DE102015225703B4

DE102015225703B4 - Zusammensetzung zum herstellen eines leichten, transparentenverbundmaterials, verfahren zur herstellung eines leichten, transparenten verbundmaterials, leichtes, transparentesverbundmaterial und verwendung des leichten, transparenten verbundmaterials

Info

Publication number: DE102015225703B4
Application number: DE102015225703.7A
Authority: DE
Inventors: Young Ho Choi; Sang Sun Park; Kyung Mo Yang; Seok Hwan Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: CN106432617B; KR101786189B1; CN106432617A; US10363708B2; DE102015225703A1; US20170037221A1; KR20170017610A

Abstract

Zusammensetzung zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials, umfassend:(A) eine Glasfaserverstärkung mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6;(B) ein härtbares Harz mit einer Abweichung im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 von der Glasfaserverstärkung (A); und(C) einen auf Ruthenium basierenden Katalysator (C), wobei die Zusammensetzung 50 bis 250 Gewichtsteile der Glasfaserverstärkung (A) und 0,2 bis 2 Gewichtsteile des auf Ruthenium basierenden Katalysators (C) basierend auf 100 Gewichtsteilen des härtbaren Harzes (B) aufweist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials, ein Verfahren zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials, ein leichtes, transparentes Verbundmaterial und eine Verwendung des leichten, transparenten Verbundmaterials. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung zum Vorbereiten eines leichten, transparenten Verbundmaterials, das eine Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wetterbeständigkeit und hohe Härte aufweist.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformation in Bezug auf die vorliegende Veröffentlichung zur Verfügung und stellen keinen Stand der Technik dar.
Fahrzeugsonnendächer, die aus Glasmaterial hergestellt sind, sind aufgrund der Eigenschaften der Materialien, wie beispielsweise gehärtetes Glas, schwer und es ist wahrscheinlich, dass sie auf natürliche Weise brechen, wenn Unreinheiten in den Glasmaterialien verbleiben und einen Schaden an Menschen anrichten durch zu Bruch gehen und durch Stücke von gebrochenem Glas, wenn Fahrzeuge sich überschlagen. Als eine Alternative zu solchen Glasmaterialien wurden oft doppelt laminierte Gläser verwendet. Jedoch sind diese Materialien weiterhin schwer und die Herstellungskosten können aufgrund komplizierter Herstellungsprozesse ansteigen. Zusätzlich wurde Polycarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat gemeinhin als Plastikmaterialien verwendet. Wenn Polycarbonat verwendet wird, kann die Härte unzureichend sein, sein Anstieg der Dicke kann erfolgen und eine Kratzfestigkeit und Wetterbeständigkeit kann schlecht sein. Polymethylacrylat als ein Ersatz für bekannte Glasmaterialien weist keine Stoßfestigkeit auf.
Die US 2010/0210783 A1 offenbart Prepreg-Verbundstoffe, die eine duroplastische PCO-Matrix aufweisen. Die DE 10 2005 008 462 A1 offenbart ein Kunststoffkomposit, enthaltend einen transparenten Kunststoff und Glas, wobei der Unterschied der Brechungsindizes des Kunststoffs und des Glases im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm maximal 0,006 beträgt. Die DE 199 58 517 C1 offenbart bleifreie optische Leichtflintgläser mit einem Brechwert zwischen 1,54 und 1,61 und einer ABBE-Zahl zwischen 38 und 45. Die US 6 323 303 B1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Polycarbonaten, bei welchem Ruthenium (II) und (III)-Katalysatoren verwendet werden.
Die nicht geprüfte, japanische Patentveröffentlichung JP 2006212820 A offenbart eine Glasfaserlage mit hohem Lichtdiffusionsvermögen und verbesserter Lichtdurchlässigkeit, und ein Verfahren zur Herstellung desselbigen. Das Verfahren umfasst das übereinander Anordnen von gewebten Glasfaserstoffen, in denen eine Harzzusammensetzung einen hohen Brechungsindex in einem Bereich von ±0,02 aufweist und das Imprägnieren übereinander angeordneter Glasfaserstoffe in einem wärmegehärteten Harz mit einem auf Norbornen basierendem Rückgrat, um ein faserverstärktes Verbundmaterial vorzubereiten. Jedoch, wenn die Glasfaserlage bei einem Fahrsonnendach oder dergleichen angewendet wird, bleibt die Glasfaserlage dünn, weist eine unzureichende Formbeständigkeit auf und die Transparenz kann verschlechtert werden, sowie die Glasfaserlage an Dicke zunimmt aufgrund eines Unterschiedes des Brechungsindexes zwischen Glasfasern und der Harzzusammensetzung.
Daher gibt es einen Wunsch für transparente Verbundmaterialien, die aus Plastikmaterialien hergestellt sind, die einen verbesserten Fahrzeugkraftstoffverbrauch durch eine leichte Gestaltung durch Ersetzen des Glasmaterials mit den Plastikmaterialien aufweisen, die einfachere Handhabungseigenschaften aufgrund einer Reduzierung des Fahrzeugschwerpunktes aufweisen und die eine exzellente Vibrations- und Dimensionsstabilität während des Fahrens aufgrund von hervorragender Härte aufzeigen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt leichte, transparente Verbundmaterialien zur Verfügung, die eine hervorragende Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wetterbeständigkeit und hohe Härte aufweisen. Wir haben herausgefunden, dass Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wetterbeständigkeit und Härte der transparenten Verbundmaterialien verbessert werden können, während die Transparenz der Materialien aufrechterhalten wird, wenn eine Glasfaserverstärkung gemeinsam mit einem aushärtbaren Harz mit einer Abweichung im Brechungsindex von ±0,005 von der Glasfaserverstärkung verwendet wird.
In einer Ausprägung stellt die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials nach Anspruch 1 zur Verfügung.
In einer anderen Ausprägung stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials nach Anspruch 7 zur Verfügung
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Verwendung des leichten, transparenten Verbundmaterials zur Herstellung eines geformten Artikels für transparente Fahrzeugfenster nach Anspruch 16 zur Verfügung.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Weitere Anwendungsbereiche werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
ZEICHNUNGEN
Damit die Offenbarung gut verstanden werden kann, werden nun verschiedene Ausführungsformen beispielhaft beschrieben, wobei eine Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in welchen:

1 ein Diagramm ist, das ein leichtes, transparentes Verbundmaterial gemäß der Lehre der vorliegenden Veröffentlichung zeigt; und
2 ein Diagramm ist, das ein Verfahren zum Ausbilden eines festen Fensters gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Es muss verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, eine etwas vereinfachte Wiedergabe verschiedener Merkmale darstellt, die beispielhaft für die Grundprinzipien der Erfindung sind. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, so wie sie hier offenbart ist, umfassend beispielsweise spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen, ergeben sich teilweise durch die speziell angedachte Anwendung und den Einsatzbereich.
In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Offenbarung über die Figuren der Zeichnungen hinweg.
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur Darstellungszwecken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur. In den Zeichnungen bezeichnen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Merkmale.
Im Folgenden erfolgt eine Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei Beispiele dieser in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und im Folgenden beschrieben werden.
Die vorliegenden Erfindung stellt eine Zusammensetzung zum Vorbereiten eines leichten, transparenten Verbundmaterials zur Verfügung, umfassend (A) eine Glasfaserverstärkung mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6, (B) ein aushärtbares Harz mit einer Abweichung im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 von der Glasfaserverstärkung (A), und (C) einen auf Ruthenium basierenden Katalysator.
Die Glasfaserverstärkung (A) umfasst einen oder mehrere Glasfasern (a), die aus der Gruppe bestehend aus S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,500 bis 1,540, E-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,540 bis 1,570, und Siliziumdioxid-/Quartzfasern mit einem Brechungsindex von 1,450 bis 1,460 ausgewählt werden.
Die S-Glasfasern weisen typischerweise einen Brechungsindex von 1,500 bis 1,540 auf und folglich können homogene Materialien, deren Abweichung vom Brechungsindex weniger als 0,005 beträgt, verwendet werden, um die Abweichung im Brechungsindex von dem aushärtbaren Harz zu minimieren.
Zusätzlich kann das härtbare Harz (B) gemäß einem Typ der Glasfaserverstärkung ausgewählt werden. Im speziellen kann eine Mischung aus Polydicyclopentadien (pDCPD) mit einem Brechungsindex von 1,510 bis 1,515 und Ethylennorbornen mit einem Brechungsindex von 1,53 bis 1,54 verwendet werden, wenn die S-Glasfasern ausgewählt werden.
In diesem Fall kann das härtbare Harz mit einem Mischungsverhältnis gemischt werden, sodass das härtbare Harz einen Unterschied im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 zu den S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,50 bis 1,540 aufweist, um eine Transparenz gemäß diesen Glasmaterialien umzusetzen.
Wenn die Abweichung im Brechungsindex außerhalb von ±0,005 liegt, kann ein Trübungswert, der den Grad an gestreutem Licht in Bezug auf das übertragene Licht darstellt, ansteigen, was zu einer verschlechterten Transparenz führt.
Als nächstes, wenn die E-Glasfasern ausgewählt werden, kann ein Harz umfassend zumindest eines aus der Gruppe bestehend aus aromatischem Urethanancrylat, aromatischem Urethandiacrylat, aromatischem Urethanmultiacrylat, Urethanacrylat, bei dem Halogen substituiert wurde, und Schwefel (S) aufweisendes Urethanacrylat als das härtbare Harz (B) verwendet werden. In einer Ausführungsform können Urethandiacrylat, und Urethanacrylat, bei dem Fluor substituiert wurde, aufgrund einer wünschenswerten Kratzfestigkeit bei guter Transparenz und hoher Härte verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform können Urethanacrylat, bei dem Brom substituiert wurde, oder Schwefel (S) aufweisendes Urethanacrylat verwendet werden, um einfach den Brechungsindex einzustellen. Die Verwendung von Urethanacrylat, bei dem Brom substituiert wurde oder Schwefel (S) aufweisendem Urethanacrylat kann auch die gesamte Transparenz aufgrund des Vorhandenseins von Farbe reduzieren. Wenn eine vollständige Transparenz wünschenswert ist, können aromatisches Urethandiacrylat und Urethanacrylat, bei dem Fluor substituiert wurde, verwendet werden.
Wenn die Abweichung im Brechungsindex außerhalb von ±0,005 liegt, kann die Transparenz verschlechtert sein. Als ein Ergebnis wird das Harz innerhalb des oben beschriebenen Bereichs verwendet.
Zusätzlich, wenn Siliziumdioxid-/Quarzfasern ausgewählt werden, kann Urethanacrylat mit einer Abweichung im Brechungsindex von ±0,005 zu der Glasfaserverstärkung als dem härtbaren Harz (B) verwendet werden.
In diesem Fall, wenn die Abweichung im Brechungsindex außerhalb von ±0,005 liegt, kann die Transparenz verschlechtert sein. Als ein Ergebnis werden die Siliziumdioxid-/Quarzfasern mit dem Harz innerhalb des oben beschriebenen Bereichs gemischt.
Zusätzlich werden die Glasfasern (a), die in der Glasfaserverstärkung (A) umfasst sind, als ein Verstärkungsmaterial verwendet und können folglich in der Form von gewebten Fasern, Non-Crimp-Fasern, nicht gewebten Fasern, Filamenten oder Kombinationen davon verwendet werden.
Ferner kann die Glasfaserverstärkung (A) optional ferner ein Carbonfasertape (b) zusätzlich zu den Glasfasern (a) umfassen, in Abhängigkeit von den Eigenschaften des geformten, vorzubereitenden Artikels. In diesem Fall kann ein überlappender Bereich zwischen den Glasfasern (a) und dem Carbonfasertape (b) opak sein.
Erfindungsgemäß wird die Glasfaserverstärkung (A) mit einem Betrag von 50-250 Gewichtsteilen basierend auf 100 Gewichtsteilen des härtbaren Harzes (B) verwendet. Wenn der Anteil der Glasfaserverstärkung weniger als 50 Gewichtsteile beträgt, kann ein die Härte verstärkender Effekt unzureichend sein. Auf der anderen Seite, wenn der Anteil der Glasfaserverstärkung größer als 250 Gewichtsteile ist, gibt es eine Grenze im Hinblick auf die Tränkung des Harzes. Als ein Ergebnis kann die Glasfaserverstärkung (A) innerhalb dieses Anteilbereichs verwendet werden.
Der auf Ruthenium basierende Katalysator C, der in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, bezieht sich auf einen auf Rutheniummetall (Ru) basierenden Katalysator, der bei Metathese verwendet wird, bei der zwei Verbindungen miteinander reagieren, um ihre ausbildenden Atome oder Atomgruppen auszutauschen, wodurch zwei neue Verbindungen vorbereitet werden. In der vorliegenden Offenbarung kann ein auf Rutheniummetall basierender Metathesekatalysator zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Osmium (Os) als dem auf Ruthenium basierenden Katalysator (C) verwendet werden. Jedoch kann jeder auf Ruthenium basierende Katalysator (C) ohne Einschränkung verwendet werden, solange der auf Ruthenium basierende Katalysator eine doppelte Bindung des Harzes spalten kann, um die Polymerisation durchzuführen.
Der auf Ruthenium basierende Katalysator kann mit einem Betrag von 0,02 bis 2 Gewichtsteilen verwendet werden. Erfindungsgemäß wird er mit einem Betrag von 0,2 bis 2 Gewichtsteilen basierend auf 100 Gewichtsteilen des härtbaren Harzes (B) verwendet. Wenn der Anteil des auf Ruthenium basierenden Katalysators weniger als 0,2 Gewichtsteile beträgt, kann eine Polymerisationsreaktion nicht initiiert werden oder eine nicht gleichmäßige Polymerisation kann auftreten. Auf der anderen Seite, wenn der Anteil des auf Ruthenium basierenden Katalysators größer als 2 Gewichtsteile ist, kann ein Anstieg der molekularen Gewichtsverteilung auftreten und es ist schwierig eine Reaktionsgeschwindigkeit einzustellen. Als ein Ergebnis kann der auf Ruthenium basierende Katalysator innerhalb dieses Anteilbereiches verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Transparenz des Verbundmaterials umgesetzt werden, bei Verwendung von härtbarem Harz, das in der Lage ist eine Abweichung des Brechungsindex von der Glasfaserverstärkung zu minimieren. Zusätzlich, da das Verbundmaterial exzellente physikalische Eigenschaften aufweist, wie beispielsweise eine Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wetterbeständigkeit und hohe Härte, kann das Verbundmaterial ein Material bekannter, transparenter Fenster ersetzen, wie sich aus den weiter unten zur Verfügung gestellten Testbeispielen ersehen lässt.
Auch stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials zur Verfügung, welches umfasst (i) Vorbereiten einer Glasfaserverstärkung (A) mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6 in einer Herstellungsform und (ii) Injizieren eines Polymerharzes in die Herstellungsform aufweisend die Glasfaserverstärkung (A) und thermisches Härten und Formen des Polymerharzes. Hier kann das Polymerharz ein härtbares Harz (B) mit einer Abweichung im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 von der Glasfaserverstärkung (A) und einen auf Ruthenium basierenden Katalysator (C) umfassen.
Schritt (i) betrifft das Herstellen einer Glasfaserverstärkung (A) mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6 in einer Herstellungsform. Wie oben beschrieben, umfasst die Glasfaserverstärkung (A) eine oder mehrere Glasfasern (a), die aus der Gruppe bestehend aus S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,500 bis 1,540, E-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,540 bis 1,570, und Siliziumdioxid-/Quarzfasern mit einem Brechungsindex von 1,450 bis 1,460 ausgewählt wurden. In diesem Fall stellen die Glasfasern (a) homogene Materialien dar, deren Brechungsindex weniger als 0,005 beträgt, und die in der Form von gewebten Fasern, Non-Crimp-Fasern, nicht gewebten Fasern, Filamenten oder Kombinationen davon verwendet werden können.
Die Glasfaserverstärkung (A) kann ferner ein Carbonfasertape (b) umfassen. Wenn die Glasfaserverstärkung (A) ein Carbonfasertape (b) umfasst, bezieht die Glasfaserverstärkung (A) im Schritt (i) sich auf eine Glasfaserverstärkung, die vorgeformt wurde durch teilweises Überlappen der Glasfasern (a) und des Carbonfasertapes (b), das mit einem auf Nylon basierendem Bindemittel beschichtet wurde, und thermisches Pressen des teilweise überlappenden Bereichs zwischen den Glasfasern (a) und dem Carbonfasertape (b) bei 200 bis 250°C. In diesem Fall, wenn die Presstemperatur weniger als 200°C beträgt, ist es schwierig die Formstabilität aufrechtzuerhalten, da ein Bindemittel nicht vollständig schmilzt. Auf der anderen Seite, wenn die Presstemperatur größer als 250°C ist, kann ein Leim, der auf den Oberflächen von Fasern vorhanden ist, sich zersetzen, was zu einer Abnahme der Klebewirkung mit dem Harz zwischen den Flächen führt. Als ein Ergebnis kann das thermische Pressen innerhalb dieses Temperaturbereichs durchgeführt werden. 1 ist ein Diagramm, das eine Zusammensetzung gemäß einer Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welche unter Verwendung von S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,500 bis 1,540, Polydicyclopentadien (pDCPD) mit einem Brechungsindex von 1,510 bis 1,515, Ethylennorbornen mit einem Brechungsindex von 1,530 bis 1,540 und einem Carbonfasertape hergestellt wird.
Solch ein Carbonfasertape (b) kann auf bis zu drei Schichten an einem Bereich aufgestapelt werden, der keine Transparenz erfordert, beispielsweise ein Bereich, in dem ein Fenster auf einen Fahrzeugrahmen bei der Herstellung des Verbundmaterials laminiert wird. Hier kann das Carbonfasertape in der Form einer Lage mit einer bestimmten Breite durch Verteilen von Carbonfasern vorbereitet werden. In diesem Fall kann eine Lage mit einer Dicke von ungefähr 0,3 mm als das Carbonfasertape verwendet werden, jedoch ist die vorliegenden Offenbarung darauf nicht beschränkt.
Das heißt, das Carbonfasertape kann an einem Randbereich eines geformten Artikels, der vorzubereiten ist, unter Verwendung des Verbundmaterials angewendet werden. In diesem Fall kann die Härte des geformten Artikels entsprechend weiter verbessert werden. Hier kann der Bereich, an dem das Carbonfasertape angewendet wird, gemäß dem Typ des zu formenden Artikels gestaltet werden.
Zusätzlich bezeichnet das auf Nylon basierende Bindemittel, das an das Carbonfasertape angewendet wird, zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe bestehend aus Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 46, Nylon 410, Nylon 66, Nylon 610, Nylon 612, Nylon 1010 und Nylon 1212. In diesem Fall kann ein auf Nylon basierendes Bindemittel mit einem Betrag von 1 bis 3 % Gewichts-% basierend auf dem Gesamtgewicht des Carbonfasertapes verwendet werden. Wenn der Anteil des auf Nylon basierenden Bindemittels, das verwendet wird, weniger als 1 Gewichts-% beträgt, kann sich die Abmessungsstabilität verschlechtern. Auf der anderen Seite, wenn der Anteil des auf Nylon basierenden Bindemittels mehr als 3 Gewichts-% beträgt, kann die Tränkung und die Strömung des Harzes behindert werden. Als ein Ergebnis kann das auf Nylon basierende Bindemittel innerhalb dieses Bereichs verwendet werden.
Schritt (ii) umfasst das Injizieren eines Polymerharzes in die Herstellungsform aufweisend die Glasfaserverstärkung (A) und das thermische Härten und Formen des Polymerharzes. Hier umfasst das Polymerharz ein härtbares Harz (B) mit einer Abweichung im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 von der Glasfaserverstärkung (A) und einen auf Ruthenium basierenden Katalysator (C).
Wie oben beschrieben wurde, werden die Glasfaserverstärkung (A) und der auf Ruthenium basierende Katalysator (C) mit Beträgen von 50 bis 250 Gewichtsteilen bzw. 0,2 bis 2 Gewichtsteilen verwendet, basierend auf 100 Gewichtsteilen des härtbaren Harzes (B).
Das härtbare Harz (B) kann optional gemäß einem Typ der Glasfaserverstärkung verwendet werden. Im Speziellen kann ein Harz umfassend Polydicyclopentadien und Ethylennorbornen verwendet werden, wenn die S-Glasfasern ausgewählt werden, wobei zumindest ein ausgewähltes Harz aus der Gruppe bestehend aus aromatischem Urethanancrylat, aromatischem Urethandiacrylat, aromatischem Urethanmultiacrylat, Urethanacrylat, mit Halogen substituiert, und Schwefel (S) aufweisendem Urethanacrylat verwendet werden kann, wenn die E-Glasfasern ausgewählt werden und Urethanacrylat kann verwendet werden, wenn die Siliziumdioxid-/Quarz-Fasern ausgewählt werden.
Zusätzlich kann im Schritt (ii) das Injizieren bei einer Temperatur von 10 bis 60°C durchgeführt werden, alternativ bei einer Temperatur von 20 bis 30°C. Wenn die Injektionstemperatur weniger als 10°C beträgt, kann eine Injektionszeitdauer aufgrund der hohen Harzviskosität sich verlängern, was zu einem verzögerten Reaktionsbeginn führt. Auf der anderen Seite, wenn die Injektionstemperatur mehr als 60°C beträgt, kann eine Querverbindungsreaktion auftreten, was zu einem Anstieg der Viskosität führt. Als ein Ergebnis kann das Injizieren innerhalb dieses Temperaturbereiches durchgeführt werden.
Als nächstes kann das thermische Härten bei einer Temperatur von 45 bis 95°C durchgeführt werden, alternativ bei einer Temperatur von 60 bis 80°C. Als solches weist das leichte, transparente Verbundmaterial, das mit dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorbereitet wurde, exzellente physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wetterbeständigkeit und hohe Härte auf und kann folglich bei einem geformten Artikel für transparente Fahrzeugfenster angewendet werden. Im Speziellen kann das leichte, transparente Verbundmaterial bei Produkten angewendet werden, die Glas aufweisen, wie beispielsweise ein bewegtes Fenster für Panoramaschiebedächer, ein hinteres Fenster, bei Deltaglas (ein Fenster zwischen einer Fahrzeug-A-Säule und einem Rückspiegel), Seitenscheiben (ein Fenster zwischen einer Fahrzeugfondtüre und einer C- oder D-Säule), etc.
Im Folgenden werden ein oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detaillierter unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben. Jedoch sind diese Beispiele nicht dazu gedacht, um den Zweck und den Schutzumfang von einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele stellen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung dar und sind nicht dazu gedacht, die selbige einzuschränken.
Beispiel 1 bis 4: Herstellung des leichten, transparenten Verbundmaterials
Beispiel 1
S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,525 wurden unidirektional angeordnet, um acht Lagen mit einer Dicke von ungefähr 0,4 mm vorzubereiten. Es wurde angenommen, dass ein Winkel, der zwischen einer Stoßstange eines Fahrzeuges und einer imaginären Linie, die mit dem Stoßdämpfer in Verbindung steht auf, 0° eingestellt ist und dass die Lagen in Winkeln von 0°, 45°, - 45°, 90°, 90°, -45°, 45° und 0° übereinander angeordnet wurden, wie in 2 gezeigt. Drei Lagen an Carbonfasertape mit einer Dicke von ungefähr 0,3 mm wurden auf die unteren Ränder der gestapelten Glasfasern, wie in 2 gezeigt, gestapelt.
In diesem Fall wurde mit 3 Gewichts-% ein pulverförmiges, auf Nylon basierendes Bindemittel an das Carbonfasertape und einen Überlappungsbereich zwischen der Glasfaserlage und den Carbonfaserrändern angewendet, basierend auf dem Gesamtgewicht des Carbonfasertapes. Anschließend wurden die gestapelten Glasfasern bei ungefähr 200°C erwärmt, gepresst und vorgeformt, wodurch eine Glasfaserverstärkung hergestellt wurde. Die hergestellte Glasfaserverstärkung wurde sicher in eine Herstellungsform in der Gestalt eines festen Fensters für Panoramadächer eingebracht und ein Polymerharz, das durch Homogenisierung von 60 Gewichtsteilen des Polydicyclopentadien mit einem Brechungsindex von 1,515, 40 Gewichtsteile an Ethylennorbornen mit einem Brechungsindex von 1,540 und 1 Gewichtsprozentteil eines auf Ruthenium basierenden Katalysators erhalten wurde, wurde bei einer Temperatur von 20°C in die Herstellungsform, die die Glasfaserverstärkung aufweist, injiziert. Anschließend wurde die sich ergebene Mischung auf 60°C erwärmt und anschließend für ungefähr fünf Minuten gebacken, um ein festes Fenster zu erhalten.
Beispiel 2
Ein festes Fenster wurde durch Durchführen des Formens auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 erhalten, außer dass die S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,520, 50 Gewichtsteilen des Polydicyclopentadien mit einem Brechungsindex von 1,510 und 50 Gewichtsprozentteilen an Ethylennorbornen mit einem Brechungsindex von 1,530 hier verwendet wurden.
Beispiel 3
Ein festes Fenster wurde erhalten durch Durchführen des Formens auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 außer dass die E-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,560, 23 Gewichtsteilen von aromatischem Urethanacrylat mit einem Brechungsindex von 1,499 und 77 Gewichtsteilen an aromatischem Urethandiacrylat mit einem Brechungsindex von 1,578 verwendet wurden und die sich ergebende Mischung mit einer Behandlung von UV-Licht anstatt dem auf Ruthenium basierenden Katalysator geformt wurde.
Beispiel 4
Ein festes Fenster wurde erhalten durch Durchführen des Formens auf die gleiche Weise wie im Beispiel 3, außer dass die 100 Gewichtsteile des Urethanacrylats mit einem Brechungsindex von 1,460 gemeinsam mit 3,2 mm dicken, nicht gewebten Fasern, die aus Siliziumdioxid mit einem Brechungsindex von 1,458 ausgebildet wurden, verwendet wurden.
Vergleichsbeispiel 1: Verwendung von Hartglas
Ein festes Fenster wurde aus einem 3,2 mm dicken Hartglas für Fahrzeuge, das bei einer hohen Temperatur von 700°C wärmebehandelt wurde, hergestellt.
Vergleichsbeispiel 2: Verwendung von Bisphenol A-Typ Epoxidharz
Ein festes Fenster wurde durch Durchführen des Formens auf die gleiche Weise wie im Beispiel 3 hergestellt, außer dass ein Polymerharz umfassend einen aromatischen auf Aminen basierender Härter mit einem Brechungsindex von 1,558 injiziert wurde und eine Herstellungsform auf 100°C erwärmt wurde, um die sich ergebende Mischung für 90 Minuten auszuhärten.
Vergleichsbeispiel 3: Verwendung von Polycarbonatharz
Ein festes Fenster wurde durch Spritzgießen mit einem kommerziell verfügbaren Bisphenol A-Typ Polycarbonatharz zum Spritzgießen mit einer Dicke von 4 mm hergestellt.
TESTBEISPIELE
Testbeispiel: Messung von physikalischen Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften der festen Fenster für Panoramadächer, die in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt wurden, wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgezählt. Zusätzlich stellen sich die Testverfahren des Messens der physikalischen Eigenschaften, die in der folgenden Tabelle 1 aufgezählt sind, wie folgt dar:

(1) Dichte: gemessen bei Raumtemperatur (23°C) gemäß einem Verfahren, das im ASTM D792 festgelegt ist.
(2) Lichtübertragung (%): gemessen gemäß einem Verfahren, das im ASTM D1003 festgelegt ist.
(3) Biegemodul (GPa): gemessen gemäß einem Verfahren, das im ASTM D790 festgelegt ist.
(4) Stahlkugelstoßfestigkeit: Die Stoßfestigkeit wurde durch Herabfallenlassen einer Stahlkugel mit einem Durchmesser von 82 mm und einem Gewicht von 2260 g aus einer Höhe von 5 m gemäß ISO 15082 gemessen.
(5) Wetterfestigkeit: Ein ΔE-Wert wurde verwendend ein Xenonbogenlampenwetter-O-Messgerät, das in ISO 105 festgelegt ist, ermittelt, nachdem ein festes Fenster mit 2500 kJ/m² (340 nm) bestrahlt wurde.
(6) Kratzfestigkeit (ΔTrübung): Ein Abnutzungstest wurde 500 mal an einem festen Fenster verwendend eine Taber-Testmaschine durchgeführt, die mit einem Schleifrad mit einem Gewicht von 500 g gemäß ISO 15082 versehen ist, und ein Trübungswert wurde gemessen und mit einem anfänglichen Trübungswert verglichen.
(7) Linearer Ausdehnungskoeffizient (10^-6 m/m·K): gemessen gemäß einem in ISO 11359-2 spezifizierten Verfahren.
(8) Messung des Brechungsindexes: gemessen gemäß dem ISO 489 Verfahren A (unter Verwendung eines Abbe-Refraktometers).

Punkte	Test standard	Beispiele				Vergleichsbeispiele
Punkte	Test standard	1	2	3	4	1	2	3
Dichte	ASTM D792	1.79	1.79	1.80	1.56	2.46	1.98	1.2
Lichtübert ragung (%)	ASTM D1003	73	77	71	70	99	67	89
Biegemodul (GPa)	ASTM D790	48	51	46	25	80	42	2.5
Stahlkugel stoßfestigkeit	ISO 15082	Nicht beschäd igt	Nicht beschäd igt	Nicht beschäd igt	Nicht beschäd igt	Beschäd igt	Nicht beschäd igt	Nicht beschädi gt
Wetterfest igkeit	ISO10 5	0.7	0.8	1.1	0.9	Unverändert	14	7.5
Kratzfesti gkeit (ΔTrübung)	ISO 15082	4	5	4	3	1	6	40
Linearer Ausdehnung skoeffizie nt (10^-6 m/m-K)	ISO 11359 -2	16.7	16.4	10.8	13.2	2.9	15.8	80

Wie in Tabelle 1 angeführt, kann erkannt werden, dass die festen Fenster, die in den Beispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, eine Lichtdurchlässigkeit von 70% oder mehr aufzeigen und sicher sogar bei einem Stoß von außen waren und um ungefähr 30% weniger Gewicht aufweisen, wodurch es möglich wird, leichte, transparente Fahrzeugfenster zur Verfügung zu stellen.
Auf der anderen Seite konnte erkannt werden, dass das feste Fenster von dem Vergleichsbeispiel 1, welches ein transparentes Fenster war, in dem ein bekanntes Glasmaterial als ein gehärtetes Glas verwendet wurde, leicht durch fallende Steine zu Bruch ging, wie es mit der gemessenen Stahlkugelstoßfestigkeit simuliert wurde. Zusätzlich konnte erkannt werden, dass, wenn das Epoxidharz verwendet wurde, wie im Vergleichsbeispiel 2, die Transparenz des festen Fensters sich aufgrund bestimmter Farben (gelb), die aus Chromophoren des Epoxidharzes abgeleitet wurde, verringerte, sogar wenn es möglich war, die Brechungsindexe der Glasfaserverstärkung und des Polymerharzes einzustellen und das feste Fenster verlor einfach seine Farbe aufgrund der verminderten Wetterfestigkeit, die bei Testbedingungen bei Außenverwendung erforderlich ist.
Das feste Fenster, das im Vergleichsbeispiel 3 hergestellt wurde, war im Hinblick auf Gewicht um 50% im Vergleich zu Glas leichter, jedoch Geräusche, die durch Vibrieren eines sich bewegenden Fensters übertragen wurden, welches während des Fahrens aufgrund unzureichender Härte auftrat und Wetterbeständigkeit und Kratzfestigkeit waren unzureichend. Daher waren Folgeprozesse, wie beispielsweise Beschichten, notwendig, um die unzureichende Wetterbeständigkeit und Kratzfestigkeit zu kompensieren, was zu einem Anstieg der Herstellungskosten führte. Zusätzlich, da das feste Fenster des Vergleichsbeispiels 3 einen großen Unterschied im Koeffizienten der linearen Expansion im Vergleich zu konventionellen Glasprodukten aufweist, war die Haltbarkeit auf lange Sicht des festen Fensters unter dem Einfluss der internen Spannung, der durch Schrumpfung und Expansion gemäß der Veränderung der Außentemperatur hervorgerufen wurde, verschlechtert.
Daher weist das leichte, transparente Verbundmaterial gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung exzellente physikalische Eigenschafen auf, wie beispielsweise Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, Wetterfestigkeit und Härte, während eine Transparenz der Materialien aufrechterhalten wird, wenn eine Glasfaserverstärkung und ein bestimmtes härtbares Harz ausgewählt und gemischt werden, sodass eine Abweichung im Brechungsindex zwischen der Glasfaserverstärkung und dem härtbaren Harz ±0,005 beträgt und die sich ergebende Mischung thermisch gehärtet wird. Das leichte, transparente Verbundmaterial kann als eine Alternative zu transparenten Fenstern, die aus den Glasmaterialien hergestellt werden, auf verschiedenen Gebieten angewendet werden, wie beispielsweise Automobile, Flugzeugen, Schiffe, im Bauwesen, etc.
Als ein transparentes Material, das in der Lage ist, konventionelle Glasmaterialien zu ersetzen, umfasst das leichte, transparente Verbundmaterial gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Glasfasern und kann folglich nützlich beim Einstellen eines Unterschiedes im Brechungsindex zu dem härtbaren Harz sein, um die Transparenz aufrechtzuerhalten, während die Härte verbessert wird. Demgemäß kann das leichte, transparente Verbundmaterial als ein Material für transparente Fahrzeugfenster zur Verfügung gestellt werden, die eine verbesserte Stoßfestigkeit, Kratzfestigkeit, und Wetterbeständigkeit, aufweisen und die auch eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauches erreichen.
Zusätzlich kann das leichte, transparente Verbundmaterial gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für transparente Fahrzeugfenster zur Verfügung gestellt werden. Das leichte, transparente Verbundmaterial kann bei Produkten aufweisend Glas, wie beispielsweise ein sich bewegendes Fenster für Panoramadächer, ein Kofferraumfenster, ein Deltafenster (ein Fenster zwischen einer A-Säule und einem Rückspiegel), ein Seitenfenster (ein Fenster zwischen einer Fahrzeugfondtüre und einer C- oder D-Säule), etc. eingesetzt werden. Wenn eine A-Säule mit dem transparenten Verbundmaterial ersetzt wird, kann eine Sicht des Fahrers einfach sichergestellt werden, was ein Gefühl von Offenheit vermittelt.
Die Beschreibung der Offenbarung ist rein beispielhafter Natur und folglich ist es angedacht, dass Variationen, die nicht von dem Gegenstand der Offenbarung abweichen, in den Schutzumfang der Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Geiste und dem Schutzumfang der Offenbarung anzusehen.

Claims

Zusammensetzung zum Herstellen eines leichten, transparenten Verbundmaterials, umfassend: (A) eine Glasfaserverstärkung mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6; (B) ein härtbares Harz mit einer Abweichung im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 von der Glasfaserverstärkung (A); und (C) einen auf Ruthenium basierenden Katalysator (C), wobei die Zusammensetzung 50 bis 250 Gewichtsteile der Glasfaserverstärkung (A) und 0,2 bis 2 Gewichtsteile des auf Ruthenium basierenden Katalysators (C) basierend auf 100 Gewichtsteilen des härtbaren Harzes (B) aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Glasfaserverstärkung (A) eine oder mehrere Glasfasern (a) aufweist, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus S-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,500 bis 1,540, E-Glasfasern mit einem Brechungsindex von 1,540 bis 1,570 und Siliziumdioxid-/Quarz-Fasern mit einem Brechungsindex von 1,450 bis 1,460.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Glasfasern (a) homogene Materialien sind, deren Abweichung vom Brechungsindex weniger als 0,005 beträgt und die in der Form von gewebten Fasern, Non-Crimp-Fasern, nicht gewebten Fasern, Filamenten oder Kombinationen davon sind.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das härtbare Harz (B) gemäß einem Typ der Glasfaserverstärkung ausgewählt wird, wobei ein Harz umfassend Polydicyclopentadien und Ethylennorbornen ausgewählt wird, wenn die S-Glasfasern verwendet werden; wobei zumindest ein Harz ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus aromatischem Urethanancrylat, aromatischem Urethandiacrylat, aromatischem Urethanmultiacrylat, Urethanacrylat mit substituiertem Halogen, und Schwefel (S) aufweisendem Urethanacrylat, wenn die E-Fasern verwendet werden; und wobei Urethanacrylat ausgewählt wird, wenn die Siliziumdioxid-/Quarzfasern verwendet werden.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der auf Ruthenium basierende Katalysator (C) ein auf Rutheniummetall basierender Metathesekatalysator ist, umfassend zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Osmium (Os).
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Glasfaserverstärkung (A) optional ferner ein Carbonfasertape (b) zusätzlich zu den Glasfasern (a) aufweist, wobei ein überlappender Bereich zwischen den Glasfasern (a) und dem Carbonfasertape (b) opak ist.
Verfahren zur Herstellung eines leichten, transparenten Verbundmaterials, umfassend: (i) Vorbereiten einer Glasfaserverstärkung (A) mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6 in einer Herstellungsform; und (ii) Injizieren eines Polymerharzes in die Herstellungsform aufweisend die Glasfaserverstärkung (A) und thermisches Härten und Formen des Polymerharzes, wobei das Polymerharz ein härtbares Harz (B) mit einer Abweichung im Brechungsindex von -0,005 bis +0,005 von der Glasfaserverstärkung (A) und einen auf Ruthenium basierenden Katalysator (C) aufweist, wobei die Zusammensetzung 50 bis 250 Gewichtsteile der Glasfaserverstärkung (A) und 0,2 bis 2 Gewichtsteile des auf Ruthenium basierenden Katalysators (C) basierend auf 100 Gewichtsteilen des härtbaren Harzes (B) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Glasfaserverstärkung (A) eine oder mehrere Glasfasern (a) umfasst, die aus der Gruppe bestehend aus S-Fasern mit einem Brechungsindex von 1,500 bis 1,540, E-Glasasern mit einem Brechungsindex von 1,540 bis 1,570 und Siliziumdioxid-/Quarz-Fasern mit einem Brechungsindex von 1,450 bis 1,460 ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Glasfasern (a) homogene Materialien sind, deren Abweichung vom Brechungsindex weniger als 0,005 beträgt und die in der Form von gewebten Fasern, Non-Crimp-Fasern, nicht gewebten Fasern, Filamenten oder Kombinationen davon sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Glasfaserverstärkung (A) optional ferner ein Carbonfasertape (b) zusätzlich zu den Glasfasern (a) umfasst, wobei die Glasfaserverstärkung (A) im Schritt (i) vorgeformt wird durch teilweises Überlappen der Glasfasern (a) und des Carbonfasertapes (b), das mit einem auf Nylon basierendem Bindemittel beschichtet ist, und thermisches Drücken des teilweise überlappenden Bereichs zwischen den Glasfasern (a) und dem Carbonfasertape (b), wenn die Glasfaserverstärkung (A) das Carbonfasertape (b) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der teilweise überlappende Bereich zwischen den Glasfasern (a) und dem Carbonfasertape (b) opak ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem das härtbare Harz (B) gemäß einem Typ der Glasfaserverstärkung ausgewählt wird, wobei ein Harz umfassend Polydicyclopentadien und Ethylennorbornen ausgewählt wird, wenn die S-Fasern verwendet werden, wobei zumindest ein Harz ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus aromatischem Urethanancrylat, aromatischem Urethandiacrylat, aromatischem Urethanmultiacrylat, Urethanacrylat mit substituiertem Halogen, und Schwefel (S) aufweisendem Urethanacrylat, wenn die E-Fasern verwendet werden; und wobei Urethanacrylat ausgewählt wird, wenn die Siliziumdioxid-/Quarzfasern verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem der auf Ruthenium basierende Katalysator (C) ein auf Rutheniummetall basierender Metathesekatalysator ist, aufweisend zumindest ein ausgewähltes aus der Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Osmium (Os).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem im Schritt (ii) das Injizieren bei einer Temperatur von 10 bis 60°C durchgeführt wird, und das Härten bei einer Temperatur von 45 bis 95°C durchgeführt wird.
Leichtes, transparentes Verbundmaterial, das mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14 hergestellt wurde.
Verwendung des leichten, transparenten Verbundmaterials, das im Anspruch 15 festgelegt wurde, zur Herstellung eines geformten Artikels für transparente Fahrzeugfenster.