DE202011051624U1 - Dreidimensional geformter Schichtkörper mit mindestens je einer aus PU-Harz und aus glasfaserverstärktem Kunststoff ausgebildeten Schicht - Google Patents

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Abstract

Dreidimensional geformter Schichtkörper mit mindestens je einer aus einem Polyurethanformteil bestehenden ersten Schicht und einer aus glasfaserverstärktem Kunststoff ausgebildeten zweiten Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schichten durch eine Zwischenschicht verbunden sind, die aus einem Monomeren gebildet wird, das reaktive Gruppen enthält, die zum einen mit den ungebundenen Endgruppen der PU-Harze und zum anderen mit den Monomeren der glasfaserverstärkten zweiten Kunstharzschicht reagieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen dreidimensional geformten Schichtkörper gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Dreidimensionale Bauteile aus glaserverstärktem Kunststoff sind seit langem gängiger Stand der Technik. Sie bestehen zumeist aus einem Flächengebilde aus Verstärkungsfasern, das mit dem Kunstharz getränkt und vielfach in einer Form ausgehärtet wurde. Als Verstärkungsfasern werden neben Glasfaser auch pflanzliche oder Kohlenstofffasern und als Kunstharze Polyester-, Vinylester-, Epoxid-, oder Acrylharze verwendet.
  • Die Oberflächen solcher Verbundwerkstoffe sind oft wenig ansehnlich und außerdem nicht licht- und witterungsbeständig. Sie müssen deshalb mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden. Vor der Oberflächenbeschichtung von Epoxidharz/Vinylesterharz-Verbundwerkstoffen muss geschliffen und gespachtelt werden, da es bei der direkten Oberflächenbeschichtung des Verbundwerkstoffs zur Aufrichtung von Fasern kommt. Eine Alternative dazu ist der Einsatz eines Gelcoats, wie es beispielsweise in der DE 103 44 379 B4 vorgeschlagen wurde. Ein Gelcoat ist eine Kunstharzformulierung vor dem eigentlichen Laminataufbau und gleichzeitig auch eine ansehnliche und gegebenenfalls licht- und witterungsbeständige Oberfläche.
  • Die DE 103 44 379 B4 schlägt hierfür die Verwendung einer Zweikomponenten-Zusammensetzung vor, die zum einen eine Polyolkomponente, aus niedrigmolekularen Polyolen, höhermolekularen Polyolen, lichtbeständigen aromatischen Aminen und zum anderen eine Polyisocyanatkomponente aus ein oder mehreren Polyisocyanaten enthält.
  • Diese Zweikomponenten-Zusammensetzung soll zur Herstellung von flexiblen Polyurethan-Gelcoats für Kunstharz-Verbundwerkstoffe verwendet werden, wobei das Kunstharz Epoxidharz und/oder Vinylesterharz sein kann. Wichtig ist hierbei, dass das Kunstharz beim Aufbringen der Gelcoatschicht nicht oder nicht vollständig ausgehärtet ist.
  • Bei dieser Lösung dient die aufgebrachte Gelcoatschicht nur der optischen Verbesserung der Oberfläche. Die mechanischen Eigenschaften werden ausschließlich durch den faserverstärkten Kunststoff bestimmt. Diese faserverstärkten Kunststoffe zeichnen sich durch hohe mechanische und thermische Stabilität aus, sind jedoch andererseits relativ spröde und damit schlag- und stoßempfindlich. Die aufgetragene Gelcoatschicht führt nicht dazu, dass diese Sprödigkeit abgebaut wird. Im Gegensatz hierzu weisen Polyurethanformteile eine hohe Schlagzähigkeit auf. Nachteilig für Polyurethanformteile ist deren sehr niedrige Stabilität und schlechtes Schrumpfverhalten. Auch wenn weitere Polyurethanschichten zur Stabilisierung aufgetragen werden, bleiben das ungünstige Schrumpfverhalten und die schlechte Stabilität des gesamten Aufbaus erhalten. Eine Verstärkung von Polyurethanformkörpern durch Einarbeitung von Fasermaterialien ist derzeit technologisch nicht realisierbar, da mit den bisher bekannten Verfahren maximal 10% Kurzfasern eingearbeitet werden können. Das Auftragen stärkerer Schichten von Polyurethan auf faserverstärkte Kunststoffe, zur Kombination der guten Eigenschaften beider Kunststoffe, scheiterte bisher an dem schlechten Verbund der Polyurethanschicht mit den faserverstärkten Kunststoffen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen dreidimensional geformten Schichtkörper vorzuschlagen, der die hohe Formstabilität faserverstärkter Kunststoffe mit der Schlagunempfindlichkeit eines Polyurethanformkörpers vereint.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Schichtkörper gelöst, der entsprechend den Merkmalen des Hauptanspruchs aufgebaut ist und entsprechend den Schritten des Verfahrensanspruchs erzeugt wird.
  • Die in den Unteransprüchen beschriebenen Merkmale geben verschiedene Ausführungsmerkmale des erfindungsgemäßen Schichtkörpers wieder.
  • Ein erfindungsgemäßer dreidimensional geformter Schichtkörper besteht mindestens aus einer ersten Schicht aus einem Polyurethanformteil und einer zweiten Schicht aus faserverstärktem Kunststoff. Beide Schichten sind erfindungsgemäß durch eine Zwischenschicht verbunden, die aus einem Monomeren gebildet wird, das reaktive Gruppen enthält, die zum einen mit den ungebundenen Endgruppen der PU-Harze und zum anderen mit den Monomeren der glasfaserverstärkten zweiten Kunstharzschicht reagieren.
  • Dabei besteht das Polyurethanformteil aus einem hochreaktiven Polyurethansystem, das in eine Negativform, insbesondere eine Kunststoffnegativform gespritzt wurde. Durch die Verwendung hochreaktiver Polyurethansysteme ist es möglich, Schichtdicken von mindestens 0,3 mm bis zu mehreren Zentimetern in die Form zu spritzen.
  • Das hochreaktive Polyurethansystem besteht hierbei vorzugsweise aus aromatischen oder aliphatischen Isocyanaten und einer Polyolformulierung. Nach dem Mischen der Komponenten kann das System innerhalb weniger Sekunden soweit auspolymerisieren, dass eine gute Standfestigkeit innerhalb der Form erreicht wird.
  • Auf das Polyurethanformteil wird vor deren vollständiger Aushärtung eine Kupplungsschicht, vorzugsweise aus Covernetzern, wie verflüssigtem prepolymeren Isocyanat aufgetragen. Diese Isocyanate docken an noch ungebundene OH-Gruppen in der Polyurethanoberfläche an und stellen mit ihren freien NH2-Gruppen die Verbindung zur zweiten Schicht aus faserverstärktem Kunststoff her. Hierzu werden vorzugsweise Glasfasern, die sowohl als Flächen in Form von Gewebematten oder Vlies als auch als geschnittene Faser vorliegen können, durch ein Kunstharz gebunden und auf die Polyurethanoberfläche aufgebracht. Als Kunstharz wird vorzugsweise Polyesterharz verwendet. Ebenso sind aber auch Vinylester-, Epoxid- oder Acrylharze einsetzbar.
  • Die Herstellung eines dreidimensional geformten Schichtkörpers geht erfindungsgemäß so vor sich, dass in eine Negativform eine Schicht eines hochreaktiven strukturellen Gemisches aus aromatischen oder aliphatischen Isocyanaten und einem Polyol eingespritzt wird. Nachdem die Polymerisation zu 80 bis 99% abgelaufen ist, wird ein Film aus prepolymerem Isocyanat auf die der Form abgewandten Seite des entstandenen Polyurethanformkörpers aufgebracht. Auf diesen Film wird eine Schicht eines faserverstärkten Kunstharzes mit einem Faseranteil von 25 bis 40% nach bekannten Laminierverfahren aufgebracht.
  • Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnung 1 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
  • 1 ein seitlich aufgeschnittenes Karosserieteil mit Lüftungsschlitzen.
  • Das Formteil zeigt auf der rechten Seite den Schichtaufbau des Formteiles in einer Schnittdarstellung. Dabei besteht die dem Betrachter zugewandte Seite aus einem nicht expandiertem Polyurethansystem 1, das auf seiner Rückseite mit einer Schicht 3 aus glasfaserverstärktem Polyester kaschiert ist. Die beide Seiten verbindende Schicht 2 ist zur besseren Sichtbarkeit halber verstärkt dargestellt. In der Realität ist diese Schicht als Grenzschicht ausgebildet, in der Isocyanatketten in beide Substanzen so eingebunden sind, dass die Verbindung beider Schichten nicht nur durch Adhäsionskräfte, sondern auch durch molekulare Bindungskräfte entsteht. Ein derartiges Formteil wird hergestellt, indem in einer großflächigen Kunststoffnegativform eine hochreaktive Polyurethan-Polyurea-Mischung eingespritzt wird. Diese Mischung ist so eingestellt, dass sie innerhalb von wenigen Sekunden soweit aushärtet, dass der erzeugte Formkörper weder abtropft noch verläuft. Auf den Polyurethanformkörper, der noch in der Kunststoffnegativform verbleibt, wird anschließend als Kupplungsschicht ein Covernetzer, vorzugsweise ein prepolymeres Isocyanat dünn aufgespritzt. Als nächster Schritt wird das Polyesterharz zusammen mit den geschnittenen Glasfasern aufgespritzt. Das Polyurethanformteil ist in diesem Stadium noch nicht vollständig ausgehärtet. Die dünne Kupplungsschicht zwischen Polyurethan und dem aufgespritzten glasfaserverstärkten Kunststoff kann so seine Wirkung als Vernetzer am besten entfalten. Für die Verbindung an sich ist nicht entscheidend, dass das Polyurethan nicht vollständig ausgehärtet ist. Durch die Kupplungsschicht wird sowohl chemisch, als auch physisch eine wesentlich bessere Haftung beider Materialien erreicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10344379 B4 [0003, 0004]

Claims (6)

  1. Dreidimensional geformter Schichtkörper mit mindestens je einer aus einem Polyurethanformteil bestehenden ersten Schicht und einer aus glasfaserverstärktem Kunststoff ausgebildeten zweiten Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schichten durch eine Zwischenschicht verbunden sind, die aus einem Monomeren gebildet wird, das reaktive Gruppen enthält, die zum einen mit den ungebundenen Endgruppen der PU-Harze und zum anderen mit den Monomeren der glasfaserverstärkten zweiten Kunstharzschicht reagieren.
  2. Dreidimensional geformter Schichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanformteil aus einem hochreaktiven Polyurethansystem besteht, das mit einer Schichtdicke von mindestens 0,3 mm in eine Negativform, insbesondere eine Kunststoffnegativform gespritzt wurde.
  3. Dreidimensional geformter Schichtkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hochreaktive Polyurethansystem aus einem aromatischen oder aliphatischen Isocyanat und einer Polyolformulierung besteht.
  4. Dreidimensional geformter Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsschicht aus prepolymeren Isocyanat gebildet wird.
  5. Dreidimensional geformter Schichtkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das prepolymere Isocyanat in flüssigem Zustand aufgetragen wurde.
  6. Dreidimensional geformter Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aus glasfaserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist, wobei die Glasfasern sowohl als Flächen in Form von Gewebematten oder Vlies als auch als geschnittene Faser vorliegen können, die durch Polyester-, Vinylester-, Epoxid-, oder Acrylharz gebunden sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10344379B4 (de) 2003-09-23 2008-09-11 Mankiewicz Gebr. & Co (Gmbh & Co Kg) Verwendung einer Zweikomponenten-Zusammensetzung zur Herstellung von flexiblen Polyurethan-Gelcoats für Kunstharz-Verbundwerkstoffe, Verfahren zur Herstellung der Verbundwerkstoffe und Verbundwerkstoffe

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Representative=s name: HOLGER HANELT, DE

Representative=s name: HOLGER HANELT, 03055 COTTBUS, DE

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Owner name: DOLIBOG, PETER, DE

Free format text: FORMER OWNER: PETER DOLIBOG,THOMAS SCHAEUFLER, , DE

Effective date: 20120320

Owner name: DOLIBOG, PETER, DE

Free format text: FORMER OWNERS: DOLIBOG, PETER, 15517 FUERSTENWALDE, DE; SCHAEUFLER, THOMAS, 74589 SATTELDORF, DE

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R082 Change of representative

Representative=s name: HANELT, HOLGER, DIPL.-ING., DE

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R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years
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R082 Change of representative

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