DE102012101295A1 - Fiber composite material - Google Patents
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Abstract
Ein Faserverbundwerkstoff enthaltend Filamente, die einzeln mit einem unter Einwirkung eines erhöhten Drucks, einer erhöhten Temperatur und/oder einer physikalischen Größe und/oder unter Einwirkung eines chemischen Stoffs vernetzbaren Harz beschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente parallel nebeneinander in einer Fläche angeordnet sind, und die Beschichtungen der Filamente aus unvernetztem Harz aneinander haften, so dass eine weiterverarbeitbare Filamentfolie gebildet wird.A fiber composite material comprising filaments which are individually coated with a resin which can be crosslinked under the action of an increased pressure, an elevated temperature and / or a physical size and / or under the action of a chemical substance is characterized in that the filaments are arranged parallel to one another in a surface and the coatings of uncured resin filaments adhere to each other to form a further processible filament film.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Faserverbundwerkstoff enthaltend Filamente, die einzeln mit einem unter Einwirkung eines erhöhten Drucks, einer erhöhten Temperatur und/oder einer physikalischen Größe und/oder unter Einwirkung eines chemischen Stoffs vernetzbaren Harz beschichtet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs, mit den Schritten:
- (a) Beschichten von Filamenten mit einem unter Einwirkung eines erhöhten Drucks, einer erhöhten Temperatur und/oder einer physikalischen Größe und/oder unter Einwirkung eines chemischen Stoffs vernetzbaren Harz, und
- (b) Kompaktierung der Filamente, so dass diese aneinanderhaften.
- (a) coating filaments with a resin which is crosslinkable under the action of an elevated pressure, an elevated temperature and / or a physical size and / or under the action of a chemical substance, and
- (b) compaction of the filaments so that they stick together.
Faserverbundwerkstoffe haben Strukturen, bei denen Fasermaterial in einer Harz-Matrix vorliegt. Derartige Stoffe haben eine Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften. Die Fasern werden zu Fäden verbunden, als Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Gelege weiterverarbeitet und in das flüssige Harz getaucht, in eine gewünschte Form gebracht und anschließend getrocknet und ausgehärtet. Es sind auch sogenannte Prepregs bekannt, bei denen der mit Harz imprägnierte Faserverbund in nicht vollständig ausgehärtetem Zustand als aufgerolltes, flächenhaftes Halbzeug ausgeliefert und erst dann für die endgültige Verwendung in Form gebracht wird. Der Faserverbundwerkstoff wird erst dann gewöhnlich durch Einwirkung von erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur ausgehärtet.Fiber composites have structures in which fiber material is present in a resin matrix. Such substances have a variety of advantageous properties. The fibers are connected into threads, further processed as a woven, knitted, knitted or laid fabric and dipped into the liquid resin, brought into a desired shape and then dried and cured. There are also known as prepregs in which the impregnated with resin fiber composite in not fully cured state delivered as a rolled, sheet semi-finished and then brought into shape for the final use. The fiber composite material is then usually cured by the action of elevated pressure and / or elevated temperature.
Die Fäden bestehen aus sogenannten Filamenten oder Fasern. Ein Filament ist eine quasi endlos lange Faser und besteht aus Kunststoff, Glas, Kohlenstoff, Metall oder dergleichen. Die für den Faserverbund verwendeten Fäden werden aus einer Vielzahl von Filamenten hergestellt, die beispielsweise miteinander verdreht und anschließend zu einer Fläche verarbeitet, beispielsweise gewebt werden.The threads consist of so-called filaments or fibers. A filament is a quasi-endless fiber and consists of plastic, glass, carbon, metal or the like. The filaments used for the fiber composite are made of a plurality of filaments, for example, twisted together and then processed into a surface, for example, woven.
Zum Imprägnieren wird das Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Gelege in das Harz eingetaucht. Das Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Gelege kann aber auch mit Harz besprüht oder auf andere Weise mit Harz versehen werden. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist es, dass das Harz nicht vollständig in alle Gewebeteile eindringt. Die dadurch entstehenden Lufteinschlüsse können zu Schwachstellen des Endprodukts führen. Die Handhabung des Faserverbundwerkstoffes mit noch nicht ausgehärtetem Harz ist aufwändig.For impregnation, the fabric, knitted fabric or knit fabric is dipped in the resin. The fabric, knitted fabric or scrim may also be sprayed with resin or otherwise provided with resin. The disadvantage of this approach is that the resin does not completely penetrate into all tissue parts. The resulting air pockets can lead to weak spots of the final product. The handling of the fiber composite material with not yet cured resin is expensive.
Stand der TechnikState of the art
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist es, dass an den Kreuzungspunkten von Kette und Schuss die Fäden oder Bündel/Stränge von Fäden (Rovings) in gewellter Form vorliegen, was die Fäden bei Belastung beansprucht. Dies führt zu Festigkeitsverlusten.A disadvantage of the known method is that at the crossing points of warp and weft, the threads or bundles / strands of threads (rovings) are present in corrugated form, which stresses the threads under load. This leads to strength losses.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Faserverbundwerkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, der eine erhöhte Festigkeit aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Faserverbundwerkstoff zu schaffen, der andere Möglichkeiten der Verarbeitung und neue Verwendungsmöglichkeiten schafft.It is an object of the invention to provide a fiber composite material and a method for its production, which has an increased strength. It is another object of the invention to provide an improved fiber composite material, which creates other possibilities of processing and new uses.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Faserverbundwerkstoff der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- (a) die Filamente flächenmäßig parallel nebeneinander angeordnet sind, und
- (b) die Beschichtungen der Filamente aus unvernetztem Harz aneinander haften, so dass eine weiterverarbeitbare Filamentfolie gebildet wird.
- (a) the filaments are arranged side by side in area parallel to each other, and
- (b) the coatings of uncured resin filaments adhere to each other to form a further processible filament film.
Unter dem Begriff „unvernetzt“ wird bei der vorliegenden Erfindung ein Vernetzungsgrad verstanden, bei dem das Material weich und formbar ist. Das Material kann somit vollständig ohne Quervernetzung oder aber auch mit einem nur teilweisen Quervernetzungsgrad vorliegen, der eine weitere Vernetzung erlaubt. Der Begriff „vernetzt“ wird hier so verstanden, dass das Material einen gewünschten Härtegrad durch Erhöhung des Vernetzungsgrades erreicht. Dies kann zum Beispiel durch Zugabe einer entsprechenden Menge Vernetzungsmittel oder Einwirkung von Wärme oder dergleichen erreicht werden.The term "uncrosslinked" in the present invention means a degree of crosslinking in which the material is soft and moldable. The material can thus be present completely without crosslinking or even with only a partial degree of crosslinking, which allows further crosslinking. The term "crosslinked" is understood here to mean that the material achieves a desired degree of hardness by increasing the degree of crosslinking. This can be done, for example, by adding a corresponding amount of crosslinking agent or exposure to heat or the like can be achieved.
Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fäden, wird hier eine zweidimensionale Fläche hergestellt. Die in der Folie verarbeiteten Filamente liegen parallel nebeneinander und sind im wesentlichen ungekrümmt. Die Gefahr, dass Festigkeitsverluste durch Krümmungen an Kreuzungspunkten innerhalb eines Gewebes erfolgen, besteht nicht. Durch die Beschichtung der einzelnen Filamente ist sichergestellt, dass keine Lufteinschlüsse erzeugt werden. Unlike the threads known from the prior art, a two-dimensional surface is produced here. The filaments processed in the film lie next to one another in parallel and are essentially unconstrained. The risk of loss of strength due to curvatures at intersections within a tissue does not exist. The coating of the individual filaments ensures that no air bubbles are generated.
Die Folienform eröffnet darüber hinaus andere Möglichkeiten der Verarbeitung sowie andere Zwischen- und Endprodukte.The film form also opens up other possibilities for processing as well as other intermediate and end products.
Die so hergestellten Filamentfolien können gut gelagert, transportiert und weiterverarbeitet werden. Insbesondere kann das Harz in den Filamentfolien durch Einwirkung eines erhöhten Drucks und einer erhöhten Temperatur vernetzt werden. Dadurch erhält das Harz seine endgültigen Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Härte, und dergleichen. Es versteht sich, dass auch andere Vernetzungsmittel, etwa Bestrahlung mit energiereicher Strahlung oder chemische Vernetzungsmittel eingesetzt werden können. Die Vernetzung kann an einem anderen Ort und zu einem anderen Zeitpunkt erfolgen.The filament films produced in this way can be well stored, transported and further processed. In particular, the resin in the filament films can be crosslinked by the action of an elevated pressure and temperature. This gives the resin its final properties in terms of strength, hardness, and the like. It will be understood that other crosslinking agents, such as high energy radiation or chemical crosslinking agents may also be used. Networking can be done at a different location and at a different time.
Als Harze sind alle vernetzbaren Harze geeignet, insbesondere Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere. Ein Beispiel für ein gut geeignetes Harz ist Silikonharz. Die Filamente können aus beliebigem Material bestehen. Beispiele für solche Materialien sind Glasfaser oder Aramide. Die Verwendung dieser Materialien ermöglicht das vollständige Recycling der Endprodukte.Suitable resins are all crosslinkable resins, in particular thermoplastics, thermosets or elastomers. An example of a well-suited resin is silicone resin. The filaments can be made of any material. Examples of such materials are glass fiber or aramids. The use of these materials enables the complete recycling of the end products.
Die Beschichtung der einzelnen Filamente vermeidet einen Überschuss an Harz. Das Harz wird gezielt nur an den einzelnen Filamenten anhaftend eingesetzt. Auf diese Weise werden Kosten gesenkt und Schwachstellen bei der Festigkeit vermieden. Da Harze in der Regel Rohölprodukte enthalten, wird bei geringerem Verbrauch die Umwelt geschont. Die Verwendung eines Minimalauftragssystems, etwa einer Pflatsche, wird ein möglicher Harzüberschuss weiter verhindert. Ein Quetschwerk oder eine breite Düse könnte einen dennoch entstandenen Überschuss nachträglich beseitigen.The coating of the individual filaments avoids an excess of resin. The resin is selectively used only adhering to the individual filaments. In this way costs are reduced and weak points in the strength avoided. Since resins generally contain crude oil products, the environment is spared with lower consumption. The use of a minimal application system, such as a patty, further prevents any excess resin. A squish or a wide nozzle could subsequently eliminate a surplus that has nevertheless occurred.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Filamentfolien übereinander geschichtet. Dabei können die Längsachsen der Filamente in unterschiedlichen Filamentfolien ausgewählte Winkel miteinander bilden. Die Filamente können entsprechend alle unidirektional oder multidirektional ausgerichtet sein. Durch Art und Anzahl der Filamentfolien können die Eigenschaften des Endprodukts beeinflusst werden. Da die Filamente vollständig mit dem unvernetzten Harz beschichtet sind, haften die Folien gut aneinander. Die Filamente können unterschiedlichen Materials und/oder unterschiedlicher Eigenschaften sein. Auch dadurch lassen sich die Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen.In one embodiment of the invention, a plurality of filament foils are stacked on top of each other. The longitudinal axes of the filaments in different filament foils can form selected angles with each other. The filaments may be all unidirectionally or multidirectionally aligned accordingly. The type and number of filament foils can influence the properties of the final product. Since the filaments are completely coated with the uncrosslinked resin, the films adhere well to each other. The filaments can be of different material and / or different properties. This can also affect the properties of the final product.
Der Faserverbundwerkstoff kann nach einem Verfahren hergestellt werden mit den Schritten:
- (a) Beschichten von Filamenten mit einem unter Einwirkung eines erhöhten Drucks, einer erhöhten Temperatur und/oder einer physikalischen Größe und/oder unter Einwirkung eines chemischen Stoffs vernetzbaren Harz, und
- (b) Kompaktierung der Filamente, so dass diese aneinander haften.
- Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
- (c) die Filamente bei der Kompaktierung vorwiegend seitlich aneinander haften, so dass eine flächenhafte, weiterverarbeitbare Filamentfolie gebildet wird.
- (a) coating filaments with a resin which is crosslinkable under the action of an elevated pressure, an elevated temperature and / or a physical size and / or under the action of a chemical substance, and
- (b) compaction of the filaments so that they adhere to one another.
- The method according to the invention is characterized in that
- (C) the filaments during compaction predominantly adhere to each other laterally, so that a planar, weiterverarbeitbare filament film is formed.
Die beschichteten Filamente werden kompaktiert. Dadurch erhalten sie eine ausreichende Stabilität, welche die weitere Handhabung erleichtert. The coated filaments are compacted. This gives them sufficient stability, which facilitates further handling.
Vorzugsweise werden die Filamente vor dem Kompaktieren getrocknet, falls das Harz in einem Lösungsmittel vorliegt.Preferably, the filaments are dried prior to compaction if the resin is in a solvent.
Vorzugsweise werden die Filamente zum Beschichten beabstandet zueinander seitlich nebeneinander durch ein Spreizgatter oder eine andere Zuführeinrichtung zu einer Beschichtungseinrichtung geführt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Filamente einzeln beschichtet werden. Mit dem Spreizgatter wird vermieden, dass die Filamente vor dem Trocknen zusammengezogen werden und zu früh aneinander haften.Preferably, the filaments for coating spaced apart from each other side by side by a Spreizgatter or other feeding out to a coating device. This will ensure that the filaments are coated individually. With the spreading gate is avoided that the filaments are contracted before drying and adhere to each other too early.
Die Beschichtungseinrichtung kann ein Minimalauftragssystem, etwa eine Pflatsche umfassen, mit der die jeweils in einem Abstand zueinander geführten Filamente an ihren Mantelflächen mit einem vernetzbaren Harz beschichtbar sind. Die Beschichtungseinrichtung kann bei der Tauchbeschichtung ein Behältnis für die Harzdispersion aufweisen, durch das die Filamente geführt werden.The coating device may comprise a minimum application system, such as a pattlegrox, with which the respective filaments guided at a distance from one another can be coated on their lateral surfaces with a crosslinkable resin. The coating device may have a container for the resin dispersion in the dip coating, through which the filaments are passed.
Vorzugsweise wird zur Kompaktierung und Verbindung der Filamente mit angrenzenden Filamenten der Abstand zwischen den beschichteten Einzelfilamenten verkleinert. Dies kann durch eine entsprechende Führung erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die beschichteten Filamente zum Trocknen über eine Heizwalze geführt, auf die zum Kompaktieren mit einer Anpresswalze ein leichter Druck ausgeübt wird. Die beschichteten Filamente werden dabei etwas abgeflacht und verbreitern sich, so dass sie das angrenzende Filament mit der Beschichtung seitlich berühren. Die Filamente können in breiter Form über eine oder mehrere teflonisierte Walzen (z.B. Kalander) geführt und dabei in breiter Form getrocknet werden. Anschließend kann die Folie mit möglichst geringer Spannung aufgewickelt werden. Die Trocknung des Harzes bei der Herstellung der Filamentfolie erfolgt so weit, dass die Viskosität des Harzes zum einen den Zusammenhalt der Einzelfilamente sicherstellt und zum anderen verhindert, dass die Lagen beim Aufwickeln der Folie verkleben. Die Trocknung kann mit Infrarotstrahlung und Konvektion erfolgen. Dadurch wird das in dem Harz enthaltene Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, aus dem Verbund ausgetrieben.Preferably, for compacting and connecting the filaments with adjacent filaments, the distance between the coated single filaments is reduced. This can be done by an appropriate leadership. In a particularly preferred embodiment of the invention, the coated filaments are passed over a heating roller for drying, to which for compacting with a pressure roller is applied a slight pressure. The coated filaments are slightly flattened and widened so that they touch the adjacent filament with the coating side. The filaments can be guided in a wide form over one or more teflon-coated rolls (eg calenders) and thereby dried in a wide mold. Subsequently, the film can be wound up with the least possible tension. The drying of the resin in the production of the filament takes place so far that the viscosity of the resin on the one hand ensures the cohesion of the individual filaments and on the other hand prevents the layers stick together when winding the film. The drying can be done with infrared radiation and convection. As a result, the solvent contained in the resin, for example water, expelled from the composite.
Über eine oberhalb der Heizwalze angebrachte silikonisierte Anpresswalze wird auf die Lage der eng und möglichst parallel nebeneinander liegenden Filamente ein leichter Druck ausgeübt, so dass die einzelnen Filamente vorwiegend seitlich zusammenkleben. Dadurch wird aus den Einzelfilamenten und dem diese umgebenden Harz ein freier Verbund gebildet. Es entsteht eine ultradünne Filamentfolie, die frei von Gaseinschlüssen ist.A siliconized pressure roller mounted above the heating roller exerts a slight pressure on the position of the filaments which are narrow and as parallel as possible, so that the individual filaments mainly stick together laterally. As a result, a free composite is formed from the individual filaments and the surrounding resin. The result is an ultrathin filament film that is free of gas inclusions.
Das Endprodukt kann aus mehreren, übereinanderliegenden Filamentfolien bestehen.The final product can consist of several superimposed filament films.
Vorzugsweise wird eine ausgewählte Temperatur und/oder ein ausgewählter Pressdruck auf mehrere, übereinanderliegende Filamentfolien ausgeübt. Über die Temperatur und/oder den Anpressdruck wird eine gute Verbindung mit hoher Festigkeit erreicht. Es muss kein weiteres Harz und kein weiteres Verbindungsmittel eingesetzt werden. Eine stabile Verbindung im Endprodukt wird durch die Vernetzung erreicht.Preferably, a selected temperature and / or pressure is applied to a plurality of superposed filament sheets. About the temperature and / or the contact pressure a good connection with high strength is achieved. There is no need to use another resin and no other means of connection. A stable compound in the final product is achieved by the crosslinking.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Pressdruck gleichzeitig mit der Einwirkung des erhöhten Drucks, der erhöhten Temperatur und/oder der physikalischen Größe und/oder der Einwirkung eines chemischen Stoffs zur Vernetzung des Harzes ausgeübt. Mit anderen Worten: Die Folien werden übereinandergelegt, zusammengepresst und gleichzeitig vernetzt. Typischerweise werden dabei Temperaturen zwischen 100°C und 250°C eingesetzt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the pressing pressure is exerted simultaneously with the action of the increased pressure, the elevated temperature and / or the physical size and / or the action of a chemical substance for crosslinking the resin. In other words, the films are superimposed, pressed together and at the same time networked. Typically, temperatures between 100 ° C and 250 ° C are used.
Die Materialeigenschaften des Endprodukts werden wesentlich durch die Höhe der Temperatur bzw. des Pressdrucks beeinflusst. Mit steigendem Pressdruck nimmt die Größe der Kontaktflächen und auch der zwischen den Filamenten oder Filamentfolien erzeugten Harzbrücken zu. Dadurch wird eine höhere Festigkeit und Dichte des Endprodukts bei abnehmender Elastizität bewirkt. Bei geringerem Pressdruck werden Endprodukte mit auch im ausgehärteten und vernetztem Zustand größerer Elastizität und auch Porosität, d.h. größerer Oberfläche erzeugt. Dies ist für die Dämm- und Absorptionseigenschaften des Endprodukts wichtig. Das spezifische Gewicht des erfindungsgemäßen Faserverbundmaterials lässt sich durch Wahl des geeigneten Pressdrucks variieren.The material properties of the final product are significantly influenced by the height of the temperature or the pressing pressure. With increasing pressing pressure increases the size of the contact surfaces and also the resin bridges generated between the filaments or filament foils. This results in a higher strength and density of the final product with decreasing elasticity. At lower pressure, end products with greater elasticity and also porosity, even in the cured and crosslinked state, are produced. generated larger surface. This is important for the insulation and absorption properties of the final product. The specific weight of the fiber composite material according to the invention can be varied by selecting the suitable compacting pressure.
Die Filamentfolie oder die Filamentfolienanordnung aus mehreren, insbesondere übereinandergelegten Filamentfolien kann vor dem Vernetzen des Harzes zu einer dreidimensionalen Struktur geformt werden. Die Filamentfolien sind bis zur Vernetzung flexibel und können leicht gebogen werden. Vorzugsweise werden die Filamentfolien in eine beheizbare Form eingelegt, in der unter Druck und/oder Temperatur die eigentliche Vernetzung des Harzes stattfindet. Die Filamentfolien können auch durch Biegen, Pressen, Walzen, Wickeln, Tiefziehen, Laminieren usw. in die endgültige Form gebracht werden. Zusätzliches Tränken, Tauchen, Besprühen, Eingießen und dergleichen wie bei konventionellen Verfahren ist hier nicht erforderlich.The filament or filament film assembly of multiple, especially superimposed filamentary films may be formed into a three-dimensional structure prior to crosslinking the resin. The filament films are flexible until crosslinked and can be easily bent. Preferably, the filament sheets are placed in a heatable form in which the actual crosslinking of the resin takes place under pressure and / or temperature. The filament sheets may also be formed into shape by bending, pressing, rolling, wrapping, thermoforming, laminating, etc. Additional soaking, dipping, spraying, pouring and the like as in conventional methods is not required here.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. An embodiment is explained below with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Die vorgewärmten Rovings
Hinter der Kontakt-Heizwalze
Hinter den Kompaktierungswalzen
Man erkennt in
Die so erzeugte Filamentfolie
Die Herstellung eines Produkts erfolgt wie folgt: Zunächst wird ein Prepack hergestellt. Dabei werden eine oder mehrere Folien in der gewünschten Kombination übereinandergelegt und durch geringen Druck und geringe Temperatur, etwa bis rund 100 Grad kompaktiert. Dieses Prepack kann dann in eine Form eingelegt werden. In der Form entsteht dann die gewünschte dreidimensionale Ausbildung des Endprodukts durch Druck. Gleichzeitig erfolgt durch Druck und Temperatur bis 250 Grad die Vernetzung des Harzes. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden einzelne Filamentfolien in die Form eingelegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden mehrere Prepacks übereinander in die Form gelegt. Hierzu werden mehrere Einzellagen, etwa zwischen 2 und 40 Einzellagen übereinandergelegt. Die Anordnung wird anschließend bei einer Temperatur zwischen 90°C und 100°C und einem leichten Druck von 70 bis 100 N/mm2 verpresst. Der Pressdruck für ein Fertigteil liegt dann wesentlich höher bei 500 bis 1000 N/mm2.The production of a product is as follows: First, a prepack is made. One or more films are stacked in the desired combination and compacted by low pressure and low temperature, up to about 100 degrees. This prepack can then be placed in a mold. In the form then creates the desired three-dimensional design of the final product by pressure. At the same time by pressure and temperature to 250 degrees, the crosslinking of the resin. In a further embodiment, individual filament sheets are inserted into the mold. In a further embodiment, a plurality of prepackers are placed one above the other in the mold. For this purpose, several individual layers, for example, between 2 and 40 individual layers are superimposed. The assembly is then pressed at a temperature between 90 ° C and 100 ° C and a slight pressure of 70 to 100 N / mm 2 . The pressing pressure for a finished part is then much higher at 500 to 1000 N / mm 2 .
Je nach Einsatz, Beanspruchung und gewünschter Anforderung können die erforderlichen Filamentfolien produziert werden, indem die Harzmatrix direkt bei der Filamentbeschichtung entsprechend funktionalisiert wird:Depending on the application, stress and desired requirement, the required filament foils can be produced by functionalizing the resin matrix directly in the filament coating:
1. Rezeptur für Hochtemperatur-Anwendung1. Formulation for high temperature application
Beispiele für derartige Hochtemperatur-Anwendungen sind die Dämmung von Motorteilen, Auspuffsystemen oder Öfen. Dies kann Plattenware sein mit Maßen, die typischerweise im Bereich von 100 cm Breite, 120 cm Länge und 5 mm Dicke bestehen. Die Platten bestehen je nach Anwendung aus 20 bis 25 Einzellagen. Eine Vernetzung erfolgt bei Temperaturen oberhalb von 230°C.
- a) Faser: Keramik- und p-Aramidfaser
- b) 72 Gew.-% Harz: nicht-ionische-Polysiloxanharz Dispersion (50%ig), niedrigviskos (z.B. Tego/Evonik)
- c) 1 Gew.-% Haftvermittler: aminofunktionelles Silan (20%ig); trägt zur Erhöhung der Haftung zwischen Keramikfaser und Harzdispersion bei und erhöht dadurch die mechanischen Festigkeiten
- d) 21 Gew.-% temperaturstabile Pigmente: anorganisch: Einsatz bis ca. 350°C (z.B. Glimmer) oder
- e) 21 Gew.-% temperaturstabile Pigmente: metallisch: Einsatz bis ca. 650°C (z.B. Alu/Stapa)
- f) 5 Gew.-% Aluminium-Silikat-Hohlkugeln
- g) 1 Gew.-% Entschäumer: Polysiloxancopolymer in H2O emulgiert (20%ig)(z.B. von Evonik).
- a) Fiber: ceramic and p-aramid fiber
- b) 72% by weight of resin: nonionic-polysiloxane resin dispersion (50%), low-viscosity (eg Tego / Evonik)
- c) 1% by weight of adhesion promoter: amino-functional silane (20% strength); contributes to increase the adhesion between ceramic fiber and resin dispersion and thereby increases the mechanical strengths
- d) 21% by weight of temperature-stable pigments: inorganic: use up to about 350 ° C. (for example mica) or
- e) 21% by weight of heat-stable pigments: metallic: use up to about 650 ° C. (eg Alu / Stapa)
- f) 5 wt .-% aluminum silicate hollow spheres
- g) 1% by weight defoamer: polysiloxane copolymer emulsified in H 2 O (20% strength) (eg from Evonik).
Die Flotte wird zur Vermeidung der Bildung von Agglomeraten permanent in Bewegung gehalten. Getrocknet werden die Folien im Herstellungsprozess bei ca. 90°C–100°C. Die Presstemperaturen liegen zwischen 210°C und 240°C.The fleet is permanently kept in motion to avoid the formation of agglomerates. The films are dried in the manufacturing process at about 90 ° C-100 ° C. The pressing temperatures are between 210 ° C and 240 ° C.
2. Dämmmaterial für den Einbau in Schienenfahrzeuge oder im Schiffsbau2. Insulating material for installation in rail vehicles or in shipbuilding
Besonders im Passagier-Schiffsbau werden an die Kabinen-Isoliersysteme hohe Anforderungen bezüglich Vibrationen und Schalldämmung zur Verringerung der akustischen Weiterleitungen gestellt. Gleichzeitig werden hohe mechanische Abriebfestigkeits- und Thermodämmwerte gefordert. Um eine größtmögliche Oberfläche zu erzielen, werden einer Harzdispersion kleinstgeschnittene Faserfüllstoffe beigefügt. Derartige Faserfüllstoffe können Glas-Mineralfaser-Aramide; Länge: 0,15mm–2,5mm oder Fibride, etwa eine Aramid-Pulpe sein. Ein Beispiel für eine so hergestellte Folie ist in
- a) Faser: Keramik und para-Aramid
- b) 13 Gew.-% Faserfüllstoffe: Glasfaser u. p-Aramid (0,5–2,5mm)
- c) 4 Gew.-% Fibride: p-Aramid-Pulpe-hochfibrilliert (1,5–2,5mm)
- d) 45 Gew.-% Siliconharz (z.B. Tego/Evonik)
- e) 10 Gew.-% Wasser
- f) 1 Gew.-% Entschäumer
- g) 27 Gew.-% Füllstoffe: anorgan. Pigmente
- a) Fiber: ceramic and para-aramid
- b) 13 wt .-% fiber fillers: glass fiber u. p-aramid (0.5-2.5mm)
- c) 4% by weight of fibrids: p-aramid pulp highly fibrillated (1.5-2.5 mm)
- d) 45% by weight of silicone resin (eg Tego / Evonik)
- e) 10% by weight of water
- f) 1% by weight defoamer
- g) 27% by weight of fillers: inorganic. pigments
3. Hochtemperatur-Umhausung aus Filamentfolien-Composite3. High-temperature housing made of filament film composite
Ein Transformator wird von einer wärmebeständigen und chemikalienresistenten Umhausung geschützt. In diesem Fall in der Größe eines Schuhkartons mit den Abmessungen Höhe × Breite × Tiefe: 150mm × 300 mm × 200 mm. Die Stärke des Materials liegt im Bereich von 3 mm entsprechend 15–20 Lagen.
- a) Filamente: p-Aramid und Glasfaser
- b) 66 Gew.-% Lineares organofunktionelles Polysiloxan (z.B. Tego/Evonik)
- c) 2 Gew.-% Haftvermittler: aminofunktionelles Silan (z.B. Dynasylan/Evonik)
- d) 1 Gew.-% Entschäumer: Polysiloxancopolymer (20%) in H2O emulgiert
- e) 11 Gew.-% Füllstoff: Kurzfaserschnitte aus para-Aramid
- f) 20 Gew.-% Füllstoff: temperaturstabiles, anorganisches Pigment: Glimmer
- a) Filaments: p-aramid and glass fiber
- b) 66% by weight of linear organofunctional polysiloxane (eg Tego / Evonik)
- c) 2% by weight of adhesion promoter: amino-functional silane (eg Dynasylan / Evonik)
- d) 1% by weight defoamer: polysiloxane copolymer (20%) emulsified in H 2 O.
- e) 11% by weight of filler: short fiber cuts of para-aramid
- f) 20% by weight of filler: temperature-stable, inorganic pigment: mica
Die Trocknungstemperatur bei der Filamentfolienherstellung beträgt 90°C–100°C. Beim späteren Verpressen zum Faserverbundwerkstoff muss die Temperatur bei diesem organofunktionellen Polysiloxanharz zwischen 260°C und 270°C liegen, da oberhalb von 250°C die organofunktionellen Gruppen dieses Harztypes beginnen sich abzubauen und werden in ein Silikatgerüst transformiert.The drying temperature in filament film production is 90 ° C-100 ° C. During subsequent compression of the fiber composite material, the temperature of this organofunctional polysiloxane must be between 260 ° C and 270 ° C, since above 250 ° C, the organofunctional groups of this type of resin begin to degrade and are transformed into a silicate framework.
4) Filamentfolien-Composite als konstruktiver Explosionsschutz für Rohrleitungen4) Filament film composite as constructive explosion protection for pipelines
Eine solche Leichtbau-Explosionsklappe dient zur plötzlichen Druckentlastung von Silos im konstruktiven Explosionsschutz, z.B. in der Zementindustrie oder im Bergbau. Gegenüber herkömmlichen, metallischen Lösungen öffnen sich diese Klappen aufgrund ihres um 40 Gew.-% geringeren Gewichtes deutlich schneller. Um die UV-Stabilität zu erhöhen, wird zwischen den äußeren Filamentfolien-Lagen eine dünne Aluminiumfolie eingebracht. Die Verstärkungsfasern, die hier eingesetzt werden, bestehen aus Glasfasermaterial. Die äußerste Lage des 30-lagigen Verbundes besteht aus einer dünnen Aluminiumfolie von etwa 75 Mikrometer Dicke. Der Durchmesser einer typischen Explosionsklappe liegt bei 80 cm und hat eine Materialstärke von 1 cm.
- a) Wässrige, aliphatische Polyester-Polyurethan Dispersion
- b) Blockierter Isocyanat-Vernetzer
- c) Nicht ionogenes antimikrobielles Additiv (Triazol-Verbindung)
- d) Entschäumer
- e) Wasser
- f) Füllstoff: 10 Gew.-% Glasfaser
- a) Aqueous, aliphatic polyester-polyurethane dispersion
- b) Blocked isocyanate crosslinker
- c) Non-ionogenic antimicrobial additive (triazole compound)
- d) defoamer
- e) water
- f) filler: 10% by weight of glass fiber
5) Metall – Filamentfolien-Hybrid insbesondere für den Automobilbau5) metal - filament-film hybrid especially for the automotive industry
Grundlage ist die Rezeptur 3) für eine Hochtemperatur-Umhausung. Der Faserverbundwerkstoff wird auf einer Hochleistungspresse zusammen mit einem dünnen Aluminiumblech mit einer Dicke im Bereich von 0,1mm bei einer Temperatur deutlich über 250°C bei maximalem Druck miteinander verpresst. Diese Oberfläche kann man im Gegensatz zu bekannten Silikonharzoberflächen mit allen üblichen Lackformulierungen behandeln.Basis is the recipe 3) for a high-temperature housing. The fiber composite material is compressed on a high-performance press together with a thin aluminum sheet having a thickness in the range of 0.1 mm at a temperature well above 250 ° C at maximum pressure. This surface can be treated in contrast to known silicone resin surfaces with all conventional paint formulations.
6) Filamentfolien-Composites für die Medizintechnik 6) Filament film composites for medical technology
Im Vergleich zu faserverstärkten Extrudaten werden bei den Filamentfolien-Composites deutlich höhere Zug- und Biege-Festigkeiten erreicht. Die Harzmatrix besteht in diesem Falle aus PEEK – Polyetherketonketon. Durch den hohen Glasübergangspunkt bei 165°C ist PEEK beständig gegen Heißdampfsterilisation. Polyetherketone sind gegen fast alle organischen und anorganischen Chemikalien beständig. So sind sie auch bis 280°C beständig gegen Hydrolyse. Die Presstemperatur liegt im Bereich 220°C und 250°C.Compared to fiber-reinforced extrudates, significantly higher tensile and bending strengths are achieved in the filament-film composites. The resin matrix in this case consists of PEEK polyether ketone ketone. Due to the high glass transition point at 165 ° C, PEEK is resistant to superheated steam sterilization. Polyether ketones are resistant to almost all organic and inorganic chemicals. So they are up to 280 ° C resistant to hydrolysis. The pressing temperature is in the range 220 ° C and 250 ° C.
7) Formbare Motorraum – Schalldämmung7) Formable engine compartment - soundproofing
Grundlage hierfür ist Rezeptur 2). Die Wärmedämmwerte können durch Zusatz von weiteren Keramikfüllstoffen oder durch die Erhöhung des Pulpeanteils oder der Faserfüllstoffe erhöht werden. Je nach Anforderung richten sich die Masse nach dem jeweiligen Motortyp. Beispielsweise werden 30 Lagen in einem dreidimensionalen Werkzeug bei einer Temperatur oberhalb von 220°C bei maximalem Druck verpresst.The basis for this is recipe 2). The thermal insulation values can be increased by adding further ceramic fillers or by increasing the proportion of pulp or fiber fillers. Depending on the requirements, the mass depends on the respective engine type. For example, 30 layers are pressed in a three-dimensional tool at a temperature above 220 ° C at maximum pressure.
8) Profile; z.B. U-Profil als Kabelbühnenträger8) profiles; e.g. U-profile as cable support
- a) Faser: Je nach Einsatz-Glasfaser oder p-Aramid
- b) Harz: wässrige, aliphatische PES-PU-Dispersion
- c) Isocyanat-Vernetzer
- d) Entschäumer Wasser
- e) Füllstoff: 5–8 Gew.-% Glimmer
- a) Fiber: Depending on the fiber or p-aramid used
- b) Resin: Aqueous, aliphatic PES-PU dispersion
- c) isocyanate crosslinker
- d) defoamer water
- e) Filler: 5-8% by weight of mica
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Vernetzung durch Zugabe von Vernetzungschemikalien, beispielsweise Isocyanat ausgelöst werden.In an alternative embodiment, the crosslinking may be initiated by the addition of crosslinking chemicals, for example, isocyanate.
9) Rundprofile: Stab-Rohr9) Round profiles: rod-tube
Per Wickeltechnik können Stäbe, Rohre, Rundprofile sehr einfach und mit schnelleren Produktions-Zyklen hergestellt werden, weil es sich um Breitware
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2010/128049 A2 [0005] WO 2010/128049 A2 [0005]
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