DE102010030474A1 - Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102010030474A1
DE102010030474A1 DE102010030474A DE102010030474A DE102010030474A1 DE 102010030474 A1 DE102010030474 A1 DE 102010030474A1 DE 102010030474 A DE102010030474 A DE 102010030474A DE 102010030474 A DE102010030474 A DE 102010030474A DE 102010030474 A1 DE102010030474 A1 DE 102010030474A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbon
temperature
matrix precursor
carbon matrix
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102010030474A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr. Öttinger Oswin
Dr. Gojny Florian
Tim Witzke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Priority to DE102010030474A priority Critical patent/DE102010030474A1/de
Priority to PCT/EP2011/060464 priority patent/WO2011161171A1/de
Publication of DE102010030474A1 publication Critical patent/DE102010030474A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63444—Nitrogen-containing polymers, e.g. polyacrylamides, polyacrylonitriles, polyvinylpyrrolidone [PVP], polyethylenimine [PEI]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63452—Polyepoxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/6346—Polyesters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63472—Condensation polymers of aldehydes or ketones
    • C04B35/63476—Phenol-formaldehyde condensation polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63496—Bituminous materials, e.g. tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
    • C04B2235/5256—Two-dimensional, e.g. woven structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff umfasst die nachfolgenden Schritte: a) Bereitstellen von wenigstens einer Lage eines Gewebes, eines Geleges oder eines Vlieses, wobei das Gewebe, Gelege oder Vlies aus einem wenigstens 49 Gew.-% Kohlenstoff enthaltendem Material besteht, b) Aufbringen von wenigstens einem pulverförmigen Kohlenstoff-Matrixvorläufer auf wenigstens eine Seite der wenigstens einen in dem Schritt a) bereitgestellten Lage, wobei der wenigstens eine Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens einen Thermoplast und/oder wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, c) Wärmebehandeln der wenigstens einen in dem Schritt b) erhaltenen Lage bei Atmosphärendruck, um wenigstens ein Prepreg zu erhalten, d) ggf. Laminieren von 2 oder mehr der in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs übereinander, um ein Prepreg-Laminat zu erhalten, e) Druck-/Temperaturbehandlung des in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs oder des in dem Schritt d) erhaltenen Prepreg-Laminats und ggf. anschließend Vernetzen des Duroplast-Prepolymers und f) ggf. Carbonisieren des in dem Schritt e1) bzw. e2) erhaltenen Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 400°C unter einer Inertgasatmosphäre.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff sowie einen mit diesem Verfahren erhältlichen Formkörper.
  • Formkörper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) sind aus einer Kohlenstoffmatrix aufgebaut, in welche zur Verstärkung Carbonfasern oder aus Carbonfasern bestehende textile Gebilde eingebunden sind. Derartige Formkörper zeichnen sich im Vergleich zu ausschließlich aus Kohlenstoff bestehenden Formkörpern durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aus. Zudem zeichnet sich CFC im Vergleich zu anderen Materialien, wie Stahl, durch ein geringes Gewicht, eine niedrige Wärmeausdehnung und eine ausgezeichnete Temperaturwechselfestigkeit aus.
  • Zur Herstellung von CFC-Formkörpern wird das Fasermaterial herkömmlicherweise mit einem Kohlenstoff-Matrixvorläufer imprägniert, bevor das imprägnierte Fasermaterial einer Carbonisierung, d. h. einer Wärmebehandlung bei 600 bis 900°C, unterworfen wird, um den Kohlenstoff-Matrixvorläufer zu Kohlenstoff umzuwandeln. Danach wird das Carbonisierungsprodukt einem oder mehreren Nachimprägnierungsschritten jeweils gefolgt von einer weiteren Carbonisierung ausgesetzt, bevor der Formkörper abschließend ggf. graphitiert wird. Als Ausgangsmaterialien für die Matrix werden im Allgemeinen härtbare Harze oder Peche, also flüssige Ausgangsmaterialien, eingesetzt, mit welchen das Fasermaterial imprägniert wird. Diese Verfahren sind allerdings sehr aufwendig und insbesondere teuer, weil relativ teure Rohstoffe eingesetzt werden, weil insbesondere aufgrund der Flüssigimprägnierung teure Anlagenteile erforderlich sind, und, weil die Zwischenprodukte, wie Prepregs, kühl gelagert werden müssen.
  • Um diesen Nachteile zu begegnen, ist es bereits vorgeschlagen worden, zur Herstellung eines Formkörpers ein Gestrick mit festem Kohlenstoff-Matrixvorläufer zu imprägnieren und das imprägnierte Gestrick anschließend einer Carbonisierung zu unterwerfen. Allerdings weisen die mit diesem Verfahren erhältlichen Formkörper ungenügende Eigenschaften und insbesondere eine unbefriedigende Festigkeit, Biegefestigkeit, Biegesteifigkeit und interlaminare Schubfestigkeit auf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus CFC bereitzustellen, welches einfach und kostengünstig durchzuführen ist und zu Formkörpern mit einer exzellenten Festigkeit, mit einer ausgezeichneten Biegefestigkeit, mit einer exzellenten Biegesteifigkeit und mit einer ausgezeichneten interlaminaren Schubfestigkeit führt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:
    • a) Bereitstellen von wenigstens einer Lage eines Gewebes, eines Geleges oder eines Vlieses, wobei das Gewebe, Gelege oder Vlies aus einem wenigstens 49 Gew.-% Kohlenstoff enthaltendem Material besteht,
    • b) Aufbringen von wenigstens einem pulverförmigen Kohlenstoff-Matrixvorläufer auf wenigstens eine Seite der wenigstens einen in dem Schritt a) bereitgestellten Lage, wobei der wenigstens eine Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens einen Thermoplast und/oder wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält,
    • c) Wärmebehandeln der wenigstens einen in dem Schritt b) erhaltenen Lage mit dem aufgebrachten Kohlenstoff-Matrixvorläufer bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers, aber, falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, von unterhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers, um wenigstens ein Prepreg zu erhalten,
    • d) ggf. Laminieren von 2 oder mehr der in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs übereinander, um ein Prepreg-Laminat zu erhalten, und,
    • e1) falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer kein Duroplast-Prepolymer enthält, Pressen des wenigstens einen in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs oder des in dem Schritt d) erhaltenen Prepreg-Laminats bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperatur-bereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten, um einen Grünkörper herzustellen, oder,
    • e2) falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, Pressen des wenigstens einen in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs oder des in dem Schritt d) erhaltenen Prepreg-Laminats bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Duroplast-Prepolymers, aber von unterhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers, und anschließendes Pressen des so behandelten wenigstens einen Prepregs oder Prepreg-Laminats bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers, um einen Grünkörper herzustellen, und
    • f) ggf. Carbonisieren des in dem Schritt e1) bzw. e2) erhaltenen Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 400°C unter einer Inertgasatmosphäre.
  • Diese Lösung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass durch ein die vorstehenden Verfahrensschritte in der vorgenannten Reihenfolge umfassendes Verfahren – unter Nutzung textiler Flächengebilde ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gelegen, Vliesen und insbesondere Geweben und basierend auf Pulver-Prepreg-Technologie – Formkörper mit einer hervorragenden Festigkeit, mit einer ausgezeichneten Biegefestigkeit, mit einer exzellenten Biegesteifigkeit sowie mit einer hervorragenden interlaminaren Schubfestigkeit erhalten werden können. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass dieses einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann. Insbesondere kann bei diesem Verfahren ein Prepreg-Laminat aufgrund der Nutzung der Pulver-Prepreg-Technologie, bei der keine Flüssigkeiten gehandhabt werden, einfach und schnell hergestellt werden. Außerdem werden durch die Nutzung der Pulver-Prepreg-Technologie in den Verfahrensschritten b) und c) sehr homogene Prepregs erhalten, was die Eigenschaften der daraus hergestellten CFC-Formkörper positiv beeinflusst. Zudem kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Kühllagerung von Rohstoffen und Produkt verzichtet werden, ebenso wie auf eine thermische Nachverbrennung während der Verfahrensschritte zur Herstellung des Prepregs. Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst in den Verfahrensschritten b) und c) ein Prepreg hergestellt, welches nur in sehr geringem Ausmaß mit dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer imprägniert ist, bevor das so hergestellte Prepreg oder ggf. Prepreg-Laminat in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) einer Druck-Temperatur-Behandlung unterworfen wird, bei der eine Teilimprägnierung stattfindet, wobei dies, wie sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise herausgestellt hat, für das Erhalten von CFC-Formkörpern mit den vorgenannten exzellenten Eigenschaften wesentlich ist.
  • Grundsätzlich können in dem Verfahrensschritt a) alle Arten von Vliesen, Gelegen und Geweben bereitgestellt werden, sofern diese aus einem Material bestehen, welches wenigstens 49 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass das Vlies, Gelege oder Gewebe aus einem Material besteht, welches wenigstens 60 Gew.-% Kohlenstoff, besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% Kohlenstoff, insbesondere bevorzugt wenigstens 90 Gew.-% Kohlenstoff und ganz besonders bevorzugt wenigstens 99 Gew.-% Kohlenstoff enthält und höchst bevorzugt aus 100 Gew.-% Kohlenstoff besteht. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes des Materials gemäß der ASTM D5291-02.
  • Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Vlieses, Geleges oder Gewebes können nicht nur Monofilamente eingesetzt werden, sondern insbesondere auch Bifilamente oder Mischungen aus zwei oder mehr Mono- und/oder Bifilamenten, solange das textile Gebilde insgesamt einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens 49 Gew.-% aufweist. Dabei können beispielsweise auch streckgerissene Filamente bzw. Fasern eingesetzt werden.
  • Solche Carbonfasern können beispielsweise hergestellt werden, indem zunächst aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie beispielsweise Polyacrylnitril, Pech, peroxidiertem Polyacrylnitril oder Cellulose, Fasern gesponnen werden, welche nachfolgend unter Verstreckung carbonisiert und ggf. graphitiert werden, bevor die so hergestellten Fasern abschließend oberflächenbehandelt und ggf. mit Schlichte beschichtet werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem Verfahrensschritt a) als textiles Flächengebilde ein Gewebe bereitgestellt. Wie vorstehend dargelegt, können die Fäden des Gewebes aus Monofilamenten, Bifilamenten, Mischungen von zwei oder mehr Monofilamenten, Mischungen von zwei oder mehr Bifilamenten oder Mischungen von wenigstens einem Monofilament und wenigstens einem Bifilament mit den vorgenannten Kohlenstoffgehalten aufgebaut sein. Dabei ist es sowohl möglich, dass die Kettfäden und Schussfäden des Gewebes aus demselben Material bzw. denselben Materialien bestehen, als auch, dass die Kettfäden und Schussfäden des Gewebes aus jeweils unterschiedlichen Materialien bestehen.
  • Grundsätzlich kann das Gewebe aus jeder Bindungsart aufgebaut sein, wie beispielsweise Leinwandbindung, Köperbindung oder Atlasbindung, wobei jedoch eine Köperbindung, beispielsweise eine 2/2-Köperbindung, bevorzugt ist.
  • Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das Gewebe ein Flächengewicht zwischen 150 und 600 g/m2, bevorzugt ein Flächengewicht zwischen 300 und 500 g/m2 und besonders bevorzugt ein Flächengewicht zwischen 350 und 450 g/m2 aufweist.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass das Gewebe eine Fadendichte zwischen 1 und 10/cm und bevorzugt zwischen 3 und 7/cm aufweist. Dabei sind die einzelnen Fäden vorzugsweise aus 1.000 bis 10.000, besonders bevorzugt aus 3.000 bis 8.000 und ganz besonders bevorzugt aus 5.000 bis 7.000 Fäden zusammengesetzt. Die vorgenannten Werte sind sowohl für die Schussfäden als auch für die Kettfäden des Gewebes bevorzugt.
  • Schließlich ist es bevorzugt, dass der Faservolumenanteil des Gewebes 20 bis 80%, bevorzugt 30 bis 70%, besonders bevorzugt 40 bis 60% und ganz besonders bevorzugt 45 bis 55% beträgt.
  • Wenn in dem Verfahrensschritt a) ein Gelege bereitgestellt wird, weist dieses vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen mehr als 0 und 900 g/m2, besonders bevorzugt ein Flächengewicht zwischen 200 und 600 g/m2 und ganz besonders bevorzugt ein Flächengewicht zwischen 200 und 450 g/m2 auf. Dabei kann das Gelege ein monoaxiales, biaxiales oder multiaxiales Gelege sein, wobei die einzelnen Lagen zwischen 0 und 90° gegeneinander ausgerichtet sein können. Ferner ist bevorzugt, dass das Gelege aus Monolagen mit einem Flächengewicht von jeweils zwischen 100 und 300 g/m2 und besonders bevorzugt zwischen 150 und 250 g/m2 aufgebaut ist. Dabei sind die Monolagen vorzugsweise aus Fäden aufgebaut, die aus 10.000 bis 120.000, besonders bevorzugt aus 15.000 bis 80.000 und ganz besonders bevorzugt aus 40.000 bis 60.000 Einzelfäden zusammengesetzt sind.
  • Sofern in dem Verfahrensschritt a) ein Vlies bereitgestellt wird, weist dieses vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen 50 und 600 g/m2 und bevorzugt zwischen 100 und 200 g/m2 auf.
  • Erfindungsgemäß wird in dem Verfahrensschritt b) pulverförmiger Kohlenstoff-Matrixvorläufer auf wenigstens eine Seite des textilen Flächengebildes aufgebracht.
  • In diesem Zusammenhang wird im Sinne der vorliegenden Erfindung unter einem Kohlenstoff-Matrixvorläufer ein Material verstanden, welches so viele Kohlenstoffatome aufweist, dass dieses nach einer Carbonisierung bei einer Temperatur von 900°C unter einer Schutzgasatmosphäre wenigstens 20 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
  • Zudem wird gemäß der vorliegenden Erfindung unter einem Pulver ein feines Schüttgut verstanden, wobei die Pulverpartikel einen mittleren Partikeldurchmesser (d90) von weniger als 500 μm aufweisen. Dabei wird unter einem mittleren d90-Partikeldurchmesser gemäß der vorliegenden Patentanmeldung im Einklang mit der üblichen Definition dieses Parameters der Wert des Partikeldurchmessers verstanden, den 90% der vorliegenden Partikel unterschreiten, d. h. 90% aller in dem Pulver vorliegenden Partikel weisen einen kleineren Partikeldurchmesser als den d90-Wert auf.
  • Erfindungsgemäß enthält der wenigstens eine Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens einen Thermoplast und/oder wenigstens ein Duroplast-Prepolymer, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung unter einem Duroplast-Prepolymer im Einklang mit der fachüblichen Definition dieses Begriffs ein Oligomer oder Polymer verstanden wird, welches über Vernetzung zu einem Duroplasten überführt werden kann. Dabei kann die Vernetzung, wenn das Duroplast-Prepolymer hinreichend funktionalisiert ist, ohne Vernetzungsmittel erfolgen oder mit einem Vernetzungsmittel erfolgen, welches dann dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer vor oder während des Verfahrensschritts b) zugegeben werden muss oder während dem Verfahrensschritt e2) zugegeben werden muss. Mithin kann der Kohlenstoff-Matrixvorläufer neben dem wenigstens einen Thermoplast und/oder wenigstens einen Duroplast-Prepolymer auch ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthalten. Das Duroplast-Prepolymer kann zudem bereits vor der Vernetzung inselförmig vorvernetzt sein.
  • Grundsätzlich kann der in dem Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Kohlenstoff-Matrixvorläufer alle Duroplast-Prepolymere und Thermoplaste enthalten, die eine ausreichende Anzahl von Kohlenstoffatomen aufweisen, damit der Kohlenstoff-Matrixvorläufer bei einer Carbonisierung unter den zuvor spezifizierten Bedingungen zu einem wenigstens 20 Gew.-% Kohlenstoff enthaltenden Material umgewandelt wird. Gute Ergebnisse werden dabei insbesondere erhalten, wenn der Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens ein Polymer enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Phenolharzen, Epoxidherzen, Novolaken, Cyanatesterharzen, Benzoxazinharzen, Polyestern, Vinylestern, Bismaleimidharzen, Bisoxazolinen und beliebigen Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Materialien besteht.
  • Sofern der Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, kann der Kohlenstoff-Matrixvorläufer, wie dargelegt, ein oder mehrere Vernetzungsmittel enthalten, welche beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Aminen, beispielsweise Hexamethylentetramin, Säureanhydriden, Lewis-Säuren, Radikalbildnern, wie insbesondere Peroxiden, Azoverbindungen und dergleichen, Übergangsmetallverbindungen, wie Übergangsmetallsalzen, übergangsmetallorganischen Verbindungen und dergleichen, organischen Säuren, anorganischen Säuren und beliebigen Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht. Für Vinylester und Polyester eignen sich als Vernetzungsmittel insbesondere Radikalbildner und Übergangsmetallverbindungen, wohingegen sich für Phenolharze als Vernetzungsmittel insbesondere Amine, anorganische Säuren sowie organische Säuren eignen und sich für die übrigen Matrixvorläufer aus der vorgenannten Liste als Vernetzungsmittel insbesondere Amine, Säureanhydride und Lewis-Säuren eignen.
  • Der Auftrag des pulverförmigen Kohlenstoff-Matrixvorläufers auf das textile Flächengebilde kann auf jede dem Fachmann bekannte Art und Weise erfolgen, wie beispielsweise durch Eintauchen des textilen Flächengebildes in ein eine Pulversuspension enthaltendes Imprägnierbad, durch direktes Aufstreuen des Pulvers auf das textile Flächengebilde oder durch elektrostatisches Anbinden. Dabei kann der Auftrag des pulverförmigen Kohlenstoff-Matrixvorläufers, insbesondere mit den beiden letztgenannten Verfahren, selektiv auf eine Seite des textilen Flächengebildes, also des Gewebes, Geleges oder Vlieses, erfolgen oder dieser kann, insbesondere mit dem erstgenannten Verfahren, auf beide Seiten des textilen Flächengebildes erfolgen.
  • Im Rahmen der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der pulverförmige Kohlenstoff-Matrixvorläufer in dem Verfahrensschritt b) auf beide Seiten des textilen Flächengebildes aufgebracht wird.
  • Bei der in dem Verfahrensschritt c) bevorzugt bei Atmosphärendruck erfolgenden Wärmebehandlung wird eine Anhaftung der einzelnen Pulverpartikel an das textile Flächengebilde unter Ausbildung eines Prepregs erzielt, ohne dass jedoch eine beträchtliche oder gar vollständige Imprägnierung des textilen Flächengebildes erreicht wird. Unter einem Prepreg wird daher im Sinne der vorliegenden Erfindung ein mit Matrixmaterial kombiniertes textiles Flächengebilde in Form eines Vlieses, eines Geleges oder eines Gewebes verstanden, welches zu einem gewissen, untergeordneten Ausmaß mit dem Matrixmaterial imprägniert sein kann, welches jedoch noch nicht in einem beträchtlichen Ausmaß oder gar vollständig mit dem Matrixmaterial imprägniert ist.
  • Um dieses Ergebnis zu erreichen, wird, da der Kohlenstoff-Matrixvorläufer eine schmelzbare Verbindung, nämlich wenigstens ein Thermoplast und/oder wenigstens ein Duroplast-Prepolymer, enthält, die Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, bei welcher die einzelnen Pulverpartikel des Kohlenstoff-Matrixvorläufers lediglich oberflächlich anschmelzen, bei der jedoch die einzelnen Pulverpartikel noch nicht komplett schmelzen. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn die Temperatur bei der Wärmebehandlung in dem Verfahrensschritt c) auf einen Wert eingestellt wird, der vorzugsweise zwischen der unteren Grenze und 50°C oberhalb der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers liegt, besonders bevorzugt zwischen der unteren Grenze und der oberen Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers liegt und ganz besonders bevorzugt dem Maximum des Schmelzbereichpeaks des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers entspricht, und, wenn die Wärmebehandlung für nur wenige Sekunden, vorzugsweise für 1 bis 60 Sekunden und besonders bevorzugt für 15 bis 25 Sekunden, durchgeführt wird.
  • Sofern der Kohlenstoff-Matrixvorläufer mehrere Thermoplaste und/oder Duroplast-Prepolymere enthält, kann der Kohlenstoff-Matrixvorläufer anstelle eines Schmelztemperaturbereichs bzw. Erweichungstemperaturbereichs zwei oder mehrere getrennte Schmelztemperaturbereiche bzw. Erweichungstemperaturbereiche aufweisen. In diesem Fall beziehen sich die vorgenannten Temperaturwerte auf die untere Grenze des niedrigsten Schmelztemperaturbereichs.
  • Wenn als Kohlenstoff-Matrixvorläufer beispielsweise ein Phenolharz mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 600 bis 900 g/mol eingesetzt wird, wird die Wärmebehandlung gemäß dem Verfahrensschritt c) vorzugsweise für 20 bis 25 Sekunden bei einer Temperatur zwischen 0 und 50°C oberhalb der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs und besonders bevorzugt zwischen 10°C oberhalb der unteren Grenze und dem Peak des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers durchgeführt, wohingegen diese im Falle der Verwendung eines Novolaks mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 300 bis 600 g/mol bevorzugt für 15 bis 20 Sekunden bei der vorstehend für Phenolharze genannten Temperatur durchgeführt wird und im Falle der Verwendung eines Cyanatesterharzes mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 500 bis 50.000 g/mol bevorzugt für 15 bis 20 Sekunden bei der vorstehend für Phenolharze genannten Temperatur durchgeführt wird.
  • Wenn in dem Verfahrensschritt a) als textiles Flächengebilde ein Gewebe bereitgestellt wird, werden die Verfahrensschritte b) und c) vorzugsweise so durchgeführt, dass das in dem Verfahrensschritt c) erhaltene Prepreg ein Flächengewicht zwischen 500 und 900 g/m2 und besonders bevorzugt zwischen 600 und 800 g/m2 aufweist.
  • In dem optionalen Verfahrensschritt d) können zwei oder mehr der in dem Verfahrensschritt c) erhaltenen Prepregs übereinander laminiert werden, und zwar grundsätzlich auf jede Art und Weise, wie beispielsweise mittensymmetrisch, seitlich versetzt, um einen Winkel von beispielsweise 10° bis 90° rotiert oder dergleichen. Vorzugsweise werden in dem Verfahrensschritt d) 2 bis 40, besonders bevorzugt 8 bis 20 und ganz besonders bevorzugt 10 bis 12 Prepregs übereinander laminiert.
  • Unabhängig davon, ob der optionale Verfahrensschritt d) durchgeführt wird, können die Prepregs nach dem Verfahrensschritt c) zu einer bestimmten Form verarbeitet bzw. konfektioniert werden, was beispielsweise durch Zuschneiden, Stanzen oder dergleichen erfolgen kann.
  • Während der in dem Verfahrensschritt e1) bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten durchgeführten Druck-Temperatur-Behandlung erfolgt eine teilweise Imprägnierung des textilen Flächengebildes mit dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer unter Herstellung des Grünkörpers. Aufgrund dieser teilweisen Imprägnierung des textilen Flächengebildes mit dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer wird eine Erhöhung der Dimensionsstabilität erreicht, so dass der Grünkörper ausreichend stabil ist, um die nachfolgenden Verfahrensschritte dimensionsstabil durchlaufen zu können. Besonders gute Ergebnisse werden dabei insbesondere erhalten, wenn das Pressen bei der Druck-Temperatur-Behandlung bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,2 und 1 MPa und besonders bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,3 und 0,8 MPa durchgeführt wird und die Druck-Temperatur-Behandlung vorzugsweise für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 10 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 Stunden und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 Stunden durchgeführt wird.
  • Zudem wird es, um dieses Ergebnis zu erreichen, in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e1) bei einer Temperatur von 0 bis 400°C oberhalb, bevorzugt bei einer Temperatur von 20 bis 200°C oberhalb und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 120°C oberhalb der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufers enthaltenen Thermoplasten durchzuführen. Sofern in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer mehrere Thermoplaste enthalten sind und die Mischung der mehreren Thermoplaste mehrere voneinander getrennte Schmelztemperaturbereiche bzw. Erweichungsbereiche aufweist, beziehen sich die vorgenannten Temperaturwerte auf die untere Grenze des niedrigsten Schmelztemperaturbereichs.
  • Gleichermaßen erfolgt während der in dem alternativen Verfahrensschritt e2) bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs, aber von unterhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Duroplast-Prepolymers durchgeführten Druck-Temperatur-Behandlung eine teilweise Imprägnierung des textilen Flächengebildes mit dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer unter Herstellung des Grünkörpers. Aufgrund dieser teilweisen Imprägnierung des textilen Flächengebildes mit dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer wird eine Erhöhung der Dimensionsstabilität erreicht, so dass der Grünkörper ausreichend stabil ist, um die nachfolgenden Verfahrensschritte dimensionsstabil durchlaufen zu können. Besonders gute Ergebnisse werden dabei insbesondere erhalten, wenn das Pressen bei der Druck-Temperatur-Behandlung bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,2 und 1 MPa und besonders bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,3 und 0,8 MPa durchgeführt wird und die Druck-Temperatur-Behandlung vorzugsweise für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 10 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 Stunden und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 Stunden durchgeführt wird.
  • Zudem wird es, um dieses Ergebnis zu erreichen, in Weiterbildung des Erfindungsgedankens auch für den Verfahrensschritt e2) vorgeschlagen, die erste Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e2) bei einer Temperatur von 0 bis 400°C oberhalb, bevorzugt bei einer Temperatur von 20 bis 200°C oberhalb und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 120°C oberhalb der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des Kohlenstoff-Matrixvorläufers durchzuführen.
  • In jedem Fall wird jedoch die Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e2) bei einer Temperatur durchgeführt, welche unterhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Duroplast-Prepolymers liegt. Unter dem Vernetzungstemperaturbereich wird in diesem Zusammenhang, ebenso wie für den Verfahrensschritt c), die untere Grenze desjenigen Temperaturbereichs verstanden, ab der das in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltene Duroplast-Prepolymer oder, falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer mehrere Duroplast-Prepolymere enthält, wenigstens eines der in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Duroplast-Prepolymere in dem konkret vorliegenden Kohlenstoff-Matrixvorläufer, d. h. mit dem konkret in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Vernetzungsmittel, oder, falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer kein Vernetzungsmittel enthält, das Duroplast-Prepolymer alleine, vernetzt.
  • Der zweite Teilschritt des Verfahrensschritts e2), d. h. die Vernetzung des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer vorliegenden Duroplast-Prepolymers, wird vorzugsweise bei einem Druck zwischen 0,2 und 1 MPa und besonders bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,3 und 0,8 MPa und bevorzugt bei einer Temperatur von 0 bis 400°C oberhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 20 bis 100°C oberhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers bevorzugt für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 10 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 Stunden und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 Stunden durchgeführt. Sofern der Kohlenstoff-Matrixvorläufer mehr als ein Duroplast-Prepolymer mit jeweils voneinander getrennten Vernetzungstemperaturbereichen enthält, beziehen sich die vorgenannten Temperaturwerte bevorzugt auf die unteren Grenze des am niedrigsten liegenden Vernetzungstemperaturbereichs.
  • Der optionale Verfahrensschritt f) des Carbonisierens des in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) erhaltenen Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 400°C unter einer Inertgasatmosphäre wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn die Temperatur während der Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) weniger als 400°C betragen hat. Wenn andererseits die bei der Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) eingestellte Temperatur hinreichend hoch war, so dass bereits in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) eine Carbonisierung des Kohlenstoff-Matrixvorläufers, d. h. eine Umwandlung des Kohlenstoff-Matrixvorläufers zu Kohlenstoff, stattgefunden hat, kann auf den Verfahrensschritt f) verzichtet werden. Mit anderen Worten kann die Carbonisierung nur während des Verfahrensschritts e1) bzw. e2), nur während des Verfahrensschritts f) oder während der Verfahrensschritte e1) bzw. e2) und f) durchgeführt werden.
  • Um eine möglichst vollständige Carbonisierung des Kohlenstoff-Matrixvorläufers zu erreichen, wird die Temperatur in dem Verfahrensschritt f) vorzugsweise auf einen Wert zwischen 600 und 1.200°C, besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 800 und 1.200°C und ganz besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 850 und 950°C eingestellt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
    • g) Imprägnieren des in dem Schritt e1) bzw. e2) oder in dem Schritt f) erhaltenen carbonisierten Grünkörpers mit einem Imprägniermittel und
    • h) Carbonisieren des in dem Schritt g) erhaltenen imprägnierten Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 400°C.
  • Durch diese Verfahrensschritte g) und h) wird eine vollständige Imprägnierung der Fasern des Vlieses bzw. der Faserbündel in dem Gelege bzw. Gewebe erreicht und deshalb eine besonders Festigkeit steigernde Kohlenstoffmatrix aufgebaut.
  • Besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf eine vollständige Imprägnierung der Fasern bzw. Faserbündel in dem textilen Flächengebilde mit dem Imprägniermittel und im Hinblick auf den Aufbau einer besonders Festigkeit steigernden Kohlenstoffmatrix werden erzielt, wenn die Schritte g) und h) mehrmals alternierend nacheinander durchgeführt werden, wobei die Wiederholungsanzahl der einzelnen Schritte insbesondere auch von der gewünschten Dichte des fertigen CFC-Formkörpers abhängt. Grundsätzlich ist es bevorzugt, die Schritte g) und h) abwechselnd nacheinander 1- bis 5-mal, besonders bevorzugt 2- bis 4-mal und ganz besonders bevorzugt 3-mal durchzuführen.
  • Um bei dem Verfahrensschritt g) eine besonders vollständige Imprägnierung der Fasern bzw. Faserbündel des textilen Flächengebildes mit dem Imprägniermittel zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, das Imprägnieren des Grünkörpers in dem Verfahrensschritt g) mit dem Imprägniermittel bei einem Druck von 0,01 bis 100 MPa, bevorzugt bei einem Druck von 0,1 bis 10 MPa und bevorzugt bei einem Druck von etwa 2 MPa durchzuführen.
  • Alternativ dazu kann das Imprägnieren auch unter Vakuum mit einem Druck von maximal 100 MPa und bevorzugt vom maximal 5 MPa erfolgen.
  • Als Imprägniermittel können in dem Verfahrensschritt g) alle dem Fachmann bekannten Imprägniermittel eingesetzt werden, wobei insbesondere mit Imprägnierpech oder Duroplasten, wie Phenolharzen, gute Ergebnisse erhalten werden.
  • Vorzugsweise wird die Carbonisierung in dem Verfahrensschritt h) bei einer Temperatur zwischen 600 und 1.200°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 800 und 1.200°C durchgeführt und ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 850 und 950°C durchgeführt.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der in dem Verfahrensschritt f) erhaltene carbonisierte Grünkörper oder, wenn bereits in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) eine Carbonisierung durchgeführt worden ist, der in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) erhaltene carbonisierte Grünkörper oder, wenn die optionalen, aber bevorzugten Verfahrensschritte g) und h) durchgeführt werden, der in dem Verfahrensschritt h) erhaltene carbonisierte Grünkörper abschließend bei einer Temperatur von wenigstens 1.400°C wärmebehandelt, um den Formköper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff an dessen spätere Einsatztemperatur anzupassen. Mithin hängt die konkrete Höhe der in diesem Verfahrensschritt eingesetzten Temperatur von dem späteren Verwendungszweck des CFC-Formkörpers ab, wobei die Temperatur beispielsweise zwischen 1.400 und 2.700°C betragen kann. Bei dieser Wärmebehandlung kann, sofern dies gewünscht ist, eine Graphitierung stattfinden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, die Verfahrensschritte so durchzuführen, dass die Dichte des fertigen CFC-Formkörpers 1,3 bis 1,75 g/cm3 beträgt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Formkörper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff, welcher nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhältlich ist.
  • Vorzugsweise weist dieser Formkörper eine Dichte zwischen 1,3 und 1,75 g/cm3 auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Formkörper eine in Anlehnung an die DIN EN 658-3 gemessene Biegefestigkeit von wenigstens 100 MPa, bevorzugt von wenigstens 120 MPa, besonders bevorzugt von wenigstens 140 MPa und ganz besonders bevorzugt von wenigstens 150 MPa auf.
  • Zudem ist es bevorzugt, dass der Formkörper eine in Anlehnung an die DIN EN 658-5 gemessene interlaminare Schubfestigkeit von wenigstens 5 MPa, bevorzugt von wenigstens 6 MPa, besonders bevorzugt von wenigstens 7 MPa, ganz besonders bevorzugt von wenigstens 8 MPa und höchst bevorzugt von wenigstens 9 MPa aufweist.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von die vorliegende Erfindung erläuternden, diese jedoch nicht beschränkenden Beispielen näher erläutert.
  • Beispiel 1
  • Zunächst wurden auf einer Labor-Beschichtungsanlage Prepregs aus Carbonfasergewebe und pulverförmigen Novolak hergestellt, wobei die Beschichtungsanlage aus einer Auf- und Abwickeleinheit, einem Pulverstreuer und einem Heizfeld bestand.
  • Dabei wurde als Carbonfasergewebe das von der Firma SGL Technology GmbH, Wiesbaden, Deutschland kommerziell vertriebene Handelsprodukt Sigratex GDK 8045 verwendet, bei dem es sich um ein 6K-Carbonfasergewebe mit einem Flächengewicht von 385 g/m2 handelt, dessen Fäden aus Bündeln zu 6.000 Einzelfilamenten bestehen, wobei die Fäden einen gemäß der ASTM D5291-02 gemessenen Kohlenstoffgehalt von mehr als 99 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern aufweisen und zu einem 2/2-Köper verwebt sind.
  • Zudem wurde als Kohlenstoff-Matrixvorläufer ein Novolakpulver mit einem Molekulargewicht von ca. 800 g/mol eingesetzt.
  • Nach der mittels des Pulverstreuers der Beschichtungsanlage erfolgten Aufbringung des Novolakpulvers auf eine Seite des Carbonfasergewebes wurde das einseitig beschichtete Carbonfasergewebe in das Heizfeld der Beschichtungsanlage eingebracht, dort oberflächlich auf eine Temperatur von 55°C erhitzt und durch das Heizfeld hindurchgeführt, wobei die Verweilzeit des beschichteten Carbonfasergewebes in dem Heizfeld 23 Sekunden betrug. Während der in dem Heizfeld erfolgenden Wärmebehandlung sinterten die Pulverpartikel, d. h. schmolzen diese oberflächlich an, ohne jedoch komplett zu schmelzen. Hierdurch wurde eine Anhaftung des Pulvers an das Gewebe erreicht, ohne dass jedoch eine signifikante Imprägnierung des Gewebes erfolgte. Das so hergestellte Pulver-Prepreg wies ein Flächengewicht von 658 g/m2 und einen Faservolumenanteil von 51% auf.
  • Anschließend wurden die so hergestellten Pulver-Prepregs wie folgt zu Keramiken aus Kohlenstofffaser verstärkten Kohlenstoff weiterverarbeitet.
  • Zunächst wurden zehn Lagen des Prepregs auf einer Hebelschneidemaschine zu quadratischen Stücken geschnitten und mittensymmetrisch aufeinander gelegt. Anschließend wurde das so erhaltene Pulver-Prepreg-Laminat bei einem Druck von 0,5 MPa (entsprechend 50 N/cm2) und bei einer Temperatur von 150°C für 1,5 Stunden gepresst, wodurch ein teilimprägnierter, poröser Grünkörper erhalten wurde, der während der nachfolgenden Prozessschritte dimensionsstabil blieb.
  • Danach wurde der Grünkörper für 8 Stunden bei einer Temperatur von 1.000°C unter einer Inertgasatmosphäre, die mindestens 99,9 Gew.-% Stickstoff umfasste, carbonisiert.
  • Im Anschluss daran wurde der carbonisierte Grünkörper drei Nachverdichtungszyklen unterworfen, wobei jeder der drei Zyklen jeweils aus dem Schritt einer Druckimprägnierung bei 9,5 bar mit Imprägnierpech und dem darauf folgenden Schritt der Carbonisierung bei einer Temperatur von 1.000°C für 8 Stunden in einer Inertgasatmosphäre, die mindestens 99,9 Gew.-% Stickstoff umfasste, bestand. Während dieser drei Nachverdichtungszyklen wurde die Festigkeit steigernde Kohlenstoffmatrix aufgebaut, wobei die eigentliche Imprägnierung der Faserbündel innerhalb der Textilstruktur erfolgte.
  • Nach dem dritten Nachverdichtungszyklus wurde das Material erneut einer Temperaturbehandlung unterzogen, und zwar bei einer Temperatur von 2.000°C über einen Zeitraum von 72 Stunden unter einer Inertgasatmosphäre.
  • Von dem so hergestellten CFC-Formkörper wurden mehrere Eigenschaften bestimmt, welche in der Tabelle 1 zusammengefasst sind. Tabelle 1
    Eigenschaft Wert
    Dichte 1,58 g/cm3
    Biegefestigkeit 156,7 MPa
    Interlaminare Schubfestigkeit 9,2 MPa
    Spezifischer elektrischer Widerstand 22,6 Ohm·μm
  • In der 1 ist eine mikroskopische Aufnahme des Querschnitts des teilimprägnierten, porösen Grünkörpers vor der Durchführung der drei Imprägnierungszyklen dargestellt. Aus rein illustrativen Zwecken ist zudem in der 2 eine schematische Ansicht der in der 1 gezeigten mikroskopischen Aufnahme wiedergegeben.
  • Wie sich den 1 und 2 entnehmen lässt, sind die Faserbündel der Kettfäden 10 des Grünkörpers 12 von der Matrix 14 umschlossen, wohingegen die Einzelfilamente 16 der Faserbündel 10 nur in einem untergeordneten Ausmaß von der Matrix 14 imprägniert sind. Gleiches gilt auch für die Faserbündel der Schussfäden 18.
  • Beispiel 2
  • Es wurde ein CFC-Formkörper analog, aber mit den beiden nachfolgenden Unterschieden zu der Vorgehensweise in dem Beispiel 1 hergestellt.
  • Im ersten Unterschied zu dem in dem Beispiel 1 durchgeführten Verfahren wurden in dem in dem Beispiel 2 durchgeführten Verfahren in der Beschichtungsanlage beidseitig beschichtete Prepregs hergestellt, indem zunächst auf eine Seite des Carbonfasergewebes Novolakpulver aufgestreut wurde und das so beschichtete Carbonfasergewebe durch das Heizfeld geführt wurde, bevor auf die andere Seite des Carbonfasergewebes Novolakpulver aufgestreut wurde und das so beschichtete Carbonfasergewebe erneut durch das Heizfeld geführt wurde.
  • Im zweiten Unterschied zu dem in dem Beispiel 1 durchgeführten Verfahren wurde in den drei Nachverdichtungszyklen des Beispiels 2 als Imprägnierungsmittel kein Imprägnierpech, sondern ein duroplastisches Harz eingesetzt, nämlich ein flüssiges Phenolresol mit einem Festkörpergehalt von 73 Gew.-%, mit einer Viskosität bei Raumtemperatur von 750 mPa·s und mit einer in einem Platte-Platte Rheometer bei 130°C gemessenen Gelzeit von 17 Minuten.
  • Der so hergestellte CFC-Formkörper wies vergleichbare Eigenschaften, aber eine bessere Verarbeitbarkeit wie der CFC-Formkörper gemäß dem Beispiel 1 auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Faserbündel/Kettfaden
    12
    Grünkörper
    14
    Matrix
    16
    Einzelfilamente
    18
    Faserbündel/Schussfaden
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASTM D5291-02 [0009]
    • DIN EN 658-3 [0053]
    • DIN EN 658-5 [0054]
    • ASTM D5291-02 [0057]

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff, welches die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen von wenigstens einer Lage eines Gewebes, eines Geleges oder eines Vlieses, wobei das Gewebe, Gelege oder Vlies aus einem wenigstens 49 Gew.-% Kohlenstoff enthaltendem Material besteht, b) Aufbringen von wenigstens einem pulverförmigen Kohlenstoff-Matrixvorläufer auf wenigstens eine Seite der wenigstens einen in dem Schritt a) bereitgestellten Lage, wobei der wenigstens eine Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens einen Thermoplast und/oder wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, c) Wärmebehandeln der wenigstens einen in dem Schritt b) erhaltenen Lage mit dem aufgebrachten Kohlenstoff-Matrixvorläufer bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers, aber, falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, von unterhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers, um wenigstens ein Prepreg zu erhalten, d) ggf. Laminieren von 2 oder mehr der in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs übereinander, um ein Prepreg-Laminat zu erhalten, und, e1) falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer kein Duroplast-Prepolymer enthält, Pressen des wenigstens einen in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs oder des in dem Schritt d) erhaltenen Prepreg-Laminats bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten, um einen Grünkörper herzustellen, oder, e2) falls der Kohlenstoff-Matrixvorläufer wenigstens ein Duroplast-Prepolymer enthält, Pressen des wenigstens einen in dem Schritt c) erhaltenen Prepregs oder des in dem Schritt d) erhaltenen Prepreg-Laminats bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Duroplast-Prepolymers, aber von unterhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers, und anschließendes Pressen des so behandelten wenigstens einen Prepregs oder Prepreg-Laminats bei einem Druck von wenigstens 0,2 MPa und bei einer Temperatur von wenigstens gleich der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers, um einen Grünkörper herzustellen, und f) ggf. Carbonisieren des in dem Schritt e1) bzw. e2) erhaltenen Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 400°C unter einer Inertgasatmosphäre.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Schritt a) bereitgestellte Gewebe, Gelege oder Vlies aus einem Material besteht, welches wenigstens 60 Gew.-% Kohlenstoff, bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% Kohlenstoff, besonders bevorzugt wenigstens 90 Gew.-% Kohlenstoff und ganz besonders bevorzugt wenigstens 99 Gew.-% Kohlenstoff enthält und höchst bevorzugt aus 100 Gew.-% Kohlenstoff besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt a) ein Gewebe mit einem Flächengewicht zwischen 150 und 600 g/m2, bevorzugt zwischen 300 und 500 g/m2 und besonders bevorzugt zwischen 350 und 450 g/m2, ein Gelege mit einem Flächengewicht zwischen mehr als 0 und 900 g/m2, bevorzugt zwischen 200 und 600 g/m2 und besonders bevorzugt zwischen 200 und 450 g/m2 oder ein Vlies mit einem Flächengewicht zwischen 50 und 600 g/m2 und bevorzugt zwischen 100 und 200 g/m2 bereitgestellt wird.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt a) ein Gewebe mit einer Fadendichte zwischen 1 und 10/cm und bevorzugt zwischen 3 und 7/cm bereitgestellt wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt a) ein Gewebe bereitgestellt wird, wobei der Faservolumenanteil des Gewebes 20 bis 80%, bevorzugt 30 bis 70%, besonders bevorzugt 40 bis 60% und ganz besonders bevorzugt 45 bis 55% beträgt.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) ein Kohlenstoff-Matrixvorläufer eingesetzt wird, der wenigstens ein Polymer enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Phenolharzen, Epoxidharzen, Novolaken, Cyanatesterharzen, Benzoxazinharzen, Polyestern, Vinylestern, Bismaleimidharzen, Bisoxazolinen und beliebigen Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Materialien besteht.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt b) als Kohlenstoff-Matrixvorläufer ein Phenolharz mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 600 bis 900 g/mol eingesetzt wird und die Wärmebehandlung in dem Verfahrensschritt c) bei einer Temperatur zwischen 0 und 50°C oberhalb der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs und besonders bevorzugt zwischen 10°C oberhalb der unteren Grenze und dem Peak des Schmelztemperaturbereichs des wenigstens einen in dem Kohlenstoff-Matrixvorläufer enthaltenen Thermoplasten und/oder Duroplast-Prepolymers für 20 bis 25 Sekunden durchgeführt wird, in dem Schritt b) als Kohlenstoff-Matrixvorläufer ein Novolak mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 300 bis 600 g/mol eingesetzt wird und die Wärmebehandlung in dem Verfahrensschritt c) bei der vorstehend für Phenolharze genannten Temperatur für 15 bis 20 Sekunden durchgeführt wird oder in dem Schritt b) als Kohlenstoff-Matrixvorläufer ein Cyanatesterharz mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 500 bis 50.000 g/mol eingesetzt wird und die Wärmebehandlung in dem Verfahrensschritt c) bei der vorstehend für Phenolharze genannten Temperatur durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen in dem Verfahrensschritt e1) bzw. e2) bei einem Druck zwischen 0,2 und 1 MPa für eine Zeitdauer zwischen 0,5 und 3 Stunden und bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,3 und 0,8 MPa für eine Zeitdauer zwischen 1 und 2 Stunden durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e1) oder die erste Druck-Temperatur-Behandlung in dem Verfahrensschritt e2) bei einer Temperatur von 0 bis 400°C oberhalb, bevorzugt bei einer Temperatur von 20 bis 200°C oberhalb und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 120°C oberhalb der unteren Grenze des Schmelztemperaturbereichs des Kohlenstoff-Matrixvorläufers durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilschritt des Verfahrensschritts e2) vorzugsweise bei einem Druck zwischen 0,2 und 1 MPa und besonders bevorzugt bei einem Druck zwischen 0,3 und 0,8 MPa und bevorzugt bei einer Temperatur von 0 bis 400°C oberhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 10 bis 100°C oberhalb der unteren Grenze des Vernetzungstemperaturbereichs des wenigstens einen Duroplast-Prepolymers bevorzugt für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 10 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 Stunden und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 Stunden durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Verfahrensschritt f) auf einen Wert zwischen 600 und 1.200°C, bevorzugt auf einen Wert zwischen 800 und 1.200°C und besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 850 und 950°C eingestellt wird.
  12. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zudem die folgenden Schritte umfasst: g) Imprägnieren des in dem Schritt e1) bzw. e2) oder in dem Schritt f) erhaltenen Grünkörpers mit einem Imprägniermittel und h) Carbonisieren des in dem Schritt g) erhaltenen imprägnierten Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 400°C.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte g) und h) 1- bis 5-mal, bevorzugt 2- bis 4-mal und besonders bevorzugt 3-mal abwechselnd nacheinander durchgeführt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren des Grünkörpers in dem Verfahrensschritt g) mit Imprägnierpech und/oder einem Phenolharz als Imprägniermittel bei einem Druck von 0,01 bis 100 MPa, bevorzugt bei einem Druck von 0,1 bis 10 MPa und besonders bevorzugt bei einem Druck von 2 MPa durchgeführt wird und die Carbonisierung in dem Verfahrensschritt h) bei einer Temperatur zwischen 600 und 1.200°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 800 und 1.200°C durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Schritt e1) bzw. e2), in dem Schritt f) oder in dem Schritt h) erhaltene, carbonisierte Grünkörper abschließend bei einer Temperatur von wenigstens 1.400°C wärmebehandelt wird.
  16. Formkörper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff erhältlich nach einem Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche.
  17. Formkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Dichte zwischen 1,3 und 1,75 g/cm3 aufweist.
DE102010030474A 2010-06-24 2010-06-24 Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren Ceased DE102010030474A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030474A DE102010030474A1 (de) 2010-06-24 2010-06-24 Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren
PCT/EP2011/060464 WO2011161171A1 (de) 2010-06-24 2011-06-22 Verfahren zur herstellung von cfc-formkörpern durch ein pulver-prepreg-verfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030474A DE102010030474A1 (de) 2010-06-24 2010-06-24 Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010030474A1 true DE102010030474A1 (de) 2011-12-29

Family

ID=44629103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010030474A Ceased DE102010030474A1 (de) 2010-06-24 2010-06-24 Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010030474A1 (de)
WO (1) WO2011161171A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10125231B2 (en) * 2015-10-05 2018-11-13 Raytheon Company Benzoxazine cyanate ester resin for pyrolisis densification of carbon-carbon composites

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3628659C2 (de) * 1985-11-14 1989-11-23 Kureha Kagaku Kogyo K.K., Nihonbashi, Tokio/Tokyo, Jp
EP0651452A1 (de) * 1993-11-01 1995-05-03 Osaka Gas Co., Ltd. Poröses Kohlenstoffmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5447785A (en) * 1993-03-02 1995-09-05 Toray Industries, Inc. Cloth prepreg, process for producing the same and reinforcing fabric
US20020160252A1 (en) * 2001-02-28 2002-10-31 Mitsubishi Chemical Corporation Conductive carbonaceous-fiber sheet and solid polymer electrolyte fuel cell
AU2003262050B2 (en) * 2002-11-14 2009-07-02 Toray Industries, Inc. Reinforcing fiber substrate, composite material and method for producing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3628659C2 (de) * 1985-11-14 1989-11-23 Kureha Kagaku Kogyo K.K., Nihonbashi, Tokio/Tokyo, Jp
EP0651452A1 (de) * 1993-11-01 1995-05-03 Osaka Gas Co., Ltd. Poröses Kohlenstoffmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ASTM D5291-02
DIN EN 658-3
DIN EN 658-5

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011161171A1 (de) 2011-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2826114C2 (de) Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2646226B1 (de) Unidirektionale faserbänder aufweisender faservorformling aus verstärkungsfaserbündeln und verbundwerkstoff-bauteil
EP3475245B1 (de) Prepregs und verfahren zu deren herstellung
EP2736691B1 (de) Flexibles, mit harz vorimprägniertes verstärkungsfasergarn
DE3876732T2 (de) Verfahren zur herstellung eines kohlenstoff-kohlenstoff-verbundkoerpers von hoher festigkeit.
DE102004009264B4 (de) Herstellung eines Vorformlings durch Verstärken einer faserartigen Struktur und/oder Verbinden von faserartigen Strukturen untereinander und Anwendung bei der Herstellung von Teilen aus Verbundwerkstoff
EP2147776A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Fasergelege-verstärkten Verbundwerkstoffs, sowie Fasergelege-verstärkte Verbundwerkstoffe und deren Verwendung
DE3882452T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Kohlenstoff/Kohlenstoffasern.
DE2156346B2 (de) Thermoplastisches Kohlenstoffaser-Verbundmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10008686A1 (de) Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Siliziumcarbid-Verbundstoffen
EP1737633A1 (de) Durch epoxidharz imprägniertes garn und seine verwendung zur herstellung eines vorformlings
DE4103351A1 (de) Leichtfuellmaterial und verfahren zu seiner herstellung
DE102010042349B4 (de) Textiles Halbzeug, insbesondere Prepreg, auf Basis von aus Recyclingfasern zusammengesetztem Carbonfaservlies, Verfahren zur Herstellung und Verwendung des textilen Halbzeugs sowie Carbonfaserverstärkter Verbundwerkstoff
DE102013227142B4 (de) Langzeitstabile Prepregs, deren Verwendung, Verfahren zu deren Herstellung und Faserverbundwerkstoff
EP2631337A1 (de) Faserstruktur, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung sowie Faserharzverbundwerkstoff
WO2003082565A1 (de) Verbundwerkstoff, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung
EP0720973A2 (de) Verfahren zum Wiederverwerten von Kohlenstoffasern enthaltenden Abfällen oder Reststücken
EP2948499A1 (de) Imprägniertes verstärkungsfasergarn und dessen verwendung zur herstellung von verbundwerkstoffen
DE102016007652A1 (de) Keramische Verbundwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP2562206A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus carbonfaserverstärktem Kunststoff unter Verwendung von wiederverwertetem carbonfaserverstärktem Kunststoff
DE19647671A1 (de) Faserverbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2433427C2 (de) Herstellung geformter faserverstärkter Kunststoffgegenstände
EP1845075B1 (de) Formkörper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff und ein Verfahren zur deren Herstellung
WO2024037778A1 (de) Batteriestruktur
DE102010030474A1 (de) Verfahren zur Herstellung von CFC-Formkörpern durch ein Pulver-Prepreg-Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SGL CARBON SE, DE

Free format text: FORMER OWNER: SGL CARBON SE, 65203 WIESBADEN, DE

Effective date: 20121022

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20140321