DE102018118304B4

DE102018118304B4 - Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil und Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils

Info

Publication number: DE102018118304B4
Application number: DE102018118304.6A
Authority: DE
Inventors: Sven Engelmann; Jörg Paul Brenner
Original assignee: Ebb Microparts GbR Vertretungsberechtigter Ges Sven Engelmann und Joerg Paul Brenner 74564 Crailshei; Ebb Microparts GbR Vertretungsberechtigter Gesellschafter Sven Engelmann und Joerg Paul Brenner 74564 Crailsheim
Current assignee: Ebb Microparts GbR Vertretungsberechtigter Ges Sven Engelmann und Joerg Paul Brenner 74564 Crailshei; Ebb Microparts GbR Vertretungsberechtigter Gesellschafter Sven Engelmann und Joerg Paul Brenner 74564 Crailsheim
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2038-07-28
Also published as: DE102018118304A1

Abstract

Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil (1), welches als Isolationsbauteil zur elektrischen Isolation eines Drittgegenstands ausgebildet ist, umfassend- eine aus wenigstens einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen thermoplastischen Kunststoffmaterial (5) gebildete Zentrallage (2), welche eine Ober- und eine Unterseite aufweist,- eine auf der Oberseite der Zentrallage (2) angebundene Decklage (3) aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial,- eine auf der Unterseite der Zentrallage (2) angebundene Decklage (4) aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (3, 4) aus einem aus Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial gebildet sind oder aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer elektrisch isolierenden Isolierpappe gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil.
Mehrlagige Kunststoffverbundbauteile sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl an unterschiedlichen Ausführungsformen für verschiedene Anwendungszwecke dem Grunde nach bekannt.
Typischerweise umfassen entsprechende Kunststoffverbundbauteile eine zwischen zwei Außen- oder Decklagen angeordnete oder ausgebildete Zentrallage. Der mehrlagige Aufbau entsprechender Kunststoffverbundbauteile verleiht diesen ein besonderes Eigenschaftsprofil, welches wesentlich durch das Zusammenwirken der Eigenschaftsprofile der jeweiligen Lagen des Kunststoffverbundbauteils definierbar bzw. definiert ist.
Wenngleich entsprechende Kunststoffverbundbauteile mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen für unterschiedlicher Anwendungszwecke weithin bekannt sind, besteht im Allgemeinen ein Bedarf nach Kunststoffverbundbauteilen mit verbesserten Eigenschaften. Dies insbesondere vor dem Hintergrund, dass bis dato regelmäßig vergleichsweise teure, typischerweise duroplastische, Hochleistungskunststoffmaterialien zur Herstellung entsprechender Kunststoffverbundbauteile verwendet werden. Im Besonderen besteht sonach ein Bedarf nach Kunststoffverbundbauteilen mit verbesserten Eigenschaften, welche aus vergleichsweise günstigen Kunststoffmaterialien herstellbar sind.
DE 10 2012 103 171 A1 offenbart eine Deckschicht mit körperschalldämmenden Eigenschaften für Flächen aus Holzwerkstoffen.
US 2012/0172214 A1 offenbart ein Lagenmaterial, welches eine extrudierte elastische Komponente aus einem vernetzten Styrol-Butadien-Styrol-BlockCopolymer und einem vernetzten Styrol-Isopren/Butadien-Styrol-BlockCopolymer umfasst. Das Lagenmaterial dient als Flüssigkeit, d. h. insbesondere Wasser, absorbierendes Material für eine Windel.
US 2001/0008687 A1 offenbart eine mehrlagige Folie, welche aus einer Vielzahl an alternierend angeordneten Lagen aus unterschiedlich (biege)steifen Kunststoffmaterialien bzw. steifen Kunststoffmaterialien und flexiblen Kunststoffmaterialien gebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils gemäß Anspruch 1.
Das hierin beschriebene mehrlagige Kunststoffverbundbauteil (im Weiteren kurz als „Kunststoffverbundbauteil“ bezeichnet) weist einen mehrlagigen Aufbau auf. Das Kunststoffverbundbauteil kann somit auch als Laminat bezeichnet bzw. erachtet werden.
Das Kunststoffverbundbauteil umfasst eine Zentrallage. Die Zentrallage weist typischerweise eine flächige Gestalt bzw. Geometrie auf. Die Zentrallage weist eine erste und eine diese gegenüber liegende zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche kann als Oberseite, die zweite Oberfläche als Unterseite der Zentrallage bezeichnet bzw. erachtet werden. Das Kunststoffverbundbauteil umfasst weiterhin mehrere Außen- oder Decklagen. Die Decklagen weisen typischerweise eine flächige Gestalt bzw. Geometrie auf.
Das Kunststoffverbundbauteil weist zwei Außen- oder Decklagen auf, wobei eine erste Decklage auf einer ersten Oberfläche der Zentrallage, d. h. z. B. der Oberseite der Zentrallage, und eine zweite Decklage auf einer zweiten Oberfläche der Zentrallage, d. h. z. B. der Unterseite, insbesondere flächig bzw. vollflächig, angebunden und somit mit der Zentrallage verbunden ist. Eine erste Decklage bildet sonach eine erste Oberfläche des Kunststoffverbundbauteils, eine zweite Decklage eine zweite Oberfläche des Kunststoffverbundbauteils. Die erste Oberfläche kann als Oberseite, die zweite Oberfläche als Unterseite des Kunststoffverbundbauteils bezeichnet bzw. erachtet werden.
Die flächenmäßigen Abmessungen der Decklagen entsprechen typischerweise den flächenmäßigen Abmessungen der Zentrallage. Das Kunststoffverbundbauteil weist sonach typischerweise einen sandwichartigen bzw. -förmigen Aufbau auf.
Die Zentrallage und/oder eine jeweilige Decklage des Kunststoffverbundbauteils kann ein ein- oder mehrschichtiger Körper sein; mithin können jeweilige Lagen einen ein- oder mehrschichtigen Aufbau aufweisen.
Die Zentrallage ist aus einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen, mithin vernetzten thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet. Bei dem die Zentrallage bildenden Kunststoffmaterial handelt es sich sonach grundsätzlich nicht um ein duroplastisches, sondern um ein vergleichsweise kostengünstiges thermoplastisches Kunststoffmaterial. Grundsätzlich kommen sowohl amorphe als auch teil-kristalline thermoplastische Kunststoffmaterialien in Betracht. Das thermoplastische Kunststoffmaterial wurde (zunächst) im Rahmen eines Kunststoffextrusionsverfahrens verarbeitet, woraus sich insbesondere die flächige Gestalt bzw. Geometrie der Zentrallage ergibt. Durch die Verarbeitung des thermoplastischen Kunststoffmaterials im Rahmen des Kunststoffextrusionsverfahrens können sich besondere Eigenschaften der Zentrallage ergeben, als die Kunststoffmoleküle bedingt durch deren Verarbeitung in dem Kunststoffextrusionsverfahren in besonderer Weise orientiert werden können. Das thermoplastische Kunststoffmaterial liegt nach der Extrusion typischerweise als extrudiertes lagenförmiges Halbzeug vor.
Das extrudierte thermoplastische Kunststoffmaterial ist bzw. wird wenigstens einer Maßnahme zur (flächenmäßig betrachtet) zumindest abschnittsweisen, gegebenenfalls vollständigen, Vernetzung unterzogen. Das extrudierte thermoplastische Kunststoffmaterial ist sonach (flächenmäßig betrachtet) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, vernetzt. Die Vernetzung des extrudierten thermoplastischen Kunststoffmaterials verleiht diesem deutlich verbesserte Eigenschaften; hierunter ist insbesondere eine verbesserte mechanische Stabilität, thermische Stabilität sowie eine verbesserte Stabilität gegenüber diversen chemischen Substanzen, insbesondere gegenüber organischen Substanzen, wie z. B. Öl, zu verstehen.
Die Zentrallage kann z. B. einen Vernetzungsgrad von wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, weiter bevorzugt wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, gegebenenfalls sogar 100%, aufweisen. Die Eigenschaften der Zentrallage können insbesondere über den Vernetzungsgrad des extrudierten und vernetzten thermoplastischen Kunststoffmaterials gezielt beeinflusst und somit gesteuert werden. Das extrudierte und vernetzte thermoplastische Kunststoffmaterial kann trotz seines thermoplastischen Grundaufbaus bzw. -charakters insbesondere aufgrund der Vernetzung zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, ein Eigenschaftsspektrum wie ein duroplastisches Kunststoffmaterial aufweisen.
Die verbesserten Eigenschaften des Kunststoffverbundbauteils ergeben sich sonach insbesondere dadurch, dass die Zentrallage aus einem extrudierten und nachfolgend vernetzten thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet ist.
Die besonderen Eigenschaften des Kunststoffverbundbauteils bestehen, wie erwähnt, u.a. in einer besonderen thermischen Stabilität. Das Kunststoffverbundbauteil kann eine thermische Langzeitstabilität (Dauertemperaturbeständigkeit) von wenigstens 130°C, insbesondere wenigstens 150°C, gegebenenfalls oberhalb 170°C, gegebenenfalls oberhalb 180°C, aufweisen. Untersuchungen zeigen, dass die z. B. gemäß ISO 306 gemessene Vicat-Erweichungstemperatur des Kunststoffverbundbauteils oberhalb 70°C (50K/h, 50 N) bzw. oberhalb 180°C (50K/h, 10 N) bzw. bei besonders hohen Vernetzungsgraden, d. h. Vernetzungsgraden oberhalb 60%, oberhalb 190°C (50K/h, 50 N) bzw. oberhalb 210°C (50K/h, 10 N) liegen kann. Die z. B. gemäß ISO 75-1 bzw. ISO 75-2 gemessene Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Kunststoffverbundbauteils kann bei 55°C (1,8 N/mm²) bzw. 70°C (0,45 N/mm²) bzw. bei besonders hohen Vernetzungsgraden, d. h. Vernetzungsgraden oberhalb 60%, bei 55°C (1,8 N/mm²) bzw. 175°C (0,45 N/mm²) liegen.
Auch die Zentrallage selbst kann entsprechende thermische Eigenschaften, d. h. insbesondere eine entsprechende thermische Stabilität, aufweisen. Die vorstehenden Kennwerte gelten sonach analog für die Zentrallage.
Im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften kann das Kunststoffverbundbauteil einen z. B. gemäß ISO 527-1 bzw. ISO 527-2 gemessenen E-Modul oberhalb 1200 MPa, insbesondere bei ca. 1300 MPa, bzw. bei besonders hohen Vernetzungsgraden, d. h. Vernetzungsgraden oberhalb 60%, einen E-Modul oberhalb 3000 MPa, insbesondere bei ca. 3250 MPa, aufweisen. Der z. B. gemäß ISO-178 gemessene Biegemodul des Kunststoffverbundbauteils kann oberhalb 900 MPa, insbesondere bei 1000 MPa, bzw. bei besonders hohen Vernetzungsgraden, d. h. Vernetzungsgraden oberhalb 60%, oberhalb 2000 MPa, insbesondere bei ca. 2550 MPa, liegen. Die z. B. gemäß ISO 527-1 bzw. ISO 527-2 gemessene Zugfestigkeit des Kunststoffverbundbauteils kann oberhalb 30 MPa, insbesondere bei ca. 35 MPa, bzw. bei besonders hohen Vernetzungsgraden, d. h. Vernetzungsgraden oberhalb 60%, oberhalb 70 MPa, insbesondere bei ca. 78 MPa, liegen. Die z. B. gemäß ISO 179-1eU gemessene Schlagzähigkeit des Kunststoffverbundbauteils kann oberhalb 40 kJ/m³, insbesondere bei 49 kJ/m³, liegen.
Auch die Zentrallage selbst kann entsprechende mechanische Eigenschaften aufweisen. Die vorstehenden Kennwerte gelten sonach analog für die Zentrallage.
Das Kunststoffverbundbauteil kann elastisch-flexible Eigenschaften, insbesondere auf einen zylindrischen Trägerkörper aufwickelbare Eigenschaften, aufweisen. Entsprechende elastisch-flexible Eigenschaften können ein Aufwickeln des Kunststoffverbundbauteils auf einen zylindrischen Trägerkörper, wie z. B. einer Transportrolle, ermöglichen, was die Handhabbarkeits- sowie die Transporteigenschaften des Kunststoffverbundbauteils verbessert. Selbstverständlich können entsprechende elastisch-flexible Eigenschaften auch im Hinblick auf die Handhabung des Kunststoffverbundbauteils, z. B. im Zusammenhang mit einer Montage oder Demontage in einer besonderen Anwendungssituation, zweckmäßig sein.
Die Zentrallage kann aus einem extrudierbaren bzw. extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen technischen Kunststoffmaterial bzw. technischen Thermoplastmaterial gebildet sein. Mithin kann ein technisches Thermoplastmaterial als Kunststoffmaterial zur Ausbildung der Zentrallage eingesetzt bzw. verwendet werden. Technische Thermoplastmaterialien zeichnen sich gegenüber konventionellen Thermoplastmaterialien bereits durch verbesserte Eigenschaften, d. h. insbesondere verbesserte mechanische und thermische Stabilitäten, aus.
Bei dem technischen Kunststoffmaterial kann es sich z. B. um Polyacetal, Polyamid, Polycarbonat, Polybutylenterephthalat, ein Polyethylenterephthalat, oder um ein Polyoxymethylen handeln. Besonders vielversprechende Eigenschaften wurden in Untersuchungen mit Polyamid, insbesondere mit Polyamid-6, erzielt.
Das thermoplastische Kunststoffmaterial, d. h. insbesondere das technische Thermoplastmaterial, kann wenigstens ein, insbesondere faserartiges oder - förmiges, Verstärkungsmaterial umfassen. Als entsprechendes Verstärkungsmaterial kommen insbesondere anorganische oder organische Verstärkungsfasern, d. h. z. B. Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, und somit ein Verstärkungsfasermaterial in Betracht. Entsprechende Verstärkungsfasern können als Kurzfasern und/oder als Langfasern vorliegen. Die Eigenschaften der Zentrallage können insbesondere über den gewichts- bzw. volumenmäßigen Anteil sowie Anordnung, Orientierung und Länge der Fasern eines jeweiligen Verstärkungs(faser)materials gezielt beeinflusst und somit gesteuert werden.
Die Decklagen sind erfindungsgemäß aus einem, z. B. gelege-, gestrick-, gewebe-, gewirke- oder gewirrartigen, aus organischen oder anorganischen Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas-, oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial, gebildet. Hierunter sind auch so genannte Organo-Sheets zu verstehen. Das Textilmaterial weist typischerweise elektrisch isolierende Eigenschaften auf.
Alternativ sind die Decklagen erfindungsgemäß aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer Isolierpappe gebildet. Die Ausbildung der Decklage(n) aus einem entsprechenden elektrisch isolierenden Isolationsmaterial ist insbesondere für Isolationsanwendungen des Kunststoffverbundbauteils, d. h. insbesondere für die Anwendung des Kunststoffverbundbauteils als Isolationsbauteil, zweckmäßig.
Die Decklagen können form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere zumindest stoffschlüssig, an der Zentrallage angebunden sein. Insbesondere kommen stoffschlüssige, d. h. z. B. Kleben, Schweißen, etc., Anbindungsarten in Betracht, als diese typischerweise eine stabile Anbindung ermöglichen und gewährleisten.
Die Anbindung der Decklagen an die Zentrallage kann je nach chemischer Verträglichkeit zwischen den Deck- und der Zentrallage das Vorsehen einer haftvermittelnden Maßnahme, d. h. typischerweise das Aufbringen einer Haftvermittlerschicht, beinhalten. Die Zentrallage kann mit den Decklagen sonach über wenigstens eine haftvermittelnde Maßnahme, insbesondere über wenigstens eine aus wenigstens einem Haftvermittlermaterial gebildete Haftvermittlerschicht, z. B. in Form einer Klebeschicht, verbunden sein. Prinzipiell können alternativ oder ergänzend auch andere Maßnahmen zur Haftvermittlung, d. h. z. B. Oberflächen aktivierende Maßnahmen, wie z. B. Corona- oder Plasmabehandlungen, zweckmäßig sein.
In allen Fällen ist ein stabiler, d. h. insbesondere unverlierbarer bzw. (beschädigungs- bzw. zerstörungsfrei) unlösbarer, Verbund zwischen den Decklagen und der Zentrallage gegeben.
Das Kunststoffverbundbauteil kann grundsätzlich mit (nahezu) beliebigen Abmessungen hergestellt werden. Die Abmessungen des Kunststoffverbundbauteils können sonach individuell für einen bestimmten Anwendungszweck festgelegt bzw. gewählt werden.
Die Dicke des Kunststoffverbundbauteils kann z. B. in einem Bereich zwischen 500 und 1500 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 750 und 1000 µm, liegen.
Die Zentrallage ist typischerweise vergleichsweise dünn ausgebildet. Die Dicke der Zentrallage kann z. B. in einem Bereich zwischen 25 und 500 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 75 und 400 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 100 und 300 µm , liegen.
Das Kunststoffverbundbauteil ist als ein als Isolationsbauteil zur elektrischen und gegebenenfalls thermischen Isolation eines Drittgegenstands ausgebildet. Bei dem Kunststoffverbundbauteil handelt es sich demnach um ein entsprechendes Isolationsbauteil. Ein entsprechendes Isolationsbauteil kann z. B. ein für ein Kraftfahrzeug, d. h. zum Verbau in einem Kraftfahrzeug, vorgesehenes Kraftfahrzeug-Isolationsbauteil sein.
Die Erfindung betrifft neben dem Kunststoffverbundbauteil auch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils, insbesondere eines wie hierin beschriebenen Kunststoffverbundbauteils. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffmaterials zur Ausbildung eines extrudierten lagenförmigen Halbzeugs;
- Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs unter Ausbildung einer aus wenigstens einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildeten Zentrallage;
- Anbinden einer Decklage aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial auf der Oberseite der Zentrallage unter Ausbildung des mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils, wobei die Decklage aus einem aus Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial gebildet ist oder aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer elektrisch isolierenden Isolierpappe gebildet ist; und
- Anbinden einer Decklage aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial auf der Unterseite der Zentrallage unter Ausbildung des mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils, wobei die Decklage aus einem aus Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial gebildet ist oder aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer elektrisch isolierenden Isolierpappe gebildet ist.

Das Verfahren umfasst sonach grundsätzlich drei Schritte, welche nachfolgend kurz erläutert werden.
In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein thermoplastisches Kunststoffmaterial zur Ausbildung eines extrudierten lagenförmigen Halbzeugs extrudiert. Der erste Schritt des Verfahrens umfasst sonach eine Verarbeitung eines thermoplastischen Kunststoffmaterials in einem Kunststoffextrusionsverfahren, wobei bzw. wodurch ein extrudiertes lagenförmiges Halbzeug ausgebildet wird.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird das extrudierte lagenförmige Halbzeug wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs unter Ausbildung einer aus wenigstens einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildeten Zentrallage unterzogen. Der zweite Schritt des Verfahrens umfasst sonach die Durchführung wenigstens einer Maßnahme zur (flächenmäßig betrachtet) zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständigen, Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs, wobei bzw. wodurch die Zentrallage ausgebildet wird.
Als Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs kann z. B. eine durch Anwendung von Strahlungsenergie, insbesondere Beta- oder Gammastrahlungsenergie, erfolgende Strahlenvernetzung oder eine durch Anwendung von thermischer Energie erfolgende thermische Vernetzung durchgeführt werden. Der Vernetzungsgrad der Zentrallage kann in beiden Fällen insbesondere durch die Intensität der jeweiligen Strahlung und die Bestrahldauer gezielt beeinflusst und somit gesteuert werden.
In einem dritten Schritt des Verfahrens werden jeweilige Decklagen an die Ober- und Unterseite der Zentrallage unter Ausbildung des Kunststoffverbundbauteils angebunden. In dem dritten Schritt wird die Zentrallage sonach ober- und unterseitig mit wenigstens einer Decklage verbunden.
Das extrudierte lagenförmige Halbzeug kann, insbesondere vor Durchführung der wenigstens einen Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs, wenigstens einer Maßnahme zur Einstellung der Dicke des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs unterzogen werden. Die Maßnahme zur Einstellung der Dicke des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs kann z. B. ein Walzen bzw. Kalandrieren sein.
Sämtliche Aspekte im Zusammenhang mit dem Kunststoffverbundbauteil gelten analog für das Verfahren. Umgekehrt gelten sämtliche Aspekte im Zusammenhang mit dem Verfahren analog für das Kunststoffverbundbauteil.
Selbstverständlich betrifft die Erfindung neben dem Verfahren auch ein verfahrensgemäß herstellbares bzw. hergestelltes Kunststoffverbundbauteil.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung eines Kunststoffverbundbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Kunststoffverbundbauteils 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht. Bei dem Kunststoffverbundbauteil 1 handeltes sich um elektrisches und gegebenenfalls thermisches Isolationsbauteil.
Ersichtlich weist das Kunststoffverbundbauteil 1 einen mehrlagigen Aufbau auf. Das Kunststoffverbundbauteil 1 kann somit auch als Laminat bezeichnet bzw. erachtet werden.
Das Kunststoffverbundbauteil 1 umfasst eine flächige Zentrallage 2. Die Zentrallage 2 weist eine erste Oberfläche 2a und eine diese gegenüber liegende zweite Oberfläche 2b auf. Die erste Oberfläche 2a kann als Oberseite, die zweite Oberfläche 2b als Unterseite der Zentrallage 2 bezeichnet bzw. erachtet werden.
Das Kunststoffverbundbauteil 1 umfasst weiterhin zwei flächige Außen- oder Decklagen 3, 4. Eine erste Decklage 3 ist auf der ersten Oberfläche 2a der Zentrallage 2, d. h. z. B. der Oberseite der Zentrallage 2, und eine zweite Decklage 4 auf der zweiten Oberfläche 2b der Zentrallage 2, d. h. z. B. der Unterseite, angebunden und somit mit der Zentrallage 2 verbunden. Die erste Decklage 3 bildet sonach eine erste Oberfläche 1a des Kunststoffverbundbauteils 1, d. h. z. B. eine Oberseite des Kunststoffverbundbauteils 1, die zweite Decklage 4 eine zweite Oberfläche 1b des Kunststoffverbundbauteils 1, d. h. z. B. eine Unterseite des Kunststoffverbundbauteils 1.
Das Kunststoffverbundbauteil 1 weist sonach einen sandwichartigen bzw. - förmigen Aufbau auf.
Die Decklagen 3, 4 sind form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere zumindest stoffschlüssig, an der Zentrallage 2 angebunden. Insbesondere kommen stoffschlüssige, d. h. z. B. Kleben, Schweißen, etc., Anbindungsarten in Betracht.
Die Anbindung der Decklagen 3, 4 an die Zentrallage 2 kann je nach chemischer Verträglichkeit zwischen den Decklagen 3, 4 und der Zentrallage 2 das Vorsehen einer haftvermittelnden Maßnahme, d. h. typischerweise das Aufbringen einer Haftvermittlerschicht (nicht gezeigt, weil optional), beinhalten. Die eine Zentrallage 2 kann mit den Decklagen 3, 4 sonach über wenigstens eine haftvermittelnde Maßnahme, insbesondere über wenigstens eine aus wenigstens einem Haftvermittlermaterial gebildete Haftvermittlerschicht, z. B. in Form einer Klebeschicht, verbunden sein. Prinzipiell können alternativ oder ergänzend auch andere Maßnahmen zur Haftvermittlung, d. h. z. B. Oberflächen aktivierende Maßnahmen, wie z. B. Corona- oder Plasmabehandlungen, zweckmäßig sein.
Die Zentrallage 1 ist aus einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen, mithin vernetzten thermoplastischen Kunststoffmaterial 5 gebildet. Bei dem die Zentrallage 1 bildenden Kunststoffmaterial 5 handelt es sich sonach um ein vergleichsweise kostengünstiges thermoplastisches Kunststoffmaterial 5, welches (zunächst) im Rahmen eines Kunststoffextrusionsverfahrens verarbeitet wurde, woraus sich insbesondere die flächige Gestalt bzw. Geometrie der Zentrallage 2 ergibt. Das thermoplastische Kunststoffmaterial 5 liegt nach der Extrusion typischerweise als extrudiertes lagenförmiges Halbzeug vor.
Das extrudierte thermoplastische Kunststoffmaterial 5 ist bzw. wird wenigstens einer Maßnahme zur (flächenmäßig betrachtet) zumindest abschnittsweisen, gegebenenfalls vollständigen, Vernetzung unterzogen. Das extrudierte thermoplastische Kunststoffmaterial 5 ist sonach (flächenmäßig betrachtet) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, vernetzt. Die Vernetzung des extrudierten thermoplastischen Kunststoffmaterials 5 verleiht diesem deutlich verbesserte Eigenschaften; hierunter ist insbesondere eine verbesserte mechanische Stabilität, thermische Stabilität sowie eine verbesserte Stabilität gegenüber diversen chemischen Substanzen, insbesondere gegenüber organischen Substanzen, wie z. B. Öl, zu verstehen.
Die Zentrallage 2 kann z. B. einen Vernetzungsgrad von wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, weiter bevorzugt wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, gegebenenfalls sogar 100%, aufweisen. Die Eigenschaften der Zentrallage 2 können über den Vernetzungsgrad des extrudierten und vernetzten thermoplastischen Kunststoffmaterials 5 gezielt beeinflusst und somit gesteuert werden. Das extrudierte und vernetzte thermoplastische Kunststoffmaterial 5 kann trotz seines thermoplastischen Grundaufbaus bzw. -charakters insbesondere aufgrund der Vernetzung zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, ein Eigenschaftsspektrum wie ein duroplastisches Kunststoffmaterial aufweisen.
Die Zentrallage 2 ist insbesondere aus einem extrudierbaren bzw. extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen technischen Kunststoffmaterial 5 bzw. technischen Thermoplastmaterial gebildet. Mithin wird insbesondere ein technisches Thermoplastmaterial als Kunststoffmaterial zur Ausbildung der Zentrallage 2 eingesetzt bzw. verwendet.
Bei dem technischen Kunststoffmaterial 5 kann es sich z. B. um Polyacetal, Polyamid, Polycarbonat, Polybutylenterephthalat, ein Polyethylenterephthalat, oder um ein Polyoxymethylen handeln. Besonders vielversprechende Eigenschaften wurden in Untersuchungen mit Polyamid, insbesondere mit Polyamid-6, erzielt.
Das thermoplastische Kunststoffmaterial 5, d. h. insbesondere das technische Thermoplastmaterial, kann ein, insbesondere faserartiges oder -förmiges, Verstärkungsmaterial umfassen. Als entsprechendes Verstärkungsmaterial kommen insbesondere anorganische oder organische Verstärkungsfasern, d. h. z. B. Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, und somit ein Verstärkungsfasermaterial in Betracht. Entsprechende Verstärkungsfasern können als Kurzfasern und/oder als Langfasern vorliegen. Die Eigenschaften der Zentrallage 2 können insbesondere über den gewichts- bzw. volumenmäßigen Anteil sowie Anordnung, Orientierung und Länge der Fasern eines jeweiligen Verstärkungs(faser)materials gezielt beeinflusst und somit gesteuert werden.
Die Decklagen 3, 4 sind aus einem, z. B. gelege-, gestrick-, gewebe-, gewirke- oder gewirrartigen, Textilmaterial 6, 7, d. h. aus einem aus organischen oder anorganischen Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas-, oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial, gebildet. Hierunter sind auch so genannte Organo-Sheets zu verstehen. Das Textilmaterial 6, 7 weist typischerweise elektrisch isolierende Eigenschaften auf.
Alternativ sind die Decklagen 3, 4 aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer Isolierpappe gebildet. Die Ausbildung der Decklagen 3, 4 aus einem entsprechenden elektrisch isolierenden Isolationsmaterial ist insbesondere für Isolationsanwendungen des Kunststoffverbundbauteils 1, d. h. insbesondere für die Anwendung des Kunststoffverbundbauteils 1 als Isolationsbauteil, zweckmäßig.
Das Kunststoffverbundbauteil 1 kann grundsätzlich mit (nahezu) beliebigen Abmessungen hergestellt werden. Die Abmessungen des Kunststoffverbundbauteils 1 können sonach individuell für einen bestimmten Anwendungszweck festgelegt bzw. gewählt werden.
Die Dicke des Kunststoffverbundbauteils 1 kann in einem Bereich zwischen 500 und 1500 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 750 und 1000 µm, liegen.
Die Zentrallage 2 ist vergleichsweise dünn ausgebildet. Die Dicke der Zentrallage 2 kann in einem Bereich zwischen 25 und 500 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 75 und 400 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 100 und 300 µm, liegen.
Das Kunststoffverbundbauteil 1 weist elastisch-flexible Eigenschaften, insbesondere auf einen zylindrischen Trägerkörper aufwickelbare Eigenschaften, auf. Entsprechende elastisch-flexible Eigenschaften ermöglichen ein Aufwickeln des Kunststoffverbundbauteils 1 auf einen zylindrischen Trägerkörper, wie z. B. einer Transportrolle, was die Handhabbarkeits- sowie die Transporteigenschaften des Kunststoffverbundbauteils 1 verbessert.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren dient zur Herstellung eines mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils 1. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein thermoplastisches Kunststoffmaterial 5 zur Ausbildung eines extrudierten lagenförmigen Halbzeugs extrudiert. Der erste Schritt S1 des Verfahrens umfasst sonach eine Verarbeitung eines thermoplastischen Kunststoffmaterials 5 in einem Kunststoffextrusionsverfahren, wobei bzw. wodurch ein extrudiertes lagenförmiges Halbzeug ausgebildet wird.

In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird das extrudierte lagenförmige Halbzeug wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs unter Ausbildung einer aus wenigstens einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen thermoplastischen Kunststoffmaterial 5 gebildeten Zentrallage 2 unterzogen. Der zweite Schritt S2 des Verfahrens umfasst sonach die Durchführung wenigstens einer Maßnahme zur (flächenmäßig betrachtet) zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständigen, Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs, wobei bzw. wodurch die Zentrallage 2 ausgebildet wird.
Als Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs kann z. B. eine durch Anwendung von Strahlungsenergie, insbesondere Beta- oder Gammastrahlungsenergie, erfolgende Strahlenvernetzung oder eine durch Anwendung von thermischer Energie erfolgende thermische Vernetzung durchgeführt werden. Der Vernetzungsgrad der Zentrallage 2 kann in beiden Fällen insbesondere durch die Intensität der jeweiligen Strahlung und die Bestrahldauer gezielt beeinflusst und somit gesteuert werden.
In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens werden Decklagen 3, 4 an die Ober- oder Unterseite der Zentrallage 2 unter Ausbildung des Kunststoffverbundbauteils 1 angebunden. In dem dritten Schritt S3 wird die Zentrallage 2 sonach ober- bzw. unterseitig mit wenigstens einer Decklage 3, 4, typischerweise mit zwei Decklagen 3, 4 verbunden.
Das extrudierte lagenförmige Halbzeug kann, insbesondere vor Durchführung der wenigstens einen Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs, wenigstens einer Maßnahme zur Einstellung der Dicke des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs unterzogen werden. Die Maßnahme zur Einstellung der Dicke des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs kann z. B. ein Walzen bzw. Kalandrieren sein.

Claims

Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil (1), welches als Isolationsbauteil zur elektrischen Isolation eines Drittgegenstands ausgebildet ist, umfassend - eine aus wenigstens einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen thermoplastischen Kunststoffmaterial (5) gebildete Zentrallage (2), welche eine Ober- und eine Unterseite aufweist, - eine auf der Oberseite der Zentrallage (2) angebundene Decklage (3) aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial, - eine auf der Unterseite der Zentrallage (2) angebundene Decklage (4) aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (3, 4) aus einem aus Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial gebildet sind oder aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer elektrisch isolierenden Isolierpappe gebildet sind.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrallage (2) aus einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen technischen Kunststoffmaterial (5) gebildet ist.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das technische Kunststoffmaterial (5) wenigstens ein, insbesondere faserartiges oder -förmiges, Verstärkungsmaterial umfasst.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das technische Kunststoffmaterial (5) ein Polyacetal, Polyamid, Polycarbonat, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Polyoxymethylen, ist.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (3, 4) jeweils form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, insbesondere zumindest stoffschlüssig, an der Zentrallage (2) angebunden sind.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrallage (2) mit den Decklagen (3, 4) über wenigstens eine haftvermittelnde Maßnahme, insbesondere über wenigstens eine aus wenigstens einem Haftvermittlermaterial gebildete Schicht, verbunden ist.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es elastisch-flexible Eigenschaften, insbesondere auf einen zylindrischen Trägerkörper aufwickelbare Eigenschaften, aufweist.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrallage (2) einen Vernetzungsgrad von wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, aufweist.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zentrallage (2) in einem Bereich zwischen 25 und 500 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 75 und 400 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 100 und 300 µm , liegt.
Mehrlagiges Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Dicke in einem Bereich zwischen 500 und 1500 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 750 und 1000 µm , liegt.
Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils (1), welches als Isolationsbauteil zur elektrischen und/oder thermischen Isolation eines Drittgegenstands ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Extrudieren eines thermoplastischen Kunststoffmaterials (5) zur Ausbildung eines extrudierten lagenförmigen Halbzeugs, - Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs unter Ausbildung einer aus wenigstens einem extrudierten und wenigstens einer Maßnahme zur Vernetzung unterzogenen thermoplastischen Kunststoffmaterial (5) gebildeten Zentrallage (2), welche eine Ober- und eine Unterseite aufweist, - Ausbilden des mehrlagigen Kunststoffverbundbauteils (1) durch Anbinden einer Decklage (3) aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial auf der Oberseite der Zentrallage (2), wobei die Decklage (3) aus einem aus Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial gebildet ist oder aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer elektrisch isolierenden Isolierpappe gebildet ist, und Anbinden einer Decklage (4) aus einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial auf der Unterseite der Zentrallage (2), wobei die Decklage (4) aus einem aus Verstärkungsfasern, nämlich Aramid-, Glas- oder Kohlefasern, gebildeten oder solche umfassenden Textilmaterial gebildet ist oder aus einem elektrisch isolierenden Isolierpapier oder einer elektrisch isolierenden Isolierpappe gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs eine durch Anwendung von Strahlungsenergie, insbesondere Beta- oder Gammastrahlungsenergie, erfolgende Strahlenvernetzung oder eine durch Anwendung von thermischer Energie erfolgende thermische Vernetzung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte lagenförmige Halbzeug, insbesondere vor Durchführung der wenigstens einen Maßnahme zur Vernetzung des extrudierten lagenförmigen Halbzeugs, wenigstens einer Maßnahme zur Einstellung der Dicke des lagenförmigen Halbzeugs unterzogen wird.