DE19521769B4

DE19521769B4 - Decklage für ein GFK-Verbundmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und GFK-Verbundmaterial

Info

Publication number: DE19521769B4
Application number: DE19521769A
Authority: DE
Inventors: Paul Hahmann
Original assignee: Johns Manville Europe GmbH
Current assignee: Johns Manville Europe GmbH
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: DE19521769A1

Abstract

GFK-Verbundmaterial aus mindestens zwei Lagen, die aus Glasfaserflächenmaterial bestehen, von denen eine als Roving-Lage und eine andere als Decklage aus einem Trägermaterial aus Glasfasern ausgebildet ist, wobei die Glasfaserflächenmaterialien mit Kunstharz getränkt sind, dadurch hergestellt, daß das Trägermaterial aus Glasfasern (3) mindestens einseitig mit Farbstoff (4) versehen wurde und die Roving-Lage (2) und das mit Farbstoff (4) versehene Trägermaterial gemeinsam mit Kunstharz getränkt wurden, das farblos und durchsichtig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein GFK-Verbundmaterial aus mindestens zwei Lagen, die aus Glasfaserflächenmaterial bestehen, von denen eine als Roving-Lage und eine andere als Decklage aus einem Trägermaterial aus Glasfasern ausgebildet ist, wobei die Glasfaserflächenmaterialien mit Kunstharz getränkt sind.
Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) werden zunehmend verwendet, um relativ leichte, aber stabile Aufbauten zu konstruieren, beispielsweise für Lastkraftwagen. Hierbei werden bevorzugterweise Verbundmaterialien eingesetzt, die aus mindestens zwei Lagen bestehen, von denen eine als Roving-Lage ausgebildet ist. Diese Lage übernimmt den größten Teil der mechanischen Belastung. Bei der Roving-Lage können allerdings Glasfasern mit ihrem Querschnitt an der Oberfläche erscheinen, was nicht nur zu einem unschönen Aussehen führt, sondern auch das Eindringen von Flüssigkeit durch Kapillarwirkung begünstigt. Aus diesem Grunde ist es bekannt, die Roving-Lage mit einer Decklage abzudecken, die als "Schönseite" ausgebildet ist und eine glatte Oberfläche zur Verfügung stellt. Die Roving-Lage und die Decklage werden zusammengelegt und gemeinsam mit Kunstharz getränkt. Nach dem Aushärten des Kunstharzes ergibt sich dann eine Platte (oder eine andere gewünschte Form), die bei einem relativ geringen Gewicht eine relativ hohe Stabilität aufweist. Diese Platten sind von Natur aus weiß, weil dies die Farbe der Glasfasern ist, aus denen die Decklage und die Roving-Lage bestehen. Das Trägermaterial aus Glasfasern kann beispielsweise ein Glasfaservlies sein.
Viele Anwender wünschen jedoch eine andere Farbe. Die einfachste Lösung ist hierbei, die Platten oder Halbzeuge aus GFK-Verbundmaterial vor oder nach dem Herstellen des Aufbaus zu lackieren, wie dies von Kraftfahrzeugaufbauten aus Blech bekannt ist. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bereits bei geringen mechanischen Beschädigungen die Farbe beschädigt wird, was zu einem unschönen Aussehen führt. Für eine großflächige Einfärbung der GFK-Verbundmaterialien hat man daher das Kunstharz vor dem Tränken der Lagen eingefärbt. Dies ergibt eine sehr gleichmäßige und dauerhafte Färbung der GFK-Platten oder Halbzeuge. Diese Vorgehensweise ist dann wirtschaftlich, wenn eine größere Menge von GFK-Materialien in der gleichen Farbe hergestellt wird. Größere Serien, für die eine entsprechende Menge an GFK-Verbundmaterialien der gleichen Farbe notwendig sind, sind jedoch selten. In den meisten Fällen wird nur eine kleinere Anzahl von Lkw-Aufbauten mit der gleichen Farbe gewünscht. Entsprechendes gilt für andere Anwendungszwecke der GFK-Materialien. Bei kleineren einzufärbenden Mengen wird jedoch der zum Umrüsten von einer Farbe auf eine andere Farbe notwendige Zeitanteil der Fertigung unverhältnismäßig groß. Zum Umrüsten ist nämlich die Reinigung der Herstellungsanlage erforderlich, wobei diese Reinigung sehr sorgfältig erfolgen muß, weil bereits kleine Restmengen einer Farbe das Erscheinungsbild einer anderen Farbe nachhaltig stören können. In den Zeiten, in denen gereinigt wird, steht die Anlage nicht für die Herstellung der GFK-Verbundmaterialien zur Verfügung. Dies verteuert die Produktion derartiger gefärbter GFK-Verbundmaterialien ganz erheblich. Darüber hinaus ist es in vielen Fällen relativ schwierig, die benötigte Menge von Kunstharz im vorhinein abzuschätzen. Aus diesem Grunde färbt man in der Regel eine etwas größere Menge von Kunstharz ein, als später erforderlich ist. Würde man zu wenig Kunstharz einfärben, könnten Schwierigkeiten auftreten, wenn man den gleichen Farbton erneut treffen möchte. Das übrig gebliebene, eingefärbte Kunstharz läßt sich praktisch nicht für einen späteren Produktionslauf aufheben. Es muß daher entsorgt werden, wobei das Kunstharz aufgrund strenger werdender Entsorgungsvorschriften zunehmend in den Bereich des Sondermülls fällt.

DE 91 12 995 U1 zeigt eine Textilbahn mit Farbstoffmustern, wobei die Textilbahn aus einem flexiblen Substrat besteht, das mindestens teilweise aus Glasfasern gebildet ist. Da Glasfasergewebe von sich aus keine Saugfähigkeit besitzen, führt das Aufdrucken farbiger Motive durch Siebdruck nicht zu Motiven mit wiederhol barer Farbsättigung und hohem Auflösungsvermögen. Aus diesem Grunde wird bei der bekannten Textilbahn das Glasfasergewebe mindestens stellenweise mit einem flexiblen Haftbelag versehen, auf den mindestens ein Farbbelag aufgetragen ist.

DE-AS 10 77 426 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Schichtkörpern mit lagenweisem Aufbau aus Epoxy- und Polyesterharz gebundenen Fasermateriallagen. Hierbei wird eine Lage des Fasermaterials mit Polyesterharz gebunden, welches Styrol oder ein anderes Vernetzungsmittel enthält. Diese Lage wird vorzugsweise im Innern des Schichtkörpers angewendet, d.h. an einer Position, die nicht mit der Umgebung in Berührung kommt. Eine andere Schicht, die außen liegt, wird mit Epoxyharz gebunden. Damit beim Zusammentreffen dieser beiden verschiedenen Harze nicht ein schlagartiges Aushärten des einen Harzes erfolgt, werden für die Harze verschiedene Zusatzstoffe verwendet oder man nimmt das Zusammenfügen zu einem Zeitpunkt vor, an dem das Epoxyharz zwar angeliert, aber noch klebrig ist.

GB 1 341 438 zeigt einen Schichtwerkstoff, der in einer Stanze oder Presse zu Formteilen verarbeitet werden kann. Dieser Schichtwerkstoff besteht aus einer Mittelschicht, die durch eine grobe Glasfasermatte gebildet ist, einer sogenannten Roving-Lage, und einer Decklage aus einem feinen Glasfasermaterial. Beide Lagen werden mit Kunstharz zusammengehalten. Nach dem Fertigstellen können die Teile gefärbt werden, wodurch sich die Oberflächengüte weiter verbessern soll.

DE 689 05 256 T2 beschreibt chemisch behandelte Körper, Füllstoffe und Verstärkungen für eine Polymermatrix. Glasfasern oder glasähnliche Erzeugnisse werden bereits bei ihrer Herstellung mit einer "Beschichtung" versehen. Diese Beschichtung bleibt nach einer Trocknung als dünner Film auf der Oberfläche zurück. Diese Fasern, die dann als Endlosfasern oder als Stapelfasern ausgebildet sein können, können zu einer Matte geformt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Farbgestaltung von GFK-Verbundmaterialien zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines GFK-Verbundmaterials der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch hergestellt ist, daß das Trägermaterial aus Glasfasern mindestens einseitig mit Farbstoff versehen wurde und die Roving-Lage und das mit Farbstoff versehene Trägermaterial gemeinsam mit Kunstharz getränkt wurden, das farblos und durchsichtig ist.

Ein derartiges Verbundmaterial läßt sich mit der gewünschten Farbgestaltung leicht und kostengünstig auch in kleineren Mengen herstellen, wobei sowohl das Problem der Entsorgung von überschüssigen Kunstharz-Resten als auch das Problem der Umrüstung und der damit verbundenen Kosten ganz wesentlich reduziert worden ist. Mit einer derartigen Decklage läßt sich das GFK-Verbundmaterial auf herkömmliche Art herstellen, wobei ein unbehandeltes, also farbloses Kunstharz verwendet wird. Da die Farbe nicht mehr von dem Kunstharz bestimmt wird, kann das Kunstharz aus der gleichen Quelle auch für aufeinander folgende Produktionen von GFK-Verbundmaterialien mit unterschiedlichen Farbgebungen verwendet werden. Die Gefahr, daß Kunstharz übrig bleibt und entsorgt werden muß, wird dadurch drastisch verringert, was wiederum Entsorgungskosten spart. Der größere Vorteil ist aber darin zu sehen, daß für die Umrüstung von einer Farbe auf eine andere Farbe oder Farbgestaltung nur noch sehr geringe Rüstzeiten vorzusehen sind. Der Schritt der Reinigung der Produktionsanlage, um Farbreste zu entfernen, entfällt praktisch vollständig. Für den Farbwechsel ist es lediglich erforderlich, eine andere Decklage bereitzustellen und zur Produktion in die Produktionsanlage einzuführen. Die Decklage wird in den meisten Fällen auf einer Rolle zur Verfügung gestellt. Es ist also nicht mehr Aufwand zu treiben, als bei einem normalen Rollenwechsel auch. Dadurch lassen sich auch relativ kleine Losgrößen mit der gewünschten Farbe herstellen. Man kann die für die gewünschte Losgröße benötigte Decklagenmenge im voraus produzieren und entsprechend bereitstellen. Das Trägermaterial aus Glasfasern muß von der Farbe nicht durchdrungen sein. Es reicht aus, wenn sich der Farbstoff nur auf der Oberseite des Trägermaterials aus Glasfasern anlagert.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Trägermaterial aus Glasfasern bedruckt wurde. Drucken ist eine relativ einfache Möglichkeit, um den Farbstoff auf das Trägermaterial aus Glasfasern aufzutragen. Darüber hinaus eröffnet sich aber durch das Drucken die Möglichkeit, auch eine mehrfarbige Gestaltung der Decklage vorzunehmen, wobei sogar unterschiedliche Muster oder Dekore erzeugt werden können. Durch diese Möglichkeit wird die Freiheit beim Gestalten der Ansichten der Oberfläche des GFK-Verbundmaterials stark erweitert.

Hierbei hat sich bewährt, daß man ein Trägermaterial verwendet, das nur in gespanntem Zustand das gewünschte Druckbild zeigt. Das Trägermaterial aus Glasfasern wird also sowohl beim Bedrucken als auch bei der Herstellung des GFK-Verbundmaterials unter einer gewissen Zugspannung gehalten. Auf diese Weise ist es möglich, die gewünschten Druckbilder annähernd verzerrungsfrei auf dem fertigen GFK-Verbundmaterial zu erhalten.

Alternativ dazu kann das Trägermaterial auch beschichtet oder getränkt worden sein. Das Beschichten kann beispielsweise mit einer Pulver- oder Sprühbeschichtung erfolgen. Das Tränken kann durch Tauchen vorgenommen werden. Bei beiden Vorgängen reicht es aus, die gewünschte Einfärbung zu erzielen.

Vorteilhafterweise verwendet man ein Trägermaterial mit einem Flächengewicht von weniger als 40 g/m². Als Faustregel kann man annehmen, daß man eine Menge Kunstharz verbraucht, die dem Doppelten des Gewichts des Glasfasermaterials entspricht. Wenn man nun die Decklage möglichst dünn hält, braucht man entsprechend weniger Kunstharz. Die Decklage hat nur eine untergeordnete Bedeutung bei der Herstellung der mechanischen Stabilität. Sie dient im vorliegenden Fall hauptsächlich als Trägerbahn für ein Dekor, das ein- oder mehrfarbig ausgeführt sein kann.

Vorzugsweise verwendet man als Farbstoff einen Pigmentfarbstoff mit einem Bindemittel, das in Kunstharz oder dessen Lösungsmitteln, insbesondere in Styrol, unlöslich ist. Beim Tränken der Decklage besteht also nicht die Gefahr, daß der Farbstoff ausgewaschen wird. Dies würde zu einer Verschmutzung der Produktionsanlage führen, die vermieden werden soll. Darüber hinaus bleiben insbesondere bei Dekor-Mustern die Strukturen erhalten und verschwimmen nicht beim Tränken der Decklage mit Kunstharz.

Auch ist bevorzugt, daß das Trägermaterial aus Glasfasern offenporig ausgebildet ist. Dies erleichtert das Tränken mit Kunstharz, d.h. das Harz wird vom Trägermaterial aus Glasfasern schnell aufgenommen. Die Gefahr, daß sich Lufteinschlüsse ergeben, ist gering. Hierdurch kann man einerseits die Produktionsgeschwindigkeit steigern. Zum anderen ergeben sich keine Störungen im Erscheinungsbild, so daß die gewünschte Farbe, insbesondere bei der Verwendung von Mustern oder anderen Dekoren, so zum Tragen kommt, wie dies vom Gestalter beabsichtigt ist.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Farbstoff thixotrop ist. Der Farbstoff ist also flüssig oder befindet sich in einem flüssigen Träger, wobei der flüssige Aggregatzustand nur so lange aufrecht erhalten bleibt, wie die Flüssigkeit bzw. der Träger bewegt werden. Dies ist während des Auftragens der Fall, beispielsweise während des Bedruckens. Sobald aber der Farbstoff bzw. sein Träger auf das Trägermaterial aus Glasfasern aufgetragen worden sind, hört die Bewegung auf und der Träger wird fest. Hierdurch kann man verhindern, daß der Farbstoff zu weit in das Trägermaterial aus Glasfasern eindringt. Dies spart Farbe und er leichtert die weitere Handhabung des Trägermaterials aus Glasfasern. Insbesondere kann man auch bei sehr offenporigem Trägermaterial aus Glasfasern eine relativ gute Auflösung des Druckbildes erzielen.

Auch ist von Vorteil, wenn das Trägermaterial aus Glasfasern bedruckt wurde, während es unter einer Zugspannung gehalten wird. Damit ist es möglich, ein GFK-Verbundmaterial mit einer Farbgestaltung, insbesondere einem Muster oder einem Dekor, zu versehen, die relativ genau der gewünschten Vorgabe entspricht. Hierbei muß allerdings das die Decklage bildende Trägermaterial aus Glasfasern auch beim Herstellen des GFK-Verbundmaterials unter einer entsprechenden Zugspannung gehalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur: einen Querschnitt durch ein GFK-Verbundmaterial.
Ein GFK-Verbundmaterial 1 besteht aus mindestens zwei Lagen, die jeweils aus Glasfaser-Flächenmaterial gebildet sind. Im einzelnen ist dies eine Roving-Lage 2, die später einen Hauptteil einer auf das GFK-Verbundmaterial wirkenden mechanischen Last aufnehmen wird, und einer Decklage 3, die auch als Trägermaterial bezeichnet wird und aus einem Glasfaservlies gebildet ist. Beide Lagen 2, 3 werden aneinandergelegt und dann gemeinsam mit einem Kunstharz getränkt. Sowohl die Roving-Lage 2 als auch das Glasfaservlies der Decklage 3 können hierbei von Vorratsrollen abgewickelt werden, so daß die Herstellung quasi endlos erfolgt. Nach dem Aushärten des Kunstharzes können Platten der gewünschten Größe abgeschnitten werden. Es ist aber in beschränktem Umfang auch möglich, andere Halbzeuge zu erzeugen, beispielsweise können die beiden aneinanderliegenden Lagen 2, 3 in mit Kunstharz getränktem Zustand gebogen oder abgekantet werden, solange das Kunstharz noch nicht ausgehärtet ist.
Die Decklage 3 ist an ihrer Außenseite mit einem Farbstoff 4 versehen. Der Farbstoff 4 ist tixotrop. Es handelt sich um einen Pigmentfarbstoff, der mit einem Bindemittel ausgebildet ist, das in Kunstharz oder dessen Lösungsmitteln unlöslich ist. Insbesondere ist das Bindemittel in Styrol unlöslich.
Die Decklage 3 besteht aus einem Glasfaservlies mit einem Flächengewicht von weniger als 40 g/m², das recht offenporig ausgebildet ist. Zur Herstellung des Glasfaservlieses werden beispielsweise Fasern mit einem Durchmesser im Bereich von 8 bis 10 μm verwendet.
Der Farbstoff 4 kann auf die Decklage 3 aufgedruckt werden. Beim Drucken sollte das Glasfaservlies unter einer gewissen Zugspannung stehen. Die gleiche Zugspannung wird dann beim Aneinanderlegen von Decklage 3 und Roving-Lage 2 auf die Decklage 3 aufgebracht, so daß ein aufgedrucktes Muster wieder paßgenau zur Verfügung steht.
Alternativ dazu kann das Glasfaservlies auch auf andere Art beschichtet oder durch Eintauchen in eine Farbe getränkt werden.
Das zum Tränken des GFK-Verbundmaterials 1 verwendete Kunstharz muß nicht weiter behandelt werden. Insbesondere müssen keine Farbstoffe zugesetzt werden, um dem GFK-Verbundmaterial 1 die gewünschte Farbe zu vermitteln. Das Kunstharz bleibt also farblos und durchsichtig. Die gewünschte Farbgebung erfolgt ausschließlich über die Oberflächengestaltung der Decklage 3.
Durch die Tixotropie des Farbstoffes kann man einerseits ein offenporiges Glasfaservlies als Decklage 3 verwenden, andererseits gestattet der hochtixotrope Farbstoff eine sparsame Verwendung. Er wird fest, sobald er nicht mehr bewegt wird. Dies ist dann der Fall, wenn er auf der Decklage 3 ankommt. Die Offenporigkeit der Decklage 3 erleichtert ihrerseits die Tränkung mit Kunstharz, so daß die Herstellung mit relativ großer Geschwindigkeit erfolgen kann. Dadurch, daß die Farbe im Kunstharz unlöslich ist, bleibt das Druckbild auch im fertigen GFK-Verbundmaterial erhalten.

Claims

GFK-Verbundmaterial aus mindestens zwei Lagen, die aus Glasfaserflächenmaterial bestehen, von denen eine als Roving-Lage und eine andere als Decklage aus einem Trägermaterial aus Glasfasern ausgebildet ist, wobei die Glasfaserflächenmaterialien mit Kunstharz getränkt sind, dadurch hergestellt, daß das Trägermaterial aus Glasfasern (3) mindestens einseitig mit Farbstoff (4) versehen wurde und die Roving-Lage (2) und das mit Farbstoff (4) versehene Trägermaterial gemeinsam mit Kunstharz getränkt wurden, das farblos und durchsichtig ist.
GFK-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch hergestellt, daß das Trägermaterial bedruckt wurde.
GFK-Verbundmaterial nach Anspruch 2, dadurch hergestellt, daß man ein Trägermaterial verwendet, das nur in gespanntem Zustand das gewünschte Druckbild zeigt.
GFK-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch hergestellt, daß das Trägermaterial beschichtet oder getränkt wurde.
GFK-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch hergestellt, daß man ein Trägermaterial mit einem Flächengewicht von weniger als 40 g/m² verwendet.
GFK-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch hergestellt, daß man als Farbstoff (4) einen Pigmentfarbstoff mit einem Bindemittel, das in Kunstharz oder dessen Lösungsmitteln, insbesondere in Styrol, unlöslich ist, verwendet.
GFK-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial aus Glasfasern (3) offenporig ausgebildet ist.
GFK-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff (4) thixotrop ist.
GFK-Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch hergestellt, daß das Trägermaterial aus Glasfasern (3) bedruckt wurde, während es unter einer Zugspannung gehalten wurde.