DE102021130810B4 - Faserverstärkter Kunststoffverbund mit verbesserten UV- und Glanzeigenschaften, ein Herstellungsverfahren hiervon sowie dessen Verwendung - Google Patents

Faserverstärkter Kunststoffverbund mit verbesserten UV- und Glanzeigenschaften, ein Herstellungsverfahren hiervon sowie dessen Verwendung Download PDF

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Abstract

Faserverstärkter, mehrlagiger, flächiger Kunststoffverbund mit verbesserter UV-Beständigkeit aufweisend wenigstensa. eine Matrixschicht zur Ausbildung eines tragenden Matrixkörpers sowie weiterhinb. wenigstens einer, auf der Matrixschicht angeordneten Oberschicht, welche als Oberflächenversiegelung der Matrixschicht und/oder als UV-Schutzschicht der Matrixschicht ausgebildet ist, wobei die Matrixschicht wenigstens ein Harz aus der Gruppe ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus aufweist und die Oberschicht wenigstens ein acrylatbasiertes Harz aufweist, wobei wenigstens die Matrixschicht faserverstärkt ausgebildet ist,wobei die Oberschicht wenigstens einen tiefenhärtenden UV-Initiator aufweist,wobei die Oberschicht eine Schichtdicke im ausgehärteten Zustand im Bereich von 40 bis 150 µm aufweist, wobei der Kunststoffverbund bei einem 1000h Testverfahren nach DIN-EN-ISO 4892-2-A1 einen Wert Delta E (Farbmessraum L / A / B und Farbänderung Delta E) von <1,0 und bei einem 3000h Testverfahren nach DIN-EN-ISO 4892-2 einen Wert von Delta E (Farbmessraum L / A / B und Farbänderung Delta E) von <1,7 aufweist, wobei die Oberschicht des Kunststoffverbundes einen Glanzerhalt von min. 80% im Testverfahren nach DIN-EN-ISO 4892-2-A1 bei 3000h aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund, ein Herstellungsverfahren hiervon sowie dessen Verwendung.
  • Faserverstärkte Kunststoffplatten sind Platten, welche aus Kompositmaterial zusammengesetzt sind. Dieses Kompositmaterial kann beispielsweise durch eine verstärkte Polymerharzmatrix ausgebildet sein, in welche Fasern eingelagert sind. Aufgrund der Fasern, welche eine Verstärkung der Polymermatrix erbringen, haben faserverstärkte Kunststoffprodukte im Allgemeinen eine höhere spezifische Steifigkeit sowie auch eine höhere mechanische Festigkeit im Vergleich zu nicht verstärkten Polymermaterialien.
  • Vorteilhaft wird unter dem Begriff „Platte“ eine planare, ebene Struktur der verstärkten Polymermatrix verstanden.
  • Gerade im Außenbereich erweisen sich die faserverstärkten Platten häufig als nachteilig, da sie den Umwelteinflüssen, insbesondere der UV-Strahlung und unterschiedlichen Wetterbedingungen ungeschützt ausgesetzt sind. Diese Umwelteinflüsse führen dazu, dass die verstärkte Polymermatrix schrittweise abgebaut und/oder zerstört wird. Dies hat wiederrum zur Folge, dass sowohl das ästhetische Erscheinungsbild als auch die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Platten darunter leiden und sich mit der Zeit und den zunehmenden Umwelteinflüssen deutlich verschlechtern. Schlimmstenfalls führen die Umwelteinflüsse zu einer völligen Unbrauchbarkeit des faserverstärkten Produkts. So sind beispielsweise eine erhöhte Brüchigkeit, signifikanter Glanzverlust und/oder einer deutliche Gelbfärbung der Polymermatrix auf die Umwelteinflüsse und die UV-Einwirkung und den damit einhergehenden Alterungsprozess der faserverstärkten Kunststoffplatten zurückzuführen.
  • So ist die US 4 295 907 A bekannt, welche glasfaserverstärkte Kunststofflaminate offenbart. Diese weisen u.a. zufällig orientierte Glasfasern auf, welche in den flüssigen Kunststoff eingerieselt werden. Dies ist nachteilig, da hiermit keine kontrollierte Flächenverteilung das Glasfasern geschaffen werden kann.
  • Auch die EP 1 419 874 A1 offenbart geformte faserverstärkte Laminate mit mindestens zwei Schichten. Die hier beschriebenen Polymere weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie im Laufe der Zeit signifikant vergilben.
  • Aufgabe
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher gegenüber den bekannten faserverstärkten Kunststoffprodukten aus dem Stand der Technik eine höhere Glanzstabilität aufweist.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher auch nach langen Nutzungszeiträumen unter Umwelteinflüssen nicht vergilbt.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher hohen Qualitätsanforderungen genügt und in welchem Fehlstellen reduziert werden.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher ein geringeres Gewicht als bekannte faserverstärkte Kunststoffplatten aufweist.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optimierten Kunststoffverbund bereitzustellen, welcher gleichbleibende mechanische Eigenschaften aufweist.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffverbund mit verbesserter Erosionsbeständigkeit bereitzustellen, im Vergleich zu bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten.
  • Lösung
  • Dies wird mit einem faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund gemäß Patentanspruch 1 umgesetzt.
  • Der Kern der Erfindung liegt darin, einen faserverstärkten, mehrlagigen, flächigen Kunststoffverbund mit verbesserter UV-Beständigkeit bereitzustellen, welcher wenigstens eine Matrixschicht zur Ausbildung eines tragenden Matrixkörpers sowie weiterhin wenigstens eine, auf der Matrixschicht angeordneten Oberschicht aufweist, welche als Oberflächenversiegelung der Matrixschicht und/oder als UV-Schutzschicht der Matrixschicht ausgebildet ist, wobei die Matrixschicht wenigstens ein Harz aus der Gruppe ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus aufweist und die Oberschicht wenigstens ein acrylatbasiertes Harz aufweist, wobei die Oberschicht tiefenhärtend bei UV-Beaufschlagung ausgebildet ist und wobei wenigstens die Matrixschicht faserverstärkt ausgebildet ist.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass ein derartiger Kunststoffverbund zahlreiche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik aufweist.
  • So schützt die Oberschicht, welche wenigstens ein ungesättigtes, aliphatisches Harz auf Acrylatbasis aufweist, die darunter angeordnete Matrixschicht vor UV-Schäden und Witterungseinflüssen. Zudem erweist sich ein derartiges Harz als vorteilhaft, da dieses in kurzer Zeit mit UV-Beaufschlagung vernetzt werden kann. Hierdurch werden Unregelmäßigkeiten in der Oberschicht verhindert.
  • Weiterhin hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass die Schichtdicke der Oberschicht mit der hier beschriebenen Materialzusammensetzung auf Acrylatbasis eine deutlich reduzierte Dicke aufweisen kann, um dennoch das darunterliegende Matrixmaterial entsprechend zu schützen.
  • Weiterhin wird mit dem hier beschriebenen Kunststoffverbund ein deutlich reduziertes Gesamtgewicht erhalten, verglichen zu bekannten faserverstärkten Platten aus dem Stand der Technik. So kann vorteilhaft eine Gewichtsreduktion von bis zu 100 g mit dem hier beschriebenen Kunststoffverbund bezogen auf die Fläche von 1 m2 erreicht werden. Folglich ist der hier beschriebene Kunststoffverbund besonders geeignet, um vorteilhaft im Leichtbau, im Baubereich für Gebäudefassaden, im Transportwesen bei LKW-Aufbauten oder bei Freizeitfahrzeugen im Caravaning-Bereich Anwendung zu finden.
  • Vorteilhaft ist unter einem aliphatischen Harz ein Harz zu verstehen, welchem ein aromatisches Grundgerüst fehlt. Dies ist von Vorteil, da dieses Harz durch UV-Beaufschlagung vernetzt werden kann, ohne dass das Grundgerüst hierbei zerstört wird. Insbesondere hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass dies mit einem ungesättigten aliphatischen Harz auf Acrylatbasis besonders gut funktioniert.
  • Vorteilhaft können unter „acrylatbasiertem Harz“ jegliche Art an Acrylharzen und/oder Acrylatharzen verstanden werden.
  • Es hat sich vorteilhaft gezeigt, dass die Oberschicht im fertigen Endprodukt eine besonders hohe Farbstabilität sowie auch eine besonders hohe Glanzstabilität aufweist. Für den gesamten Kunststoffverbund bedeutet dies, dass er als faserverstärkter Kunststoffverbund eine deutlich verbesserte UV- und auch Witterungsbeständigkeit aufweist. Vorteilhaft ist das Material der Matrixschicht ausgewählt aus der Gruppe ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus als Basisschichtmaterial der Matrixschicht zu verstehen.
  • Das Matrixmaterial ist so ausgewählt, dass sich vorteilhaft eine ausreichende Flexibilität im ausgehärteten Zustand bedingt. Hierbei haben sich Harze mit einer Bruchdehnung im Bereich von 1,5 - 3,0% (DIN EN ISO 527-4/2/2) bewährt. Niedrigere Bruchdehnungen erhöhen das Risiko von Schadensfällen aufgrund von Rissbildungen. Eine höhere Bruchdehnung führt zu einem Gesamtmaterial mit weniger Steifigkeit, was sich deutlich nachteilig für die Verarbeitung des resultierenden Kunststoffverbundes erweist. Dieser wird üblicherweise im Nachgang durch unterschiedliche Pressverfahren zu Sandwichelementen weiterverarbeitet. Ein weniger steifes Material würde zu einem Durchzeichnen der inneren Sandwichkonstruktion neigen, wobei auch die Oberfläche meist uneben und dellig ausgebildet ist.
  • Neben der Bruchdehnung des Harzes ist die bereitgestellte Wärmeformbeständigkeit ebenfalls wichtig. Wird diese zu niedrig ausgewählt, kann es beim Einsatz von dunklen Materialien, welche eine höhere Wärmebelastung bedingen, zu Wärmeverformungen im Kunststoffverbund kommen. Es haben sich daher insbesondere Harze als geeignet erwiesen, welche mindestens eine Wärmeformbeständigkeit nach ISO 75 Methode A von 60°C aufweisen. Als besonders geeignet Harze welche die zwischen 70 - 90°C aufweisen. Besonders vorteilhaft wird das Matrixmaterial aus der Gruppe Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus ausgewählt.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß weist die Oberschicht wenigstens einen tiefenhärtenden UV-Initiator auf. Dies erweist sich als vorteilhaft, da bei Beaufschlagung mit UV-Strahlung der Vernetzungsprozess gerade nicht an der Oberfläche des Materials beginnt, sondern in den darunter liegenden Volumen. Folglich kann erstmals erreicht werden, dass gerade die freiliegende, direkt mit UV-Strahlung beaufschlagte Oberfläche nicht vollständig gehärtet wird. Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn der UV-Initiator anfällig für Sauerstoffinhibierung ist, da dann die Umsetzung verlangsamt wird. Die zwar gebildeten Radikale werden durch den radikalischen Charakter des Luftsauerstoffs abgebunden bevor sie die Polymerisation starten können. Die verlangsamte Umsetzung an der Grenzschicht ermöglicht die chemische Vernetzung der Oberschicht mit der Matrixschicht und führt vorteilhaft zu einem dauerhaften Verbund von Matrixschicht und Oberschicht. Bei dem hier beschriebenen Kunststoffverbund liegen sehr gute Bindeeigenschaften zwischen Oberschicht und Matrixschicht vor. Ein Adhäsionsverlust, beispielsweise in Form von Abplatzungen oder Rissen wird nicht beobachtet.
  • Der UV-Initiator wird zum Starten der radikalischen Polymerisation bei UV-Strahlungsbeaufschlagung benötigt. Hier sei darauf hingewiesen, dass ohne UV-Beaufschlagung keine Vernetzung stattfindet. Dies erweist sich insbesondere bei der Lagerung und Bereitstellung des Obermaterials als vorteilhaft, da dieses trotz Vermischung somit lange Zeit genutzt werden kann. Folglich ergeben sich unter UV-Ausschluss besonders lange Topfzeiten von mehreren Tagen bis zu mehreren Monaten, vorteilhaft bis zu 12 Monaten. Unter „Topfzeit“ versteht man im Allgemeinen die Zeitspanne, in der zwei oder mehr miteinander reaktive Komponenten, beispielsweise Harz und Härter, nach dem Vermischen verwendbar bleiben.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der tiefenhärtende UV-Initiator wenigstens eine Phosphinoxid-Gruppe aufweist. Hierbei haben sich insbesondere Phosphinoxide, beispielsweise Diphenyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)- phosphinoxid (Omnirad TPO), Ethyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinat (Omnirad TPO-L) oder Phenyl-bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphinoxid (Omnirad 819) als vorteilhaft erwiesen. Diese Phosphinoxidgruppe kann mit langwelliger UV-Strahlung gehärtet und vernetzt werden. Auf der freien Oberseite, von wo die UV-Strahlung eingebracht wird, werden die gebildeten Radikale mit Luftsauerstoff abgebunden. Der Vernetzung läuft gehemmt ab. Abseits der freien Oberseite, also im Oberschichtvolumen darunter, kann die Vernetzung deutlich besser ablaufen. Daher kann die hier in der Oberschicht eingebrachte Phosphinoxidgruppe eine Tiefenhärtung ausbilden.
  • Weiterhin erweist sich ein tiefenhärtender UV-Initiator, vorteilhaft aus der oben genannten Phosphinoxidgruppe ausgewählt, als vorteilhaft, wenn die Oberschicht wenigstens ein weiteres Additiv, beispielsweise ein Farbpigment, aufweist. Durch die langwellige Anregung der hier offenbarten UV-Initiatoren wird die in die Oberschicht eingebrachte UV-Strahlung gerade nicht von dem Farbpigment absorbiert und steht somit der Polymerisation der Oberschicht vollständig zur Verfügung. Hierdurch kann erstmals eine eingefärbte Oberschicht qualitativ hochwertig vernetzt und gehärtet werden.
  • Als besonders vorteilhafter UV-Intitiator hat sich TPO-L erwiesen, da diese Zusammensetzung bereit in flüssigem Aggregatszustand bereitgestellt werden kann. Die beiden anderen Zusammensetzungen Omnirad 819 und Omnirad TPO liegen im festen Aggregatszustand vor und müssen vor Verwendung erst in den flüssigen Aggregatszustand überführt werden.
  • Wird die aufgetragene Oberschicht dann mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle beaufschlagt, so wird ein Härtungsgradient ausgebildet. Direkt an der Oberfläche der Oberschicht, wo die UV-Strahlung auftrifft ist der Umsatz zur Vernetzung gering und nimmt in Richtung des Schichtdickenverlaufs zu. Dies bedeutet, das tieferliegende Bereiche der Oberschicht eine deutlich höhere Umsetzung bei der Vernetzung aufweisen.
  • Weiterhin weist die Tiefenhärtung den Vorteil auf, dass während des Herstellungsverfahrens die Oberschicht flach verbleibt. Würde beispielsweise die Tiefenhärtung nicht ausreichend durchgeführt werden, so kommt es während des Herstellungsverfahrens zum Aufschieben der Oberschicht, sodass die Herstellung abgebrochen werden muss, da eine Oberschicht mit Wellen und Aufschiebung unbrauchbar ist. Eine unzureichende Tiefenhärtung und somit unbrauchbare Oberschichten kann beispielsweise bei Initiatoren wie Methylbenzoylformiat oder 1-Hydroxycyclohexyl-phenyl-keton oder auch bei Verwendung von Acetophenonen oder Benzophenonen beobachtet werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das acrylatbasierte Harz der Oberschicht ein Urethanacrylatharz sein. Dieses kann als Basisschichtmaterial der Oberschicht bezeichnet werden. Dieses weist ein aliphatisches Grundgerüst auf, welches eine Vielzahl an Carbamatgruppen aufweist. Das Grundgerüst weist weiterhin wenigstens eine Methacrylatgruppe und/oder eine Acrylatgruppe als freie Endgruppe auf. Über diese Gruppe erfolgt die Vernetzung. Als Ergebnis der Vernetzung bildet sich ein Urethanacrylatnetzwerk aus, bei welchem die einzelnen Oligomere mit dem aliphatischen Grundgerüst, den daran angeordneten Carbamatgruppen und der wenigstens einen Vernetzungsgruppe miteinander interagieren. Die Stabilität des Netzwerks wird über die vernetzbaren Acrylatgruppen und/oder Methacrylatruppen der Oligomere erhalten. Die Carbamatgruppen eines Oligomers können über Wasserstoffbrückenbindungen reversibel an andere Carbamatgruppen anderer Oligomere binden. Durch diese Kombination bleibt die Oberschicht auch nach der Vernetzung noch ausreichend flexibel und Risse sowie Brüche werden verhindert.
  • Weiterhin vorteilhaft ist das wenigstens eine acrylatbasierte Harz photoinitiierbar ausgebildet, so dass die Vernetzung durch radikalische Polymerisation bei UV-Beaufschlagung erfolgt. Dies hat zudem den Vorteil, dass die Vernetzung in extrem kurzen Zeitintervallen ablaufen kann, wobei zugleich eine homogene Oberflächenstruktur und Gesamtstruktur der Oberschicht erzielt wird. Die mittels UV-Beaufschlagung tiefenzuhärtende Oberschicht wird in einem Zeitintervall von 3-30 Sekunden, vorteilhafter von 5 bis 15 Sekunden, mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dieses sehr kurze Zeitintervall ist ausreichend, damit die tiefenhärtende Vernetzung der Oberschicht ausgebildet wird. Somit ist ein besonders schnelles Vernetzen möglich, was für das gesamte Herstellungsverfahren eine besonders hohe Zeitersparnis bedeutet. Einher mit der Zeitersparnis geht eine Kostenreduktion und der Markterfolg kann gesteigert werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Material der Oberschicht mit weiteren reaktiven Monomeren versetzt sein. Derartige Monomere können 1,6-Hexandioldiacrylate (HDDA) und/oder Trimethylolpropan-triacrylat (TMPTA) sein. Durch Zugabe von reaktiven Monomeren zum acrylatbasierten Harz, können die Eigenschaften der Oberschicht, insbesondere im Hinblick auf deren Flexibilität, gezielt verändert werden. So kann durch Zugabe von 1,6-Hexandioldiacrylate (HDDA) und/oder Trimethylolpropan-triacrylat (TMPTA) die Flexibilität der Oberschicht im ausgehärteten Zustand erhöht werden. Hierdurch wird die Oberschicht weniger anfällig für tiefgehende Kratzer und Beschädigungen. 1,6-Hexandioldiacrylate (HDDA) und/oder Trimethylolpropan-triacrylat (TMPTA) können als ReaktionslösemittelReaktivlösemittel verstanden werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Matrixschicht wenigstens eine Art an Fasern als Verstärkungsmaterial aufweisen. Das gewählte Verstärkungsmaterial und somit die Art der Fasern richtet sich vorteilhaft nach der geplanten Verwendung des hergestellten Kunststoffverbundes. So sind beispielsweise Carbonfasern, Glasfasern, Polymerfasern, Basaltfasern und/oder Kombinationen hieraus möglich. Die in die Matrixschicht eingebrachten Fasern dienen der Verstärkung der Matrixschicht bei von außen einwirkender Kraftbeaufschlagung, beispielsweise aufgrund von Torsionskräften durch den Fahrbetrieb der Freizeitfahrzeuge oder Nutzfahrzeuge, durch Stoßbelastungen auf dem Campingplatz oder im Straßenverkehr oder auch durch Wetterereignisse wie Hagel oder starke Winde.
  • Die Fasern können beispielsweise als Schnittglasfasern, Schnittglasmatten, Glasrovinggewebe, Multiaxialgelege und/oder Kombinationen hieraus in der Matrixschicht eingebettet sein. Als besonders vorteilhaft aufgrund der einfachen Verarbeitung und hohen Verstärkungseigenschaften haben sich insbesondere Glasfasern als Verstärkungsmaterial erwiesen.
  • Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem eingebrachten Verstärkungsmaterial um textiles Halbzeug. Dies kann beispielsweise Schnittglasmatten, Glasrovinggewebe, Multiaxialgelege und/oder Kombinationen hieraus sein.
  • Wird bei der Herstellung des hier beschriebenen Kunststoffverbundes beispielsweise eine Schnittglasmatte als Verstärkungsmaterial eingesetzt, so kann diese während des Herstellungsverfahrens kontinuierlich abgewickelt und von oben zunächst auf das flüssige Matrixschichtmaterial gelegt werden. Durch die Kapillarkräfte wird die die Schnittglasmatte gut benetzt. Optional können zusätzlich Tränkhilfen bereitgestellt werden, um die Imprägnierung zu beschleunigen und zu verbessern. Die Schnittglasmatte wird von der noch flüssigen Matrixschicht aufgenommen.
  • Es ist auch denkbar, in Abhängigkeit der Verwendung des fertigen Kunststoffverbundes, dass beispielsweise mehrere gleiche und/oder mehrere verschiedene Faserverstärkungsmaterialien in der Matrixschicht eingebettet sind. Beispielsweise ist denkbar, dass mehrere Schnittglasmatten, mehrere Multiaxialgelege und/oder mehrere Glasrovinggewebe in der Matrixschicht eingebettet sind. Hierdurch kann der Verstärkungseffekt, welchen das jeweilige Verstärkungsmaterial bedingt, gezielt eingestellt werden.
  • Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass mehr als eine Schnittglasmatte in die Matrixschicht, welche noch zu Härten ist, eingeführt wird. Vorteilhaft wird das Ausbringen der Schnittglasmatten zeitlich versetzt nacheinander und von oben her durchgeführt. Das zeitliche versetzte Ausbringen mehrerer Schnittglasmatten weist den Vorteil auf, dass das noch flüssige Harz als Schicht intakt bleibt und die Schnittglasmatten nacheinander über die Kapillarkräfte imprägniert werden können.
  • Durch die statistische Anordnung der Glasfasern in Länge und Breite der Schnittglasmatte ergibt sich eine offene Struktur. Genau diese Struktur ist vorteilhaft, damit die Schnittglasmatte in das noch flüssige Matrixschichtmaterial eintauchen kann. Wäre die Struktur zu engmaschig, so würde es zu Lufteinschlüssen im Lagenaufbau kommen. Durch die sehr offene Struktur der vorliegend verwendeten Schnittglasmatten wird deren Imprägnierung unterstützt und Porenbildung durch Lufteinschlüsse werden vermieden. Die Schnittglasmatten werden von oben in das bereits aufgetragene, noch flüssige Matrixschichtmaterial ausgebracht, so dass die Schnittglasmatten in das flüssige Matrixmaterial eintauchen können.
  • Würde hingegen eine Schnittglasmatte mit der 4fachen Stärke einer üblichen Schnittglasmatte ausgebracht werden, so würde das Ausbringen von oben in die noch flüssige Matrixschicht hinein das noch flüssige Harz der Matrixschicht verdrängen und die Schicht würde zerstört und vollkommen unbrauchbar werden.
  • Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die hier eingesetzten Schnittglasmatten als Endlosmatten bereitgestellt werden. Diese weist dann vorteilhaft endlos lange Fasern auf, welche statistisch über Breite und Länge der Matte abgelegt werden. Hierdurch ergibt sich eine offene Struktur. Genau diese Struktur ist vorteilhaft, damit die Schnittglasmatte in das noch flüssige Matrixschicht Material eintauchen kann. Wäre die Struktur zu engmaschig, so würde es zu Lufteinschlüssen im lagen Aufbau kommen. Durch die sehr offene Struktur der vorliegend verwendeten Schnittglasmatten wird eine Imprägnierung unterstützt und Porenbildung durch Lufteinschlüsse werden vermieden.
  • Vorteilhaft weist der fertige Kunststoffverbund einen Glasanteil von 15 bis 65 Gew% bezogen auf das Gesamtgewicht des ausgehärteten Kunststoffverbundes auf. Hierdurch wird eine ausreichende Verstärkung der Matrixschicht gewährleistet, unter gleichzeitiger Beibehaltung einer entsprechenden Flexibilität. Dies ist insbesondere beim Konfektionieren notwendig, da sonst beim Schneiden des Endlos-Kunststoffverbunds die Schnittkanten absplittern würden.
  • Wird das Matrixmaterial ausgehärtet, so werden die darin angeordneten Fasern entsprechend fixiert. Hierdurch wird die gesamte Struktur des Matrixmaterials fixiert. Eine Umformung ist nicht mehr möglich. Insbesondere durch die Fixierung der Fasern in der Matrixschicht wird die Faserverstärkung derart ausgebildet, dass die Übertragung von mechanischem Stress auf die Fasern stattfindet, sodass eine hohe spezifische Steifigkeit sowie eine hohe mechanische Stärke des resultierenden Kunststoffverbundes erreicht werden kann.
  • Als besonders vorteilhaft haben sich Schnittglasmatten mit einer Faserfeinheit von 12 bis 30 tex ergeben. Bei Verwendung dieser Faserfeinheit kann eine hohe Oberflächenebenmäßigkeit der Matrixschicht erzeigt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen Oberschicht und Matrixschicht wenigstens eine Separationsschicht angeordnet sein. Diese wenigstens eine Separationsschicht kann beispielsweise als Glasvlies ausgebildet sein. Diese Separationsschicht hat die Aufgabe, eine Trennung zwischen Oberschicht und den Fasern der Matrixschicht zu schaffen. Zum einen kann hierdurch verhindert werden, dass Fasern im Herstellungsprozess die nur tiefengehärtete Oberschicht verletzen und signifikante Fehlstellen bedingen.
  • Zudem bilden die in der Matrixschicht eingebetteten Fasern an der Grenzfläche zur Oberschicht eine Struktur aus, welche als Faserabdruck bezeichnet wird. Der Faserabdruck ist im fertigen Kunststoffverbund durch die Oberschicht hindurch sichtbar. Insbesondere bei der Verwendung des Kunststoffverbundes im Caravaning-Bereich ist dieser Faserabdruck absolut unerwünscht. An die Wandelemente von Wohnwägen und/oder Wohnmobilen werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt, sodass sich ein sichtbarer Faserabdruck als Qualitätsminderung bzw. Mangel darstellt. Weist das Glasvlies vorteilhaft eine Dicke im Bereich von 150 - 250 µm auf, wird der durch die Oberschicht hindurch sichtbare Faserabdruck überspannt und deutlich in seiner optischen Sichtbarkeit reduziert. Vorteilhaft weist das Glasvlies eine Grammatur im Bereich von 15 bis 35 gr/m2 auf. Der oben genannte Glasanteil im fertigen Kunststoffverbund ist als Gesamtglasanteil zu verstehen. In diesem ist der Glasanteil eines oder mehrerer Glasvliese inkludiert.
  • Die wenigstens eine Separationsschicht wird daher eingesetzt, um eine optische Trennung zwischen Oberschicht und Fasern in der Matrixschicht herzustellen. Zugleich wird der Faserabdruck überspannt und somit reduziert. So weist der hier beschriebene Kunststoffverbund bei der Verwendung als Wohnwagenwandelement und/oder Wohnmobilwandelement wenigstens eine faserabdruckmindernde Separationsschicht auf.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Matrixschicht aus einem ungesättigten Polyesterharz und/oder einem Vinylesterharz ausgebildet, welche beide ungesättigte Gruppen aufweisen. Um die radikalische Polymerisation der ungesättigten Gruppen zu initiieren, weist das Matrixmaterial vorteilhaft wenigstens ein organisches Peroxid auf, welches sich bei Temperaturbeaufschlagung zersetzt. Zusätzlich kann ein Vernetzer ebenfalls im Matrixmaterial vorgesehen sein, welcher die Vernetzung des jeweiligen Harzes bedingt. Als Beispiel für einen derartigen Vernetzer kann Styrol verwendet werden.
  • Neben der Funktion als Vernetzer hat Styrol weiterhin die Aufgabe eines Lösungsmittels für das jeweilige Harz. In dem beispielsweise ein ungesättigtes Polyesterharz und/oder Vinylesterharz verwendet wird, können kovalente Bindungen zu dem ungesättigten, aliphatischen Harz der Oberschicht ausgebildet werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Matrixmaterial auch ein Epoxidharz und/oder ein Polyurethanharz sein. Beide Harze weisen keine ungesättigten Gruppen auf. Bei Verwendung dieser Art an Harzen ist es notwendig, eine Polyaddition als Polymerisationsreaktion zu starten. In diesem Fall wird zur Vernetzung des Harzes jegliche Molekülart mit reaktivem Sauerstoff genutzt werden können. Dies inkludiert beispielsweise Amine, Säuren, Säureanhydride, Alkohole und/oder Thiole sowie Kombinationen hieraus. Wird Epoxidharz und/oder ein Polyurethanharz als Matrixmaterial verwendet, so wird dieses zu der Oberschicht eine nicht-kovalente Bindung eingehen. Dies erfolgt dadurch, dass beide Harzmaterialien der beiden Schichten zumindest teilweise an der Grenzfläche gelöst werden, was zu einer nicht-kovalenten Wechselwirkung zwischen Oberschicht und Matrixschicht führt.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Oberschicht und/oder die Matrixschicht wenigstens ein weiteres Additiv aufweisen. Das Additiv kann vorteilhaft aus der Gruppe farbgebendes Additiv, Effektpigment, UV-Initiator, UV-Stabilisator, Radikalfänger und/oder einer Kombination hieraus ausgewählt sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl die Matrixschicht als auch die Oberschicht jeweils wenigstens ein farbgebendes Additiv aufweisen. So ist denkbar, dass vorteilhaft Oberschicht und Matrixschicht jeweils wenigstens ein farbgebendes Pigment aufweisen. Der Kunststoffverbund ist hiermit durchgefärbt, sodass bei möglichen äußeren Beschädigungen der Oberschicht, wie beispielsweise einem Kratzer, dieser nahezu nicht auffällt.
    Folglich können mit dem wenigstens einen farbgebenden Pigment kleinere Beschädigungen des Kunststoffverbundes optisch hervorragend ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist der fertige Kunststoffverbund, also dessen beide Schichten, mit dem gleichen farbgebenden Pigment durchgefärbt.
  • In Abhängigkeit der Verwendung des Kunststoffverbundes zeigt beispielsweise Titandioxid eine besonders gute weißfarbgebende Wirkung. Hierdurch wird die das Titandioxid enthaltene Schicht weiß eingefärbt. Neben Titandioxid sind beispielsweise auch Bariumsulfat oder Zinksulfid als farbgebende Pigmente zu nennen. Auch diese bedingen eine weiße Einfärbung der jeweiligen Schicht.
  • Selbstverständlich ist dies nicht begrenzend zu verstehen, sodass auch denkbar ist, dass eine und/oder beide Schichten beispielsweise durch die Zugabe von Kohlenstoff schwarz eingefärbt sind.
  • Darüber hinaus ist auch denkbar, die Matrixschicht und/oder die Oberschicht durch Zugabe weiterer farbgebender Pigmente und/oder Farbstoffe gemäß der geplanten Verwendung gezielt einzufärben. Hierbei haben sich zum Beispiel auch blaue Farbstoffe als vorteilhaft erwiesen, da diese bereits im vorgehaltenen Matrixmaterial und/oder Oberschichtmaterial bereitgestellt werden können. Auch Mischungen aus Farbstoffen und Farbpigmenten und/oder aus Farbpigmenten untereinander sind möglich. So kann beispielsweise durch Mischung von Titandioxid und Kohlenstoff eine graue Matrixschicht und/oder Oberschicht erzeugt werden. Das Mischungsverhältnis hängt vom entsprechend gewünschten Grau-Grad ab.
  • Die Einfärbung beider Schichten ist hier beispielhaft, aber besonders vorteilhaft zu verstehen. Es ist auch denkbar, in Abhängigkeit der Anwendung, die Oberschicht und die Matrixschicht mit unterschiedlichen farbgebenden Additiven zu versetzen.
  • Werden Farbpigmente verwendet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese im Bereich von 1 bis 15 phr bezogen auf die jeweilige Schicht im flüssigen Zustand einzubringen. In diesem Bereich zugegebenes Farbpigment in der Oberschicht bedingt ausreichenden Schutz vor Vergilbung der Matrixschicht. Zudem ist die Oberschicht weiterhin tiefenhärtbar ausgebildet.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich die Zugabe von Titandioxid in der Oberschicht gezeigt, wenn eine weiße Einfärbung des Kunststoffverbundes gewünscht ist. Um eine ausreichende Härtung der Oberschicht gewährleisten zu können, und um Auffaltungen während der Härtung zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, den Pigmentgehalt von Titandioxid im Bereich von 1,5-8 phr auszuwählen. Wird beispielsweise ein Titandioxidgehalt von größer 8 phr eingesetzt, wird die Härtung der Oberschicht nachteilig beeinflusst. Es kommt zu Vorhärtungen der Oberschicht, wodurch sich die Oberfläche auffaltet und der darunter liegende Untergrund aber flüssig bleibt. Daher ist ein Titandioxidgehalt von größer 8 phr zu vermeiden. Der Vorteil von Titandioxid sowie auch von anderen farbgebenden Additiven besteht darin, dass das Pigment selbst und/oder dessen absorbierender Charakter die darunter liegende Matrixschicht schützt und deren Vergilbung verhindert wird. Die farbgebenden Additive, wie beispielsweise Farbpigmente, Effektpigmente und/oder Farbstoffe, sind somit als UV-Reflektor und/oder UV-Filter für die darunterliegende, nicht-UV-resistente Matrixschicht ausgebildet.
  • Der hier offenbarte Kunststoffverbund zeigt in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, dass die flüssige Oberschicht einen Farbpigmentgehalt von 3 bis 8 phr aufweisen kann und durch die zeitgleiche Bereitstellung eines tiefhärtenden UV-Initiators, welchen die Oberschicht ebenfalls wenigstens aufweist, erstmals eine durch Farbpigment eingefärbte Oberschicht auch gezielt gehärtet und vernetzt werden kann. Würden übliche, also keine tiefhärtenden UV-Initiatoren verwendet, so wird die einwirkende UV-Strahlung von dem Farbpigment nahezu vollständig reflektiert werden und es findet keine Vernetzung statt. Eine qualitativ hochwertige Härtung einer eingefärbten Oberschicht ist daher erstmals in Kombination mit wenigstens einem tiefenhärtenden UV-Initiator umgesetzt worden.
  • Weist beispielsweise die Oberschicht einen Titandioxidgehalt von 3-8 phr auf, so hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, auch die Matrixschicht mit dem farbgebenden Pigment zu versehen. Aufgrund der geringen Schichtdicke der Oberschicht in Kombination mit dem Titandioxidgehalt im Bereich von 3-8 phr zeigt die Oberschicht eine Transparenz auf. Dies bedeutet, dass keine 100-prozentige Deckkraft erzeugt werden kann. Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Matrixschicht ebenfalls entsprechend einzufärben. Es resultiert ein weißer, durchgefärbter Kunststoffverbund. Dies hat wiederum den Vorteil, wie oben bereits ausgeführt, dass Kratzer insgesamt weniger sichtbar sind und auch tiefe Kratzer optisch nicht in den Vordergrund treten.
  • Auch dies ist insbesondere für den Caravaning-Bereich wichtig, da hier die bislang verwendeten Kunststoffverbundstoffe im Laufe der Zeit signifikant vergilben, wodurch sich der Wiederverkaufswert und auch natürlich das optische Auftreten deutlich vermindert und verschlechtert.
  • Zugleich hat sich herausgestellt, dass der geringe Anteil an wenigstens einem farbgebenden Pigment in der Oberschicht keinen Einfluss auf deren Härtung oder auf den späteren optischen Effekt der Oberschicht ausbildet.
  • Weiterhin kann auch wenigstens ein Effektpigment in der Oberschicht und/oder in der Matrixschicht eingesetzt sein. Es ist beispielsweise denkbar, wenigstens ein Effektpigment in der Oberschicht bereitzustellen. Hierdurch kann beispielsweise deren Reflexion stark erhöht werden, sodass sich ein glitzernder optischer Effekt bedingt.
  • Beispiele für derartige Effektpigmente, welche sich als vorteilhaft gezeigt haben, sind beispielsweise Glaspartikel, Mica und/oder geschichtete Silikatpartikel. Diese können optional mit wenigstens einem oder mehreren der folgenden Oxide beschichtet sein: Titandioxid, Eisenoxid, Siliziumdioxid und/oder Zinnoxid.
  • Weiterhin ist denkbar, die Effektpigmente auszuwählen aus Aluminiumpartikeln, Kupferpartikeln, Messingpartikeln oder Bronzepartikeln und oder Kombinationen hieraus. Hierdurch können besondere metallische Effekte erzeugt werden. Zudem hat sich vorteilhaft gezeigt, dass durch Einsatz von Partikeln in der Oberschicht deren Streuwirkung ausgenutzt werden kann, sodass eintretende UV-Strahlung von der Oberschicht, genauer gesagt durch die darin eingebrachten Partikel reflektiert wird. Dies bringt einen zusätzlichen UV-Schutz der darunterliegenden Matrixschicht, deren Vergilbung dadurch verhindert wird.
  • Besonders vorteilhaft weisen die Effektpigmente eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 10-100 µm auf. Die Partikelgröße der Effektpigmente ist festgelegt als d50-Wert, welcher lasergranulometrisch bestimmt wird. Der d50-Wert zeigt die mittlere Partikelgröße der Effektpigmente an, wobei 50 % der Effektpigmentpartikel in der untersuchten Probe kleiner sind als der angegebene Wert.
  • Vorteilhaft können daher die farbgebenden Additive, Effektpigmente und Farbstoffe jeglicher Art als farbgebende Additive zusammengefasst werden. Diese können in der Oberschicht und/oder in der Matrixschicht enthalten sein.
  • Selbstverständlich sind die Ausführungsbeispiele hier nicht begrenzend zu verstehen. Es sich auch Kombinationen von Effektpigment, beispielsweise Mica (Glimmer), zu Farbpigment, beispielsweise Titandioxid, in Mischungsverhältnissen von 1 zu 1, 1 zu 2 oder auch 1 zu 3 von Vorteil. Hier können dann Oberschichten mit optischen Effekten und zusätzlichem UV-Schutz bereitgestellt werden.
  • Weiterhin ist denkbar, dass die Oberschicht als weitere Additive einen oder mehrere UV-Stabilisatoren, UV-Initiatoren und/oder einen oder mehrere Radikalfänger aufweisen kann. Je nach Auswahl und Anteil können hierdurch nochmals die UV- und Witterungsbeständigkeit des gesamten Kunststoffverbunds verbessert werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Oberschicht eine Schichtdicke im ausgehärteten Zustand im Bereich von 40 bis 150 µm auf Vorteilhafter weist die ausgehärtete Oberschicht eine Schichtdicke zwischen 50 und 110 µm auf. Es haben sich Schichtdicken von 50 pm, 55 µm, 60 µm, 65pm, 70 µm, 75 µm, 80 µm, 85pm, 90 µm, 95 µm, 100 µm, 105 µm, und 110 µm sowie alle dazwischenliegenden Bereiche als vorteilhaft erwiesen, da reduzierte Schichtdicken einen geringeren Materialverbrauch bedingen und insgesamt schnell aushärtbar sind. Zugleich hat sich gezeigt, dass die hier beschriebene Oberschicht trotz der geringen Schichtdicke, wie oben genannt, fehlstellenfrei hergestellt werden kann. Insbesondere ist die resultierende ausgehärtete Oberschicht frei von Fettaugen, frei von Dickstellen, frei von Auffaltungen, frei von Unterhärtungen sowie frei von Mattierungseffekten und dergleichen. Es ist erstmals möglich eine derartige Oberschicht in den hier genannten Schichtdicken fehlstellenfrei über eine Länge von 180 m im Endlosverfahren bereitzustellen.
  • Durch die äußerst geringe Schichtdicke ist es möglich, dass die hergestellten Kunststoffverbundprodukte bei gleicher Dicke einen höheren Glasgehalt und somit auch bessere mechanische Eigenschaften aufweisen, als es aus dem Stand der Technik bislang möglich ist. Alternativ ist es auch denkbar, durch die Schichtdickenreduktion eine Gewichtseinsparung zu erzeugen.
  • Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass der Kunststoffverbund einen höheren Glasgehalt bis zu 65 Gew% aufweisen kann. So ist es möglich, dass ein derartig hergestellter Kunststoffverbund mit hohem Glasanteil bis 65 Gew% eine Zugfestigkeit von etwa 400 N/mm2 (DIN EN ISO 527-4/2/2) und Zug Modul von etwa 23.000 N/mm2 (DIN EN ISO 527-4/2/2) aufweisen kann.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Oberschicht, welche vorteilhaft als Urethanacrylat ausgebildet ist, im ausgehärteten Zustand maximal 2 Gew% Verlust gegenüber dem flüssigen Zustand aufweisen. Dieser Verlust wird durch das Reaktionslösemittel, beispielsweise HDDA, bedingt. Dieses wird während der Härtung freigesetzt. Der äußerst geringe Schrumpf der Oberschicht ist besonders von Vorteil, da hierdurch Material eingespart werden kann, wodurch die Herstellungskosten sinken.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Oberschicht nach 3000h XENOTEST® einen Glanzerhalt von mindestens 80% auf.
  • Es hat sich vorteilhaft gezeigt, dass das als Oberschicht des Kunststoffverbundes eingesetzte Urethanacrylat bis zu einem gewissen Grad mit Farbpartikeln eingefärbt werden kann, wobei die Härtbarkeit per UV- Strahlung aufrecht erhalten bleibt.
  • Weiterhin vorteilhaft hat sich gezeigt, dass diese farbgebenden Additive den überwiegenden Teil der UV-Strahlung, vorteilhaft > 95% der eintreffenden Strahlung, in Außenanwendungen so stark blocken, sodass diese nicht auf die dahinterliegende Matrixschicht mit der Faserverstärkung gelangen. Siehe hierzu Tabelle 1, bei welcher eine galliumdortierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle verwendet wurde. Die Oberschicht mit unterschiedlichem Pigmentgehalt wurde auf ein Radiometer Typ Power Puck 2 gelegt und mit 120W/cm bei 10m/min unter der UV-Lampe durchgefahren. Tabelle 1:
    UV - Puck UV - Puck Ohne Pigment UV - Puck 0,75 Gew% Pigment UV - Puck 1,50 Gew% Pigment UV - Puck 3,0 Gew% Pigment
    UV-A 255 mJ/cm2: 64 mJ/cm2: 11 mJ/cm2: 0 0
    UV-B 300 mJ/cm2: 7 mJ/cm2: 0 0 0
    UV-C 65 mJ/cm2: 1 mJ/cm2: 0 0 0
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigt die Zugabe ab 1,5 Gew% Pigment, beispielsweise Titandioxid, in die Oberschicht einen UV-Schutz der darunter liegenden Matrixschicht vor Vergilbung. Beim Durchstrahlen der Oberschicht wird unterhalb der Oberschicht keine UV-Strahlung mehr detektiert. Wird lediglich 0,75 Gew% Pigment zugegeben ist ersichtlich, dass die reduzierte UV-Strahlung durch die Oberschicht durchgelassen wird. Dies würde auf lange Zeit auch zu Vergilbungen der darunter liegenden, nicht UV-resistenten Matrixschicht führen.
  • Die Matrixschicht des hier beschriebenen Kunststoffverbundes ist UV-stabilisatorfrei ausgebildet, so dass es sich bei UV-Beaufschlagung in kurzer Zeit gelb verfärbt. Es tritt die sogenannte Vergilbung ein.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wurde erstmals ein Gesamtsystem als Kunststoffverbund aus faserverstärktem Kunststoff, nahezu beliebiger Farbauswahl und höchster UV-Stabilität geschaffen, welche eine Vergilbung auch über Jahre hinweg verhindert.
  • Die UV-Beständigkeit der Oberschicht und/oder des Kunststoffverbundes und/oder der Matrixschicht kann über die Eigenschaften Farbveränderung (Farbmessraum L / A / B und Farbveränderung Delta E) sowie über den Glanzverlust bewertet werden. Der Kunststoffverbund wird UV-Strahlung einer vorbestimmten Dosis und über einen definierten Zeitraum per Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 ausgesetzt. Wird dieser Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 für 3000h ausgeführt, so weist die Oberschicht des Kunststoffverbundes einen Glanzerhalt von mindestens 80% auf.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Oberschicht des hier beschriebenen Kunststoffverbundes bei einem Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 über 1000h einen Glanzverlust von <10 % aufweist. Wird der Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 für 7000h ausgeführt, was einer Freibewitterung im mitteleuropäischen Klima von 15 bis 20 Jahren entspricht, so weist die Oberschicht des hier beschriebenen Kunststoffverbundes lediglich einen Glanzverlust von < 30 % auf. Dies bedeutet, dass der hier beschriebene Kunststoffverbund für den Außenbereich besonders hochwertig und qualitativ langlebig ausgebildet ist. Auch nach 15-20 Jahren bleibt der Glanz der Oberschicht im Wesentlichen erhalten, sodass der Kunststoffverbund weiterhin benutzt werden kann und nicht ausgetauscht und ersetzt werden muss.
  • Weiterhin hat sich vorteilhaft gezeigt, dass der hier beschriebene erfindungsgemäße Kunststoffverbund bei einem 1000h Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 einen Wert Delta E von < 1,0 und bei einem 3000h Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2 einen Wert Delta E von < 1,7 aufweist. Bei diesem Test ist zu berücksichtigen, dass bei einem Delta E Wert von ≥ 3 eine subjektiv wahrnehmbare Farbveränderung vorliegt. Eine Vergilbung kann daher auch nach Jahrzehnten ausgeschlossen werden.
  • Diese Daten wurden mittels Spectrophotometer CM-2600d von Konica Minolta (Lichtart D65) ermittelt, wobei der Farbmessraum mit L = 44, a = -1,35 und b= -2,35 anzugeben ist.
  • Die über das Spectrophotometer ermittelten Daten nach DIN EN ISO 4892-2-A1 sind in 1 und 2 dargestellt.
  • 1 zeigt das Verhalten des hier beschriebenen Kunststoffverbundes (gestrichelt) bei künstlicher Bewitterung nach DIN EN ISO 4892-2-A1 als Farbveränderung (Vergilbung) (y-Achse) im Laufe der Zeit (x-Achse). Der hier beschriebene Kunststoffverbund, welcher vorteilhaft wenigstens 1.5 Gew% Pigment und max. 8 Gew% Pigment, beispielsweise Titandioxid, in der Oberschicht, vorteilhaft als Urethanacrylat ausgebildet, aufweist, ist als gestrichelte Linie dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Vergilbung im Laufe der Zeit nur sehr langsam auf einen Wert von 1,5 ansteigt.
  • Die durchgezogene Linie zeigt im Vergleich den gleichen Kunststoffverbund nur ohne Farbpigment in der Oberschicht. Es ist ersichtlich, dass die Vergilbung der Matrixschicht besonders schnell einsetzt.
  • In 2 ist der Glanzverlust (y-Achse) bei künstlicher Bewitterung nach DIN EN ISO 4892-2-A1 im Laufe der Zeit (x-Achse) dargestellt. Der hier beschriebene Kunststoffverbund, welcher vorteilhaft wenigstens 1.5 Gew% Pigment und max. 8 Gew% Pigment, beispielsweise Titandioxid, in der Oberschicht, vorteilhaft als Urethanacrylat ausgebildet, aufweist, ist als durchgezogene Linie dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Glanzverlust über Jahre lediglich geringfügig abnimmt. Bei etwa 9000h XENOTEST® verbleibt der Glanzgrad bei etwa 80% des ursprünglich neuen Glanzgrades von 100%.
  • Die gepunktete Linie zeigt im Vergleich den gleichen Kunststoffverbund mit einer Oberschicht nach bisherigem Standard (Isophtalsäurebasiertes Polyesterharz mit Neopentylglykol). Es ist ersichtlich, dass bereits nach kürzester Zeit, etwa 1000 h der Glanzverlust mehr als 80% beträgt.
  • Besonders vorteilhaft kann der hier beschriebene Kunststoffverbund in einer Breite von 1,5 m -4 m sowie von einer Länge bis zu 250 m im Endlosverfahren hergestellt werden. Diese 250 m Länge wird durch die Konfektionierung des fertig aufgerollten Kunststoffverbundes bedingt. Das Herstellungsverfahren an sich ist als Endlosverfahren ausgebildet.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des Kunststoffverbundes gemäß Patentanspruch 10.
  • Das Verfahren weist wenigstens die folgenden Schritte auf:
    1. a. Aufbringen des Oberschichtmaterials auf eine Trägeroberfläche;
    2. b. Formen des Oberschichtmaterials zu einer Schicht auf der Trägeroberfläche;
    3. c. Beaufschlagen der entstandenen Oberschicht mit UV-Strahlung, so dass die Oberschicht tiefenhärtet;
    4. d. Aufbringen des Matrixmaterials zur Ausbildung der Matrixschicht;
    5. e. Aufbringen von Fasermaterial auf die Matrixschicht, wobei das Fasermaterial in die noch flüssige Matrixschicht einsinkt und/oder das Fasermaterial durch Kapillarkräfte von der noch flüssigen Matrixschicht umschlossen wird;
    6. f. Härten der Matrixschicht;
    7. g. Entfernen des Trägermaterials, um den faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund als Endprodukt zu erhalten.
  • In einem ersten Schritt a) wird das noch zu härtende, flüssige Oberschichtmaterial auf eine Trägeroberfläche aufgebracht. Es hat sich in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel als vorteilhaft gezeigt, wenn die Trägeroberfläche selbst als Folie ausgebildet ist. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als Trägeroberfläche eine Polyethylenterephthalat (PET)-Folie verwendet wird, auf welcher das noch zu härtende Oberschichtmaterial aufgebracht wird. Polyethylenterephthalat ist dahingehend vorteilhaft, da das Oberschichtmaterial hiermit keine dauerhafte Haftverbindung ausbildet, und im späteren Produktionsprozess die Folie entsprechend leicht und ohne Oberschichtzerstörung wieder entfernt werden kann.
  • Vorteilhaft hat es sich weiterhin gezeigt, wenn die PET Folie eine Foliendicke im Bereich von 10-350 µm aufweist.
  • Das aufzubringende Oberschichtmaterial, ist vorteilhaft als ungesättigtes, aliphatisches Harz auf Acrylatbasis ausgebildet. Weiterhin können Additive vorgesehen sein, wie beispielsweise farbgebende Additive, UV-Stabilisatoren, UV-Initiatoren, Reaktivbeschleuniger sowie Radikalfänger und/oder Kombinationen hiervon. Diese Additive sind vorteilhaft bereits dem Oberschichtmaterial vor Aufbringen auf die Trägeroberfläche beigefügt.
  • Die Ausbildung der Trägeroberfläche als PET-Folie ist selbstverständlich nicht begrenzend sind zu verstehen, sodass es auch denkbar ist, dass andere Trägeroberflächen eingesetzt werden. So könnte beispielsweise auch eine mögliche geometrische Form als Trägeroberfläche herangezogen werden. Auch ist denkbar, dass bänderartige Transportoberflächen eingesetzt werden.
  • Um mögliche Falten der PET-Folie, welche aus deren Herstellungsverfahren oder Aufwicklung resultieren können, zu beseitigen, hat es sich in einem Ausführungsbeispiel als vorteilhaft erwiesen, wenn die PET-Folie, vor Auftrag des Oberschichtmaterials, vortemperiert wird. Vorteilhaft haben sich hierbei Temperaturen im Bereich von 40-80 °C erwiesen. Diese Temperaturbeaufschlagung ist ausreichend, damit mögliche Falten während des Abwickelns der PET-Folie, also während der Bereitstellung der Trägeroberfläche, geglättet werden können. Dies kann beispielsweise durch eine Zugkraftbeaufschlagung in uniaxialer und/oder biaxialer Richtung erfolgen.
  • Im nächsten Verfahrensschritt b) wird das noch zu härtende Oberflächenmaterial auf die gewünschte Schichtdicke eingestellt. Durch den Schichtaufbau des Kunststoffverbundes, beginnend mit der Oberschicht ist es möglich, deren Eigenschaften besonders einfach und gezielt anpassen und kontrollieren zu können. Die Einstellung der Schichtdicke des noch zu härtenden Oberschichtmaterials wird durch ein Walzrakel durchgeführt. Die hierbei eingestellte Schichtdicke korrespondiert mit der im nächsten Schritt tiefengehärteten Oberschicht.
  • Es gilt zu berücksichtigen, dass die hier eingestellte Schichtdicke derart gewählt wird, dass die Schichtdicke im tiefengehärteten Zustand im Schritt c), unter Berücksichtigung eines Volumenschrumpfs, im Bereich von 40 bis 150 pm, vorteilhaften im Bereich von 90 bis 110 µm ausgebildet ist. Vorteilhaft zeigt die hier aufgebrachte Oberschicht lediglich einen Volumenschrumpf zwischen 0,5-4 % bezogen auf das Ursprungsvolumen aus.
  • Im Verfahrensschritt c) wird nunmehr das Oberschichtmaterial mit UV-Strahlung beaufschlagt. Hierzu kann beispielsweise eine galliumdotierte UV-Strahlungsquelle verwendet werden. Um eine besonders effektive und gleichmäßige Tiefenhärtung zu erzielen, wird die UV-Strahlung von oben emittiert und trifft auf die freie Oberfläche der Oberschicht. Folglich wird die Oberschicht von hinten, bezogen auf den späteren Schichtaufbau des Kunststoffverbundes, mit UV-Strahlung beaufschlagt.
  • Die Tiefenvernetzung wird initiiert. Es bildet sich die tiefengehärtete Oberschicht aus. Dies hat zudem den Vorteil, dass die der Strahlung abgewandten Seite der Oberschicht, welche eine durchgängige gemeinsame Kontaktfläche mit der Trägeroberfläche ausbildet, weiterhin glatt und eben bleibt. Die Struktur dieser gemeinsamen Kontaktfläche wird durch die Struktur der Trägeroberfläche bestimmt. Im späteren Kunststoffverbundendprodukt ist diese gemeinsame Kontaktfläche die Sichtfläche, welche auch den Witterungseinflüssen und der UV-Strahlung direkt ausgesetzt ist.
  • Durch die rückseitige Bestrahlung der Oberschicht kann zudem der Härtungsverlauf kontrolliert werden. Dies wird durch die Kombination mit einem tiefenhärtenden UV-Initiator, beispielsweise aus der Gruppe der Phosphinoxide realisiert. Hierdurch kann erstmals im Herstellungsverfahren von dünnen Schichten eine kontrollierte Tiefenhärtung bereitgestellt werden. Die freie Oberfläche der Oberschicht, welche direkt mit der UV-Strahlung beaufschlagt wird, wird lediglich zu 80-50 % umgesetzt. Im weiteren Verlauf der Schichtdicke in Richtung Trägeroberfläche nimmt der Umsetzungsanteil zu. Vorteilhaft ist an der Grenzfläche Trägeroberfläche zu Oberschicht ein Vernetzungsumsatz von größer 90 % erreichbar. Hierdurch wird die spätere Sichtfläche ausgehärtet und dadurch stabilisiert. Spätere Auffaltungen im Produktionsverfahren können daher ausgeschlossen werden. Die freie Oberfläche verbleibt allerdings nur teilgehärtet. Dies hat den Vorteil, dass die Oberschicht an der freien Oberfläche chemisch reaktiv verbleibt.
  • Optional ist möglich, dass vor und/oder im und/oder nach dem Bereich der UV-Beaufschlagung, dass Trägermaterial mit aufgebrachter Oberschicht temperaturkontrolliert wird. Hierzu können temperaturkontrollierbare Plattenelemente zur Führung des Trägermaterials, unterhalb diesem, angeordnet sind. Die Plattenelemente können als Auflagenflächen verstanden werden, über welche Trägermaterial mit Oberschicht geführt werden. Diese können einen möglichen Temperatureintrag, welcher während der UV-Bestrahlung, resultieren kann, schnell und kontrolliert abführen. Ein Schmelzen des Trägermaterials wird dadurch verhindert.
  • Ferner ist optional denkbar, dass Trägermaterial mit flüssiger Oberschicht vor der UV-Beaufschlagung bereits vortemperiert wird. Dies kann sich positiv die Planlage der Trägerfolie auswirken, so dass eine Faltenbildung der darauf angeordneten Oberschicht während der anschließenden Härtung verhindert wird.
  • Dies zeigt sich als besonders vorteilhaft, wenn im nächsten Schritt d) das Matrixschichtmaterial aufgebracht wird. Aufgrund der noch chemisch reaktiven Außenfläche der Oberschicht, auf welche zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig das Matrixmaterial aufgebracht wird, mit diesem in chemische Wechselwirkung treten kann. So ist beispielsweise denkbar, dass die Oberschicht und die Matrixschicht miteinander kovalent oder nicht-kovalent in Wechselwirkung treten. Hierdurch können die Hafteigenschaften der beiden Schichten aneinander signifikant verbessert werden.
  • Es ist weiterhin denkbar, dass die beiden Schichten später über eine radikalische Polymerisationsreaktion kovalent miteinander verbunden sind.
  • Im nächsten Verfahrensschritt d) wird das Matrixmaterial zur Ausbildung der Matrixschicht aufgebracht. Das Matrixmaterial wird auf die Oberschicht aufgebracht. Eine Schichteinstellung kann beispielsweise in Analogie zur Oberflächenschicht erfolgen. So ist in einem Ausführungsbeispiel denkbar, dass die Schichtdicke der Matrixschicht über ein Walzrakel vorbestimmbar ist.
  • Im Anschluss daran, wird im nächsten Verfahrensschritt e) das Verstärkungsmaterial in die Matrixschicht eingebracht. Als Faserverstärkungsmaterial können gewebte oder nicht gewebte Textilien, gelegte Netze, Matten, kurze Fasern oder andere Fasern eingebracht werden. Hierzu können unterschiedliche Faserarten verwendet werden, wie beispielsweise Glasfasern, Carbonfasern, Basaltfasern und/oder Polymerfasern, wie beispielsweiseweise Aramidfasern, sowie Kombinationen hieraus.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform haben sich Glasfasern als besonders vorteilhaft gezeigt, da diese neben Schnittfasern auch als bereits textiles Halbzeug, vorteilhaft als vorkonfektionierte Schnittglasmatten eingesetzt werden können. Diese Schnittglasmatten erweisen sich besonders dahingehend als vorteilhaft, da sie eine feste Verteilung an Glasfasern innerhalb 1 Quadratmeters aufweisen. So sind die Fasern mit einem Binder fixiert, welche eine Verschiebung der Fasern während der Imprägnierung verhindert. Bei Schnittglas kann eine Verschiebung nicht vermieden werden. Ferner ist die Verteilung des Glases, bedingt durch die vorhandene Schneidtechnik, deutlich ungenauer, was in einer schlechteren Ebenmäßigkeit der Oberfläche resultiert und eine weniger gleichbleibende und verlässliche Verstärkung bereitstellt. Daher werden textile Halbzeuge, vorteilhaft Schnittglasmatten im hier beschriebenen Kunststoffverbund vorteilhaft verwendet.
  • Zudem erweisen sich die Schnittglasmatten dahingehend als vorteilhaft, da sie flächig über die gesamte Matrixschicht eingebracht werden können und sich somit gleichmäßig verteilen. Bei der statistischen Schnittfaserverteilung ist dies genau schwierig, da es häufig zu ungleichmäßigen Ansammlungen an Schnittfasern kommt. Hierdurch wird dann die Qualität der Matrixschicht nachteilig beeinflusst. Häufig führt dies auchzu hohen Produktausschüssen.
  • Vorteilhaft handelt es sich bei den eingesetzten Glasfasern um E-Glas, welches für elektrische Anwendungen oder Kunststoffverstärkungen eingesetzt wird. Unter E-Glas kann vorteilhaft Aluminiumoborosilikatglas verstanden werden, welches im Wesentlichen frei von Alkalioxiden ist. Selbstverständlich ist dies nicht begrenzend zu verstehen, sodass auch jegliche anderen Arten von Glas als Verstärkungsmaterial hier eingesetzt werden können.
  • Daher werden im hier beschriebenen Verfahren in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform Schnittglasmatten zur Faserverstärkung des Kunststoffverbundes eingesetzt. Diese Schnittglasmatten werden in die noch nicht ausgehärtet Matrixschicht eingeführt. Aufgrund der Kapillarkräfte und der flächigen Ausbildung der Schnittglasmatten, vorteilhaft über die gesamte Produktionsbreite der Matrixschicht, sinken die Schnittglasmatten langsam und kontrolliert in die Matrixschicht ein. Die Schnittglasmatte taucht sozusagen ein und wird mit dem Matrixmaterial getränkt. Hierdurch wird die Schnittglasmatte zugleich imprägniert.
  • Durch dieses kontrollierte Zuführen der Schnittglasmatten in die noch zu härtende Matrixschicht und deren grobe Ausbildung werden Lufteinschlüsse vollständig vermieden. Durch die Kapillarkräfte und die grobe Struktur der Schnittglasmatten werden hierbei mögliche Lufteinschlüsse nach oben abtransportiert und treten aus der Matrixschicht aus. Es resultiert folglich eine qualitativ hochwertige Matrixschicht, welche im nächsten Schritt f) gehärtet wird.
  • Selbstverständlich ist der Einsatz von Schnittglasfasern und/oder Schnittglasmatten nicht beschränkend zu verstehen, so dass auch anstelle der Schnittglasmatten beispielsweise Carbonfasermatten oder Polymerfasermatten eingesetzt werden können.
  • Vorteilhaft erfolgt die Härtung in Verfahrensschritt f) thermisch. In Abhängigkeit von der Wahl des Matrixmaterials, insbesondere ob dieses weiterhin ungesättigte Gruppen aufweist, können Oberschicht und Matrixschicht miteinander kovalent oder nicht-kovalent in Wechselwirkung treten, um so einen miteinander verbunden Schichtaufbau als Verbund auszubilden.
  • Ist das Matrixmaterial aus der Gruppe ungesättigtes Polyesterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz und/oder Polyurethanharz und/oder wenigstens eine Kombination hieraus ausgewählt, so wird der Schichtverbund thermisch gehärtet. Selbstverständlich ist dies nicht begrenzend zu verstehen, sodass auch weitere Härtungsmöglichkeiten gegeben sind.
  • Je nach späterer Verwendung kann die Matrixschicht, in welcher bereits das Verstärkungsmaterial angeordnet ist, eine Schichtdicke im ausgehärteten Zustand im Bereich von 0,3-5 mm aufweisen.
  • Im letzten Schritt g) wird die Trägeroberfläche entfernt. Ist diese beispielsweise als Folie ausgebildet, so kann die Folie einfach nach unten hin vom Kunststoffverbund abgezogen und beispielsweise wieder aufgerollt werden.
  • Das Endprodukt kann anschließend konfektioniert werden. Es ist vorteilhaft plattenartig ausgebildet.
  • Soll der Kunststoffverbund für besondere Anwendungen vorgesehen werden, so ist denkbar, dass beispielsweise die Seite mit der außenliegenden Matrixschicht weiter behandelt wird. Dies kann beispielsweise die Erhöhung der Hafteigenschaften sein, oder auch eine Coronabehandlung und/oder Flammbehandlung zur Anpassung der Benetzbarkeit und Polarität der Oberfläche.
  • Die Oberschicht bleibt hingegen wie hergestellt.
  • Schließlich können optional noch die Seitenflächen des Kunststoffverbundes poliert werden. Hierdurch kann eine verbesserte Einbaumöglichkeit bei der Verwendung als Fassadenbauelemente erzielt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass hier beschriebene Verfahren als Endlosverfahren auszubilden. Hierdurch können in kurzer Produktionszeit bis zu 4 m breite Kunststoffverbunde hergestellt werden, welche eine Länge bis zu 250 m aufweisen können.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass wenigstens zwischen Schritt c) und d) ein weiterer Schritt zwischengeschalten wird, bei welchem auf die tiefengehärtete Oberschicht wenigstens eine Separationsschicht aufgebracht wird. Die Separationsschicht dient insbesondere zur Reduktion des Faserabdrucks, welcher später durch die Faserverstärkung der Matrixschicht ausgebildet werden kann. Die Separationsschicht kann vorteilhaft als Glasvlies eingebracht werden und verhindert einen überdurchschnittlichen Abdruck der Glasfasern an der Grenzfläche zwischen Oberschicht und Matrixschicht.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich gezeigt, dass wenigstens zwischen Schritt e) und f) ein weiteres Trägermaterial zur Abdeckung der Matrixschicht aufgebracht wird. Im einfachsten Fall kann dieses Trägermaterial als Folie, noch vorteilhafter als PET-Folie ausgebildet sein. So ist denkbar, dass das Trägermaterial zur Abdeckung der Matrixschicht gleich dem Trägermaterial zum Aufbringen der Oberschicht ist. Diese zusätzliche Abdeckung dient der verbesserten Härtung und Fehlstellenreduktion während des gesamten Produktionsprozesses.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen Schritt f) und g) ein zusätzlicher Verfahrensschritt durchgeführt werden. Dieser Schritt kann als UV-Nachhärtungsschritt der Oberschicht von der freien Rückseite des Trägermaterials her durchgeführt werden. Im zwischengeschalteten Verfahrensschritt wird die Oberschicht nachgehärtet. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Oberschicht bislang nur tiefengehärtet. Mit der nunmehr anschließenden Nachhärtung, welche durch UV-Strahlungsbeaufschlagung erfolgt, kann die Oberschicht vollständig gehärtet werden. Insbesondere die gemeinsame Kontaktfläche zwischen Oberschicht und Matrixschicht ist weiterhin reaktiv und nicht vollständig ausgehärtet und vernetzt. Der Vorteil dieser Nachhärtung besteht zudem darin, dass hierdurch eine signifikante Reduktion der Rissbeständigkeit erzielt werden konnte.
  • Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen Nachhärtungsschritt durchzuführen. Besonders vorteilhaft und effektiv hat es sich hierbei erwiesen, wenn die UV-Strahlungsbeaufschlagung von unten her erfolgt. Dies bedeutet, dass die UV-Strahlungsquelle unterhalb des hier beschriebenen Schichtaufbaus angeordnet ist. Hierdurch wird die UV-Strahlungsbeaufschlagung durch die Trägeroberfläche hindurch direkt auf die Oberschicht eingebracht. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, da nicht das komplette Matrixschichtmaterial mit der eingelagerten Faserverstärkung mit einer UV-Strahlung beaufschlagt werden muss. Durch die von unten gerichtete UV-Strahlungsbeaufschlagung kann diese in besonders kurzer Zeit eine vorteilhaft vollständige Tiefenvernetzung und Härtung der Oberschicht an der Grenzfläche zur Matrixschicht hin erzeugen. Bereits nach 3 bis 15 Sekunden ist die Oberschicht bei den o.g. Schichtdicken ausgehärtet. Hierdurch ist das Herstellungsverfahren zeit- und kostensparend ausgebildet.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Kunststoffverbundes gemäß der vorliegenden Erfindung als Flächenbauteil zur Innenverkleidung und/oder Außenverkleidung von Fahrzeugen, Flugzeugen, Zügen, Schiffen, Wohnwagen, Wohnmobilen, als Flächenelement für Logistik und Transport, beispielsweise für LKW-Aufbauten, als Fassadenelement in der Bauindustrie. Hierdurch wird ein Werterhalt geschaffen, da nahezu keine optische Beeinträchtigung durch Vergilbung des Kunststoffverbundes eintritt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen Kunststoffverbund, welcher gemäß dem vorgenannten Herstellungsverfahren hergestellt wird.
  • Der hier beschriebene Kunststoffverbund, kann erstmals über große Quadratmeterflächen hergestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, dass der Kunststoffverbund eine Fläche von mindesten 1 m x mindestens 1 m, von mindestens 1 m x 1,5 m, von mindestens 1,5 m x 1,5 m, von mindestens 1 m x mindestens 2 m, von mindestens 2 m x mindestens 2 m, von mindestens 2 m x mindestens 4 ausbildet. Vorteilhaft hat der Kunststoffverbund eine flächige Form. Je nach Verwendung kann der Kunststoffverbund als Plattenware oder auch als Rollenware ausgebildet sein. Folglich können große Flächen mit dem hier beschriebenen Kunststoffverbund verkleidet werden, ohne dass eine Stückelung notwendig wird. Hierdurch wird ein besonders ästhetisches Erscheinungsbild im verwendeten Zustand geschaffen.
  • Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Oberschicht auf Basis eines Urethanacrylatharzes zunächst keine höhere Oberflächenhärte des Kunststoffverbundes an sich bedingt. Allerdings bedingt die geringe Schichtdicke der Oberschicht, dass die hohe Härte des Matrixmaterials mehr zum Tragen kommt. Zugleich wird die Qualität hierdurch erhöht. Ist beispielsweise ein Verschmutzungspartikel auf der Oberschicht eingedrückt, so kann diese, aufgrund der geringen Schichtdicke, weniger verdrängt werden. Dies bedeutet, dass der Eindruck deutlich schwächer ausfällt. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der hier beschriebene Kunststoffverbund später oft über Pressverfahren weiterverarbeitet wird. Hier kann es häufiger zu Schmutzpartikeln zwischen Pressenoberfläche und dem Kunststoffverbund kommen. Folglich können durch die geringe Schichtdicke die Eindrücke aufgrund des eingebrachten Pressdruckes von Verschmutzungen deutlich reduziert werden. Häufig wird mit einem Pressdruck zwischen 1,5-4 t/Quadratmeter gearbeitet. Es wird folglich deutlich weniger Ausschuss aufgrund der eingedrückten Verschmutzungen produziert.
  • Die hier beschriebene Erfindung weist vorteilhaft eine hohe UV-Beständigkeit unter Glanzgraderhalt und nahezu keiner Farbveränderung auf. Dies kann insbesondere durch die farbgebenden Additive in der Oberschicht erzielt werden.
  • Weiterhin erweisen sich die farbgebenden Additive, vorteilhaft die Farbpigmente, als vorteilhaft, da diese die darunterliegende Matrixschicht, welche nicht UV-stabilisiert ist und beispielsweise aus einem ungesättigten Polyester- und/oder Epoxidharz ausgebildet sind, vor UV-Einstrahlung schützen und so eine Vergilbung verhindern.
  • Weiterhin hat es sich gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften des hier beschriebene Kunststoffverbundes über den Einsatz von unterschiedlichen Faserverstärkungen im Bereich von Faktor 15-20 einstellbar sind. Es ergibt sich ein Eigenschaftsspektrum nach DIN EN ISO 527-4/2/2:
    • - Kurzfasermatten: Festigkeit ca. 60 N/mm2 | E-Modul ca. 6.000 N/mm2
    • - Gewebeverstärkung: Festigkeit ca. 150 N/mm2 | E-Modul ca. 10.000 N/mm2
    • - Gelegeverstärkung biaxial: Festigkeit ca. 400 N/mm2 | E-Modul ca. 23.000 N/mm2
    • - Gelegeverstärkung uniaxial: Festigkeit ca. 1.000 N/mm2 | E-Modul ca. 45.000 N/mm2
    • - Gelegeverstärkung uniaxial Carbonfasern: Festigkeit ca. 1.300 N/mm2 | E-Modul ca. 110.000 N/mm2.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Unter der Formulierung „im Wesentlichen“ wird in allen hier benutzten Fällen, in denen diese Formulierung im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Abweichung im Bereich von 1% bis 20 %, vorteilhafter von 1% bis 10 %, noch vorteilhafter von 1% bis 5 % von der Festlegung, die ohne die Verwendung dieser Formulierung gegeben wäre, verstanden.
  • Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Die Angabe „phr“ ist zu verstehen als Gewichtsteile bezogen auf 100 Teile des jeweiligen Basisschichtmaterials von Oberschicht bzw. Matrixschicht im flüssigen Zustand.
  • 1. Außenliegende Caravanseitenwand
  • Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Caravanaußenwand hat das hergestellte Endprodukt eine Gesamtdicke von 1,5 mm ± 0,1 mm und weist eine Gesamtbreite von 2,8 m auf. Da das Herstellungsverfahren als Endlosverfahren ausgebildet ist, ist die Produktlänge variabel und kann nach den Kundenanforderungen konfektioniert werden.
  • Zunächst wird auf eine biaxial gereckte Folie, vorteilhaft eine PET-Folie, ein flüssiges Oberflächenmaterial aufgebracht. Direkt im Anschluss erfolgt die Schichtdickeneinstellung über ein Rakel auf 110 µm ± 15 µm. Die PET-Folie dient als Trägermaterial und kann selbst eine Stärke von 10 - 400 µm aufweisen, wobei sich eine Dicke der PET-Folie von 100 µm als besonders vorteilhaft ergeben hat. Sie ist ausreichend stabil, um als Trägerfolie zu dienen und noch ausreichend dünn, damit die zur UV-Vernetzung notwendige UV-Strahlung hindurchtreten kann. Vorteilhaft kann das Oberflächenmaterial wenigstens ein Urethanacrylat enthaltend ausgebildet sein.
  • Das aufgetragene Oberflächenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel kann folgende Zusammensetzungen aufweisen:
    • 100 phr Urethaneacrylat (Laromer UA9089)
    • 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
    • 0,5 phr Tinuvin 1130 als UV-Absorber
    • 4 phr Titandioxid
    • 1,5 phr TPO-L als tiefenhärtender UV-Initiator
    oder
    • 100 phr Urethaneacrylat (Ebercryl IRR 1032)
    • 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
    • 0,5 phr Tinuvin 1130 als UV-Absorber
    • 4 phr Titandioxid
    • 1,5 phr TPO-L als tiefenhärtender UV-Initiator
  • Das auf das Trägermaterial aufgebrachte flüssige Oberflächenmaterial wird nach Einstellung der Schichtdicke mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle von oben beaufschlagt. Der UV-Eintrag erfolgt somit direkt über die freiliegende Oberfläche der Oberflächenmaterialschicht. Vorteilhaft wird hierzu eine galliumdotierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle eingesetzt. Diese weist vorteilhaft eine UV-Dosis von 400 mJ/cm2 ± 10% auf.
  • Die als Trägermaterial ausgebildete PET-Folie hat zusätzlich die Aufgabe, eine Sauerstoffinhibierung an der Grenzfläche Folie-Oberflächenmaterial zu verhindern. Hierdurch wird im Bereich dieser Grenzfläche ein hoher Vernetzungsumsatz von >90 % erreicht. Die freie Oberfläche hingegen hat Kontakt zur Luft und wird sauerstoffinhibiert. Dies führt zu einem Vernetzungsgrad von 50 bis 80% der freien Oberfläche.
  • In tieferen Schichten, welche nicht von der Sauerstoffinhibierung der Härterradikale betroffen sind, wird ein Vernetzungsgrad von üblicherweise >90 % erreicht (gemessen mit IR-ATR; Berechnung über die Peakfläche der C-C Doppelbindung). Hierzu sei ausgeführt, dass IR-ATR in einem Bereich von 400 - 4000 Wellenzahl (cm-1) Licht auf eine Probe strahlt. Die Strahlung wird an der Oberfläche gemäß der vorliegenden kovalenten Bindungen absorbiert bevor der Rest zurück zum Gerät reflektiert wird. Für die Vernetzungsmessung ist die Abnahme der Doppelbindung relevant. Die Doppelbindung erzeugt einen eigenen spezifischen Peak bei ca. 809 cm-1. Hier gilt das Gesetz von Lambert-Beer, was bedeutet, dass die Peakfläche direkt proportional zur Konzentration der Bindung ist.
  • Daher wird zunächst die flüssige Probe vermessen und die Fläche unter dem gemessen Peak integriert. Diese Fläche entspricht einem Vernetzungsgrad von 0% bzw. 100% nicht vernetzte Bindungen. Nach der Härtung integriert man erneut, die Fläche gibt wieder an, wieviel Bindungen noch nicht vernetzt wurden. Die Differenz aus beiden entspricht dem erreichten Vernetzungsgrad.
  • Auf der zumindest teilweise UV-gehärteten freiliegenden Oberfläche des Oberflächenmaterials wird in einem nächsten Schritt das Matrixmaterial aufgetragen. Die Schichtdicke des Matrixmaterials kann an die spätere Verwendung angepasst werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Schichtdicke von ca.1100pm gewählt. Die Schichtdicke wird über ein weiteres Rakel eingestellt.
  • Das Matrixmaterial weist im hier beschriebenen Beispiel die folgende Zusammensetzung auf:
    • 100 phr ungesättigtes Harz, vorteilhaft das mittelreaktive, orthophthalsäurebasierende Matrixharz Palatal P4 L21
    • 5 phr Titandioxid
    • 0,15 phr Cobaltbeschleuniger 1%ig
    • 1,7 phr Härter, vorteilhaft Curox I300
  • Als Cobaltbeschleuniger können beispielsweise Lösungsmittel wie Styrol, Xylol, TXIB, 2-Ethylhexan-1-ol mit entsprechendem Cobaltanteil eingesetzt werden.
  • In das abgezogene Matrixmaterial werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Verstärkungsmaterialien eingebracht. Durch den noch flüssigen Aggregatszustand des Matrixmaterials können die Verstärkungsmaterialien in die Matrixmaterialschicht einsinken und werden von dieser im Wesentlichen vollständig, vorteilhaft vollständig, umschlossen. Das Verstärkungsmaterial wird hierdurch zugleich imprägniert.
  • Für die in diesem Ausführungsbeispiel genannte Anwendung werden üblicherweise als Verstärkungsmaterial Schnittglasmatten ausgewählt. Die Schnittglasmatte weist eine Grammatur von 375 gr/m2 auf.
  • Alternativ zu den Schnittglasmatten können auch Schnittfasern zur Verstärkung eingebracht werden.
  • Zur Reduktion des Faserprint der Schnittfasern und/oder Schnittglasmatten wird vorteilhaft vor dem Aufbringen der Matrixschicht zwischen der Oberschicht und den Schnittfasern und/oder der Schnittglasmatte wenigstens eine Separationsschicht angeordnet. Vorteilhaft ist die Separationsschicht als Glasvlies ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft weist das hier eingesetzte Glasvlies eine Grammatur von 20 g/m2 auf. Dies bringt verbesserte Stabilität und verhindert, dass sich die einzelnen Schnittglasfasern und/oder die Glasfasern der Matten in die Oberschicht eindrücken und schlimmstenfalls durch diese hindurch aus dem Kunststoffverbund herausstehen. Zudem wird die Grenzfläche zwischen Oberschicht und Fasern so gleichmäßiger und die Faserstruktur wird optisch überdeckt und minimiert.
  • Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Aufbau der einzelnen Schichten:
    • - Oberschicht
    • - Separationsschicht, vorteilhaft ein Glasvlies
    • - Matrixschicht mit eingelassener Schnittglasmatte
  • Auf der Matrixschicht wird schließlich vorteilhaft eine weitere Trägerfolie, vorteilhaft eine PET-Folie aufgebracht. Diese verhindert eine Sauerstoffinhibierung während der Härtung des Matrixmaterials. Um Lufteinschlüsse zwischen der PET-Folie und dem Harz zu entfernen, wird das komplette Schichtsystem kalandriert.
  • Im Anschluss wird zur Temperaturhärtung des Matrixmaterials dieses auf 100 °C für 20 min erhitzt. Danach wird der entstandene Kunststoffverbund wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Um die Urethanacrylat enthaltende Oberschicht zu vernetzen, wird der Kunststoffverbund erneut mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dies kann mit einer weiteren UV-Strahlungsquelle erfolgen, welche eine Dosis von 400 mJ/cm2 aussendet. Diese Strahlungsquelle ist im Herstellungsverfahren unterhalb des Schichtsystems angeordnet und beaufschlagt somit zuerst die Trägerfläche und dann die Oberschicht. Es erfolgt somit eine Bestrahlung von unten.
  • Im vorletzten Schritt werden dann die beiden Trägerfolien, welche bislang den Kunststoffverbund flächenmäßig begrenzt haben, entfernt. Der Kunststoffverbund wird im Anschluss konfektioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein so hergestellter Kunststoffverbund eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 527-4/2/2 von 70 N/mm2 und ein Zug E-Modul nach DIN EN ISO 527-4/2/2 von 6.000 N/mm2 aufweist.
  • In diesem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der entstehende Kunststoffverbund einen Glasgehalt von 20-30Gew% auf.
  • Der hier beschriebene Kunststoffverbund mit beiden möglichen Oberschichtalternativen zeigt eine deutlich erhöhte Glanzbeständigkeit, nahezu keine Vergilbung und eine Gewichtsreduktion von etwa 100 g / m2 gegenüber bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten unter verbesserten mechanischen Eigenschaften. Insbesondere die signifikante Reduktion der Vergilbung und Erhaltung des Glanzgrades über Jahrzehnte, ermittelt via Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 (siehe oben), ist für den Werterhalt im Caravaning-Bereich enorm relevant. Sieht beispielsweise der Wohnwagen auch noch nach 15 Jahren quasi aus wie neu, glänzend weiß und nicht matt vergilbt, so schafft dies einen deutlich höheren Wiederverkaufswert.
  • 2. Nutzfahrzeugaußenseitenwand
  • Im hier beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird das hergestellte Endprodukt, also der Kunststoffverbund für eine Nutzfahrzeugaußenseitenwand verwendet. Der gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel hergestellte Kunststoffverbund weist eine Gesamtdicke von 1,4 mm ± 0,1mm Gesamtstärke und eine Gesamtbreite von 2,4 m auf. Da das Herstellungsverfahren als Endlosverfahren ausgebildet ist, ist die Produktlänge variabel und kann nach Kundenanforderungen konfektioniert werden.
  • Zunächst wird auf eine biaxial gereckte Folie, vorteilhaft eine PET-Folie, ein flüssiges Oberflächenmaterial aufgebracht. Direkt im Anschluss erfolgt die Schichtdickeneinstellung über ein Rakel auf 110 µm ± 15pm. Die PET-Folie dient als Trägermaterial und kann selbst eine Stärke von 10 - 400 µm aufweisen, wobei sich eine Dicke der PET-Folie von 100 µm als besonders vorteilhaft ergeben hat. Sie ist ausreichend stabil, um als Trägerfolie zu dienen und noch ausreichend dünn, damit die zur UV-Vernetzung notwendige UV-Strahlung hindurchtreten kann. Vorteilhaft kann das Oberflächenmaterial wenigstens ein Urethanacrylat enthaltend ausgebildet sein.
  • Das aufgetragene Oberflächenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel kann folgende Zusammensetzungen aufweisen:
    • 100 phr Urethanacrylat (Laromer UA9089)
    • 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
    • 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
    • 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können mehr Pigmenttypen hinzukommen)
    • 1,5 phr TPO-L
    oder
    • 100 phr Urethanacrylat (Ebercryl IRR 1032)
    • 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
    • 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
    • 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können mehr Pigmenttypen hinzukommen)
    • 1,5 phr TPO-L
  • Das auf das Trägermaterial aufgebrachte flüssige Oberflächenmaterial wird nach Einstellung der Schichtdicke mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle von oben beaufschlagt. Der UV-Eintrag erfolgt somit direkt über die freiliegende Oberfläche der Oberflächenmaterialschicht. Vorteilhaft wird hierzu eine galliumdotierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle eingesetzt. Diese weist vorteilhaft eine UV-Dosis von 400 mJ/cm2 ± 10% auf.
  • Die als Trägermaterial ausgebildete PET-Folie hat zusätzlich die Aufgabe, eine Sauerstoffinhibierung an der Grenzfläche Folie-Oberflächenmaterial zu verhindern. Hierdurch wird im Bereich dieser Grenzfläche ein hoher Vernetzungsumsatz von > 90 % erreicht. Die freie Oberfläche hingegen hat Kontakt zur Luft und wird sauerstoffinhibiert. Dies führt zu einem Vernetzungsgrad von 50 bis 80% der freien Oberfläche.
  • In tieferen Schichten, welche nicht von der Sauerstoffinhibierung der Härterradikale betroffen sind, wird ein Vernetzungsgrad von üblicherweise >90 % erreicht (gemessen mit IR-ATR; Berechnung über die Peakfläche der C-C Doppelbindung - Zur Messung und Auswertung siehe Ausführungsbeispiel 1 - Caravanaußenwand).
  • Auf die freiliegende Oberfläche des aufgebrachten und zumindest teil gehärtetem Oberschichtmaterial wird in einem nächsten Schritt das Matrixmaterial aufgetragen. Die Schichtdicke des Matrixmaterials kann an die spätere Verwendung angepasst werden. Im hier offenbarten Ausführungsbeispiel weist die Matrix spricht vorteilhaft eine Schichtdicke im Bereich von ca. 700 µm auf.
  • Vorteilhaft ist die Matrixschicht wenigstens ein Epoxidharz enthaltend ausgebildet und weist die folgende Zusammensetzung auf:
    • 100 phr Biresin LXR 121
    • 26 phr Biresin LXH 121-3
  • Das aufgebrachte Epoxidharz wird auf der Rückseite der Oberschicht, welche hier teilgehärtet ausgebildet ist, aufgebracht und von einem Rakel mit einer Schichtdicke von etwa 700 µm abgezogen.
  • In das abgezogene Matrixmaterial werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Verstärkungsmaterialien eingebracht. Durch den noch flüssigen Aggregatszustand des Matrixmaterials können die Verstärkungsmaterialien in die Matrixmaterialschicht einsinken und werden von dieser im Wesentlichen vollständig, vorteilhaft vollständig, umschlossen. Das Verstärkungsmaterial wird hierdurch zugleich imprägniert.
  • Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Aufbau der einzelnen Schichten:
    • - Oberschicht
    • - Matrixschicht mit
      • - einem ersten Biaxialgelege mit einer Grammatur von 812gr/m2
      • - einem zweiten Biaxialgelege mit einer Grammatur von 812gr/m2
  • Bei den eingesetzten Biaxialgelegen handelt es sich um textile Halbzeuge, welche biaxial angeordnete Glasrovingstränge besitzen. Der Vorteil dieser Biaxialgelege ist, dass mehr Glasanteil im resultierenden Kunststoffverbund bei gleichbleibender Dicke bereitgestellt werden kann. Hierdurch können noch zusätzlich mechanische Eigenschaften bei niedrigerem Gewicht realisiert werden. Auch ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient geht mit der Verwendung dieser biaxialen Gelege einher.
  • Auf der Matrixschicht wird schließlich vorteilhaft eine weitere Trägerfolie, vorteilhaft eine PET-Folie aufgebracht. Diese muss geeignet sein, sich von der Matrixschicht, also dem Epoxidharz, welches die Matrixschicht in diesem Ausführungsbeispiel ausbildet, entformen zu lassen. Um Lufteinschlüsse zwischen der PET-Folie und dem Harz zu entfernen, wird das komplette Schichtsystem kalandriert.
  • Im Anschluss wird zur Temperaturhärtung des Matrixmaterials dieses auf 100 °C für 30 min erhitzt. Danach wird der Kunststoffverbund wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Um die Urethanacrylat enthaltende Oberschicht zu vernetzen wird der Kunststoffverbund erneut mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dies kann mit einer weiteren UV-Strahlungsquelle erfolgen, welche eine Dosis von 400 mJ/cm2 aussendet. Diese Strahlungsquelle ist im Herstellungsverfahren unterhalb des Schichtsystems angeordnet und beaufschlagt somit direkt die Oberschicht. Es erfolgt somit eine Bestrahlung von unten.
  • Im vorletzten Schritt werden dann die beiden Trägerfolien, welche bislang den Kunststoffverbund flächenmäßig begrenzt haben, entfernt. Der Kunststoffverbund wird im Anschluss konfektioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein so hergestellter Kunststoffverbund eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 527-4/2/2 von 400 N/mm2 und ein Zug E-Modul nach DIN EN ISO 527-4/2/2 von 23.000 N/mm2.
  • Der hier beschriebene Kunststoffverbund zeigt eine deutlich erhöhte Glanzbeständigkeit, nahezu keine Vergilbung und eine Gewichtsreduktion von bis zu 100 g / m2 gegenüber bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten unter verbesserten mechanischen Eigenschaften. Insbesondere die signifikante Reduktion der Vergilbung und Erhaltung des Glanzgrades über Jahrzehnte, ermittelt via Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 (siehe oben), ist für den Werterhalt der LKW-Aufbauten enorm relevant. Sieht beispielsweise der LKW-Aufbau auch noch nach 15 Jahren quasi aus wie neu, glänzend weiß und nicht matt vergilbt, so schafft dies einen deutlich höheren Wiederverkaufswert. Es liegt eine hohe Erosionsbeständigkeit vor.
  • 3. Vorgehängte Fassadenplatte für die Bauindustrie
  • Im hier beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel wird der gemäß diesem Ausführungsbeispiel hergestellte Kunststoffverbund als vorgehängte Fassadenplatte beispielsweise in der Bauindustrie verwendet. Der hergestellte Kunststoffverbund, also das Endprodukt, weist eine Gesamtdicke von 5,0 mm ± 0,15 mm und eine Gesamtbreite von ca. 2,4 m auf. Da das Herstellungsverfahren weiterhin als Endlosverfahren ausgebildet ist, ist die Produktlänge variabel und kann nach Kundenanforderungen konfektioniert werden.
  • Zunächst wird auf eine biaxial gereckte Folie, vorteilhaft eine PET-Folie, ein flüssiges Oberflächenmaterial aufgebracht. Direkt im Anschluss erfolgt die Schichtdickeneinstellung über ein Rakel auf 110pm ± 0,15pm. Die PET-Folie dient als Trägermaterial und kann selbst eine Stärke von 10 - 400 µm aufweisen, wobei sich eine Dicke der PET-Folie von 100 µm als besonders vorteilhaft ergeben hat. Sie ist ausreichend stabil, um als Trägerfolie zu dienen und noch ausreichend dünn, damit die zur UV-Vernetzung notwendige UV-Strahlung hindurchtreten kann. Vorteilhaft kann das Oberflächenmaterial wenigstens ein Urethanacrylat enthaltend ausgebildet sein.
  • Das aufgetragene Oberflächenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel kann folgende Zusammensetzungen aufweisen:
    • 100 phr Urethanacrylat (Laromer UA9089)
    • 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
    • 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
    • 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können weitere Pigmenttypen hinzukommen)
    • 1,5 phr TPO-L
    oder
    • 100 phr Urethanacrylat (Ebercryl IRR 1032)
    • 0,5 phr Hostaphin 3058 LIQ
    • 0,5 phr Tinuvin 1130 (UV-Absorber)
    • 4 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können weitere Pigmenttypen hinzukommen)
    • 1,5 phr TPO-L
  • Das auf das Trägermaterial aufgebrachte flüssige Oberflächenmaterial wird nach Einstellung der Schichtdicke mit wenigstens einer UV-Strahlungsquelle von oben beaufschlagt. Der UV-Eintrag erfolgt somit direkt über die freiliegende Oberfläche der Oberflächenmaterialschicht. Vorteilhaft wird hierzu eine galliumdotierte Quecksilberlampe als UV-Strahlungsquelle eingesetzt. Diese weist vorteilhaft eine UV-Dosis von 400 mJ/cm2 ± 10% auf.
  • Die als Trägermaterial ausgebildete PET-Folie hat zusätzlich die Aufgabe, eine Sauerstoffinhibierung an der Grenzfläche Folie-Oberflächenmaterial zu verhindern. Hierdurch wird im Bereich dieser Grenzfläche ein hoher Vernetzungsumsatz von > 90 % erreicht. Die freie Oberfläche hingegen hat Kontakt zur Luft und wird sauerstoffinhibiert. Dies führt zu einem Vernetzungsgrad von 50 bis 80% der freien Oberfläche.
  • In tieferen Schichten, welche nicht von der Sauerstoffinhibierung der Härterradikale betroffen sind, wird ein Vernetzungsgrad von üblicherweise >90 % erreicht (gemessen mit IR-ATR; Berechnung über die Peakfläche der C-C Doppelbindung; Zur Messung und Auswertung siehe Ausführungsbeispiel 1 - Caravanaußenwand)
  • Auf der zumindest teilweise UV-gehärteten freiliegenden Oberfläche des Oberflächenmaterials wird in einem nächsten Schritt das Matrixmaterial aufgetragen. Die Schichtdicke des Matrixmaterials kann an die spätere Verwendung angepasst werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Schichtdicke des flüssigen Matrixmaterials von etwa 3700 µm gewählt. Die Einstellung der Schichtdicke wird über ein weiteres Rakel eingestellt.
  • Das Matrixmaterial weist im hier beschriebenen Beispiel die folgende Zusammensetzung auf:
    • 100 phr ungestättigtes Harz, vorteilhaft das mittelreaktive orthophthalsäurebasierende Matrixharz Palatal P4 L21
    • 5 phr Titandioxid (bei abgetönten Weißtönen bzw. Farben können weitere Pigmenttypen hinzukommen)
    • 0,15 phr Cobaltbeschleuniger 1%ig
    • 1,7 phr Härter (z.B. Curox I300)
  • In das abgezogene Matrixmaterial werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Verstärkungsmaterialien eingebracht. Das Einführen des Verstärkungsmaterials erfolgt von oben. Durch den noch flüssigen Aggregatszustand des Matrixmaterials können die Verstärkungsmaterialien in die Matrixmaterialschicht einsinken und werden von dieser im Wesentlichen vollständig, vorteilhaft vollständig umschlossen. Das Verstärkungsmaterial wird hierdurch zugleich imprägniert.
  • Für die in diesem Ausführungsbeispiel genannte Anwendung werden üblicherweise als Verstärkungsmaterial Schnittglasmatten ausgewählt.
  • Alternativ zu den Schnittglasmatten können auch Schnittfasern zur Verstärkung eingebracht werden.
  • Zur Reduktion des Faserprint der Schnittfasern und/oder Schnittglasmatten wird vorteilhaft vor dem Aufbringen der Matrixschicht zwischen der Oberschicht und den Schnittfasern und/oder der Schnittglasmatte wenigstens eine Separationsschicht angeordnet. Vorteilhaft ist die Separationsschicht als Glasvlies ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft weist das hier eingesetzte Glasvlies eine Grammatur von 20g/m2 auf. Dies bringt verbesserte Stabilität und verhindert, dass sich die einzelnen Schnittglasfasern und/oder die Glasfasern der Matten in die Oberschicht eindrücken und schlimmstenfalls durch diese hindurch aus dem Kunststoffverbund herausstehen. Zudem wird die Grenzfläche zwischen Oberschicht und Fasern so gleichmäßiger und die Faserstruktur wird optisch überdeckt.
  • Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Aufbau der einzelnen Schichten:
    • - Oberschicht
    • - Glasvlies mit einer Grammatur von 20g/m2
    • - Matrixschicht mit
      • - erster Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
      • - zweiter Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
      • - dritter Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
      • - vierter Schnittglasmatte in einer Grammatur von 375gr/m2
      • - Endlosmatte in einer Grammatur von 450gr/m2
  • Die hier eingesetzten vier Schnittglasmatten werden nacheinander von oben in die noch zu härtende Matrixschicht eingebracht. Über Kapillarwirkung wird eine Schnittglasmatte nach der anderen getränkt und von der Matrixschicht umschlossen.
  • Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, vier einzelne Schnittglasmatten nacheinander in die Matrixschicht einzubringen. Dies bedingt eine hohe gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials. Würde beispielsweise lediglich eine dicke Schnittglasmatte eingeführt werden, welche den vier einzelnen Matten entspräche, so würde das Matrixschichtmaterial seitlich herausgepresst werden und der gesamte Kunststoffverbund wäre fehlerhaft.
  • Auf der Matrixschicht wird schließlich vorteilhaft eine weitere Trägerfolie, vorteilhaft eine PET-Folie aufgebracht. Diese verhindert eine Sauerstoffinhibierung während der Härtung des Matrixmaterials. Um Lufteinschlüsse zwischen der PET-Folie und dem Harz zu entfernen, wird das komplette Schichtsystem kalandriert.
  • Im Anschluss wird zur Temperaturhärtung des Matrixmaterials dieses auf 90 °C für 30 min erhitzt. Danach wird der entstandene Kunststoffverbund wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Um die Urethanacrylat enthaltende Oberschicht zu vernetzen, wird der Kunststoffverbund erneut mit UV-Strahlung beaufschlagt. Dies kann mit einer weiteren UV-Strahlungsquelle erfolgen, welche eine Dosis von 400 mJ/cm2 aussendet. Diese Strahlungsquelle ist im Herstellungsverfahren unterhalb des Schichtsystems angeordnet und beaufschlagt somit direkt die Oberschicht. Es erfolgt somit eine Bestrahlung von unten.
  • Im vorletzten Schritt werden dann die beiden Trägerfolien, welche bislang den Kunststoffverbund flächenmäßig begrenzt haben, entfernt. Der Kunststoffverbund wird im Anschluss konfektioniert. Es hat sich gezeigt, dass ein so hergestellter Kunststoffverbund eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 527-4/2/2 von 60 N/mm2 und ein Zug E-Modul nach DIN EN ISO 527-4/2/2 von 6.000 N/mm2 aufweist.
  • Der hier beschriebene Kunststoffverbund mit beiden möglichen Oberschichtalternativen zeigt eine deutlich erhöhte Glanzbeständigkeit, nahezu keine Vergilbung und eine Gewichtsreduktion von bis zu 100 g/m2 gegenüber bekannten faserverstärkten Kunststoffplatten unter verbesserten mechanischen Eigenschaften. Insbesondere die signifikante Reduktion der Vergilbung und Erhaltung des Glanzgrades über Jahrzehnte, ermittelt via Xenotest® nach DIN EN ISO 4892-2-A1 (siehe oben), ist für den Werterhalt der Fassadenelemente enorm relevant. Gerade im Baubereich, wo Gebäudefassaden über Jahrzehnte attraktiv aussehen sollen, ist der hier beschriebenen Kunststoffverbund von Vorteil. Es können beispielsweise Fassadenelemente bereitgestellt werden, welche auch nach jahrzehntelanger Freibewitterung noch nahezu neu aussehen. Es liegt eine hohe Erosionsbeständigkeit vor. Teure Renovierungsmaßnahmen oder gar ein Austausch der Fassadenelemente ist gerade nicht nötig. So können Kosten deutlich eingespart werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die vorteilhaften Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombinationen aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.

Claims (14)

  1. Faserverstärkter, mehrlagiger, flächiger Kunststoffverbund mit verbesserter UV-Beständigkeit aufweisend wenigstens a. eine Matrixschicht zur Ausbildung eines tragenden Matrixkörpers sowie weiterhin b. wenigstens einer, auf der Matrixschicht angeordneten Oberschicht, welche als Oberflächenversiegelung der Matrixschicht und/oder als UV-Schutzschicht der Matrixschicht ausgebildet ist, wobei die Matrixschicht wenigstens ein Harz aus der Gruppe ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Polyurethanharze und/oder Kombinationen hieraus aufweist und die Oberschicht wenigstens ein acrylatbasiertes Harz aufweist, wobei wenigstens die Matrixschicht faserverstärkt ausgebildet ist, wobei die Oberschicht wenigstens einen tiefenhärtenden UV-Initiator aufweist, wobei die Oberschicht eine Schichtdicke im ausgehärteten Zustand im Bereich von 40 bis 150 µm aufweist, wobei der Kunststoffverbund bei einem 1000h Testverfahren nach DIN-EN-ISO 4892-2-A1 einen Wert Delta E (Farbmessraum L / A / B und Farbänderung Delta E) von <1,0 und bei einem 3000h Testverfahren nach DIN-EN-ISO 4892-2 einen Wert von Delta E (Farbmessraum L / A / B und Farbänderung Delta E) von <1,7 aufweist, wobei die Oberschicht des Kunststoffverbundes einen Glanzerhalt von min. 80% im Testverfahren nach DIN-EN-ISO 4892-2-A1 bei 3000h aufweist.
  2. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine tiefenhärtende UV-Initiator eine Phosphinoxid-Gruppe aufweist.
  3. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die Matrixschicht wenigstens eine Art an Fasern aufweist.
  4. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin zwischen Oberschicht und Matrixschicht wenigstens eine weitere Separationsschicht angeordnet ist.
  5. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschicht und/oder die Matrixschicht wenigstens ein weiteres Additiv aufweist.
  6. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser maximal 2 Gew% eines Reaktivverdünners bezogen auf das aufgetragene flüssige Schichtmaterial während des Herstellungsverfahrens aufweist.
  7. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschicht nach 9000h Testverfahren nach DIN EN ISO 4892-2-A1 einen Glanzerhalt von mindestens 70% aufweist.
  8. Verfahren bei dem ein Kunststoffverbund nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche hergestellt wird, wenigstens die folgenden Schritte aufweisend: a. Aufbringen des Oberschichtsmaterials auf eine Trägeroberfläche; b. Formen des Oberschichtmaterials zu einer Schicht auf der Trägeroberfläche; c. Beaufschlagen der entstandenen Oberschicht mit UV-Strahlung, so dass die Oberschicht tiefenhärtet; d. Aufbringen des Matrixmaterials zur Ausbildung der Matrixschicht; e. Aufbringen von Fasermaterial auf die Matrixschicht, wobei das Fasermaterial in die noch flüssige Matrixschicht einsinkt und/oder das Fasermaterial durch Kapillarkräfte von der noch flüssigen Matrixschicht umschlossen wird; f. Härten der Matrixschicht, welche auf der Oberschicht aufgebracht wird; g. Entfernen des Trägermaterials, um den faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbund als Endprodukt zu erhalten.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens zwischen Schritt c) und Schritt d) einen weiteren Schritt aufweist, bei welchem auf die tiefengehärtete Oberschicht wenigstens eine Separationsschicht aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen Schritt e) und Schritt f) ein weiteres Trägermaterial zur Abdeckung der Matrixschicht aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen Schritt f) und g) eine UV-Nachhärtung der Oberschicht von der freien Rückseite des Trägermaterials her durchgeführt wird.
  12. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 8.
  13. Faserverstärkter, mehrlagiger Kunststoffverbund nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 8.
  14. Verwendung eines faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbundes nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder Verwendung eines faserverstärkten, mehrlagigen Kunststoffverbundes hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 8 nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, als Flächenbauteil zur Innenverkleidung und/oder Außenverkleidung von Fahrzeugen, Flugzeugen, Zügen, Schiffen, Wohnwagen, Wohnmobilen, als Flächenelement für Logistik und Transport, beispielsweise für LKW-Aufbauten, als Fassadenelement in der Bauindustrie.
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