DE102012010583A1

DE102012010583A1 - Gelcoat auf Epoxidharzbasis zur Oberflächenvergütung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen

Info

Publication number: DE102012010583A1
Application number: DE102012010583A
Authority: DE
Inventors: Jens Büning; Jochen Wehner
Original assignee: Mankiewicz Gebr and Co GmbH and Co KG
Current assignee: Mankiewicz Gebr and Co GmbH and Co KG
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CN104185662B; MX367174B; CA2867755C; IN2014DN07594A; WO2013174362A1; HK1199899A1; US20150093582A1; KR101738485B1; EP2852643A1; DE112013002600A5; KR20140143831A; CA2867755A1; US20180291231A1; CN104185662A; MX2014009966A; BR112014028806A2; US10023762B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen zur Herstellung eines Gelcoats enthaltend eine Stammkomponente und eine Härterkomponente, wobei die Zusammensetzung zumindest ein Epoxidharz, zumindest ein Polyol, zumindest ein Amin und maximal 5 Gewichtsprozent Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Gelcoats und Verfahren zur Oberflächenvergütung von faserverstärkten Kunststoffen sowie Verfahren zur Herstellung von oberflächenvergüteten Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere Herstellungsverfahren, welche Prepregs einsetzen.

Description

Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen auf Basis von Epoxidharzen zur Herstellung von Gelcoats und die Verwendung dieser Gelcoats zur Oberflächenvergütung von faserverstärkten Kunststoffen. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der Gelcoats sowie Verfahren zur Herstellung von oberflächenvergüteten Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere Herstellungsverfahren, welche Prepregs einsetzen.
Oberflächen von Laminaten bzw. Bauteilen aus Fasern wie z. B. Glas-, Kohle- oder Kunststofffasern in einer Matrix aus härtbaren Harzen wie z. B. Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen oder Vinylesterharzen haben in der Regel wenig ansehnliche Oberflächen, die außerdem nicht licht- und witterungsbeständig sind. Sollen diese Bauteile in Anwendungen, bei denen dekorative oder bewitterungsbeständige Oberflächen erforderlich sind, eingesetzt werden, so müssen sie mit Schutzbeschichtungen versehen werden.
In der Regel werden die Bauteiloberflächen mit entsprechenden Beschichtungsstoffen lackiert, wobei vor allem bewitterungsbeständige und vor Korrosion schützende Lacke z. B. auf Basis von aliphatischen Polyurethanen eingesetzt werden. Um eine ausreichende Haftung der Beschichtung auf dem Bauteil zu erhalten, müssen die zu lackierenden Oberflächen jedoch aufwendig vorbehandelt werden. Eine lackierfähige Oberfläche wird üblicherweise in mehreren Verfahrensschritten erhalten. Zunächst wird die Oberfläche des entformten Bauteils abgeschliffen, um vorhandenes Formtrennmittel vollständig zu entfernen. Anschließend wird die Oberfläche mit einer Spachtelmasse beschichtet oder gespachtelt, um die durch das Abschleifen freigelegten Oberflächendefekte wie Poren oder hervorstehende einzelne Fasern auszugleichen. Nach dem Aushärten der Spachtelmasse wird die Oberfläche erneut geschliffen, um eine glatte, lackierfähige Oberfläche zu erhalten.
Eine Alternative zu diesen zeit- und arbeitsaufwendigen Vorbehandlungsverfahren ist der Einsatz eines Gelcoats. Als Gelcoat wird eine Zusammensetzung basierend auf einem Harzsystem bezeichnet, das in einem In-Mold-Verfahren auf Oberflächen von Bauteilen in Verbundbauweise aufgebracht wird. Durch den Einsatz von Gelcoats werden im Herstellungsprozess des Bauteils vergütete Oberflächen erhalten, die glatt und gleichzeitig gut schleifbar sind. Sie können nach dem Schleifen direkt lackiert werden. In der Regel wird der Gelcoat als erste Schicht in eine Bauteilform appliziert und soweit vorgehärtet bzw. angeliert, dass er den Trockengrad 6 nach DIN 53 150 aufweist und die mechanischen Anforderungen des weiteren Verfahrens erfüllt. Auf dem angelierten Gelcoat-Film werden die Fasern z. B. in Form von Geweben, Vliesen oder Gelegen und das Laminierharz, das die als Matrix eingesetzten härtbaren Harze enthält, aufgebracht. Der gesamte Aufbau wird anschließend ausgehärtet. Der Gelcoat-Film muss so stabil sein, dass die Fasern aufgelegt und gegebenenfalls wieder abgezogen werden können, ohne den Film zu beschädigen. Bei sehr großen Formen wie z. B. Rotorblättern für Windkraftanlagen, werden Fasergewebe oder -vliese üblicherweise per Hand aufgelegt. Der Gelcoat-Film muss daher auch ohne Beschädigung begehbar sein.
Bisher werden gefüllte Gelcoats eingesetzt. Der im Harzsystem verteilte Füllstoff baut ein Gerüst auf, das schon bei einer geringen Vorhärtung bzw. einem geringen Fortschritt der Härtungsreaktion des Gelcoats die notwendige mechanische Stabilität bewirkt. Vorteilhafter ist die Verwendung transparenter Gelcoats, da Laminierfehler wie zum Beispiel Gasblasen oder trockene, nicht harzbenetzte Stellen im Laminat unmittelbar nach der Entformung des Bauteils erkannt und repariert werden können. Transparente Gelcoats ohne Füllstoffe müssen deutlich stärker vorgehärtet werden, um die geforderte Stabilität des Films zu erreichen. Der stärkere Fortschritt der Aushärtungsreaktion führt jedoch zu deutlich kürzeren Laminierzeiten. Als Laminierzeit wird dabei der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, in dem der in die Form applizierte Gelcoat-Film klebfrei ist, und dem Zeitpunkt, in dem der Gelcoat-Film überlaminiert sein muss, um noch eine Haftung zwischen Gelcoat und Laminat sicherzustellen, bezeichnet.
Transparente Gelcoats werden aus diesen Gründen bisher nur zur Herstellung von Laminaten unter Verwendung von flüssigen Laminierharzen eingesetzt. In Prepreg-Verfahren muss die mechanische Stabilität des Gelcoat-Films deutlich höher sein, da die Klebrigkeit der Prepregs ihre Handhabung insbesondere das Aufbringen auf den Gelcoat-Film erschwert.
Positionskorrekturen sind in Regel nicht möglich, da beim Abziehen des Prepregs vom Gelcoat-Film der Film reißt oder gar der gesamte Aufbau aus der Form gerissen wird. Wird der Gelcoat-Film jedoch starker vorgehärtet, um eine höhere Stabilität zu erreichen, wird die Lamierzeit zu kurz, um die Laminatschichten insbesondere in größeren Formen aufbauen zu können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Mittel und Verfahren zur Verfügung zu stellen, die den Einsatz von transparenten Gelcoats unter Beibehaltung der bekannten Vorteile insbesondere im Prepreg-Verfahren ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Zusammensetzung zur Herstellung eines Gelcoats gemäß Hauptanspruch sowie durch ihre Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung eines mit Gelcoat beschichteten Bauteils gemäß den Nebenansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen offenbaren die Unteransprüche und die Beschreibung.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zur Herstellung eines Gelcoats enthaltend eine Stammkomponente, die zumindest ein oder mehrere Epoxidharze und ein oder mehrere Polyole aufweist, und eine Härterkomponente, die ein oder mehrere Amine aufweist. Im Unterschied zu den üblichen Gelcoat-Harzsystemen auf Basis radikalisch härtender Harze wie ungesättigter Polyester (UP), Vinylester oder Acrylat-terminierter Oligomere, zeigen die erfindungsgemäßen Gelcoats auf Basis von Epoxidharzen keine Monomeremissionen. Auch zeigen sie wenig bis keinen Schrumpf während des Aushärtens, so dass Spannungen in der Grenzfläche Verbundwerkstoff/Gelcoat vermieden werden und eine stabile Grenzfläche erhalten wird. Weiterhin zeigen Verbundwerkstoffen auf Basis von Epoxidharzen (EP) gute Haftung zu den erfindungsgemäßen Gelcoats.
Erfindungsgemäß geeignete Epoxidharze sind aromatische Glycidylverbindungen wie z. B. Glycidylether des Bisphenol A, Glycidylether des Bisphenol F, Phenolnovolak-Glyzidylether, Kresolnovolak-Glycidylether, Glyoxaltetraphenoltetraglycidylether, p-tert.-Butyl-Phenylglycidylether, Kresylglycidylether, N,N-Diglycidylanilin, p-Aminophenol-triglycid, 4,4-Diaminodiphenylmethan-tetraglycid, cycloaliphatische Glycidylverbindungen, wie z. B. Tetrahydrophtalsäurediglycidylether, Hexahydrophtalsäurediglycidylether, Cyclohexan-Dimethanol-Diglycidylether, Glycidylether von hydriertem Bisphenol A und Glycidylether von hydriertem Bisphenol F, epoxidierte Cycloolefine, aliphatische Glycidylether wie z. B. Trimethylolpropantriglycidylether, die Diglycidylether von 1,6-Hexandiol und 1,4-Butandiol, n-Dodecylglycidylether, n-Tetradecylglycidylether sowie Glycidylether von Polyoxyalkylenpolyolen. Dabei können nieder- und mittelviskose flüssige Epoxidharztypen, halbfeste und feste Epoxidharztypen sowie deren Gemische eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt werden Glycidylether des Bisphenol A, Glycidylether des Bisphenol F, Trimethylolpropantriglycidylether und deren Gemische eingesetzt. Die Epoxidharze werden in Mengen von 40 bis 90, bevorzugt von 60 bis 80, besonders bevorzugt von 65 bis 75, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente eingesetzt.
Weiterhin weist die Zusammensetzung ein oder mehrere Polyole auf. Die Polyole können sowohl in der Stammkomponente als auch in der Härterkomponente enthalten sein. Erfindungsgemäß bevorzugt werden die Polyole in der Stammkomponente eingesetzt. Geeignete Polyole sind z. B. Polyacrylat-Polyole, Polyester-Polyole, Polyether-Polyole, Polycarbonat-Polyole, Polycaprolactone sowie Polyurethan-Polyole. Bevorzugte mittlere Molmassen bezogen auf das Zahlenmittel der Polyole sind 1000 bis 3000, bevorzugt 1500 bis 2500, besonders bevorzugt 1800 bis 2000, g/mol. Die Polyole werden in Mengen von 2 bis 40, bevorzugt von 5 bis 30, besonders bevorzugt von 10 bis 20, Gewichtsprozent Polyole bezogen auf die Stammkomponente einschließlich der Polyole eingesetzt. Bevorzugt werden Polytetrahydrofuran-Polyole eingesetzt.
Um die Applikation der transparenten Gelcoats zu erleichtern, können Füllstoffe und/oder Pigmente in geringen Mengen eingesetzt werden. Als Füllstoffe werden im Weiteren aus Teilchen bestehende, im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Substanzen verstanden, die zur Beeinflussung optischer Eigenschaften verwendet werden. Zusätzlich können sie auch zur Vergrößerung des Volumens, zur Erzielung oder Verbesserung technischer Eigenschaften beitragen. Im Weiteren werden unter dem Begriff Pigmente im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Substanzen verstanden, die als farbgebende Substanzen oder Farbmittel eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden zur besseren Handhabung ganz leicht mit Füllstoffen und/oder Pigmenten eingetrübt, so dass bei der Applikation erkennbar ist, wo schon Material appliziert wurde. Dazu enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung bevorzugt in der Stammkomponente maximal 5, bevorzugt maximal 2, besonders bevorzugt maximal 1, ganz besonders bevorzugt maximal 0,5, Gewichtsprozent Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente. Werden größere Mengen eingesetzt, wird die Zusammensetzung intransparent. Geeignete Füllstoffe und Pigmente sind z. B. mineralische Stoffe wie Kaolin oder Talkum, synthetische Stoffe wie z. B. Bariumsulfat oder Calciumcarbonat sowie die in der Lackherstellung üblicherweise eingesetzten anorganischen oder organischen Pigmente und deren Gemische. Erfindungsgemäß bevorzugt wird Titandioxid oder Ruß eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Härterkomponente ein oder mehrere Amine auf. Geeignete Amine sind z. B. Polyamine aus der Gruppe der Polyethylenpolyamine wie z. B. Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, 1,3-Pentandiamin, 2-Methylpentamethylendiamin, Propylenamine wie z. B. Propylendiamin, Dipropylentriamin, Diethylaminopropylamin, Trimethylhexamethylendiamin, Polyetherpolyamine wie z. B. Polyoxypropylendiamine oder Polyoxypropylentriamine, Polyoxypropylenpolyamine, Polyoxyethylenpolyamine, Polytetrahydrofuranpolyamine oder Butandioletherdiamin oder N-Aminopropylcyclohexylamin, Alkylendiamine wie z. B. Hexamethylendiamin, Trimethylhexamethylendiamin oder Methylpentamethylendiamin, cycloaliphatische Amine wie z. B. Tricyclododecandiamin, N-Aminoethylpiperazin, Isophorondiamin oder Diaminocyclohexan, aromatische Amine wie z. B. Diaminodiphenylmethan oder Diaminodiphenylsulfon, araliphatische Amine wie z. B. m-Xylylendiamin und deren Modifikationen wie beispielsweise Polyaminoamide, Mannichbasen und Epoxidaddukte sowie deren Mischungen. Bevorzugt werden cycloaliphatische Amine insbesondere Isophorodiamin eingesetzt. Die Amine werden in Mengen von 60 bis 100, bevorzugt von 80 bis 95, besonders bevorzugt von 85 bis 95, Gewichtsprozent bezogen auf die Härterkomponente eingesetzt.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Härterkomponenten Beschleuniger enthalten. Geeignete Beschleuniger sind tertiäre Amine wie z. B. N,N-Dimethylanilin oder Benzyldimethylamin, Alkoholate, Imidazole, Mannichbasen wie z. B. Dimethylaminomethylphenol oder Tris(dimethylamino-methyl)-Phenol, Bortrifluordikomplexe, Broenstedt-Säuren, Alkylphenole, Polyphenole, Onium-Salze, Triarylsulfoniumsalze, Eisen-Aren-Komplexe oder Salze von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie z. B. Lithiumbromid oder Calciumnitrat. Bevorzugte Beschleuniger sind Phenole, Polyphenole, Alkali- und Erdalkalimetallsalze. Besonders bevorzugt wird Calciumnitrattetrahydrat eingesetzt. Die Beschleuniger werden in Mengen von 0,2 bis 40, bevorzugt von 0,5 bis 20, besonders bevorzugt von 1 bis 10, Gewichtsprozent bezogen auf die Härterkomponente eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung Weichmacher. Geeignete Weichmacher sind Polyurethanprepolymere mit blockierten Isocyanatgruppen. Die Weichmacher können dabei sowohl in der Stammkomponente als auch in der Härterkomponente eingesetzt werden. In der Stammkomponente werden bevorzugt Isocyanatprepolymere blockiert mit substituierten Phenolen und/oder Pyrazolen eingesetzt wie sie in der Patentanmeldung EP 0688803 A1 beschreibt. Die Patentanmeldung EP 0688803 A1 wird hiermit ausdrücklich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen. Besonders bevorzugt sind lineare Polymere mit Alkylphenol verkappten endständigen Isocyanatgruppen. Werden die Weichmacher in der Härterkomponente eingesetzt, so sind Isocyanatprepolymere bevorzugt, deren Isocyanatgruppen mit sekundären Monoaminen blockiert sind wie in der Patentanmeldung EP 0457089 A2 beschrieben. Die Patentanmeldung EP 0457089 A2 wird hiermit ausdrücklich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen die üblichen, dem Fachmann geläufigen Additive enthalten. So können beispielsweise Rheologie-Additive wie pyrogene Kieselsäure, Verlaufshilfsmittel oder Entschäumer in den üblichen Mengen eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Einsatz von Epoxidharzen und Aminen im molaren Verhältnis der Epoxidgruppen zu gegen Epoxidgruppen reaktiven N-H-Gruppen (EP:N-H) von 1 zu 0,7 bis 1 zu 1,4, besonders bevorzugt von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,3, ganz besonders bevorzugt von 1 zu 0,9 bis 1 zu 1,2.
Die aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen herstellbaren Gelcoats sind transparent, d. h. wenig deckfähig. Die Deckfähigkeit der erfindungsgemäßen Gelcoats wird nach DIN EN ISO 2814 auf einer Karokarte bestimmt. Eine Abdeckung der Karos konnte erst bei Schichtdicken über 1 mm festgestellt werden. Die üblicherweise eingesetzte Schichtdicke eines Gelcoats liegt mit etwa 500 μm deutlich darunter.
Die erfindungsgemäßen Gelcoats haben relativ kurze Angelierzeiten. Durch ihre kurzen Angelierzeiten wird die Belegungszeit der Form deutlich verringert, was kürze Formbelegungszyklen erlaubt. Sie sind im angelierten Zustand als Gelcoat-Film zäh und nicht spröde. Der Vergleich mit üblichen transparenten Gelcoats zeigt für die erfindungsgemäßen Gelcoats eine deutlich bessere Bruchdehnung und Weiterreißfestigkeit. Auch ist auf den erfindungsgemäßen Gelcoat-Filmen eine Repositionierung von aufgelegten Prepregs ohne Beschädigung möglich.
Die erfindungsgemäßen Gelcoats weisen trotz ihrer Transparenz die für die weiteren Verfahrensschritte erforderliche mechanische Stabilität auf. Insbesondere erfüllen sie auch die erhöhten Anforderungen zur Herstellung von Laminaten bzw. Faserkunststoffverbundbauteilen im Prepreg-Verfahren. Sie zeigen ebenso wie die üblichen, gefüllten Gelcoats gute Haftung auf dem Laminat, sind im ausgehärteten Zustand gut schleifbar und lackierfähig.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Gelcoats zur Oberflächenvergütung von Faserkunststoffverbundbauteilen oder Laminaten. Bevorzugt werden die Gelcoats dabei in einem In-Mold-Verfahren auf Oberflächen der Bauteile aufgebracht. Dazu wird der Gelcoat-Film als erste Schicht in die Bauteilform eingebracht. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird nach dem Vermischen ihrer Reaktionskomponenten, der Stamm- und der Härterkomponente, innerhalb der Topfzeit zuerst in eine Form eingetragen. Die Topfzeit ist dabei der Zeitraum, in dem die Mischung verarbeitbar ist. Sie beginnt mit dem Zeitpunkt, in dem beiden Reaktionskomponenten vermischt werden, und endet an dem Zeitpunkt, in dem die Viskosität der Reaktionsmischung zu stark angestiegen ist, um die Applikation einer gleichmäßig dicken Schicht zu ermöglichen. Die nach dem Gelieren erhaltene Schicht, der Gelcoat-Film, ist hinreichend mechanisch stabil, um bei Auftragen des Laminierharzes und der Fasern nicht beschädigt zu werden, ist jedoch noch ausreichend reaktiv, um beim Aushärten mit dem Laminierharz eine stabile Verbindung einzugehen. Eingesetzte Laminierharze sind beispielsweise Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze und Vinylesterharze. Eingesetzte Fasern sind beispielsweise Gewebe, Gelege oder Vliese aus Glas-, Kohle- oder Kunststofffasern. Um eine ausreichende Haftung zwischen Laminierharz und Gelcoat zu gewährleisten, muss das Inkontaktbringen der Gelcoatschicht mit dem Laminierharz innerhalb der Laminierzeit des Gelcoats erfolgen. Anschließend werden Laminierharz und Gelcoat vollständig ausgehärtet.
Die erfindungsgemäßen Gelcoats werden bevorzugt zur Oberflächenvergütung von Epoxidharz-Verbundwerkstoffen verwendet, da sie eine bessere Haftung zu diesen Werkstoffen zeigen als Gelcoats auf Basis anderer Harzsysteme. Darüber hinaus enthalten sie keine flüchtigen Monomeren und sind deshalb arbeitshygienisch weniger bedenklich.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch Verfahren zur Herstellung von oberflächenvergüteten Faserkunststoffverbundbauteilen oder Laminaten gelöst. Zunächst werden die bereit gestellten Komponenten, die Stamm- und die Härterkomponente, der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemischt. Die Mischung wird mit den dem Fachmann geläufigen Applikationsverfahren wie z. B. Streichen, Rollen, Spritzen oder Gießen als erste Schicht in eine Bauteilform eingebracht. Anschließend wird die aufgetragene Mischung zum Gelcoat-Film angeliert bzw. vorgehärtet. Auf den Gelcoat-Film werden die Fasern in Form von Geweben, Gelegen oder Vliesen und das Laminierharz aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird der gesamte Aufbau zum Bauteil ausgehärtet. Das Bauteil wird der Form entnommen, seine Oberfläche geschliffen und anschließend lackiert.
Fasern und Laminierharz können auf verschieden Weise auf den Gelcoat-Film angebracht werden. Dem Fachmann sind die üblichen Laminierverfahren geläufig wie beispielsweise Vakuumsack-Verfahren, Injektionsverfahren, Infusionsverfahren und Nasslaminieren. Eine Möglichkeit den Faserverbundwerkstoff zu erzeugen ist der Einsatz von Prepregs. Prepregs sind imprägnierte Harz-Faser-Matten, die in die Bauteilform eingelegt werden. Das Harz ist teilweise vorgehärtet und besitzt bei Raumtemperatur eine relative starke Klebrigkeit. Ein Problem beim Einsatz von Prepregs ist das Repositionieren auf dem Gelcoat-Film. Bauteilformen sind üblicherweise mit einem Trennmittel vorbehandelt, so dass der Gelcoat-Film selbst keine Haftung zur Form hat. Wird klebriges Prepreg auf den Gelcoat gelegt und dann wieder abgezogen, darf der Gelcoat nicht reißen oder brechen. Da keine Haftung zur Form besteht, muss der Gelcoat-Film entsprechend mechanisch stabil sein. Die erfindungsgemäßen Gelcoats bilden Filme, welche die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen, so dass sie bevorzugt in Prepreg-Verfahren eingesetzt werden. Darüber hinaus erfordern die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen nur kurze Angelierzeiten. Da der Aushärtungsprozess im Prepreg-Verfahren deutlich schneller ist als in den anderen Verfahren, sind sie auch in dieser Hinsicht besonders geeignet für den Einsatz in diesen Verfahren.

Zum Vergleich der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gelcoats und der handelsüblichen transparenten Gelcoats werden folgende Beispiele erfindungsgemäßer Gelcoatzusammensetzungen untersucht. Tabelle 1a: Zusammensetzung Stammkomponente

Substanz	Anteil in Gewichtsteilen
	S1	S2	S3
Bisphenol-A-Diglycidylether	25	25	25
Bisphenol-F-Diglycidylether	10	10	10
Trimethylolpropantriglycidylether	40	47	40
Polytetramethylenoxidpolyol	12	--	--
Polypropylenoxidpolyol	--	15	12
Weichmacher	10	--	10
Pyrogene Kieselsäure	2,99	3	2,99
Titanoxid	0,01	--	0,01

Tabelle 1b: Zusammensetzung Härterkomponente

Substanz	Anteil in Gewichtsteilen
	HA	HB
Isophorondiamin	65	92
phenolische Beschleuniger	35	--
Calciumnitrat-tetrahydrat	--	4
Propandiol	--	4

Tabelle 1c: Zusammensetzung Gelcoats

Beispiel Nr.	Stammkomponente	Härterkomponente	Molares Mengenverhältnis MV
1.1	S1	HB	1,09
1.2	S1	HA	1,13
1.3	S2	HB	0,87
1.4	S3	HA	1,07
2.1	handelsüblicher transparenter Gelcoat
2.2	handelsüblicher transparenter Gelcoat

An Gelcoat-Filmen, die unter verschiedenen Härtungsbedingungen angeliert wurden, werden folgende Prüfungen zum Bruchdehnungsverhalten, zur Weiterreißfestigkeit und zur Prepreg-Repositionierbarkeit durchgeführt.
Die Bruchdehnung wird über Dornbiegeversuch nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 1519 bestimmt. Dazu werden Metallplatten, auf die die zu untersuchende Beschichtung aufgebracht wurde, um einen Dorn gebogen. Je kleiner der Radius des Dorns, um den die Platte ohne eine Beschädigung oder Bruch der Beschichtung gebogen werden kann, desto größer ist die Bruchdehnung der Beschichtung.
Die Weiterreißfestigkeit wird über Weiterreißversuche nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 13937-2 bestimmt. Dabei wird die Kraft gemessen, die aufgewendet werden muss, um einen Riss in der zu untersuchenden Beschichtung zu vergrößern. Je höher die aufgewendete Kraft ist, desto reißfester ist die Beschichtung.
Die Prepreg-Repositionierbarkeit wird durch folgenden Versuchsaufbau bestimmt, der einen Laminataufbau in einer Bauteilform simuliert. Auf eine hinreichend große Metallplatte wird ein Trennmittel aufgetragen. Anschließend wird auf der so vorbereiteten Platte eine Fläche vom 1 m² mit einer Gelcoat-Zusammensetzung beschichtet. Die Zusammensetzung wird zum Gelcoat-Film angeliert bei vorgegebener Temperatur und Dauer. Auf den Gelcoat-Film wird mittig ein Prepreg in DIN-A4-Größe aufgelegt und mit einer definierten Kraft 1 Minute lang festgedrückt. Anschließend wird das Prepreg in einem Winkel von 90° ruckartig abgezogen. Die sichtbaren Beschädigungen des Gelcoat-Films werden wie folgt bewertet:

++: keine Veränderungen
+: Ablösung des Gelcoat-Films von der Metallplatte an bis zu drei Stellen ohne Beschädigung des Gelcoat-Films selbst
0: Ablösungen an bis zu 10 Stellen mit Beschädigungen an bis zu drei Stellen
-: größere Beschädigungen des Gelcoat-Films
--: vollständiges Ablösen des Gelcoat-Films von der Metallplatte

Die Tabellen 2a und 2b zeigen die Ergebnisse der Prüfungen an Gelcoat-Filmen, die unter verschiedenen Bedingungen angeliert wurden. Die erfindungsmäßen Gelcoats zeigen deutlich verbesserte Werte in Bezug auf die Bruchdehnung und Weiterreißfestigkeit. Im Gegensatz zu den handelsüblichen Gelcoats beschädigt das Ablösen eines aufgelegten und angedrückten Prepregs die erfindungsgemäßen Gelcoats nicht. Sie können somit ohne die üblichen Nachteile auch in Prepreg-Verfahren eingesetzt werden. Tabelle 2a: Eigenschaften der Gelcoat-Filme angeliert bei 60°C, Temperatur wird bis zum Erreichen von Trockengrad 6 nach DIN 53 150 gehalten

Gelcoat Nr.	1.1	1.2.	1.3	1.4	2.1	2.2
Bruchdehnung
Dorndurchmesser in [mm] ohne Bruch	40	25	8	12	1)	1)
Dorndurchmesser in [mm] mit Bruch	25	20	6	8	220	220
Weiterreißfestigkeit
Kraft in [N/mm]	3,7	1,1	0,5	2,8	2)	2)
Prepreg-Repositionierbarkeit
Schadensbewertung	++	++	+	++	-	-

1) Wert wurde nicht bestimmt
2) Wert nicht messbar, da die Beschichtung zersplittert Tabelle 2b: Eigenschaften der Gelcoat-Filme angeliert bei 23°C, Temperatur wird 18 Stunden gehalten

Gelcoat Nr.	1.1	1.2.	1.3	1.4	2.1	2.2
Bruchdehnung
Dorndurchmesser in [mm] ohne Bruch	40	55	40	25	1)	1)
Dorndurchmesser in [mm] mit Bruch	32	40	32	32	220	220
Weiterreißfestigkeit
Kraft in [N/mm]	4,3	4,5	0,3	2,1	2)	2)
Prepreg-Repositionierbarkeit
Schadensbewertung	++	++	+	++	--	--

1) Wert wurde nicht bestimmt
2) Wert nicht messbar, da die Beschichtung zersplittert

An den ausgehärteten Laminaten werden folgende Prüfungen zur Haftung des Laminats auf dem Gelcoat, zur Schleifbarkeit und zur Lackierbarkeit durchgeführt. Dazu werden die Gelcoat-Zusammsetzungen in eine Form eingebracht und angeliert, auf den erhaltenen Gelcoat-Film wird Prepreg aufgebracht. Die Form wird geschlossen, ein Vakuumsack angelegt und evakuiert. Der gesamte Aufbau wird ausgehärtet, wobei die Bedingungen des Aushärtens durch das eingesetzte Prepreg vorgegeben sind. An den ausgehärteten Laminaten werden folgende Prüfungen durchgeführt.
Die Bruchdehnung wird anhand des oben genannten Dornbiegeversuchs bestimmt. Dazu wurden wie oben beschrieben Metallstreifen mit Gelcoat beschichtet, der Gelcoat angeliert und unter Temperaturbedingungen, wie sie auch bei der Härtung der Prepreg-Laminate angewandt wurden ausgehärtet. Je kleiner der Dorndurchmesser, desto größer die Bruchdehnung. Die Haftfestigkeit des Gelcoats am Laminat wird durch Abreißversuche nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 4624 bestimmt. Je höher die zum Abreißen des Stempels aufzuwendende Spannung, desto stärker die Haftung.
Zur Beurteilung der durch Gelcoat vergüteten Laminatoberflächen werden ihre Schleifbarkeit bzw. ihr Abrieb und ihre Lackierbarkeit bzw. die Haftung von Lackierungen auf den Oberflächen bestimmt. Der Abriebwiderstand wird nach der Prüfvorschrift ASTM D 4060 mit einem S33-Rad, 500 Umdrehungen, 1000 g Last, gravimetrisch bestimmt. Je größer die Gewichtsdifferenz, desto höher der Abrieb und desto besser die Schleifbarkeit.
Zur Bewertung der Lackierbarkeit werden die Laminatoberflächen zunächst mit 180er Schleifpapier angeschliffen. Anschließend wird der Schleifstaub entfernt und die Oberfläche mit einem geeigneten, handelsüblichen Lack lackiert. Nach dem vollständigen Aushärten der Lackschicht wird die Haftung bzw. Haftfestigkeit durch Abreißversuche nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 4624 bestimmt. Je höher die zum Abreißen des Stempels aufzuwendende Spannung, desto stärker die Haftung.

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der erfindungsgemäß oberflächenvergüteten Laminate im Vergleich zu den üblichen oberflächenvergüteten Laminaten. Die erfindungsgemäßen Laminate erfüllen ebenso wie die üblichen Laminate alle Anforderungen in Bezug auf Haftung, Schleifbarkeit und Lackierbarkeit. Tabelle 3: Eigenschaften der ausgehärteten Laminate

Gelcoat Nr.	1.1	1.2.	1.3	1.4	2.1	2.2
Bruchdehnung
Dorndurchmesser in [mm] ohne Bruch	70	70	85	70	70	85
Dorndurchmesser in [mm] mit Bruch	55	55	70	55	55	70
Haftung Gelcoat zum Laminat
Abriss-Spannung in [N/mm²]	9,1	9,8	8,7	9,2	8,9	8,8
Taber-Abrieb
Differenz in [mg]	986	864	793	891	762	1)
Haftung Lack auf Gelcoat
Abriss-Spannung in [N/mm²]	16,3	5,3	6,1	5,9	6,6	4,4

1) nicht bestimmt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0688803 A1 [0016, 0016]
EP 0457089 A2 [0016, 0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53 150 [0004]
DIN EN ISO 2814 [0019]
DIN EN ISO 1519 [0028]
DIN EN ISO 13937-2 [0029]
DIN EN ISO 4624 [0033]
ASTM D 4060 [0034]
DIN EN ISO 4624 [0035]

Claims

Zusammensetzung zur Herstellung eines Gelcoats enthaltend eine Stammkomponente und eine Härterkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung zumindest ein Epoxidharz, zumindest ein Polyol, zumindest ein Amin und maximal 5 Gewichtsprozent Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Füllstoffe und/oder Pigmente in Mengen von maximal 2, bevorzugt maximal 1, besonders bevorzugt maximal 0,5, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stammkomponente Epoxidharze in Mengen von 40 bis 90, bevorzugt von 60 bis 80, besonders bevorzugt von 65 bis 75, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente enthält.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxidharze ausgewählt sind aus Glycidylethern des Bisphenol A, Glycidylethern des Bisphenol F, Trimethylolpropantriglycidylether sowie deren Gemischen.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyole in der Stammkomponente oder in der Härterkomponente enthalten sind.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Polyole in Mengen von 2 bis 40, bevorzugt von 5 bis 30, besonders bevorzugt von 10 bis 20, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente einschließlich der Polyole enthält.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyole Polytetrahydrofuran-Polyole sind mit einer mittleren Molmasse von 1000 bis 3000, bevorzugt 1500 bis 2500, besonders bevorzugt von 1800 bis 2000 g/mol, bezogen auf das Zahlenmittel.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente Amine in Mengen von 60 bis 100, bevorzugt 80 bis 95, besonders bevorzugt 85 bis 95, Gewichtsprozent bezogen auf die Härterkomponente enthält.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Amine cycloaliphatische Amine, bevorzugt Isophorodiamin, sind.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Epoxidharze und Amine im molaren Verhältnis Epoxidgruppen zu N-H-Gruppen von 1 zu 0,7 bis 1 zu 1,4, besonders bevorzugt von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,3, ganz besonders bevorzugt von 1 zu 0,9 bis 1 zu 1,2, aufweist.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung weiterhin Weichmacher enthält ausgewählt aus der Gruppe der Polyurethanprepolymere mit blockierten Isocyanatgruppen.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stammkomponente ein oder mehrere Weichmacher enthält, wobei die Weichmacher Isocyanatprepolymere blockiert mit substituierten Phenolen und/oder Pyrazolen sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente ein oder mehrere Weichmacher enthält, wobei die Weichmacher Isocyanatprepolymere blockiert mit sekundären Monoaminen sind.
Verwendung eines Gelcoats herstellbar aus einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Oberflächenvergütung von Faserkunststoffverbundbauteilen.
Verfahren zur Herstellung eines oberflächenvergüteten Faserkunststoffverbundbauteils umfassend – Bereitstellen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, – Mischen der Stammkomponente und der Härterkomponente, – Aufbringen der Mischung in eine Bauteil-Form, – Angelieren der Mischung zu einem Gelcoat-Film, – Aufbringen eines Fasergewebes, -vlieses oder -geleges und eines Lamierharzes auf den Gelcoat-Film, – Aushärten des Laminataufbaus zu einem Bauteil.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Gelcoat-Film ein oder mehrere Prepregs enthaltend Fasergewebe oder -vlies und Laminierharz aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass der Gelcoat-Film in einer Schichtdicke eingesetzt wird, in der der Gelcoat-Film nicht deckfähig ist.
Bauteil aus Faserkunststoffverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauteils eine Gelcoatschicht aufweist, wobei die Gelcoatschicht hergestellt ist aus einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage ist.