DE102011105377B4 - Härtbares Prepreg mit verbesserten Eigenschaften für Verbundstoffe - Google Patents

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Abstract

Härtbarer Prepreg-Stapel, wobei der Stapel mehrere Schichten aus leitfähigen Strukturfasern und mehrere Zwischenschichten aus hitzehärtbarem Harz, die im Wesentlichen frei sind von Strukturfasern, umfasst, wobei mindestens eine Zwischenschicht eine kalandrierte offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen der elektromagnetischen Reaktion von Verbundstoffen, insbesondere auf die Bereitstellung verbesserter Beständigkeit gegen eine Schädigung, die durch Blitzschläge verursacht wird.
  • Hintergrund
  • Verbundstoffe haben gut dokumentierte Vorteile gegenüber traditionellen Baustoffen, insbesondere hinsichtlich der Bereitstellung hervorragender mechanischer Eigenschaften bei sehr geringen Materialdichten. Folglich findet die Verwendung solcher Materialen zunehmend Verbreitung, und ihre Anwendungsgebiete reichen von „Industrie“ und „Sport und Freizeit“ bis hin zu Hochleistungskomponenten in der Luft- und Raumfahrt.
  • Prepregs, die eine mit Harz wie Epoxidharz imprägnierte Faseranordnung umfassen, werden verbreitet bei der Erzeugung solcher Verbundstoffe verwendet. Üblicherweise werden nach Bedarf einige Lagen solcher Prepregs „übereinander geschichtet“ und das resultierende Laminat wird gehärtet, für gewöhnlich indem es erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, wodurch ein gehärtetes Verbundlaminat erzeugt wird.
  • Ein gewöhnlicher Verbundstoff wird aus einem Laminat aus mehreren Prepregfaserschichten gefertigt, z. B. Kohlefasern, zwischen denen Harzschichten eingelagert sind. Es wird angenommen, dass diese Harzschichten die Zähigkeit des endgültigen gehärteten Laminats signifikant verbessern.
  • Obgleich die Kohlefasern über eine gewisse elektrische Leitfähigkeit verfügen, bedeutet die Gegenwart der Zwischenschichten, dass sich diese in dem Verbund nur in der Ebene des Laminats zeigt. Die elektrische Leitfähigkeit in orthogonaler Richtung zur Oberfläche des Laminats, der so genannten z-Richtung, ist gering.
  • Es ist allgemein anerkannt, dass der Mangel an Leitfähigkeit in z-Richtung der Anfälligkeit von Verbundlaminaten für elektromagnetische Gefahren wie Blitzschläge zuzuschreiben ist. Ein Blitzschlag kann den Verbundstoff sehr beträchtlich schädigen und zu einer Katastrophe führen, wenn er während des Fluges auf die Flugzeugstruktur auftrifft. Dies ist daher für Luft- und Raumfahrtstrukturen aus Verbundstoffen ein besonderes Problem.
  • Des Weiteren müssen Verbundstoffe zur Verwendung in der Luft- und Raumfahrt strenge Standards in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften erfüllen. Daher dürfen Verbesserungen der Leitfähigkeit die mechanischen Eigenschaften nicht negativ beeinflussen.
  • Im Stand der Technik sind viele Techniken und Verfahren vorgeschlagen worden, wie man Verbundstoffe vor Blitzschlägen schützen kann, welche für gewöhnlich die Ergänzung leitfähiger Elemente auf Kosten der Erhöhung des Gewichts des Verbundstoffes umfassen.
  • In WO 2008/056123 A1 wurden signifikante Verbesserungen im Hinblick auf die Blitzschlagresistenz vorgenommen, ohne das Gewicht signifikant zu erhöhen oder die mechanischen Eigenschaften zu beeinflussen, indem leitfähige Metallteilchen in den Harzzwischenschichten so eingeführt wurden, dass sie die benachbarten Faserschichten kontaktieren und einen elektrischen Weg in z-Richtung erzeugen.
  • EP 2053078 A1 lehrt ein Prepreg, umfassend leitfähige Teilchen und thermoplastische Teilchen.
  • WO 2009/118509 A1 bezieht sich auf ein Verbundmaterial, das mehrere Faser-Harz-Faser-Schichten aufweist. Die Leitfähigkeit der Zwischenschichten in z-Richtung wird durch Partikel erreicht, die im Harz dispergiert sind.
  • Die vorliegende Erfindung will die oben beschriebenen Probleme beseitigen oder zumindest mildern und/oder allgemeine Verbesserungen liefern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung werden ein Prepreg-Stapel, ein Laminat und die Verwendung, definiert, wie in einem der anhängenden Ansprüche, bereitgestellt.
  • Die Erfindung beschreibt ein härtbares Prepreg, umfassend eine Schicht aus leitfähigen Strukturfasern und einem hitzehärtbaren Harz und umfassend eine kalandrierte offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie.
  • Es wurde festgestellt, dass ein solches Prepreg, allein oder zusammengelegt mit mehreren ähnlichen Prepregs und unter Bildung eines Verbundlaminats gehärtet, hervorragende elektrische Leitfähigkeit in z-Richtung und ebenso eine gute Zähigkeit liefert. Ferner ist die metallbeschichtete Folie leichter zu handhaben als leitfähige Teilchen. Besonders schwierig ist es zum Beispiel, sicherzustellen, dass sie gleichmäßig in dem Verbundstoff verteilt sind. Des Weiteren wird die Zugabe von Teilchen zu dem Harz tendenziell seine Viskosität erhöhen, was weitere Verarbeitungsbeschränkungen und -schwierigkeiten darstellt.
  • Üblicherweise werden die Fasern des Prepregs weitgehend mit dem Harz imprägniert. Beispielsweise sind Prepregs mit einem Harzgehalt von 30 bis 45 Gew.-% bevorzugt.
  • Ebenso liegt das Harz in dem Prepreg bevorzugt als eine im Wesentlichen faserfreie Schicht vor, die zu der Strukturfaserschicht nachbarständig sein kann. Werden mehrere solcher Prepregs zusammengelegt, bilden die faserfreien Harzschichten die Zwischenschichten zwischen den Strukturfaserschichten.
  • Wie oben erörtert sollen die Prepregs gemäß der Erfindung mit anderen Prepregs übereinander geschichtet werden und so einen härtbaren Prepreg-Stapel bilden.
  • So bezieht sich die Erfindung auf einen härtbaren Prepreg-Stapel, wobei der Stapel mehrere Schichten aus leitfähigen Strukturfasern und mehrere Zwischenschichten aus hitzehärtbarem Harz, die im Wesentlichen frei sind von Strukturfasern, umfasst, wobei mindestens eine Zwischenschicht eine kalandrierte offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie umfasst.
  • Ein solcher Stapel kann 4 bis 20 Schichten aus leitfähigen Strukturfasern umfassen, wobei die meisten oder alle Schichten durch eine Zwischenschicht aus hitzehärtbarem Harz getrennt sind. Geeignete Zwischenschichtanordnungen sind in EP0274899 offenbart.
  • Solche Zwischenschichten haben bevorzugt eine durchschnittliche Dicke von 15 bis 50 Mikrometer.
  • Üblicherweise umfassen mehrere Zwischenschichten eine offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie. Die Polymerfolie kann ein thermoplastisches Polymer, ein hitzehärtbares Polymer und/oder eine Kombination der vorstehend genannten Polymere umfassen. Bevorzugt umfasst die/der Polymerfolie oder -schleier ein thermoplastisches Polyamidpolymer. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst mindestens die Hälfte der Zwischenschichten eine offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie. Es ist sogar wünschenswert, dass mindestens 75 % der Zwischenschichten eine solche Folie umfassen, oder sogar im Wesentlichen alle Zwischenschichten.
  • Üblicherweise werden die Fasern in dem Prepreg-Stapel weitgehend mit dem Harz imprägniert sein. Beispielsweise sind Prepreg-Stapel mit einem Harzgehalt von 30 bis 45 % bevorzugt.
  • In dem schließlich gehärteten Verbundlaminat hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die metallbeschichtete Polymerfolie an oder in der Zwischenschicht angeordnet wird. Während der Erwärmungsphase vor dem Härten hat das hitzehärtbare Harz jedoch eine verringerte Viskosität, was die Bewegung der offen strukturierten Folie in die Zwischenschicht fördern kann. Daher muss die offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie in dem Prepreg oder Prepreg-Stapel lediglich mit der Harzschicht in Kontakt und nicht zwingend darin eingebettet sein.
  • Man geht daher davon aus, dass die Verbesserung der Leitfähigkeit in z-Richtung dadurch entsteht, dass die offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie, die Kontaktpunkte mit benachbarten Schichten aus leitfähigen Strukturfasern herstellt, in der Zwischenschicht angeordnet ist.
  • Die Metallbeschichtung kann aus einer Vielzahl elektrisch leitender Metalle ausgewählt sein, zum Beispiel Silber, Kupfer, Nickel, Gold, Platin, Aluminium und Gemischen davon. Ein bevorzugtes Material ist Silber.
  • Die offen strukturierte Folie ist bevorzugt aus Polymerfasern, die vielfältig angeordnet sein können, zum Beispiel willkürlich, gewebt, spunlaced, gestrickt oder locker gelegt.
  • In dieser Ausführungsform sind im Wesentlichen alle Fasern metallbeschichtet, so dass die Folie ein metallisches Aussehen hat.
  • Die offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie kann durch Beschichten einer offen strukturierten Polymerfolie mit einer geeigneten Metallbeschichtung durch irgendein entsprechend in der Technik bekanntes Verfahren wie Aufdampfen, Sintern, Vakuumaufdampfen, Sputtern oder stromloses Abscheiden gefertigt werden.
  • Üblicherweise wird die Dicke der Metallbeschichtung geringer sein als 1,0 Mikrometer, üblicherweise im Bereich von 0,01 bis 1,0 Mikrometern, stärker bevorzugt 0,1 bis 1,0 Mikrometern liegen.
  • Die Polymerfolie kann Fasern mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 40 Mikrometern, bevorzugt 10 bis 20 Mikrometern umfassen.
  • Die Erfindung liefert ebenso den überraschenden Effekt, dass trotz der Gegenwart der offen strukturierten metallbeschichteten Polymerfolie in der Zwischenschicht die verbesserte Zähigkeit in dem schließlich gehärteten Verbundlaminat, welche die Zwischenschicht bietet, nicht negativ beeinträchtigt wird.
  • Die Nutzung eines polymeren Materials als Großteil des Materials der Folie soll eine Vielzahl von Vorteilen bieten. Zunächst kann ein solches Material als ein sehr leichtes Material im Hinblick auf die geringen Materialdichten der meisten Polymere hergestellt werden. Zweitens wird angenommen, dass das polymere Material positiv zur Zähigkeit des endgültigen Verbundlaminats beitragen kann.
  • Daher verbessert eher die polymere Natur der Folie die Zähigkeit als die offen strukturierte Folie, die die Zähigkeit des endgültigen gehärteten Laminats verringert.
  • Geeignete Beispiele für Polymere umfassen Polyamide, wie PA12, PA11, PA6/6 und PA6, Polyester wie PET und PBT, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyimide, wie die Ultems, Polyacrylnitril und Polyphenylsulfid. Auch Vectran (Flüssigkristall-PET), Phenoxy (Grilon MS), TPU (thermoplastisches Polyetherpolyurethan), (p-Phenylenbenzobisoxazol) (PBO-Fasern), Poly-(p-phenylenbenzobisthiazol) (PBT- oder PBZT-Fasern) und auch Fasern, gefertigt aus Copolymeren PA6/PA12, und Gemische davon sind geeignet.
  • Die Polyamide können einen Schmelzpunkt im Bereich von 170 bis 280 °C, bevorzugt 250 bis 260 °C aufweisen.
  • Ein weiterer Vorteil der offen strukturierten Folie ist, dass sie vermutlich die Aufrechterhaltung einer gleichmäßig beabstandeten Zwischenschicht unterstützt. Dies liegt daran, dass die Folie als ein Abstandshalter zwischen nachbarständigen leitfähigen Faserschichten agieren kann.
  • Daher ist die offen strukturierte Folie für gewöhnlich ziemlich dünn mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 30 Mikrometern, bevorzugt 10 bis 20 Mikrometern. Da es wichtig ist, dass die offen strukturierte Folie Kontakte mit nachbarständigen leitfähigen Faserschichten bildet, beträgt die bevorzugt Dicke 50 bis 100 % der durchschnittlichen Dicke der Zwischenschicht.
  • Ebenso wurde festgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn die offen strukturierte Folie eine Dicke aufweist, die innerhalb der Folie nicht signifikant variiert. Dies wird durch Komprimieren der Folie vor der Bildung des Prepregs durch Kalandrieren erreicht. So kann die Dicke der Folie in engen Toleranzen gehalten werden, so dass die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Dicke kleiner als 1,0 Mikrometer ist.
  • Die offen strukturierte Folie zeichnet sich ferner durch den Grad der Offenheit der Folie aus, d. h. den Prozentsatz an durchschnittlicher Oberfläche der Folie, die aus offenen Löchern in der Folie besteht. Die Offenheit kann auch als der Prozentsatz an offenen Flächen in 1 m2 aus der Maschengröße, der Faserdicke und der Anzahl an Maschen in 1 m2 berechnet werden. Die offen strukturierten Folien können einen Grad an Offenheit von 10 bis 90 %, bevorzugt 20 bis 80 %, stärker bevorzugt 30 bis 70 % aufweisen.
  • In der Technik enthalten solche Zwischenschichten üblicherweise thermoplastische Teilchen, die zur Zähigkeit des fertigen gehärteten Verbundstoffes beitragen sollen. In der vorliegenden Erfindung können solche Teilchen nach Bedarf eingesetzt oder alternativ weggelassen werden. Man nimmt an, dass das Polymer der offen strukturierten Folie viel, wenn nicht sogar alles von der durch die thermoplastischen Teilchen gebotenen Zähigkeit liefert, was die Zähigkeitsvorteile, die die thermoplastischen Teilchen bieten, verringert oder ausräumt.
  • So ermöglicht die Erfindung eine weitere Verbesserung dahingehend, dass thermoplastische zäh machende Teilchen weggelassen werden können. Dies kann Schwierigkeiten bei der Verarbeitung, die mit der Handhabung, dem Mischen und der Verteilung solcher Teilchen verbunden sind, weiter vereinfachen. Daher ist bevorzugt die faserfreie Harzschicht in dem Prepreg, und somit auch die Zwischenschicht in dem Prepreg-Stapel im Wesentlichen frei von thermoplastischen Teilchen.
  • Überaus bevorzugt ist die offen strukturierte Folie sehr leicht. Dies ist umso wichtiger in Ausführungsformen, die viele Schichten aus einem solchen Material umfassen. Überraschend wurde festgestellt, dass die Verbesserungen der Leitfähigkeit und Zähigkeit mit einer solchen leichten Folie erreicht werden können. Daher hat die offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie bevorzugt ein Gewicht von 5 bis 20 Gramm pro Quadratmeter (gqm), bevorzugt 5 bis 50 gqm, 5 bis 30 gqm oder 5 bis 20 gqm. Die nicht beschichtete metallbeschichtete Polymerfolie hat ein Gewicht von 3 bis 45 gqm, bevorzugt 2 bis 40 gqm, stärker bevorzugt 2 bis 35 gqm und am stärksten bevorzugt 2 bis 18 gqm.
  • Die Prepregs der vorliegenden Erfindung selbst sind sehr dünn, zum Beispiel 0,2 bis 5,0 mm dick, stärker bevorzugt 0,5 bis 2 mm und noch stärker bevorzugt 0,2 bis 1 mm dick.
  • Wir haben ferner festgestellt, dass die Zähigkeit eines Laminats, das das härtbare Prepreg der Erfindung umfasst, im Vergleich zu einem Laminat, das ein härtbares Prepreg ohne eine Polymerfolie umfasst, besser ist.
  • Die Fasern in den Strukturfaserschichten können unidirektional, gewebeförmig oder multi-axial sein. Bevorzugt sind die Fasern unidirektional, und ihre Ausrichtung wird innerhalb des Prepreg-Stapels und/oder Laminats variieren, zum Beispiel durch Anordnung der Fasern in benachbarten Schichten orthogonal zueinander in einer so genannten 0/90-Anordnung, welche die Winkel zwischen benachbarten Faserschichten kennzeichnen. Von vielen anderen Anordnungen sind natürlich auch andere Anordnungen möglich, 0/+45/-45/90.
  • Die Fasern können gerissene (d. h. dehnungsgerissene), selektiv diskontinuierliche oder kontinuierliche Fasern umfassen.
  • Leitfähige Fasern können aus einer Vielzahl von Materialien, wie metallisiertem Glas, Kohlenstoff, Graphit, metallisierten Polymeren und Gemischen davon, hergestellt werden. Kohlefasern sind bevorzugt.
  • Das hitzehärtbare Harz kann aus den üblicherweise in der Technik bekannten, wie Harzen von Phenol-formaldehyd, Harnstoff-formaldehyd, 1,3,5-Triazin-2,4,6-triamin (Melamin), Bismaleimid, Epoxidharzen, Vinylesterharzen, Benzoxazinharzen, Polyestern, ungesättigten Polyestern, Cyanatesterharzen oder Gemischen davon, ausgewählt werden.
  • Besonders bevorzugt sind Epoxidharze, zum Beispiel monofunktionelle, difunktionelle oder trifunktionelle oder tetrafunktionelle Epoxidharze. Bevorzugte difunktionelle Epoxidharze umfassen den Diglycidylether von Bisphenol F (z. B. Araldite GY 281), den Diglycidylether von Bisphenol A, Diglycidyldihydroxynaphthalin und Gemische davon. Ein überaus bevorzugtes Epoxidharz ist ein trifunktionelles Epoxidharz mit mindestens einem meta-substituierten Phenylring in seiner Hauptkette, z. B. Araldite MY 0600. Ein bevorzugtes tetrafunktionelles Epoxidharz ist Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan (z. B. Araldite MY721). Auch eine Mischung aus di- und trifunktionellen Epoxidharzen ist überaus bevorzugt.
  • Das hitzehärtbare Harz kann ebenso ein oder mehrere Härtungsmittel umfassen. Geeignete Härtungsmittel umfassen Anhydride, insbesondere Polycarbonsäureanhydride; Amine, insbesondere aromatische Amine, z. B. 1,3-Diaminobenzol, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, und insbesondere die Sulfone, z. B. 4,4'-Diaminodiphenylsulfon (4,4'-DDS) und 3,3'-Diaminodiphenylsulfon (3,3'-DDS), und die Phenol-formaldehydHarze. Bevorzugte Härtungsmittel sind die Aminosulfone, insbesondere 4,4'-DDS und 3,3'-DDS.
  • Nach der Bildung wird das Prepreg oder der Prepreg-Stapel gehärtet, indem es erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck ausgesetzt wird, wodurch ein härtbares Laminat erzeugt wird. Es können bekannte Härtungsverfahren wie die Vakuumsack-, Autoklav- oder Pressvulkanisations-Verfahren eingesetzt werden.
  • Die erzeugten gehärteten Laminate verfügen über einen außergewöhnlich geringen elektrischen Widerstand, wobei bei einem 3 mm dicken Laminat ein elektrischer Widerstand von weniger als 5Ω, bevorzugt weniger als 2Ω, weniger als 1Ω oder sogar weniger als 0,5Ω möglich ist, wie in z-Richtung gemäß dem nachstehend beschriebenen Testverfahren gemessen. Die gehärteten Laminate verfügen ferner über eine bessere Zähigkeit im Vergleich zu gehärteten Laminaten, in denen keine polymere Folie vorliegt.
  • Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, insbesondere für die Bildung von Flugzeugkarosserieblechen.
  • Ebenso wie die Blitzschlagresistenz soll auch ein Phänomen, bekannt als „Randglühen“, nach einem Blitzschlag verringert oder verhindert werden. Dies wird durch den Aufbau elektrischer Ladung an den Rändern einer Verbundstruktur verursacht und kann zu einer Zündquelle werden.
  • Es wurde festgestellt, dass Verbundstoffe zur Verwendung in Flugzeugkarosseriestrukturen unter diesen Randglühproblemen leiden können. Dies ist insbesondere dann ein gefährliches Problem, wenn Verbundstoffe einen Teil eines Treibstofftankkonstruktes bilden sollen.
  • Daher ist die Erfindung bestens geeignet, um eine gehärtete Laminatverbundkomponente eines Flugzeugtreibstofftankkonstruktes bereitzustellen.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die folgenden Figuren veranschaulicht, wobei
    • 1 ein Bild eines Querschnitts durch ein gehärtetes Verbundlaminat gemäß der Erfindung ist.
    • 2 ein Bild eines Querschnitts durch ein anderes gehärtetes Verbundlaminat gemäß der Erfindung ist.
  • Beispiele
  • Testverfahren bezüglich des Widerstandes von Verbundlaminaten
  • Durch Autoklavenhärtung wurde aus einem Prepreg eine 300 mm × 300 mm × 3 mm große Platte hergestellt. Die Konfektionierung der Platte war 0/90. Probestücke (üblicherweise drei bis vier) zum Testen wurden aus der Platte mit Größen von 36 mm × 36 mm geschnitten. Die quadratischen Flächen der Probestücke wurden zum Freilegen der Kohlefasern abgeschliffen (zum Beispiel auf einer Linisher-Maschine). Dies ist nicht erforderlich, wenn während der Härtung Abreißgewebe verwendet wird. Übermäßiges Abschleifen wird vermieden, da dieses nach der ersten Lage eindringt. Die quadratischen Flächen wurden dann mit einem elektrisch leitfähigen Metall, üblicherweise eine dicke Schicht aus Gold, mittels einem Zerstäuber beschichtet. Jegliches Gold oder Metall an den Seiten der Probestücke wurde durch Abschleifen vor dem Testen entfernt. Die Metallbeschichtung stellt einen geringen Kontaktwiderstand sicher.
  • Eine Energiequelle (TTi EL302P programmierbares 30V/2A-Netzgerät, Thurlby Thandar Instruments, Cambridge, UK), die sowohl die Spannung als auch den Strom variieren kann, wurde zum Bestimmen des Widerstandes verwendet. Das Probestück wurde mit den Elektroden (verzinntes Kupfergeflecht) der Energiequelle verbunden und unter Verwendung einer Klemme festgehalten, wobei sichergestellt wurde, dass die Elektroden sich nicht berührten oder andere metallische Oberflächen kontaktierten, da dies ein falsches Ergebnis liefern wird. Die Klemme wies eine nicht-leitfähige Beschichtung oder Schicht auf, um so eine elektrische Leitung von einem Geflecht zum anderen zu verhindern. Es wurde ein Strom von 1 A angelegt und die Spannung festgestellt. Unter Verwendung des Ohm'schen Gesetztes kann dann der Widerstand R berechnet werden (R = V / I). Der Test wurde an jedem der ausgeschnittenen Probestücke durchgeführt, um so eine Reihe von Werten zu erhalten. Um das Vertrauen in den Test sicherzustellen, wurde jedes Probestück zweimal getestet.
  • Beispiel 1
  • Acht Lagen eines M21E-Prepregs (erhältlich von Hexcel) wurden übereinander gelegt (0/90). Zwischen jeder Lage wurde ein Polyamidschleier (PA 6/6) angeordnet, der mit Silber beschichtet war und anschließend kalandriert wurde, wodurch ein Material erzeugt wurde, das sowohl leicht als auch sehr dünn war.
  • Das Prepreg wurde in einem Autoklaven bei 180 °C und 3 bar Druck gehärtet. Der Widerstand durch die Dicke wurde wie oben angegeben bestimmt, und das Ergebnis war wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt und wurde mit dem Vergleichsbeispiel verglichen, das durch dasselbe Verfahren gefertigt wurde und Zwischenschichten aufwies, die zwar Harz aber keinen silberbeschichteten Schleier umfassten. Tabelle 1
    Plattenbeschreibung Widerstand durch die Dicke (Ohm)
    Vergleichsbeispiel 7,0
    Beispiel 1 0,40
  • Bilder von Querschnitten durch den Verbundstoff von Beispiel 1 sind in den 1 und 2 gezeigt. Die Querschnitte zeigen den Schleier, der als eine Zwischenschicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 25 Mikrometern dient. Ebenso berührt der Schleier die Kohlenstofflagen.
  • Beispiel 2
  • 8 Lagen eines M21E-Prepregs (erhältlich von Hexcel) wurden unter Bildung eines Laminats von Probe A übereinander gelegt. Dieses Material wurde in einem Autoklaven bei 180 °C und 3 bar Druck gehärtet. Der Widerstand durch die Dicke wurde wie oben angegebenen bestimmt. 8 Lagen eines M21E-Prepregs, enthaltend 0,5 Gew.-% fester Kohlemikrokügelchen in dem Harz, wurden unter Bildung eines Laminats von Probe B übereinander gelegt. Dieses Material wurde ebenso in einem Autoklaven bei 180 °C und 3 bar Druck gehärtet. Erneut wurde der Widerstand durch die Dicke bestimmt. Schließlich wurden 8 Lagen eines M21E-Prepregs mit silberbeschichteten Polyamid-PA12-Polymerfolien in den Zwischenschichten zwischen den Lagen unter Bildung eines Laminats von Probe C übereinander gelegt. Erneut wurde der Widerstand durch die Dicke bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
    Plattenbeschreibung Widerstand durch die Dicke (Ohm)
    Probe A 5 - 10
    Probe B 0,4
    Probe C 0,4

Claims (15)

  1. Härtbarer Prepreg-Stapel, wobei der Stapel mehrere Schichten aus leitfähigen Strukturfasern und mehrere Zwischenschichten aus hitzehärtbarem Harz, die im Wesentlichen frei sind von Strukturfasern, umfasst, wobei mindestens eine Zwischenschicht eine kalandrierte offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie umfasst.
  2. Prepreg-Stapel nach Anspruch 1, wobei mindestens die Hälfte der Zwischenschichten eine offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie umfasst.
  3. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallbeschichtung ausgewählt ist aus Silber, Kupfer, Nickel, Gold, Platin, Aluminium und Gemischen davon, bevorzugt Silber.
  4. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Metallbeschichtung geringer als 1,0 Mikrometer ist.
  5. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kalandrierte offen strukturierte Folie eine Dicke im Bereich von 5 bis 30 Mikrometern, bevorzugt 10 bis 20 Mikrometern hat.
  6. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kalandrierte offen strukturierte Folie eine Dicke von 50 bis 100 % der durchschnittlichen Dicke des Harzes oder der entsprechenden Zwischenschicht hat.
  7. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Dicke der offen strukturierten Folie geringer ist als 1,0 Mikrometer.
  8. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kalandrierte offen strukturierte Folie einen Grad an Offenheit von 10 bis 90 %, bevorzugt 20 bis 80 %, stärker bevorzugt 30 bis 70 % aufweist.
  9. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die faserfreie Harzschicht oder Zwischenschicht im Wesentlichen frei ist von thermoplastischen Teilchen.
  10. Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kalandrierte offen strukturierte metallbeschichtete Polymerfolie ein Gewicht von 5 bis 20 Gramm pro Quadratmeter hat.
  11. Gehärtetes Laminat, erhältlich, indem ein Prepreg-Stapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck ausgesetzt wird.
  12. Gehärtetes Laminat nach Anspruch 11, das, wenn es 3 mm dick ist, einen elektrischen Widerstand von weniger als 5Ω, bevorzugt weniger als 2Ω, weniger als 1Ω oder sogar weniger als 0,5Ω aufweist.
  13. Gehärtetes Laminat nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, welches ein Teil einer Strukturkomponente für die Luft- und Raumfahrt ist.
  14. Verwendung einer kalandrierten offen strukturierten metallbeschichteten Polymerfolie in einem härtbaren Prepreg, umfassend eine Schicht aus leitfähigen Strukturfasern und ein hitzehärtbares Harz, zur Erhöhung der Leitfähigkeit durch die Dicke des gehärteten Prepregs, wobei die Polymerfolie ein thermoplastisches Polymer umfasst und die Polymerfolie in Kontakt mit dem härtbaren Harz ist, wobei die Polymerfolie in Kombination mit mehreren härtbaren Prepregs verwendet wird, wobei die mehreren härtbaren Prepregs eine oder mehrere Zwischenschichten bilden, wobei die Polymerfolie in einer oder mehreren dieser Zwischenschichten angeordnet ist.
  15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei die offen strukturierte Folie eine Dicke von 50 bis 100 % der durchschnittlichen Dicke des Harzes oder der Zwischenschicht hat.
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