DE20120447U1 - Vorverfestigtes textiles Flächengebilde - Google Patents
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Description
BUSE · MENTZEL · LUDEWIG Patentanwälte
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS
Postfach 201462 Kleiner Werth 34 Dipl.-Phys. Mentzel
D-42214 Wuppertal D-42275 Wuppertal Dipl.-Ing. Ludewig
J &ogr; Wuppertal,
Kennwort: „Epoxidharz-Schiebeverfestigung'
C. Cramer, Weberei, Heek-Nienborg, GmbH & Co. KG , Weberstraße 21, 48619 Heek-Nienborg
Vorverfestigtes textiles Flächengebilde
Die vorliegende Erfindung betrifft ein vorverfestigtes textiles Flächengebilde, seine Verwendung zur Herstellung von
Faserverbundwerkstoffen und einen Faserverbundwerkstoff umfassend eine mehrlagige textile Flächengebildeschicht, die mindestens zwei übereinander angeordnete Lagen des vorverfestigten textlien Flächengebildes enthält.
Seit vielen Jahren sind faserverstärkte Kunstharzprodukte bekannt, die in den verschiedensten Industriebereichen verwendet werden. Üblicherweise wird ein solcher Faserverbündwerkstoff gebildet, indem ein Fasergewebe mit einer Harzzusammensetzung imprägniert wird, die ein Gemisch aus beispielsweise einem Epoxidharz, einem Reaktanten (Härtungsmittel) und einem Beschleuniger (Härtungskatalysatoren) umfasst. Diese Harzmatrix wird in flüssiger Form entweder in einem Handlamimerungsverfahren bzw. kontinuierlichen Laminierungsverfahren, zum Herstellen von Prepregs oder in einem Harzinjektionsverfahren (RTM - resin transfer moulding) aufgetragen. Die endgültige Form des Faserverbundwerkstoffes wird durch Aufeinanderlegen mehrerer Lagen dieser imprägnierten Fasergebilde, Pressen und Aushärten erhalten. Bei dem konventionellen RTM-Verfahren
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werden Schichten eines Fasermaterials in eine Form eingelegt. Ein hitzehärtbares Matrixharz in die Form injiziert und das Harz ausgehärtet, um einen fertigen Faserverbundwerkstoff zu liefern. Es ist jedoch schwierig, diese Faserschichten in die Form einzulegen. Bei einem verbessertem RTM-Verfahren werden die Schichten des Fasermaterials mit einem klebrigmachenden Pulver besprüht bzw. das Binderpulver aufgestreut, welches beim Erhitzen auf der Oberfläche der Fasergebilde schmilzt und sich beim Abkühlen verfestigt. Derartig vorverfestigte Faserschichten lassen sich besser in die RTM-Form einlegen und drapieren. Anschließend wird dann das Matrixharz zugesetzt, welches die gleichen chemischen Bestandteile wie das verwendete Binderpulver aufweist, beispielsweise ein Epoxid mit Beschleuniger und Reaktant. Beim entstehenden Faserverbundprodukt ist jedoch das Matrixharz nicht mit der Binderschicht vernetzt, da die Binderschicht bereits ausgehärtet ist, bevor die vorverfestigten Faserlagen in der Form mit der Matrix in Berührung kommen. Dies bedeutet, daß sich im Faserverbundteil jeweils eine Grenzschicht zwischen Faser und Binder, Faser und Matrix, Binder und Matrix ausbilden kann. Die Binderschicht liegt in der Matrix als eigene störende Phase vor. Diese Matrixstörung wirkt sich nachteilig auf die Festigkeit und Stabilität des Faserverbundteils aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorverfestigtes Fasergebilde zur Verfügung zu stellen, wobei die Verfestigung dieses Fasergebildes in einem Faserverbundwerkstoff keine störenden Grenzflächen bildet.
Diese Aufgabe wird mit einem vorverfestigten textlien Flächengebilde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zur Vorverfestigung des textlien Flächengebildes werden ebenfalls klebrigmachende 'Binderpulver auf das textile Flächengebilde aufgestreut bzw. als Binderpulverlösung aufgesprüht, die durch Erhitzen aufschmelzen und beim Abkühlen auf der Oberfläche des textlien Flächengebildes haften. Die Vorverfestigung dieses textlien Flächengebildes besteht jedoch erfindungsgemäß aus einer Binderschicht, die in der Lage ist, sich mit der Matrix zu vernetzen, d.h.
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diese Binderschicht ist nach dem Aufschmelzen und Abkühlen noch nicht ausgehärtet. Sie weist thermoplastische Eigenschaften auf und ist verformbar. Dies hat insbesondere Vorteile für die Weiterverarbeitung des vorverfestigten textlien Flächengebildes, denn solche textlien Flächengebilde sind gut drapierbar bzw. bei anderen Herstellungsverfahren gut handhabbar. Im Gegensatz zu den bekannten Binderpulvern die beispielsweise aus Epoxid, Beschleuniger und Reaktant bestehen, enthält das Binderpulver nach dieser Erfindung ausschließlich ein Epoxid, keinen Beschleuniger oder Reaktanten. Beim Aufschmelzen auf dem textlien Flächengebilde kann das reine Epoxid nicht vernetzen. Dieser Binder weist jedoch die Möglichkeit auf, mit der Epoxidmatrix in der RTM-Form zu einer einheitlichen Phase zu vernetzen, d.h. der Epoxidbinder wird beim Vernetzen Teil der Matrix. Es entstehen keine störenden Grenzflächen durch diese Binderschicht. Die Matrix im ausgehärteten Faserverbundteil bildet eine homogene Phase. Ein solches Faserverbundteil weist vorteilhafterweise hohe Festigkeiten und Stabilitäten auf.
Das reine Epoxidbinderpulver kann als trockenes Pulver auf das textile Flächengebilde aufgestreut werden und in einem Ofen oder über Wärmestrahler zum Aufschmelzen gebracht werden, so daß es eine haftende Oberflächenschicht auf dem textlien Flächengebilde bildet. Es ist jedoch auch möglich, das Epoxidbinderpulver in einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Azeton, gleichmäßig durch Rühren zu verteilen und diese Epoxidbinderlösung auf die Oberfläche des textlien Flächengebildes aufzusprühen. Die Haftung wird ebenfalls durch Erwärmung erzielt, wobei das Lösungsmittel verdampft und die Binderpulverpartikel aufschmelzen und an dem textiles Flächengebilde haften.
Als Binderpulver sind nicht nur Epoxidharzbinderpulver einsetzbar, sondern auch beispielsweise Phenolharzbinderpulver oder
Polyesterbinderpulver. Wesentlich ist nur, daß ein matrixgleicher Binder verwendet wird. Dies bedeutet, daß beim Einsatz einer Phenolharzmatrix bestehend aus Phenolharz, Reaktant und Beschleuniger die
Vorverfestigung des textlien Flächengebildes mit einem Phenolharzbinder erfolgen muß, damit die vernetzte ausgehärtete Matrix eine homoge Phase bildet. Wird dagegen eine Epoxidharzmatrix für das Faserverbundteil vorgesehen, ist zur Vorverfestigung des textlien Flächengebildes ein Epoxidharzbinder zu verwenden.
Das textiles Flächengebilde, beispielsweise ein Fasergewebe oder eine Fasergelegeschicht aus Multifilamentfasern, kann aus verschiedensten Fasern bestehen, beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern, Siliziumkarbid-Fasern und/oder Kohlenstoff-Fasern. Vorzugsweise werden jedoch Kohlenstoffgewebe aus Multifilamenten eingesetzt.
Das erfindungsgemäße vorverfestigte textiles Flächengebilde kann bei den verschiedensten Herstellungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden. Besondere Vorteile zeigen sich bei dem Harzinjektionsverfahren (RTM-Verfahren), da sich dieses vorverfestigte textile Flächengebilde besonders gut in die RTM-Form einlegen und drapieren läßt.
Die Herstellung eines solchen Faserverbundwerkstoffes umfasst folgende Verfahrensschritte. Das Herstellen einer der Form des fertigen Faserverbundteils entsprechenden Faservorform, das Imprägnieren dieses textlien Flächengebildes mit dem nicht vernetzenden Binderpulver, das Verfestigen dieser Faservorform durch Erwärmen, wobei die Binderpartikel aufschmelzen und an der Oberfläche der Fasern haften. Diese vorverfestigte Faservorform wird in einer entsprechenden RTM-Spritzgießform angeordnet und das Matrixharz in dünnflüssigen Zustand eingespritzt. Unter Anwendung von Druck und Temperatur erfolgt in der Form eine Vernetzung des Epoxidharzes. Während dieser Vernetzung unter Einwirkung von Wärme geht das Harz sukzessiv aus dem flüssigen Zustand in den erstarrten und schließlich in den festen Zustand über. Untersucht .man ein solches Faserverbundteil, so ist festzustellen, daß die Epoxidbinderschicht mit der Epoxidharzmatrix vernetzt, zwischen der
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Matrix und dem Binder demzufolge keine Grenzflächen ausgebildet werden und keine Störung der Matrix vorliegt.
Es ist selbstverständlich möglich, in bekannter Weise der Epoxidmatrix Modifizierungsmittel zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zuzusetzen. Dies kann unter anderem eine Verbesserung der Zähigkeit betreffen. Aber auch feuerhemmende Mittel oder Füllstoffe können der Matrix zugesetzt werden. Diese Modifizierungsmittel werden in der Regel in flüssigem Matrixharz homogen dispergiert. Es ist ebenso möglich, diese Modifizierungsmittel dem Binderpulver beizumischen bzw. diese Modifizierungsmittel sowohl dem Binderpulver als auch der flüssigen Matrix zuzusetzen.
Claims (12)
1. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde, insbesondere aus Multifilamentgarnen, dadurch gekennzeichnet, daß ein textiles Flächengebilde mit einem auf der Oberfläche haftenden, thermoplastischen, nicht vernetzten Binder beschichtet ist.
2. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde ein Gewebe ist.
3. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde eine Fasergelegeschicht ist.
4. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die haftende Beschichtung auf der Oberfläche des textilen Flächengebildes durch Aufschmelzen von aufgestreuten Binderpulver bewirkt wird.
5. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder durch Aufsprühen einer Binderlösung, welche in einem Lösungsmittel gleichmäßig dispergierte Pulverpartikel enthält, auf die Oberfläche des textilen Flächengebildes aufgebracht ist.
6. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach den Ansprüchen 1 bis S. dadurch gekennzeichnet, daß das Binderpulver ausschließlich aus einer Harzkomponente besteht, beispielsweise aus Epoxidharz oder Phenolharz oder Polyester.
7. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Binderpulver ausschließlich aus Epoxidharz besteht.
8. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Binderpulver reines Epoxid oder reine Epoxidmischungen sowie weitere Partikel zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Binders umfasst, jedoch keinen Reaktanten enthält.
9. Vorverfestigtes textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde aus Glasfasern, Aramidfasern, Siliziumkarbid-Fasern oder Kohlenstoff-Fasern besteht, vorzugsweise aus Kohlenstoff-Fasern.
10. Verwendung des vorverfestigten textilen Flächengebildes nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere nach dem Harzinjektionsverfahren, wobei mehrere Lagen des vorverfestigten textilen Flächengebildes in einer Form angeordnet werden, flüssige Matrix eingespritzt wird und anschließend eine Vernetzung durch Wärmeeinwirkung erfolgt, wobei der Binder zur Vorfestigung des textilen Flächengebildes matrixgleich ist.
11. Faserverbundwerkstoff umfassend eine mehrlagige textile Flächengebildeschicht, die mindestens zwei übereinander angeordnete Lagen vorverfestigten textilen Flächengebildes gemäß Anspruch 1 aufweist, verbunden mit und enthalten in einer vernetzten Matrix, welche zusammen mit dem Binder des vorverfestigten textilen Flächengebildes vernetzt ist und eine homogene Phase bildet.
12. Faserverbundwerkstoff gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzte Matrix Modifizierungsmittel zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes enthält, wobei diese Modifizierungsmittel vorzugsweise homogen dispergiert in der Matrix vorliegen.
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