DE202014102765U1

DE202014102765U1 - Mehrschichtiger Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften

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Publication number: DE202014102765U1
Application number: DE201420102765
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-06-24
Anticipated expiration: 2024-06-17

Abstract

Mehrschichtiger Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, bei dem die äußere Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei Hohlformen (1) laminierte faserverstärkte Kunststoffschalen (2), von denen eine oder beide mit mindestens einer Schicht aus aufgeschäumtem Kunststoff (3) beschichtet sind, partiell oder vollständig so miteinander verklebt sind, dass die Ränder der faserverstärkten Kunststoffschalen so aneinanderstoßen, dass beide Kunststoffschalen (1) eine geschlossene Oberfläche bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. 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.
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.
Die in der DE 000003888427 T2 beschriebene Erfindung stellt sich unter Anderem die Aufgabe einen grundierungsfreien Klebstoff bereitzustellen, der die hohe Bindungsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen behält. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung einen grundierungsfreien Klebstoff bereitzustellen, der bei erhöhten Temperaturen stärker als im Handel erhältliche eine Grundierung erfordernde Klebstoffe ist. Dazu wird ein grundierungsfreier Polyurethankonstruktionsklebstoff für glasfaserverstärkten Polyester, Faser-Matrix-Halbzeuge und andere verstärkte Plastiksubstrate vorgeschlagen, wobei der grundierungsfreie Klebstoff zwei Teile umfasst: Einen ersten Teil, der ein Gemisch aus einem Präpolymerbestandteil und einem Polyisocyanat ist, das aliphatische Kohlenstoffatome in α-Stellung zu den Isocyanatgruppen aufweist, und einen zweiten Teil, der ein Härter ist. Das Präpolymer ist das Umsetzungsprodukt eines Diols und eines aromatischen Polyisocyanats, wobei das Präpolymerprodukt 3 bis 15 Prozent freie Isocyanatgruppen aufweist. Der Härterteil umfasst ein polyfunktionelles Polyetherpolyol, ein Diamin und gegebenenfalls einen Katalysator. Hiermit lassen sich Formteile aus Polyurethan mit solchen aus glasfaserverstärkten Polyester, die in getrennten Verfahrensschritten erzeugt wurden fest und dauerhaft verbinden. In der DE 10 2011 054 969 B4 wird deshalb ein dreidimensional geformter Schichtkörper vorgeschlagen, der mindestens aus einer ersten Schicht aus einem Polyurethanformteil und einer zweiten Schicht aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Beide Schichten sind 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.
Ein derartiges Bauteil hat immer eine ansehnliche Außenseite und eine weniger attraktive Innenseite, da nur die Außenseite eine Abformung der Struktur der Form und somit ideal glatt ist. Es kann dadurch nur als Verleidungsteil eingesetzt werden. Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung einen mehrschichtigen Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzuschlagen, der die hohe Formstabilität faserverstärkter Kunststoffe mit der Schlagunempfindlichkeit eines Polyurethanformkörpers vereint.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein solcher Schichtkörper entsprechend den Schritten des Patentanspruchs erzeugt wird.
Ein erfindungsgemäßer mehrschichtiger Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, bei dem die äußere Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht aus zwei in Hohlformen (1) laminierten faserverstärkte Kunststoffschalen (2), von denen mindestens eine in der Regel jedoch beide mit einer Schicht aus aufgeschäumtem Kunststoff (3) beschichtet sind. Diese sind partiell oder vollständig so miteinander verklebt sind, dass die Ränder der faserverstärkten Kunststoffschalen so aneinanderstoßen, dass beide Kunststoffschalen (1) eine geschlossene Oberfläche bilden.
Dabei bestehen die faserverstärkten Kunststoffschalen (2) aus einer Matrix von Epoxidharz, ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenol-Formaldehydharz, Diallylphthalatharz, Methacrylatharz, Polyurethan oder einem Aminoharz und die durch eingelagerte Basalt-, Bor-, Glas-, Keramik-, Kieselsäure-, Stahl-, Aramid-, Kohlenstoff-, Polyester-, Nylon-, Polyethylen- oder Plexiglasfasern verstärkt ist.
Zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften können die faserverstärkten Kunststoffschalen (2) auf ihrer Außenseite mit einer Oberflächenveredelungsschicht, insbesondere einer Gelcoatschicht versehen werden.
Hierbei ist mindestens eine der faserverstärkten Kunststoffschalen (2) auf ihrer Innenseite mit einer aufgespritzten PUR-Schaumstoffschicht (3) verstärkt.
Dadurch, dass die aufgespritzten PUR-Schaumstoffschichten (3) partiell oder vollflächig miteinander verklebt sind, entsteht ein Formkörper, der rundum mit einer schlagfesten Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff ummantelt ist. Durch die Füllung mit dem Schaumstoff wird die Hüllschicht so stabilisiert, dass diese relativ dünn ausgeführt werden kann.
Zusätzlich können zwischen den beiden aufgespritzten PUR-Schaumstoffschichten (4) Armierungen oder notwendige Bauelemente eingebunden sein, die die Steifigkeit des Formkörpers weiter erhöhen. Ein erfindungsgemäßer mehrschichtigen Formkörpers wird hergestellt, indem in zwei Negativformen (1) mit korrespondierender Randkontur eine Schicht eines faserverstärkten Kunstharzes mit einem Faseranteil von 25 bis 40% nach bekannten Laminierverfahren aufgebracht wird. Zur besseren Verbindung mit dem anschließend aufgespritzten PUR-Schaum wird vor dem vollständigen Aushärten des Kunstharzes ein Film aus einer Lösung von prepolymerem Isocyanat in Lösungsmittel mit einem lsocyanatanteil von 10 bis 50% auf die der Form abgewandten Seite der entstandenen faserverstärkten Kunstharzschicht (2) aufgebracht. Anschließend wird eine Schicht eines hochreaktiven strukturellen Gemisches aus aromatischem oder aliphatischem Isocyanat und einem Polyolgemisch so eingespritzt, dass dieses nach dem Ausschäumen eine Schicht ausbildet. Die so hergestellten Teil-Formkörper werden durch Verklebung der Polyurethanschichten miteinander verbunden. Sinnvollerweise werden die Nahtstellen der äußeren Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff zum Schluss mit herkömmlichen Methoden, beispielsweise durch Laminieren, Schleifen und Lackieren, versäubert.
Das Verkleben kann dabei so erfolgen, dass die beiden Negativformen aufeinandergelegt werden und der zwischen beiden Polyurethanschichten (3) vorhandene Hohlraum mit weiterem Polyurethanschaum teilweise oder vollständig ausgeschäumt wird und der komplette Formkörper anschließend entformt wird.
Es ist aber ebenso möglich zum Verkleben die beiden schalenförmigen Körper (2) der Negativform zu entnehmen. Anschließend werden sie dann aufeinandergepasst und der zwischen beiden Polyurethanschichten (3) vorhandene Hohlraum wird mit weiterem Polyurethanschaum teilweise oder vollständig ausgeschäumt.
Bei größeren Formkörpern beispielsweise Booten kann es sinnvoll sein, vor dem Verkleben in den Hohlraum zwischen beiden schalenförmigen Körpern (2, 3) zusätzliche Verstärkungsteile (4), Armierungen oder dergleichen eingelegt werden.
Mit der vorgeschlagenen Technologie besteht die Möglichkeit sehr formstabile Körper in fast jeder Größe mit relativ geringem Aufwand herzustellen. Die äußere Hülle aus einem faserverstärktem Kunststoff macht den Körper sehr widerstandsfähig gegen äußere Einflüsse. Dabei kann diese Schicht sehr dünn gehalten werden, wodurch sich auch teure Fasern wie Kohlenstoff oder Aramid relativ kostengünstig einsetzen lassen. Die innere Schaumstoffschicht trägt dabei zur Steifigkeit des Gesamtkörpers bei und bietet gleichzeitig eine hervorragende Wärmeisolierung. Dadurch ist das Verfahren hervorragend für den Bau auch größerer Objekte, wie beispielsweise Bootskörper, geeignet.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnung 1 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
1 einen Längsschnitt durch die Formen eines Ruderbootes mit aufgebrachten Kunststoffschichten.
Zur Fertigung eines erfindungsgemäßen Ruderboots, werden in zwei Negativformen (1) mit korrespondierender Randkontur eine Schicht eines faserverstärkten Kunstharzes mit einem Faseranteil von 25 bis 40% nach bekannten Laminierverfahren aufgebracht. Dabei entspricht die eine Form dem äußeren Bootskörper und die zweite ist die Negativabformung des Bootsinneren mit einer Sitzbank.
Zur besseren Verbindung mit dem anschließend aufgespritzten PUR-Schaum wird vor dem vollständigen Aushärten des Kunstharzes ein Film aus einer Lösung von prepolymerem Isocyanat in Lösungsmittel mit einem lsocyanatanteil von 10 bis 50% auf die der Form abgewandten Seite der entstandenen faserverstärkten Kunstharzschicht (2) aufgebracht. Anschließend wird eine Schicht eines hochreaktiven strukturellen Gemisches aus aromatischem oder aliphatischem Isocyanat und einem Polyolgemisch so eingespritzt, dass dieses nach dem Ausschäumen eine Schicht ausbildet. Die so hergestellten Teil-Formkörper werden, nachdem der Bootsinnenkörper in den äußeren Bootskörper eingesetzt ist, durch Verklebung der Polyurethanschichten miteinander verbunden. Anschließend werden die Nahtstellen der äußeren Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff zum durch Laminieren, Schleifen und Lackieren, versäubert.
Zur Verbesserung der Stabilität wurde vor dem Verkleben in den Hohlraum zwischen beiden schalenförmigen Körpern (2, 3) zusätzliche Armierungen (4) eingelegt.
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 000003888427 T2 [0003]
DE 102011054969 B4 [0003]

Claims

Mehrschichtiger Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, bei dem die äußere Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei Hohlformen (1) laminierte faserverstärkte Kunststoffschalen (2), von denen eine oder beide mit mindestens einer Schicht aus aufgeschäumtem Kunststoff (3) beschichtet sind, partiell oder vollständig so miteinander verklebt sind, dass die Ränder der faserverstärkten Kunststoffschalen so aneinanderstoßen, dass beide Kunststoffschalen (1) eine geschlossene Oberfläche bilden.
Mehrschichtiger Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkten Kunststoffschalen (2) aus einer Matrix von Epoxidharz, ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenol-Formaldehydharz, Diallylphthalatharz, Methacrylatharz, Polyurethan oder einem Aminoharz bestehen und die durch eingelagerte Basalt-, Bor-, Glas-, Keramik-, Kieselsäure-, Stahl-, Aramid-, Kohlenstoff-, Polyester-, Nylon-, Polyethylen- oder Plexiglasfasern verstärkt ist.
Mehrschichtiger Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der faserverstärkten Kunststoffschalen (2) auf ihrer Außenseite mit einer Oberflächenveredelungsschicht, insbesondere einer Gelcoatschicht umschlossen ist.
Mehrschichtiger Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der faserverstärkten Kunststoffschalen (2) auf ihrer Innenseite mit einer aufgespritzten PUR-Schaumstoffschicht (3) verstärkt ist.
Mehrschichtiger Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgespritzten PUR-Schaumstoffschichten (3) partiell oder vollflächig miteinander verklebt sind.
Mehrschichtiger Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden aufgespritzten PUR-Schaumstoffschichten (4) zusätzliche Armierungen oder notwendige Bauelemente eingebunden sind.