel en de metalen plaat met behulp van een chemisch vernettingsmiddel verbonden zijn, en het thermoplastisch paneel vezelversterkt is.

2. Het vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 1, omvattend ten minste één vezelsubstraat en ten minste één thermoplastisch polymeer P1 gekoppeld aan het vezelsubstraat; het vezelsubstraat is bij voorkeur een glasvezelsubstraat.

3. Het vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het chemisch vernettingsmiddel omvat: c1) een thermoplastisch polymeer P2 met minstens één functionele groep rc), waarbij het thermoplastisch polymeer P2 een thermoplastisch polyurethaan elastomeer is, c2) een monomeer of oligomeer met minstens twee reactieve functionele groepen di), Fd2), waarin rdi) en raz) geselecteerd worden voor reactiviteit met een functionele groep ra) van het thermoplastisch paneel, een functionele groep re) van de metalen plaat en een functionele groep rc) van het thermoplastisch polymeer P2 in het chemisch vernettingsmiddel.

4. Het vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 3, met als kenmerk, dat de functionele groep rc), gelijk of verschillend is van voornoemde functionele groepen ra) en/of rs)

5. Het vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 2 of 3, met als kenmerk, dat di) = F2).

6. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat het thermoplastisch paneel en de metalen plaat ieder een dikte bezitten, die kleiner is dan 3 mm.

16 BE2021/6032

7. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat de metalen plaat een dikte heeft die kleiner is dan 1 mm, bij voorkeur een dikte heeft van 0,1 tot 0,8 mm, meer bij voorkeur 0,2 tot 0,5 mm.

8. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de metalen plaat gevormd is uit een materiaal met een treksterkte groter dan 350 N/mm2.

9, Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 8, met het kenmerk dat de metalen platen gevormd is uit een aluminium legering; meer bij voorkeur uit een legering geselecteerd uit een aluminium-koper legering of een aluminium-zink legering.

10. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 9, met het kenmerk, dat de metalen plaat gevormd is uit een titaan legering of uit staal.

11. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 10, met het kenmerk, dat het thermoplastisch paneel vezel versterkt is met draden gevormduit glas of polyaramide of koolstof.

12. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 11, met het kenmerk, dat het monomeer of oligomeer een epoxide, een aziridine, een carbodiimide, een polyisocyanaat, een polyamine, een polyol of een ethyleen vinyl acetaat (EVA) is.

13. Het vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 12, met het kenmerk, dat de draden zich in twee of meer verschillende richtingen uitstrekken; bij voorkeur omvat het paneel een gewoven draadweefsel.

14. Meerlaags vezel-metaal composiet paneel gevormd uit twee of meer laminaten volgens één der conclusies 1 tot 13.

15. Meerlaags vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 14, met als kenmerk, dat het aantal metaalplaten 3 tot 25 bedraagt.

17 BE2021/6032

16. Constructiedeel voor een voertuig, met als kenmerk, dat het constructiedeel is vervaardigd uit een vezel-metaal composiet paneel volgens één der conclusies 1 tot 13 of uit een meerlaags vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 14 of 15.

17. Constructiedeel voor een voertuig volgens conclusie 16, met als kenmerk, dat het voertuig een ruimte- of luchtvaartuig is.

18. Werkwijze voor het vervaardigen van een vezel-metaal composiet paneel volgens één van voorgaande conclusies 1 tot 13 of een meerlaags vezel-metaal composiet paneel volgens conclusie 14 of 15, waarbij een thermoplastisch paneel en een metalen plaat, waartussen een chemisch vernettingsmiddel is aangebracht, onder toepassing van een temperatuur gelegen onder de smelttemperatuur van het thermoplastisch paneel, de smelttemperatuur van het thermoplastisch polymeer in het chemisch vernettingsmiddel en de smelttemperatuur van de één of meerdere metalen platen; bij voorkeur is de temperatuur gelegen tussen 20°C — 120°C, eindpunten inbegrepen.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met als kenmerk, dat een thermoplastisch paneel en een metalen plaat, waartussen een chemisch vernettingsmiddel is aangebracht, onder toepassing van uitwendige druk aan elkaar worden bevestigd; bij voorkeur is de uitwendige druk minstens 0,5 bar (50000 Pascal) en hoogstens 5 bar (500000 Pascal).

20. Werkwijze volgens conclusie 18 of 19, verder omvattend de stappen: - voorzien in een thermoplastisch paneel a) omvattend een grensoppervlak met minstens één functionele groep ra), - voorzien in een metalen plaat b) omvattend een grensoppervlak met minstens één functionele groep re), gelijk of verschillend aan voornoemde functionele groep ra), - aanbrengen van een chemische vernetting-samenstelling c) op het grensoppervlak van het thermoplastisch paneel a) en de metalen plaat b), de chemisch vernetting-samenstelling omvattend C1) een thermoplastisch polymeer met minstens één functionele groep ro), gelijk of verschillend van voornoemde functionele groep ra) en/of re), waarbij het thermoplastisch polymeer een thermoplastisch polyurethaan elastomeer is, en

18 BE2021/6032 c2) een monomeer of oligomeer met minstens twee reactieve functionele groepen ra:), raz), bij voorkeur is rai) = raz), waarin ra:) en raz) geselecteerd worden voor reactiviteit met de functionele groepen ra), rb) en rc), - reageren van voornoemde minstens twee functionele groepen rdi), Fd2) van het monomeer of het oligomeer met voornoemde functionele groepen ra), To), Fc), daarbij vernettend het grensoppervlak van het thermoplastisch paneel a), het grensoppervlak van de metalen plaat b) en het thermoplastisch polyurethaan elastomeer cl) in de chemische vernetting-samenstelling; en waarin voornoemd thermoplastisch paneel a) vezel versterkt is; bij voorkeur wordt de vezelversterking verschaft door glasvezels, aramidevezels, carbon vezels.

21. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 18 tot 20, waarin het monomeer of oligomeer een epoxide, een aziridine, een carbodiimide, een polyisocyanaat, een polyamine, een polyol of een ethyleen vinyl acetaat (EVA) is.

22. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 18 tot 21, waarin minstens één functionele groep ra) en/of rs) geselecteerd wordt uit een OH-groep, een SH- groep, een NH-groep, een NH2-groep, een carboxyl-groep.

23. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 18 tot 22, waarin een polyamide in het thermoplastisch paneel a) vernet wordt met een thermoplastisch polyurethaan elastomeer uit samenstelling c).

24. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 18 tot 23, waarin het vezelversterkt thermoplastisch paneel verkregen werd door impregnatie van een glasvezelweefsel met een caprolactam monomeer, gevolgd door in situ anionische polymerisatie van caprolactam hierbij vormend een glasvezel versterkte thermoplastische polyamide matrix.

25. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies 18 tot 24, waarin de metalen plaat aan een oppervlak geactiveerd wordt vooraleer het chemisch vernettingsmiddel op het voornoemde oppervlak wordt aangebracht; bij voorkeur wordt het oppervlak van de metalen plaat geactiveerd met waterstofperoxide.

26. Een meerlaags vezel-metaal composiet paneel vervaardigd volgens de werkwijze van één of meer van de conclusies 18 tot 25, het composiet paneel

19 BE2021/6032 omvattend een eerste thermoplastisch paneel a) en een metaal plaat b), waarin een grensoppervlak van het thermoplastisch paneel a) chemisch vernet is met een grensoppervlak van de metaal plaat b), door middel van een chemische vernetting- samenstelling c) omvattend een thermoplastisch polyurethaan elastomeer en een monomeer of oligomeer voor het vernetten van a), b) en c).