DE202015101728U1 - Multilayer molding made of plastics with different properties - Google Patents

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Abstract

Mehrschichtiger Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, bei dem eine tragende Schicht (1) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass • die tragende Schicht (1) aus einer Matrix von Epoxidharz, ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenol-Formaldehydharz, Diallylphthalatharz, Methacrylatharz, Polyurethan oder einem Aminoharz besteht und durch eingelagerte Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkt ist, • die tragende Schicht mit eine gefärbten und geschliffenen Gelcoatschicht (2) überzogen ist, • die Gelcoatschicht (2) mit einer Klarlackschicht (3) abgedeckt ist, • dass unter der tragenden Schicht (1) eine Versteifungsschicht (4) aus einem Kunststoff-Hartschaum, vorzugsweise eine Schicht aus PUR-Hartschaum mit der tragenden Schicht (1) verbunden ist.Multilayer molded article of plastics with different properties, in which a load-bearing layer (1) consists of a fiber-reinforced plastic, characterized in that the supporting layer (1) consists of a matrix of epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol-formaldehyde resin, diallyl phthalate resin, Methacrylate resin, polyurethane or an amino resin and is reinforced by embedded glass or carbon fibers, • the supporting layer is coated with a colored and ground gelcoat layer (2), • the gelcoat layer (2) is covered with a clearcoat layer (3), under the supporting layer (1) a stiffening layer (4) made of a rigid plastic foam, preferably a layer of rigid polyurethane foam with the supporting layer (1) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. The invention relates to a multilayer molding of plastics with different properties according to the preamble of the main claim.

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. Three-dimensional components made of glass-reinforced plastic have long been common prior art. They consist mostly of a fabric of reinforcing fibers, which was impregnated with the resin and cured in many cases in a mold. In addition to glass fiber, vegetable or carbon fibers are used as reinforcing fibers and polyester, vinyl ester, epoxy or acrylic resins are used as synthetic resins.

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. In this solution, the applied gelcoat layer only serves the optical improvement of the surface. The mechanical properties are determined exclusively by the fiber-reinforced plastic. These fiber-reinforced plastics are characterized by high mechanical and thermal stability, but on the other hand are relatively brittle and thus impact and impact sensitive. The applied gelcoat layer does not cause this brittleness is degraded. In contrast, polyurethane moldings have a high impact resistance. A disadvantage of polyurethane moldings is their very low stability and poor shrinkage behavior. Even if further polyurethane layers are applied for stabilization, the unfavorable shrinkage behavior and the poor stability of the entire structure are retained. A reinforcement of polyurethane moldings by incorporation of fiber materials is currently not technologically feasible, since a maximum of 10% short fibers can be incorporated with the previously known methods. The application of stronger layers of polyurethane to fiber reinforced plastics, to combine the good properties of both plastics, failed so far due to the poor bonding of the polyurethane layer with the fiber-reinforced plastics.

Die in der DE 00 0003 888 427 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. The in the DE 00 0003 888 427 T2 The object of the invention described, inter alia, is to provide a primer-free adhesive which retains the high bond strength at elevated temperatures. It is another object of this invention to provide a primerless adhesive that is stronger than commercially available primers requiring adhesives at elevated temperatures. For this purpose, a primer-free polyurethane structural adhesive for glass fiber reinforced polyester, fiber matrix semi-finished and other reinforced plastic substrates is proposed, wherein the primer-free adhesive comprises two parts: a first part, which is a mixture of a prepolymer component and a polyisocyanate, the aliphatic carbon atoms in α-position to the isocyanate groups, and a second part which is a hardener. The prepolymer is the reaction product of a diol and an aromatic polyisocyanate, the prepolymer product having 3 to 15 percent free isocyanate groups. The hardener part comprises a polyfunctional polyether polyol, a diamine and optionally a catalyst. Hereby molded parts made of polyurethane with those made of glass fiber reinforced polyester, which were produced in separate process steps firmly and permanently connect. In the DE 10 2011 054 969 B4 Therefore, a three-dimensionally shaped composite body is proposed, which consists of at least a first layer of a polyurethane molding and a second layer of fiber-reinforced plastic. Both layers are connected by an intermediate layer which is formed from a monomer containing reactive groups which react on the one hand with the unbound end groups of the PU resins and on the other hand with the monomers of the glass-fiber-reinforced second synthetic resin layer.

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. In this case, the polyurethane molding consists of a highly reactive polyurethane system which has been injected into a negative mold, in particular a plastic negative mold. By using highly reactive polyurethane systems, it is possible to inject layer thicknesses of at least 0.3 mm up to several centimeters into the mold.

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 relativ glatt ist. Durch Spannungen, die beim Ausschäumen der Kunststoff-Hartschaumschicht entstehen, weist die Oberfläche eines derartigen Formkörpers jedoch immer leichte Wellen und Krümmungen auf, die bei der Verwendung z.B. als Teile hochwertiger Karosserien störend wirken. Such a component always has a handsome outer side and a less attractive inner side, since only the outer side is an impression of the structure of the mold and thus relatively smooth. However, due to stresses which arise during foaming of the plastic hard foam layer, the surface of such a shaped body always has slight waves and curvatures, which in use e.g. as parts of high-quality bodies have a disturbing effect.

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 und dessen Außenseite eine spiegelglatte Oberfläche hat, die auch in Reflexionen keine Verzerrungen aufweist. It is therefore an object of the invention to propose a multilayer molding made of plastics with different properties and a method for its production, which combines the high dimensional stability of fiber reinforced plastics with the impact resistance of a polyurethane molding and the outside of which has a mirror-smooth surface that has no distortions even in reflections ,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Schichtaufbau gemäß dem Hauptanspruch 1 und ein Verfahren mit den im Anspruch 4 bezeichneten Schritten gelöst. In den Unteransprüchen werden weiter nützliche Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. This object is achieved by a layer structure according to the main claim 1 and a method with the steps indicated in claim 4. The subclaims further describe useful embodiments of the invention.

Bei einem erfindungsgemäßen mehrschichtigen Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht die tragende Schicht (1) aus einer Matrix von Epoxidharz, ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenol-Formaldehydharz, Diallylphthalatharz, Methacrylatharz, Polyurethan oder einem Aminoharz, die durch eingelagerte Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkt ist. Diese tragende Schicht ist mit einer gefärbten und geschliffenen Gelcoatschicht (2) überzogen, die nach dem Ausformen des Formkörpers und gegebenenfalls einem vollständigen Aushärten vollständig glatt geschliffen ist. In a multilayer molded article according to the invention made of plastics with different properties, the supporting layer ( 1 ) of a matrix of epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol-formaldehyde resin, diallyl phthalate resin, methacrylate resin, polyurethane or an amino resin reinforced by intercalated glass or carbon fibers. This load-bearing layer is covered with a colored and ground gelcoat layer ( 2 ), which is ground completely smooth after the molding of the shaped body and optionally a complete curing.

Dadurch, dass die Gelcoatschicht (2) mit einer Klarlackschicht (3) abgedeckt ist, wirkt diese vollständig eben und weist auch in Reflexionen keine Verzerrungen auf. Die Klarlackschicht (3) bietet außerdem einen hervorragenden UV-Schutz für die darunterliegenden Schichten. Because the gelcoat layer ( 2 ) with a clearcoat ( 3 ) is completely flat and does not show any distortion even in reflections. The clearcoat film ( 3 ) also provides excellent UV protection for the underlying layers.

Unter der tragenden Schicht (1) ist eine Versteifungsschicht (4) aus einem Kunststoff-Hartschaum, vorzugsweise eine Schicht aus PUR-Hartschaum mit der tragenden Schicht (1) verbunden. Under the load-bearing layer ( 1 ) is a stiffening layer ( 4 ) made of a rigid plastic foam, preferably a layer of rigid polyurethane foam with the supporting layer ( 1 ) connected.

Eine weitere Erhöhung der Steifheit kann erreicht werden, indem die Versteifungsschicht (4) mit einer weiteren nach innen abschließenden Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einer glasfaserverstärkten Polyesterschicht überzogen ist. Dazu ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Versteifungsschicht (4) vor dem Auftrag der Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff ebenfalls glatt abgeschliffen oder gehobelt wird. A further increase of the stiffness can be achieved by the stiffening layer ( 4 ) is coated with a further inwardly terminating layer of a fiber reinforced plastic, in particular a glass fiber reinforced polyester layer. For this purpose, it is possible within the scope of the invention that the stiffening layer ( 4 ) is also sanded smooth or planed before applying the layer of a fiber-reinforced plastic.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Formkörpers wird in eine mit einem Trennmittel beschichtete Form eine gefärbte Gelcoatschicht (2) blasen- und schlierenfrei eingebracht. In order to produce a multilayer shaped article according to the invention, a colored gelcoat layer (in a form coated with a release agent) is 2 ) introduced free of bubbles and streaks.

Nach der teilweisen oder vollständigen Aushärtung der Gelcoatschicht (2) wird auf diese eine 0,3 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm starke Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere eine Schicht aus glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Polyesterharz auflaminiert. After partial or complete curing of the gelcoat layer ( 2 ) is laminated to this one 0.3 to 5 mm, preferably 0.5 to 1.5 mm thick layer of a fiber-reinforced plastic, in particular a layer of glass fiber or carbon fiber reinforced polyester resin.

Wenn diese faserverstärkte Kunststoffschicht (2) teilweise oder vollständig ausgehärtet ist, wird darauf eine Schicht aus einem Hartschaum, insbesondere einem PUR-Hartschaum (4) aufgetragen, die nach dem vollständigen Aushärten eine Dicke von 8 bis 40 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm aufweist. If this fiber reinforced plastic layer ( 2 ) is partially or completely cured, it is a layer of a rigid foam, in particular a rigid polyurethane foam ( 4 ), which has a thickness of 8 to 40 mm, preferably between 15 and 25 mm after complete curing.

Anschließend wird der entstandene mehrschichtige Formkörper aus der Form entnommen und die Gelcoatschicht (2) auf der Außenseite optisch glatt geschliffen und mit einer Klarlackschicht (3) überzogen. Subsequently, the resulting multilayer molded body is removed from the mold and the gelcoat layer ( 2 ) ground optically smooth on the outside and with a clearcoat ( 3 ) overdrawn.

Es ist ebenfalls im Sinne der Erfindung, wenn die Hartschaumschicht (4) möglichst vor dem Entformen mit einer inneren abschließenden Schicht (5) überzogen wird, die aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einer Textilfläche oder einer Kombination von beiden besteht. It is also within the meaning of the invention if the hard foam layer ( 4 ) if possible before demolding with an inner final layer ( 5 ), which consists of a fiber-reinforced plastic or a textile surface or a combination of both.

Um auch die Innenseite des Formkörpers ansehnlich zu gestalten, wird weiterhin vorgeschlagen, die Hartschaumschicht (4) vor dem Auftrag der inneren abschließenden Schicht (5) plan zu schleifen. In order also to make the inside of the molded body attractive, it is further proposed to use the hard foam layer ( 4 ) before the application of the inner terminating layer ( 5 ) to grind plan.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen 1 näher erläutert werden. Dabei zeigt: The invention will be described below with reference to the drawings 1 be explained in more detail. Showing:

1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Formkörpers. 1 a longitudinal section through a part of a shaped body according to the invention.

Der erfindungsgemäß aufgebaute mehrschichtigen Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht aus einer tragenden Schicht 1 aus Polyesterharz, die mit eingelagerten Glasfasern verstärkt ist. Diese tragende Schicht ist mit einer gefärbten und geschliffenen Gelcoatschicht 2 überzogen, die nach dem Ausformen des Formkörpers und gegebenenfalls einem vollständigen Aushärten vollständig glatt geschliffen ist. The inventively constructed multilayer molding made of plastics with different properties consists of a supporting layer 1 made of polyester resin reinforced with embedded glass fibers. This bearing layer is covered with a colored and ground gelcoat layer 2 coated, which is ground completely smooth after molding of the molding and optionally complete curing.

Dadurch, dass die Gelcoatschicht 2 mit einer Klarlackschicht 3 überzogen ist, wirkt diese vollständig eben und weist auch in Reflexionen keine Verzerrungen auf. Die Klarlackschicht 3 bietet außerdem einen hervorragenden UV-Schutz für die darunterliegenden Schichten. Unter der tragenden Schicht 1 ist eine Versteifungsschicht 4 aus PUR-Hartschaum mit der tragenden Schicht 1 verbunden. By doing that, the gelcoat layer 2 with a clear coat 3 is coated, it is completely flat and has no distortions even in reflections. The clearcoat 3 also provides excellent UV protection for the underlying layers. Under the wearing layer 1 is a stiffening layer 4 made of rigid polyurethane foam with the supporting layer 1 connected.

Zur weitere Versteifung ist die Versteifungsschicht 4 mit einer weiteren nach innen abschließenden glasfaserverstärkten Polyesterschicht überzogen. For further stiffening is the stiffening layer 4 coated with another inwardly finished glass fiber reinforced polyester layer.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Formkörpers wird in die mit einem Trennmittel beschichtete Form eine gefärbte Gelcoatschicht 2 blasen- und schlierenfrei eingebracht. To produce a multilayer molded article according to the invention, a colored gelcoat layer is coated in the mold coated with a release agent 2 introduced free of bubbles and streaks.

Nach der teilweisen oder vollständigen Aushärtung der Gelcoatschicht 2 wird auf diese eine 0,8 mm starke Schicht aus glasfaserfaserverstärktem Polyesterharz auflaminiert. After partial or complete curing of the gelcoat layer 2 is laminated to this one 0.8 mm thick layer of glass fiber reinforced polyester resin.

Wenn die faserverstärkte Kunststoffschicht 2 teilweise ausgehärtet ist, wird darauf eine Schicht aus PUR-Hartschaum 4 aufgetragen, die nach dem vollständigen Aushärten eine Dicke von 25 mm aufweist. If the fiber reinforced plastic layer 2 is partially cured, it is a layer of rigid polyurethane foam 4 applied, which has a thickness of 25 mm after complete curing.

Anschließend wird der entstandene mehrschichtige Formkörper aus der Form entnommen und die Gelcoatschicht 2 auf der Außenseite optisch glatt geschliffen und mit einer Klarlackschicht 3 überzogen. Subsequently, the resulting multilayer molded article is removed from the mold and the gelcoat layer 2 on the outside optically polished and with a clear coat 3 overdrawn.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 000003888427 T2 [0004] DE 000003888427 T2 [0004]
  • DE 102011054969 B4 [0004] DE 102011054969 B4 [0004]

Claims (2)

Mehrschichtiger Formkörper aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, bei dem eine tragende Schicht (1) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass • die tragende Schicht (1) aus einer Matrix von Epoxidharz, ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenol-Formaldehydharz, Diallylphthalatharz, Methacrylatharz, Polyurethan oder einem Aminoharz besteht und durch eingelagerte Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkt ist, • die tragende Schicht mit eine gefärbten und geschliffenen Gelcoatschicht (2) überzogen ist, • die Gelcoatschicht (2) mit einer Klarlackschicht (3) abgedeckt ist, • dass unter der tragenden Schicht (1) eine Versteifungsschicht (4) aus einem Kunststoff-Hartschaum, vorzugsweise eine Schicht aus PUR-Hartschaum mit der tragenden Schicht (1) verbunden ist. Multilayer shaped body made of plastics with different properties, in which a load-bearing layer ( 1 ) consists of a fiber-reinforced plastic, characterized in that • the supporting layer ( 1 ) consisting of a matrix of epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol-formaldehyde resin, diallyl phthalate resin, methacrylate resin, polyurethane or an amino resin and reinforced by intercalated glass or carbon fibers, • the supporting layer having a colored and ground gelcoat layer ( 2 ), • the gelcoat layer ( 2 ) with a clearcoat ( 3 ), that under the load-bearing layer ( 1 ) a stiffening layer ( 4 ) made of a rigid plastic foam, preferably a layer of rigid polyurethane foam with the supporting layer ( 1 ) connected is. Mehrschichtiger Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsschicht (4) mit einer weiteren nach innen abschließenden Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einer glasfaserverstärkten Polyesterschicht überzogen ist. Multilayer molding according to claim 1, characterized in that the stiffening layer ( 4 ) is coated with a further inwardly terminating layer of a fiber reinforced plastic, in particular a glass fiber reinforced polyester layer.
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