DE102017121132A1 - Verfahren zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von an Luft verarbeiteten Verbundwerkstoffen - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von an Luft verarbeiteten Verbundwerkstoffen Download PDF

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Abstract

Formpressverfahren zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs werden bereitgestellt. Die Verfahren beinhalten das Aufbringen einer Oberflächenschutzschicht auf einem Verbundwerkstoff; Anhaften der Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff; und Formpressen der Oberflächenschutzschicht. Der Verbundwerkstoff umfasst ein thermoplastisches Polymer und ein Verstärkungsmaterial. Die Oberflächenschutzschicht umfasst mindestens einen Stabilisator, der den Abbau des Verbundwerkstoffs bei Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung und/oder Hitze minimiert oder verhindert. Der Verbundwerkstoff kann in einem Ofen erhitzt werden, in einer Umgebung, die Sauerstoff enthält. Die Oberflächenschutzschicht kann auf dem Verbundwerkstoff aufgebracht werden, bevor der Verbundwerkstoff in den Ofen eintritt; während der Verbundwerkstoff im Ofen ist, und nachdem der Verbundwerkstoff aus dem Ofen austritt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von an Luft verarbeiteten Verbundwerkstoffen.
  • EINFÜHRUNG
  • Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, wobei es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
  • Die Verbesserung der Witterungsbeständigkeit und Robustheit von Polymerverbundstoffen, die Umgebungsbedingungen, wie ultraviolettem Licht und Wärme, ausgesetzt sind, ist unter anderem für verschiedene Anwendungen, einschließlich in der Automobilindustrie, der Marineindustrie, Raumfahrt-/Luftfahrtindustrie, für industrielle, kommerzielle und landwirtschaftliche Anwendungen nützlich. Wenn bestimmte thermoplastische Polymermaterialien verarbeitet werden, kann die polymere Kette potentiell mit Luftsauerstoff reagieren und schließlich freie Radikale bilden, die zu einem Abbau des Polymers im Verbundwerkstoff führen.
  • Insbesondere bei Freiluftprozessen, bei denen das thermoplastische Material während der Verarbeitung erhitzt wird, besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass die Polymerkette unter Bildung freier Radikale mit Luftsauerstoff reagiert, da das Polymermaterial in einem Ofen verarbeitet wird und nach dem Erwärmen, entweder manuell oder mit einem Roboter, vom Ofen oder der Wärmequelle zu einer Pressform überführt wird. Jede Exposition des Polymermaterials gegenüber Luftsauerstoff stellt eine Möglichkeit zur Bildung von Vorstufen freier Radikale dar. So kann beispielsweise die erhitzte Oberfläche des thermoplastischen Polymermaterials mit Luftsauerstoff reagieren und Alkoxy-, Peroxy- und Hydroperoxyeinheiten bilden, freie radikalische Vorläufer, die einfach in freie Radikale überführt werden können. Beispielsweise kann die Exposition gegenüber UV-Licht und/oder Wärme dazu führen, dass die Vorstufen freier Radikale abgebaut werden und freie Radikale bilden.
  • Die gebildeten Radikale können mit dem Polymermaterial reagieren und die Polymerkette aufbrechen, was zu einem geringeren Molekulargewicht führt. Die gebildeten Radikale können verursachen, dass das Molekulargewicht des Polymermaterials sich bis zu einem Punkt verringert, an dem das Polymermaterial geschwächt wird oder zerfüllt. Alternativ können die gebildeten Radikale mit dem Polymermaterial reagieren und die Polymerkette aufbrechen, wodurch die Polymerketten in einer unkontrollierten Vernetzungsreaktion miteinander reagieren können. Die Vernetzungsreaktionen führen zur Versprödung der Oberfläche des Polymermaterials, wodurch sich Risse bilden können und es schließlich ausgewaschen werden kann. In Prozessen wie Spritzgießen wurde die Bildung freier Radikale bisher durch Begrenzen der im System vorliegenden Sauerstoffmenge während des Erhitzens des Polymers vermindert. So kann beispielsweise die Sauerstoffmenge durch eine inerte Ofenatmosphäre gesteuert werden.
  • Somit wird die Freiluftverarbeitung von erwärmten thermoplastischen Werkstoffen im Allgemeinen vermieden. Wünschenswert wäre ein Verfahren, das die Lebensdauer, Witterungsbeständigkeit und das Aussehen von thermoplastischen Polymerverbundwerkstoffen verbessert und dabei einen Freiluftprozess verwendet.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dieser Teil stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
  • In verschiedenen Aspekten bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit von an Luft verarbeiteten Verbundwerkstoffen. Gemäß einem Aspekt kann das Verfahren das Aufbringen einer Oberflächenschutzschicht auf einem Verbundwerkstoff beinhalten, der ein thermoplastisches Polymer und ein Verstärkungsmaterial beinhaltet. Die Oberflächenschutzschicht beinhaltet mindestens einen Stabilisator, der den Abbau des Verbundwerkstoffs bei Exposition gegenüber mindestens entweder der ultravioletten Strahlung oder Hitze minimiert oder verhindert. Das Verfahren beinhaltet auch die Haftung der Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff, wenn der Verbundwerkstoff erhitzt wird. Das Verfahren beinhaltet des Weiteren Formpressen der Oberflächenschutzschicht und des Verbundwerkstoffs in einer Form.
  • In anderen Aspekten stellt die vorliegende Erfindung auch ein weiteres Verfahren zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit des Verbundwerkstoffs bereit. Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen einer Oberflächenschutzschicht auf einem Verbundwerkstoff. Der Verbundwerkstoff beinhaltet ein thermoplastisches Polymer, das ein zweites Polymer ist, und ein Verstärkungsmaterial. Die Oberflächenschutzschicht beinhaltet ein erstes Polymer und mindestens einen Stabilisator, der den Abbau des Verbundwerkstoffs bei Exposition gegenüber mindestens entweder ultravioletter Strahlung oder Hitze minimiert oder verhindert. In bestimmten Aspekten können das zweite Polymer des Verbundwerkstoffs und das erste Polymer der Oberflächenschutzschicht das gleiche sein. Das Verfahren beinhaltet auch die Haftung der Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff, wenn der Verbundwerkstoff in einem Ofen mit einer lufthaltigen Umgebung erhitzt wird. Das Verfahren beinhaltet des Weiteren Formpressen der Oberflächenschutzschicht und des Verbundwerkstoffs in einer Form.
  • Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung auch einen Verbundwerkstoff mit verbesserter Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit bereit. Der Verbundstoff beinhaltet einen Verbundwerkstoff und eine selbstklebende, einlagige Polymerschutzschicht. Der Verbundwerkstoff beinhaltet ein thermoplastisches Polymer und ein Verstärkungsmaterial. Der Verbundwerkstoff definiert eine Oberfläche. Die einlagige, selbstklebende Polymerschutzschicht beinhaltet das thermoplastische Polymer und mindestens einen Stabilisator. Die einlagige, selbstklebende Polymerschutzschicht wird auf der Oberfläche des Verbundwerkstoffs aufgebracht, um den Abbau des darunterliegenden Verbundwerkstoffs zu vermindern oder zu vermeiden, wenn dieses mindestens entweder ultraviolettet Strahlung oder Hitze ausgesetzt wird.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und speziellen Beispiele in dieser Kurzdarstellung dienen ausschließlich zum Veranschaulichen und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
  • ZEICHNUNGEN
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich dem Veranschaulichen ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
  • 1 ist eine Darstellung eines exemplarischen Formpressverfahrens.
  • 2 ist eine Darstellung eines Verfahrens zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung.
  • 3A–3D sind Darstellungen eines Verfahrens zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung, bei denen in einem kontinuierlichen Walzvorgang von einer Walze mit der Schutzschicht eine Schutzschicht auf einen Verbundwerkstoff aufgetragen wird, die mithilfe eines Rakels abgeschnitten wird. 3A zeigt den Verbundwerkstoff, wenn er aus dem Ofen austritt, aber noch keinen Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter hat. 3B zeigt den Verbundwerkstoff nachdem er im Wesentlichen den Ofen verlassen und Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter hat. 3C zeigt den Verbundwerkstoff nachdem dieser den Ofen vollständig verlassen hat. 3D zeigt den Verbundwerkstoff nachdem die Oberflächenschutzschicht abgeschnitten wurde.
  • 4A–4C sind Darstellungen von verschiedenen Variationen von Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung. 4A ist eine Darstellung eines Verfahrens zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung, bei denen die Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff auf den Verbundwerkstoff aufgebracht wird, bevor der Verbundwerkstoff erhitzt wird. In 4B wird die Oberflächenschutzschicht auf den Verbundwerkstoff aufgebracht, nachdem der Verbundwerkstoff mindestens teilweise erwärmt wurde. In 4C wird die Oberflächenschutzschicht auf den Verbundwerkstoff aufgebracht, nachdem der Verbundwerkstoff erhitzt wurde.
  • Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
  • Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet schließen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „beinhalteten” und „aufweisen” sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, ganzen Zahlen, Vorgänge, und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Obwohl der offen ausgelegte Begriff „umfasst,” als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der zum Beschreiben und Beanspruchen verschiedener, hier dargelegter Ausführungsformen verwendet wird, kann der Begriff in bestimmten Aspekten alternativ verstanden werden, etwa stattdessen ein mehr begrenzender und einschränkender Begriff zu sein, wie „bestehend aus” oder „bestehend im Wesentlichen aus.” Somit beinhaltet jegliche Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aufführt, der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich auch Ausführungsformen bestehend aus, oder bestehend im Wesentlichen aus, so aufgeführte Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte. Bei „bestehend aus” schließt die alternative Ausführungsform jegliche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aus, während bei „bestehend im Wesentlichen aus” jegliche zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die stoffschlüssig die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, jedoch jegliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die materialmäßig nicht die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, können in der Ausführungsform beinhaltet sein.
  • Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht dahingehend auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
  • Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an/auf”, „in Eingriff mit”, „verbunden mit” oder „gekoppelt mit” einer anderen Komponente bzw. einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt an/auf”, „direkt im Eingriff mit”, „direkt verbunden mit” oder „direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. („zwischen” und „direkt zwischen”, „angrenzend” und „direkt angrenzend” usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder” alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
  • Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke einschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste”, „zweite” und andere Zahlenbegriffe, wenn hier verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird eindeutig durch den Kontext angegeben. Somit könnte ein nachstehend erläuterter erster Schritt, diskutiertes erstes Element, diskutierte Komponente, diskutierter Bereich, diskutierte Schicht oder diskutierter Abschnitt als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
  • Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe, wie „davor”, „danach”, „innere”, „äußere”, „unterhalb”, „unter”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, verschiedene in Anwendung oder Betrieb befindliche Anordnungen der Vorrichtung oder des Systems zu umschreiben, zusätzlich zu der auf den Figuren dargestellten Ausrichtung.
  • In dieser Offenbarung repräsentieren die numerischen Werte grundsätzlich ungefähre Messwerte oder Grenzen von Bereichen, etwa kleinere Abweichungen von den bestimmten Werten und Ausführungsformen, die ungefähr den genannten Wert aufweisen, sowie solche mit genau dem genannten Wert zu umfassen. Im Gegensatz zu den am Ende der ausführlichen Beschreibung bereitgestellten Anwendungsbeispielen sollen alle numerischen Werte der Parameter (z. B. Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation einschließlich der beigefügten Ansprüche in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr” verstanden werden, egal ob oder ob nicht „ungefähr” tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint. „Ungefähr” weist darauf hin, dass der offenbarte numerische Wert eine gewisse Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit im Wert; ungefähr oder realistisch nahe am Wert; annähernd). Falls die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr” bereitgestellt ist, in Fachkreisen nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verständlich ist, dann gibt „ungefähr”, wie hierin verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Messverfahren und der Verwendung derartiger Parameter ergeben. So kann beispielsweise „etwa” eine Variation von weniger als oder gleich 5%, gegebenenfalls weniger als oder gleich 4%, gegebenenfalls weniger als oder gleich 3%, gegebenenfalls weniger als oder gleich 2%, gegebenenfalls weniger als oder gleich 1%, gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,5% und in bestimmten Aspekten gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,1% umfassen.
  • Darüber hinaus beinhaltet die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich den für die Bereiche angegebenen Endpunkten und Unterbereichen.
  • Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
  • Polymere Verbundwerkstoffe sind in vielen Industriezweigen verbreitet. Beispielsweise werden polymere Verbundwerkstoffe in zunehmendem Maß als Komponenten in Fahrzeugen, wie Kraftfahrzeugen, Motorräder, Booten, Traktoren, Bussen, Wohnwagen, Wohnmobilen und Tankanlagen verwendet, um das Gewicht von Fahrzeugen weiter zu reduzieren. Die verstärkten polymeren Verbundwerkstoffe eignen sich insbesondere zur Verwendung in Komponenten eines Kraftfahrzeugs oder in anderen Fahrzeugen (z. B. Motorrädern, Booten), können aber auch in einer Vielzahl von anderen Industriezweigen und Anwendungen, einschließlich Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, industriellen Anlagen und Maschinen, Landwirtschaftsausrüstung, schweren Maschinen, als nicht-einschränkendes Beispiel, verwendet werden. Beispielsweise kennen die verstärkten polymeren Verbundwerkstoffe verwendet werden, um Automobil-Bauteile mit konturierten oder komplexen dreidimensionalen Formen herzustellen. Nichtbeschränkende Beispiele beinhalten Gastank-Schutzschilde, Unterbodenschalen, Bauplatten, Türverkleidungen, Innenraumböden, Bodenwannen (z. B. eines Lieferwagens), Dächer, äußere Oberflächen, Lagerungsbereiche, einschließlich Handschuhkästen, Konsolenkästen, Kofferräume, Kofferraumböden, Ladeflächen und dergleichen.
  • Wie oben erwähnt, besteht für Verbundwerkstofferzeugnisse, die in einem Freiluftprozess verarbeitet werden, eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass das Polymermaterial beim Erhitzen oder Schmelzen mit Luftsauerstoff reagiert, und damit eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass sich Vorstufen von freien Radikalen bilden. Beispielsweise veranschaulicht 1 ein vereinfachtes Formpressverfahren, worin ein Verbundwerkstoff 20, umfassend ein thermoplastisches Polymer und eine Verstärkungsphase, zuerst in einer Wärmequelle 22 erwärmt wird, sodass das Polymer flexibel oder fließfähig wird. Die Bewegungsrichtung des Verbundwerkstoffs 20 durch die Wärmequelle 22 wird durch Pfeil 18 veranschaulicht. Die Wärmequelle 22 ist eine Wärmequelle zum Erhitzen des Verbundwerkstoffs und kann ein Ofen oder ein anderes Heizgerät sein. Nach dem Durchlaufen der Wärmequelle 22 wird der erwärmte Verbundwerkstoff 20 beispielsweise durch eine Robotertransportanlage (nicht dargestellt) zu einer Pressformstation 26 überführt. Eine Pressform 28 beinhaltet eine untere Pressform 30 mit einer ersten geformten Oberfläche 32 und eine obere Pressform 34 mit einer zweiten geformten Oberfläche 36, die komplementär zur ersten geformten Oberfläche 32 ist. Die untere Pressform 30 und die obere Pressform 34 werden miteinander in Kontakt gebracht, mit Druck beaufschlagt, und der erhitzte Verbundwerkstoff 20 darin druckverformt, um ein Endteil 38 zu bilden, mit der dreidimensionalen Form entsprechend der ersten und zweiten geformten Oberfläche 32, 36 der Pressform 28.
  • Der erhitzte Verbundwerkstoff 20 kann während des Aufwärmprozesses oder des Transferprozesses, während der erwärmte Verbundwerkstoff 20 zur Pressformstation 26 überführt wird, atmosphärischem Sauerstoff ausgesetzt werden. Wie oben erwähnt, wenn bestimmte thermoplastische Polymere eine höhere Temperatur aufweisen (z. B., im erhitzten Verbundwerkstoff 20), können sie an der Oberfläche mit Luftsauerstoff zu Alkoxy-, Peroxy- und Hydroperoxyeinheiten reagieren. Alkoxy-, Peroxy- und Hydroperoxy- sind Vorstufen von freien Radikalen, die sich unter Bildung von freien Radikalen leicht zersetzen. Vor allem können ultraviolette Strahlung und/oder Wärme diese Vorstufen von freien Radikalen hervorrufen, wodurch sich innerhalb des Verbundwerkstoffs freie Radikale bilden, die potentiell einen vorzeitigen Abbau und eine schlechte Witterungsbeständigkeit verursachen.
  • Beispielsweise können die gebildeten Radikale innerhalb des Verbundwerkstoffs 20 reagieren und die Polymerketten aufbrechen, wodurch sich das Molekulargewicht des Verbundwerkstoffes 20 verringert, was bis zu einem Punkt erfolgen kann, an dem sich der Verbundwerkstoff 20 zersetzt und für seinen bestimmungsgemäßen Zweck nicht mehr geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich können die gebildeten Radikale mit dem Verbundwerkstoff 20 reagieren und die Polymerkette aufbrechen, wodurch Polymerketten untereinander in einer unkontrollierten Vernetzungsreaktion miteinander reagieren. Die Vernetzungsreaktionen führen zur Versprödung der Oberfläche des Polymermaterials, wodurch sich Risse bilden können und es schließlich ausgewaschen werden kann.
  • Die Minimierung der Bildung der Vorstufeneinheit/der freien Radikale, wenn ein thermoplastisches Polymer während der Verarbeitung erhitzt wird, wurde durch Reduzierung der Exposition und eine Minimierung der Sauerstoffmenge im System, in dem das Polymer erhitzt wird, erzielt. Beispielsweise wurde die Sauerstoffmenge durch Verwendung einer inerten Atmosphäre gesteuert, beispielsweise in dem Ofen. Im Gegensatz hierzu bietet die vorliegende Erfindung in bestimmten Aspekten einen Freiluft-Fertigungsprozess an. Beispielsweise bietet die vorliegende Erfindung ein Formpressverfahren an der Luft an, das die Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit des hergestellten Verbundwerkstofferzeugnisses verbessert.
  • In verschiedenen Aspekten verbessert das neue Verfahren die Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit der Verbunderzeugnisse, die durch Verarbeitungsverfahren an der Luft hergestellt wurden, beispielsweise mit thermoplastischem Formpressen, thermoplastischem Sheet-Moulding, direkter thermoplastischer Verarbeitung von Langfasern und dergleichen. Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen einer Oberflächenschutzschicht über dem erhitzten, erweichten oder geschmolzenen Einsatzgut (z. B. Oberfläche des Verbundwerkstoffs). Die Oberflächenschutzschicht erweicht oder schmilzt und wird während des Formpresszyklus an eine Oberfläche des Verbundwerkstoffs gebunden. Somit bedeckt eine Schicht aus stark stabilisiertem Polymermaterial die potentiell oxidierte Oberfläche des erhitzten Verbundwerkstoffs. Des Weiteren, selbst wenn das erhitzte thermoplastische Material vor dem Beschichten mit der Oberflächenschutzschicht Sauerstoff ausgesetzt wird, minimiert oder blockiert die Oberflächenschutzschicht den potentiellen Übergang der Vorstufe freier Radikale in freie Radikale.
  • In anderen Aspekten kann eine Schicht aus stark stabilisiertem Polymermaterial, wie die Oberflächenschutzschicht, auf anderen freiliegenden Oberflächen des Verbundwerkstoffes aufgetragen werden. Beispielsweise kann die Schicht des stark stabilisierten Polymermaterials auf einer zweiten Oberfläche des Verbundwerkstoffes aufgebracht werden, zusätzlich zu der Oberflächenschutzschicht, die auf dem oben beschriebenen erhitzten, erweichten oder geschmolzenen Einsatzgut des Verbundwerkstoffes aufgebracht ist.
  • Die Zugabe einer hoch stabilisierten Oberflächenschutzschicht verbessert die Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit des geformten Verbundwerkstofferzeugnisses. Zusätzlich verbessert die Oberflächenschutzschicht das Aussehen der geformten Verbundwerkstofferzeugnisse. Da das Verfahren nicht die Verwendung einer inerten Ofenatmosphäre erfordert und eine Stabilisierung nur in der Oberflächenschutzschicht erforderlich ist und nicht über die gesamte Dicke des Verbundwerkstofferzeugnisses, ist das Verfahren außerdem viel effizienter.
  • In bestimmten Aspekten wird eine Formpressverfahren zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs bereitgestellt. Zuerst wird eine Oberflächenschutzschicht, umfassend ein thermoplastisches Polymer und ein Verstärkungsmaterial, aufgebracht. Es sollte erwähnt werden, dass die Oberflächenschutzschicht in alternativen Aspekten auf einer thermoplastischen Materialschicht aufgebracht werden kann, die kein Verstärkungsmaterial beinhaltet. Somit, kann ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die nachfolgenden Betrachtungen bezüglich der Verbundwerkstoffe mit Verstärkungsmaterial, gleichermaßen auf Polymermaterialien ohne Verstärkungsstoffe anwendbar sind. Die Oberflächenschutzschicht umfasst mindestens einen Stabilisator, der den Abbau des Verbundwerkstoffs bei Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung und/oder Hitze minimiert oder verhindert. Die Oberflächenschutzschicht haftet auf einer Oberfläche des Verbundwerkstoffes. Die Haftung erfolgt, wenn der Verbundwerkstoff in einem erwärmten Zustand ist, beispielsweise wird die latente Wärme aus dem Verbundwerkstoff zur Oberflächenschutzschicht übertragen, um eine Haftung zwischen den jeweiligen Komponenten zu gewährleisten. Dann werden die Oberflächenschutzschicht und der Verbundwerkstoff in einer Form gepresst, die mit Druck beaufschlagt wird, um eine konturierte, dreidimensionale Komponente zu erzeugen.
  • Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist exemplarisch in 2 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Verbundwerkstoff 44 nach verlassen einer Wärmequelle 46 gezeigt, die ein Ofen oder eine andere Wärmequelle sein kann. Der Verbundwerkstoff 44 ist somit erwärmt. Die Bewegungsrichtung des Verbundwerkstoffs 44 durch die Wärmequelle 46 wird durch Pfeil 42 veranschaulicht. Die Wärmequelle 46 kann eine Umgebung mit Sauerstoff haben. Der Verbundwerkstoff 44 umfasst mindestens ein thermoplastisches Polymer und mindestens ein Verstärkungsmaterial. Wenn der Verbundwerkstoff 44 erwärmt wird, erweicht und/oder schmilzt das Polymermaterial entlang einer Oberfläche. Der Verbundwerkstoff 44 weist ggf. eine ursprüngliche Dicke (vor dem Erwärmen) großer oder gleich etwa 1 mm bis weniger als oder gleich etwa 10 mm auf. Es ist anerkannt, dass sich beim Aufheizen die Gesamtdicke des Materials aufgrund des Lofts des geschmolzenen Materials verändern kann. Der Loft resultiert aus dem Schmelzen des Polymers, wodurch die komprimierte Faser sich ausrichten kann, und dabei die Gesamtdicke des Verbundwerkstoffs zunimmt.
  • Geeignete nichtbeschränkende Beispiele des mindestens einen thermoplastischen Polymers, umfassend den Verbundwerkstoff 44, beinhalten Polyamide (einschließlich Polycaprolactam (Nylon)), Polyester (einschließlich Polyethylenterephthalat (PET)), Polyurethan, Polyolefin, Poly(acryl)säure) (PAA), Poly(methylacrylat) (PMA), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymilchsäure (PLA), Polybenzimidazol, Polycarbonat, Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyethylen (PE; einschließlich Polyethylen mit ultrahoher Molmasse (UHMWPE)), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und vernetztes Polyethylen (PEX)), Polyphenylenoxid (PPO), Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Co-Polymere davon und alle Kombinationen davon.
  • Geeignete, nicht einschränkende Beispiele des mindestens einen Verstärkungsmaterials, das der Verbundwerkstoff 44 umfasst, beinhalten Kohlenstofffasern, Glasfasern (wie Fiberglas oder Quarz), Aramidfasern (wie KEVLARTM synthetische Para-Aramidfasern und TWARONTM synthetische Para-Aramid-Fasern), Barfasern, keramische Fasern, Polyesterfasern, ultrahochmolekulare Polyethylenfasern (UHMWPE) und Kombinationen aus denselben.
  • Wie für Fachleute zu verstehen ist, kann der Verbundwerkstoff 44 weiterhin andere Bestandteile enthalten, einschließlich andere Verstärkungsmaterialien, funktionale Füllstoffe oder Zusatzstoffe, wie organisch-anorganische Füllstoffe, feuerhemmende Mittel, Mittel gegen ultraviolette Strahlung (UV-Stabilisatoren), Antioxidantien, Farbstoffe oder Pigmente, wie Rußpulver, Formentrennmittel, Weichmacher, Plastifizierungsmittel, oberflächenaktive Stoffe und dergleichen.
  • Die Wärmequelle 46 erhitzt den Verbundwerkstoff 44 auf eine Temperatur, die größer oder gleich ungefähr 20°C höher als ein kristalliner Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers, bis kleiner als oder gleich etwa 60°C höher als der kristalline Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers ist, welches der Verbundwerkstoff 44 umfasst. In bestimmten Aspekten erhitzt die Wärmequelle 46 den Verbundwerkstoff 44 auf eine Temperatur, die größer oder gleich ungefähr 45°C höher als der kristalline Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers bis kleiner als oder gleich etwa 60°C höher als der kristalline Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers ist, welches der Verbundwerkstoff 20 umfasst. Wenn das Erwärmen beendet ist, kühlt sich der Verbundwerkstoff 20 allmählich ab und härtet aus.
  • Nur als Beispiel, wenn das thermoplastische Polymer im Verbundwerkstoff 44 Polyamid 6 mit einem kristallinen Schmelzpunkt von etwa 226°C ist, dann kann die Wärmequelle 46 den Verbundwerkstoff 44 auf eine Temperatur größer oder gleich ungefähr 246°C bis kleiner als oder gleich etwa 286°C erhitzen und gegebenenfalls auf eine Temperatur größer oder gleich ungefähr 271°C bis kleiner als oder gleich etwa 286°C.
  • Nur als Beispiel, wenn das thermoplastische Polymer, das der Verbundwerkstoff 44 umfasst, Polyamid 66 mit einem kristallinen Schmelzpunkt von etwa 269°C ist, kann die Wärmequelle 46 den Verbundwerkstoff 44 auf eine Temperatur größer oder gleich ungefähr 289°C bis kleiner als oder gleich etwa 329°C und gegebenenfalls auf eine Temperatur größer oder gleich ungefähr 314°C bis kleiner als oder gleich etwa 329°C erhitzen.
  • Eine einlagige Oberflächenschutzschicht 50 wird auf der erhitzten Oberfläche des Verbundwerkstoffes 44 aufgebracht. In bestimmten Aspekten kann die Oberflächenschutzschicht 50 ein erstes thermoplastisches Polymer mit der gleichen Zusammensetzung wie das zweite thermoplastische Polymer im Verbundwerkstoff 44 umfassen. In bestimmten Aspekt kann das erste thermoplastische Polymer in der Oberflächenschutzschicht 50 einen Schmelzpunkt ähnlich dem des zweiten thermoplastischen Polymers im Verbundwerkstoff 44 aufweisen. Die Oberflächenschutzschicht 50 dehnt sich erwünschterweise, um sich an die Längenänderung des darunterliegenden Verbundwerkstoffs 44 während des Formpressens anzupassen. Des Weiteren kann eine Haftfestigkeit der Oberflächenschutzschicht 50 gemessen werden, die als ungefähr äquivalent zur Reißfestigkeit des Verbundwerkstoffes 44 gilt.
  • Falls sich die Polymerzusammensetzungen zwischen dem Verbundwerkstoff 44 und der Oberflächenschutzschicht 50 unterscheiden, dann ist das erste thermoplastische Polymer nicht das gleiche wie das zweite thermoplastische Polymer, das erste thermoplastische Polymer der Oberflächenschutzschicht 50 hat optional einen kristallinen Schmelzpunkt, der kleiner ist als der kristalline Schmelzpunkt des zweiten thermoplastischen Polymers des Verbundwerkstoffes 44. In bestimmten Aspekten stellt die Verwendung der Oberflächenschutzschicht 50 mit einer ersten thermoplastischen Polymerzusammensetzung mit einem kristallinen Schmelzpunkt niedriger als einem kristallinen Schmelzpunkt des zweiten thermoplastischen Polymers des Verbundwerkstoffes 44 die Anpassung der Oberflächenschutzschicht 50 auf der erwärmten Oberfläche des Verbundwerkstoffes 44 sicher. Nur als Beispiel, kann die Oberflächenschutzschicht 50 ein Polyamid 6 als erstes thermoplastisches Polymer umfassen, während der Verbundwerkstoff Polyamid 66 als zweites thermoplastisches Polymer umfasst.
  • In bestimmten Aspekten enthalten das erste thermoplastische Polymer der Oberflächenschutzschicht 50 und das zweite thermoplastische Polymer im Verbundwerkstoff 44 das gleiche Polymer. Die Verwendung des gleichen thermoplastischen Polymers, sowohl in der Oberflächenschutzschicht 50 als auch dem Verbundwerkstoff 44, ermöglicht eine größere Kompatibilität zwischen dem Verbundwerkstoff 44 und der Oberflächenschutzschicht 50. Erhöhte Kompatibilität bietet eine höhere Haftfestigkeit zwischen dem Verbundwerkstoff 44 und der Oberflächenschutzschicht 50. In bestimmten Aspekten eliminiert die Verwendung des gleichen thermoplastischen Polymers oder eines sehr ähnlichen thermoplastischen Polymers, mit guter Mischbarkeit und Benetzung des Einsatzguts (Oberfläche des Verbundwerkstoffs), die Notwendigkeit einer Klebstoffzwischenschicht, um eine gute Haftung der Oberflächenschutzschicht 50 auf dem Verbundwerkstoff 44 zu gewährleisten. Daher wird in bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung nur eine Lage einer Oberflächenschutzschicht 50 verwendet.
  • Die Oberflächenschutzschicht 50 umfasst ferner mindestens einen Stabilisator. Der Stabilisator kann mindestens ein Wärmestabilisator und/oder mindestens ein Stabilisator für ultraviolette Strahlung sein, der zur Minimierung und/oder zum Verhindern des Abbaus des darunterliegenden Verbundwerkstoffs 44 dient, der ansonsten auftritt, wenn der Verbundwerkstoff 44 mindestens entweder ultravioletter Strahlung und/oder Wärme ausgesetzt wird. In bestimmten Aspekten umfasst die Oberflächenschutzschicht 50 einen oder mehrere Wärmestabilisator(en) und einen oder mehrere Stabilisator(en) für ultraviolette Strahlung.
  • Zwei allgemeine Kategorien geeigneter Wärmestabilisatoren zur Verwendung in der vorliegenden Oberflächenschutzschicht 50 beinhalten anorganische und organische Stabilisatoren. Im Allgemeinen verleihen Stabilisatoren mit höherem Molekulargewicht dem Verbundwerkstoff 44 eine bessere Wärmestabilität. Anorganische Wärmestabilisatoren können Kupfer- oder Kaliumsalz-Komplexe sein und alleine oder in Kombination verwendet werden. Zu nicht einschränkenden, geeigneten Beispielen für kommerzielle anorganische Wärmestabilisatoren zählen kupferbasierte Antioxidantien, die im Handel als BRUGGLOENTM H320 und BRUGGLOENTM H3346 erhältlich sind. Anorganische Wärmestabilisator(en) können in Mengen größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 1,0 Gew.-% des Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht 50 enthalten sein.
  • In bestimmten Aspekten sind drei Unterkategorien von organischen Wärmestabilisatoren zur Verwendung in Oberflächenschutzschichten geeignet: phenolische, Phosphite und Phosphonate. Die drei Unterkategorien von organischen Wärmestabilisatoren umfassen jeweils Verbindungen mit unterschiedlichen chemischen Strukturen, bieten aber alle einen guten Schutz vor der Exposition des Verbundwerkstoffs gegenüber Wärme. Des Weiteren können bestimmte Stabilisatoren einen oder mehrere dieser Verbindungsklassen beinhalten. Organische Wärmestabilisatoren können durch das Einfangen von Sauerstoff im thermoplastischen Polymer der Oberflächenschutzschicht 50 oder durch Neutralisieren der Vorstufen der freien Radikale des thermoplastischen Polymers des Verbundwerkstoffes 44 agieren. Organische Wärmestabilisatoren können in Mengen größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 1,5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht 50 enthalten sein.
  • Geeignete, nicht einschränkende kommerzielle Beispiele von phenolischen organischen Wärmestabilisatoren beinhalten IRGANOXTM 1098, IRGANOXTM 1010 und IRGANOXTM 245. Man glaubt, dass IRGANOXTM 1098 Benzolpropanamid (N,N'-1,6-Hexandiylbis[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy) enthält. Man glaubt, dass IRGANOXTM 1010 Pentaerythritoltetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat) enthält, während IRGANOXTM 245 Triethylenglykol-bis(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionat enthält. Geeignete, nicht einschränkende, kommerzielle Beispiele von Phosphit-organischen Wärmestabilisatoren beinhalten IRGANOXTM 168 (man glaubt, dass es Tris(2,4-ditert-butylphenyl)phosphit enthält) und BRUGGLOENTM H10 (man glaubt, dass es ein Phosphonat enthält). Ein anderer geeigneter Wärmestabilisator ist eine Verbindung auf Phenolbasis, die im Handel als BRUGGLOENTM H161 erhältlich ist, von dem man glaubt, dass es sterisch gehinderte phenolische Antioxidantien und Phosphonate enthält. Alle diese Stabilisatoren können in einer Menge von größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 1,0 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht 50 vorliegen.
  • In anderen Aspekten eignen sich zwei Kategorien von Lichtschutzmitteln für ultraviolette Strahlung zur Verwendung in der Oberflächenschutzschicht: Absorber für ultraviolettes Licht („UVA”) und Lichtschutzmittel mit sterisch gehinderten Aminen („HALS”). Drei Unterkategorien von Absorber für ultraviolettes Licht sind im Allgemeinen geeignet: Benzophenone, Benztriazol und Hydroxylphenyltriazine. Jedes Lichtschutzmittel zum Schutz vor ultravioletter Strahlung kann die Wellenlängen von ultraviolettem Licht absorbieren und leitet typischerweise die absorbierte Energie beispielsweise als Wärme ab.
  • Nicht einschränkende geeignete Beispiele für Benzophenonabsorber für ultraviolettes Licht zur Verwendung in der Oberflächenschutzschicht 50 beinhalten UVINULTM 3008, LOWILITETM 20, CHIMASSORBTM 81 und CHIMASSORBTM 90. Man glaubt, dass UVINULTM 3008 2-Hydroxy-4-octyloxybenzophenon, LOWILITETM 20 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon, CHIMASSORBTM 81 2-Hydroxy-4-(octyloxy)phenyl]phenyl und CHIMASSORBTM 90 (2-Hydroxy-4-methoxyphenyl)-phenylmethanon enthält. Geeignete, nicht einschränkende Beispiele von Hydroxylphenyltriazinabsorbern für ultraviolettes Licht, die in der Oberflächenschutzschicht 72 enthalten sind, beinhalten TINUVINTM 400, TINUVINTM 460, TINUVINTM 479 und TINUVINTM 1600. Man glaubt, dass TINUVINTM 400 eine Mischung aus 2-[4-[(2-Hydroxy-3-dodecyloxypropyl)oxy]-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazin und 2-[4-[(2-Hydroxy-3-tridecyloxypropyl)oxy]-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazin enthält, dass TINUVINTM 460 eine Verbindung der Hydroxyphenyltriazinklasse enthält, während TINUVINTM 479 2-[4-[4,6-Bis([1,1'-biphenyl]-4-yl)-1,3,5-triazin-2-yl]-3-hydroxyphenoxy] enthält. Hydroxyphenyltriazinabsorber für ultraviolettes Licht sind tendenziell größere Moleküle und haben daher eine höhere Wärmebeständigkeit als Benzophenonabsorber für ultraviolettes Licht oder Benzotriazolabsorber für ultraviolettes Licht.
  • Weitere geeignete, nicht einschränkende Beispiele von Benztriazolabsorber für ultraviolettes Licht zur Verwendung in der Oberflächenschutzschicht 50 beinhalten handelsübliches TINUVINTM 234, TINUVINTM 312, TINUVINYTM 1130, TINUVINTM 328, TINUVINTM 900 und UVINULTM 3034. Man glaubt, dass TINUVINTM 234 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl) beinhaltet, TINUVINTM 312 N-(2-Ethoxyphenyl)-N'-(2-ethylphenyl) und TINUVINTM 1130 eine Mischung aus b-[3-(2-H-Benzotriazol-2-yl)-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl]-propionsäure-Polyethylen-ethylenglykol) 300-Ester und Bis{b-[3-(2-H-Benzotriazol-2-yl)-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl]-propionsäure}-Poly(ethylen-ethylenglykol) 300-Ester beinhaltet. Man glaubt, dass TINUVINIM 328 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-di-tert-pentylphenol beinhaltet, während UVYINULTM 3034 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl)phenol beinhaltet. Des Weiteren glaubt man, dass TINUVINTM 900 2-(2-Hydroxyphenyl)-benzotriazol beinhaltet. Benzotriazolabsorber für UV-Licht sind geeignete UV-Absorber, einschließlich den rot-verschobenen Benzotriazolen. Ein geeignetes, nicht-beschränkendes Beispiel eines rot-verschobenen Benztriazolabsorbers für UV-Licht ist TINUVINTM CARBOPROTECT.
  • Lichtschutzmittel aus sterisch gehinderten Aminen sind auch für die Oberflächenschutzschicht 50 geeignet und man geht im Allgemeinen davon aus, dass sie stabile freie Radikale bilden, die mit den freien Radikale des Verbundwerkstoffes 44 reagieren und dabei stabile Moleküle bilden, die wiederum neue stabile freie Radikale bilden. Nicht einschränkende, geeignete Beispiele für Lichtschutzmittel aus sterisch gehinderten Aminen beinhalten TINUVINTM 144, TINUVINTM 292, TINUVINTM 770, CHIMASSORBTM 944, CHIMASSORBTM 2020 und UVINULTM 4050. Man glaubt, dass TINUVINTM 144 Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)((3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl)methyl)butylmalonat, TINUVINTM 292 Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacat, TINUVINTM 770 Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat, CHIMASSORBTM 944 2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidyl)imino]-1,6-hexandiyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino] beinhaltet, während UVINULTM 4050 N,N'-Bisformyl-N,N'-bis-(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)-hexamethylendiamin beinhaltet.
  • Somit wird in bestimmten Aspekten mindestens ein Stabilisierungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Absorber für ultraviolettes Licht, radikalen Agenzien mit sterisch gehinderten Aminen, radikalen Agentien mit sterisch gehinderten Phenolen, Peroxy- und Hydroperoxy-Radikalfänger und jede Kombination davon. In bestimmten Aspekten wird der mindestens eine Wärmestabilisator aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus: kupferbasierten Komplexen, phenolischen Verbindungen, phospithaltigen Verbindungen, phosponathaltigen Verbindungen und Kombinationen davon; und/oder das mindestens eine Lichtschutzmittel wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzophenonen, Benzotriazolen, Hydroxyphenyltriazinen und Kombinationen davon.
  • In bestimmten Aspekten kann der mindestens eine Wärmestabilisator ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: kupferbasierten Komplexen oder Antioxidantien, phenolischen Antioxidantien, Benzolpropanamid, Pentaerythritol-tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat), 4,5-Triethylen-ethylenglykol-bis(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionat, Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit, Phosphonaten und beliebigen Kombinationen davon; und das mindestens eine Lichtschutzmittel kann ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus: 2-Hydroxy-4-octyloxybenzophenon, -Hydroxy-4-methoxybenzophenon, 2-Hydroxy-4-(octyloxy)phenyl]phenyl,-, (2-Hydroxy-4-methoxyphenyl)-phenylmethanon, 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl), N-(2-Ethoxyphenyl)-N'-(2-ethylphenyl)-, b-[3-(2-H-Benzotriazol-2-yl)-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl]propionsäure-Poly(ethylenglykol) 300-Ester, Bis{b-[3-(2-H-Benzotriazol-2-yl)-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl]propionsäure)-Poly(ethylenglykol) 300-Ester, 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-di-tert-pentylphenol, 2-(2-Hydroxyphenyl)-benzotriazol, 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl)phenol,, 2-[4-[(2-Hydroxy-3-dodecyloxypropyl)oxy]-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazin, 2-[4-[(2-Hydroxy-3-tridecyloxypropyl)oxy]-2-hydroxyphenyl]-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazin, Verbindungen innerhalb einer Hydroxyphenyltriazin-Klasse, -[4-[4,6-Bis([1,1'-biphenyl]-4-yl)-1,3,5-triazin-2-yl]-3-hydroxyphenoxy]-, Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)((3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl)methyl)butylmalonat, Bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)sebacat, Bis(2,2,6,6,-tetramethyl-4-piperidyl)sebacat, 2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidyl)imino]-1,6-hexandiyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino], N,N'-Bisformyl-N,N'-bis-(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)hexamethylendiamin und Kombinationen davon.
  • In bestimmten Variationen beinhaltet der mindestens eine Stabilisator mindestens einen Wärmestabilisator und mindestens ein Lichtschutzmittel, worin der mindestens eine Wärmestabilisator in einer Menge größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 1,5 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht vorliegt und das mindestens eine Lichtschutzmittel in einer Menge größer oder gleich ungefähr 0,25 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 10 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht vorliegt.
  • In bestimmten anderen Aspekten geht man davon aus, dass der verbesserte Schutz vor ultravioletter Strahlung auftritt, wenn eine Kombination von Absorber für UV-Licht und Lichtschutzmitteln mit sterisch gehindertem Amin in der Oberflächenschutzschicht 50 verwendet werden. In bestimmten Fällen werden die Stabilisatoren für UV-Strahlung in niedrigen Konzentrationen verwendet. So kann beispielsweise das UV-Lichtschutzmittel in einer Menge größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht 50 enthalten sein.
  • In bestimmten Fällen hängt die Konzentration des Lichtschutzmittels von der Dicke der Oberflächenschutzschicht 50 ab. In Übereinstimmung damit, kann das Lichtschutzmittel in wesentlich höheren Konzentrationen vorliegen, wenn die Oberflächenschutzschicht 50 dünner ist. Als nicht einschränkendes Beispiel können in einem Aspekt, der eine oder die mehrere UV-Lichtschutzmittel in einer Menge größer oder gleich 0,25 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 10 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht 50 vorliegen, wenn eine Dicke der Schicht dünner als oder gleich etwa 400 μm (Mikrometer) ist.
  • Wenn ein Film bzw. eine Schicht dicker wird, dann kann die zugegebene Konzentration des Stabilisators (z. B. UV-Absorber) geringer sein, und trotzdem wird das darunterliegende Substrat geschützt. Gemäß dem Beer-Lambert-Gesetz ist für das gleiche absorbierende Material die Extinktion eines Materials proportional zu einer Konzentration, multipliziert mit der Weglänge (oder Dicke) der Schutzschicht. Das Beer-Lambert-Gesetz sagt aus, dass die gesamte Extinktion eines Absorptionsmittels in einem Material proportional zu einer Dicke der absorbierenden Schicht (z. B. Oberflächenschutzschicht), einer Konzentration des speziellen Absorptionsmittels und einem Extinktionskoeffizienten des Absorptionsmittels (z. B. der Wirksamkeit des lichtabsorbierenden Materials) ist. Dies wird oft ausgedrückt als: A = εlc (1) wobei A die Extinktion (in diesem Beispiel gleich 1), e der Extinktionskoeffizient des Absorptionsmittels (ein bestimmter Wert für jede absorbierende Spezies, der aber bei Verwendung der gleichen absorbierenden Spezies für alle Dicken und Konzentrationen gleich ist) l die Weglänge, oder in diesem Beispiel, die Dicke der Schutzschicht und c die Konzentration des absorbierenden Materials in der Schicht ist.
  • Beispielhaft, vorausgesetzt dass UV-Licht vollständig absorbiert wird, wenn die Konzentration der absorbierenden Spezies 10 Gew.-% beträgt und eine Dicke des Schutzfilms 10 μm ist; kann die folgende beispielhafte Tabelle erstellt werden, die eine Konzentration des absorbierenden Materials (z. B. UV-Lichtschutzmittel) zur Dicke der Schicht (z. B., Oberflächenschutzschicht) in Bezug setzt.
    Filmdicke (μm) Absorberkonzentration (Gew.-%)
    10 10
    20 5
    40 2,5
    80 1,25
    160 0,625
    320 0,313
    400 0,25
    500 0,20
  • Wie von Fachleuten erkennbar ist, liegt zum Selbstschutz der Schicht eine praktisch minimale Menge des UV-Lichtschutzmittels/Absorbers in der Schicht vor. Daher fällt die Konzentration des Absorbers wünschenswerter Weise nicht unter diesen Mindestgehalt.
  • Wird daher die Dicke des Schutzfilms/der Schutzschicht um 50% reduziert, beispielsweise von 80 μm auf 40 μm; dann kann eine Konzentration des absorbierenden Materials um einen Faktor 2 erhöht werden, beispielsweise von 1,25 Gew.-% auf 2,5 Gew.-%; um den gleichen Schutz vor Ultraviolettlicht zu bieten.
  • Die Oberflächenschutzschicht 50 weist im Allgemeinen eine Dicke von größer oder gleich etwa 10 um bis kleiner als oder gleich ungefähr 1000 μm auf. In bestimmten Aspekten hat die Oberflächenschutzschicht 50 eine Dicke von größer oder gleich etwa 25 μm bis kleiner als oder gleich etwa 500 μm, gegebenenfalls hat die Oberflächenschutzschicht 50 in bestimmten Aspekten eine Dicke von größer oder gleich etwa 25 μm bis kleiner als oder gleich etwa 100 μm. Ausschließlich beispielhaft ist für eine Oberflächenschutzschicht 50 mit einer Dicke von 80 μm eine Konzentration von etwa 1,25 Gew.-% Lichtschutzmittel angemessen.
  • Das Hinzufügen der Oberflächenschutzschicht 50 stellt eine Schicht aus stark stabilisiertem Polymermaterial bereit, um die darunterliegende und gegebenenfalls oxidierte, erweichte oder geschmolzene Oberfläche des Verbundwerkstoffes 44 abzudecken. In bestimmten Aspekten verbessert das Hinzufügen der Oberflächenschutzschicht 50 das Erscheinungsbild von Verbundwerkstofferzeugnissen und kann des Weiteren auch einen weiteren Vorteil bieten, dadurch, dass Stabilisatoren nur in der Oberflächenschutzschicht 50 und nicht im gesamten Verbundwerkstofferzeugnis verwendet werden. Somit ermöglicht die Zusammensetzung des Verbundwerkstofferzeugnisses den Erhalt der mechanischen/strukturellen Eigenschaften, die bei Gegenwart oder Exposition gegenüber Stabilisatoren in der Verbundwerkstoffzusammensetzung selbst fehlen.
  • Nachdem die Oberflächenschutzschicht 50 auf dem Verbundwerkstoff 44 aufgebracht wurde, überführt eine Transfervorrichtung (nicht dargestellt) den Verbundwerkstoff 44 mit der Oberflächenschutzschicht 50 an eine Pressformstation 54. Die Pressformstation 54 beinhaltet eine Pressform 56. Die Pressform 56 beinhaltet eine untere Pressform 58 mit einer ersten geformten Oberfläche 60 und eine obere Pressform 62 mit einer zweiten geformten Oberfläche 64, die komplementär zur ersten geformten Oberfläche 60 ist. Die untere Pressform 58 und die obere Pressform 62 werden miteinander in Kontakt gebracht, mit Druck beaufschlagt, und der aufgewärmte Verbundwerkstoff 44 und die Oberflächenschutzschicht 50 werden darin druckverformt, um ein Endteil 67 zu bilden, mit der dreidimensionalen Form entsprechend der ersten und zweiten geformten Oberfläche 60, 64 der Pressform 56. Die Pressform 56 schliefst in bestimmten Aspekten die Haftung der Oberflächenschutzschicht 50 am Verbundwerkstoff 44 ab. Nach Austritt aus der Pressformstation 54 ist in bestimmten Aspekten die Haftkraft zwischen der Oberflächenschutzschicht 50 und dem Verbundwerkstoff 44 ausreichend hoch, sodass die Oberflächenschutzschicht 50 nicht entfernt werden kann, ohne dass es zu einem kohäsiven Versagen entweder des Verbundwerkstoffs 44 oder der Oberflächenschutzschicht 50 kommt. Die Haftkraft kann mit dem Delaminiertest bestimmt werden.
  • 3A–3D sind Darstellungen eines Verfahrens zur Verbesserung der Lebensdauer, Witterungsbeständigkeit und dem Aussehen eines Verbundwerkstoffs 70 nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung, bei denen eine Oberflächenschutzschicht 72 auf dem Verbundwerkstoff 70 aufgebracht wird, nachdem der Verbundwerkstoff 70 aus einer Wärmequelle 74 austritt, beispielsweise einem Freiluftofen, und eines kontinuierlichen Walzvorgangs einer Walze mit der Oberflächenschutzschicht 76.
  • In 3A–3D, ist die Oberflächenschutzschicht 72 mit einem indexierenden Folienhalter 78 gekoppelt, die der seitlich indexiert. Die Oberflächenschutzschicht 72 wird von der Walze mit der Oberflächenschutzschicht 76 abgerollt und auf dem Verbundwerkstoff 70 aufgebracht, wenn der Verbundwerkstoff 70 aus der Wärmequelle 74 austritt. Die Bewegungsrichtung des Verbundwerkstoffs 70 durch die Wärmequelle 74 wird durch Pfeil 69 veranschaulicht. Die Wärmequelle 74 kann eine Führungsschiene 80 umfassen, die sich horizontal von der Wärmequelle 74 erstreckt. Die Führungsschiene 80 stützt den Verbundwerkstoff 70, wenn dieser die Wärmequelle 74 verlässt und die Oberflächenschutzschicht 72 mit der erhitzten Oberfläche des Verbundwerkstoffes 70 verbunden wird. Die Oberflächenschutzschicht 72 wird von der Walze mit der Oberflächenschutzschicht 76 abgerollt und die Verbindung mit dem Verbundwerkstoff 70 beginnt, wenn der Verbundwerkstoff 70 beim Austritt aus der Wärmequelle 74 in Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 78 kommt.
  • Wenn die Oberflächenschutzschicht 72 auf dem Verbundwerkstoff 70 aufgebracht wird, wendet mindestens eine Walze 84 sowohl Kraft auf die Oberflächenschutzschicht 72 als auch den Verbundwerkstoff 70 aus. Die mindestens eine Walze 84 unterstützt die Haftung der Oberflächenschutzschicht 72 mit dem Verbundwerkstoff 70. In bestimmten Aspekten agiert die mindestens eine Walze 84, um Luft zu entfernen und reduziert das Potential für Luftblasen zwischen der Oberflächenschutzschicht 72 und dem Verbundwerkstoff 70. Ausschließlich beispielhaft kann die mindestens eine Walze 84 eine TeflonTM Polytetrafluorethylen-beschichteten Walze sein. Der beaufschlagte Druck von der mindestens einen Walze 84 ist abhängig von der Größe der mindestens einen Walze 84, der Größe der Maschine, die mindestens eine Walze 84 hält, und der gewünschten Höhe des kombinierten Verbundwerkstoffs 70 und der Oberflächenschutzschicht 72. In bestimmten Aspekten entspricht die von der mindestens einen Walze 84 auf den Verbundwerkstoff 70 und die Oberflächenschutzschicht 72 angewendete Kraft der Schwerkraft. Nur als Beispiel, wenn die mindestens eine Walze 84 1 kg wiegt, dann beträgt die von der mindestens einen Walze 84 angewendete Kraft ungefähr 10 N (9,8 N genau). Man glaubt nicht, dass die durch die mindestens eine Walze 84 angewendete Kraft das erweichte oder geschmolzene Einsatzgut auf der Oberfläche des Verbundwerkstoffes 70 verteilt. In bestimmten Aspekten reicht jedoch das Ausmaß der von der mindestens einen Walze 84 angewendeten Kraft aus, um die Oberflächenschutzschicht 72 mit dem Verbundwerkstoff 70 zu verbinden, und dabei auch überschüssiges Gas an der Grenzfläche zwischen der Oberflächenschutzschicht 72 und der beheizten Oberfläche des Verbundwerkstoffes 70 zu verdrängen. Nach der Passage der mindestens einen Walze 84, beginnt das Verfahren des Anklebens der Oberflächenschutzschicht 72 auf dem erwärmten Verbundwerkstoff 70, was in gewissen Aspekten abgeschlossen werden kann, wenn die Einheit der haftenden Oberflächenschutzschicht 72 und des Verbundwerkstoffs 70 ausreichend gekühlt werden.
  • Nach Haftung der Oberflächenschutzschicht 72 am Verbundwerkstoff 70 wird die Oberflächenschutzschicht 72 optional mit einem Abziehmesser 86 abgeschnitten. Alternativ, in anderen Ausführungsformen, kann die Oberflächenschutzschicht 72 mit anderen Verfahren abgeschnitten werden. Ausschließlich beispielhaft, kann die Oberflächenschutzschicht 72 mithilfe einer Quetschstelle oder eines Abquetschrands geschnitten werden. Sobald die Oberflächenschutzschicht 72 abgeschnitten wird, kann eine Transfervorrichtung (nicht dargestellt) den Verbundwerkstoff 70 mit der Oberflächenschutzschicht 72 zu einer Pressformstation (nicht gezeigt) überführen, wo er zu dem gewünschten Endteil (nicht dargestellt) gepresst wird.
  • 3A zeigt den Verbundwerkstoff 70 zu Beginn des Austritts aus der Wärmequelle 74, aber vor dem Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 78, durch welche die Oberflächenschutzschicht 72 (in dem Maße wie sie von der Walze mit der Oberflächenschutzschicht 76 abgerollt wird) auf die erhitzte (z. B., erweichte oder geschmolzene) Oberfläche des Verbundwerkstoffes 70 aufgetragen wird.
  • 3B zeigt den Verbundwerkstoff 70 wie er im Wesentlichen die Wärmequelle 74 verlassen hat und Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 78 aufgenommen hat, damit die Oberflächenschutzschicht 72 (in dem Maß wie sie von der Walze mit der Oberflächenschutzschicht 76 abgerollt wird) auf der erwärmten (z. B., erweichten oder geschmolzenen) Oberfläche des Verbundwerkstoffes 70 aufgebracht wird.
  • 3C zeigt den Verbundwerkstoff 70 nachdem seine gesamte Länge die Wärmequelle 74 verlassen hat und die Oberflächenschutzschicht 72 an der gesamten Länge des Verbundwerkstoffes 70 haftet. Das Abziehmesser 86 schneidet die Oberflächenschutzschicht 72 ab.
  • 3D zeigt die Oberflächenschutzschicht 72 nachdem sie abgeschnitten wurde. Zu diesem Zeitpunkt überführt die Transfervorrichtung (nicht dargestellt) die Einheit aus Verbundwerkstoff 70 mit anhaftender Oberflächenschutzschicht 72 an die Pressformstation (nicht dargestellt). Kurz danach, beginnt ein zweiter Verbundwerkstoff 92 mit dem Austritt aus der Wärmequelle 74 und das Verfahren mit 3A wird erneut initiiert.
  • 4A–4C sind Darstellungen eines Verfahrens zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs nach bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung, ähnlich zu dem in 2 und 3A–3D beschriebenen Kontext. Insbesondere zeigen 4A–4C die verschiedenen Stellen, an denen eine Oberflächenschutzschicht 110 während des Prozesses auf einem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht werden kann. Die Oberflächenschutzschicht 110 kann vor dem Erwärmen des Verbundwerkstoffes 112, während des Erwärmens des Verbundwerkstoffs 112 oder nach dem Erwärmen des Verbundwerkstoffs 112 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht werden.
  • In diesen Fällen, ähnlich zu den in den 3A–3D dargestellten Ausführunsformen, wird der Verbundwerkstoff 112 in einer Wärmequelle 114, 128, 130, die ein Freiluftofen sein kann, erwärmt, und die Oberflächenschutzschicht 110 wird mit einem indexierenden Folienhalter 116, 118, 120 gekoppelt. Die Oberflächenschutzschicht 110 wird von der Walze mit der Oberflächenschutzschicht 122, 124, 126 abgegeben und auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht. Die Oberflächenschutzschicht 110 wird auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht, wenn der Verbundwerkstoff 112 in Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 116, 118, 120 kommt. In bestimmten Aspekten kann die Oberflächenschutzschicht 110 Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 116, 118, 120 haben, bevor der Verbundwerkstoff 112 in die Wärmequelle 114 eintritt, während der Verbundwerkstoff 112 von einer ersten Wärmequelle 128 zu einer zweiten Wärmequelle 130 überführt wird, oder wenn der Verbundwerkstoff 112 aus der Wärmequelle 114 austritt.
  • Die Wärmequelle 114 kann eine erste und zweite Führungsschiene 132, 134 umfassen, die sich horizontal von der Wärmequelle 114 an deren Eingang und Ausgang erstrecken. Die erste Führungsschiene 132 und die zweite Führungsschiene 134 können den Verbundwerkstoff 112 stützen, wenn er in die Wärmequelle 114 eintritt und aus dieser austritt. In bestimmten Aspekten kann die erste Führungsschiene 132 als Träger dienen, wenn die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, bevor der Verbundwerkstoff 112 in die Wärmequelle 114 eintritt. In bestimmten Aspekten kann die zweite Führungsschiene 134 als Träger dienen, wenn die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, wenn der Verbundwerkstoff 112 aus der Wärmequelle 114 austritt. Die Bewegungsrichtung des Verbundwerkstoffs 112 durch die Wärmequelle 114 wird durch Pfeil 108 veranschaulicht.
  • In bestimmten Aspekten können eine erste Wärmequelle 128 und eine zweite Wärmequelle 130 vorhanden sein. Die Bewegungsrichtung des Verbundwerkstoffs 112 durch die erste Wärmequelle 128 und die zweite Wärmequelle 130 wird durch Pfeil 109 veranschaulicht. In diesen Fällen kann sich eine erste Führungsschiene 150 horizontal vom Eintritt der ersten Wärmequelle 128 erstrecken. Eine zweite Führungsschiene 152 kann sich horizontal zwischen der ersten Wärmequelle 128 und der zweiten Wärmequelle 130 erstrecken. Eine dritte Führungsschiene 154 kann sich horizontal vom Austritt der zweiten Wärmequelle 130 erstrecken. Die erste Führungsschiene 150, die zweite Führungsschiene 152 und die dritte Führungsschiene 154 dienen in bestimmten Fällen als Träger für den Verbundwerkstoff 112. In bestimmten Aspekten dient die erste Führungsschiene 150 als Träger, wenn die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, bevor der Verbundwerkstoff 112 in die Wärmequelle 114 eintritt. In bestimmten Aspekten dient die zweite Führungsschiene 152 als Träger, wenn die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, wenn der Verbundwerkstoff 112 von der ersten Wärmequelle 128 zur zweiten Wärmequelle 130 überführt wird. In bestimmten Aspekten dient die dritte Führungsschiene 154 als Träger, wenn die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, wenn der Verbundwerkstoff 112 aus der zweiten Wärmequelle 130 austritt.
  • Mindestens eine Walze 140, 142, 144 kann verwendet werden, um sowohl auf die Oberflächenschutzschicht 110 als auch den Verbundwerkstoff 112 eine Kraft anzuwenden, wenn die Oberflächenschutzschicht 110 auf den Verbundwerkstoff 112 aufgetragen wird. Die mindestens eine Walze 140, 142, 144 unterstützt die Haftung der Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112. Nachdem die Oberflächenschutzschicht 110 entlang der gesamten Länge des Verbundwerkstoffes 112 haftet, wird die Oberflächenschutzschicht 110 optional mit einem Abziehmesser 148, 156, 158 abgeschnitten.
  • 4A stellt ein Beispiel bereit, worin der Verbundwerkstoff 112 Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 116 herstellt, wodurch die Oberflächenschutzschicht 110 von der mindestens einen Walze 140 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, bevor der Verbundwerkstoff 112 in die Wärmequelle 114 eintritt. In diesen Fällen werden sowohl der Verbundwerkstoff 112 als auch die Oberflächenschutzschicht 110 zusammen in der Wärmequelle 114 erhitzt, die ein Freiluftofen sein kann.
  • 4B stellt ein ausgewähltes Beispiel bereit, worin der Verbundwerkstoff 112 Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 118 herstellt, wodurch die Oberflächenschutzschicht 110 von der mindestens einen Walze 142 auf das Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, nachdem der Verbundwerkstoff 112 aus der ersten Wärmequelle 128 ausgetreten ist und bevor der Verbundwerkstoff 112 in die zweite Wärmequelle 130 eintritt. In diesem Fall wird der Verbundwerkstoff 112 durch die erste Wärmequelle 128, einen Freiluftofen, erhitzt. Die Oberflächenschutzschicht 110 wird dann auf dem erhitzten Verbundwerkstoff 112 aufgebracht und der Verbundwerkstoff 112 und die Oberflächenschutzschicht 110 werden anschließend zusammen in der zweiten Wärmequelle 130, einem Freiluftofen, erhitzt.
  • 4C stellt ein ausgewählte Beispiel dar, worin der Verbundwerkstoff 112 Kontakt mit dem indexierenden Folienhalter 120 herstellt, wodurch die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, nachdem der Verbundwerkstoff 112 aus der Wärmequelle 114 austritt. In diesen Fällen teilt die Oberflächenschutzschicht 110 die verbleibende oder latente Wärme des Verbundwerkstoffs 112, wird jedoch nicht selbst erhitzt.
  • In allen in 4A–4C gezeigten Fällen, überführt die Transfervorrichtung (nicht dargestellt) die Einheit des Verbundwerkstoffes 112 mit der Oberflächenschutzschicht 110 zur Pressformstation (nicht gezeigt), nachdem die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird und der Verbundwerkstoff 112 erhitzt wurde, unabhängig von der Reihenfolge des Verbindens, wo sie zum gewünschten Endteil (nicht dargestellt) gepresst wird.
  • Die Zusammensetzung und Dicke der Oberflächenschutzschicht 110 kann ausschlaggebend für die Stelle sein, an der die Oberflächenschutzschicht 110 vorzugsweise auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird. So kann beispielsweise mehr Wärme benötigt werden, um eine gute Haftung der Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 zu gewährleisten, wenn sich die Dicke der Oberflächenschutzschicht 110 erhöht. Umgekehrt, kann die für eine gute Haftung der Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 erforderliche Wärme abnehmen, wenn die Dicke der Oberflächenschutzschicht 110 abnimmt. Ist also ein stärkeres Erhitzen notwendig, kann das Auftragen einer dickeren Oberflächenschutzschicht 110 vor dem Eintritt in die Wärmequelle vorteilhaft sein. Umgekehrt gilt: Ist für eine gute Haftung ein geringeres Erwärmen notwendig, kann das Auftragen einer dünneren Oberflächenschutzschicht 110 durch Auftragen der Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff nach dem Austritt des erhitzten Verbundwerkstoffs aus der Wärmequelle erreicht werden.
  • Eine Oberflächenschutzschicht 110 mit einer größeren Dicke kann gegebenenfalls auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht werden, bevor der Verbundwerkstoff 112 in die Wärmequelle 114 eintritt, wie in 4A gezeigt; oder kurz nachdem der Verbundwerkstoff 112 in den Freiluftofen (nicht dargestellt) eintritt. In diesen Fällen wird die Oberflächenschutzschicht 110 selbst erhitzt. Währenddessen wird eine Oberflächenschutzschicht 110 mit geringerer Dicke aufgebracht, nachdem der Verbundwerkstoff 112 die Wärmequelle 114 verlässt, wie in 4C gezeigt; oder kurz bevor der Verbundwerkstoff 112 die Wärmequelle 114 verlässt (nicht dargestellt). In diesen Fällen wird die Oberflächenschutzschicht 110 minimal erhitzt, wenn überhaupt. In Fällen, bei denen die Oberflächenschutzschicht 110 auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht wird, nachdem der Verbundwerkstoff 112 erwärmt wurde und die Wärmequelle 114 verlässt, wird die Oberflächenschutzschicht 110 selbst nicht erhitzt, sondern die verbleibende oder latente Wärme des erhitzten Verbundwerkstoffs 112 wird auf sie übertragen. Eine Oberflächenschutzschicht 110 mit einer mittleren Dicke wird gegebenenfalls auf dem Verbundwerkstoff 112 aufgebracht während der Verbundwerkstoff 112 von einer ersten Wärmequelle 128 zu einer zweiten Wärmequelle 130 überführt wird. In diesen Fällen wird die Oberflächenschutzschicht auf einer erhitzten Oberfläche des Verbundwerkstoffes 112 aufgebracht, wird aber auch mit dem Verbundwerkstoff 112 erhitzt, wenn sich der Verbundwerkstoff durch die zweite Wärmequelle 130 in Richtung des Pfeils 109 bewegt.
  • Außerdem wird der Fachmann begrüßen, dass zusätzliche Wärmequellen mit horizontal verlaufenden Führungsschienen enthalten sein können. In diesen Fällen erkennt der Fachmann, dass eine Oberflächenschutzschicht an verschiedenen Stellen auf einem Verbundwerkstoff entlang des Kontinuums in einer beliebigen der oben beschriebenen Weisen aufgebracht werden kann. In diesen Fällen kann, als nicht einschränkendes Beispiel, die Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoffs vor dem Eintritt in die Wärmequellen, während der Passage zwischen den Wärmequellen oder beim Verlassen der Wärmequellen bei der Fortbewegung aufgebracht werden.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims (10)

  1. Formpressverfahren zur Verbesserung der Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit eines Verbundwerkstoffs, das Verfahren umfassend: Aufbringen einer Oberflächenschutzschicht auf einem Verbundwerkstoff, umfassend ein thermoplastisches Polymer und ein Verstärkungsmaterial; Haften der Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff, worin die Haftung auftritt, wenn der Verbundwerkstoff erwärmt wird; und Formpressen der Oberflächenschutzschicht und des Verbundwerkstoffs in einer Form, worin die Oberflächenschutzschicht mindestens einen Stabilisator enthält, der den Abbau des darunterliegenden Verbundwerkstoffs minimiert oder verhindert, wenn dieser ultravioletter Strahlung und/oder Wärme ausgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin mindestens ein Stabilisierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Absorber für ultraviolettes Licht, radikalen Agenzien mit sterisch gehindertem Amin, radikalen Agenzien mit sterisch gehindertem Phenol, Peroxy- und Hydroperoxy-Radikalfänger und jede Kombination davon, und der mindestens eine Stabilisator in einer Menge größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 10 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht vorliegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der mindestens eine Stabilisator mindestens einen Wärmestabilisator und mindestens ein Lichtschutzmittel beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der mindestens eine Wärmestabilisator ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: kupferbasierten Komplexen, phenolischen Verbindungen, phospithaltigen Verbindungen, phosponathaltigen Verbindungen und Kombinationen davon; und das mindestens eine Lichtschutzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Benzophenonen, Benzotriazolen, Hydroxyphenyltriazinen und Kombinationen davon.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, worin der mindestens eine Wärmestabilisator in einer Menge größer oder gleich ungefähr 0,1 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 1,5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht enthalten ist; und worin das mindestens eine Lichtschutzmittel in einer Menge großer oder gleich ungefähr 0,25 Gew.-% bis kleiner als oder gleich etwa 10 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Oberflächenschutzschicht enthalten ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Verbundwerkstoff in einem Ofen erhitzt wird und das Aufbringen der Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff auftritt: (i) bevor der Verbundwerkstoff in den Ofen eintritt; (ii) während der Verbundwerkstoff im Ofen ist; oder (iii) nachdem der Verbundwerkstoff aus dem Ofen austritt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erwärmen des Verbundwerkstoffs auf eine Temperatur größer oder gleich ungefähr 20°C höher als ein kristalliner Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers bis kleiner als oder gleich etwa 60°C hoher als der kristalline Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin der Verbundwerkstoff in einem Ofen mit einer Sauerstoffumgebung erhitzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Aufbringen und Anhaften in einem kontinuierlichen Walzprozess erfolgt, der mindestens eine Walze beinhaltet, worin die mindestens eine Walze eine Kraft ausübt, um Luft von einer Grenzfläche zwischen der Oberflächenschutzschicht und den Verbundwerkstoff zu entfernen, und die Oberflächenschutzschicht auf dem Verbundwerkstoff aufgebracht wird, wenn der Verbundwerkstoff Kontakt mit einem indexierenden Folienhalter herstellt, der mit der Oberflächenschutzschicht gekoppelt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermoplastische Polymer aus einem Polyamid besteht und die Oberflächenschutzschicht eine Dicke von größer oder gleich ungefähr 10 μm bis kleiner als oder gleich etwa 1000 μm aufweist.
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