DE102011000945A1

DE102011000945A1 - Herstellungsverfahren für einen Gegenstand aus Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102011000945A1
Application number: DE102011000945A
Authority: DE
Inventors: Vishal Bansal; Marni Loriel Rutkofsky
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-09-01
Also published as: BRPI1100272A2; CN102248741A; US20110209812A1; JP2011178165A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes, wie eines Flugzeugteils oder eines Bootsteiles, angegeben. Das Verfahren beinhaltet: (S1) Vorbereiten eines Prepregschichtaufbaus (80), wobei der Prepregschichtaufbau (80) mehrere Prepregs (30) und wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) enthält; (S2) Umschließen des Prepregschichtaufbaus (80) mit einem gasundurchlässigen Vakuumsack (65); (S3) Evakuieren eines von dem gasundurchlässigen Vakuumsack (65) umschlossenen Volumens um die mehreren Prepregs (30) zu verfestigen; (S4) Verfestigen der mehreren Prepregs (30) und (S5) Abbrechen des Evakuierens.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff. Mehr im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff, wozu ohne darauf beschränkt zu sein, Automobilteile, Flugzeugteile, Bootsteile, Hubschrauberteile, Sport- und Freizeitartikel und dergleichen zählen.
Es besteht ein Interesse an den Vorteilen von Verbundwerkstoffen und an Gegenständen, die diese enthalten, ebenso wie ein Interesse am Einsatz von aus Verbundwerkstoff bestehenden Gegenständen in dem Bereich von industriellen Komponenten über Sport- und Freizeit bis hin zu Hochleistungskomponenten für die Raumfahrt vorhanden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff, wobei das Verfahren beinhaltet: Anfertigen eines Prepreg Schichtaufbaus (Layup), wobei der Prepreg Schichtaufbau eine Anzahl Prepregs und wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran enthält; Einschließen des Prepreg-Schichtaufbaus in einen gasundurchlässigen Vakuumsack; Evakuieren eines von dem gasundurchlässigen Vakuumsack umschlossenen Volumens um die mehreren Prepregs vorzuhärten; Aushärten der mehreren Prepregs und Abbrechen des Evakuierens.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem Verbundwerkstoff, wobei das Verfahren beinhaltet: Auflegen mehrerer Prepregs auf eine Form, wobei die Form die Gestalt des Verbundwerkstoff-Gegenstandes aufweist; Auflegen eines Absauggewebes auf die mehreren Prepregs; Auflegen wenigstens einer mikroporösen Entgasungsmembran auf das Absauggewebe; Einschließen der Form mit den mehreren Prepregs, dem Entgasungsgewebe und der wenigstens einen mikroporösen Entgasungsmembran in einem gasundurchlässigen Vakuumsack; Evakuieren eines von dem gasundurchlässigen Vakuumsack umschlossenen Volumens, um die mehreren Prepregs vorzuhärten; Aushärten der mehreren Prepregs; und Abbrechen des Evakuierens.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Das Verständnis dieser und anderer Merkmale der Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung verschiedener Aspekte der Erfindung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung erleichtert, die verschiedene Ausführungsformen darstellt, wobei:
1 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine teilweise Schnittdarstellung eines Vakuumsack-Schichtaufbaus einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoff-Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 eine ausschnittsweise Veranschaulichung einer Ausführungsform eines ölabweisend behandelten geschäumten Fluorpolymers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine vergrößerte ausschnittsweise Veranschaulichung einer Ausführungsform eines ölabweisend behandelten geschäumten Fluorpolymers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine stark vergrößerte ausschnittsweise Darstellung eines Teils einer Ausführungsform eines ölabweisend behandelten geschäumten Fluorpolymers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
ein rasterelektronenmikroskopisches(SEM)-Bild einer Ausführungsform einer geschäumten Fluorpolymermembran vor der ölabweisenden Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ein SEM-Bild einer Ausführungsform einer geschäumten Fluorpolymermembran nach der ölabweisenden Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gebräuchliche Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Verbundwerkstoff unter Verwendung von Prepregs beinhalten im Allgemeinen: Auflegen einer Anzahl Prepregs auf eine geeignete Form, wobei jedes Prepreg in einem ungehärteten Harz eingeschlossene Verstärkungsfasern enthält; Abdecken der Prepreg-Schichten mit einem textilen Entgasungsgewebe: Einschließen der aufeinander gelegten Prepregs und des textilen Entgasungsgewebes in einem gasundurchlässigen Vakuumsack; Evakuieren eines von dem Vakuumsack umschlossenen Volumens und Halten der Prepregs auf Raumtemperatur während einer zur Vorhärtung der Prepregs ausreichenden Zeit; zunehmendes Erhöhen der Temperatur der Prepregs auf eine Temperatur, die hoch genug ist, um das Harz in den Prepregs so fließfähig werden zu lassen, dass das Koaleszieren und Ausformen der Prepregs stattfinden und das Harz anschließend fest werden kann (dieser Schritt erfolgt normalerweise in einem Autoklaven um die Härtung der Prepregs zu erzielen); und Absenken der Temperatur, woran sich das Beenden des Evakuierens und die Entnahme des in der Form geformten sich ergebenden Gegenstandes aus Verbundwerkstoff erfolgt.
Die erwähnten Verfahren können zur Herstellung von Verbundwerkstoff-Gegenständen hoher Qualität und für Hochleistungsanwendungen durchaus geeignet sein. Während des Herstellungsprozesses wird das textile Entgasungsgewebe typischerweise mit dem Harz getränkt, so dass es nicht mehr länger in der Lage ist, einen Durchlass zum Austritt flüchtiger Komponenten des Harzes zu ermöglichen. Etwa vorhandene flüchtige Bestandteile und Abgase können aber dazu führen, dass der Gegenstand aus Verbundwerkstoff eine unerwünschte Porosität aufweist.
Bezug nehmend auf 1 ist dort eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff veranschaulicht. Das Verfahren beinhaltet: Einen Schritt S1, bei dem ein Prepreg-Schichtaufbau („Layup”) vorbereitet wird, wobei der Prepreg-Schichtaufbau mehrere Prepregs und wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran aufweist; einen Schritt S2, bei dem der Prepreg-Schichtaufbau in einem gasundurchlässigen Vakuumsack eingeschlossen wird; einen Schritt S3, bei dem ein in dem gasdichten Vakuumsack eingeschlossenes Volumen evakuiert wird, um die mehreren Prepregs vorzuhärten; einen Schritt S4, bei dem die mehreren Prepregs ausgehärtet werden; und einen Schritt S5, bei dem das Evakuieren abgebrochen wird.
Bezug nehmend auf 2 ist dort eine teilweise Schnittdarstellung eines Vakuumsack-Schichtaufbaus 10 einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff dargestellt. Der Vakuumsack-Schichtaufbau 10 ist der Klarheit wegen nicht vollständig dargestellt, doch versteht der Fachmann den Aufbau des gesamten Vakuumsack-Schichtaufbaus 10, wie er hier beschrieben ist.
Bei einer Ausführungsform kann der Vakuumsack-Schichtaufbau 10 aufweisen:
Eine Form 15, ein Formtrennmittel 20, eine erste Abreißschicht 25, eine Anzahl Prepregs 30, eine zweite Abreißschicht 35, eine erste Trennfolie 40, ein Absauggebwebe(-vlies) 45, eine zweite Trennfolie 50, eine mikroporöse Entgasungsmembran 55, einen Vakuumsack 65, einen Seitendamm 70 und eine Dichtung 75. Das Formtrennmittel 20, die erste Abreißschicht 25, die mehreren Prepregs 30, die zweite Abreißschicht 35, die erste Trennfolie 40, das Absauggewebe 45, die zweite Trennfolie 50 und die mikroporöse Entgasungsmembran 55 bilden zusammen was im Weiteren als ein Prepreg-Schichtaufbau („Layup”) 80 bezeichnet ist. Der Vakuumsack 65 ist über den Prepreg-Schichtaufbau 80 und der Form 15 abgedichtet, was insgesamt als Vakuumsack-Schichtaufbau 10 bezeichnet werden kann.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist dort eine Ausführungsform für ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Verbundwerkstoff dargestellt. In einem Schritt S1 kann bei der Vorbereitung eines Prepreg-Schichtaufbaus eine Form 15 bereitgestellt und in Gestalt des herzustellenden Verbundwerkstoffgegenstandes ausgewählt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Form 15 eine Gestalt aufweisen, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus Automobilteilen, Flugzeugteilen, Hubschrauberteilen, Eisenbahnzugteilen, Windkraftwerkteilen, Bootsteilen, Teilen für Offshore Ölfeldplattformen, Raumfahrtteilen und Sport- und Freizeitartikeln besteht. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Form eine Gestalt aufweisen, die aus einer Gruppe von Flugzeugteilen ausgewählt ist, wie etwa einem Bugkonus, einer Landeklappe, einem Triebwerksgehäuse, einem Querruder, einem Höhenleitwerk, einem Seitenruder, einem horizontalen Stabilisator, einem vertikalen Stabilisator und einem Spoiler. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Form eine Gestalt aufweisen, die aus der Gruppe von Bootsteilen, wie einem Deck und einem Bootskörper ausgewählt ist. Für den Fachmann versteht sich, dass von dem erfindungsgemäßen Verfahren jede Teilegestalt umfasst ist, die mit dem Verfahren des Auflegens einer Anzahl Prepregs zur Herstellung eines Verbundwerkstoffartikels machbar ist. Das Verfahren des Auflegens mehrere Prepregs auf eine Form, wie es hier beschrieben ist, ist an sich bekannt.
Die Form 15 kann dann mit einem Formtrennmittel 20 beschichtet werden, um eine einfache Abnahme des Verbundwerkstoffartikels von der Form nach dem Abschluss des Herstellungsverfahrens zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann das Formtrennmittel 20 mit einer Bürste, einem Zellulosebausch oder als Aerosol in einem speziell eingerichteten für Aufdampfverfahren ausgelegten Raum aufgebracht werden. Das Formtrennmittel 20 kann mit einer ersten Abreißschicht 25 belegt werden. Die erste Abreißschicht 25 kann einen freien Durchgang flüchtiger Stoffe und überschüssigen Harzes während des hier beschriebenen Aushärteprozesses gestatten. Die erste Abreißschicht 25 kann dazu abgenommen werden, um gegebenenfalls eine haftfähige und/oder bemalbare Oberfläche des Verbundwerkstoffartikels zur Verfügung zu stellen. Trennmittel, Abreißschichten und deren Verwendung bei Herstellungsverfahren für Gegenstände aus Verbundwerkstoffen sind an sich bekannt.
Die Form 15, das Formtrennmittel 20, und die erste Abreißschicht 25 können mit mehreren Prepregs 30 belegt werden. Die mehreren hier beschriebenen Prepregs 30 können eine Kombination eines Kunstharzes (oder Matrix) und einer Faserverstärkung aufweisen. Bei einer Ausführungsform können die mehreren Prepregs 30 wenigstens ein Kunstharz enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Epoxidharz, einem Phenolharz und einem Polyimidharz besteht.
Bei einer anderen Ausführungsform können die mehreren Prepregs 30 wenigstens ein Kunstharz aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan, bis (3,4-epoxyd-6-mehtyl-cyclohexylmethyl) Adipat, einem Novolackharz und Bismaleimid besteht. Epoxidharz können bspw. umfassen bisphenol-A-artige Harze, die aus Bisphenol A und Epichlorhydrin erhalten wurden; Kunstharze, die durch Epoxydierung von Novolackharzen (hergestellt aus Phenol und Formaldehyd) mit Epichlorhydrin erhalten wurden; polyfunktionelle Epoxidharze, wie Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan etc. und alizyklische Epoxidharze wie bis(3,4-epoxyd-6-methyl-cyclohexylmethyl)Adipat, etc..
Die mehreren Prepregs 30 können auch ungesättigte Polyesterharze enthalten, z. B. Harze, die dadurch erhalten werden, dass eine Mischung gesättigter dibasischer Säuren, wie Orthophtalsäure oder Isophtalsäure, und ungestättigter dibasischer Säuren, wie Maleinsäureanhydrid oder Fumerinsäure, mit Diolen, wie Propylenglykol, und Harzen zur Reaktion gebracht werden, welche durch die Reaktion bisphenolartiger oder novolackartiger Epoxidharze mit Methacrylsäure, etc. erzeugt wurden. Phenolharze können bspw. aus Phenol und Formaldehyd hergestellte Novolackharze, etc,. umfassen, während Polyimidharze Harze umfassen können, die durch Reaktion von Bismaleimid mit einem Diamin erhalten wurden, etc..
Die mehreren hier für die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Prepregs sind an sich bekannt. Für den Fachmann versteht sich, dass die genaue Anzahl der verwendeten Prepregs von den jeweils gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Verbundwerkstoffgegenstandes abhängen und von dem Fachmann ohne übermäßiges Experimentieren bestimmt werden kann.
Die mehreren Prepregs 30 können dann mit einer zweiten Abreißschicht 35 belegt werden, um einen freien Durchgang von flüchtigen Stoffen und überschüssigem Harz während der Härtestufe zu gestatten. Es werden hier verschieden Ausführungsformen und Eigenschaften einer Abreißschicht beschrieben. Eine erste Trennfolie 40 kann auf der zweiten Abreißschicht 35 angebracht sein. Die erste Trennfolie 40 kann dazu beitragen, das Abfließen von Harz von den mehreren Prepregs 30 zu verhüten und sie kann leicht porös sein, um den Durchgang von Luft und flüchtigen Stoffen zu gestatten. Trennfolien und deren Verwendung in dem Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffartikeln sind an sich bekannt.
Auf die erste Trennfolie 40 kann ein Absauggewebe(-vlies) 45 aufgelegt werden und alle vorher auf der Form 15 abgelegten Schichten abdecken. Das Absauggewebe kann überschüssiges Harz aufnehmen und dazu beitragen den Harzstrom so zu regulieren, dass der Verbundwerkstoffgegenstand mit einem bekannten Faservolumen erzeugt wird. Bei einer Ausführungsform kann der Harzstrom durch die Menge des abgelegten Absauggewebes zur Erzeugung eines Verbundwerkstoffartikels bekannten Faservolumens reguliert werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann das hier beschriebene Absauggewebe 40 ein Filz eines Glasfasergewebes sein. Ein Absauggewebe 40, wie es hier beschrieben ist, ist an sich bekannt.
Auf das Absauggewebe 40 kann eine zweite Trennfolie 50 aufgelegt werden. Verschiedene Ausführungsformen und Eigenschaften einer Trennfolie sind hier beschrieben.
Auf eine zweite Trennfolie mit den hier beschriebenen darunter liegenden Schichten kann eine mikroporöse gasdurchlässige Membran 55 aufgelegt werden. Das Verfahren des Übereinanderlegens verschiedener Schichten oder Membranen (Folien) in einem Herstellungsverfahren für einen Verbundwerkstoffgegenstand unter Verwendung von Prepregs ist an sich bekannt und demgemäß ist es dem Fachmann geläufig, wie die hier beschriebene mikroporöse gasdurchlässige Membran 55 aufgelegt wird. Der Fachmann versteht, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren auch mehr als eine mikroporöse gasdurchlässige Membran 55 verwendet werden können. Bei einer Ausführungsform kann die mikroporöse gasdurchlässige Membran 55 einen minimalen Luftdurchlässigkeitswert von 0,005 ft³/min/square foot bei 0,5 inches H₂O aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die gasdurchlässige Membran 55 mit einem Textilgewebe laminiert sein, um so die Handhabung der mikroporösen gasdurchlässigen Membran 55 während des Herstellungsverfahrens zu verbessern.
Die mikroporöse Entgasungsmembran 55 kann ein geschäumtes (e)-Flurpolymeres enthalten, einschließlich e-Poly(tetrafluorethylen) ohne darauf beschränkt zu sein. Bei einer Ausführungsform kann das e-Poly(tetrafluorethylen) oleophob (ölabweisend) behandelt sein. Verschiedene Eigenschaften, Ausführungsformen und Verfahren zur Herstellung der oleophob behandelten e-Poly(tetrafluorethylen) Membran sind in der U.S.-A-6,228,477 ('477) beschrieben, wie hiermit durch Bezugnahme vollständig mit einbezogen ist. Der Klarheit und der Einfachheit halber sind gewisse Passagen aus '477 hier beschrieben. Im nachfolgenden wird die mikroporöse Entgasungsmembran 55, soweit nicht ausdrücklich anders vermerkt, als oleophob behandelte e-Fluorpolymermembrane 55 bezeichnet.
Bezug nehmend auf die 3, 4 und 5 weist eine oleophob behandelte e-Fluorpolymer Entgasungsmembrane 55 eine Membran 216 und eine Beschichtung 228 auf. Die Membran 216 weist außerdem zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten 218, 220 auf. Die Membran 216 kann porig sein und eine dreidimensionale Matrix oder gitterähnliche Struktur mit zahlreichen Knoten 225 aufweisen, die durch zahlreiche Fibrillen 224 miteinander verbunden sind. In einer Ausführungsform kann die Membrane 216 mikroporös sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Membrane 260 geschäumtes (e)-Polytetrafluoräthylen (e-PTFE) aufweisen.
Für den Fachmann versteht sich, dass jede Membran, die aus einem Material hergestellt ist das oleophob oder derart behandelt ist, dass es so ist, von dem erfindungsgemäßen Verfahren mit umfasst ist. Außerdem erkennt der Fachmann, dass jede Fluorpolymermembran, die oleophob oder derart behandelt ist, dass sie so ist, von dem erfindungsgemäßen Verfahren mit umfasst ist. Die Oberflächen der Knoten 222 und der Fibrillen 224 können zahlreiche miteinander in Verbindung stehende Poren 226 begrenzen, die sich durch die Membran 216 zwischen den einander gegenüberliegenden Hauptseiten 218, 220 erstrecken. Die Membran 216 kann mit einem oleophoben Fluorpolymermaterial in der Weise beschichtet sein, dass sich verbesserte oleophobe und hydrophobe Eigenschaften ergeben, ohne dass ihre Luftdurchlässigkeit beeinträchtigt ist.
Die Beschichtung 228 kann an den Knoten 222 und den Fibrillen 224, die Poren 226 in der Membran 216 begrenzen, anhaften. Die Beschichtung 228 kann sich auch an die Oberfläche der meisten Knoten 222 und Fibrillen 224 anpassen. Die Beschichtung 228 kann die Oleophobizität (Ölabweisung) der Membran 216 dadurch verbessern, dass sie einer Kontamination durch Absorbieren kontaminierender Materialien, wie Ölen, in der Atemluft enthaltenen Körperölen, fettigen Substanzen, detergentienartigen Fluorsurfaktanten (oberflächenaktiven Stoffen) Harzen und anderen kontaminierende Mitteln entgegenwirkt.
Die physikalische Definition von „Benetzung” beruht auf den Vorstellungen von Oberflächenenergie und Oberflächenspannung. Flüssigkeitsmoleküle werden an ihren Oberflächen gegenseitig angezogen. Diese Anziehung will die Flüssigkeitsmoleküle zueinander hinziehen. Verhältnismäßig hohe Werte der Oberflächenspannung bedeuten, dass die Moleküle eine starke gegenseitige Anziehung zeigen und es verhältnismäßig schwierig ist die Moleküle voneinander zu trennen. Die Anziehungskraft variiert abhängig von der Art des jeweiligen Moleküls. Beispielsweise hat Wasser einen verhältnismäßig hohen Oberflächenspannungswert, weil die Anziehungskraft bei Wassermolekülen wegen der Wasserstoffbindung verhältnismäßig hoch ist. Fluorierte Polymere oder Fluorpolymere weisen wegen der starken Elektronegativität des Fluoratoms einen verhältnismäßig niedrigen Oberflächenspannungswert auf.
Eine aus e-PTFE hergestellte Membran 216 kann viele kleine miteinander verbundene kapillarartige Poren 226 enthalten, die mit der jeweiligen Umgebung auf gegenüberliegenden Hauptseiten 218, 220 der Membran 226 fluidmäßig in Verbindung stehen. Demgemäß ist die Fähigkeit des e-PTFE Materials der Membran 216 zur Absorption einer schwierigen Flüssigkeit wie auch der Umstand ob eine schwierige Flüssigkeit in Poren 226 absorbiert wird, abhängig von der Oberflächenenergie des Feststoffs, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, dem relativen Kontaktwinkel inzwischen der Flüssigkeit und dem Feststoff und der Größe oder der Durchlassfläche der kapillarähnlichen Poren.
Wesentlich verbesserte oleophobe Eigenschaften der Membran 216 können erzielt werden, wenn die Poren 226 in der Membran 216 begrenzenden Oberflächen und die einander gegenüberliegenden Hauptseiten 218, 220 mit einem oleophoben Fluorpolymer beschichtet sind. Eine Wasserdispersion aus oleophobem Fluorpolymerharz oder Feststoffen kann dazu im Stande sein, die Membran 216 zu benetzen und in Poren 226 der Membran 216 einzudringen, wenn sie mit einem mit Wasser mischbaren Netzmittel, beispielsweise Isopropylalkohol (IPA), verdünnt ist. Die verdünnte Dispersion des olephoben Fluorpolymer weist eine Oberflächenspannung und einen relativen Kontaktwinkel auf, die es der verdünnten Dispersion gestatten Poren 226 der Membran 216 zu benetzen und in diese eingezogen zu werden. Die Minimalmenge Netzmittel, die für die Mischung erforderlich ist, um in Poren 226 der Membrane 216 einzudringen, hängt von der Oberflächenspannung der verdünnten Dispersion und dem relativen Kontaktwinkel zwischen der verdünnten Dispersion und dem Material der Membran 216 ab. Die Minimalmenge Netzmittel kann ohne größeres übermäßiges Experimentieren in der Weise bestimmt werden, dass Tropfen verschiedener Mischungsverhältnisse auf die Oberfläche der Membran 216 aufgebracht werden und beobachtet wird, welche Konzentrationen sofort in Poren 226 der Membran 216 eingezogen werden.
Um einen Verlust an Widerstandsfähigkeit gegen Flüssigkeitsdurchtritt bei einer e-PTFE Membran 216 zu verhindern oder zu minimieren, kann der Wert der Oberflächenenergie der Membran 216 niedriger sein als der Wert der Oberflächenspannung der schwierigen Flüssigkeit während der relative Kontaktwinkel größer als 90 Grad sein kann.
Die Verwendung eines koaleszierten olephoben Fluorpolymer wie eines Polymer auf Acrylbasis mit Fluorkohlenstoffseitenketten zur Beschichtung der Membran 216 kann die Oberflächenenergie der Membran 216 verringern, so das weniger Flüssigkeiten in der Lage sind die Membran 216 zu benetzen und in Poren 226 einzudringen. Das acrylbasierte Polymer mit Fluorkohlenstoffseitenketten, das zu Beschichtung der Membran 216 verwendet werden kann, kann in Gestalt einer wassermischbaren. Dispersion eines vorzugsweise in Wasser dispergierten Perfluoralkylacryl-copolymer vorliegen, doch kann es auch verhältnismäßig kleine Menge Azeton oder Ethylenglykol oder andere wassermischbare Lösungsmittel enthalten. Die Beschichtung 228 kann auf und rings um Oberflächen von Knoten 222 und Fibrillen 224 angeordnet sein, die miteinander verbundene Poren 226 begrenzen, welche sich durch die Membran 216 erstrecken. Die Beschichtung 228 kann die hydrophoben Eigenschaften der Membran 216 verbessern, zusätzlich dazu, dass sie der Membran 216 bessere olephobe Eigenschaften verleiht.
Eine olephobisch behandelte e-Fluorpolymermembran 55 kann eine verhältnismäßig hohe Wasserdampfdurchlassrate (MVTR) und Luftdurchlässigkeit aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann eine oleophob behandelte e-Fluorpolymermembran eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (MVTR) von wenigstens 100 g/m² per 24 Stunden aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine olephob behandelte e-Fluorpolymermembran 55 eine MVTR von wenigstens 1500 g/m² per 24 Stunden aufweisen.
Die Membran 216 kann durch Extrudieren einer Mischung von PTFE (erhältlich von du Pont unter dem Namen TEFLON^®), Partikeln und Schmiermitteln hergestellt werden. Das Extrudat kann dann kalandriert werden. Das kalandrierte Exdrudat wird dann aufgeschäumt oder gereckt um Fibrillen auszubilden, die die Partikel oder Knoten in einer dreidimensionalen Matrix oder Gitterstruktur miteinander verbinden. „Aufgeschäumt” soll hierbei soweit über die Elastizitätsgrenze der Materials hinausgereckt bedeuten, dass den Fibrillen des gereckten Materials eine bleibende Verformung oder Dehnung erteilt ist.
Es können auch andere Materialien und Verfahren zur Ausbildung einer geeigneten porösen Membran 216 verwendet werden, die durch die Membran 216 durchgehende Poren 226 aufweist. Beispielweise umfassen andere geeignete Materialien ein Polyolefin, ein Polyamid, ein Polyester, ein Polysulfon, ein Polyether, ein Acryl- und Methacrylpolymer, ein Polystyrol, ein Polyurethan, ein Polypropylen, ein Polyethylen, ein zellulosisches Polymer und deren Kombinationen.
Die Oberflächen der Knoten 222 und der Fibrillen 224 begrenzen eine Anzahl miteinander verbundener Poren 226, die miteinander in Fluidverbindung stehen und zwischen einander gegenüberliegenden Seiten 218, 220 der Membran 216 sich durch die Membran 216 erstrecken können. Bei einer Ausführungsform kann eine geeignete Größe der Poren 226 in einem Bereich von etwa 0,3 Mikron bis etwa 10 Mikron liegen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Größe von Poren 226 in dem Bereich von etwa 1,0 Mikron bis etwa 5,0 Mikron liegen. Die Membran 216 kann dann erwärmt werden um Restspannungen zu verringern und zu minimieren. Bei einer Ausführungsform kann die Membran 216 ungesintert, teilweise gesintert oder vollständig gesintert sein.
Nach der Herstellung der e-PTFE Membran 216 kann die verdünnte Dispersion des oleophoben Fluorpolymer auf die Membran 216 aufgebracht werden, um die Oberflächen der Knoten 222 und der Fibrillen 224, die Poren 226 begrenzen, zu benetzen. Die Dicke des oleophoben Fluorpolymerauftrags 228 und die Menge und Art von in der Beschichtung vorhandenen Fluorpolymerfeststoffen kann von verschienen Faktoren abhängen. Diese Faktoren umfassen die Affinität der Feststoffe zum Anhaften und Anlegen an die Oberflächen der Knoten 222 und Fibrillen 224. Nach dem Benetzungsvorgang können im Wesentlichen alle Oberflächen von Knoten 222 und Fibrillen 224 zumindest teilweise benetzt sein, während bei einer anderen Ausführungsform alle Oberflächen aller Knoten 222 und Fibrillen 224 vollständig benetzt sein können, ohne dass Poren 226 in der Membrane 216 vollständig verschlossen sind.
Es ist nicht erforderlich, dass der Überzug 228 die gesamte Oberfläche von Knoten 222 oder Fibrillen 224 vollständig umschließt oder dass er durchgehend ist, um die Oleophobizität der Membran 216 zu erhöhen. Bei einer Ausführungsform kann der Überzug 228 die gesamte Oberfläche von Knoten 222 oder Fibrillen 224 vollständig einschließen oder er kann durchgehend sein. Der fertige Überzug 228 kann vom Koaleszieren der oleophoben Fluorpolymerfeststoffe, beispielsweise in einer wässerigen Dispersion von acrylbasiertem Polymer mit Fluorkohlenstoffseitenketten, das in einem mit Wasser mischbaren Netzmittel verdünnt ist, auf so vielen Oberflächen der Membran 216 wie möglich, herrühren.
Die oleophoben Fluorpolymerfeststoffe der verdünnten Dispersion können nach der Entfernung des Netzmittelmaterials an Oberflächen von Knoten 222 und Fibrillen 224 einwirken und anhaften. Die oleophoben Fluorpolymerfeststoffe können auf der Membran 216 erwärmt werden um zu koaleszieren und dadurch die olephob behandelte e-Fluorpolymermembran 216 widerstandsfähig gegen Kontamination durch Absorption von Ölen und kontaminierenden Mitteln zu machen. Während der Wärmeeinwirkung kann es die thermische Mobilität der oleophoben Fluorpolymerfeststoffe den Feststoffen gestatten, Knoten 222 und Fibrillen 224 zu umströmen und den Überzug 228 auszubilden. Die Flurkohlenstoffseitenketten können so orientiert sein, dass sie sich in einer von der beschichteten Oberfläche der Knoten 222 oder Fibrillen 224 wegweisenden Richtung erstrecken. Das koaleszierte oleophobe Fluorpolymer kann eine verhältnismäßig dünne Schutzbeschichtung 228 auf der Membran 216 erzeugen, die die Poren 226 in der oleophob behandelten e-Fluorpolymermembran 55 nicht vollständig versperrt oder verstopft. Die olephob behandelte e-Fluorpolymermembran 55 kann auch eine verbesserte Z-Festigkeit aufweisen, das heißt die oleophob behandelte e-Fluorpolymermembran 25 kann der Aufspaltung in getrennte Schichten widerstehen, wenn eine Kraft in einer normal zu den Hauptseiten 18, 20 stehenden Richtung zur Einwirkung gebracht wird.
Die wässerige Dispersion von acrylbasiertem Polymer mit Fluorkohlenstoffseitenketten kann Wasser, ein Perfluoralkylacrylkopolimer, ein wasserlösbares Verschnittmittel und ein Glykol beinhalten. Ein Fachmann kann ohne übermäßiges Experimentieren andere Lösungsmittel, Verschnittmittel und Surfaktanten ermitteln, die die wässerige Dispersion ebenfalls aufweisen kann. Bei einer Ausführungsform ist eine Familie von acrylbasierten Polymer mit Fluorkohlenstoffseitenketten, die in der wässerigen Dispersion verwendet werden kann, die Zonyl^® Familie von Fluor enthaltenden Dispersionspolymeren (hergestellt von du Pont und erhältlich von CIBA Specialty Chemicals). Bei einer anderen Ausführungsform kann Zonyl^® 7040 in der wässerigen Dispersion verwendet werden. Weitere handelsübliche Chemikalien, die in der wässerigen Dispersion eingesetzt werden können, sind Milliken's Millguard^®, Elf Atochem Foraperle^®, Asahi Glass and Chemical Asahi guard^®, Repearl^TM 8040 (erhältlich von Mitsubishi) und 3M's Scotchgard^® und Scotban^® Produkte.
Die Dispersion des acrylbasierten Polymer mit Fluorkohlenstoffseitenketten kann in einem Netzmittel oder Lösungsmittel verdünnt sein, wie Ethanol, Isopropylalkohol, Methanol, N-Propanol, N-Butanol, N-N-Dimethylformamid, Methylethylketon und wasserlöslichen e- und p-Serien-Glykolethern. Die Dispersion kann so verdünnt sein, dass sich ein Gewichtsverhältnis des Netzmittels zu der Dispersion in dem Bereich von etwa 1:5 bis etwa 20:1 ergibt. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Verhältnis in einem Bereich von etwa 3:1 bis etwa 9:1 liegen. Ein Anteil an oleophoben Fluorpolymerfestoffen in der wässrigen Zonyl^® 7040 Dispersion kann bis zu 20 Gewichtsprozent (Gewichts) betragen, während bei einer anderen Ausführungsform ein Bereich von etwa 14 Gewichts% bis etwa 18 Gewichts% vorliegen kann.
Die verdünnte Dispersion kann oleophobe Fluorpolymerfeststoffe in einem Bereich von etwa 1,0 Gewichts% bis etwa 10,0 Gewichts% enthalten. Bei einer Ausführungsform kann der Bereich zwischen etwa 2,0 Gewichts% bis etwa 6,0 Gewichts% liegen. Die sich ergebende verdünnte Dispersion weist Eigenschaften hinsichtlich der Oberflächenspannung und des relativen Kontaktwinkels auf, die die verdünnte Dispersion in die Lage versetzen Poren 226 in der Membrane 216 zu benetzen und letztendlich mit oleophoben Fluorpolymerfeststoffen zu überziehen. Die durchschnittliche Partikelgröße der olephoben Fluorpolymerfeststoffe kann etwa 0,15 Mikron betragen.
Es wird eine Anführungsform eines Verfahrens zur Behandlung der Membran 216 dargelegt. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen einer Membran 216 mit Oberflächen, die eine Anzahl Poren 226 begrenzen, welche sich durch die Membran 216 erstrecken. Bei einer Ausführungsform können die Poren 226 in der Membran 216 mikroporös sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Membran 218 aus e-PTFE hergestellt sein. Die Membran 216 kann von einer Rolle abgerollt und über Walzen gezogen und über eine Tauchwalze in einen Lagertank oder Vorratsbehälter eingeleitet werden. Eine verdünnte Lösung eines mit Wasser mischbaren acrylbasierten Polymeren mit Fluorkohlenstoffseitenketten kann in dem Vorratsbehälter enthalten sein.
Die Dispersion des acrylbasierten Polymeren mit Fluorkohlenstoffseitenketten kann dann in einem geeigneten Netzmittel, wie Isopropylalkohol oder Azeton verdünnt werden. Die Dispersion vonl acrylbasierten Polymeren mit Fluorkohlenstoffseitenketten kann in einem Verhältnis von mit Wasser mischbarem Netzmittel zu der Dispersion von acrylbasierten Polymeren mit Fluorkohlenstoffseitenketten in einem Verhältnis verdünnt sein, das in einem Bereich von etwa 1:5 bis etwa 20:1 liegt. Bei einer Ausführungsform kann das Verhältnis zwischen etwa 3:1 bis etwa 9:1 liegen. Die verdünnte Dispersion kam dann auf die Membran 216 mit irgendeinem an sich bekannten geeigneten Verfahren aufgetragen werden, beispielweise durch Aufrollen, Immersion (Tauchen), Aufsprühen und dergleichen aufgebracht werden. Die verdünnte Dispersion kann die Membran 216 imprägnieren, die Oberflächen der Knoten 222 unter Fibrillen 224, die Poren 226 begrenzen, benetzen, ebenso wie die Oberflächen der Hauptseiten 18, 20.
Die unverdünnte Dispersion kann eine solche Oberflächenspannung und einen solchen relativen Kontaktwinkel aufweisen, dass sie die Poren 226 nicht benetzt. Die verdünnte Dispersion kann Perfluoroalkylacryl-kopolymerfeststoffe in Ethylenglycol und Wasser, verdünnt in einem Netzmittel, wie Isopropylalkohol, in einem vorbestimmten Verhältnis enthalten. Die verdünnte Dispersion kann eine Oberflächenspannung und einen relativen Kontaktwinkel aufweisen, die so bemessen sind, dass die verdünnte Dispersion alle Oberflächen der Membran 216 benetzen kann. Bei einem Untertauchen der Membran 216 in der verdünnten Dispersion können Oberflächen der Membran 216, welche Poren 226 begrenzen, von der verdünnten Dispersion angegriffen, benetzt und beschichtet werden. Die benetze Membran 216 kann dann aus dem Vorratsbehälter herausgeleitet werden.
Ein Mechanismus, wie ein Quetschwalzenpaar oder Rakel können auf einander gegenüberliegende Hauptseiten 218, 220 der benetzten Membran 216 Eingriff nehmen. Die Rakel des Mechanismus können die verdünnte Dispersion verteilen und überschüssige verdünnte Dispersion von der benetzten Membran 216 abstreichen, um die Gefahr einer Verstopfung von Poren in der Membran 216 zu minimieren. Zum Entfernen überschüssiger verdünnter Dispersion können auch andere geeignete Mittel verwendet werden, wie etwa ein Luftmesser.
Die benetzte Membran 216 kann aus dem Rakelmechanismus auslaufen. Die benetzte Membran 216 kann sodann über Walzen gezogen werden. Das Netzmittel und irgendwelche anderen flüchtigen Materialien, wie Wasser, Azeton und Ethylenglykol in der verdünnten Dispersion, können darauffolgend durch Lufttrocknen oder andere geeignete Trockenverfahren entfernt werden. Das Netzmittel verdunstet typischerweise von selbst, doch kann die Verdunstung durch Einwirkenlassen verhältnismäßig niedriger Wärme von beispielweise 100°C, bei Verwendung von Isopropylalkohol als Netzmittel, beschleunigt werden. Der Netzmitteldampf kann von der benetzten Membran 216 abziehen.
Die benetzte Membran 216 kann dann zu einem beheizten Ofen geleitet werden. Es kann notwendig sein den Vorratsbehälter und die Wärmequellen mit einer Haube abzuschließen oder zu belüften. Die Haube kann zu einem jeweils gewünschten Ort hin über eine Leitung entlüftet sein. Die Haube kann den Dampf, wie etwa flüchtiges Netzmittel und Imulsionsmittel, von der benetzten Membran 216 abnehmen und einfangen und sodann das eingefangene Material zu einem Ort zur Bevorratung oder zur Entsorgung leiten. Die Wärmequellen können zwei Heizzonen aufweisen. Die erste Zone kann eine „Trocknungszone” sein, um eine verhältnismäßige niedriger Wärme von zum Beispiel 100°C auf die benetzte Membran 216 einwirken zu lassen um irgendwelche flüchtigen Netzmittel zu verdampfen, die noch nicht verdampft waren. Die zweite Zone kann eine „Aushärtzone” sein, zum Koaleszieren der olephoben Fluorpolymerfeststoffe.
Die Wärmequellen können eine Wärme bei einer Temperatur von wenigstens 140°C während wenigstens etwa 30 Sekunden auf die benetzte Membran 216 zur Einwirkung bringen. Die zur Einwirkung gebrachte Wärme kann die olephoben Fluorpolymerfeststoffe in dem acrylbasiertem Polymer mit Fluorkohlenstoffseitenketten auf und ringsum die Oberflächen der Knoten 222 und Fibrillen 226 koaleszieren lassen, um die oleophob behandelte e-Fluorpolymermembran 55 gegen Öl und kontaminierende Mittel widerstandsfähig zu machen. Der Umfang und die Dauer der Wärmeeinwirkung zur Behandlung der Membran 216 erlauben es den Festoffen zu koaleszieren und zu fließen während die Fluorkohlenstoffseitenketten sich in einer von den beschichteten Oberflächen der Knoten 222 und Fibrillen 226 wegweisenden Richtung erstrecken. Die olephob behandelte e-Fluorpolymermembran 55 kann dann aus dem Wärmequellen austreten und über Walzen gezogen sowie zu einer Aufwickelrolle geleitet werden.
Bezug nehmend auf 6 ist dort eine photografische Rasterelektronenmikroskopaufnahme (SEM) einer Ausführungsform einer unbeschichteten Membran 216 veranschaulicht. Zum Vergleich ist eine Ausführungsform einer oleophob behandelten e-PTFE Membran 55 in 7 gezeigt. Bei den 6, 7 enthält die oleophob behandelte e-PTFE Membran 55 die gleiche unbeschichtete Membran 216 auf die eine Beschichtung 228 aufgebracht ist. Die Membranen 216 (6) und 55 (7) sind aus der gleichen Produktionscharge. Die SEMs haben die gleiche Vergrößerung, und es ist zu sehen, dass die beschichteten Fibrillen 224 der 7 zwar wegen der Beschichtungsauflage 228 auf den Fibrillen 224 ein dickeres Aussehen haben, aber die Poren 226 in der oleophob behandelten e-PTFE Membran 55 nicht vollständig blockiert sind. Die Luftdurchlässigkeit der in 7 dargestellten oleophob behandelten e-PTFE Membran 55 betrug 1,21 Cubicfeet pro Minute (CFM) pro square foot, gemessen mit einem Frazier-Luftdurchlässigkeitstester.
Die olephob behandelte e-Polyfluorpolymermembran 55 weist einen. Vorteil über typischerweise verwendete Poly(propylen) Membranen in soweit auf, dass die oleophob behandelte e-Polyfluorpolymermembran 55 bei Hochtemperatur-Aushärteprozessen oberhalb von 200°C eingesetzt werden kann. Die oleophob behandelte e-Polyfluorpolymermembran 55 kann auch den Vorteil haben, dass die Eigenschaften der oleophob behandelten e-Polyfluorpolymermembran 55 die Herstellung bei Temperaturen bis zu und einschließlich 300°C gestatten. Die oleophob behandelte e-Polyfluorpolymermembran 55 kann außerdem ihre Herstellung bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 80°C bis etwa 300°C und in allen dazwischen liegenden Teilbereichen erlauben.
Die oleohob behandelte e-Polyfluorpolymermembran 55 kann auch den Vorteil aufweisen, dass sie einer Benetzung/Leckage von Quervernetzern von den Harzen der mehreren Prepregs 30 widersteht. Die Quervernetzer können Oberflächenspannungen aufweisen, die so niedrig wie 15 dyn/cm sind. Bei einer Ausführungsform kann die oleophob behandelte e-Fluorpolymermembran 55 entsorgbar sein.
Es wurde festgestellt, dass ein Vorteil in der Praxis einiger Ausführungsformen der hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes darin liegt, dass bei Benutzung einer olephob behandelten geschäumten e-Fluorpolymermembran 55, die olephob behandelte e-Fluorpolymermembran 55 in der Lage ist, einen kontinuierlichen atmungsaktiven Pfad zum Entweichen von erzeugten flüchtigen Stoffen aufrecht zu erhalten, was später zu einer verringerten Porosität in dem hergestellten Verbundmaterialartikel führt.
Auf den Ausdruck mikroporöse Entgasungsmembran 55 zurückkommend kann diese mittels der vor erläuterten Methodologie oder mit irgendwelchen anderen bekannten Techniken hergestellt werden, einschließlich der Verwendung von überkritischen Fluiden, Ablagerung aus der Dampfphase etc., ohne darauf beschränkt zu sein.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich beinhalten, dass ein an sich bekanntes textiles Entgasungstuch auf die oleophob behandelte e-Polyfluorpolymermembran 55 aufgelegt wird. Das textile Entgasungstuch kann außerdem das Anlegen eines Vakuums ermöglichen und darüber hinaus das Entfernen von Luft, flüssigen Stoffen und Abgasen aus der ganzen Anordnung unterstützen. Der Fachmann kann ohne übermäßiges Experimentieren feststellen, dass die Dicke des Entgasungstuches, wie sie für das hier beschriebene Herstellungsverfahren erforderlich ist, von der jeweiligen Anwendung, das heißt von dem jeweils herzustellenden Verbundwerkstoffgegenstand abhängig ist. Der Vorgang des Auflegens eines Entgasungstuches auf eine vorher abgelegte Schicht bei einem Herstellungsverfahren eines Verbundwerkstoffartikels unter Verwendung von Prepregs ist an sich bekannt.
Zurückkommend auf die 1 und 2 kann nach dem Bereitstellen des Prepregschichtaufbaus 80 in dem Schritt S1 dieser sodann in einen gasundurchlässigen Vakuumsack 65 in einem Schritt S2 eingeschlossen werden. Der Vakuumsack 65 kann mit einer Dichtung 75 abgedichtet sein. Sodann kann Luft abgesaugt werden, wodurch der Vakuumsack 65 auf den Prepregschichtaufbau 80 niedergepresst wird mit der Folge, dass der Prepregschichtaufbau 80 in einem Schritt S3 vorverfestigt wird. Der Vorgang des Einschließens einer Form mit einer Anzahl Prepregs und verschiedenen darauf angeordneten Schichten in einem gasundurchlässigen Vakuumsack und des Evakuierens des in dem gasundurchlässigen Vakuumsack enthaltenen Volumens ist an sich bekannt.
In einem Schritt S4 können die mehreren Prepregs 30 verfestigt werden. Der Vakuumsack-Schichtaufbau 10 an dem das Vakuum noch angelegt ist, kann in einen nicht dargestellten Ofen eingebracht werden und es kann sodann in geregelter Weise Hitze zur Einwirkung gebracht werden um die mehreren Prepregs 30 des Prepregschichtaufbaus 80 zu koaleszieren und entsprechend der Gestalt des Verbundwerkstoffgegenstandes zu formen. Die Erwärmung in geregelter Weise lässt zu große Temperaturdifferenzen zwischen der Lufttemperatur und den mehreren Prepregs 30 vermeiden. Bei einer Ausführungsform kann ein Vakuumsack-Schichtaufbau 10, an dem das Vakuum 10 noch anliegt, in einen Autoklaven eingebracht werden.
Das Verfestigen kann zusätzlich das Aushärten der koaleszierten und geformten mehreren Prepregs beinhalten. Bei einer Ausführungsform kann das Aushärten in einem Ofen durchgeführt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Aushärten in einem Autoklaven durchgeführt werden. Der Vorgang des Aushärtens einer koaleszierten und geformten Prepregmenge ist an sich bekannt. Bei einer Ausführungsform braucht das Verfestigen und Aushärten der mehreren Prepregs 30 nicht notwendigerweise in einem Autoklaven durchgeführt werden oder es kann in einem Autoklaven bei verringertem Druck ausgeführt werden, weil ein Teil der vertikalen Kompression wegen der Verwendung der mikroporösen Entgasungsmembran 55 oder mehrerer mikroporöser Entgasungsmembranen durch das angelegte Vakuum selbst erzeugt werden kann.
Es wurde festgestellt, dass in der Praxis einiger Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens eines Verbundwerkstoffartikels, wie es hier beschrieben ist, ein Vorteil darin liegt, dass bei Verwendung einer mikroporösen Entgasungsmembran 55 während des Harzaushärteschritts eine kontinuierliche vertikale Kompression über die gesamte Oberfläche der Prepregs ausgeübt werden kann, was zu verbesserten Abmessungstoleranzen auf der werkzeugfernen Seite des Verbundwerkstoffgegenstands führt.
Das Verfestigen kann zusätzlich das Kühlen der mehreren Prepregs 30 in gesteuerter Weise beinhalten, um so plötzliche Temperaturabfälle zu vermeiden die hohe thermische Spannungen hervorrufen können. Bei einer Ausführungsform kann das Kühlen in einem Ofen durchgeführt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Kühlen in einem Autoklaven erfolgen. Der Druck und/oder das Vakuum können während der Kühlperiode aufrecht erhalten sein. Der Vorgang des Kühlens der mehreren Prepregs 30 in gesteuerter Weise ist an sich bekannt.
In einem Schritt S5 können nach der Verfestigung das Vakuum gebrochen und der Verbundwerkstoffgegenstand sodann von der Form 15 abgenommen werden.
Es wurde festgestellt, dass ein Vorteil in der Praxis einige Ausführungsformen eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes darin bestehen kann, dass bei Verwendung einer mikroporösen Entgasungsmembran 55 eine Verringerung der Porosität des Verbundwerkstoffgegenstandes wegen der kontinuierlichen Entfernung flüchtiger Komponenten und der Abgasabführung erzielt werden kann.
Es wurde festgestellt, dass ein weiterer Vorteil in der Praxis einiger Ausführungsformen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens eines Verbundwerkstoffgegenstandes darin liegen kann, dass bei Verwendung einer mikroporösen Entgasungsmembran 55 wegen der verringerten Porosität des Verbundwerkstoffgegenstandes eine gleichmäßigere Dicke des Verbundwerkstoffgegenstandes erzielt werden kann.
Es wurde festgestellt, dass ein weiterer Vorteil in der Praxis einiger Ausführungsformen eines hier beschriebenen Herstellungsverfahrens eines Verbundwerkstoffgegenstandes darin liegen kann, dass bei Verwendung einer mikroporösen Entgasungsmembran 55 eine Verringerung des Harzeinsatzes und ein geringerer Harzabfall erzielt werden können, weil das Harz die mikroporöse Entgasungsmembran 55 nicht tränkt.
Die hier beschriebenen Vorzüge und Vorteile bei Verwendung einer mikroporösen Entgasungsmembran 55 gelten auch, wenn eine mikroporöse Entgasungsmembran 55 gemeinsam mit einem hier beschriebenen, gebräuchlichen textilen Entgasungstuch, oder in Abwesenheit eines solchen textilen Entgasungstuches verwendet wird.
Die Ausdrücke „erster”, „zweiter” und dergleichen geben keine Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit an, sondern sind vielmehr nur dazu verwendet ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Ausdrücke „ein” und „einer(s)” bedeuten hier keine Beschränkung einer Menge, sondern geben nur das Vorhandensein wenigstens eines der in Bezug genommenen Merkmale an. Die Abwandlung „etwa”, verwendet in Verbindung mit einer Menge, bedeutet inklusiv des angegebenen Wertes und hat die von dem Kontext vorgegebene Bedeutung (zum Beispiel beinhaltet sie das mit der Messung der speziellen Menge verbundene Fehlermaß). Die Nachsilben „e, en oder n” wie sie hier verwendet sind sollen sowohl den Singular, als auch den Plural des von ihnen abgewandelten Ausdrucks beinhalten, wobei ein oder mehrerer solcher Ausdrücke beinhaltet sind (zum Beispiel das Metall bzw. die Metalle umfasst ein oder mehrere Metalle). Hier geoffenbarte Bereiche sind jeweils umfassend und unabhängig voneinander kombinierbar (z. B. Bereiche von „bis zu etwa 25 Gewichts oder mehr im Einzelnen von etwa 5 Gewichts bis etwa 20 Gewichts umfassen die Endpunkte und alle Zwischenwerte der Bereiche von „etwa 5 Gewichts% bis etwa 25 Gewichts etc.).
Wenngleich hier verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, so versteht sich doch aus der Beschreibung, dass verschiedene Kombinationen von Elementen, Abwandlungen oder Verbesserungen von dem Fachmann vorgenommen werden können und im Bereich der Erfindung liegen. Zusätzlich können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen ohne deren wesentlichen Schutzbereich zu verlassen. Die Erfindung ist deshalb nicht auf ein als beste Art zur Ausführung der Erfindung beschriebenes spezielles Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern die Erfindung umfasst alle Ausführungsformen, die im Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche liegen.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes, wie eines Flugzeugteils oder eines Bootsteiles, angegeben. Das Verfahren beinhaltet: (S1) Vorbereiten eines Prepregschichtaufbaus (80), wobei der Prepregschichtaufbau (80) mehrere Prepregs (30) und wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) enthält; (S2) Umschließen des Prepregschichtaufbaus (80) mit einem gasundurchlässigen Vakuumsack (65); (S3) Evakuieren eines von dem gasundurchlässigen Vakuumsack (65) umschlossenen Volumens um die mehreren Prepregs (30) zu verfestigen; (S4) Verfestigen der mehreren Prepregs (30) und (S5) Abbrechen des Evakuierens.
Bezugszeichenliste

S1: Vorbereiten eines Prepregschichtaufbaus (Layup), wobei den Prepregschichtaufbau mehrere Prepregs und wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran aufweist.
S2: Umhüllen des Prepregschichtaufbaus mit einem gasundurchlässigen Vakuumsack
S3: Evakuieren eines in dem gasundurchlässigen Vakuumsack eingeschlossenen Volumens um die mehreren Preprags vorzuverfestigen
S4: Verfestigen der mehreren Prepregs
S5: Abrechen des Evakuierens
10: Vakuumsack-Schichtaufbau
15: Form
20: Formtrennmittel
25: Erste Abreisschicht
33: Mehrere Prepregs
35: Zweite Abreisschicht
40: Erste Trennfolie
45: Absauggewebe oder -tuch
50: Zweite Trennfolie
55: Mikroporöse Entgasungsmembran
65: Vakuumsack
70: Kantendamm
75: Dichtung
216: Membran
218, 220: Einander gegenüberliegende Hauptseiten
222: Knoten
224: Fibrille
226: Verbindende Pore
228: Beschichtung (Überzug)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 228477 [0028]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem Verbundwerkstoff, wobei das Verfahren beinhaltet: (S1) Vorbereiten einer Prepregschichtaufbaus (80), wobei der Prepregschichtaufbau (80) mehrere Prepregs (30) und wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) aufweist; (S2) Umschließen des Prepregschichtaufbaus (80) mit einem gasundurchlässigen Vakuumsack (65); (S3) Evakuieren eines von dem gasundurchlässigen Vakuumsack (65) umschlossenen Volumens um die mehreren Prepregs (30) vorzuverfestigen; (S4) Verfestigen der mehreren Prepregs (30); und (S5) Abbrechen des Evakuierens
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Prepregs (30) wenigstens ein Harz aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus einem Exoxidharz, einem Phenolharz und einem Polyimidharz.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 2, bei dem das wenigstens eine Harz aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan, Bis (3,4-epoxy-6-methyl-cyclohexylmethyl)adipat, einem Novolackharz und Bismaleimid.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 1, bei dem die wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) oleophob behandeltes (e)-Poly(tetrafluorethylen) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 1 bei dem die wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) (e)-Poly(tetrafluorethylen) aufweist, mit einer darauf angeordneten Beschichtung, die ein acrylbasiertes Polymeres mit Fluorkohlenstoffseitenketten enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 1, bei dem die wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) einen minimalen Luftdurchlässigkeitswert von 0,005 Cubicfeet per minute/feet² bei 0,5 inches H₂O aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterialgegenstandes nach Anspruch 1, bei dem die wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) auf eine Textilware auflaminiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffgegenstandes, wobei das Verfahren beinhaltet: Auflegen mehrere Prepregs (30) auf eine Form (15), wobei die Form (15) die Gestalt des Verbundwerkstoffgegenstandes aufweist; Belegen der mehreren Prepregs (30) mit einem Absauggewebe (45); Belegen des Harzabsauggewebes (45) mit wenigstens einer mikroporösen Entgasungsmembran (55); Einschließen der die mehreren Prepregs (30) tragenden Form (15), des Absauggewebes (45) und der wenigstens einen mikroporösen Entgasungsmembran (55) in einem gasundurchlässigen Vakuumsack (65); Evakuieren eines von dem gasundurchlässigen Vakuumsack (65) umschlossenen Volumens um die mehreren Prepregs (30) vorzuverfestigen; Verfestigen der mehreren Prepregs (30); Abrechen des Evakuierens.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 8, bei dem die mehreren Prepregs (30) wenigstens ein Harz aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus einem Expoxidharz, einem Phenolharz und einem Polyimidharz.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffgegenstandes nach Anspruch 9, bei dem die wenigstens eine mikroporöse Entgasungsmembran (55) oleophob behandeltes (e)-Poly(tetrafluorethylen) aufweist.