DE102006048921A1 - In-mold dual cure coating system for fiber-reinforced composites comprises a resin curable with electromagnetic radiation and a resin curable by polycondensation or by anaerobic metal-induced polymerization - Google Patents

In-mold dual cure coating system for fiber-reinforced composites comprises a resin curable with electromagnetic radiation and a resin curable by polycondensation or by anaerobic metal-induced polymerization Download PDF

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  • Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

In-mold dual cure coating system comprises a resin (I) curable with electromagnetic radiation and a resin (II) curable by polycondensation or by anaerobic metal-induced polymerization. An independent claim is also included for forming coatings on fiber-reinforced composite parts by depositing a coating system as above on the inner wall of a mold and/or on a prepreg, closing the mold, performing a heat treatment to cure the prepreg and (II), giving a coated part, and curing (I) to form a top coat.

Description

Die Erfindung betrifft ein in zwei Phasen innerhalb von Werkzeugen aushärtbares Lacksystem (Inmold Dual-Cure), welche gleichzeitig Grundierfüller- und Decklackeigenschaften aufweisen kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung von damit beschichteten Leichtbauteilen (z.B. Faserverbundwerkstoffe), die im Fahrzeugbau (Schienenfahrzeuge, Automobil), Schiffbau, Luftfahrzeugbau und Rotorblätter von Windenergieanlagen eingesetzt werden.The The invention relates to a curable in two phases within tools Paint system (Inmold Dual-Cure), which at the same time primer filler and topcoat properties, and a method for Manufacture of lightweight components coated therewith (e.g., fiber composites), in vehicle construction (rail vehicles, automotive), shipbuilding, aircraft construction and rotor blades used by wind turbines.

Diese Lacksysteme können bei an sich bekannten Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden, aus bzw. mit denen Bauteile hergestellt werden können, wobei Glas-, Kohlenstofffasern oder auch das sog. PEEK eingesetzt werden können.These Paint systems can be used in known fiber composites, from or with which components can be produced, wherein glass, carbon fibers or the so-called PEEK can be used.

Faserverbundwerkstoffe, wie z. B. kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) oder PEEK u.a. sind Materialien, die häufig eingebettet in eine Epoxidharzmatrix, sogenannten "Prepegs," vorliegen. Die Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen erfolgt üblicherweise in beheizbaren Formwerkzeugen (Heizpressen oder Autoklaven). Üblich ist dabei auch die Verwendung hoher Drücke. Durch den Backprozess unter hohem Druck werden die "Faserverbund-Halbzeuge" zum fertigen, z.T. kompliziert geformten Bauteil ausgehärtet. Zur Vereinfachung der Entformung werden Trennmittel in den Formwerkzeugen eingesetzt. Diese können sich aber nachteilig bei der Weiterverarbeitung auswirken, da diese in anschließenden Arbeitsschritten gründlich von der Bauteiloberfläche entfernt werden müssen. Dies ist sehr aufwändig. Dabei wirkt sich die Qualität der „Entfernung" besonders problematisch beim Aufbringen nachfolgender Lackschichtsysteme aus, deren z.B. Haftung beeinträchtigt werden kann. Aus diesem Grund werden die entformten Leichtbauteile anschließend zumeist durch mechanisches Schleifen nachgearbeitet, was je nach Komplexität des Bauteils sehr zeitintensiv ist. Die darauf folgende Lackierung kann zur Erzielung der gewünschten, zumeist Class A-Oberflächen, mehrere unterschiedliche Arbeitsgänge und somit Schichten (Grundierung, Füller, Decklack) umfassen, die jeweils zuvor ein Zwischenschleifen erfordern können.Fiber composites, such as B. carbon fiber reinforced Plastics (CFK), glass fiber reinforced plastics (GRP) or PEEK and others. are materials that are often embedded in an epoxy resin matrix, so-called "prepegs," present. The production of fiber composite components is usually carried out in heatable Forming tools (hot presses or autoclaves). Usual is the use high pressures. By the baking process under high pressure, the "fiber composite semi-finished products" to the finished, z.T. hardened complicated shaped component. To simplify the Release mold release agents are used in the molds. these can But adversely affect the further processing, since this in subsequent Thorough work steps from the component surface must be removed. This is very expensive. This affects the quality the "removal" particularly problematic in the application of subsequent lacquer layer systems whose e.g. Liability affected can be. For this reason, the demolded lightweight components subsequently mostly refinished by mechanical grinding, depending on the complexity of the component very time consuming. The subsequent painting can be to achieve the desired, mostly Class A surfaces, several different operations and thus layers (primer, Ink pen, Topcoat), each of which previously require an intermediate grinding can.

Der jeweilige Nachbearbeitungsschritt des Schleifens ist dabei sehr zeitintensiv. Zudem entsteht beim Schleifen Staub, der sich störend auf den jeweilig nachfolgenden Prozess auswirken kann. Somit müssen zwischen den einzelnen Lackierschritten Wartezeiten eingehalten werden, damit sich der Schleifstaub wieder absetzt oder andere Staub verhindernde Maßnahmen getroffen werden.Of the respective post-processing step of grinding is very time-consuming. In addition, when sanding dust, which is disturbing can affect the respective subsequent process. Thus, between the individual painting steps waiting times are met, so the sanding dust settles again or prevents other dust activities to be hit.

Bisher ist das Aufbringen einer Primerschicht als so genanntes Gelcoat in das entsprechende Formwerkzeug üblich. Ein Gelcoat wird noch vor dem Einlegen der CFK-Prepegs, GFK-Matten und PEEK-Prepegs und vor dem Backprozess, mit in das Formwerkzeug eingebracht. Ein herkömmliches Gelcoat-System reagiert während des oben genannten Prozesses unter Ausbildung seiner Gebrauchseigenschaften als Primer. So soll die Haftung zum Substratverbessert, sowie die mögliche Einsparung eines anschließenden Lackierschrittes erreicht werden. Diese Beschichtungen sind jedoch auf Schleifbarkeit konzipiert und weisen daher nur eine geringe Abrieb- und Kratzbeständigkeit auf. Diese muss, z.B. zur Herstellung der gewünschten Eigenschaften, neben den optischen (Class A-Oberflächen), durch die Verwendung einer nachfolgenden Decklackierung hergestellt werden.So far is the application of a primer layer as a so-called gelcoat customary in the corresponding molding tool. A gelcoat is still before inserting the CFRP prepegs, GRP mats and PEEK prepegs and before the baking process, introduced into the mold. A conventional one Gelcoat system reacts during of the above process under training of its utility properties as a primer. So the adhesion to the substrate is to be improved, as well as possible Saving a subsequent Painting step can be achieved. However, these coatings are designed for sandability and therefore have only a small Abrasion and scratch resistance on. This must, e.g. for producing the desired properties, besides the optical (Class A surfaces), produced by the use of a subsequent topcoat become.

Dabei tritt auch hier die bereits zuvor beschriebene Problematik der zu entfernenden Trennmittel und dem damit verbundenen mechanischen Schleifen auf. Die oben beschriebenen Nachteile für eine anschließende Decklackierung bleiben damit bestehen.there Here, too, the problem of the already described above to removing release agent and the associated mechanical Grind up. The above-described disadvantages for a subsequent topcoat stay with it.

Bei der Decklackierung kommt hinzu, dass CFK, GFK und PEEK-Faserverbundwerkstoffe als Substrate durch ihre relativ „geringe" Temperaturstabilität limitiert sind. Dies macht nach der Fertigstellung des Leichbauteils den Einsatz verschiedener Lack- und/oder Sol-Gel Sys teme unmöglich, da deren Einbrenntemperaturen, z.T. deutlich über 200°C liegen, was zum Verzug des Bauteils (Verformung) bzw. „Verbrennen der Substratoberfläche" und damit einhergehender Strukturschwächung führen kann.at the topcoat is added to the CFRP, GFRP and PEEK fiber composites as substrates are limited by their relatively "low" temperature stability after the completion of the Leichbauteils the use of various Lacquer and / or sol-gel systems impossible because their baking temperatures, z.T. clearly over 200 ° C, what about the distortion of the component (deformation) or "burning of the substrate surface" and associated structural weakening to lead can.

Die Herstellung eines fertig lackierten Leichtbauteils aus einem Faserverbundmaterial gliedert sich daher, wie folgt:
Backen des Bauteils im Formwerkzeug (ggf. mit Gelcoat) Entformung
Nacharbeit durch z.B. Anschleifen der Oberfläche
Ggf. Aufbringen eines Haftvermittlers
Aufbringen eines Primers ggf. Füllers
Nacharbeit und ggf. Schleifen
DecklackierenThe production of a finished painted lightweight component of a fiber composite material is therefore divided as follows:
Baking of the component in the mold (with gelcoat if necessary) Removal from mold
Reworking by eg grinding the surface
Possibly. Applying a bonding agent
Applying a primer if necessary filler
Rework and if necessary grinding
top coat

Schematisch ist dies mit 1 in sieben Schritten gezeigt.Schematically, this is with 1 shown in seven steps.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand und damit die Kosten bei der Herstellung von Bauteilen aus oder auch mit Faserverbundmaterial, zu reduzieren.task The invention is the effort and thus the cost in the production of components made of or with fiber composite material to reduce.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Lacksystem nach Anspruch 1 gelöst. Mit einem Verfahren, dass die Merkmale des Anspruchs 9 aufweist, können Leichtbauteile mit Faserverbundmaterial mit einer Lackbeschichtung versehen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention this Problem solved with a paint system according to claim 1. With a procedure that having the features of claim 9, lightweight components with fiber composite material be provided with a paint coating. Advantageous embodiments and further developments of the invention can with in subordinate claims designated characteristics can be achieved.

Bei der Erfindung kann aufbauend, auf den bekannten Lösungen, auch eine Gelcoat-Beschichtung bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen ausgebildet werden.at the invention can be based on the known solutions, also a gelcoat coating in the manufacture of fiber composite components be formed.

Mit einem nachfolgend noch detailliert zu beschreibenden in zwei Phasen aushärtbarem Lacksystem können Lackierschichten, welche, je nach Aushärtungsart sowohl Grundierfüller-, als auch Decklackeigenschaften in sich vereinen, ausgebildet werden. Dadurch kann die für die Herstellung lackierter Bauteile aus oder auch mit Faserverbundwerkstoff (z.B. aus CFK, GFK oder PEEK) erforderliche Zeit deutlich verkürzt werden (Einsparung von Verfahrensschritten).With to be described in detail below in two phases curable Paint system can Lackierschichten, which, depending on the type of curing both Grundierfüller-, as also combine topcoat properties in themselves, be formed. This can be the for the production of painted components made of or with fiber composite material (for example CFK, GFK or PEEK) are significantly shortened (Saving process steps).

Weiterhin besteht die Möglichkeit einer zusätzlichen Einprägung von funktionellen Mikro- oder Nanostrukturen zur Erzeugung von z.B. strömungsgünstiger Oberflächen oder Oberflächen mit Selbstreinigungseffekt (sog. Lotus-Effekt) direkt in die ausgebildet Lackschichtoberfläche während des Herstellungsprozesses (Backprozess).Farther it is possible an additional one impressing of functional micro or nanostructures to produce e.g. streamlined surfaces or surfaces with self-cleaning effect (so-called lotus effect) formed directly into the Paint layer surface while of the manufacturing process (baking process).

Das erfindungsgemäße Lacksystem wird dabei mit zwei voneinander unterschiedlichen Harzkomponenten gebildet.The Inventive paint system is doing with two different resin components educated.

Der angestrebte Härtungsmechanismus ist vorzugsweise eine Kombination aus einer Polyadditionsreaktion und einer Polymerisationsreaktion (aus einer geeigneten Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung (UV-Licht oder Elektronenstrahl)).Of the aimed hardening mechanism is preferably a combination of a polyaddition reaction and a polymerization reaction (from a suitable radiation source for electromagnetic radiation (UV light or electron beam)).

Dabei ist die eine Harzkomponente so gewählt, dass sie ausschließlich durch Polyaddition und/oder anaerob-, metallinduzierter Polymerisation aushärtet. Die andere Harzkomponente wird ausschließlich durch eine mit elektromagnetischer Strahlung induzierten Polymerisation, vorzugsweise UV-Licht ausgehärtet.there is the one resin component chosen so that they are exclusively by Polyaddition and / or anaerobic, metal-induced polymerization cures. The other resin component is made exclusively by one with electromagnetic Radiation-induced polymerization, preferably cured UV light.

Grundsätzlich sind bei allen unten genannten erfindungsgemäßen Lacksystemen die UV-Harz-Komponente eine, die durch eine Polymerisationsreaktion ausgehärtet wird und die anderen Harzbestandteile (z.B. Epoxidharze und PUR) vorzugsweise durch eine Polyadditionsreaktion ausgehärtet werden. Solche in zwei Phasen aushärtbaren Lacksysteme können nur aus interpenetrierenden Mischungen von Harzen beider Reaktionstypen bestehen. Systeme mit Harzen, die beide Reaktionsmechanismen in sich vereinen sind nicht geeignet, da die notwendige Phasenseparation während des Herstellungsprozesses der CFK-, GFK oder PEEK-Bauteile mit all seinen Vorteilen, nicht mehr gegeben ist. Dabei soll kein einziges der enthaltenen Harze auf Grund beider Reaktionsmechanismen aushärten können. Die Harze sollten unterschiedliche physikalische Dichte aufweisen.Basically in all the coating systems according to the invention mentioned below, the UV resin component one which is cured by a polymerization reaction and the other resin components (e.g., epoxy resins and PUR) preferably cured by a polyaddition reaction. Such in two phases curable Paint systems can only from interpenetrating mixtures of resins of both reaction types consist. Systems with resins, both reaction mechanisms in unite are not suitable because the necessary phase separation while the manufacturing process of CFRP, GFRP or PEEK components with all its benefits, is no longer given. Not a single one should the resins contained can harden due to both reaction mechanisms. The Resins should have different physical density.

Geeignete Rezepturen für erfindungsgemäße Lacksysteme, die in Werkzeugen und dabei in zwei getrennten Phasen aushärtbar sind, sollen nachfolgend genannt werden.suitable Recipes for coating systems according to the invention, which are hardenable in tools and thereby in two separate phases, should be mentioned below.

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.It may be a formulation of radically curing UV resins (5-95 wt .-%) and from isocyanate / hydroxy-functional polyol components (95-5% by weight), which are present in one or two-component, used for a paint system become.

Beispielrezepturen: FlüssiglackExample formulations: liquid paint

  • 2K-UV/PUR Dual-Cure System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)2K-UV / PUR dual-cure system (free radical induced, solid content 100%)

Komponente A: Rohstoff Gew.-% Polyesterpolyol 35,50 Acrylatharz 11 Urethanacrylatharz 13 Reaktivverdünner (Hexandioldiacrylat) 6 UV Initiator (1-Hydroxycyclohexylphenyl-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-Hydroxycyclohexylphenyl-Keton) 0,45 Gesamt Komponente A: 100,00 Component A: raw material Wt .-% polyester polyol 35,50 acrylate 11 urethane acrylate resin 13 Reactive thinner (hexanediol diacrylate) 6 UV initiator (1-hydroxycyclohexylphenyl ketone) 0.5 Total component A: 66,00 Component B: raw material Wt .-% aliphatic polyisocyanate 34,00 Total component B: 34,00 1-component UV / PUR coating system (free-radically induced, solids content 100%) raw material Wt .-% polyester polyol 24 Polyisocyanate (blocked) 46 acrylate 10.8 urethane acrylate resin 12.75 Reactive thinner (hexanediol diacrylate) 6 UV initiator (1-hydroxycyclohexylphenyl ketone) 0.45 Total component A: 100.00

Beispielrezeptur: PulverlackExample recipe: powder coating

  • UV/PUR Pulverlack-System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)UV / PUR powder coating system (free-radically induced, solids content 100%)

Rohstoffraw material Gew.-% Wt .-% OH terminierter PolyesterOH terminated polyester 52,75 52.75 cycloaliphatisches Polyurethdioncycloaliphatic Polyurethdion 14,55 14.55 Verlaufsmittelleveling agents 1,61.6 Katalysator Zinn-II-octoatcatalyst Stannous octoate 1,1 1.1 Ungesättigter Polyester (UV-Harz)unsaturated Polyester (UV resin) 24,20 24,20 Urethanacrylat (kristalliner Härter)urethane acrylate (crystalline hardener) 2,70 2.70 Entgasungsmitteldegassing 0,300.30 Verlaufsmittelleveling agents 2,002.00 UV Initiator (1-Hydroxycyclohexylphenyl-Keton)UV Initiator (1-hydroxycyclohexylphenyl ketone) 0,80 0.80 Gesamt Komponente A:total Component A: 100,00 100.00

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 (Hexandioldiacrylat) 5,50 UV Initiator (1-Hydroxycyclohexylphenyl-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-Hydroxycyclohexylphenyl-Keton) 0,5 Gesamt Komponente A: 100,00 Formulation of radically curing UV resins (5-95 wt .-%) and epoxy resins and their Reactants (eg amines) (95-5 wt .-%), which may be one or two-component, as example formulations for a liquid coating system:
2-component UV / epoxy dual-cure system (free-radically induced, solids content 100%) Component A: raw material Wt .-% Epoxy resin type Bisphenol AF 42,00 acrylate 10.00 urethane acrylate resin 12,00 Reactive thinner (hexanediol diacrylate) 5.50 UV initiator (1-hydroxycyclohexylphenyl ketone) 0.5 Total component A: 70,00 Component B: raw material Wt .-% polyamidoamine 30.00 Total component B: 30.00 1-component UV / epoxy system (free-radically induced, solids content 100%) raw material Wt .-% Epoxy resin type Bisphenol AF 64.5 Polyamidoamine (blocked) 5 acrylate 11 urethane acrylate resin 13 Reactive thinner (hexanediol diacrylate) 6 UV initiator (1-hydroxycyclohexylphenyl ketone) 0.5 Total component A: 100.00

Beispielrezeptur: PulverlackExample recipe: powder coating

  • UV/Epoxid Pulverlack-System (radikalisch induziert, Feststoffanteil 100 %)UV / epoxy powder coating system (free-radically induced, solids content 100%)

Rohstoffraw material Gew.-% Wt .-% Bisphenol A Epoxidharzbisphenol A epoxy resin 63,50 63,50 Dicyandiamid-Derivat VernetzerDicyandiamide derivative crosslinkers 3,20 3.20 Verlaufsmittel Polyacrylatharz in Epoxidharzleveling agents Polyacrylate resin in epoxy resin 3,30 3.30 Ungesättigter Polyester (UV-Harz)unsaturated Polyester (UV resin) 24,20 24,20 Urethanacrylat (kristalliner Härter)urethane acrylate (crystalline hardener) 2,70 2.70 Entgasungsmitteldegassing 0,30 0.30 Verlaufsmittelleveling agents 2,00 2.00 UV InitiatorUV initiator 0,80 0.80 Gesamt Komponente A:total Component A: 100,00 100.00

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.suitable Formulations can made of ionic hardening UV resins (5-95 Wt .-%) and isocyanate / hydroxy-functional polyol components (95-5 Wt .-%), which are formed one or two-component.

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.formulation can also made of ionic hardening UV resins (5-95% by weight) and epoxy resins and their reactants (e.g., amines) (95-5 wt%), which are present in one or two-component form.

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.by virtue of the differently set density of the two essential Components in the paint system (UV and EP-PUR) come during the Manufacturing process of lightweight components, to a film separation, the UV resin being the later component surface (thus boundary layer between fiber composite semifinished product and mold) represents. This can either be done after demolding or already painted components by means of UV radiation with a time delay during the Process, by using suitable for UV radiation more transparent Tool shells, hardened become.

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.in the Area of the cured with electromagnetic radiation lacquer layer (Topcoat area), the film is then highly networked and thereby resistant across from chemical and mechanical attacks (scratches abrasion, etc.). in the underlying primer range is the paint film "only" by the polyaddition reaction crosslinked, resulting in a polymer with very good adhesion properties leads.

Die zu verwendenden Lacksysteme (Nasslacke/Pulverlacke) sind vorzugsweise mit 100 % Fest stoffanteil zu formulieren, da jegliche Verdünnungsmittel (Wasser oder organische Verdünnungsmittel) während des Herstellungsprozesses verdampfen und zu Oberflächenstörungen führen.The paint systems to be used (wet paints / powder coatings) are preferred formulate with 100% solids, since any diluents (Water or organic diluents) during the Vaporizing process and lead to surface defects.

Die Lacksysteme können damit sowohl flüssig als auch pulverförmig vorliegen, sowie pigmentiert oder 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.The coating systems can thus be both liquid and pulverulent, as well as pigmented or unpigmented. Furthermore, further classes of binders can be used to design the property profile of the later topcoat. These are for example:
fluorinated and / or silanized resins / binders for reducing the surface energy (hydrophobing)
Resins / binders, which are especially curable under anaerobic conditions under the influence of catalytically active metal surfaces (eg from the molds for component production or from special metal initiators).

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 Autoklauen, kommt es bei Anwesenheit von Metallionen zur Härtungsreaktion. Die Metallionen können dabei entweder aus der Metalloberfläche eines luftundurchlässigen Substrats kommen oder vorzugsweise durch Zugabe in die Rezeptur aus dem Lack selbst. Anaerobe lacke sind somit verarbeitungstechnisch gesehen einkomponentige Systeme.anaerobe Paints can Accordingly, stable storage in the presence of oxygen. Of the Oxygen takes over an inhibitor function. Excluding oxygen, i. at the curing in a car claw, it comes in the presence of metal ions to Curing reaction. The metal ions can either from the metal surface of an airtight substrate come or preferably by adding in the recipe from the paint themselves. Anaerobic lacquers are thus processing-wise one-component systems.

Speziell bei Pulverlacksystemen ist die Verwendung von Polyesterharzen vorteilhaft.specially in powder coating systems, the use of polyester resins is advantageous.

Damit verbinden erfindungsgemäße Lacksysteme, wie zuvor benannt die positiven Eigenschaften aus den beiden Härtungsreaktionen Polyadditions- und Polymerisationsharze, wie z.B. sehr gute Haftung zum Untergrund, durch z.B. die Verwendung eines EP-Harzes sowie geringe Vergilbungseigenschaften, durch z.B. die Verwendung eines PUR-Harzes. Durch Ausbildung einer hohen Vernetzungsdichte aus dem UV-Harz resultieren hohe Kratz-, Abrieb- und chemische Beständigkeit.In order to connect coating systems according to the invention, as previously named the positive properties of the two curing reactions Polyaddition and polymerization resins, e.g. very good adhesion to the ground, by e.g. the use of an EP resin as well low yellowing properties, e.g. the use of a PUR resin. By forming a high crosslink density from the UV resin results in high scratch, abrasion and chemical resistance.

Bei der Rezeptierung ist darauf zu achten, dass die Wellenlängenverteilung der elektromagnetischen Strahlung, die Absorptionseigenschaften der eingesetzten Pigmente, die spektrale Empfindlichkeit der eingesetzten Fotoinitiatoren und UV-Absorber aufeinander abgestimmt werden.at the formulation is to pay attention to the wavelength distribution the electromagnetic radiation, the absorption properties the pigments used, the spectral sensitivity of the used Photoinitiators and UV absorbers are coordinated.

Die Ausbildung einer Lackierung mit einem erfindungsgemäßen Lacksystem erfolgt entweder direkt auf eine Werkzeugoberfläche oder direkt auf die Oberfläche des hergestellten Faserverbundwerkstoff-Halbfabrikates.The Forming a coating with a coating system according to the invention takes place either directly on a tool surface or directly on the surface of the tool produced fiber composite semi-finished product.

Aus der Verwendung des neuartigen Lacksystems in Kombination mit dem bereits bekannten Herstellungsverfahren und anschließender Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung oder der „in situ"-Belichtung durch ein entsprechendes zumindest bereichsweise transparentes Werkzeug ergeben sich nachfolgende Vorteile:
Einsparung von mindestens einer Lackschicht, dadurch Prozesskostensenkung und Verringerung der Masse eines Bauteils
Lackierung während des Bauteil-Backprozesses, Prozesskostensenkung
Verarbeitung dünnerer Lackschichten möglich, dadurch Gewichtsersparnisse
Erhebliche Kosteneinsparungen durch Verzicht auf manuelle Arbeitsumfänge und reduzierter Prozesszeit sowie Verzicht auf Anlagentechnik für einen Schutz vor Schleifstaub
Nutzbarmachung einer Härtungstechnologie in Anwendungsgebieten, die zuvor dafür ausgeschlossen waren.From the use of the novel coating system in combination with the already known production method and subsequent irradiation with electromagnetic radiation or the "in situ" exposure through a corresponding at least partially transparent tool, the following advantages result:
Saving of at least one lacquer layer, thereby reducing process costs and reducing the mass of a component
Painting during the component baking process, process cost reduction
Processing thinner paint layers possible, thereby saving weight
Substantial cost savings due to the absence of manual work and reduced process time as well as the absence of system technology for protection against grinding dust
Utilization of a curing technology in application areas previously excluded.

Mit einem erfindungsgemäßen Lacksystem können Lackschichten auf Oberflächen von Bauteilen, die mit Faserverbundmaterial gebildet sind in einem Formwerkzeug ausgebildet werden. Dabei wird ein Halbfabrikat für das jeweilige Bauteil in ein beheizbares Formwerkzeug eingesetzt. Das vorbereitete Lacksystem kann dabei auf die Oberfläche der Formwerkzeuginnenwand und/oder eine mit einer Lackschicht zu versehende Oberfläche des Bauteils aufgetragen werden. Das Lacksystem kann dabei als ein Gemisch aufgetragen werden. Bei geschlossenem Formwerkzeug erfolgt bei einer Wärmebehandlung die Aushärtung des Faserverbundmaterials. Dabei kann mit für die Herstellung von Bauteilen, die mit Faserverbundmaterial hergestellt sind, üblichen Drücken und Temperaturen verfahren werden. Während der Wärmebehandlung trennen sich die beiden Phasen des Lacksystems und die jenige, die durch eine Polyaddition oder anaerob-, metallinduzierter Polymerisation aushärtet bildet beim Aushärten eine Lackschicht auf der Oberfläche des Bauteils aus. Die andere Phase wird dabei noch nicht ausgehärtet und setzt sich auf der Oberfläche der durch Polyaddition oder anaerob-, metallinduzierter Polymerisation ausgehärteten Phase ab und bil det im Formwerkzeug eine Grenzschicht zwischen Bauteil und Formwerkzeugwand.With a paint system according to the invention can Paint layers on surfaces of components which are formed with fiber composite material in one Mold are formed. This is a semi-finished product for the respective Component used in a heated mold. The prepared Paint system can on the surface of the inner wall of the mold and / or a surface to be provided with a lacquer layer Component are applied. The paint system can be used as a mixture be applied. When the mold is closed at a heat treatment the curing of the fiber composite material. It can be used for the production of components, which are made with fiber composite material, usual pressures and temperatures procedure become. While the heat treatment separate the two phases of the paint system and those who by a polyaddition or anaerobic, metal-induced polymerization cures forms during curing a paint layer on the surface of the component. The other phase is not yet cured and sits down on the surface by polyaddition or anaerobic, metal-induced polymerization cured Phase and forms in the mold a boundary layer between component and mold wall.

Nachfolgend wird die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Phase mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt und dadurch eine obere kratz- und abriebfeste Decklackschicht gebildet. Die Bestrahlung kann nach der Entformung oder auch durch eine für die Strahlung transparente Wandung des Formwerkzeuges erfolgen.following becomes the surface the not yet cured Phase irradiated with electromagnetic radiation and thereby a Upper scratch and abrasion resistant topcoat layer formed. The irradiation can after demolding or by a transparent to the radiation Wall of the mold done.

Es besteht aber auch die Möglichkeit die zwei Phasen des Lacksystems getrennt voneinander aufzutragen. Dabei kann die durch Polyaddition oder anaerob-, metallinduzierter Polymerisation aushärtbare Phase auf die Oberfläche des Halbfabrikats und die durch Bestrahlung aushärtbare Phase auf die Innenwand des Formwerkzeuges aufgetragen und dann die Verdichtung, Formgebung und eine Aushärtung bei der Wärmebehandlung im Formwerkzeug durchgeführt werden. Dabei erfolgt bei der Wärmebehandlung eigentlich keine Separation der Phasen mehr. Mit einem solchen Auftrag kann insbesondere eine Oberflächenstruktur, wie vorab erläutert günstig ausgebildet werden. Die Haftung der Lackschichten wird ebenfalls günstig beeinflusst.It But there is also the possibility Apply the two phases of the paint system separately from each other. In this case, by polyaddition or anaerob-, metal-induced Polymerisation curable Phase on the surface of the semi-finished product and the radiation-curable phase on the inner wall applied to the mold and then the compaction, shaping and a cure in the heat treatment performed in the mold become. This takes place during the heat treatment actually no separation of the phases more. With such an order In particular, a surface structure, as explained above Cheap be formed. The adhesion of the paint layers is also Cheap affected.

Nachfolgend soll die Vorgehensweise bei der Ausbildung von Lackschichten auf Bauteilen schematisch verdeutlicht werden.following should the procedure in the training of paint layers on Components are illustrated schematically.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 den schrittweisen Verfahrensablauf nach dem Stand der Technik und 1 the stepwise procedure according to the prior art and

2 den schrittweisen Verfahrensablauf, wie er mit der Erfindung möglich ist. 2 the stepwise procedure, as it is possible with the invention.

Claims (16)

Lacksystem, das in zwei Phasen innerhalb von Werkzeugen aushärtbar und mit zwei Harzkomponenten gebildet ist, wobei eine Komponente ein Harz, das durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung und die andere Komponente ein Harz, das durch eine Polyadditionsreaktion und/oder anaerob-, metallinduzierter Polymerisation aushärtbar ist, ist.Paint system, which is hardenable in two phases within tools and formed with two resin components, wherein one component is a resin, which by irradiation with electromagnetic radiation and the other component is a resin that is curable by a polyaddition reaction and / or anaerobic, metal-induced polymerization. Lacksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Harze eine unterschiedliche physikalische Dichte aufweisen.Paint system according to claim 1, characterized that the two resins have a different physical density exhibit. Lacksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit elektromagnetischer Strahlung aushärtbare Harz ein radikalisch oder ionisch induziert aushärtbares Harz ist.Paint system according to claim 1 or 2, characterized that the electromagnetic radiation curable resin is a radical or ionically induced curable Resin is. Lacksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Polyadditionsreaktion aushärtbare Harz mit einem Epoxidharz, bei dem ein Amin als Reaktionspartner ein- oder zweikomponentig vorliegt, gebildet ist.Paint system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the polyaddition reaction-curable resin with an epoxy resin in which an amine is used as a reaction partner. or two-component is formed. Lacksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Polyadditionsreaktion aushärtbare Harz ein Polyol/Polyisocyanat-System ist, bei dem der Reaktionspartner ein- oder zweikomponentig vorliegt.Paint system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the polyaddition reaction-curable resin a polyol / polyisocyanate system is where the reactant one or two-component exists. Lacksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Harze mit mindestens 5 Gew.-% enthalten ist.Paint system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one of the two resins with at least 5 wt .-% is included. Lacksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindest ein Pigment enthalten ist.Paint system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one pigment is included. Lacksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluoriertes und/oder silanisiertes Harz/Bindemittel enthalten ist.Paint system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a fluorinated and / or silanized resin / binder is included. Verfahren zur Ausbildung von Lackschichten auf Oberflächen von Bauteilen, die mit Faserverbundmaterial hergestellt sind, unter Verwendung eines Lacksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das unausgehärtete Lacksystem auf die Oberfläche der inneren Wandung eines Formwerkzeuges und/oder eine Oberfläche eines Halbfabrikats, das mit vorimprägnierten Faserverbundmaterial gebildet ist, aufgebracht wird; nachfolgend bei geschlossenem Formwerkzeug eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, bei der das vorimprägnierte Faserverbundmaterial ausgehärtet und das durch Polyadditionsreaktion und/oder anerob-, metallinduzierte Polymerisation aushärtbare Harz aushärtet und dabei auf der Oberfläche des Bauteils eine Lackschicht bildet; im Anschluss daran die Oberfläche mit dem noch nicht vollständig vernetzten/ausgehärteten zweiten Harz mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, dabei das Harz aushärtet und dadurch eine Decklackschicht ausgebildet wird.Process for the formation of paint layers on surfaces of Components made with fiber composite material under Use of a paint system according to one of claims 1 to 8, where the uncured Paint system on the surface the inner wall of a molding tool and / or a surface of a Semi-finished product with prepreg Fiber composite material is formed is applied; following heat treatment is performed when the mold is closed, in which the preimpregnated Hardened fiber composite material and that by polyaddition reaction and / or anerobic, metal-induced Polymerisation curable Hardened resin and while on the surface the component forms a lacquer layer; following that the surface with that not yet complete crosslinked / cured second resin is irradiated with electromagnetic radiation, thereby the resin hardens and thereby a topcoat layer is formed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lacksystem als Gemisch aufgebracht wird und bei der Wärmebehandlung im Formwerkzeug die beiden Harze durch eine Phasenseparation voneinander getrennt werden.Method according to claim 9, characterized in that that the paint system is applied as a mixture and in the heat treatment in the mold, the two resins by a phase separation from each other be separated. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch eine Polyadditionsreaktion und/oder anaerob-, metallinduzierter Polymerisation aushärtbare Harzkomponente auf die Oberfläche des Halbfabrikats und die durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung aushärtbare Harzkomponente auf die Innenwand des Formwerkzeuges vor der Wärmebehandlung aufgebracht werden.Method according to claim 9, characterized in that that by a polyaddition reaction and / or anaerobic, metal-induced Polymerisation curable Resin component on the surface of the semifinished product and that by irradiation with electromagnetic Radiation curable Resin component on the inner wall of the mold before the heat treatment be applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung außerhalb des Formwerkzeuges durchgeführt wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized that the radiation is outside performed the mold becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung durch eine für die elektromagnetische Strahlung transparente Wandung des Formwerkzeuges durchgeführt wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized that the irradiation by one for the electromagnetic radiation transparent wall of the mold is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Lackschicht eine funktionelle Mikro- oder Nanostruktur ausgebildet wird.Method according to one of claims 9 to 13, characterized that on the surface the lacquer layer formed a functional micro or nanostructure becomes. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro- oder Nanostruktur im Formwerkzeug eingeprägt wird.Method according to claim 14, characterized in that that the micro or nanostructure is impressed in the mold. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserverbundmaterial, das mit Glas- oder Kohlenstofffasern oder mit PEEK gebildet ist, eingesetzt wird.Method according to one of claims 9 to 15, characterized in that a Faserverbundmate rial formed with glass or carbon fibers or with PEEK is used.
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