DE102011006372A1

DE102011006372A1 - Verfahren zur Herstellung eines Prepregs und eines daraus erhältlichen Organoblechs

Info

Publication number: DE102011006372A1
Application number: DE102011006372A
Authority: DE
Inventors: Tim Witzke
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, welches die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines textilen Materials, b) Aufbringen wenigstens eines reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens eines reaktiven Duroplastvorläufers auf das textile Material und c) Imprägnieren des textilen Materials mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufer durch Schmelzen des in dem Schritt b) auf das textile Material aufgebrachten wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers, wobei das Schmelzen durch Erwärmen des wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers mittels eines Strahlungsfelds erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, ein daraus erhältliches Organoblech, ein Verfahren zur Herstellung eines Organoblechs, ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils und ein damit erhältliches Hybridbauteil.
Prepregs sind mit Polymer vorimprägnierte Faserstrukturen und mithin Halbzeuge aus einer in einer Polymermatrix eingebetteten Faserstruktur, wie Gewebe. Dabei werden plattenförmige konsolidierte einlagige thermoplastische Prepregs, beispielsweise solche auf Basis von Glas- oder Carbonfasergewebe, auch als Organobleche bezeichnet. Diese Halbzeuge dienen als Zwischenprodukte bei der Fertigung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen, wie carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK), welche aus einer Matrix aus Thermoplast, in welcher Carbonfasern oder Graphitfasern in einer oder mehreren Faserlagen eingebettet sind, zusammengesetzt sind, oder carbonfaserverstärkten Kohlenstoffen (CFC), welche aus einer Kohlenstoffmatrix, in welcher Carbonfasern oder Graphitfasern in einer oder mehreren Faserlagen eingebettet sind, zusammengesetzt sind. Derartige Carbonfasern enthaltende Verbundwerkstoffe weisen insbesondere in der Faserrichtung eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf und zeichnen sich zudem im Vergleich zu anderen Materialien, wie beispielsweise Stahl, durch ein geringes Gewicht, durch eine niedrige Wärmeausdehnung und durch eine ausgezeichnete Temperaturwechselfestigkeit aus. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften werden solche Carbonfasern enthaltende Verbundwerkstoffe in vielen technischen Gebieten und insbesondere in zunehmendem Maße in der Automobilindustrie beispielsweise als Material für Strukturbauteile oder für Außenhautbauteile eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Für die Qualität der Prepregs und Organobleche ist es dabei maßgeblich, dass diese keine oder möglichst wenige Hohlräume aufweisen. Mit anderen Worten ist es entscheidend, dass alle Hohlräume der Faserstruktur, beispielsweise Gewebe, mit Matrixmaterial imprägniert sind. Dabei kann die Herstellung von Organoblechen durch eine Vielzahl von Verfahren erfolgen, wie beispielsweise durch ein Prepreg-Verfahren und nachfolgendes Verpressen des Prepregs oder durch ein Film-Stacking-Verfahren.
Aus der DE 197 34 417 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs bekannt, bei dem ein thermoplastisches Matrixmaterial mittels eines Pulverstreuverfahrens auf eine Faserstruktur bzw. ein textiles Material aufgebracht und anschließend in einem Infrarot-Strahlungsfeld aufgeschmolzen wird, damit die Schmelze in das textile Material eindringen kann. Auf diese Weise wird jedoch nur eine unzureichende Imprägnierung des textilen Materials erreicht, d.h. zwischen den einzelnen Fasern des textilen Materials verbleiben Zwischenräume, die nicht durch das Matrixmaterial ausgefüllt sind. Durch die unvollständige Imprägnierung entsteht die Gefahr, dass Fasern des textilen Materials aneinander reiben und geschädigt werden. Außerdem wird durch die unvollständige Imprägnierung ein inhomogenes Belastungs- und Verformungsverhalten des Prepregs bewirkt, was sich bei dem Einsatz derartiger Werkstoffe als nachteilig erweist.
In der DE 10 2007 012 608 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Preform offenbart, bei dem ein textiles Material mit einem aktivierbaren Bindematerial versehen und in Stücke geschnitten wird, bevor die Stücke mittels des Bindematerials zur Bildung der Preform aneinander fixiert werden. Das Aufbringen des Bindematerials auf das textile Material erfolgt dabei durch Aufstreuen als Pulver und durch Aufschmelzen des Bindematerials mittels eines Infrarot-Heizstrahlers, um die Partikel des Bindematerials an den Faseroberflächen anzubinden. Zum Fixieren der einzelnen mit Bindematerial versehenen Stücke aneinander wird das Bindematerial, z.B. thermisch, aktiviert. Allerdings wird das textile Material durch das Aufschmelzen und ggf. Aktivieren des Bindematerials nur unvollständig und oberflächlich mit dem Bindematerial benetzt, d.h. es erfolgt keine vollständige Imprägnierung des textilen Materials.
In der DE 10 2006 057 603 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs beschrieben, bei dem ein textiles Materials mit Harz aufweisenden Partikeln beaufschlagt wird und die Partikel an einer Heizstation, beispielsweise einem Heizstrahler, ohne Aushärtung des Harzes aufgeschmolzen werden, so dass eine Beschichtung oder Tränkung des textilen Materials mit Harzmaterial erfolgt. Auch durch diese Art der Beschichtung bzw. Tränkung lässt sich nur eine unvollständige Imprägnierung des textilen Materials mit dem Harzmaterial erreichen. Um eine etwas vollständigere Harztränkung der Fasern zu erreichen, wird in DE 10 2006 057 603 A1 optional ein Verpressen der hergestellten Prepregs unter Wärmezuführung vorgeschlagen. Allerdings führt die damit einhergehende Druckbeaufschlagung des Prepregs zu einer unerwünschten Vergrößerung des Faservolumengehaltes und damit zu einer überproportionalen Verminderung der Permeabilität des textilen Materials. Außerdem ist für die Imprägnierung durch Verpressen ein relativ hoher Druck und eine relativ große Dauer der Druckbeaufschlagung notwendig, weswegen die Gefahr der Beschädigung der Fasern des textilen Materials bis hin zum Faserbruch sowie eines unerwünschten Ausfließens von Harzmaterial aus dem textilen Material besteht.
Aus der US 2009/0246468 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs bekannt, bei dem ein reaktiver Thermoplastvorläufer in Pulverform auf ein textiles Material aufgebracht und ein Teil der auf das textile Material aufgebrachten Partikel des reaktiven Thermoplastvorläufers in einem Konvektionsofen geschmolzen wird. Durch das Schmelzen der Partikel des reaktiven Thermoplastvorläufers verformen sich die Partikel zu Tröpfchen, die dadurch an das textile Material gebunden werden und teilweise in die Zwischenräume zwischen den Fasern des textilen Materials fließen. Das entstandene Prepreg weist eine zufällige Verteilung von zueinander beabstandeten Tröpfchen des reaktiven Thermoplastvorläufers auf, welche die Zwischenräume zwischen den Fasern des textilen Materials teilweise ausfüllen. Auf diese Weise entsteht ein drapierbares Prepreg, welches nicht vollständig, sondern nur punktuell imprägniert ist. Zudem wird es in der US 2009/0246468 A1 vorgeschlagen, ein Prepreg nach dem Schmelzen der Partikel des reaktiven Thermoplastvorläufers mit einer Kombination aus Wärme und Druck zu beaufschlagen, um eine durchgehende Schicht des Thermoplastmaterials zu erhalten. Dabei wird der reaktive Thermoplastvorläufer polymerisiert. Die Druckbeaufschlagung des Prepregs führt jedoch zu einer unerwünschten Vergrößerung des Faservolumengehaltes und damit zu einer überproportionalen Verminderung der Permeabilität des textilen Materials. Ferner besteht aufgrund der Druckbeaufschlagung des textilen Materials die Gefahr einer Beschädigung der Fasern des textilen Materials und eines unerwünschten Ausfließens von Imprägniermaterial aus der textilen Faserstruktur. Weiterhin weisen die mit diesem Verfahren hergestellten Prepregs zusätzliche Schichten von Thermoplastmaterial oberhalb und unterhalb der textilen Faserstruktur auf, welche die Drapierbarkeit des Prepregs herabsetzen. Ein ähnliches Verfahren ist aus der WO 2005/084925 A1 bekannt, bei dem eine Presseinrichtung eingesetzt wird, um ein mit einem reaktiven Ausgangsmaterial imprägniertes Fasergebilde oder mehrere Lagen hiervon zu einem Fasergebilde zu verpressen, wobei das reaktive Ausgangsmaterial zu einer Kunststoffmatrix polymerisiert wird.
Alle bekannten Verfahren zur Prepreg-Herstellung sind mithin nachteilhaft, weil diese entweder eine Vielzahl von Prozessschritten umfassen und daher sehr aufwendig und teuer sind, weil diese nicht zu einer ausreichend vollständigen und gleichmäßigen Imprägnierung der Faserstruktur führen, so dass in dem Prepreg bzw. Organoblech eine Vielzahl von Hohlräumen verbleibt, oder, weil bei diesen Druck angewendet werden muss, welcher zu einer Vergrößerung des Faservolumengehaltes führt und damit zu einer überproportionalen Verminderung der Permeabilität der Faserstruktur führt. Abgesehen davon eignen sich die mit den bekannten Verfahren hergestellten Prepregs nur bedingt zur Herstellung von mehrlagigen Hybridbauteilen, welche neben einem Organoblech ein damit verbundenes anderes Material, wie z.B. eine Metallschicht, aufweisen. Herkömmlicherweise wird zur Herstellung eines solchen Hybridbauteils ein der Form des Metallteils entsprechendes Bauteil aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt, das mit dem Metallteil zusammengefügt und mit diesem mittels eines Klebstoffs, der auf eines oder beide zu verklebenden Teile aufgebracht wird, unter Druck und ggf. Wärmezufuhr verklebt wird. Die so hergestellte Klebeverbindung zwischen dem faserverstärkten Bauteil und dem Metallteil weist jedoch eine relativ geringe Belastbarkeit und Beständigkeit auf und wird daher vielfach als unbefriedigend empfunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von vollständig und gleichmäßig imprägnierten Prepregs anzugeben, welches faserschonend und insbesondere ohne Druckbeaufschlagung des textilen Materials durchgeführt werden kann und welches zu Prepregs führt, die sich gut zu insbesondere mehrlagigen Organoblechen und Hybridbauteilen weiter verarbeiten lassen. Das Verfahren soll ferner mit geringem Zeit- und Kostenaufwand und insbesondere in kontinuierlicher Weise durchführbar sein und zu drapierbaren Prepregs führen, die insbesondere keine unerwünschten Schichten von Imprägniermaterial außerhalb der textilen Faserstruktur aufweisen, welche die Drapierbarkeit herabsetzen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen eines textilen Materials,
b) Aufbringen wenigstens eines reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens eines reaktiven Duroplastvorläufers auf das textile Material und
c) Imprägnieren des textilen Materials mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufer durch Schmelzen des in dem Schritt b) auf das textile Material aufgebrachten wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers,

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch das Erwärmen und das Schmelzen des auf das textile Material aufgebrachten reaktiven Thermoplastvorläufers bzw. reaktiven Duroplastvorläufers in einem Strahlungsfeld eine gleichmäßige und insbesondere auch vollständige Imprägnierung des textilen Materials mit dem reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer erreicht werden kann, und zwar deshalb, weil ein reaktiver Thermoplastvorläufer aufgrund dessen beträchtlich niedrigeren Molekulargewichts als dem eines Thermoplasts bzw. Duroplasts und im Falle eines reaktiven Duroplastvorläufers aufgrund seiner fehlenden Vernetzung eine viel niedrigere Schmelzviskosität als ein Thermoplast bzw. Duroplast aufweist. Insbesondere weist ein reaktiver Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer unmittelbar nach dem Erreichen seiner Schmelztemperatur eine extrem niedrige Viskosität von beispielsweise etwa 20 mPa·s auf, welche erst bei länger andauernder Wärmebehandlung des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers aufgrund der dann einsetzenden Polymerisation des Thermoplastvorläufers bzw. der Polymerisation und Vernetzung des Duroplastvorläufers ansteigt. Zudem basiert die vorliegende Erfindung darauf, dass der auf das textile Material aufgebrachte reaktive Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer durch Erwärmen mittels eines Strahlungsfelds in kürzester Zeit auf seine Schmelztemperatur gebracht wird. Dabei erfolgt eine homogene Erwärmung des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers, die dazu führt, dass das bestrahlte reaktive Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufermaterial praktisch überall gleichzeitig seine Schmelztemperatur erreicht, so dass eine über den betrachteten Bereich im Wesentlichen homogene Schmelze des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers mit einer gleichmäßigen, überall sehr niedrigen Viskosität hergestellt wird. Aufgrund ihrer gleichmäßig niedrigen Viskosität dringt die Schmelze des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tief in das textile Material ein und benetzt die Oberflächen der einzelnen Fasern überall gleichmäßig, wobei selbst kleine Zwischen- bzw. Hohlräume zwischen den einzelnen Fasern gleichmäßig ausgefüllt werden. Auf diese Weise wird eine durchgehende und gleichmäßige Imprägnierung des textilen Materials mit dem reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist darüber hinaus faserschonend, und zwar insbesondere da die Erwärmung des auf das textile Material aufgebrachten reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers durch das Strahlungsfeld unter Atmosphärendruck ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung des textilen Materials erfolgen kann. Der geschmolzene wenigstens eine reaktive Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer dringt dabei aufgrund der auf das Material einwirkenden gravitativen und kapillaren Kräfte in das textile Material ein und benetzt dessen Fasern so, dass eine vollständige und gleichmäßige Imprägnierung erreicht wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines reaktiven Thermoplastvorläufers hergestellten Prepregs eignen sich daher hervorragend für die Weiterverarbeitung zu Organoblechen, mehrlagigen Organoblechen oder Hybridbauteilen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden und wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so durchgeführt, dass bei der Imprägnierung gar keine oder zumindest nur eine geringfügige Polymerisation des reaktiven Thermoplastvorläufers erfolgt und der reaktive Thermoplastvorläufer somit in einem späteren, nach dem Imprägnieren durchgeführten Wärmebehandlungsschritt polymerisiert werden kann. Dadurch wird praktisch ein selbstklebendes Prepreg geschaffen, welches mit einem weiteren Bauteil eine besonders feste Verbindung eingehen kann, wenn der imprägnierte Polymervorläufer des Prepreg polymerisiert wird. Zum Beispiel können mehrere gemäß der Erfindung hergestellte Prepregs miteinander verbunden werden, indem die Prepregs zusammengefügt und durch Wärmebehandlung zumindest teilweise polymerisiert werden. Da dabei auch Moleküle verschiedener Prepregs miteinander polymerisiert werden, wird eine besonders feste stoffschlüssige Verbindung zwischen den Prepregs erreicht, die insbesondere eine besonders hohe Scherfestigkeit aufweist. Gleichermaßen kann ein erfindungsgemäß hergestelltes Prepreg mit einem weiteren Bauteil aus einem anderen Material, beispielsweise einem Metallbauteil, zu einem Hybridbauteil zusammengefügt werden, indem das Prepreg und das Bauteil in Kontakt miteinander gebracht werden und das Prepreg einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Auch hier kann durch eine in dem Grenzbereich zwischen dem Prepreg und dem weiteren Bauteil stattfindende Polymerisation des reaktiven Thermoplastvorläufers eine besonders feste Verbindung gewährleistet werden.
Unter einem reaktiven Thermoplastvorläufer wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung eine Zusammensetzung verstanden, aus welcher durch Aushärten ein Thermoplast hergestellt werden kann, und zwar durch Polymerisation des reaktiven Thermoplastvorläufers. Analog dazu bezeichnet reaktiver Duroplastvorläufer eine Zusammensetzung, welche durch Polymerisation und/oder Vernetzung zu einem Duroplast ausgehärtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird das Schmelzen in dem Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Erwärmen des wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers mittels eines Strahlungsfelds erreicht. Dadurch wird eine besonders schnelle Übertragung von Wärme auf den reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer und infolge dessen ein gleichmäßiges und vollständiges Schmelzen der Partikel aus reaktivem Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer erreicht, so dass eine Schmelze mit einer über deren Volumen einheitlichen Viskosität erhalten wird, was für eine gleichmäßige und vor allem vollständige Imprägnierung des textilen Materials wesentlich ist. Als Strahlungsfeld wird in diesem Zusammenhang die Gesamtheit der elektromagnetischen Strahlung bezeichnet, die in dem Strahlungsfeld enthalten ist. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das Strahlungsfeld ein Infrarotstrahlungsfeld, ein Ultraviolettstrahlungsfeld, ein Strahlungsfeld aus sichtbaren Lichtstrahlen oder ein Strahlungsfeld aus zwei oder mehr der vorgenannten Strahlungen ist. Dabei ist die Verwendung eines Infrarot-Strahlungsfelds, das von einem Infrarot-Heizstrahler erzeugt wird, besonders bevorzugt, da auf diese Weise eine besonders schnelle und energieeffiziente Erwärmung des Vorläufers erreicht wird.
Um in dem Schritt c) eine besonders gleichmäßige und vollständige Imprägnierung des textilen Materials zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder einen reaktiven Duroplastvorläufer mit einer Schmelzviskosität zwischen 0,1 und 10.000 mPa·s, bevorzugt zwischen 0,5 und 2.500 mPa·s und besonders bevorzugt zwischen 1 und 500 mPa·s einzusetzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer unmittelbar bei dem Schmelzen und während des Schritts c) nicht oder allenfalls unvollständig polymerisiert und/oder wird der wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer unmittelbar bei dem Schmelzen und während des Schritts c) nicht oder allenfalls unvollständig polymerisiert und/oder vernetzt. Dadurch wird es verhindert, dass die Viskosität der Schmelze infolge der Polymerisation auf einen zu hohen Wert ansteigt, bevor eine gleichmäßige und vollständige Imprägnierung des textilen Materials erfolgt ist. Bevorzugt wird durch die Prozessführung sichergestellt, dass eine Polymerisation des reaktiven Thermoplastvorläufers bzw. eine Polymerisation und/oder eine Vernetzung des reaktiven Duroplastvorläufers allenfalls in dem Ausmaß erfolgt, dass die Viskosität der Schmelze des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers maximal 10.000 mPa·s, besonders bevorzugt maximal 2.500 mPa·s und ganz besonders bevorzugt maximal 500 mPa·s beträgt.
Zudem wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer während des Schritts c) in dem Strahlungsfeld auf eine Temperatur erwärmt wird, die zwischen 0 °C und 250 °C, bevorzugt zwischen 10 °C und 100 °C und besonders bevorzugt zwischen 20 °C und 50 °C oberhalb seiner Schmelztemperatur liegt.
Um eine besonders schnelle Erwärmung des reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder des wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers zu erreichen, wird das Strahlungsfeld gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt so eingestellt, dass der auf das textile Material aufgebrachte und in das Strahlungsfeld eingebrachte reaktive Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer in dem Strahlungsfeld binnen höchstens 100 Sekunden, bevorzugt binnen höchstens 60 Sekunden, besonders bevorzugt binnen höchstens 30 Sekunden und höchst bevorzugt binnen höchstens 20 Sekunden vollständig auf seine Schmelztemperatur erwärmt wird.
Insgesamt kann der reaktive Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer in dem Strahlungsfeld für eine Dauer zwischen 1 und 200 Sekunden, bevorzugt zwischen 5 und 60 Sekunden und besonders bevorzugt zwischen 15 und 45 Sekunden erwärmt werden. Nach der Erwärmung kann der wenigstens eine reaktive Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer auf eine Temperatur unterhalb seiner Schmelztemperatur abgekühlt werden. Prinzipiell kann aber auch gleich im Anschluss an die Imprägnierung eine Polymerisation des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers mittels einer weiteren Wärmebehandlung desselben durchgeführt werden.
Wie dargelegt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige und zugleich vollständige Imprägnierung des textilen Materials mit dem reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer erreicht. Darunter wird gemäß der vorliegenden Erfindung verstanden, dass bei dem Imprägnieren wenigstens 60 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 %, insbesondere bevorzugt wenigstens 95 %, ganz besonders bevorzugt wenigstens 98 % und höchst bevorzugt alle der zwischen den Fasern innerhalb der Bündel des textilen Materials vorliegenden Zwischenräume bzw. Hohlräume mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufer ausgefüllt werden. Die zwischen den Faserbündeln vorliegenden Hohlräume sind abhängig von der Auftragsmenge des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers gefüllt, teilweise gefüllt bzw. komplett ungefüllt. Eine derart vollständige Imprägnierung führt zu vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des resultierenden Prepregs mit einer hervorragenden Belastbarkeit, Flexibilität und Drapierbarkeit.
Als Zwischen- bzw. Hohlräume des textilen Materials soll hier die Summe aller Volumina innerhalb der Faserbündel bezeichnet werden, die zwischen den das textile Material ausbildenden Fasern vorliegen, also die Hohlräume ausgenommen etwaiger in den Fasern selbst vorliegender Hohlräume. Weiter können die Zwischen- bzw. Hohlräume auch Bereiche betreffen, die außerhalb der Faserbündel jedoch zwischen benachbarten Faserbündeln ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer wenigstens eine der folgenden Verbindungen:

i) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer und ggf. wenigstens einen Katalysator umfasst,
ii) eine Mischung, welche wenigstens ein Oligomer und ggf. wenigstens einen Katalysator umfasst,
iii) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer, wenigstens ein Oligomer und ggf. wenigstens einen Katalysator umfasst, oder
iv) eine Mischung, welche wenigstens ein Oligomer und/oder wenigstens ein Monomer enthält sowie wenigstens einen Katalysator und wenigstens einen Aktivator enthält.

Als Oligomer wird dabei ein Molekül bezeichnet, das zwischen 2 und weniger als 100 strukturell gleiche Wiederholungseinheiten enthält. Hingegen wird als Polymer ein Molekül bezeichnet, welches wenigstens 100 strukturell gleiche Wiederholungseinheiten enthält.
Konkrete Beispiele für geeignete reaktive Thermoplastvorläufer schließen Vorläufer für einen Thermoplasten ein, welcher aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Polyestern, Polyolefinen, Polyamiden, Polystyrolen, Polyvinylchloriden, Polyacrylnitrilen, Polyacrylaten, Polycarbonaten, Polyetherketonen, Polyethersulfonen, Polysulfonen, Polyimiden, Polyvinylacetalen, Acrylnitril-Butadien-Styrolen und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Thermoplasten besteht. Diese Vorläufer können so ausgewählt werden, dass diese durch eine anionische Polymerisation, durch eine kationische Polymerisation, durch eine radikalische Polymerisation, durch eine Polykondensation, durch eine Polyaddition oder durch eine beliebige andere Polymerisationsart zu dem Thermoplasten aushärten.
Besonders gute Ergebnisse werden beispielsweise erzielt, wenn der Thermoplastvorläufer ε-Caprolactam, also einen Polyamidvorläufer, und/oder zyklisches Butylenterephthalat (CBT), also einen Vorläufer für Polybutylenterephthalat (PBT), enthält. Als Katalysator kann in dem letztgenannten Fall beispielsweise Butylchlorzinndihydroxid eingesetzt werden. Für ε-Caprolactam kann als Aktivator blockiertes Diisocyanat in Caprolactam eingesetzt werden. In letztgenanntem System kann Natrium-Caprolactam in Caprolactam als Katalysator dienen.
Sofern in dem Schritt c) wenigstens ein reaktiver Duroplastvorläufer eingesetzt wird, enthält dieser bevorzugt:

i) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer, ggf. wenigstens einen Katalysator und ggf. wenigstens einen Vernetzer enthält,
ii) eine Mischung, welche wenigstens ein Oligomer, ggf. wenigstens einen Katalysator und ggf. wenigstens einen Vernetzer enthält, oder
iii) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer, wenigstens ein Oligomer, ggf. wenigstens einen Katalysator und ggf. wenigstens einen Vernetzer enthält.

Konkrete Beispiele für geeignete reaktive Duroplastvorläufer schließen Vorläufer für einen Duroplasten ein, welcher aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Phenoplasten, duroplastischen Polyurethanen, Epoxiden, duroplastischen Polyestern, Vinylestern und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Duroplasten besteht.
Phenoplaste sind duroplastische Kunststoffe auf der Basis von durch Polykondensation hergestelltem Phenolharz, weswegen sich als Phenoplastvorläufer beispielsweise Mischungen aus einem Phenol, einem Aldehyd und einer Säure oder Base als Katalysator eignen. Hingegen handelt es sich bei duroplastischen Polyurethanen um vernetzte, Urethangruppen enthaltende Polymere, welche in vorteilhafter Weise durch eine Polyadditionsreaktion aus Polyolen und Polyisocyanaten synthetisiert werden können, wobei das Polyol und/oder das Polyisocyanat trifunktionell oder höherfunktionell ist. Ein entsprechender Duroplastvorläufer enthält somit beispielsweise ein Polyol, ein trifunktionelles Polyisocyanat und einen Katalysator, wie beispielsweise ein Amin oder eine metallorganische Verbindung. Epoxidharze können beispielsweise durch katalytische Polymerisation von Epoxiden oder durch Umsetzung von Epoxiden mit Diolen hergestellt werden, so dass ein entsprechender Epoxidharzvorläufer beispielsweise ein Epoxid, wie Epichlorhydrin, ein Diol, wie Bisphenol A, und einen Katalysator enthält. Hingegen handelt es sich bei duroplastischen Polyestern um vernetzte, Estergruppen enthaltende Polymere, so dass als Vorläufer für duroplastische Polyester beispielsweise eine Mischung aus einem Alkohol, einer Carbonsäure und einem Katalysator eingesetzt wird, wobei der Alkohol und/oder die Carbonsäure trifunktionell oder höherfunktionell ist. Vinylester schließlich werden beispielsweise durch die Veresterung von Epoxidharzen mit Acrylsäure oder Methacrylsäure hergestellt.
Grundsätzlich kann der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer in jeder beliebigen Form auf das textile Material aufgebracht werden, wie beispielsweise in der Form eines Pulvers, eines Granulats oder einer Folie.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass die Imprägnierung des textilen Materials mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer faserschonend bei Atmosphärendruck durchgeführt werden kann, ohne dass eine äußere Druckbeaufschlagung des textilen Materials notwendig ist. Aus diesem Grund wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Imprägnierung des textilen Materials mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer bei Atmosphärendruck durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt als kontinuierliches Verfahren durchgeführt. Vorzugsweise wird das textile Material als Endlosmaterial bereitgestellt. Beispielsweise wird das textile Material in der Form einer zweidimensionalen Bahn oder eines zweidimensionalen Bandes bereitgestellt. Die Bereitstellung des textilen Materials kann durch Abwickeln des textilen Materials von einer Rolle erfolgen. Bei Verwendung eines bahn- oder bandförmigen textilen Materials wird das Strahlungsfeld zweckmäßiger Weise auf eine Flachseite oder beide Flachseiten des Materials gerichtet.
Beispielsweise kann die Fördergeschwindigkeit des textilen Materials während des Verfahrens zwischen 0,5 m/Min. und 100 m/Min., bevorzugt zwischen 1 m/Min. und 6 m/Min. betragen.
Vorzugsweise umfasst das textile Material zumindest eines, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Rovings, unidirektionalen (UD) Schichten, Geweben, Gewirken, Gestricken, Geflechten, Gelegen, Vliesen, Filzen und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Materialien besteht.
Bevorzugt umfasst das textile Material ein Gewebe, welches besonders bevorzugt durch Rovings ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass jeder Roving zwischen 100 und 50.000, bevorzugt zwischen 1.000 und 24.000, besonders bevorzugt zwischen 3.000 und 12.000 Fasern und ganz besonders bevorzugt etwa 6.000 Fasern aufweist.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform weist das textile Material bevorzugt ein Faserflächengewicht zwischen 200 und 600 g/m², besonders bevorzugt zwischen 300 und 500 g/m² und ganz besonders bevorzugt zwischen 350 und 450 g/m² auf.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das textile Material ein Gelege, welches zwischen 1.000 und 1.000.000, bevorzugt zwischen 10.000 und 100.000, besonders bevorzugt zwischen 20.000 und 80.000 und höchst bevorzugt etwa 50.000 Fasern aufweist.
Insbesondere bei dieser Ausführungsform weist das textile Material bevorzugt ein Faserflächengewicht zwischen 10 und 2000 g/m², besonders bevorzugt zwischen 50 und 1500 g/m² und ganz besonders bevorzugt zwischen 200 und 800 g/m² und höchst bevorzugt etwa 600 g/m² auf.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass das textile Material Carbonfasern aufweist, wobei es bevorzugt ist, dass das textile Material wenigstens zu 50 %, bevorzugt wenigstens zu 80 %, besonders bevorzugt wenigstens zu 90 % und höchst bevorzugt vollständig aus Carbonfasern besteht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das in dem Verfahrensschritt a) bereitgestellte textile Material vor dem Aufbringen des wenigstens einen reaktiven Thermoplast- oder Duroplastvorläufers gemäß dem Verfahrensschritt b) einem Trocknungsschritt unterzogen. Ein solcher Trocknungsschritt kann zum Beispiel eine Wärmebehandlung des textilen Materials umfassen, welche beispielswiese in einem Strahlungsfeld, insbesondere in einem IR-Strahlungsfeld, durchgeführt wird. Durch eine solche (Vor)trocknung des textilen Materials wird es verhindert, dass etwaige in dem textilen Material enthaltene Feuchtigkeit den Katalysator des wenigstens einen reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers blockiert und somit zu einer vollständigen Polymerisation des Vorläufers führt.
Zu demselben Zweck wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, vor der Durchführung des Verfahrensschritts b) den reaktiven Thermolast- bzw. Duroplastvorläufer vorzutrocknen, bevor dieser auf das textile Material aufgebracht wird. Der reaktive Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer kann dazu beispielsweise außerhalb der Anlage vorgetrocknet werden und dann in dem vorgetrocknetem Zustand aus einer luftdicht verschlossenen Verpackung, insbesondere aus einem luftdicht verschlossenen Gebinde, entnommen werden, bevor er auf das textile Material aufgebracht wird.
Alternativ oder zusätzlich ist es zu diesem Zweck auch möglich, eine zum Aufbringen des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers vorgesehene Einrichtung, beispielsweise einen Streugutbehälter, wie einen Pulverstreuer, zu inertisieren, beispielsweise durch Überlagerung desselben mit einem Edelgas wie zum Beispiel Argon.
Die auf das textile Material aufzubringende Menge des wenigstens einen reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers wird bevorzugt so angepasst, dass eine vollständige Imprägnierung des textilen Materials erreicht wird, ohne dass sich auf dem textilen Material Schichten des Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers ausbilden. Grundsätzlich kann auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine größere Menge an reaktivem Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufermaterial auf das textile Material aufgebracht werden, als dies zur vollständigen Imprägnierung des textilen Materials mindestens notwendig ist. Aufgrund der niedrigen Viskosität der Schmelze des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers fließt das überschüssige Material des reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers in dem Schritt c) aufgrund der Gravitationskraft durch das textile Material hindurch und tropft auf der Unterseite des textilen Materials von selbst ab, so dass eine vollständige Imprägnierung erreicht wird, ohne dass sich an der Oberseite und/oder der Unterseite des textilen Materials eine unerwünschte Schicht des wenigstens einen reaktiven Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufers ausbildet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Prepreg, das nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. Die hier in Bezug auf das Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen und Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Prepreg. Das erfindungsgemäße Prepreg ist besonders gleichmäßig und vollständig mit dem Thermoplast- bzw. Duroplastvorläufer imprägniert und weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Ferner zeichnet sich das Prepreg durch eine besonders gute Verarbeitbarkeit zu Organoblechen und Hybridbauteilen aus. Insbesondere stellt die Imprägnierung des Prepregs eine selbstklebende Funktionalität des Prepregs bereit, indem die Imprägnierung durch Erwärmung polymerisiert und dabei mit anderen Materialien besonders wirksam verklebt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in dem Prepreg wenigstens 60 %, bevorzugt wenigstens 80 %, insbesondere bevorzugt wenigstens 90 %, besonders bevorzugt wenigstens 95 %, ganz besonders bevorzugt wenigstens 98 % und höchst bevorzugt alle der zwischen den Fasern des textilen Materials vorliegenden Zwischenräume mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufer ausgefüllt.
Das erfindungsgemäße Prepreg eignet sich insbesondere zur Herstellung eines Organoblechs oder eines Hybridbauteils.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Organoblechs, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:

– Herstellen eines Prepregs durch das zuvor beschriebene Verfahren, bei dem wenigstens ein reaktiver Thermoplastvorläufer eingesetzt wird, und
– Polymerisieren des in dem in dem vorherigen Schritt hergestellten Prepreg enthaltenen Thermoplastvorläufers zu dem entsprechenden Thermoplast.

Durch das Aushärten bzw. Polymerisieren des reaktiven Thermoplastvorläufers wird ein Organoblech mit einer thermoplastischen Matrix geschaffen, welche die Fasern des textilen Materials umgibt und dabei die zwischen den Fasern vorliegenden Zwischenräume besonders gleichmäßig und vollständig ausfüllt. Somit wird ein Organoblech mit hervorragenden mechanischen und chemischen Eigenschaften geschaffen. Zur Herstellung eines Organoblechs auf diese Weise sind alle diejenigen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Prepregs geeignet, bei deren Herstellung ein reaktiver Thermoplastvorläufer verwendet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Polymerisation, dass das hergestellte Prepreg einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Vor und/oder während der Polymerisation kann das hergestellte Prepreg mit einem weiteren Prepreg, welches insbesondere auch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein kann, in Kontakt gebracht werden und beide Prepregs können miteinander verbunden werden. Durch die in dem Berührungsbereich stattfindende Polymerisation wird eine besonders feste stoffschlüssige Verbindung zwischen den Prepregs hergestellt, wodurch ein mechanisch besonders belastbares mehrlagiges Organoblech hergestellt werden kann. Die beiden Prepregs können während der Polymerisation aufeinander gepresst werden.
Prinzipiell können auch mehrere bereits vorab polymerisierte Organobleche nachträglich durch Verkleben und/oder Verpressen miteinander verbunden werden, um ein mehrlagiges Organoblech herzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur Herstellung eines Organoblechs als kontinuierliches Verfahren durchgeführt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein mit dem zuvor beschrieben Verfahren erhältliches Organoblech.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils, das einen faserverstärkten Werkstoff und ein weiteres Bauteil umfasst, welches die nachfolgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines Bauteils,
– Herstellen eines Prepregs durch das zuvor beschriebene Verfahren, bei dem wenigstens ein reaktiver Thermoplastvorläufer eingesetzt wird,
– Kontaktieren des Bauteils und des Prepregs und
– Polymerisieren des in dem in dem vorherigen Schritt hergestellten Prepreg enthaltenen Thermoplastvorläufers zu dem entsprechenden Thermoplast.

Während der Polymerisation können das Prepreg und das Bauteil gegeneinander gepresst werden. Das Prepreg und/oder das Bauteil können während der Polymerisation erwärmt werden.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein mit dem zuvor beschrieben Verfahren erhältliches Hybridbauteil.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Prepregs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Prepregs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Organoblechs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
4 eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Organoblechs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 1 zeigt eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Prepregs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Als textiles Material 10 wird ein Köper 2/2 Carbonfasergewebe verwendet, welches aus in Kette und Schuss miteinander verwebten Rovings mit jeweils etwa 6.000 Einzelfilamenten besteht. Das textile Material 10 mit einem Faserflächengewicht von 400 g/m² wird von einem Abwickler 12 abgerollt, wobei auf das textile Material 10 mittels eines Pulverstreuers 14 ein reaktiver Thermoplastvorläufer aufgebracht wird. Als reaktiver Thermoplastvorläufer wird CBT 160^® in Form eines Pulvers 15 verwendet, das von der Firma Cyclics Europe GmbH, Schwarzheide, Deutschland kommerziell vertrieben wird. Der reaktive Thermoplastvorläufer wird in einer Menge von 284 g/m² auf das textile Material 10 aufgebracht.
Der Pulverstreuer 14 umfasst einen trichterförmigen Behälter 16, in dem das Pulver des reaktiven Thermoplasten enthalten ist, sowie eine rotierende Fördereinheit 18 und eine Streueinheit 20.
Nach dem Pulverstreuer 14 wird das textile Material 10 unter einem Infrarot-Heizstrahler 22 durchgeführt, der ein Strahlungsfeld 24 aus mittelwelligen Infrarotstrahlen erzeugt, mit denen das textile Material 10 und das aufgebrachte reaktive Thermoplastvorläuferpulver 15 bestrahlt werden. Durch die Bestrahlung wird der reaktive Thermoplastvorläufer innerhalb von 30 Sekunden auf eine Temperatur von 260 °C gebracht, wodurch der reaktive Thermoplastvorläufer schmilzt und seine Viskosität auf etwa 20 mPa·s absinkt. Die durch das Strahlungsfeld 24 zugeführte Energie dringt dabei tief in den reaktiven Thermoplastvorläufer ein und bewirkt in kurzer Zeit eine homogene Aufschmelzung des reaktiven Thermoplastvorläufers. Die niedrig-viskose reaktive Thermoplastvorläuferschmelze dringt aufgrund der auf den reaktiven Thermoplastvorläufer einwirkenden gravitativen und kapillaren Kräfte tief in das textile Material 10 ein und imprägniert das textile Material 10 gleichmäßig und vor allem vollständig. Dabei wird der reaktive Thermoplastvorläufer gar nicht oder nur teilweise polymerisiert.
Das so entstandene Prepreg wird anschließend auf einen Aufwickler 26 mit einem Innendurchmesser von etwa 15 cm aufgewickelt. Das in der 1 veranschaulichte Verfahren ist als kontinuierliches Endlosverfahren realisiert, wobei das textile Material 10 über den Abwickler 12 kontinuierlich mit einer Fördergeschwindigkeit von 4 m/Min. zugeführt wird.
Das aufgerollte Prepreg kann in der Folge zu einem sechslagigen laminaren Organoblech verpresst und dabei polymerisiert werden, wobei das Verpressen bei einer Temperatur von 260 °C, einem Pressdruck von 5 N/cm² und innerhalb einer Zeitdauer von 8 Minuten abgeschlossen werden kann.
In der 2 ist eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Prepregs nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform des Verfahrens unterscheidet sich von dem in 1 veranschaulichten Verfahren dadurch, dass das textile Material 10, in Förderrichtung gesehen, stromaufwärts des Aufbringens des Pulvers 15 mittels eines durch einen Vorheizstrahler 28 erzeugten Strahlungsfeldes 29 erwärmt und dadurch vorgetrocknet wird.
In der 3 ist eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Organoblechs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dem in dieser Anlage durchgeführten Verfahren wird wie in dem in der 2 veranschaulichten Verfahren ein Prepreg hergestellt, welches allerdings im Unterschied zu dem in der 2 veranschaulichten Verfahren in Förderrichtung hinter dem IR-Heizstrahler 22 einem Umluftofen 30 zugeführt wird, in welchem das textile Material 10 mit seiner Imprägnierung über eine Zeitdauer von 6 Minuten auf eine Temperatur von 260 °C erhitzt und bei dieser gehalten wird, wodurch der imprägnierte Thermoplastvorläufer CBT zu dem Thermoplasten Polybutylenterephthalat (PBT) polymerisiert. In dem entstandenen Organoblech sind die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern des textilen Materials 10 praktisch vollständig von der durch die Polymerisation hergestellten thermoplastischen Matrix ausgefüllt, so dass ein Organoblech mit hervorragenden mechanischen und chemischen Eigenschaften geschaffen wird.
Die 4 zeigt eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Organoblechs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit der ein Verfahren durchgeführt werden kann, welches sich von dem in der 3 veranschaulichten Verfahren dadurch unterscheidet, dass zur Polymerisation des reaktiven Thermoplastvorläufers anstelle des in 3 gezeigten Umluftofens 30 ein von einem weiteren IR-Heizstrahler 32 erzeugtes weiteres IR-Strahlungsfeld 34 verwendet wird.
Bezugszeichenliste

10: textiles Material
12: Abwickler
14: Pulverstreuer
15: Pulver
16: Behälter
18: Fördereinheit
20: Streueinheit
22: Heizstrahler
24: Strahlungsfeld
26: Aufwickler
28: Vorheizstrahler
29: Vorstrahlungsfeld
30: Umluftofen
32: Heizstrahler
34: Strahlungsfeld

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 Patentliteratur

DE 19734417 C1 [0004]
DE 102007012608 A1 [0005]
DE 102006057603 A1 [0006, 0006]
US 2009/0246468 A1 [0007, 0007]
WO 2005/084925 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, umfassend die nachfolgenden Schritte: a) Bereitstellen eines textilen Materials (10), b) Aufbringen wenigstens eines reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens eines reaktiven Duroplastvorläufers auf das textile Material (10) und c) Imprägnieren des textilen Materials (10) mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufer durch Schmelzen des in dem Schritt b) auf das textile Material aufgebrachten wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers, wobei das Schmelzen durch Erwärmen des wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufers und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufers mittels eines Strahlungsfelds (24) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsfeld (24) ein Infrarotstrahlungsfeld, ein Ultraviolettstrahlungsfeld, ein Strahlungsfeld aus sichtbaren Lichtstrahlen oder ein Strahlungsfeld aus zwei oder mehr der vorgenannten Strahlungen eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein reaktiver Thermoplastvorläufer und/oder ein reaktiver Duroplastvorläufer mit einer Schmelzviskosität zwischen 0,1 und 10.000 mPa·s, bevorzugt zwischen 0,5 und 2.500 mPa·s und besonders bevorzugt zwischen 1 und 500 mPa·s eingesetzt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer und/oder der wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer in dem Schritt c) nicht oder zumindest nicht vollständig polymerisiert wird und/oder dass der wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer in dem Schritt c) nicht oder zumindest nicht vollständig vernetzt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer und/oder der wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer in dem Strahlungsfeld (24) auf eine Temperatur erwärmt wird, die zwischen 0 und 250 °C, bevorzugt zwischen 10 und 100 °C und besonders bevorzugt zwischen 20 und 50 °C oberhalb seiner Schmelztemperatur liegt.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer und/oder der wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer in dem Strahlungsfeld (24) für eine Dauer zwischen 1 und 200 Sekunden, bevorzugt zwischen 5 und 60 Sekunden und besonders bevorzugt zwischen 15 und 45 Sekunden erwärmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Imprägnieren wenigstens 60 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 %, insbesondere bevorzugt wenigstens 95 %, ganz besonders bevorzugt wenigstens 98 % und höchst bevorzugt alle der zwischen den Fasern des textilen Materials (10) vorliegenden Hohlräume mit dem wenigstens einen reaktiven Thermoplastvorläufer und/oder wenigstens einen reaktiven Duroplastvorläufer ausgefüllt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine reaktive Thermoplastvorläufer wenigstens eines der folgenden enthält: i) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer und wenigstens einen Katalysator enthält, ii) eine Mischung, welche wenigstens ein Oligomer und wenigstens einen Katalysator enthält, iii) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer, wenigstens ein Oligomer und wenigstens einen Katalysator enthält, oder iv) eine Mischung, welche wenigstens ein Oligomer und/oder wenigstens ein Monomer enthält sowie wenigstens einen Katalysator und wenigstens einen Aktivator enthält.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine reaktive Duroplastvorläufer wenigstens eines der folgenden enthält: i) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer, wenigstens einen Katalysator und ggf. wenigstens einen Vernetzer enthält, ii) eine Mischung, welche wenigstens ein Oligomer, wenigstens einen Katalysator und ggf. wenigstens einen Vernetzer enthält, oder iii) eine Mischung, welche wenigstens ein Monomer, wenigstens ein Oligomer, wenigstens einen Katalysator und ggf. wenigstens einen Vernetzer enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplastvorläufer ε-Caprolactam und/oder zyklisches Butylenterephthalat enthält.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung bei Atmosphärendruck durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als kontinuierliches Verfahren durchgeführt wird.
Prepreg erhältlich durch ein Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche.
Verwendung eines Prepreg nach Anspruch 13 zur Herstellung eines Organoblechs oder eines Hybridbauteils.
Verfahren zur Herstellung eines Organoblechs, welches die nachfolgenden Schritte umfasst: – Herstellen eines Prepregs durch ein Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem wenigstens ein reaktiver Thermoplastvorläufer eingesetzt wird, und – Polymerisieren des in dem in dem vorherigen Schritt hergestellten Prepreg enthaltenen Thermoplastvorläufers zu dem entsprechenden Thermoplast.
Organoblech erhältlich durch ein Verfahren nach Anspruch 15.
Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils, wobei das Verfahren umfasst, – Bereitstellen eines Bauteils, – Herstellen eines Prepregs durch ein Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem wenigstens ein reaktiver Thermoplastvorläufer eingesetzt wird, – Kontaktieren des Bauteils und des Prepregs und – Polymerisieren des in dem in dem vorherigen Schritt hergestellten Prepreg enthaltenen Thermoplastvorläufers zu dem entsprechenden Thermoplast.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Polymerisieren eine Erwärmung des Bauteils und/oder des Prepregs erfolgt.
Hybridbauteil erhältlich durch ein Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 und 18.