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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Komposits aus mehreren Lagen von Fasergebilden und einem Final-Fixier-Klebstoff unter Verwendung eines Temporär-Fixier-Klebstoffs für eine erste temporäre Fixierung der Fasergebilde untereinander sowie in einer Herstellungsform als Vorstufe einer zweiten finalen Fixierung, wobei die zweite finale Fixierung mittels eines Final-Fixier-Klebstoffes erfolgt und dieser Final-Fixier-Klebstoff den Temporär-Fixier-Klebstoff im Zuge der zweiten finalen Fixierung aufnimmt, wobei der Temporär-Fixier-Klebstoff ein unvernetzter Haftklebstoff ist und sich im Zuge der zweiten finalen Fixierung im Final-Fixier-Klebstoff löst, umfassend die Schritte
- - temporäres Fixieren der Fasergebilde in einer Produktionsform sowie untereinander mit dem Temporär-Fixier-Klebstoff, wobei der Temporär-Fixier-Klebstoff in Form von diskreten Klebstoffabschnitten unter Bildung von Klebstoffabschnittschichten zwischen den Lagen der Fasergebilde sowie zwischen der äußeren Lage der Fasergebilde und der Herstellungsform appliziert wird;
- - Einfüllen des Final-Fixier-Klebstoffes unter Auflösen des Temporär-Fixier-Klebstoffes im Final-Fixier-Klebstoff; und
- - Aushärten des Final-Fixier-Klebstoffes,
sowie ein nach diesem Verfahren erhältliches Komposit und ein Klebeband sowie dessen Verwendung.
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Faserverstärkte Epoxidharze haben zahlreiche Anwendungsgebiete. So kommen sie in der Automobilindustrie, beim Bootsbau, beim Flugzeugbau oder bei der Herstellung von Rotorblättern für Windräder zum Einsatz. Bei der Herstellung von Rotorblättern für Windräder werden viele Lagen Glasfasermatten großflächig in der gewünschten Herstellungsform ausgelegt. In einem sog. Vakuum-Infusionsprozess werden dann Epoxidharze eingesaugt (Prozessnamen: vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM), vacuum infusion). Dies ist in der gezeigt. Um zu verhindern, dass sich die Glasfasermatten in diesem Prozess verschieben oder Falten werfen, was ein umso größeres Problem darstellt, je größer die Glasfasermatten sind, ist es gewünscht, die Glasfasermatten temporär an der gewünschten Position zu halten. Dazu werden sie entweder an den Rändern verklebt oder Sprühklebstoffe verwendet. Die Randverklebung ist aufwendig und fehleranfällig beim Fixieren der Matten. Da die Matten nur an ihren Rändern fixiert sind, kann es zu Verwerfungen der Matten in weiter innenliegenden Bereichen der Form kommen, die negativen Einfluss auf das Produkt haben. Das Aufbringen von Sprühklebstoffen ist ebenfalls zeitaufwendig und fehleranfällig, da die Dosierung des Klebstoffs dem Aufbringer obliegt. Eine gleichmäßige Schichtdicke der Klebeschicht kann somit nicht gewährleistet werden. Außerdem enthalten Sprühklebstoffe große Mengen an zum Teil gesundheitsschädlichen bzw. reizenden Lösungsmitteln wie beispielsweise Styrol oder Butanon, die vor der Verklebung abdampfen müssen. Da über den Sprühklebstoff ein Fremdmaterial in das Komposit miteingebracht wird, ist die Performance des ausgehärteten Glasfaser-Epoxid-Komposits außerdem etwas schlechter als die des reinen Epoxid-Komposits ohne den Zusatz eines Sprühklebstoffs. Haftklebebänder wären zwar in der Applikation einfacher, jedoch würden wie beim Sprühklebstoff Fremdmaterialien im Komposit verbleiben, sodass die Performance des Bauteils ebenfalls schlechter würde.
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Aus der
EP 2 229 421 B1 sind mit Klebstoff beschichtete Fasermatten, sogenannten „Prepregs“ („preimpregnated fibres“), bekannt, die Verwendung zur Herstellung von faserverstärkten Epoxiden finden. Kern der Erfindung ist, dass der Klebstoff teilvernetzt ist, wobei Partialester aus einem Epoxidharz mit einer ungesättigten Carbonsäure umgesetzt und teilvernetzt werden. Der Klebstoff ist in den Epoxidharzen des Infusionsprozesses quellbar und/oder anlösbar.
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Prepregs, deren Herstellung und Verwendung sind in der
WO 2013/107829 A1 ausführlich beschrieben. Es handelt sich dabei um textile Flächengebilde, die mit einem Reaktivharz imprägniert sind. Zur Herstellung der Lager- und Transportfähigkeit werden die Reaktivharze in der Regel angeliert, das heißt, die Härtungsreaktion wird initiiert und in einem frühen Stadium gestoppt (sogenannter B-Zustand). Dabei tritt eine deutliche Viskositätserhöhung des Harzes auf, was das imprägnierte Gebilde handhabbar macht. Prepregs dieser Art sind haftklebrig und können somit bei Raumtemperatur zusammenlaminiert werden. Wie Klebebänder werden sie in der Regel mit Release-Linern eingedeckt, um sie stapelbar oder aufwickelbar zu gestalten. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die angelierten Prepregs gekühlt gelagert werden müssen, um ein Weiterlaufen der Härtungsreaktion zu verhindern.
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Die
EP 2 229 421 B1 löst das Problem der kurzen Lagerfähigkeit von Prepregs im B-Zustand, indem ein textiles Halbzeug bereitgestellt wird, welches mit einem Haftklebstoff ausgerüstet ist. Dieser wird über einen radikalischen Prozess teilvernetzt. Der Haftklebstoff wird auf einem textilen Träger zur Verklebung verwendet. Im fertigen Bauteil bleiben sowohl das textile Gewebe als auch das teilvernetzte Polymer an der verklebten Stelle, wodurch Inhomogenitäten in der Vernetzungsdichte generiert werden.
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Die
WO 1997/003828 A1 beschreibt faserverstärkte Schäume. Wie darin beschrieben, kann der Schaum zum Beispiel mit einem Haftklebstoff versehen werden, um die Fasermatten zu fixieren. Problematisch ist, dass der Haftklebstoff als störender Faktor im ausgehärteten Bauteil verbleibt, weil er dessen Festigkeit negativ beeinflusst. Beim Einströmen des Epoxidharzes fließt dieses nämlich an Stellen ohne Klebstoff ungehindert vorbei, während die Stellen mit Klebstoff ein Hindernis darstellen. Hinter der Verklebung bildet sich wieder eine einheitlich Epoxidharzfront. Das Hinterfließen bewirkt jedoch, dass Teilbereiche nicht vollständig mit Harz getränkt werden und somit Luftblasen zurückbleiben, die das Bauteil schwächen.
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Die
WO 2006/080840 A1 schlägt daher vor, bei der Verklebung unterschiedlicher Schaumfolien offene Verklebungsstrukturen zu verwenden, so dass die Durchlässigkeit der resultierenden Folien-Klebstoff-Kombination für das Harz erhalten bleibt. Damit ist die Art der Verklebung jedoch beschränkt.
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In der
DE 10 2015 208 320 A1 ist beschrieben, dass zur temporären Fixierung von Fasergebilden in der Kompositherstellung Klebestreifen aus einem Haftklebstoff zum Einsatz kommen, der sich im Harz löst. Auf diese Weise wird das Problem vermieden, dass durch die zurückbleibenden Fremdstoffe (Klebemasse) im Harz Einbußen in der Stabilität hingenommen werden müssen. Allerdings ist bei der Verwendung von Klebestreifen zu beobachten, dass, wie oben beschrieben, in Strömungsrichtung hinter den Klebestreifen Teilbereiche nicht vollständig mit Harz getränkt sind und beim Aushärten Luftblasen zurückbleiben, die ebenfalls zu einer partiellen Verringerung der Festigkeit führen.
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Aus der
WO 2012/026980 A2 ist es bekannt, das Fließverhalten des im VARTM eingezogenen Epoxidharzes zu beeinflussen. In der Veröffentlichung ist eine spezielle Harzverteilungsstruktur vorgesehen, die auf der mit Harz zu tränkenden Gewebestruktur angeordnet ist und von der aus das Harz in die Gewebestruktur eindringt. Im Rahmen der Veröffentlichung wurde festgestellt, dass das Vorsehen sogenannter Harzsteuerstrukturen in der Harzverteilungsstruktur das Fließverhalten auch in der Prepregstruktur beeinflusst. Die Harzsteuerstrukturen sind mittels kommerziell erhältlicher Klebstoffe wie NuTack
® E, NuTack
® Blu, NidaTack
® NT sowie 3M™ Super 77™ in der Harzverteilungsstruktur befestigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren bereitzustellen, das eine einfache und schnelle temporäre Fixierung von Fasergebilden in der Epoxid-Kompositherstellung ermöglicht, und bei dem die ausgehärteten Bauteile - wenn überhaupt - nur eine sehr geringe Stabilitätseinbuße aufweisen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie es im unabhängigen Anspruch beschrieben ist. Gegenstand der Unteransprüche sind vorteilhafte Fortbildungen des Erfindungsgegenstandes. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Komposit, ein Klebeband sowie dessen Verwendung.
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Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines Komposits aus mehreren Lagen von Fasergebilden und einem Final-Fixier-Klebstoff unter Verwendung eines Temporär-Fixier-Klebstoffs für eine erste temporäre Fixierung der Fasergebilde untereinander sowie in einer Herstellungsform als Vorstufe einer zweiten finalen Fixierung, wobei die zweite finale Fixierung mittels eines Final-Fixier-Klebstoffes erfolgt und dieser Final-Fixier-Klebstoff den Temporär-Fixier-Klebstoff im Zuge der zweiten finalen Fixierung aufnimmt, wobei der Temporär-Fixier-Klebstoff ein unvernetzter Haftklebstoff ist und sich im Zuge der zweiten finalen Fixierung im Final-Fixier-Klebstoff löst, umfassend die Schritte
- - temporäres Fixieren der Fasergebilde in einer Herstellungsform sowie untereinander mit dem Temporär-Fixier-Klebstoff, wobei der Temporär-Fixier-Klebstoff in Form von diskreten Klebstoffabschnitten unter Bildung von Klebstoffabschnittschichten zwischen den Lagen der Fasergebilde sowie zwischen der äußeren Lage der Fasergebilde und der Herstellungsform appliziert wird;
- - Einfüllen des Final-Fixier-Klebstoffes unter Auflösen des Temporär-Fixier-Klebstoffes im Final-Fixier-Klebstoff; und
- - Aushärten des Final-Fixier-Klebstoffes,
bei dem die Klebstoffabschnitte in Form und/oder Ausrichtung als den Strömungsverlauf des Final-Fixier-Klebstoffs optimierende Fixierabschnitte ausgebildet sind.
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Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass Form und Ausrichtung der Fixierabschnitte die Stabilität der fertigen Komposite positiv beeinflussen können. Dies liegt insbesondere daran, dass auf diese Weise das Sich-Lösen des Temporär-Fixier-Klebstoffes im Final-Fixier-Stoffes besonders gefördert wird.
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Sich lösen im Sinne dieser Anmeldung bedeutet, wenn sich nach der im Methodenteil beschriebenen Methode zur Bestimmung der Löslichkeit der Temporär-Fixier-Klebstoff zumindest teilweise im Final-Fixier-Klebstoff auflöst. Diese Definition nicht erfüllt hat ein Klebstoff, der sich lediglich vom Träger ablöst und optisch sichtbar im Final-Fixier-Klebstoff herumschwimmt.
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Als Haftklebstoffe werden dabei Klebstoffe bezeichnet, die bereits unter relativ schwachem Andruck eine dauerhafte Verbindung mit dem Haftgrund erlauben und nach Gebrauch im Wesentlichen rückstandsfrei vom Haftgrund wieder abgelöst werden können. Haftklebstoffe wirken bei Raumtemperatur permanent haftklebrig, weisen also eine hinreichend geringe Viskosität und eine hohe Anfassklebrigkeit auf, so dass sie die Oberfläche des jeweiligen Klebegrunds bereits bei geringem Andruck benetzen. Die Verklebbarkeit entsprechender Klebstoffe beruht auf ihren adhäsiven Eigenschaften und die Wiederablösbarkeit auf ihren kohäsiven Eigenschaften.
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Unvernetzt im Sinne dieser Anmeldung bezieht sich auf chemische Vernetzung und wird über die im Methodenteil beschriebene Methode zur Bestimmung des Gelwertes bestimmt. Alle Haftklebmassen mit Gelwerten kleiner 20 % sind im Sinne dieser Anmeldung unvernetzt.
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Besonders bevorzugt sind die den Strömungsverlauf des Final-Fixierklebstoffes optimierenden Fixierabschnitte als den Temporär-Fixier-Klebstoff enthaltende Klebebandabschnitte ausgebildet. Diese Klebebandabschnitte sind vorzugsweise in Form eines Klebebandes konfektioniert. Bei diesem Klebeband handelt es sich dann um ein strukturiertes Klebeband. Die Art der Struktur ist abhängig von der Form der Klebebandabschnitte. Eine Strukturierung kann auch eine Perforation sein.
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Die Strukturierung oder Perforation kann durch verschiedenste Druck- und Auftragstechniken erreicht werden. Dazu gehören diverse direkte sowie indirekte Druckverfahren, wie insbesondere Siebdruck, Tiefdruck und Flexodruck, sowie das direkte Antragen der Klebmasse mittels Rasterwalzen. Weiterhin sind auch Schlitzdüsen möglich, die durch hin und her Bewegen eine Welle erzeugen können, bei starrem Einbau erzeugen sie Streifen.
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Eine weitere Möglichkeit, ein Wellenmuster der Klebmasse auf einem Liner zu erzeugen, besteht darin, dass der Liner zunächst vollflächig mit der Klebmasse beschichtet wird, so dass sich ein gleichmäßiger Auftrag der Klebmasse auf dem Liner ergibt. Im nächsten Schritt wird die beschichtete Bahn mit einer insbesondere konstanten Bahngeschwindigkeit unter einem Kammrakel entlanggeführt, der aus mehreren nebeneinander angeordneten Zinken besteht. Bevorzugt weisen die Zinken alle die gleiche Breite auf, weiter bevorzugt sind darüber hinaus die Abstände zwischen den einzelnen Zinken gleich. Der Kammrakel wird in einer vorzugsweise gleichförmigen Bewegung in Querrichtung zur Bahn kontinuierlich hin und her bewegt. Dabei verdrängen die Zinken des Kammrakels die Klebmasse von dem Liner, so dass sich in Längsrichtung ein Muster aus vielen parallelen Wellen aus Klebmasse ergibt, zwischen denen (nahezu) identische klebmassefreie Wellen vorhanden sind.
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Weiterhin kann eine Strukturierung durch Laserverfahren, Stanzen oder Bearbeitung mittels einer Nadelwalze eines vollflächig beschichteten Trägers erfolgen.
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Die Verwendung von Klebebandabschnitten ermöglicht es dem Anwender, den Klebstoff auf einfache Weise in gleichmäßiger Auftragsmenge auf die zu verklebenden Glasfasermatten aufzubringen. Dadurch dass es sich erfindungsgemäß um einen unvernetzten Haftklebstoff handelt, ist eine Fixierung nicht zeitkritisch, da kein Aushärten des Klebstoffes erfolgt. Auch wird auf diese Weise die Voraussetzung für einen Klebstoff geschaffen, der eine Re-Positionierung der Glasfasermatten problemlos möglich macht. Die Verwendung von Klebebandabschnitten ist außerdem sparsam, da durch die Verwendung eines Klebebandes nur die gewünschte Menge an Klebstoff aufgetragen wird. Ferner ist sie besonders gleichmäßig, da nicht von der Dosierung des Anwenders abhängig, der den Klebstoff möglicherweise nicht sehr gleichmäßig aufträgt. Außerdem sind keine gesundheitsgefährdenden bzw. reizenden Lösungsmittel erforderlich, was gut für den Anwender ist.
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Werden die Klebebandabschnitt in Form eines Klebebandes konfektioniert, können die Klebebandabschnitte vorteilhafterweise derart auf dem Klebeband angeordnet sein, dass der Abstand zwischen den einzelnen Klebebandabschnitten dem Abstand entspricht, in dem die Klebebandabschnitte in der Herstellungsform bzw. auf den Fasergebilden aufgebracht werden.
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Besonders bevorzugte Ausbildungen der Klebebandabschnitte sind Streifen, Dreiecke, Rauten, Drachen oder Kreise. Kreise sind insbesondere geeignet, weil sie ein gutes Umfließen des infusionierten Final-Fixier-Klebstoffes ermöglichen.
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Wenn die Klebebandabschnitte als Streifen ausgebildet sind, ist eine Anordnung in einem Winkel von 0° bis 35° zur Flussrichtung des Final-Fixier-Klebstoffs, vorzugsweise von 0° bis 25° zur Flussrichtung, und insbesondere von 0° bis 5° zur Flussrichtung, besonders geeignet. Eine andere besonders geeignete Anordnung ist eine Ausrichtung in einem Winkel von 75° bis 90° zur Flussrichtung des Final-Fixier-Klebstoffs, vorzugsweise von 85° bis 90° zur Flussrichtung, und insbesondere in einem Winkel von 90° zur Flussrichtung.
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Wenn die Klebebandabschnitte als Dreiecke, Rauten oder Drachen ausgebildet sind, ist eine Ausrichtung besonders vorteilhaft, wenn eine ihrer Ecken in einem Winkel von 0° zur Flussrichtung des Final-Fixier-Klebstoffs ausgerichtet ist, wobei die eine Ecke in dem Fall, dass die Ecken unterschiedliche Winkel aufweisen, die oder eine Ecke mit dem kleinsten Winkel ist.
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Die vorstehend genannten Winkelangaben verstehen sich zuzüglich einer Toleranz von +/- 5°, insbesondere von +/- 2°, wobei eine genaue Einhaltung besonders bevorzugt ist.
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Mit den vorstehend genannten Formen und Ausrichtungen werden besonders homogen gefüllte Verbundstücke erreicht, die keine harzfreien Bereiche aufweisen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Klebeband der Klebebandabschnitte ein Transferklebeband. Unter einem Transferklebeband wird ein Klebeband ohne Träger verstanden. Bei einem Transferklebeband ist die Klebemasse vor der Applikation zwischen flexiblen Linern aufgebracht, die mit einer Trennschicht versehen sind und/oder anti-adhäsive Eigenschaften aufweisen. Zur Applikation wird regelmäßig zunächst ein Liner entfernt, die Klebemasse appliziert und dann der zweite Liner entfernt. Die Klebemasse kann so direkt zur Verbindung zweier Oberflächen verwendet werden. Derartige trägerlose Transferklebebänder sind erfindungsgemäß besonders bevorzugt. Mit einem solchen erfindungsgemäßen haftklebrigen trägerlosen Transferklebeband wird eine in Positionierung und Dosierung sehr genaue Verklebung ermöglicht.
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Es sind auch Klebebänder möglich, bei denen nicht mit zwei Linern sondern mit einem einzigen doppelseitig trennend ausgerüstet Liner gearbeitet wird. Die Klebebandbahn ist dann an ihrer Oberseite mit der einen Seite eines doppelseitig trennend ausgerüsteten Liners abgedeckt, ihre Unterseite mit der Rückseite des doppelseitig trennend ausgerüsteten Liners, insbesondere einer benachbarten Windung auf einem Ballen oder einer Rolle.
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Die Verwendung von Transferklebebändern ermöglicht dem Anwender größtmögliche Designfreiheit, da der Eintrag an Fremdmaterial in Form von Trägern wie beispielsweise textilen Geweben in das Komposit vermieden wird.
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Bei dem Transferklebeband handelt es sich vorzugsweise um ein strukturiertes Transferklebeband, bei dem die einzelnen Klebebandabschnitt in vorkonfektionierter Form vorliegen. Durch die Strukturierung sind verschiedenste Formen der Klebebandabschnitte möglich.
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Die Anordnung der Klebebandabschnitte dem Liner erfolgt in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dabei derart, dass der Abstand zwischen den einzelnen Klebebandabschnitten dem Abstand entspricht, in dem die Klebebandabschnitte in der Herstellungsform bzw. auf den Fasergebilden aufgebracht werden. Ebenso können die Klebebandabschnitte bereits in der Weise ausgerichtet sein, wie es der Ausrichtung in der Herstellungsform bzw. auf den Fasergebilden entspricht.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden die den Strömungsverlauf des Final-Fixier-Klebstoffs optimierenden Fixierabschnitte durch Applizieren von Temporär-Fixier-Klebstoff in Form von Streifen und in einem Winkel von 0° bis 35° zur Flussrichtung des Final-Fixier-Klebstoffs, vorzugsweise von 0° bis 25° zur Flussrichtung, und insbesondere von 0° bis 5° zur Flussrichtung oder in Form von Punkten ausgebildet. Hier erfolgt somit der Auftrag eines Flüssigklebstoffes in der gewünschten Form und Ausrichtung in strukturierter Weise. Dies kann beispielsweise mit einer Heißklebepistole erfolgen.
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Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn die den Strömungsverlauf des Final-Fixierklebstoffes optimierenden Fixierabschnitte zweier benachbarter Klebstoffabschnittschichten versetzt zueinander angeordnet werden. „Versetzt zueinander angeordnet“ bedeutet dabei, dass die Fixierabschnitte zweier benachbarter Klebstoffabschnittschichten höchstens teilweise, vorzugsweise gar nicht überlappend angeordnet sind, also höchstens teilweise, vorzugsweise gar nicht übereinanderliegen. Dies gilt sowohl für die Anordnung in Flussrichtung des Final-Fixier-Klebstoffs wie auch insbesondere senkrecht dazu.
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Auf diese Weise wird das Strömungsverhalten des Final-Fixier-Klebstoffes so wenig wie möglich beeinflusst. Besonders bevorzugt befindet sich maximal ein Klebstoffabschnitt in z-Richtung, wobei die z-Richtung die Richtung bezeichnet, in der die Fasergebilde übereinandergeschichtet sind.
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Weiterhin ist es besonders günstig, wenn der Abstand zweier Fixierabschnitte zweier benachbarter Klebstoffabschnittschichten senkrecht zur Flussrichtung des Final-Fixier-Klebstoffs größer ist als die Ausdehnung der Klebstoffabschnitte senkrecht zur Flussrichtung, vorzugsweise mindestens doppelt so groß, insbesondere mindestens dreimal so groß. Der einströmende Final-Fixier-Klebstoff kann sich im Infusionsprozess auf diese Weise besonders gut auflösen. Je nach Vakuum und Viskosität des Final-Fixier-Klebstoffes sind besonders bevorzugte Abstände mindestens die zweifache, insbesondere mindestens die dreifache Klebstoffabschnittbreite.
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Bevorzugte Breiten der Klebstoffabschnitte sind Breiten kleiner als 10 cm, insbesondere kleiner als 5 cm und besonders bevorzugt kleiner als 3 cm. Damit ist sichergestellt, dass sich kein harzfreier Bereich, also kein Bereich ohne Final-Fixier-Klebstoff, hinter den Klebstoffabschnitten bildet.
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Die Applikation des Temporär-Fixier-Klebstoffes bzw. des die Klebebandabschnitte enthaltenden Klebebandes erfolgt vorzugsweise mittelts eines Dispensers. Im Falle der Verwendung von Klebeband ist ein Dispenser bevorzugt, der den Liner wieder aufwickelt. Auf diese Weise sind große Bahnen an Fasergebilde in schnell und sicher mit Klebeband zu versehen. Eine Vorrichtung in Form einer Etikettierpistole, wie sie zum Etikettieren von Waren zum Einsatz kommt und mit der Klebstoffabschnitte selektiv und definiert an den gewünschten Stellen aufgebracht werden können.
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Vorzugsweise erfolgt das Einfüllen des Final-Fixier-Klebstoffes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch einen Harz-Infusionsprozess, der auch Vakuum-Infusionsprozess genannt wird. Hierbei werden Glasfasermatten großflächig in der gewünschten Form ausgelegt und dann werden unter Vakuum Epoxidharze eingesaugt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Komposit, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. Typische Anwendungsbereiche solcher Komposite sind die Automobilindustrie, der Flugzeug- und Bootsbau sowie Rotoren für Windkraftanlagen. Insbesondere bei Rotoren für Windkraftanlagen sind Fasermatten von sehr großen Dimensionen in einer Form temporär zu fixieren, was große Schwierigkeiten bereitet, da es leicht zu Verwerfungen und Unebenheiten kommt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine temporäre Fixierung auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht, ohne dass diese temporäre Fixierung nennenswerte Einbußen in der Qualität des fertigen Produktes mit sich bringt.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Klebeband, enthaltend einen Temporär-Fixier-Klebstoff für eine erste temporäre Fixierung zweier Substrate aneinander als Vorstufe einer zweiten finalen Fixierung der beiden Substrate, wobei die zweite finale Fixierung mittels eines Final-Fixier-Klebstoffes erfolgt und dieser Final-Fixier-Klebstoff den Temporär-Fixier-Klebstoff im Zuge der zweiten finalen Fixierung aufnimmt, wobei der Temporär-Fixier-Klebstoff ein unvernetzter Haftklebstoff ist und sich im Zuge der zweiten finalen Fixierung im Final-Fixier-Klebstoff löst, zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das Klebeband der Klebebandabschnitte ein Transferklebeband ist und eine Strukturierung aufweist.
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Vorzugsweise enthält der Temporär-Fixier-Klebstoff mindestens ein Polymer und mindestens ein Reaktivharz, wobei der Temporär-Fixier-Klebstoff auf 100 Teile Polymer mindestens 104 Teile des mindestens einen Reaktivharzes enthält, und optional ein Klebharz.
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Durch die Verwendung eines solchen Temporär-Fixier-Klebstoffes kann sichergestellt werden, dass die Abweichung in der interlaminaren scheinbaren Scherfestigkeit (ILSS) eines Bauteils unter Verwendung des entstehenden Final-Fixier-Klebstoff/Temporär-Fixier-Klebstoff-Gemisches von derjenigen eines Bauteils unter Verwendung des reinen Final-Fixier-Klebstoffes wenn überhaupt nur geringfügig abweicht, da das Gemisch zum ganz überwiegenden Teil ja die gleichen Eigenschaften aufweist wie der Final-Fixierklebstoff in Reinform. Die ILSS ist ein Maß für den Widerstand des Materials gegen Scherkräfte, die auf den Zusammenhalt zwischen den einzelnen Materialschichten einwirken.
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Besonders bevorzugt liegt das mindestens eine Polymer des Temporär-Fixier-Klebstoffes als kontinuierliche Polymerphase vor.
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„Kontinuierliche Polymerphase“ bedeutet, dass das Polymer als kontinuierliche Phase vorliegt, in der das Reaktivharz gelöst und/oder dispergiert ist. Es wurde festgestellt, dass sich auf diese Weise Haftklebstoffe mit bis zu 85% Reaktivharzanteil realisieren lassen. Die Haftklebrigkeit wird dadurch generiert, dass die Polymere überraschenderweise trotz der hohen Epoxidanteile eine kontinuierliche Phase ausbilden, die für die für die Haftklebrigkeit benötigte Kohäsion sorgt.
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Vorzugsweise liegen die Reaktivharze zumindest zum Teil homogen gelöst in der kontinuierlichen Phase vor. Auf diese Weise entsteht ein haftklebriges System. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt das Reaktivharz vollständig homogen im Polymer gelöst vor. Ein daraus bestehendes Tape löst sich im VARTM besonders gut.
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Besonders bevorzugt enthält der Temporär-Fixier-Klebstoff auf 100 Teile Polymer und ggf. Klebharz mindestens 120 Teile Reaktivharz, bevorzugt mindestens 200 Teile Reaktivharz, insbesondere mindestens 300 Teile Reaktivharz. „Teil“ bezieht sich dabei auf Gewichtsteile. Die Formulierung „auf 100 Teile Polymer mindestens 120 Teile Reaktivharz“ bedeutet, dass auf 100 g Polymer mindestens 120 g eingesetzt werden. Sofern auch Klebharz enthalten ist, werden die Teile an Polymer und Klebharz zusammengefasst. Dabei beziehen sich die Angaben, sofern mehr als ein Reaktivharz eingesetzt wird, auf die Summe der Gewichtsteile der Reaktivharze, sofern mehr als ein Polymer eingesetzt wird, auf die Summe der Gewichtsteile der eingesetzten Polymere, ggf. zuzüglich der Menge des Klebharzes oder der Summe der Gewichtsteile der eingesetzten Klebharze.
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Als Reaktivharz kommt vorzugsweise ein Epoxidharz zum Einsatz. Im VARTM werden Epoxidharze verwendet. Zum einen löst sich gleiches (Reaktivharz) in gleichem leichter, zum anderen wird der Einfluss auf die interlaminare Scherfestigkeit besonders geringgehalten, da die gelösten Epoxide aus dem Temporär-Fixier-Klebstoff mitvernetzen und somit keinen Störfaktor darstellen. Dabei ist als Reaktivharz mindestens ein Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A, Bisphenol-S, Bisphenol-F, einem Epoxy-Novolak, einem Epoxy-Kresol-Novolak oder einem epoxidierten Nitrilkautschuk besonders bevorzugt.
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Besonders bevorzugt ist der Final-Fixier-Klebstoff auf Basis mindestens eines Epoxidharzes aufgebaut, und der Temporär-Fixier-Klebstoff enthält die gleiche Reaktivharzklasse wie das Reaktivharz des Final-Fixier-Klebstoffs.
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Auch für den Final-Fixier-Klebstoff ist als Reaktivharz mindestens ein Epoxidharz auf Basis von Bisphenol-A, Bisphenol-S, Bisphenol-F, einem Epoxy-Novolak, einem Epoxy-Kresol-Novolak oder einem epoxidierten Nitrilkautschuk besonders bevorzugt.
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„Auf der Basis von“ oder „auf der Grundlage von“ bedeutet vorliegend, dass die Eigenschaften der Klebemasse zumindest stark von den grundlegenden Eigenschaften dieser Komponente (dem so genannten „Basisharz“) bestimmt werden, wobei selbstverständlich nicht ausgeschlossen ist, dass diese durch Verwendung von modifizierenden Hilfs- oder Zusatzstoffen oder von weiteren Polymeren in der Zusammensetzung zusätzlich beeinflusst werden. Insbesondere kann dies bedeuten, dass der Anteil des Basisharzes an der Gesamtmasse der Klebemasse mehr als 50 Gew.-% beträgt.
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Das Polymer kann ein Polymer sein, aber auch eine Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Polymeren sein. Dabei kann das mindestens eine Polymer insbesondere ein Elastomer oder ein Thermoplast sein.
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Beispiele für Polymere sind Elastomere wie sie im Bereich der Haftklebstoffe üblicherweise verwendet werden, wie sie zum Beispiel in dem „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology“ von Donatas Satas (Satas & Associates, Warwick 1999), beschrieben sind.
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Dies sind zum Beispiel Elastomere auf der Basis von Acrylaten und/oder Methacrylaten, Polyurethanen, Naturkautschuken, Synthesekautschuken wie Butyl-, (Iso)Butyl-, Nitril- oder Butadienkautschuke, Styrolblockcopolymeren mit einem Elastomerblock aus ungesättigten oder teilweise oder vollständig hydrierten Polydienblöcken (Polybutadien, Polyisopren, Poly(iso)butylen, Copolymeren aus diesen sowie weitere, dem Fachmann geläufige Elastomerblöcke), Polyolefinen, Fluorpolymeren und/oder Silikonen.
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Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung sind Kautschuk oder Synthesekautschuk oder daraus erzeugte Verschnitte. Kommen diese als Basismaterial für den Temporär-Fixier-Klebstoff zum Einsatz, dann kann der Naturkautschuk grundsätzlich aus allen erhältlichen Qualitäten wie zum Beispiel Crepe-, RSS-, ADS-, TSR- oder CV-Typen, je nach benötigtem Reinheits- und Viskositätsniveau, und der Synthesekautschuk oder die Synthesekautschuke aus der Gruppe der statistisch copolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuke (SBR), der Butadien-Kautschuke (BR), der synthetischen Polyisoprene (IR), der Butyl-Kautschuke (IIR), der halogenierten Butyl-Kautschuke (XIIR), der Acrylat-Kautschuke (ACM), der Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA) oder der Polyurethane und/oder deren Verschnitten gewählt werden.
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Als das mindestens eine Polymer kann auch jegliche dem Fachmann bekannte Art von Thermoplasten zum Einsatz kommen, wie sie zum Beispiel in den Lehrbüchern „Chemie und Physik der synthetischen Polymere“ von J.M.G. Cowie (Vieweg, Braunschweig) und „Makromolekulare Chemie“ von B. Tieke (VCH Weinheim, 1997) genannt sind. Dies sind zum Beispiel Poly(ethylen), Poly (propylen), Poly (vinylchlorid), Poly (styrol), Poly (oxymethylene), Poly (ethylenoxid), Poly (ethylenterephthalat), Poly (carbonate), Poly (phenylenoxide), Poly (urethane), Poly(harnstoffe), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Poly(amide) (PA), Poly (lactat) (PLA), Poly (etheretherketon) (PEEK), Poly (sulfon) (PSU), Poly (ethersulfon) (PES). Poly (acrylate), Poly (methacrylate) und Poly (methylmethacrylate) (PMMA) sind zwar als Polymer ebenfalls möglich, jedoch nicht bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Die Auswahl der Polymerkomponente ist abhängig vom gewählten Epoxidsystem. Werden polare Epoxide (häufig durch Reaktion von Alkoholen mit Epichlorhydrin hergestellt, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt aus Bisphenol-A und Epichlorhydrin) verwendet, sind insbesondere polarere Polymere bevorzugt. Diese umfassen sowohl Elastomere wie Acrilnitril-Butadien-Kautschuke als auch Thermoplasten wie Poly (ethylenoxid), Poly (ethylenterephthalat), Poly (carbonate), Poly (phenylenoxide), Poly (urethane), Poly(harnstoffe), Poly(amide) (PA), Poly (lactat) (PLA), Poly (etheretherketon) (PEEK), Poly (sulfon) (PSU), Poly (ethersulfon) (PES).
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Für unpolarere Epoxide wie beispielsweise Dicyclopentadiendiepoxid sind unpolarere Polymere bevorzugt. Diese sind beispielsweise Poly (Styrol), Styrolblockcopolymere mit einem Elastomerblock aus ungesättigten oder teilweise oder vollständig hydrierten Polydienblöcken (Polybutadien, Polyisopren, Poly(iso)butylen, Copolymeren aus diesen sowie weitere, dem Fachmann geläufige Elastomerblöcke) oder thermoplastische Polyolefine, Fluorpolymere und/oder Silikonen.
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Um Temporär-Fixier-Klebstoffe mit besonders hohen Epoxidgehalten zu erhalten, eignen sich besonders alle Polymere, die nicht intrinsisch haftklebrig sind also nicht das Dahlquist Kriterium bei Raumtemperatur erfüllen (vgl. J. Adhesion, 1991, Vol. 34, pp. 189-200 oder C. A. Dahlquist: Tack, adhesion, fundamentals and pra.ctice, McLaren and Sons Ltd., London, 1966). Dies gilt sowohl für die Polymerkomponente wie auch die Mischung aus Polymer und Klebharz, so ein solches zum Einsatz kommt. Obwohl also Polymer und ggf. Klebharz per se nicht haftklebrig sind, ist der resultierende Temporär-Fixier-Klebstoff der erfindungsgemäßen Klebebänder haftklebrig.
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Besonders vorteilhafte Polymere sind Poly (amide), Polyurethane, Nitril-Butadien-Kautschuke, Poly (harnstoffe), Poly (etheretherketon) (PEEK), Poly (sulfon) (PSU) und Poly (ethersulfon) (PES). Diese ermöglichen Haftklebstoffe mit sehr hohen Reaktivharzanteilen, was besonders vorteilhaft für die fertigen Bauteile ist, da der Anteil an nicht vernetzenden Polymeren besonders niedrig ist. Nitrilkautschuke sind dabei für die vorliegende Erfindung insbesondere geeignet.
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Kommen Polyurethane zum Einsatz, so haben sich diese als besonders vorteilhaft für gute Klebkräfte im unausgehärteten Zustand gezeigt, wenn das Polyurethan teilkristallin ist und in der DSC Messung einen Schmelze- oder Kristallisationspeak aufweist, der einer Schmelzenthalpie von mindestens 5 J/g, bevorzugt von 20 J/g und besonders bevorzugt von 40 J/g entspricht.
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Die Polymere der Polymermischung können von linearer, verzweigter, sternförmiger oder gepfropfter Struktur sein, um nur einige Beispiele zu geben, und als Homopolymer, als statistisches Copolymer, als alternierendes oder als Blockcopolymere aufgebaut sein. Die Bezeichnung „statistisches Copolymer“ beinhaltet im Sinne dieser Erfindung nicht nur solche Copolymere, in denen die bei der Polymerisation eingesetzten Comonomere rein statistisch eingebaut sind, sondern auch solche, bei denen Gradienten in der Comonomerzusammensetzung und/oder lokale Anreicherungen einzelner Comonomersorten in den Polymerketten vorkommen. Einzelne Polymerblöcke können als Copolymerblock (statistisch oder alternierend) aufgebaut sein.
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Für die vorliegende Erfindung können Klebharze verwendet werden, jedoch ist für die Temporär-Fixier-Klebstoffe der vorliegenden Erfindung ein Klebharz entbehrlich. Es wird auch ohne Klebharzzusatz die gewünschte Haftklebrigkeit der Klebemasse erreicht. Da gewünscht ist, dass der Temporär-Fixier-Klebstoff dem Final-Fixier-Klebstoff chemisch möglichst ähnlich ist und letzterer üblicherweise keine Klebharze enthält, ist es bevorzugt, dass der Temporär-Fixier-Klebstoff keine Klebharze enthält.
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Als Reaktivharze, die auch als vernetzbare Komponenten bezeichnet werden, können im Prinzip alle, dem Fachmann im Bereich der Haftklebstoffe oder Reaktivklebstoffe bekannten, in einer Aufbaureaktion vernetzenden Makromoleküle bildenden reaktiven Konstituenten verwendet werden, wie sie zum Beispiel in Gerd Habenicht: Kleben - Grundlagen, Technologien, Anwendungen, 6. Auflage, Springer, 2009, beschrieben sind.
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Der Aufbau und die chemische Beschaffenheit der vernetzbaren Komponente sind nicht kritisch, solange die Aufbaureaktion unter Bedingungen, insbesondere hinsichtlich der angewendeten Temperaturen, Art der verwendeten Katalysatoren und dergleichen, durchgeführt werden kann, die zu keiner wesentlichen Beeinträchtigung und/oder Zersetzung der Polymerphase führen, wobei sie vorzugsweise mit der Elastomerphase zumindest teilweise mischbar sind.
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Epoxidhaltige Materialien bzw. Epoxidharze, die in den Zusammensetzungen der Erfindung nützlich sind, sind beliebige organische Verbindungen mit wenigstens einem Oxiranring, die durch eine Ringöffnungsreaktion polymerisierbar sind. Solche Materialien, die allgemein als Epoxide bezeichnet werden, umfassen sowohl monomere als auch polymere Epoxide und können aliphatisch, cycloali-phatisch oder aromatisch sein. Diese Materialien weisen im Allgemeinen im Durchschnitt wenigstens zwei Epoxidgruppen pro Molekül, vorzugsweise mehr als zwei Epoxidgruppen pro Molekül, auf. Die „durchschnittliche“ Anzahl an Epoxidgruppen pro Molekül wird als die Anzahl an Epoxidgruppen in dem epoxidhaltigen Material dividiert durch die Gesamtanzahl an vorliegenden Epoxidmolekülen definiert. Die polymeren Epoxide umfassen lineare Polymere mit endständigen Epoxidgruppen (zum Beispiel ein Diglycidylether eines Polyoxyalkylenglycols), Polymere mit Gerüstoxiraneinheiten (zum Beispiel Polybutadien-Polyepoxid) und Polymere mit Epoxidseitengruppen (zum Beispiel ein Glycidylmethacrylatpolymer oder - copolymer). Das Molekulargewicht des epoxidhaltigen Materials kann von 58 bis etwa 100.000 g/mol oder mehr variieren. Mischungen aus verschiedenen epoxidhaltigen Materialien können auch in den Hotmelt-Zusammensetzungen der Erfindung verwendet werden. Nützliche epoxidhaltige Materialien umfassen jene, die Cyclohexenoxidgruppen, wie die Epoxycyclo-hexancarboxylate, die durch 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, 3,4-Epoxy-2-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-2-methylcyclohexancarboxylat und Bis(
3,4-epoxy-6-methylcyclohexylme-thyl)adipat exemplifiziert sind, enthalten. Für eine detailliertere Liste von nützlichen Epoxiden dieser Art kann auf
U.S. Patent Nr. 3,117,099 verwiesen werden.
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Weitere epoxidhaltige Materialien, die bei der Anwendung dieser Erfindung besonders nützlich sind, umfassen Glycidylethermonomere. Beispiele sind die Glycidylether von mehrwertigen Phenolen, die durch Reaktion eines mehrwertigen Phenols mit einem Überschuss an Chlorhydrin, wie Epichlorhydrin (zum Beispiel der Diglycidylether von 2,2-Bis-(2,3-epoxypropoxyphenol)propan), erhalten werden. Weitere Beispiele von Epoxiden dieses Typs, die bei der Anwendung dieser Erfindung verwendet werden können, sind in
U.S. Patent Nr. 3,018,262 beschrieben.
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Es gibt eine Vielzahl an im Handel erhältlichen epoxidhaltigen Materialien, die in dieser Erfindung verwendet werden können. Insbesondere umfassen Epoxide, die leicht erhältlich sind, Octadecylenoxid, Epichlorhydrin, Styroloxid, Vinylcyclohexenoxid, Glycidol, Glycidylmethacrylat, Diglycidylether von Bisphenol A (zum Beispiel jene, die unter den Handelsbezeichnungen EPON 828, EPON 1004 und EPON 1001F von Shell Chemical Co. und DER-332 und DER-334 von Dow Chemical Co. erhältlich sind), Diglycidylether von Bisphenol F (zum Beispiel ARALDITE GY281 von Ciba-Geigy), Vinylcyclohexendioxid (zum Beispiel ERL 4206 von Union Carbide Corp.), 3,4-Ep-oxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexencarboxylat (zum Beispiel ERL-4221 von Union Carbide Corp.), 2-(3,4-Epo-xycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy)cyclohexan-metadioxan (zum Beispiel ERL-4234 von Union Carbide Corp.), Bis(3,4-epoxycyclohexyl)adipat (zum Beispiel ERL-4299 von Union Carbide Corp.), Dipentendioxid (zum Beispiel ERL-4269 von Union Carbide Corp.), epoxidiertes Polybutadien (zum Beispiel OXIRON 2001 von FMC Corp.), silikonharzhaltige Epoxidfunktionalität, Epoxysilane (zum Beispiel beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan und gamma-Glycido-xypropyltrimethoxysilan, im Handel erhältlich von Union Carbide), feuerhemmende Epoxidharze (zum Beispiel DER-542, ein bromiertes bisphenolartiges Epoxidharz, erhältlich von Dow Chemical Co.), 1,4-Butandioldiglycidylether (zum Beispiel ARALDITE RD-2 von Ciba-Geigy), hydrierte, auf Bisphenol A-Epichlorhydrin basierende Epoxidharze (zum Beispiel EPONEX 1510 von Shell Chemical Co.) und Polyglycidylether von Phenolformaldehyd-Novolak (zum Beispiel DEN-431 und DEN-438 von Dow Chemical Co.).
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Vorzugsweise weist das Reaktivharz des Temporär-Fixier-Klebstoffes die gleiche Epoxid-Basis auf wie der Final-Fixier-Klebstoff. Je ähnlicher sich Temporär-Fixier-Klebstoff und Final-Fixier-Klebstoff chemisch sind, umso geringer werden die Abweichungen in der ILSS sein. „Ähnlich“ bedeutet dabei, dass beispielsweise bei der Verwendung von Bisphenol-A basierten Epoxiden im Final-Fixier-Klebstoff auch in der Temporär-Fixier-Klebstoff Zusammensetzung Reaktivharze auf Bisphenol-A-Basis verwendet werden. Diese können exakt gleich sein oder sich leicht im Molekulargewicht unterscheiden.
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Besonders bevorzugt ist daher das Reaktivharz des Temporär-Fixier-Klebstoffes das gleiche wie das des Final-Fixier-Klebstoffes.
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Der Temporär-Fixier-Klebstoff des erfindungsgemäßen Klebebandes kann einen Härter oder Initiator enthalten. Dies ist allerdings nicht erforderlich, da der Final-Fixier-Klebstoff einen Härter oder Initiator enthält. Vorzugsweise ist der Temporär-Fixier-Klebstoff, wie oben erwähnt, jedoch härterfrei. Der Temporär-Fixier-Klebstoff des erfindungsgemäßen Klebebandes kann darüber hinaus auch einen Beschleuniger enthalten. Wie im Falle des Härters ist auch dies jedoch nur von untergeordneter Bedeutung, da die Einstellung der Vernetzungsreaktion des Reaktivharzes über den Final-Fixier-Klebstoff erfolgt.
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Optional kann der Temporär-Fixier-Klebstoff weitere Additive, Rheologiemodifizierer, Schäumungsmittel, Füllstoffe oder Adhäsionsvermittler enthalten.
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Ein erfindungsgemäßes Klebeband ist dann besonders geeignet, wenn die Klebkraft des ungehärteten Klebstoffes auf Stahl mindestens 1 N/cm beträgt. Damit sind gute haftklebrige Eigenschaften gegeben.
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Wie vorstehend bereits ausgeführt sind die erfindungsgemäßen Klebebänder Transferklebebänder, das heißt trägerfreie Klebebänder. Bei einem Transferklebeband ist die Klebemasse vielmehr vor der Applikation zwischen flexiblen Linern aufgebracht, die mit einer Trennschicht versehen sind und/oder anti-adhäsive Eigenschaften aufweisen. Zur Applikation wird regelmäßig zunächst ein Liner entfernt, die Klebemasse appliziert und dann der zweite Liner entfernt. Die Klebemasse kann so direkt zur Verbindung zweier Oberflächen verwendet werden.
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Es sind auch Klebebänder möglich, bei denen nicht mit zwei Linern sondern mit einem einzigen doppelseitig trennend ausgerüstet Liner gearbeitet wird. Die Klebebandbahn ist dann an ihrer Oberseite mit der einen Seite eines doppelseitig trennend ausgerüsteten Liners abgedeckt, ihre Unterseite mit der Rückseite des doppelseitig trennend ausgerüsteten Liners, insbesondere einer benachbarten Windung auf einem Ballen oder einer Rolle.
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Die Dicke des Haftklebstoffes in Form des Transferklebebands beträgt bevorzugt zwischen 1 µm und 100 µm, weiter bevorzugt zwischen 5 µm und 50 µm und besonders bevorzugt zwischen etwa 10 µm und 30 µm.
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Für die Anwendung bei der Herstellung von Rotorblättern beträgt die bevorzugte Schichtdicke von 10 µm bis 30 µm. Hierbei ist die Schichtdicke umso geringer zu wählen, je weniger Epoxide in dem Temporär-Fixier-Klebstoff enthalten sind, da ein geringerer Epoxid-Anteil im Klebstoff einen größeren negativen Effekt auf die ILSS hat. Hat der Temporär-Fixier-Klebstoff hingegen einen höheren Epoxid-Gehalt, so ist nur ein geringer oder quasi kein negativer Einfluss auf die ILSS gegeben und es ist möglich, auch eine stärkere Schichtdicke des Temporär-Fixierklebstoffes zu verwenden.
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Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des erfindungsgemäßen Klebebandes zur temporären Fixierung von Fasergebilden in der Kompositherstellung. Typische Anwendungsbereiche sind die Automobilindustrie, der Flugzeug- und Bootsbau sowie Rotoren für Windkraftanlagen. Insbesondere bei Rotoren für Windkraftanlagen sind Fasermatten von sehr großen Dimensionen in einer Form temporär zu fixieren, was große Schwierigkeiten bereitet, da es leicht zu Verwerfungen und Unebenheiten kommt. Durch das erfindungsgemäße Klebeband wird eine temporäre Fixierung auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht, ohne dass diese temporäre Fixierung nennenswerte Einbußen in der Qualität des fertigen Produktes mit sich bringt.
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Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Klebeband zur temporären Fixierung von Fasergebilden in Vakuum-Harz-Infusionsprozessen eingesetzt, wobei das Harz für den Vakuum-Harz-Infusionsprozess ausgewählt ist aus der Gruppe der Epoxidharze. Epoxidharze sind für Vakuum-Harz-Infusionsprozesse besonders vorteilhaft, weil die Fertigbauteile unter Verwendung von Epoxidharzen besonders gute Eigenschaften in Bezug auf die ILSS aufweisen.
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Beispiele
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Messmethoden
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Gelwertbestimmung
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Hierzu wurden Klebebandproben in Stücken von 20 cm2 ausgestanzt und in einem Beutel aus Polyethylen-Spinnvlies (Tyvek der Firma Du Pont mit einem Flächengewicht von ca. 55 g/cm2) eingeschweißt. Die Muster wurden 3 Tage unter Schütteln bei Raumtemperatur mit Butanon extrahiert. Das Butanon wurde täglich gewechselt. Nach erfolgter Extraktion wurden die Proben bei 110 °C getrocknet. Der Gelanteil wurde durch Differenzwägungen bestimmt, wobei die Extraktionsverluste des Spinnvlieses und des Trägers berücksichtigt wurden. Aus der Differenz der Probengewichte vor der Extraktion und nach der Extraktion wird der Gelwert als prozentuale Angabe des Gewichtsanteils des Polymers, das nicht mit Butanon extrahierbar ist, bestimmt.
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Interlaminare scheinbare Scherfestigkeit (ILSS):
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Zur Prüfung der Proben wurde das 100 kN Servohydraulik-Prüfsystem von Inova und zur Datenerfassung ein MGC Plus von HBM (Hottinger Baldwin Messtechnik) verwendet. Die Messrate lag bei 20 Hz.
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Für die Versuche wurde die Versuchsapparatur nach EN ISO 14130 verwendet. Mit diesem Versuchsaufbau wird die interlaminare scheinbare Scherfestigkeit bestimmt. Der Aufbau ähnelt prinzipiell dem des Dreipunktbiegeversuchs. Es werden jedoch sehr kleine Proben verwendet, um interlaminares Versagen hervorzurufen. Die haftklebrigen Fixiermittel wurden mit einer Referenz (ohne Fixiermittel) und 2 Wettbewerbsprodukten (Sprühklebstoff Aerofix2 und 3M 11095) verglichen. Die Proben haben vier Glasfaserlagen und zwischen jeder Lage wurde Fixiermittel appliziert. Die Sprühklebstoffmenge betrug 10 bis 15 g/m2. Die haftklebrigen Klebstoffe waren zwischen ca. 30 µm dick.
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Die Probenplatten wurden mit Hilfe des VARTM (vacuum-assisted resin transfer moulding) hergestellt. Es wurde ein 812g/m2 Biaxgelege (Batchnummer 1012299) von der Firma Saertex verwendet. Laminiert wurden die Platten mit dem Epoxidsystem RIM 135 von Momentive (Batchnummer SG1CO197) und dem Härter RIM137 (Batchnummer SG1BO364) bei 40 °C und unter einem absoluten Druck von 2 mbar. Anschließend wurden die Proben zugeschnitten und im Temperofen 10 Stunden lang bei einer Temperatur von 70 C getempert.
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Verwendete Rohstoffe:
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- Breon N41 H80
- Nitril-Butadien-Kautschuk mit einem Acrylnitrilanteil von 41% von Zeon Chemicals (London, UK)
- PolyDis PD3611
- Nitrilkautschukmodifiziertes Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-F-diglycidylether mit einem Elastomergehalt von 40% und einem Gewicht pro Epoxid von 550 g/eq der Firma Schill + Seilacher „Struktol“.
- PolyDis PD3691
- Nitrilkautschukmodifiziertes Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-diglycidylether mit einem Elastomergehalt von 5% und einem Gewicht pro Epoxid von 205 g/eq der Firma Schill + Seilacher „Struktol“ .
- Butanon
- Lösungsmittel
| Beispiel: |
K1 Gew.teile |
| Breon N41H80 |
20 |
| PolyDis PD3611 |
65 |
| PolyDis PD3691 |
15 |
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Die Klebmasse wurde in einem Kneter der Firma Brabender bei 80°C hergestellt. Dazu wurden zunächst 10g Breon N41H80 mit 32.5g PD3611 für ca. 10 Minuten geknetet, bis sich ein konstantes Drehmoment einstellte. Es wurden 7.5g PD3691 zugegeben und solange geknetet, bis eine homogene Schmelze entstanden war.
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Klebebänder wurden hergestellt, indem die entsprechenden Rohstoffe in Butanon gelöst bzw. Breon im Kneter mit Lösungsmittel vorgelöst wurden. Der Feststoffgehalt betrug zwischen 40% und 50%.
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Es wurden Laborausstriche auf silikonisiertem PET hergestellt und das Lösungsmittel bei110°C für 10 Minuten abdampfen gelassen. Die Schichtdicke betrug ca. 30µm.
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Verklebungsbespiele:
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Es wurden vier Glasfaserlagen übereinandergelegt und mit dem Klebstoff K1 fixiert (vgl. 2). Dazu wurden auf Lage 1 - 3 Klebstoffformen zur temporären Fixierung der Glasfasermatten aufgebracht. Um das Strömungsverhalten möglichst wenig zu beeinflussen, werden die Klebstoffstrukturen bevorzugt versetzt, das heißt an jeder Position des Lagenaufbaus befindet sich maximal 1 Klebstoffform in z-Richtung. Anders ausgedrückt: auf eine Klebstoffform folgt in der nächsten, bevorzugt in den nächsten beiden, ins besondere in allen folgenden Lagen keine Klebstoffform an der gleichen Position (3). Der Klebstoff wurde entweder als Klebebandstreifen oder -punkt in 30µm Dicke aufgebracht oder mit Hilfe einer Heizpistole direkt in strukturierter Form appliziert.
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Es hat sich gezeigt, dass das einströmende Epoxidharz im Infusionsprozess die Klebstoffstrukturen gut auflösen kann, wenn der Abstand zwischen zwei Klebeformen bevorzugt mindestens so groß ist, wie der Klebestreifen. Je nach Vakuum und Viskosität des Epoxidharzes sind besonders bevorzugte Abstände mindestens die zweifache Klebebandbreite, insbesondere mindestens die dreifache Breite. In allen Fällen B1 - B3 wurden optisch homogene Verbundmaterialien erhalten (4). „Optisch homogen“ bedeutet dabei, dass die ursprünglichen Klebestreifen mit dem bloßen Auge nicht mehr zu erkennen sind.
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In Bezug auf die Durchfließrichtung des Epoxidharzes im Infusionsprozess wurden die Klebestreifen in 0° (also in Fließrichtung), 15°, 30° und 60° verklebt (5: B4, B5, B6, V1). Besonders homogen gefüllte Verbundstücke wurden mit B4 und B5 erhalten. In B6 kam es manchmal zur Umfließung (schematisch dargestellt in 5: V1), sodass sich kleine harzfreie Bereiche bildeten. Dies zeigt, dass 30° prinzipiell noch möglich sind, aber die Fehlerquote steigt, da der Prozess exakter gesteuert werden muss. Mit 60° (V1) bildeten sich in allen Versuchen Umfließungen mit harzfreien Bereichen (in der Zeichnung mit (1) markiert. Nach dem Infusionsprozess sind optisch homogene Verbundstücke erhalten worden (B4, B5, B6). In der schematischen Zeichnung sind lediglich die Konturen der ursprünglichen Verklebungen noch als Orientierungshilfe eingezeichnet.
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Auch verschiedene Strukturformen, nämlich Dreieck, Raute, Drachen und Kreis, wurden gut umflossen, wie aus 6: B7, B8, B9, B10 hervorgeht.
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Es wurde festgestellt, dass es schwieriger wird ein homogenes Verbundstück herzustellen, wenn die Breite der Klebemassenstreifen steigt. Aus diesem Grund sind die Klebestreifen bevorzugt schmaler als 10cm, besonders bevorzugt schmaler als 5 cm, insbesondere schmaler als 3 cm. B11, B12, B13 und B14 lösen sich gut im einströmenden Epoxidharz und es entstehen optisch homogene Verbundteile (7). Bei 10 cm breiten Klebestreifen wurde bereits bei einem aus drei Versuchen ein harzfreier Bereich hinter dem Klebestreifen beobachtet (B15).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2229421 B1 [0003, 0005]
- WO 2013/107829 A1 [0004]
- WO 1997/003828 A1 [0006]
- WO 2006/080840 A1 [0007]
- DE 102015208320 A1 [0008]
- WO 2012/026980 A2 [0009]
- US 3117099 [0066]
- US 3018262 [0067]
