DE102014013289A1

DE102014013289A1 - Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes aus Glas oder Carbonfasern durch Beschichtung der Fasern mit wasserverdünnbaren Lacken vor dem Umform- oder Hinterspritzungsprozesses und die Weiterverarbeitung zu Dekorativen Kunststoffbauteilen im innen und Aussenbereich von Automobilen und die Herstellung von Sportartikeln oder Hartfaserplatten, sowie die partielle Durchleuchtungsmöglichkeit derartiger Objekte

Info

Publication number: DE102014013289A1
Application number: DE102014013289.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-14
Filing date: 2014-09-14
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines farbigen Faserverbundwerkstoffes durch besprühen eines Fasergewebes aus Gas oder Kohlefasern, oder des Rowings, vor dem Laminieren, mit einem wasserverdünnbaren Lack, der dann thermisch gehärtet wird.

Description

Faserverbundwerkstoffe nehmen auf Grund Ihrer besonderen Eigenschaft‚ hohe Festigkeiten bei geringem Gewicht zu erzielen immer mehr an Bedeutung zu.
Weiterhin haben derartige Faserverbundmaterialien eine besondere optische Erscheinung, z. B. das typische „technische” Aussehen von Carbonfasern.
Der breite Einsatz an Faserverbundwerkstoffen aus Carbonfasern scheitert am hohen Preis, weiterhin sind oftmals Gewichtseinsparungen durch Glasfaserverbundwerkstoffe die bessere Alternative hinsichtlich gewünschter Gewichtseinsparung im Verhältnis zum Preis.
Durch eine Lackierung der Glasfasern mit wasserverdünnbaren Lacken kann man derartigen Faserverbundmaterialien die optische Erscheinung von z. B. Carbonfasern verleihen, oder aber auch ganz andere, neue, Composite Designmöglichkeiten erstellen. Faserverbundwerkstoffe die beispielhaft gelb, grün, rot dargestellt werden.
Dies führt zu einer deutlichen Gewichtseinsparung von Automobil Innen und Aussenbauteilen aus Kunststoff, weiterhin bekommen derartige Bauteile die sich im Sichtbereich befinden ein völlig neues „Composite Design”, Beispielhaft sei hier die Optik von Carbonfaserbauteilen erwähnt, die jedoch nach diesem neuen Verfahren aus kostengünstigen Glasfasern hergestellt werden.
Durch die Variation der Bindemittelbasis und der gesamten Lackformulierung derartiger wasserverdünnbarer Lacke kann auf der einen Seite eine optimale Haftung zur Glasfaser erzielt werden, auf der anderen Seite können damit optimale Haftungseigenschaften zur verwendeten Kunststoffmatrix im Faserverbundmaterial erreicht und gesteuert werden. Denn ob die Kunststoffmatrix beispielhaft aus PP, PMMA, PE, PA12, PA6, TPU, PC oder PET besteht, es werden hierzu neben der dekorativen Farbgebung durch den wasserverdünnbaren Lack gezielt optimale Haftungseigenschaften zwischen dem Verbund Glasfaser zur Kunststoffmatrix erreicht. Und nur dadurch werden die hohen Anforderungen, auch hinsichtlich diverser Feuchtigkeitsbelastungen die durch Automobilspezifikationen, Beispielhaft sei hier die Spezifikation von Volkswagen, TL226, Punkt Hydrolysebelastung, oder der Punkt Kondenswassekonstantklimatest und der Punkt Klimawechseltest genannt, der Automobilindustrie erfüllt.
Handelsüblich Glasfaser – und deren Gewebe erhalten in der Regel bereits Siliciumorganische Schlichten auf der Oberfläche. Damit wird die Gleitfähigkeit der Fasern im Herstellprozess erhöht und die Verarbeitungseigenschaften in dem Weiterverarbeitungsprozess zum Gewebe optimiert. Derartige siliciumorganische Verbindungen bringen zwar eine gewisse Verbesserung der Haftung zwischen Glasfaser und organischen Materialien in der Schlichte zwecks Verbesserung der Gleitfähigkeit mit sich, die hohen Anforderungen einer Automobilspezifikation sind damit nicht zu erfüllen. Auch kann beim Bezug von handelsüblichen Glasfasern nicht sichergestellt werden, dass tatsächlich immer die gleichartige Schlichte eingesetzt wurde, so dass eine gleichbleibende Automobilqualität nicht gewährleistet ist. Die eingesetzten wasserverdünnbaren Lacke können nur dann optimale haftvermittelnde Eigenschaften zwischen Glasfaser und Kunststoffmatrix entwickeln, wenn die Grenzfläche des Glases frei von bereits eingesetzten Schlichten ist. Hierzu werden die handelsüblichen Glasfasergewebe ersteinmal durch einen industriellen Beflammprozess, wie er im Bereich der Aktivierung von Kunststoffbauteilen aus thermoplastische Polyolefinen bereits bewährter Stand der Technik ist, von bereits oberflächenaktiven Bestandteilen „gereinigt”. Erst dann erfolgt der Auftrag des wasserverdünnbaren Lackes im Sprüh, Tauch oder auch Walzauftrag. Die derartig mit wasserverdünnbarem Lack beschichtete Glasfaser – oder deren Gewebe, wird dann thermisch getrocknet. Durch siliciumorganische Verbindungen im wasserverdünnbaren Lack wird die Haftung zum Glas hergestellt, durch die Wahl des Lackbindemittels wird die optimale Haftung zur Kunststoffmatrix des Faserverbundmateriales hergestellt.
Die lackierten Glasfasern werden dann mit dem einzusetzenden Kunststoff, z. B. Polycarbonat, PA12, PA6, TPU, Polyetylen, PP, oder melaminharzgetränkte Overlaypapiere durch Druck und Temperatur miteinander verpresst Der Kunststoff wird vorzugsweise als Folie oder getränkte Overlaypapiere eingesetzt. Hierzu wird jeweils eine Lage beschichteter Glasfaser zwischen zwei Kunststofffolien verpresst Werden Beispielsweise zwei lackierte Glasfasermatten miteinander verpresst, so kommen 3 Kunststofffolien zum Einsatz, die erzielte Dicke des Faserverbundmateriales ist in diesem Beispiel ca. 0,4 mm.
Durch den alternierenden Aufbau Glasfasergewebe/Folie/Glasfasergewebe lassen sich problemlos Materialdicken von mehreren mm erreichen, bei ausgezeichneter Durchdringung des Fasergewebes mit Kunststoff sowie hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
Üblicherweise werden in Thermoplaste eingebettete Glas – oder Carbonfasern durch aufheizen und einem anschliessenden Verformungsprozess zu Kunststoffbauteilen weiterverarbeitet. Bei derartigen Bauteilen aus Thermoplasten als Kunststoffmatrix werden jedoch die im Automobil oder Luftfahrtbereich geforderten mechanischen und chemischen Beständigkeitseigenschaften bei weitem nicht erreicht. Es ist also in der Regel noch ein mindestens zweischichtiger Lackauftrag notwendig. Hierzu können als erste Schicht haftvermittelnde und untergrundegalisierende lösemittelgelöste oder wasserverdünnbare 1 oder 2-Komponentenprimer zum Einsatz kommen. Als Decklack werden dann lösemittelgelöste oder wasserverdünnbare 1 oder 2 Komponenten Lacke eingesetzt, die mittels UV oder Elektronenstrahlhärtung duroplastische Eigenschaften erhalten, also eine sehr hohe Kratzbeständigkeit, ausgezeichnete Lichtbeständigkeit bei hoher Chemikalienbeständigkeit.
Je nach gefordertem Anforderungsprofil kann die Decklackschicht auch aus wasserverdünnbaren oder lösemittelgelösten 2-Komponentenlacken bestehen, vorzugsweise auf Polyurethan Basis. So können auch matte Glanzgrade und bestimmte haptische Eigenschaften, z. B. ein Softfeeling, eingestellt werden.
Leider gelangen in dem Schmelz – und Umformprozess des Faserverbundmaterials immer wieder Faser- oder Gewebeanteile aus Glas oder Carbon direkt bis zur Oberfläche. Hierdurch entstehen partiell unterschiedliche Oberflächenspannungen, die bei dem anschliessenden Lackierprozess zu erheblichen Oberflächenstörungen führen, es bilden sich Krater. Derartige Krater können nur durch einen maschinellen oder bei komplexen Bauteilgeometrien sogar nur durch einen manuellen Schleifprozess entfernt werden, anschliessend ist ein weiterer Lackierprozess notwendig. Oftmals ist ein mehrfacher Schleif und Lackierprozess notwendig, was enorme Kosten verursacht. Allein bei dem Schleifprozess entstehen sehr hohe Ausschussraten von oftmals bis zu 40%, da in Fallen des Durchschleifens vom Primer auch das eigentliche Faserverbundmaterial geschädigt wird. Derartige Objekte sind dann Ausschuss und können nicht weiter verarbeitet werden.
Aus diesem Grund verwendet der Erfinder einen „Preforming Lack”, der vor dem Verformungsprozess auf den als Plattenmaterial vorliegenden Faserverbundstoff aufgetragen wird. Hierzu werden vorzugsweise 1- oder 2-Komponentenlacke, wasserverdünnbar oder lösemittelgelöst verwendet. Das als Halbzeug vorliegende Faserverbundmaterial (Plattenware) wird mit derartigen Prehforming Lacken durch übliche Lackierverfahren lackiert und getrocknet. Dabei bildet sich bereits eine duroplastische Oberfläche aus, die aber noch elastisch genug ist um den anschliessenden Heizvorgang, bis auf kurzzeitig 330 Grad, und den anschliessenden Umformforgang unbeschadet und ohne Vergilbung übersteht. Durch die beim Umformprozess zugeführte Temperatur findet eine weitere Vernetzung der im Lack enthaltenen Bindemittel statt.
Es gelingt nun den Fasern aus Glas oder Carbon, oder entsprechende Gewebeanteile, nicht mehr beim Umformprozess bis an die Oberfläche zu gelangen und die genannten Oberflächenstörungen beim nachfolgenden Lackierprozess in Form von Kratern hervorzurufen. Dadurch werden die Ausschussraten drastisch reduziert, sowie aufwendige Schleifprozesse und wiederholte Lackierprozessen. Bei der Entwicklung derartiger Preforming Lacke musste auch bedacht werden, dass oftmals noch ein Spritzgussvorgang, z. B. mit Glasfaserverstärktem Kunststoff aus z. B. PA6, auf diesem Prehforming Lack erfolgt. Der Gesamtverbund Spritzguss/Preforminglack/Faserverbundmaterial darf keine schlechteren Haftungswerte ergeben, als der reine Verbund zwischen Spritzguss/Faserverbundmaterial. Untersuchungen haben sogar bei dem Aufbau Spritzguss/Prehforminglack/Faserverbundmaterial eine deutliche Steigerung des Gesamtaufbaus ergeben.
Derartig hergestellte Bauteile können nun noch von der Rückseite (Innenseite) her mit einem lichtdichten wasserverdünnbaren oder lösemittelgelösten Laserlack lackiert werden. Auf der Innenseite dieser Bauteile kann dann dieser lichtdichte Laserlack partiell durch einen Laserprozess entfernt werden, es wird also eine gewünschte Symbolik freigelasert. Wenn nun die Innenseite derartiger Bauteile beleuchtet wird, durch Verwendung von Lichtleitern, so scheint das Licht nur durch die freigelaserte Symbolik.
Es können somit also Warnsymbole die üblicherweise im Rückspiegel von KFZ auftauchen (Tote Winkel Assistent) in der A-Säule abgebildet werden. Durch eine mehrschichtige Lackierung der Innenseite unter Verwendung auch farbig pigmentierter Lackschichten kann auch ein Tag/Nacht Design realisiert werden.
Weiterhin kann eine Ambiente Beleuchtung nach diesem Verfahren durch Hinterleuchtung von z. B. Säulen oder auch Einstiegsleisten im KFZ oder Flugzeugen kostengünstig umgesetzt werden. Derartig hergestellte Kunststoffbauteile im z. B. Automobilbereich weisen nur eine Wandstärke von 0,6 mm auf. Üblicherweise beträgt die Wandstärke derartiger Bauteile im Automobilinnenraum 1,2 mm. Dadurch wird im Innenraum von Automobilen, oder auch von Flugzeugen erheblich mehr Bauraum geschaffen.
Die Gewichtseinsparung der Bauteile liegt bei ca. 30%.
Wenn es gewünscht ist, lediglich ein täuschend echtes hochwertiges „Composite Design„ in Form von Kunststoffoberflächen zu erzeugen, und die Gewichtseinsparung keine übergeordnete Rolle spielt, so kann man einlagige Glasfasergewebe im gewünschten Farbton lackieren und lediglich zwischen zwei Kunststofffolien, z. B. aus Polyethylen oder anderen transparenten thermoplastischen Kunststofffolien verpressen. Derartig dünnes Faserverbundmaterial hat lediglich eine Schichtdicke von ca. 0,2 mm und einen folienähnlichen Charakter. Derartig hergestelltes dünnes Faserverbundmaterial kann wie IMD (Inmold – Dekoration) Folien gehandhabt werden. Die Folien werden vorgeformt, in Spritzgussmaschinen eingelegt und dann mit Kunststoff hinterspritzt. Eine Lackbeschichtung, zur Steigerung der mechanischen und chemischen Oberflächeneigenschaften, kann sich bereits vor dem Umformprozess auf dem Glasfaserverbundstoff befinden.
Der Preis derartiger „Faserverbund IMD Folien„ dürfte in der gleichen Grössenordnung wie bei herkömmlichen IMD Folien, liegen. Wobei der optische 3 D Effekt von herkömmlichen IMD Folien bei weitem nicht erreicht wird, da derartige IMD Folien lediglich bedruckt sind und daher unecht und „billig” wirken. „Faserverbund IMD Folien”, die unter Verwendung von Glasfasern hergestellt werden haben dagegen eine wertschöpfende hochwertige Anmutung.
Weiterhin können derartige Faserverbundfolien auch bei der Kaschierung von Bauteilen aus Kunststoff oder Naturfasern zur Anwendung kommen. Z. B. bei der Herstellung von Automobilteilen wie Instrumententafeln, oder anderen Bauteilen die im Kopfaufschlagbereich liegen.
Üblicherweise werden auf Bauteilen aus Kunststoff, oder z. B. Naturfasern durch ein Mitverwenden von Kunststoffgewebe echte Holzfurniere oder Carbonfasergelege, laminiert. Es handelt sich um einen komplizierten mehrstufigen Prozess, wobei Kleber auf ein Kunststoffgewebe aufgebracht wird und dann wiederum auch das Holzfurnier oder Carbonfasergelege auf das Kunststoffgewebe aufgeklebt wird. Nach dem Umformprozess erfolgt zur Oberflächenvergütung auch hier noch ein mehrfacher Lackier und Schleifvorgang um die gewünschte Oberfläche, frei von Kratern und aufstehenden Fasern zu erhalten. Bei Verwendung von Faserverbundfolien aus Glas kann das sehr kostenintensive Kunststoffgewebe entfallen, auch kann auf die Verwendung von Klebern verzichtet werden, da durch entsprechende Vorbehandlung der Faserverbundfolie aus Glas, die Kunststoffmatrix des Faserverbundmaterial, z. B. Polyethylen, selbst klebende Eigenschaften enthält, die Ihre Wirksamkeit unter Druck und Temperatur entfaltet.
Auch hier werden Ausschusszahlen gegenüber dem herkömmlichen Verfahren reduziert, da oftmals Kleberanteile beim Umform und Verpressungsvorgang des bestehenden Verfahrens bis zur Oberfläche gelangen und dort zu unerwünschten Störungen führen.
Im Bereich der Möbelindustrie werden HPL Platten (High Pressure Laminate) durch das Verpressen von Holzfasern mit bedruckten Papieren hergestellt. Wenn diese im z. B. Küchenbereich als hochbelastete Arbeitsfläche zum Einsatz kommen, so wird dieses bedruckte Dekorpapier mit einer Melaminharzoberfläche geschützt, die sich durch eine besonders hohe Kratzbeständigkeit, mechanische Belastbarkeit und chemische Beständigkeit, auch gegen stark färbende Lebensmittel, auszeichnet.
Auch die vom Erfinder beschriebenen thermoplastischen Glas oder Carbonfaserlaminate, lassen sich in diesem hochbelasteten Bereich einsetzen. Zusätzlich zur oberen Kunststoffschicht, hergestellt durch z. B. eine Polyethylenfolie, wird als oberste Schicht ein melaminharzgetränktes Overlaypapier mitverpresst, dass für die hohen Beständigkeitseigenschaften verantwortlich ist.
In diesem Gesamtverbund biegen sich derartig hergestellte Platten jedoch konvex oder auch konkav durch, da die verwendeten Materialien unterschiedliche Schrumpfungsprozesse beim Herstellprozess haben. Deshalb ist darauf zu achten, das der Aufbau synchron erfolgt, dass heist, auch die untere Schicht des hergestellten Faserverbundlaminates muss dann mit einem Melaminharz Overlay Papier verpresst werden.
Dadurch erhält man gerade Platten, die eine Oberfläche haben, die aussieht als wäre sie aus echten Carbonfasern hergestellt. In Wirklichkeit handelt es sich um Glasfasern die mit einem wasserverdünnbaren Lack beschichtet wurden und weitaus kostengünstiger sind, aber die gleichen Oberflächenbeständigkeiten aufweisen, wie sie im hochbelasteten Küchenbereich verlangt werden.
Der Aufbau im Verbund besteht in diesem Fall aus folgenden Schichten, von oben nach unten: – Melaminharzoverlay Papier
Polyethylenfolie
Mit Wasserlack beschichtetes Glasfasergewebe
Polyethylenfolie
Melaminharzoverlay Papier
Trägerplatte auf MDF oder HPL hergestellt
In WO 2013/053487 sowie PCT/EP2012/004275 beschreiben die Erfinder die Herstellung von Halbzeugen aus unlackierten Glas, Carbonfasern oder Aramidfasern, die in einem Faserverbund durch imprägnieren mit Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Thermoplastischem Polyurethan (TPU) oder Polyphenylensylfid (PPS) hergestellt werden. Dies ist eigentlich bereits Stand der Technik vor diesen Veröffentlichungen. Derartig hergestellte Halbzeuge bezeichnet man auch als Organoblech. Es handelt sich bei den Beschreibungen stets um umlackierte Fasern. Weiterhin wird die unidirektionale Ausrichtung von Fasergewebe bevorzugt, gegenüber Leinwand oder Körperstrukturgewebe. Es werden daraus Scharniere und Klappen hergestellt, die in der Form dann mit Kunststoff hinterspritzt werden. Anschliessend erfolgt das Lackieren mit dekorativen Primern und Schutzlacken bereits in der Form. Auch dies ist ein bekanntes Verfahren, die allgemeine Bezeichnung ist Inmoldcoating. Es handelt sich dabei nicht um wasserverdünnbare Lacke, aus welchen Harzen diese verwendeten Lacke aufgebaut sind, geht aus diesen Anmeldungen nicht hervor. Weiterhin wird beschrieben, dass durch Mitverwendung von Carbonfasern und/oder stromleitenden Metallfasern bestimmte elektrische Eigenschaften hervorgerufen werden können. Es wird beschrieben, dass man weisse Strukturbauteile erzeugen kann, indem Fasern eingefärbt werden. Auch dies ist bereits Stand der Technik vor dieser Veröffentlichung gewesen. Es werden diese Fasern nicht durch Lackieung mit wasserverdünnbaren Lacken beschichtet, um die Haftung im Faserverbund optimal zu gestalten und Beständigkeiten gegen Feuchtigkeitseinflüsse zu verbessern. Weiterhin werden derartige weisse Objekte, sollten Sie einen gelben Farbstich durch Verfärbung der Kunststoffmatrix, hervorgerufen durch hohe Temperaturen beim Umform und Hinterspritzungsprozess auftreten, dann mit Folien beklebt oder mit Lacken hinterstrichen, um durch Komplementärfarben diesen Gelbstich zu kompensieren. Auch diese Erfindung ist nicht neu, derartige Lacke wurden genau für diesen Einsatzzweck von der Fa. Diegel in Alsfeld entwickelt und seit 2012 im Markt angeboten. Es wird beschrieben, dass derartige Bauteile nicht, oder nur diffus von der Rückseite her durchleuchtet werden können, deshalb fräst man das Bauteil bis zur oberen Schicht von der Rückseite her ein. Dann sollen die freigefrästen Stellen wieder mit transparentem Kunststoff aufgefüllt werden.
Das beschriebene Verfahren ist so garnicht praktikabel. In der partiellen, z. B. im Automobilinnenraumbereich schon seit mehr als 15 Jahren eingeführte Tag/Nacht Design an Schaltern und Bedieneinheiten, eingeführten Durchleuchtungstechnik, muss immer eine Lichtdichte Lackschicht zum Einsatz kommen. Damit rückseitig angebrachte Leuchtdioden auch nur partiell und randscharf die Bauteile durchleuchten, wird mittels Lasertechnologie diese Lackschicht partiell entfernt, z. B in Form einer Symbolik. Für derartige Einsatzzwecke stellt die Fa. Diegel schon seit über 15 Jahren derartige Lacke her, dies ist also Stand der Technik. Ein Herausfräsen von Symbolik dürfte bestenfalls für den Heimwerkerbedarf möglich sein, ein industrieller Grossserienprozess mit im Automobilbereich geforderten Toleranzen dürfte hier nicht darstellbar sein.
Offenlegungsschrift DE 10 2012 024 294 A1 2014.06.12 beschreibt die partielle Durchleuchtung von Faserverbundmaterialien. Dabei wird z. B. die Rückseite von Bauteilen mit einem lichtdichten Laserlack beschichtet, dann soll eine Symbolik freigelasert oder freigefräst werden. Es wird nicht beschrieben, aus welchem Material das Composit hergestellt wird, ein Einsatzbereich im Automobilbereich ist auf jeden Fall ausgeschlossen. Bei dieser dort beschriebenen Vorgehensweise erhält man nur eine diffuse Durchleuchtung die nicht randscharf ist. Weiterhin ist das Fasermaterial selbst nicht dekorativ lackiert. Es wird gegen diese Offenlegung Einspruch eingelegt, da zum Einen die technische Realisierung zumindest im Schalterbereich nicht so möglich ist, weiterhin sind diese Ideen der rückseitigen Lackierung und Laserung von Compositmaterialien nicht das geistige Eigentum der in der Offenlegungsschrift benannten Erfinder. Die Offenlegung bezieht sich auch nur auf Gehäusedeckel im Mobiltelefonbereich. Grundsätzlich sind alle bekannten und käuflich bis dato erwerbbaren Organbleche ( Thermoplastische Faserverbundmaterialien) nicht für den Einsatz von Dekorativen oder funktionellen Bauteilen im Automobilinnenraumbereich geeignet. Die geforderte Temperaturbeständigkeit von 100 Grad Celsius wird nicht erreicht, die Feuchtigkeitsbeständigkeit die in allen Automobilspezifikationen gefordert wird, genannt sei hier die TL 226, wird nicht bestanden.
In B05D 1/02(2013.01), EP2 601 040 A1 und WO2012/016626 wird das Einfärben von Faserverbundmaterialien und die Herstellung von Umformteilen beschrieben. Die Erfinder behaupten, dass die Haptik von Bauteilen und Halbzeugen einen deutlichen Unterschied aufweisen, wenn z. B. Glasfasern im Tauchverfahren oder im Sprühverfahren mit einer farbgebenen Schicht überzogen werden. Weiterhin sei die Haptik von in einem Thermo – oder Duroplasten eingebetteten Gewebe aus Carbon deutlich höherwertiger und angenehmer als z. B. bei einem nicht farbig gestaltetem Glasfasergewebe. Dem muss ersteinmal wiedersprochen werden. Haptik bedeutet eine Wahrnehmung von Gegenständen durch Berührung. Bei den thermoplastischen Halbzeugen und daraus hergestellten Bauteilen wird die Haptik durch die Art und Beschaffenheit der verwendeten Kunststoffmatrix bestimmt, und nicht durch das eingebettete Glas – oder Carbonfasergewebe oder gar durch dessen farblichen Beschichtungsprozess. Weiterhin kann der gleiche optische Eindruck einer farblich beschichteten Faseroberfläche durchaus durch unterschiedliche Beschichtungsmethoden erreicht werden. Dies ist nur eine Frage der richtigen Lackeinstellung hinsichtlich Rheologie und Benetzungseigenschaften der z. B. Glasoberfläche.
Die Erfinder verwenden einen als „Porzellanfarbe” bezeichneten handelsüblichen, lösemittelgelösten Lack. Dieser Lack hat in der Regel lediglich einen Festkörperanteil von 5%, der Rest ist umweltschädliches Lösemittel. Die Erfinder selbst haben diesen Lack nicht formuliert oder erfunden. Vor dem Farbauftrag wird die bereits auf dem Glasfasergewebe, oder den Rowings, befindliche Schlichte in dem beschriebenen Prozess nicht entfernt, sondern dort belassen. Eine derartige Schlichte besteht in der Regel aus einem Silan und Wachsen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, je nach Vorliebe des Herstellers eines solchen Glasfasergewebes. Die Funktion einer solchen Schlichte ist es, die Gleitfähigkeit der Glasfasern im späteren weiterverarbeitenden Prozess deutlich zu steigern. Ohne eine solche Schlichte währe ein Verweben der Glasfaser garnicht möglich. Jedoch stört diese Schlichte den Verbund zwischen Glasfaser, Lack und Kunststoffmatrix. So hergestellte Halbzeuge und Bauteile erreichen daher nie die notwendige Qualitätseigenschaften, wie sie z. B im Automobil oder Luftfahrtbereich verlangt werden. Die Erfinder beschreiben weiterhin, dass die Pigmente in einem Lösemittelüberschuss punktuell auf der Glasoberfläche abgeschieden werden. Weiterhin wird von der Möglichkeit gesprochen, eine graphische farbige Gestaltung von Glasfasergewebe mittels Tintenstrahldruckers vorzunehmen. Auch hier muss wiedersprochen werden. Da die verwendete Farbe und der verwendete Herstellprozess (kein Entfernen der Schlichte vor dem Farbauftrag) zu einer mangelhaften Haftung zwischen Farbe und Glasfasergewebe fährt, ergeben derartig hergestellte, graphische Glasfasergewebe, nach dem Verpressen in einer Kunststoffmatrix, nur verschwommene Gebilde. Im Absatz 0015 wird leihenhaft die Bindemittelbasis des Lacksysthemes erklärt. Es handelt sich um einen handelsüblichen, lösemittelgelösten, Sol-Lack. Durch Aushärtung des Sol-Gel-Bindemittels unter hoher Temperatur, (180 Grad) findet eine Vernetzung statt. Dadurch werden Farbpigmente auf der Glasoberfläche, bzw. in diesem hier beschriebenen Prozess lediglich auf der Schlichte fixiert. Eine echte Verbindung, über Van der Waalsche Bindungskräfte oder Wasserstoffbrückenbindung zur Glasoberfläche kann nicht stattfinden, da sich noch die Schlichte störend auf der Glasoberfläche befindet. In Absatz 0016 wird beschrieben, dass so beschichtetes Glasfasergewebe dann beidseitig mit Kunststoff laminiert wird, das Gewebe wird also in einer Kunststoffmatrix eingebettet. In Absatz 0015 wird noch darauf hingewiesen, das der verwendete Sol-Gel-Lack als Schutzschicht für Glasartikel oder als schmutzabweisende Schicht für Sanitärartikel Verwendung findet. Dies ist in der Tat so und allein aus diesem Grund weisen derartig hergestellte Halbzeuge und durch einen Umformprozess hergestellte Bauteile wesentliche Nachteile bei der späteren Weiterverarbeitung und auch bei den Gebrauchseigenschaften derartig hergestellter Güter auf Sol-Gel Lacke haben die unangenehme Eigenschaft, dass derartig beschichtete Oberflächen nicht gut durch andere organische Materialien benetzt werden. In Absatz 0016 weisen die Erfinder darauf bin, dass als Kunststoffmatrix Poyamid, Polypropylen oder Polyurethan verwendet wird. Alle drei hier aufgeführten Kunststofftypen, wobei in der Praxis im Mobiltelefonbereich nicht Polyurethan (PU), sondern thermoplastisches Polyurethan (TPU) Verwendung fand, haben keine optimale Haftung zur Sol-Gel Lack Beschichtung. Und diese hat wiederum keine optimale Haftung zum Glas, da die Sol-Gel Lack Beschichtung auf einer sich auf der Glasoberfläche befindenden Schlichte aufgetragen wurde. Halbzeuge und Bauteile, die mit den genannten Kunststoffen als Kunststoffmatrix nach diesem Verfahren hergestellt wurden, bestehen keinen Kopfaufschlagtest im Automobilinnenraumbereich. Dieser wird bei minus 20 bis minus 30 Grad Celsius durchgeführt. Derartig hergestellten Bauteile und Halbzeuge sind bei Raumtemperatur schon recht spröde, auf Grund des hohen Faservolumenanteiles. Bei Belastung in den genannten Temperaturbereichen splittern die Bauteile und können so zu Verletzungen führen.
Es ist auch völlig klar, das eine Kunststoffmatrix aus Polypropylen (PP) niemals eine nach dem hier beschriebenen Verfahren optimale Haftung zur Sol-Gel Lack beschichteten Glasoberfläche haben kann. Alle hier aufgeführten Kunststoffe bestehen aus den genannten Gründen nicht die im Automobilbereich geforderten Feuchtigkeitsbelastungen. Weiterhin werden noch nichteinmal geforderte Temperaturbeständigkeiten von derartig hergestellten Bauteilen von 100 Grad Celsius erreicht. Die maximale Temperaturbeständigkeit beträgt in der Regel 60 Grad. Dies sind die wesentlichen Gründe, warum derartige in diesen Veröffentlichungen genannte Halbzeuge und hergestellte Umformteile keine Anwendung im Automobil oder Luftfahrtbereich, sowie Schinenfahrzeuge erzielen konnten. Um eine optimale Haftung zwischen Kunststoffmatrix und ausgehärtetem Lack zu erhalten, ist es notwendig das zur Beschichtung der Glasobefläche ersteinmal die Schlichte entfernt wird. Weiterhin muss das verwendete Lacksystem auf die später zum Einsatz kommende Kunststoffmatrix gezielt in den Eigenschaften abgestimmt werden. Dies geschieht durch die Auswahl entsprechender organischer Bindemittel in den zur Anwendung kommenden wasserverdünnbaren Lacken.
Weiterhin ist ein wesentlicher Nachteil des in den genannten Veröffentlichungen hergestellten Thermoplastischen Faserverbundhalbzeugs, dass nach dem Umformprozess Fasern, oder auch Gewebeteile bis an die Oberfläche gelangen können. Der Umformprozess wird in der Regel bei Temperaturen von ca. 200 Grad durchgeführt, in einem sehr plastischen Zustand. Es befinden sich also dann partiell Glasbestandteile an der Oberfläche, die zudem noch mit einem Sol-Gel Lack beschichtet wurden, der die Eigenschaften hat sich schlecht mit anderen organischen Substanzen benetzen zu lassen.
Die so hergestellten Bauteile bestehen aus einer thermoplastischen Kunststofmatrix, dadurch sind auch wesentliche Eigenschaften der Oberfläche so, wie man sie von Thermoplasten kennt. Die Chemikalienbeständigkeit, die mechanische Beständigkeit und die Kratzbeständigkeit der Oberflächen muss durch eine anschliessende Lackierung mit vernetzenden Lacksystemen verbessert werden. Als erste Schicht muss ein Primer aufgetragen werden, denn auch bei dem nun weiteren Veredelungsprozessen der Oberfläche, muss eine optimale Haftung zur jeweiligen Kunststoffmatrix hergestellt werden. Und eine Kunststoffmatrix aus z. B. Polypropylen zu lackieren benötigt der verwendete Primer ein anderes Bindemittel, als z. B. ein Primer für eine Kunststoffmatrix, die aus termoplastischem Polyurethan oder Polyamid besteht. Bei dem nun erfolgenden Primerauftrag kommt es zu massiven Oberflächenstörungen durch auftretende Krater. Dies ist darin begründet, dass teilweise an der Oberfläche der Bauteile sich mit Sol-Gel Lack beschichtete Glasfasern befinden, die sich wiederum sehr schlecht durch Primer, die aus organischen Bindemitteln bestehen, benetzen lassen. Es liegt also eine zu lackierende Oberfläche vor, die partiell unterschiedliche Obeflächenspannungen aufweist. Diese Krater müssen dann maschinell oder oftmals per Handarbeit geschliffen werden. Der zusätzliche und kostenintensive Prozess des Primerauftrages und anschliessendem Schleifen muss in der Regel mehrfach wiederholt werden, Dadurch entstehen enorme Kosten und Ausschussquoten, bevor eine abschliessende dekorative Endlackierung mit vernetzenden Lacken auf Basis von lösemittelgelösten oder was serverdünnbaren Polyurethan erfolgen kann. Auch wasserverdünnbare oder lösemittelgelöste Lacke die mit UV oder Elektronenstrahlhärtung vernetzt werden, können eingesetzt werden, um besonders hohe Kratzbeständigkeiten, z. B. bei hochglänzenden Oberflächen, zu erreichen.
Dies ist ein weiterer Grund, warum derartig lackiertes Glasfasergewebe, bzw. daraus hergestelltes thermoplastisches Faserverbundmaterial und letztendlich so hergestellte Bauteile sich grosstechnisch in optisch sichtbaren und anspruchsvollen Bereichen nicht durchgesetzt haben. Besonders in Bereichen, wo es gilt höhere Qualitätsansprüche zu erfüllen. Genannt sei hier der Automobilbereich, der Luftfahrt und Personenbeförderungsbereich auf Schienen sowie Schiffen, sowie für anspruchsvolle Sportartikel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/053487 [0029]
EP 2012/004275 [0029]
DE 102012024294 A1 [0031]
EP 2601040 A1 [0032]
WO 2012/016626 [0032]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines farbigen Faserverbundwerkstoffes durch besprühen eines Fasergewebes aus Gas oder Kohlefasern, oder des Rowings, vor dem Laminieren, mit einem wasserverdünnbaren Lack, der dann thermisch gehärtet wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der wasserverdünnbare 1 oder 2 Komponentenlack zur Beschichtung der Glasfasern oder Rowings als Bindemittel Polyurethan und/oder Epoxidharz und/oder Polyesterharze, und/oder Polyvinylacetat, und/oder Phenolharz, und/oder Acrylatharz, und/oder Polyvinylchlorid, und oder blockiertes Isocyanat, sowie deren Copolymere als lösliche Bestandteile oder in Dispersionsform enthält, sowie anorganische, metallische, oder organische Pigmente, Netz und Dispergiermittel, oberflächenbenetzende Additive, Verlaufsmittel, Entschäumer, Filmbildehilfsmittel, Additive zur Erhöhung der Gleitfähigkeit und Aminosilane, und/oder Mercaptosilane zur Haftungsverbesserung enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Laminieren derartig lackierter Glasfasern mit Kunststofffolien oder Granulatpulver auf Basis von Polypropylen und/oder Polyethylen, und/oder Polyamid 12, und/oder Polyamid 6, und/oder Thermoplastischem Polyurethan, und/oder Polycarbonat, und/oder Polyethylenterefthalat, und/oder Polyetherimid, und oder Melaminharz oder getränktem Melaminharzoverlaypapieren
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das aus derartig laminierten, mit wasserverdünnbaren Lacken lackierten Glas oder Carbonfasergewebe durch einen thermischen Umformprozess, Kunststoffbauteile im Bereich Automobil, Sportgeräte, Elektronikartikel, Möbelfronten oder Oberflächen im Küchenbereich hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das derartig laminierte Halbzeuge aus lackierten Glas oder Kohlefasergewebe vor dem Umformprozess mit einem wasserverdünnbaren oder Lösemittelgelösten 1 oder 2 Komponentenlack der Epoxidharz und/oder Polyesterharze, und/oder Polyvinylacetat, und/oder Phenolharz, und/oder Acrylatharz, und/oder Polyvinylchlorid, und oder blockiertes Isocyanat, sowie deren Copolymere als lösliche Bestandteile oder in Dispersionsform enthält, sowie anorganische, metallische, oder organische Pigmente, Netz und Dispergiermittel, oberflächenbenetzende Additive, Verlaufsmittel, Entschäumer, Filmbildehilfsmittel, Additive zur Erhöhung der Gleitfähigkeit und Aminosilane, und/oder Mercaptosilane zur Haftungsverbesserung enthält, lackiert werden, mit dem Ziel, das der Lack nach dem Aushärten und dem später erfolgenden thermischen Umformprozess das Bauteil schützt, als Haftvermittler zur späteren decorativen Decklackschicht fungiert, sowie verhindert, dass während des Umformprozesses Glas oder Kohlefasern bis zur Oberfläche durchdringen können und zu entsprechenden Oberflächenstörungen bei nachfolgenden Lackierungen führen, die nur durch kostenintensive Schleifvorgänge wieder egalisiert werden können.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das aus derartig laminierten, mit wasserverdünnbaren Lacken lackierte Glas oder Carbonfasergewebe, die vor dem thermischen Umformprozess mit einem wasserverdünnbaren oder Lösemittelgelösten 1 oder 2 Komponentenlack der Epoxidharz und/oder Polyesterharze, und/oder Polyvinylacetat, und/oder Phenolharz, und/oder Acrylatharz, und/oder Polyvinylchlorid, und oder blockiertes Isocyanat, sowie deren Copolymere als lösliche Bestandteile oder in Dispersionsform enthält, sowie anorganische, metallische, oder organische Pigmente, Netz und Dispergiermittel, oberflächenbenetzende Additive, Verlaufsmittel, Entschäumer, Filmbildehilfsmittel, Additive zur Erhöhung der Gleitfähigkeit und Aminosilane, und/oder Mercaptosilane zur Haftungsverbesserung enthält, lackiert werden, mit dem Ziel, das der Lack nach dem Aushärten und dem später erfolgenden thermischen Umformprozess das Bauteil schützt, als Haftvermittler zur späteren decorativen Decldackschicht fungiert, sowie verhindert, dass während des Umformprozesses Glas oder Kohlefasern bis zur Oberfläche durchdringen können und zu entsprechenden Oberflächenstörungen bei nachfolgenden Lackierungen führen, die nur durch kostenintensive Schleifvorgänge wieder egalisiert werden können, Kunststoffbauteile im Bereich Automobil, Sportgeräte, Elektronikartikel, Möbelfronten oder Oberflächen im Küchenbereich hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Lage Glas oder Kohlefasern zwischen den genannten thermoplastischen Kunststoffen laminiert werden, und auch zusätzlich noch mit einem Preforming Lack zusätzlich beschichtet sein können und dann in Spritzgusswerkzeugen, wie im IMD (Inmolddekoration) Verfahren hinterspritzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das derartig einlagig oder mehrlagig laminierte Glas oder Kohlefaserverbundstoffe im Verbund mit verpressten Naturfasern zum Einsatz kommen, um Kunststoffbauteile herzustellen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das derartig ein oder mehrlagig laminierte Glas oder Kohlefaserverbundstoffe zur Herstellung von HPL (High Pressure Laminate) verwendet werden.