DE102021130082A1 - Mehrkomponentige faserverstärkte verbundwerkstoffe und verfahren zu deren ausbildung unter verwendung von frontalpolymerisation und markierten photosensibilisierenden additiven - Google Patents

Mehrkomponentige faserverstärkte verbundwerkstoffe und verfahren zu deren ausbildung unter verwendung von frontalpolymerisation und markierten photosensibilisierenden additiven Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf mehrkomponentige faserverstärkte Verbundwerkstoffe und Verfahren zu deren Ausbildung unter Verwendung von Frontalpolymerisation und markierten photosensibilisierenden Additiven. Bei verschiedenen Aspekten kann das Verfahren das Einbringen einer oder mehrerer Schichten in einen Formhohlraum umfassen, wobei jede der einen oder der mehreren Schichten ein Fasermaterial und einen ersten Stoff umfasst. Das Verfahren kann ferner das Einbringen eines zweiten Stoffs in den Formhohlraum umfassen, wobei der zweite Stoff ein photosensibilisierendes Material umfasst. Ferner kann das Verfahren das Einleiten der Photopolymerisation des Photosensibilisators unter Verwendung einer ultravioletten Lichtquelle, das Entfernen der ultravioletten Lichtquelle und/oder das Abschließen der Polymerisation der einen oder der mehreren Schichten umfassen, um den faserverstärkten Verbundwerkstoff auszubilden.

Description

  • EINLEITUNG
  • Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, die nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
  • Als strukturelle und tragende Bauteile in Fahrzeugen werden leichte polymere Komponenten, wie z.B. verstärkte Verbundwerkstoffe, in Betracht gezogen. Häufig werden solche polymeren Werkstoffe durch Formpressen hergestellt. Das Formpressen und andere ähnliche Verfahren zur Herstellung von strukturellen Verbundwerkstoffen können jedoch zeit- und energieaufwändig sein. Daher wäre es wünschenswert, Verfahren zur Herstellung von verstärkten Verbundwerkstoffen zu entwickeln, die kostengünstiger sind und den für den Herstellungsprozess erforderlichen Zeit- und Energieaufwand verringern oder verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf mehrkomponentige faserverstärkte Verbundwerkstoffe und Verfahren zu deren Ausbildung unter Verwendung von Frontalpolymerisation und markierten photosensibilisierenden Additiven.
  • Bei verschiedenen Aspekten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs. Das Verfahren kann das Einbringen einer oder mehrerer Schichten in einen Formhohlraum umfassen, wobei jede der einen oder der mehreren Schichten ein Fasermaterial und einen ersten Stoff umfasst. Das Verfahren kann ferner das Einbringen eines zweiten Stoffs in den Formhohlraum umfassen, wobei der zweite Stoff ein photosensibilisierendes Material umfasst. Ferner kann das Verfahren das Einleiten der Photopolymerisation des Photosensibilisators unter Verwendung einer ultravioletten Lichtquelle, das Entfernen der ultravioletten Lichtquelle und das Abschließen der Polymerisation der einen oder der mehreren Schichten umfassen, um den faserverstärkten Verbundwerkstoff auszubilden.
  • Bei einem Aspekt kann das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten das Einbringen des Fasermaterials in den Formhohlraum und das Infundieren des Fasermaterials mit dem ersten Stoff umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Fasermaterial ein erstes Fasermaterial und ein zweites Fasermaterial umfassen, und der erste Stoff kann eine erste Zusammensetzung und eine zweite Zusammensetzung umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten das Einbringen des ersten Fasermaterials in den Formhohlraum, das Infundieren des ersten Fasermaterials mit der ersten Zusammensetzung, das Einbringen des zweiten Fasermaterials in den Formhohlraum und das Infundieren des zweiten Fasermaterials mit der zweiten Zusammensetzung umfassen.
  • Bei einem Aspekt können das erste und das zweite Fasermaterial gleich oder unterschiedlich sein.
  • Bei einem Aspekt können die erste und die zweite Zusammensetzung gleich oder unterschiedlich sein.
  • Bei einem Aspekt kann das Fasermaterial aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern, Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Bei einem Aspekt kann der erste Stoff größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% eines Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% eines Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethyl-silylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azo-bis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann der kationische Photoinitiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus
    Figure DE102021130082A1_0001
    Figure DE102021130082A1_0002
    Figure DE102021130082A1_0003
    Figure DE102021130082A1_0004
    Figure DE102021130082A1_0005
    Figure DE102021130082A1_0006
    Figure DE102021130082A1_0007
    Figure DE102021130082A1_0008
    Figure DE102021130082A1_0009
    Figure DE102021130082A1_0010
    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann das Verdünnungsmittel aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus polyfunktionellen Glycidylethern, monofunktionellen aliphatischen Glycidylethern, monofunktionellen aromatischen Glycidylethern, 3-Ethyl-3-oxetan-methanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglycoldiglycidylether (NPDGE) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann es sich bei dem Fasermaterial um ein erstes Fasermaterial handeln, und das Verfahren kann ferner das Einbringen eines zweiten Fasermaterials in den Formhohlraum auf der einen oder den mehreren Schichten oder angrenzend an diese umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Einbringen des zweiten Stoffs das Infundieren des zweiten Fasermaterials mit dem zweiten Stoff umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann der zweite Stoff größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% eines photosensibilisierenden Materials umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann der Photosensibilisator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimeth-oxy-1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann der zweite Stoff ferner größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% eines Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% eines optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethyl-silylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azo-bis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann der kationische Photoinitiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus
    Figure DE102021130082A1_0011
    Figure DE102021130082A1_0012
    Figure DE102021130082A1_0013
    Figure DE102021130082A1_0014
    Figure DE102021130082A1_0015
    Figure DE102021130082A1_0016
    Figure DE102021130082A1_0017
    Figure DE102021130082A1_0018
    Figure DE102021130082A1_0019
    Figure DE102021130082A1_0020
    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann das Verdünnungsmittel aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus polyfunktionellen Glycidylethern, monofunktionellen aliphatischen Glycidylethern, monofunktionellen aromatischen Glycidylethern, 3-Ethyl-3-oxetan-methanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglycoldiglycidylether (NPDGE) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei einem Aspekt kann das Verfahren ferner das Entfernen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs aus dem Formhohlraum umfassen.
  • Bei verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs vor. Das Verfahren kann das Einbringen eines zweiten Stoffs, der ein photosensibilisierendes Material enthält, in einen Formhohlraum umfassen. Der Formhohlraum kann eine oder mehrere Schichten umfassen, und jede der einen oder der mehreren Schichten kann ein Fasermaterial und einen ersten Stoff umfassen. Das Verfahren kann ferner das Einleiten der Photopolymerisation des Sensibilisators unter Verwendung einer ultravioletten Lichtquelle, das Entfernen der ultravioletten Lichtquelle und das Abschließen der Polymerisation der einen oder der mehreren Schichten umfassen, um den faserverstärkten Verbundwerkstoff auszubilden.
  • Bei einem Aspekt kann es sich bei dem Fasermaterial um ein erstes Fasermaterial handeln, und das Verfahren kann ferner das Einbringen eines zweiten Fasermaterials in den Formhohlraum auf der einen oder den mehreren Schichten oder angrenzend an diese umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Einbringen des zweiten Stoffs das Infundieren des zweiten Fasermaterials mit dem zweiten Stoff umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Verfahren ferner das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten in den Formhohlraum umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten das Einbringen des Fasermaterials in den Formhohlraum und das Infundieren des Fasermaterials mit dem ersten Stoff umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann das Fasermaterial ein erstes Fasermaterial und ein zweites Fasermaterial umfassen. Der erste Stoff kann eine erste Zusammensetzung und eine zweite Zusammensetzung umfassen.
  • Bei einem Aspekt umfasst das Verfahren ferner das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten in den Formhohlraum.
  • Bei einem Aspekt kann das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten das Einbringen des ersten Fasermaterials in den Formhohlraum, das Infundieren des ersten Fasermaterials mit der ersten Zusammensetzung, das Einbringen des zweiten Fasermaterials in den Formhohlraum und das Infundieren des zweiten Fasermaterials mit der zweiten Zusammensetzung umfassen.
  • Bei einem Aspekt können das erste und das zweite Fasermaterial identisch oder verschieden sein, und die erste und die zweite Zusammensetzung können identisch oder verschieden sein.
  • Bei einem Aspekt kann der zweite Stoff größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% eines photosensibilisierenden Materials, größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% eines Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% eines optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei einem Aspekt kann der erste Stoff größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% eines Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% eines optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung einen faserverstärkten Verbundwerkstoff vor. Der faserverstärkte Verbundstoff kann eine oder mehrere Schichten umfassen, wobei jede der einen oder der mehreren Schichten ein Fasermaterial und einen ersten Stoff umfasst. Der faserverstärkte Verbundwerkstoff kann ferner einen zweiten Stoff umfassen, der auf der einen oder den mehreren Schichten oder angrenzend an diese angeordnet ist. Der zweite Stoff kann einen Photosensibilisator umfassen.
  • Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich aus der hierin gegebenen Beschreibung. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
  • Figurenliste
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausgestaltungen und nicht aller möglichen Ausführungen und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
    • 1 veranschaulicht einen beispielhaften faserverstärkten Verbundwerkstoff, der gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie ausgebildet wurde, in einer Querschnittsansicht.
    • 2A-2J veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie.
    • 3A-3I veranschaulichen ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie.
    • 4A-4G veranschaulichen ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie.
    • 5A-5F veranschaulichen ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie.
    • 6 veranschaulicht einen beispielhaften Druckzugabeprozess zur Verwendung beim Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie.
    • 7 veranschaulicht einen weiteren beispielhaften Druckzugabeprozess zur Verwendung beim Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Technologie.
  • Entsprechende Bezugszeichen kennzeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Da beispielhafte Ausgestaltungen vorgesehen sind, ist dies eine sorgfältige Offenbarung, die Fachleuten den vollen Umfang vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details aufgeführt, wie z.B. Beispiele spezifischer Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis der Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für Fachleute ist es offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausgestaltungen in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein können und dass keine davon so ausgelegt werden sollten, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränken. Bei einigen beispielhaften Ausgestaltungen sind bekannte Prozesse, bekannte Gerätestrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausgestaltungen und soll nicht einschränkend wirken. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig anderes hervor. Die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „enthalten“ und „aufweisen“ sind inklusiv und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Elementen, Zusammensetzungen, Schritten, ganzen Zahlen, Vorgängen und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Obwohl der offene Begriff „umfassend“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der dazu dient, verschiedene hierin dargelegte Ausgestaltungen zu beschreiben und zu beanspruchen, kann der Begriff bei bestimmten Aspekten alternativ auch als ein stärker einschränkender und restriktiverer Begriff verstanden werden, wie z.B. „bestehend aus“ oder „im Wesentlichen bestehend aus“. Daher umfasst die vorliegende Offenbarung für jede gegebene Ausgestaltung, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Vorgänge und/- oder Verfahrensschritte angibt, ausdrücklich auch Ausgestaltungen, die aus solchen angegebenen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Vorgängen und/oder Verfahrensschritten bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Im Falle von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausgestaltung alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte aus, während im Falle von „im Wesentlichen bestehend aus“ alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte, die sich erheblich auf die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften auswirken, von einer solchen Ausgestaltung ausgeschlossen sind, aber alle Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte, die sich nicht erheblich auf die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften auswirken, in der Ausgestaltung eingeschlossen sein können.
  • Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass sie zwangsläufig in der bestimmten erläuterten oder veranschaulichten Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet. Es versteht sich außerdem, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
  • Wird eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „auf“ oder „in Eingriff mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich oder als mit dem- oder derselben „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet, kann sie sich direkt auf oder in Eingriff mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden oder mit dem- oder derselben verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wird dagegen ein Element als „direkt auf“ oder „direkt in Eingriff mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich oder als mit dem- oder derselben „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet, dürfen keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ oder „angrenzend“ gegenüber „direkt benachbart“ oder „direkt angrenzend“ usw.). Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Punkte ein.
  • Obwohl die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. hierin verwendet sein können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden, sofern nicht anders angegeben. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einer anderen Komponente, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere numerische Begriffe implizieren, wenn sie hierin verwendet werden, keine Abfolge oder Reihenfolge, es sei denn, der Kontext weist eindeutig darauf hin. So könnte man einen ersten Schritt, ein erstes Element, eine erste Komponente, einen ersten Bereich, eine erste Schicht oder einen ersten Abschnitt, die im Folgenden besprochen werden, als zweiten Schritt, zweites Element, zweite Komponente, zweiten Bereich, zweite Schicht oder zweiten Abschnitt bezeichnen, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausgestaltungen abzuweichen.
  • Räumlich oder zeitlich relative Begriffe wie „vor“, „nach“, „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“ „über“, „obere“ und dergleichen können hierin der Einfachheit halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Räumlich oder zeitlich relative Begriffe können dazu bestimmt sein, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen des in Gebrauch oder Betrieb befindlichen Geräts oder Systems einzuschließen.
  • In dieser gesamten Offenbarung stellen die Zahlenwerte ungefähre Maße oder Grenzen für Bereiche dar, um geringfügige Abweichungen von den angegebenen Werten und Ausgestaltungen, die ungefähr den genannten Wert aufweisen, sowie solche Werte, die genau den genannten Wert aufweisen, einzuschließen. Anders als in den Arbeitsbeispielen am Ende der detaillierten Beschreibung sind alle Zahlenwerte von Parametern (z.B. von Mengen oder Bedingungen) in dieser Patentschrift, einschließlich der im Anhang befindlichen Ansprüche, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert sind, unabhängig davon, ob „ungefähr“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint oder nicht. „Ungefähr“ bedeutet, dass der angegebene Zahlenwert eine leichte Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Genauigkeit des Werts, ungefähr oder ziemlich nahe am Wert, fast). Wird die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ gegeben ist, in der Technik nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verstanden, dann bezeichnet „ungefähr“, wie es hierin verwendet wird, zumindest Abwandlungen, die sich aus gewöhnlichen Verfahren zur Messung und Verwendung solcher Parameter ergeben können. Zum Beispiel kann „ungefähr“ eine Abweichung von kleiner oder gleich 5 %, optional kleiner oder gleich 4 %, optional kleiner oder gleich 3 %, optional kleiner oder gleich 2 %, optional kleiner oder gleich 1 %, optional kleiner oder gleich 0,5 % und, bei bestimmten Aspekten, optional kleiner oder gleich 0,1 % umfassen.
  • Darüber hinaus umfasst die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter unterteilten Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der Endpunkte und der für die Bereiche angegebenen Teilbereiche.
  • Es werden nun beispielhafte Ausgestaltungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
  • 1 veranschaulicht einen beispielhaften faserverstärkten Verbundwerkstoff 100 in einer Querschnittsansicht. Der faserverstärkte Verbundwerkstoff 100 umfasst eine Vielzahl von Reihen oder Schichten. Die Vielzahl von Reihen oder Schichten umfasst eine oder mehrere erste Schichten 140 und wenigstens eine zweite Schicht 146. Wie veranschaulicht, kann der faserverstärkte Verbundwerkstoff 100 beispielsweise sieben gestapelte erste Schichten 140 und eine zweite Schicht 146 umfassen, die auf einer freiliegenden Oberfläche eines ersten Endes des Stapels von ersten Schichten 140 oder angrenzend an diese angeordnet ist. Jede der ersten Schichten 140 umfasst ein erstes Fasermaterial 120 und einen ersten Stoff 160. Die zweite Schicht 146 umfasst ein zweites Fasermaterial 126 und einen zweiten Stoff 166.
  • Das erste und das zweite Fasermaterial können identisch oder unterschiedlich sein. Bei bestimmten Abwandlungen können das erste und das zweite Fasermaterial 120 jeweils eine oder mehrere kurze Fasern oder Endlosfasern umfassen. Die Endlosfasern können gewebt (z.B. Köperbindung, 5-bindiger Satin, 8-bindiger Satin), Gelege oder unidirektional sein und umfassen auch Fasern, Faserstränge und Faserbänder. Beispielsweise können das erste Fasermaterial 120 und das zweite Fasermaterial 126 jeweils unabhängig voneinander aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und dergleichen sowie Kombinationen davon ausgewählt sein.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der erste Stoff 160 einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der erste Stoff 160 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der erste Stoff 160 optional ein Verdünnungsmittel. Beispielsweise umfasst der erste Stoff 160 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels.
  • Der zweite Stoff 166 umfasst einen Photosensibilisator. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 166 beispielsweise einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen Photosensibilisator. Bei anderen Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 166 einen thermischen Initiator, ein Monomer, einen kationischen Photoinitiator und einen Photosensibilisator. In jedem Fall umfasst der zweite Stoff 166 optional ein Verdünnungsmittel. Zum Beispiel umfasst der zweite Stoff 166 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% des Photosensibilisators, größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels.
  • Der thermische Initiator, das Monomer und/oder der kationische Photoinitiator des zweiten Stoffs 166 können identisch mit dem thermischen Initiator, dem Monomer und/oder dem kationischen Photoinitiator des ersten Stoffs 160 sein oder sich davon unterscheiden.
  • Bei bestimmten Abwandlungen kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere duroplastische Epoxidharze, wie Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKO-TE™-Harz 827 und dergleichen. Bei anderen Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere offene Monomere aus einer ringöffnenden Polymerisation. Bei noch anderen Abwandlungen umfasst das Monomer nichtzyklische Monomere, wie z.B. Vinylether.
  • In jedem Fall kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxy-propoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Der kationische Photoinitiator kann für Frontalpolymerisation geeignet sein. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der kationische Photoinitiator beispielsweise einen oder mehrere Photosäurebildner („PAG“, photoacid generator), wie sie in den folgenden Formeln dargestellt sind (einschließlich der jeweiligen Handelsnamen und Unternehmen, bei denen diese Stoffe im Handel erhältlich sind, sowie gegebenenfalls der Wellenlänge des Absorptionsmaximums für die UV/Vis-Spektroskopie, bezeichnet als λmax):
    Figure DE102021130082A1_0021
    Figure DE102021130082A1_0022
    Figure DE102021130082A1_0023
    Figure DE102021130082A1_0024
    Figure DE102021130082A1_0025
    Figure DE102021130082A1_0026
    Figure DE102021130082A1_0027
    Figure DE102021130082A1_0028
    Figure DE102021130082A1_0029
    Figure DE102021130082A1_0030
    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Verdünnungsmittel polyfunktionelle Glycidylether (wie HELOXY™ 107, HELOXY™ 48, HELOXY™ 68 und dergleichen), monofunktionelle aliphatische Glycidylether (wie HELOXY™ 166, HELOXY™ 61 und dergleichen), monofunktionelle aromatische Glycidylether (wie HELOXY™ 62 und dergleichen), 3-Ethyl-3-Oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE) und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Bei bestimmten Abwandlungen kann der Photosensibilisator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung Verfahren zum Ausbilden von faserverstärkten Verbundwerkstoffen („FRC“, fiber-reinforced composites), wie dem in 1 veranschaulichten Verbundwerkstoff 100, vor. Beispielhafte Verfahren umfassen das Einbringen eines oder mehrerer Fasermaterialien in einen Formhohlraum und das Infundieren oder Bedecken oder Beschichten des einen oder der mehreren Fasermaterialien mit einem oder mehreren Stoffen, wobei wenigstens einer des einen oder der mehreren Stoffe einen Photosensibilisator umfasst. Solche Verfahren können ferner das Auslösen des Photosensibilisators umfassen, um eine durch freie Radikale induzierte kationische Frontalpolymerisation (d.h. Aushärtung) in dem einem oder den mehreren Fasermaterialien zu induzieren. Der Photosensibilisator kann mit ultraviolettem Licht ausgelöst werden.
  • 2A-2J veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs 290. Das Verfahren 200 kann ein schichtweiser Prozess sein, der das aufeinanderfolgende Ausbilden einer oder mehrerer Reihen oder Schichten 240, 242, 244, 246 umfasst, wobei jede Schicht 240, 242, 244, 246 ein oder mehrere Fasermaterialien 220, 222, 224, 226 und einen Beschichtungsstoff 260, 262, 264, 266 umfasst. Der Beschichtungsstoff 266 einer letzten Schicht 246 umfasst einen Photosensibilisator.
  • Wie in 2A veranschaulicht, umfasst das Verfahren 200 beispielsweise das Einbringen 202 eines ersten Fasermaterials 220 in einen Formhohlraum 232. In bestimmten Fällen kann das erste Fasermaterial 220 mittels eines Handlegeverfahrens in den Formhohlraum 232 eingebracht 202 werden, das dem Handauflegeverfahren für vorimprägnierte Gewebe oder Trockengewebe (z.B. vor der Harzinfusion) und dergleichen ähnelt. Bei anderen Aspekten kann das erste Fasermaterial 220 mittels eines robotergeführten Verfahrens, wie z.B. automatisiertes Tape-Layup, automatisiertes Tape-Placement, automatisiertes Fabric-Layup, automatisiertes Fabric-Placement und dergleichen, in den Formhohlraum 232 eingebracht 202 werden.
  • In jedem Fall definiert das erste Fasermaterial 220 eine erste Reihe oder Schicht 240. Für einen Fachmann sind verschiedene andere Formen und Auslegungen offensichtlich, die nur zum Beispiel auch vertikale Reihen umfassen können, auch wenn horizontale Reihen und Schichten 240 veranschaulicht sind. In ähnlicher Weise ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die Form 230 und/oder der Formhohlraum 232 eine Vielzahl von anderen Formen und Auslegungen aufweisen können. Bei bestimmten Abwandlungen kann die Form 230 ein beliebiges Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit umfassen, das als nicht einschränkendes Beispiel Stahl, Aluminium, Invar (FeNi36), austenitische Superlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis (z.B. INCONEL®), hochdichten Werkzeugschaum bzw. hochdichte Werkzeugeinlagen, Basispolymere (z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA), Epoxidharze und andere duroplastische oder thermoplastische Materialien), Glas und dergleichen umfassen.
  • Das erste Fasermaterial 220 umfasst eine oder mehrere kurze Fasern oder Endlosfasern. Die Endlosfasern können gewebt (z.B. Köperbindung, 5-bindiger Satin, 8-bindiger Satin), Gelege oder unidirektional sein und umfassen auch Fasern, Faserstränge und Faserbänder. Beispielsweise kann das erste Fasermaterial 220 aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und dergleichen sowie Kombinationen davon ausgewählt sein.
  • Wie in 2B veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Einbringen 204 eines ersten Stoffs 260 in den Formhohlraum 232 umfassen, um das erste Fasermaterial 220 zu infundieren, zu bedecken oder zu beschichten. Der erste Stoff 260 kann mit einem oder mehreren Prozessen eingebracht 204 werden, als nicht einschränkendes Beispiel durch tropfenweise Zugabe, Harzinfusion, Walzen oder dergleichen. Infusionsprozesse können die Herstellung von Kleinserien und/oder Großserien unterstützen, z.B. mit einem Werkzeug für Hochdruck-Resin-Transfer-Molding („HP-RTM“). Bei bestimmten Aspekten kann ein Verfestigungsverfahren verwendet werden, bei dem der erste Stoff 260 auf das trockene erste Fasermaterial 220 gegossen und der erste Stoff 260 mit einer Walze über die gesamte Oberfläche des ersten Fasermaterials 220 verteilt wird. Dies kann mit einer Dünnfolie erfolgen, die zwischen der Walze und dem ersten Stoff 260 und dem ersten Fasermaterial 220 platziert wird, so dass das erste Fasermaterial 220 die Walze trocken lässt. Nach dem Walzen kann die Folie entfernt und für die nächste(n) Schicht(en) wiederverwendet werden. Bei anderen Aspekten kann das erste Fasermaterial 220 durch ein Harzbad geführt werden. Das erste Fasermaterial 220 in einem den ersten Stoff 260 umfassenden Harzbad, bevor es in den Formhohlraum 232 eingebracht wird. In jedem Fall kann das Verfahren das Auftragen eines ersten Stoffs 260 auf eine oder mehrere Faserschichten (z.B. das erste Fasermaterial 220) und/oder das Einlegen in ein Harzbad und das Einbringen einer oder mehrerer Faserschichten (z.B. des ersten Fasermaterials 220) in den Formhohlraum umfassen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der erste Stoff 260 einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der erste Stoff 260 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der erste Stoff 260 optional ein Verdünnungsmittel. Beispielsweise kann der erste Stoff 260 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere duroplastische Epoxidharze, wie Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKO-TE™-Harz 827 und dergleichen. Bei anderen Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere offene Monomere aus einer ringöffnenden Polymerisation.
  • Bei noch anderen Abwandlungen umfasst das Monomer nichtzyklische Monomere, wie z.B. Vinylether.
  • In jedem Fall kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxy-propoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Der kationische Photoinitiator kann für Frontalpolymerisation geeignet sein. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der kationische Photoinitiator beispielsweise einen oder mehrere Photosäurebildner („PAG“, photoacid generator), wie sie in den folgenden Formeln dargestellt sind (einschließlich der jeweiligen Handelsnamen und Unternehmen, bei denen diese Stoffe im Handel erhältlich sind, sowie gegebenenfalls der Wellenlänge des Absorptionsmaximums für die UV/Vis-Spektroskopie, bezeichnet als λmax):
    Figure DE102021130082A1_0031
    Figure DE102021130082A1_0032
    Figure DE102021130082A1_0033
    Figure DE102021130082A1_0034
    Figure DE102021130082A1_0035
    Figure DE102021130082A1_0036
    Figure DE102021130082A1_0037
    Figure DE102021130082A1_0038
    Figure DE102021130082A1_0039
    Figure DE102021130082A1_0040
    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Verdünnungsmittel polyfunktionelle Glycidylether (wie HELOXY™ 107, HELOXY™ 48, HELOXY™ 68 und dergleichen), monofunktionelle aliphatische Glycidylether (wie HELOXY™ 166, HELOXY™ 61 und dergleichen), monofunktionelle aromatische Glycidylether (wie HELOXY™ 62 und dergleichen), 3-Ethyl-3-Oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE) und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Wie in 2C veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Einbringen 206 eines zweiten Fasermaterials 222 in den Formhohlraum 232 umfassen. Das zweite Fasermaterial 222 definiert eine zweite Reihe oder Schicht 242. Wie veranschaulicht, kann die zweite Schicht 242 auf einer freiliegenden Oberfläche der ersten Reihe 240 oder angrenzend an diese angeordnet 206 sein. Das zweite Fasermaterial 222 kann mit dem ersten Fasermaterial 220 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Das zweite Fasermaterial 222 kann beispielsweise aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und ähnlichen Fasern sowie Kombinationen davon ausgewählt werden. Das zweite Fasermaterial 222 kann mit demselben Verfahren wie das erste Fasermaterial 220 eingebracht werden.
  • Wie in 2D veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Einbringen 208 eines zweiten Stoffs 262 in den Formhohlraum 232 umfassen, um das zweite Fasermaterial 220 zu infundieren, zu bedecken oder zu beschichten. Der zweite Stoff 262 kann mit demselben Verfahren wie der erste Stoff 260 eingebracht werden.
  • Der zweite Stoff 262 kann mit dem ersten Stoff 260 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 262 beispielsweise einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 262 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der zweite Stoff 262 optional ein Verdünnungsmittel. Wie der erste Stoff 260 kann der zweite Stoff 262 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Wie in 2E veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Einbringen 210 einer oder mehrerer weiterer Reihen oder Schichten 244 in den Formhohlraum 232 umfassen. Zum Beispiel kann das Verfahren 200 das anschließende Einbringen 210 eines oder mehrerer weiterer Fasermaterialien 224 und eines oder mehrerer weiterer Stoffe 264 in den Formhohlraum 232 umfassen, wobei ähnliche Verfahren wie bei der Ausbildung der ersten Schicht 240 und/oder der zweiten Schicht 242 angewendet werden. Wie veranschaulicht, kann das Verfahren 200 das Einbringen 210 fünf weiterer Schichten 244 auf einer freiliegenden Oberfläche der zweiten Reihe 242 oder angrenzend an diese umfassen.
  • Jedes des einen oder der mehreren weiteren Fasermaterialien 224 kann mit dem ersten Fasermaterial 220 und/oder dem zweiten Fasermaterial 222 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Beispielsweise können jedes des einen oder der mehreren weiteren Fasermaterialien 224 unabhängig voneinander aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und ähnlichen Fasern sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • In ähnlicher Weise kann jeder des einen oder der mehreren weiteren Stoffe 264 mit dem ersten Stoff 260 und/oder dem zweiten Stoff 262 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Beispielsweise kann jeder des einen oder der mehreren weiteren Stoffe 264 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Wie in 2F veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Einbringen 212 eines finalen oder letzten Fasermaterials 226 in den Formhohlraum 232 umfassen. Wie veranschaulicht, kann das finale oder letzte Fasermaterial 226 auf einer freiliegenden Oberfläche der einen oder der mehreren weiteren Schichten 244 oder angrenzend an diese angeordnet 212 werden, um eine letzte Reihe oder Schicht 246 in dem Formhohlraum 232 zu definieren. Das finale Fasermaterial 226 kann mit dem ersten Fasermaterial 220, dem zweiten Fasermaterial 222 und/oder dem einen oder den mehreren weiteren Fasermaterialien 224 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Das letzte Fasermaterial 226 kann beispielsweise aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (KEV-LAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und ähnlichen Fasern sowie Kombinationen davon ausgewählt werden. Das finale Fasermaterial 226 kann mit demselben Verfahren wie das erste Fasermaterial 220, das zweite Fasermaterial 222 und/oder das eine oder die mehreren weiteren Fasermaterialien 224 eingebracht werden.
  • Wie in 2G veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Einbringen 214 eines Photosensibilisatorstoffs 266 in den Formhohlraum 232 umfassen, um das finale Fasermaterial 226 zu infundieren, zu bedecken oder zu beschichten. Der Photosensibilisatorstoff 266 kann mit demselben Verfahren wie der erste Stoff 260, der zweite Stoff 262 und/oder der eine oder die mehreren anderen Stoffe 264 eingebracht 214 werden.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der finale Stoff 266 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen Photosensibilisator. Bei anderen Abwandlungen umfasst der finale Stoff 266 einen thermischen Initiator, ein Monomer, einen kationischen Photoinitiator und einen Photosensibilisator. In jedem Fall umfasst der finale Stoff 266 optional ein Verdünnungsmittel. Zum Beispiel kann der finale Stoff 266 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% des Photosensibilisators, größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Der thermische Initiator, das Monomer und/oder der kationische Photoinitiator des zweiten Stoffs 226 können mit dem thermischen Initiator, dem Monomer und/oder dem kationischen Photoinitiator des ersten Stoffs 260 sowie des zweiten Stoffs 262 und/oder des einen oder der mehreren weiteren Stoffe 264 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Bei bestimmten Abwandlungen kann der Photosensibilisator aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  • Wie in 2H veranschaulicht, kann das Verfahren 200 ferner das Verwenden einer ultravioletten Lichtquelle 270 (z.B. UV-LED) umfassen, um die Photopolymerisation 216 des Photosensibilisators des finalen Stoffs 266 einzuleiten. Die ultraviolette Lichtquelle 270 kann eine Wellenlänge von ungefähr 365 nm aufweisen. Das von der ultravioletten Lichtquelle 270 emittierte ultraviolette Licht ist nicht in der Lage, jede aus der Vielzahl von Schichten 240, 242, 244, 246 zu durchdringen, ist aber in der Lage, den Photosensibilisator anzuregen, der dann Energie zu dem kationischen Photoinitiator übertragen kann, um eine exotherme Reaktion zu bewirken, die das Monomer (z.B. Epoxid) aushärtet, um den faserverstärkten Verbundwerkstoff 290 auszubilden. Das Aushärten kann durch den thermischen Initiator unterstützt werden, der dazu beiträgt, dass die Reaktion über die gesamte Dicke und Länge der Vielzahl von Schichten 240, 242, 244, 246 fortschreitet. Die Auswahl von wärmeleitenden Fasern (z.B. des ersten Fasermaterials 220, des zweiten Fasermaterials 222, des einen oder der mehreren weiteren Fasermaterialien 224 und/oder des letzten Fasermaterials 226), wie z.B. Kohlenstofffasern, kann ebenfalls dazu beitragen, die thermale Front innerhalb der Vielzahl von Schichten 240, 242, 244, 246 auszubreiten. Auf diese Weise ist die Gesamtdicke des faserverstärkten Verbundwerkstoffs 290 nicht durch die Eindringtiefe des von der ultravioletten Lichtquelle 270 ausgesandten ultravioletten Lichts begrenzt.
  • Bei verschiedenen Aspekten kann die ultraviolette Lichtquelle 270 an verschiedenen Punkten relativ zu der Vielzahl von Schichten 240, 242, 244, 246 positioniert werden. Beispielsweise kann eine einzelne Lichtquelle 270, die in der Mitte einer quadratischen Form 230 platziert wird, eine sich radial ausdehnende Aushärtungsfront aufweisen, während eine einzelne Lichtquelle 270, die in der Nähe des Endes der quadratischen Form platziert wird, sich entlang der Länge der Form 230 als lineare Front ausbreiten kann. Bei anderen Beispielen können eine oder mehrere Lichtquellen verwendet werden, um den Aushärtungsprozess von verschiedenen Positionen aus zu beschleunigen.
  • Wie in 2I veranschaulicht, kann die ultraviolette Lichtquelle 270 nach Beginn der Frontalpolymerisation entfernt oder ausgeschaltet 218 werden. Bei bestimmten Aspekten kann die ultraviolette Lichtquelle 270 an eine andere Position relativ zu der Form 230 bewegt werden. Auch nach dem Entfernen der ultravioletten Lichtquelle 270 wird die Polymerisation, wie in 2J veranschaulicht, fortgesetzt, bis die Polymerisation über die Vielzahl von Schichten 240, 242, 244, 246 abgeschlossen ist und der faserverstärkte Verbundwerkstoff 290 ausgebildet ist. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, umfasst das Verfahren 200 bei bestimmten Abwandlungen das Entfernen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs 290 aus der Form 230.
  • 3A-3I veranschaulichen ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs 390. Das Verfahren 300 kann ein schichtweiser Prozess sein, der eine faserfreie Schicht umfasst. Zum Beispiel kann das Verfahren 300 das aufeinanderfolgende Ausbilden einer oder mehrerer erster Reihen oder Schichten 340, 342, 344 umfassen, wobei jede der einen oder der mehreren ersten Reihen oder Schichten 340, 342, 344 ein Fasermaterial 320, 322, 324 und einen Beschichtungsstoff 360, 362, 364 umfasst. Das Verfahren 300 kann ferner das Einbringen einer zweiten Reihe oder Schicht 346 auf der einen oder den mehreren ersten Reihen oder Schichten 340, 342, 344 oder angrenzend an diese umfassen. Die zweite Schicht 326 umfasst einen Photosensibilisator.
  • Wie in 3A veranschaulicht, umfasst das Verfahren 300 beispielsweise das Einbringen 302 eines ersten Fasermaterials 320 in einen Formhohlraum 332. Das erste Fasermaterial 320 definiert eine erste Reihe oder Schicht 340. Für einen Fachmann sind verschiedene andere Formen und Auslegungen offensichtlich, die nur zum Beispiel auch vertikale Reihen umfassen können, auch wenn horizontale Reihen und Schichten 340 veranschaulicht sind. In ähnlicher Weise ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die Form 330 und/oder der Formhohlraum 332 eine Vielzahl von anderen Formen und Auslegungen aufweisen können.
  • Das erste Fasermaterial 320 umfasst eine oder mehrere kurze Fasern oder Endlosfasern. Die Endlosfasern können gewebt (z.B. Köperbindung, 5-bindiger Satin, 8-bindiger Satin), Gelege oder unidirektional sein und umfassen auch Fasern, Faserstränge und Faserbänder. Beispielsweise kann das erste Fasermaterial 320 aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und dergleichen sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Wie in 3B veranschaulicht, kann das Verfahren 300 ferner das Einbringen 304 eines ersten Stoffs 360 in den Formhohlraum 332 umfassen, um das erste Fasermaterial 320 zu infundieren, zu bedecken oder zu beschichten. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der erste Stoff 360 einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der erste Stoff 360 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der erste Stoff 360 optional ein Verdünnungsmittel. Beispielsweise kann der erste Stoff 360 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere duroplastische Epoxidharze, wie Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKO-TE™-Harz 827 und dergleichen. Bei anderen Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere offene Monomere aus einer ringöffnenden Polymerisation. Bei noch anderen Abwandlungen umfasst das Monomer nichtzyklische Monomere, wie z.B. Vinylether.
  • In jedem Fall kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Der kationische Photoinitiator kann für Frontalpolymerisation geeignet sein. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der kationische Photoinitiator beispielsweise einen oder mehrere Photosäurebildner („PAG“, photoacid generator), wie sie in den folgenden Formeln dargestellt sind (einschließlich der jeweiligen Handelsnamen und Unternehmen, bei denen diese Stoffe im Handel erhältlich sind, sowie gegebenenfalls der Wellenlänge des Absorptionsmaximums für die UV/Vis-Spektroskopie, bezeichnet als λmax):
    Figure DE102021130082A1_0041
    Figure DE102021130082A1_0042
    Figure DE102021130082A1_0043
    Figure DE102021130082A1_0044
    Figure DE102021130082A1_0045
    Figure DE102021130082A1_0046
    Figure DE102021130082A1_0047
    Figure DE102021130082A1_0048
    Figure DE102021130082A1_0049
    Figure DE102021130082A1_0050
    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Verdünnungsmittel polyfunktionelle Glycidylether (wie HELOXY™ 107, HELOXY™ 48, HELOXY™ 68 und dergleichen), monofunktionelle aliphatische Glycidylether (wie HELOXY™ 166, HELOXY™ 61 und dergleichen), monofunktionelle aromatische Glycidylether (wie HELOXY™ 62 und dergleichen), 3-Ethyl-3-Oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE) und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Wie in 3C veranschaulicht, kann das Verfahren 300 ferner das Einbringen 306 eines zweiten Fasermaterials 322 in den Formhohlraum 332 umfassen. Das zweite Fasermaterial 322 definiert eine zweite Reihe oder Schicht 342. Wie veranschaulicht, kann die zweite Schicht 342 auf einer freiliegenden Oberfläche der ersten Reihe 340 oder angrenzend an diese angeordnet 306 werden. Das zweite Fasermaterial 322 kann mit dem ersten Fasermaterial 320 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Das zweite Fasermaterial 322 kann beispielsweise aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEV-LAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und ähnlichen Fasern sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Wie in 3D veranschaulicht, kann das Verfahren 300 ferner das Einbringen 308 eines zweiten Stoffs 362 in den Formhohlraum 332 umfassen, um das zweite Fasermaterial 320 zu infundieren, zu bedecken oder zu beschichten. Der zweite Stoff 362 kann mit dem ersten Stoff 360 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 362 beispielsweise einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 362 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der zweite Stoff 362 optional ein Verdünnungsmittel. Wie der erste Stoff 360 kann der zweite Stoff 362 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Wie in 3E veranschaulicht, kann das Verfahren 300 ferner das Einbringen 310 einer oder mehrerer weiterer Reihen oder Schichten 344 in den Formhohlraum 332 umfassen. Zum Beispiel kann das Verfahren 300 das anschließende Einbringen 310 eines oder mehrerer weiterer Fasermaterialien 324 und eines oder mehrerer weiterer Stoffe 364 in den Formhohlraum 332 umfassen, wobei ähnliche Verfahren wie bei der Ausbildung der ersten Schicht 340 und/oder der zweiten Schicht 342 angewendet werden. Wie veranschaulicht, kann das Verfahren 300 das Einbringen 310 fünf weiterer Schichten 344 auf einer freiliegenden Oberfläche der zweiten Reihe 342 oder angrenzend an diese umfassen.
  • Jedes des einen oder der mehreren weiteren Fasermaterialien 324 kann mit dem ersten Fasermaterial 320 und/oder dem zweiten Fasermaterial 322 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Beispielsweise können jedes des einen oder der mehreren weiteren Fasermaterialien 324 unabhängig voneinander aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und ähnlichen Fasern sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • In ähnlicher Weise kann jeder des einen oder der mehreren weiteren Stoffe 364 mit dem ersten Stoff 360 und/oder dem zweiten Stoff 362 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Beispielsweise kann jeder des einen oder der mehreren weiteren Stoffe 364 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Wie in 3F veranschaulicht, kann das Verfahren 300 ferner das Einbringen 312 einer Photosensibilisatorschicht 346 in den Formhohlraum 332 umfassen. Wie veranschaulicht, kann die Photosensibilisatorschicht 346 auf einer freiliegenden Oberfläche der einen oder der mehreren weiteren Schichten 344 oder angrenzend an diese angeordnet 312 werden, um eine letzte Reihe oder Schicht 346 in dem Formhohlraum 332 zu definieren. Die Photosensibilisatorschicht 346 kann mit Hilfe eines Sprühbeschichtungsverfahrens 312 aufgebracht werden. Die Photosensibilisatorschicht 346 kann eine andere Dicke aufweisen als die anderen Schichten 340, 342, 344. Beispielsweise kann die Photosensibilisatorschicht 346 eine Dicke von größer oder gleich ungefähr 0,01 mm bis kleiner oder gleich ungefähr 0,5 mm aufweisen. Die erste Schicht 340 und/oder die zweite Schicht 342 und/oder die eine oder die mehreren weiteren Reihen oder Schichten 344 können jeweils eine gehärtete Dicke von größer oder gleich ungefähr 30 µm bis kleiner oder gleich ungefähr 500 µm aufweisen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst die Photosensibilisatorschicht 346 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen Photosensibilisator. Bei anderen Abwandlungen umfasst die Photosensibilisatorschicht 346 einen thermischen Initiator, ein Monomer, einen kationischen Photoinitiator und einen Photosensibilisator. In jedem Fall umfasst die Photosensibilisatorschicht 346 optional ein Verdünnungsmittel. Zum Beispiel kann die Photosensibilisatorschicht 346 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% des Photosensibilisators, größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Der thermische Initiator, das Monomer und/oder der kationische Photoinitiator der Photosensibilisatorschicht 346 kann identisch mit dem thermischen Initiator, dem Monomer und/oder dem kationischen Photoinitiator des ersten Stoffs 260 sowie des zweiten Stoffs 262 und/oder des einen oder der mehreren weiteren Stoffe 264 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Bei bestimmten Abwandlungen kann der Photosensibilisator aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimethoxy1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  • Wie in 3G veranschaulicht, kann das Verfahren 300 ferner das Verwenden einer ultravioletten Lichtquelle 370 (z.B. UV-LED) umfassen, um die Photopolymerisation 314 des Photosensibilisators der finalen Schicht 346 einzuleiten. Wie in 3H veranschaulicht, kann die ultraviolette Lichtquelle 370 nach Beginn der Frontalpolymerisation entfernt oder ausgeschaltet 316 werden. Auch nach dem Entfernen der ultravioletten Lichtquelle 370 wird die Polymerisation, wie in 3I veranschaulicht, fortgesetzt, bis die Polymerisation über die Vielzahl von Schichten 340, 342, 344, 346 abgeschlossen ist und der faserverstärkte Verbundwerkstoff 390 ausgebildet ist. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, umfasst das Verfahren 300 bei bestimmten Abwandlungen das Entfernen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs 390 aus der Form 330.
  • 4A-4G veranschaulichen ein weiteres beispielhaftes Verfahren 400 zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs 490. Das Verfahren 400 kann ein zweistufiger Infusionsprozess sein, bei dem ein oder mehrere Fasermaterialien 420, 426 und ein oder mehrere Beschichtungsstoffe 460, 466 eingebracht werden.
  • Wie in 4A veranschaulicht, kann das Verfahren 400 beispielsweise das Einbringen 402 eines ersten Fasermaterials 420 in einen Formhohlraum 432 umfassen. Das erste Fasermaterial 420 kann so eingebracht 402 werden, dass es eine oder mehrere Reihen oder Schichten 440 bildet. Wie veranschaulicht, kann das erste Fasermaterial 420 beispielsweise so eingebracht werden, dass es sieben Schichten 440 bildet. Für einen Fachmann sind verschiedene andere Formen und Auslegungen offensichtlich, die nur zum Beispiel auch vertikale Reihen umfassen können, auch wenn hierin horizontale Reihen und Schichten 440 veranschaulicht sind. In ähnlicher Weise ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die Form 430 und/oder der Formhohlraum 432 eine Vielzahl von anderen Formen und Auslegungen aufweisen können.
  • Das erste Fasermaterial 420 umfasst eine oder mehrere kurze Fasern oder Endlosfasern. Die Endlosfasern können gewebt (z.B. Köperbindung, 5-bindiger Satin, 8-bindiger Satin), Gelege oder unidirektional sein und umfassen auch Fasern, Faserstränge und Faserbänder. Beispielsweise kann das erste Fasermaterial 420 aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und dergleichen sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Wie in 4B veranschaulicht, kann das Verfahren 400 ferner das Einbringen 404 eines ersten Stoffs 460 in den Formhohlraum 432 umfassen, um jedes der ersten Fasermaterialien 420 der einen oder der mehreren Schichten 440 zu infundieren oder zu bedecken oder zu beschichten.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der erste Stoff 460 einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der erste Stoff 460 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der erste Stoff 460 optional ein Verdünnungsmittel. Beispielsweise kann der erste Stoff 460 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere duroplastische Epoxidharze, wie Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKO-TE™-Harz 827 und dergleichen. Bei anderen Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere offene Monomere aus einer ringöffnenden Polymerisation. Bei noch anderen Abwandlungen umfasst das Monomer nichtzyklische Monomere, wie z.B. Vinylether.
  • In jedem Fall kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Der kationische Photoinitiator kann für Frontalpolymerisation geeignet sein. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der kationische Photoinitiator beispielsweise einen oder mehrere Photosäurebildner („PAG“, photoacid generator), wie sie in den folgenden Formeln dargestellt sind (einschließlich der jeweiligen Handelsnamen und Unternehmen, bei denen diese Stoffe im Handel erhältlich sind, sowie gegebenenfalls der Wellenlänge des Absorptionsmaximums für die UV/Vis-Spektroskopie, bezeichnet als λmax):
    Figure DE102021130082A1_0051
    Figure DE102021130082A1_0052
    Figure DE102021130082A1_0053
    Figure DE102021130082A1_0054
    Figure DE102021130082A1_0055
    Figure DE102021130082A1_0056
    Figure DE102021130082A1_0057
    Figure DE102021130082A1_0058
    Figure DE102021130082A1_0059
    Figure DE102021130082A1_0060
    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Verdünnungsmittel polyfunktionelle Glycidylether (wie HELOXY™ 107, HELOXY™ 48, HELOXY™ 68 und dergleichen), monofunktionelle aliphatische Glycidylether (wie HELOXY™ 166, HELOXY™ 61 und dergleichen), monofunktionelle aromatische Glycidylether (wie HELOXY™ 62 und dergleichen), 3-Ethyl-3-Oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE) und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Wie in 4C veranschaulicht, kann das Verfahren 400 ferner das Einbringen 406 eines zweiten Fasermaterials 426 in den Formhohlraum 432 umfassen. Wie veranschaulicht, kann das zweite Fasermaterial 426 auf einer freiliegenden Oberfläche der einen oder der mehreren Schichten 440 oder angrenzend an diese angeordnet 412 werden, um eine letzte Reihe oder Schicht 446 in dem Formhohlraum 432 zu definieren. Das zweite Fasermaterial 426 kann mit dem ersten Fasermaterial 420 identisch sein oder sich davon unterscheiden. Das zweite Fasermaterial 426 kann beispielsweise aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und ähnlichen Fasern sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Wie in 4D veranschaulicht, kann das Verfahren 400 ferner das Einbringen 408 eines zweiten Stoffs 466 in den Formhohlraum 432 umfassen, um das zweite Fasermaterial 426 zu infundieren, zu bedecken oder zu beschichten.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 466 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen Photosensibilisator. Bei anderen Abwandlungen umfasst der zweite Stoff 466 einen thermischen Initiator, ein Monomer, einen kationischen Photoinitiator und einen Photosensibilisator. In jedem Fall umfasst der zweite Stoff 466 optional ein Verdünnungsmittel. Zum Beispiel kann der zweite Stoff 466 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% des Photosensibilisators, größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Der thermische Initiator, das Monomer und/oder der kationische Photoinitiator des zweiten Stoffs 426 können identisch mit dem thermischen Initiator, dem Monomer und/oder dem kationischen Photoinitiator des ersten Stoffs 460 sein oder sich davon unterscheiden. Bei bestimmten Abwandlungen kann der Photosensibilisator aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  • Wie in 4E veranschaulicht, kann das Verfahren 400 ferner das Verwenden einer ultravioletten Lichtquelle 470 (z.B. UV-LED) umfassen, um die Photopolymerisation 410 des Photosensibilisators des zweiten Stoffs 466 einzuleiten. Wie in 4F veranschaulicht, kann die ultraviolette Lichtquelle 470 nach Beginn der Frontalpolymerisation entfernt oder ausgeschaltet 412 werden. Auch nach dem Entfernen der ultravioletten Lichtquelle 470 wird die Polymerisation, wie in 4G veranschaulicht, fortgesetzt, bis die Polymerisation über die Vielzahl von Schichten 440, 446, abgeschlossen ist und der faserverstärkte Verbundwerkstoff 490 ausgebildet ist. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, umfasst das Verfahren 400 bei bestimmten Abwandlungen das Entfernen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs 490 aus der Form 430.
  • 5A-5F veranschaulichen ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs 590. Das Verfahren 500 kann ein zweistufiger Infusionsprozess sein, der das Einbringen einer oder mehrerer erster Schichten, die ein oder mehrere Fasermaterialien 520 und eine oder mehrere Beschichtungsstoffe 560 enthalten, und einer zweiten Schicht 526 (z.B. einer faserfreien Schicht), die einen zweiten Stoff 566 enthält, umfasst.
  • Wie in 5A veranschaulicht, kann das Verfahren 500 beispielsweise das Einbringen 502 eines ersten Fasermaterials 520 in einen Formhohlraum 532 umfassen. Das erste Fasermaterial 520 kann so eingebracht 502 werden, dass es eine oder mehrere Reihen oder Schichten 540 bildet. Wie veranschaulicht, kann das erste Fasermaterial 520 beispielsweise so eingebracht werden, dass es sieben Schichten 540 bildet. Für einen Fachmann sind verschiedene andere Formen und Auslegungen offensichtlich, die nur zum Beispiel auch vertikale Reihen umfassen können, auch wenn hierin horizontale Reihen und Schichten 540 veranschaulicht sind. In ähnlicher Weise ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die Form 530 und/oder der Formhohlraum 532 eine Vielzahl von anderen Formen und Auslegungen aufweisen können.
  • Das erste Fasermaterial 520 umfasst eine oder mehrere kurze Fasern oder Endlosfasern. Die Endlosfasern können gewebt (z.B. Köperbindung, 5-bindiger Satin, 8-bindiger Satin), Gelege oder unidirektional sein und umfassen auch Fasern, Faserstränge und Faserbänder. Beispielsweise kann das erste Fasermaterial 520 aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern (z.B. KEVLAR®-Fasern), Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und dergleichen sowie Kombinationen davon ausgewählt werden.
  • Wie in 5B veranschaulicht, kann das Verfahren 500 ferner das Einbringen 504 eines ersten Stoffs 560 in den Formhohlraum 532 umfassen, um jedes der ersten Fasermaterialien 520 der einen oder der mehreren Schichten 540 zu infundieren oder zu bedecken oder zu beschichten.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der erste Stoff 560 einen thermischen Initiator und ein Monomer. Bei anderen Abwandlungen umfasst der erste Stoff 560 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen kationischen Photoinitiator. In jedem Fall umfasst der erste Stoff 560 optional ein Verdünnungsmittel. Beispielsweise kann der erste Stoff 560 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen kann der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzpinakol-bis(trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere duroplastische Epoxidharze, wie Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKO-TE™-Harz 827 und dergleichen. Bei anderen Abwandlungen umfasst das Monomer ein oder mehrere offene Monomere aus einer ringöffnenden Polymerisation. Bei noch anderen Abwandlungen umfasst das Monomer nichtzyklische Monomere, wie z.B. Vinylether.
  • In jedem Fall kann das Monomer aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht.
  • Der kationische Photoinitiator kann für Frontalpolymerisation geeignet sein. Bei bestimmten Abwandlungen umfasst der kationische Photoinitiator beispielsweise einen oder mehrere Photosäurebildner („PAG“, photoacid generator), wie sie in den folgenden Formeln dargestellt sind (einschließlich der jeweiligen Handelsnamen und Unternehmen, bei denen diese Stoffen im Handel erhältlich sind, sowie gegebenenfalls der Wellenlänge des Absorptionsmaximums für die UV/Vis-Spektroskopie, bezeichnet als λmax):
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    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V))
    und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst das Verdünnungsmittel polyfunktionelle Glycidylether (wie HELOXY™ 107, HELOXY™ 48, HELOXY™ 68 und dergleichen), monofunktionelle aliphatische Glycidylether (wie HELOXY™ 166, HELOXY™ 61 und dergleichen), monofunktionelle aromatische Glycidylether (wie HELOXY™ 62 und dergleichen), 3-Ethyl-3-Oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE) und dergleichen sowie Kombinationen davon.
  • Wie in 5C veranschaulicht, kann das Verfahren 500 ferner das Einbringen 506 einer Photosensibilisatorschicht 546 in den Formhohlraum 532 umfassen. Wie veranschaulicht, kann die Photosensibilisatorschicht 546 auf einer freiliegenden Oberfläche der einen oder der mehreren weiteren Schichten 540 oder angrenzend an diese angeordnet 512 werden, um eine letzte Reihe oder Schicht 546 in dem Formhohlraum 532 zu definieren. Die Photosensibilisatorschicht 546 kann mit Hilfe eines Sprühbeschichtungsverfahrens 506 aufgebracht werden. Die Photosensibilisatorschicht 546 kann eine andere Dicke aufweisen als die weiteren Schichten 540. Beispielsweise kann die Photosensibilisatorschicht 546 eine Dicke von größer oder gleich ungefähr 0,01 mm bis kleiner oder gleich ungefähr 0,5 mm aufweisen.
  • Bei bestimmten Abwandlungen umfasst die Photosensibilisatorschicht 546 einen thermischen Initiator, ein Monomer und einen Photosensibilisator. Bei anderen Abwandlungen umfasst die Photosensibilisatorschicht 546 einen thermischen Initiator, ein Monomer, einen kationischen Photoinitiator und einen Photosensibilisator. In jedem Fall umfasst die Photosensibilisatorschicht 546 optional ein Verdünnungsmittel. Zum Beispiel kann die Photosensibilisatorschicht 546 größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% des Photosensibilisators, größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des thermischen Initiators, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% des Monomers, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% des kationischen Photoinitiators und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% des optionalen Verdünnungsmittels umfassen.
  • Der thermische Initiator, das Monomer und/oder der kationische Photoinitiator der Photosensibilisatorschicht 546 kann identisch mit dem thermischen Initiator, dem Monomer und/oder dem kationischen Photoinitiator des ersten Stoffs 560 sein oder sich davon unterscheiden. Bei bestimmten Abwandlungen kann der Photosensibilisator aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  • Wie in 4D veranschaulicht, kann das Verfahren 500 ferner das Verwenden einer ultravioletten Lichtquelle 570 (z.B. UV-LED) umfassen, um die Photopolymerisation 508 des Photosensibilisators der finalen Schicht 546 einzuleiten. Wie in 4E veranschaulicht, kann die ultraviolette Lichtquelle 570 nach Beginn der Frontalpolymerisation entfernt oder ausgeschaltet 510 werden. Auch nach dem Entfernen der ultravioletten Lichtquelle 570 wird die Polymerisation, wie in 5F veranschaulicht, fortgesetzt, bis die Polymerisation über die Vielzahl von Schichten 540, 546, abgeschlossen ist und der faserverstärkte Verbundwerkstoff 590 ausgebildet ist. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, umfasst das Verfahren 500 bei bestimmten Abwandlungen das Entfernen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs 590 aus der Form 530.
  • Eine oder mehrere der oben genannten Verfahren (z.B. das Verfahren 200, das Verfahren 300, das Verfahren 400, das Verfahren 500) können das Verwenden eines oder mehrerer anderer Herstellungsverfahren umfassen. Zum Beispiel kann jedes der Verfahren, wie in 6 veranschaulicht, ferner das Einbringen einer Folie 680 mit geringer Wärmeleitfähigkeit über einer Form 630 umfassen, um die eine oder die mehreren Verbundwerkstoffschichten 640 zu umschließen, die wenigstens eine Schicht 646 mit einem Photosensibilisator umfassen. Die Folie 680 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit kann verwendet werden, um die eine oder die mehreren Verbundwerkstoffschichten 640, 646 ähnlich wie bei einem Vakuumsackverfahren und/oder einem Autoklavverfahren mit Vakuum zu beaufschlagen. In bestimmten Fällen trägt das Zugeben von Druck auf die eine oder die mehreren Verbundwerkstoffschichten 640, 646 zur Verfestigung des endgültigen Verbundwerkstoffs (d.h. des faserverstärkten Verbundwerkstoffs) bei. So kann beispielsweise das Zugeben von Druck dazu beitragen, die Porosität des endgültigen Verbundwerkstoffs (d.h. des faserverstärkten Verbundwerkstoffs) zu verringern oder zu beseitigen.
  • Bei anderen Aspekten, wie zum Beispiel dem in 7 veranschaulichten, kann jedes der Verfahren ferner das Anbringen einer Formabdeckung oder -kappe 734 über einer Form 730 umfassen, um die eine oder die mehreren Verbundwerkstoffschichten 740 zu umschließen, die wenigstens eine Schicht 746 mit einem Photosensibilisator umfassen. Die Formabdeckung 734 kann verwendet werden, um Druck auf die eine oder die mehreren Verbundwerkstoffschichten 740, 746 auszuüben und/oder die Wärme in der Form 730 zurückzuhalten, so dass der Polymerisationsprozess schneller abläuft.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausgestaltungen dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht dazu bestimmt, vollständig zu sein oder die Offenbarung einzuschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausgestaltung sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausgestaltung beschränkt, sondern sind optional austauschbar und können in einer ausgewählten Ausgestaltung verwendet werden, auch wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Dieselben können auch auf vielerlei Weise abgewandelt werden. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle diese Änderungen sind dazu bestimmt, in dem Umfang der Offenbarung enthalten zu sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Ausbilden eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs, wobei das Verfahren umfasst: Einbringen einer oder mehrerer Schichten in einen Formhohlraum, wobei die eine oder die mehreren Schichten jeweils ein Fasermaterial und einen ersten Stoff umfassen, Einbringen eines zweiten Stoffs in den Formhohlraum, wobei der zweite Stoff ein photosensibilisierendes Material umfasst, Einleiten der Photopolymerisation des Photosensibilisators unter Verwendung einer ultravioletten Lichtquelle, Entfernen der ultravioletten Lichtquelle und Abschließen der Polymerisation der einen oder der mehreren Schichten, um den faserverstärkten Verbundwerkstoff auszubilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten umfasst: Einbringen des Fasermaterials in den Formhohlraum und Infundieren des Fasermaterials mit dem ersten Stoff.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fasermaterial ein erstes Fasermaterial und ein zweites Fasermaterial umfasst und der erste Stoff eine erste Zusammensetzung und eine zweite Zusammensetzung umfasst, und wobei das Einbringen der einen oder der mehreren Schichten umfasst: Einbringen des ersten Fasermaterials in den Formhohlraum, Infundieren des ersten Fasermaterials mit der ersten Zusammensetzung, Einbringen des zweiten Fasermaterials in den Formhohlraum und Infundieren des zweiten Fasermaterials mit der zweiten Zusammensetzung, wobei das erste und das zweite Fasermaterial identisch oder verschieden sind und die erste und die zweite Zusammensetzung identisch oder verschieden sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fasermaterial aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polyparaphenylenterephthalamid-Fasern, Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht („UHWMPE“, ultra-high molecular weight polyethylene), Basaltfasern, Naturfasern und Kombinationen davon ausgewählt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Stoff umfasst: größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines thermischen Initiators, wobei der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzopinacol bis(Trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(Isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% eines Monomers, wobei das Monomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines kationischen Photoinitiators, wobei der kationische Photoinitiator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
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    Figure DE102021130082A1_0072
    Figure DE102021130082A1_0073
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    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V)) und Kombinationen davon besteht, und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% eines Verdünnungsmittels, wobei das Verdünnungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus polyfunktionellen Glycidylethern, monofunktionellen aliphatischen Glycidylethern, monofunktionellen aromatischen Glycidylethern, 3-Ethyl-3-oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglycoldiglycidylether (NPDGE) und Kombinationen davon besteht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fasermaterial ein erstes Fasermaterial ist und das Verfahren ferner umfasst: Einbringen eines zweiten Fasermaterials in den Formhohlraum auf die eine oder die mehreren Schichten oder angrenzend an diese.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Einbringen des zweiten Stoffs das Infundieren des zweiten Fasermaterials mit dem zweiten Stoff umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Stoff umfasst: größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 5 Mol-% eines photosensibilisierenden Materials, und wobei das photosensibilisierende Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Anthracen, Perylen, Benzophenon, 9,10-Diethoxyanthracen, 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanon, 2-Isopropylthioxanthon (ITX) und Kombinationen davon besteht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zweite Stoff ferner umfasst: größer oder gleich ungefähr 0,1 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines thermischen Initiators, wobei der thermische Initiator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 1,1,2,2-Tetraphenyl-1,2-ethandiol (TPED), Benzopinacol bis(Trimethylsilylether) (TPED-Si), Dimethylsulfonylperoxid (DMSP), tert-Butylperoxid (TBPO), tert-Butylcyclohexylperoxodicarbonat (TBC-PDC), Benzoylperoxid (BPO), Azobis(Isobutyronitril) (AIBN) und Kombinationen davon besteht, größer oder gleich ungefähr 20 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 99 Mol-% eines Monomers, wobei das Monomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Diglycidylether-Bisphenol-A-Epoxidharz (DGEBA), Diglycidylether-Bisphenol-F-Epoxidharz (DGEBF), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglykoldiglycidylether (NPDGE), 3,4-Epoxycyclohexylmethyl 3,4-Epoxycyclohexancarboxylat (CE), Resorcinyldiglycidylether 1,3-bis(2,3-Spoxypropoxy)ben), 1,4-Butandioldiglycidylether, EPIKOTE™-Harz 827, Vinylethern und Kombinationen davon besteht, größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 10 Mol-% eines kationischen Photoinitiators, wobei der kationische Photoinitiator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
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    (FI-I-Ph SbF6 - (9-oxo-9H-Fluoren-2-yl)-Phenyliodonium-Hexafluorantimnat(V)) und Kombinationen davon besteht, und größer oder gleich ungefähr 0 Mol-% bis kleiner oder gleich ungefähr 70 Mol-% eines optionalen Verdünnungsmittels, wobei das Verdünnungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus polyfunktionellen Glycidylethern, monofunktionellen aliphatischen Glycidylethern, monofunktionellen aromatischen Glycidylethern, 3-Ethyl-3-oxetanmethanol (EOM), 1,4-bis(glycidyloxy)benzol (CHDGE), 1,6-Hexandioldiglycidylether (HDDGE), Neopentylglycoldiglycidylether (NPDGE) und Kombinationen davon besteht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner umfasst: Entfernen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs aus dem Formhohlraum.
DE102021130082.7A 2021-01-04 2021-11-18 Mehrkomponentige faserverstärkte verbundwerkstoffe und verfahren zu deren ausbildung unter verwendung von frontalpolymerisation und markierten photosensibilisierenden additiven Withdrawn DE102021130082A1 (de)

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