DE2729219C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten Bahnen aus Kunstharz (Prepregs) mit Gelcoat-Deckschicht - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß in synchroner Arbeitsweise

c) der Harzansatz für die Gelcoatschicht (107) aufgerakelt wird,

d) die Imprägnierung der Faserbahn (101) bereits vor der Kalandrierung durch Einrakeln des Harzansatzes bis in die Tiefe der Faserbahn (101) bewerkstelligt wird,

e) und daß dann, die zwischen einem einzigen Paar von Trommeln (91, 92) als Kalanderstrecke zusammenlaufenden, gemäß der Merkmale b) und d) erhaltenen Lagen

f) ohne Angelierung der Gelcoatschicht (107)

g) bei so geringem Druck zum Prepreg mit Gelcoat-Deckschicht (1G7) ka* -.ndriert werden, daß

h) die Gelcoatschicht (107) nicht von den Fasern der Faserbahn (lOl) durchdrungen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Harzansätzen unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften für die Bildung der Gelcoatschicht (107) einerseits und die Imprägnierung der Faserbaim (101) andererseits.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die imprägnierte Faserbahn (101) und die die Gelcoatschicht (107) tragende Folie (102) unter Einschluß einer die Gelcoatschicht (107) gegen die Faserbahn (101) abschirmende Materialbahn (103) als Zwischenlage kalandriert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Einordnung wenigstens einer weiteren gemäß Anspruch 1, Merkmal d), imprägnierten Faserbahn zwischen die Folien (102) und (104).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch PVC, PVC-Mischpolymerisate, Polyethylen, Zellglas oder Polyesterterephthalsäureester als Material für die Folien (102,104).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserbahnen (101) Matten, Rovings, Gewebe, Vliese aus Glas- oder aus synthetischen Fasern als solche oder in Kombination miteinander verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialbahn (ίΟ3) ein Vlies aus Glas- oder aus synthetischen Fasern verwendet wird.

8. Vorrichtung zur Ausbildung des Verfahrens

nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine aus gegenläufig zueinander drehbaren Walzen einstellbaren Abstands voneinander gebildete Kalanderstrecke, Vorratsrollen zum Abziehen von Folien- und Faserbahnen und nach unten dosiert spendende Harzvorratsgefäße mit Rakel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalanderstrecke ausschließlich aus zwei vergleichsweise großen Walzen (91, 92) gebildet ist und daß oberhalb des Scheitels einer jeden Walze (91, 92) ein Harzvorratsgefäß (105, 106) mit Rakel (93, 94) angeordnet ist, so daß jede Walze (91, 92) zugleich als Bearbeitungsunterlage für die zwischen Walze und ihr zugeordnetem Harzvorratsgefäß durchlaufende mit Harzansatz zu versehende Materialbahn (101; 102) dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens ein weiteres Harzvorratsgefäß mit Rakel zum Imprägnieren einer zusätzlichen Faserbahn, wobei das Harzvorratsgefäß einer der Walzen (91,92) unmittelbar zugeordnet sein kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Umfangsgeschwindigkeit der Walzen (91,92) zwischen 0,4 und 1,5 m/min, die stufenlos einstellbar ist

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Prepregs mit einer Gelcoat-Deckschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei unter Gelcoat eine von Verstärkungsmitteln, z. B. Glasfasern, freie Kunstharzschicht zu verstehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Nach dem Stande der Technik ist kein, kontinuierliches Herstellungsverfahren für Prepregs mit Gelcoatschicht in einem Arbeitsschritt bekannt.

Nach der DE-OS 23 57 S85, dit ein Verfahren und Einrichtungen zum Herstellen eines Laminat-Paketes aus glasfaserverstärkten Polyesterfolien betrifft, werden auf eine Unterfolie aus Polyester nacheinander ein aushärtbares Polyesterharz bzw. ein Glasfaser/Harz-Gemisch, eine Glasseidenmatte, Harz, ein Glasseidenrovinggewebe, wiederum Harz, eine Matte, erneut Harz und schließlich eine Oberfolie aufgebracht. Die Unterfolie soll zweckmäßigerweise eine Vorlaufstrecke durchlaufen, damit ein gegebenenfalls speziell katalysierter gleichmäßig aufgetragener Harzfilm so weit aushärten kann, daß er von den weiteren Laminatschichten (Matte, Gewebe) nicht mehr angegriffen wird. Dadurch soll sich im Fertigprodukt eine geschlossene, homogene Oberflächenversiegelung als Gelcoat entwickeln können. Zur Einstellung der am fertigen Laminatpaket gewünschten Materialstärke wird das vollständige Laminatpaket, soweit es noch plastisch verformbar ist, in einstellbare Abquetschwalzen oder durch einen elastischen Schlitz gezogen. Dieses bekannte Verfahren stellt im wesentlichen ein maschinisiertes Laminatverfahren dar, bei dem die einzeln und nacheinander aufzubringenden Glasfaserlagen mit einer Vielzahl von Riffelwalzen jeweils in eine zuvor in starkem Überschuß aufgetragene Harzschicht eingewalkt werden. Die Herstellungsschritte für das Laminatpaket müssen zeitlich aufeinander erfolgen und das Verfahren ist aufwendig. Die benötigte Herstellungsanlage erfordert hohe Investitionen und großen Raumbedarf. Dabei ist der Aufwand nicht nur durch die Vielzahl der geriffelten Laminierwalzen bedingt, son-

dem wesentlich auch durch mehrere Rüttelstrecken, die zum Entlüften der noch nicht zusammenkalandrierten Folien. Matten und Gewebe vorgesehen sind. Trotz des aufwendigen Herstellungsverfahrens sind die Eigenschaften des Laminatpaketes nicht für alle weiteren Einsatzzwecke ausreichend, die Verwendungsmöglichkeiten dieser Pakete sind generell beschränkt Es tritt zufolge des aus dem Paket heraus- oder von ihm abzupressenden überschüssigen Harzansatzes ein erheblicher Harzverlust auf, da das abgepreßte Harz kaum wiederverwendbar ist Und im übrigen ist, soweit ersichtlich, nur eine Harzart bzw. nur ein Harzgemisch zu verwenden. Schließlich lassen sich diese Laminatpakete in einer Uniform- und Heizstrecke mehr oder weniger nur einachsig ohne Schaden zu nehmen verformen.

Nach dem Aufsatz »Herstellung von vorimprägnierten Materialien insbesondere Preßmassen und Harzmatten« in Kunststoff-Rundschau, 1972, Seiten 113—116, sind zwei Verfahrensvarianten zur kontinuierlichen Herstellung von Prepregs, jedoch ohne Gelcoatschicht, und unter Verwendung von nur einer Harzqualität bekannt Nach der einen Variante (gernäß F i g. 3 des Aufsatzes) werden zwischen ein Dosierwalzenpaar, das auf eine vorher berechnete Spaltweite eingestellt worden ist zwei Glasseidenmatten geführt, die jeweils von einer Polyethylenfolie unterstützt sind. Durch Einfüllen eines Styrol enthaltenden härtbaren Harzansatzes in den Keil, den die von dem Walzenpaar nach unten zusammenlaufenden Matten bilden, werden die Matten imprägniert und nach dem Kalandrieren zwischen dem Walzenpaar und weiterer gegeneinander wirkender Walzen zwecks Vervollständigung der Imprägnierung als fertige Harzmatte aufgewickelt, die zur Vermeidung von Styrolverlusten in Zellglas- oder Aluminiumfolien verpackt wird. — Nach der anderen Variante (gemäß F i g. 4 und 5 des Aufsatzes) wird auf jede von zwei zunächst horizontal gegeneinandergeführte Polyethylenfolien eine Harzschicht abgestrichen, gleichzeitig werden auf die eine der mit Harz bestrichenen Folien geschnittene Rovings aufgestreut Die Folien laufen dann mit ihrer Beschichtung gegeneinandergekehrt in der oben beschriebenen Walzeneinrichtung zusammen, wo sie wiederum zwecks völliger Imprägnierung und Benetzung der Fasern zusammengepreßt werden. — Nach beiden Varianten können ersichtlich keine Prepregs erhalten werden, die eine definierte und zugleich faserfreie Gelcoatschicht hätten und die zusammengesetzt sind aus Lagen unterschiedlicher Harzqualität; und schon gar nicht wären miteinander unverträgliche Harze innerhalb eines Prepregs zu verwenden.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, in einem kontinuierlichem Arbeitsverfahren Prepregs unter Verwendung gegebenenfalls unterschiedlicher Harze und mit einer definierten, faserfreien Gelcoat-Deckschicht zu erzeugen, aus denen sich hochwertige, geschichtete Formteile bzw. Profilkörper unmittelbar herstellen lassen, die ein einwandfreies geschlossenes Gelcoat-Außenlaminat aufweisen, so daß etwa auch ein Lackieren der Endprodukte zur Erzielung einer geschlossenen völlig einheitlichen und glatten Oberfläche sich erübrigt.

Die Aufgabe, Prepregs mit sowohl in seiner Stärke definierter als auch völlig faserfreier Gelcoat-Deckschicht zu erhalten, kann durch zwei Maßnahmen gemäß den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 3 gelöst werden. Zum einen wird die Stärke der Gelcoatschicht durch ein Aufrakeln ohne Lufteinschlüsse eines Harzansatzes tv.i ein Flächenmaterial (Folie) scharf eingestellt, wobei die Schichtstärke in weiten Grenzen variiert sein kann, und zum anderen dient zur sicheren Verhinderung des Eindringens von Fasern des Verstärkungsmaterials in die Gelcoatschicht eine zv.ischen das imprägnierte Fasermaterial und das aufgerakehe Gelcoatharz eingezogene Materialschicht als Sperrschicht Nach diesem Verfahren gemäß der Erfindung wird auch besonders verständlich, daß für die Imprägnierung der Fasern des Verstärkungsmaterials und für die Gelcoatschicht Harzansätze ganz unterschiedlieher Rezeptur, ja sogar einer Unverträglichkeit miteinander, zum Einsatz gelangen können.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Gelcoat-Prepregs erlauben die Herstellung hochwertiger Mehrschichten-Formteile oder -Profile, deren individuelle Schichten scharf voneinander abgegrenzt sind, jeweils unterschiedliche Stärke aufweisen können, in sich dabei jedoch sehr gleichmäßig stark sind, und die überdies einen unterschiedlichen Harzaufbau mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften des Harzes haben können. Beispielsweise sind aus den Prepregs gemäß der Erfindung äbrmkörper zu erhalten, die eine besonders geschlossene, glatte und witterungsbeständige Gelcoat-Außenschicht und einen hochbelastbaren tragenden Anteil aufweisen. Einzelheiten zur Fertigstellung und von Eigenschaften z. B. von GFK-Profilen, die aus Prepregs gemäß der Erfindung zu erhalten sind, sind in der Offenlegungsschrift 27 29 219 zu dieser Erfindung beschrieben.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der in der Figur dargestellten Vorrichtung dem Grundsatz nach beschrieben.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung, die mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine sichere und von Lufteinschlüssen freie Imprägnierung und Verbindung sämtlieher Materialschichten unter Anwendung nur geringer Preßdrücke bewirkt. Kernstück der Vorrichtung sind zwei synchron gegenläufig bewegbare Waizen 9i und 92, an deren oberem Scheitelpunkt je ein Harzvorratsgefäß 105 bzw. 106 mit je einer Rakel 93 bzw. 94 angeordnet ist Der Abstand der Walzen 91 und 92 zueinander ist einstellbar, so daß sie einen Spalt 95 variierbarer Weite zwischen sich bilden. Ihre Umfangsgeschwindigkeit ist regelbar, beispielsweise im Bereich 0,4 bis 1,5 m/ min. Die Vorratsgefäße 105, 106 erlauben die dosierte Abgabe des eingefüllten Harzansatzes nach unten, der als Schicht aufgegeben wird, von der die Rakel, das Harz zugleich in das Untermaterial einpreßend, die etwaigen Luftblasen auf der Harzoberfläche abstreift, so daß genau definierte Auftragsstärken ohne nennenswerte Lufteinschlüsse und genau einstellbare Fasergehalte verstärkter Harzlagen erzielt werden können.

Ein Prepreg gemäß der Erfindung kann folgendermaßen hergestellt werden. Von einer Vorratsrolle 99 läuft ubei die Wake 92 eine Folie 102 und von einer Vorratsrolle 96 über die Walze 91 eine Folie 104, über welche geführt von einer Vorratsrolle 97 eine Matte 101 läuft Durch den Spalt 95 geleitet, schließen die Folie 102 und die Matte 101 eine von einer Vorratsrolle 98 abgezogene Materialbahn 103 ein.

Im Betrieb der Vorrichtung wird Harzansatz aus dem Vorratsgefäß 195 und mittels der Rakel 93 auf die Matte 101 geräkelt und diese imprägniert, wobei ußterschiedliche, definierte Mengenverhältnisse von Mattenmateria? zum Imprägnierharz eingestellt werden können. Gleichzeitig wird aus deu^ Vorratsgefäß 106 und mittels der Rakel 94 Harzansatz, z. B. Gelcoat-Harzansatz, in vorbestimmter Auftragsstärke auf die Folie 102 geräkelt. Die imprägnierten bzw. beschichteten Materialien 101,

102, die mittels der Materialbahn 103 getrennt voneinander gehalten sind, werden im Spalt 95 zu einem geschichteten Verbund, dem Prepreg, zusammenkalandriert und zur Rolle 100 aufgerollt. Da zufolge des Aufrakelns der Harzansätze mittels der Rakel 93, 94 Lufteinschlüsse erheblich vermieden sind, bedarf es nur eines vergleichsweise niedrigen Preßdruckes im Spalt 95, der zugleich den Prepreg auf seine zuvor schon annähernd erreichte Endstärke bringt. So bezweckt das Pressen im Spalt 95 mehr oder weniger nur die Feinegalisierung der Dicke der Prepregs (Egalisation etwa um 0,1 mm). Eine Mangel- oder Walkstraße wie nach dem Stand der Technik erübrigt sich. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, hohe Quetschdrücke zum seitlichen Abquetschen von Harz zwecks Austrags von eingeschlossener Luft aufzuwenden, da solche nicht vorhanden ist. Nach der bisherigen Praxis sind bei dem Verpressen von Prepregs zur Herstellung von Formteilen Preßdrücke von 30—70 kg/cm² aufzuwenden. Für Prepregs, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt sind, genügen aber sehr geringe Preßdrücke, etwa im Bereich von 0,8 — 2,5 kg/cm², wie die Praxis gezeigt hat. Die Prepregs gemäß der Erfindung können somit auch als Niederdruckprepregs bezeichnet werden.

Der wie oben beschrieben kontinuierlich hergestellte Prepreg weist in Schichtanordnung auf: die Schutz- · oder Abdeckfolie 102, die faserfreie Gelcoat-Deckschicht 107, die Zwischenlage 103, die imprägnierte Matte 101 und die Schutz- oder Abdeckfolie 104. Je nach Verwendungszweck des Prepregs können die Folien 102.104, die Verstärkungsbahn 101, die Zwischenlage !03 und die Harzansätze ganz unterschiedlich sein.

Für die Schutz- oder Abdeckfolien 102,104 kommen auch solche in Frage, die hitzestabil sind, so daß der Prepreg einschließlich der Abdeckfolie(n) bei der Verformung unter Zug. Druck und Hitze vcrafbeiiet werden kann, ohne daß die Folie zusammenschmilzt und sich in das darunterliegende Harz einbrennt oder in dieses einschmilzt. Geeignete, sich vom darunterliegenden Harz ablösende, d. h. mit dem Harz unverträgliche Folienmaterialien, sind beispielsweise PVC, PVC-Mischpolymerisate. Polyethylen, Zellglas. Polyesterterephthalsäureester; für hitzestabile Folien ist das letztgenannte Material sehr geeignet.

Als Verstärkungsbahnen kommen Matten und Rovings aus Glasfasern, aber auch aus synthetischen Fasern in Betracht. Die Materialbahn 103 zur Absperrung der imprägnierten Faserbahn 101 gegen die Gelcoatschicht 107 ist vorteilhafterweise ein Vlies aus Glas- oder aus synthetischen Fasern, doch kann im gegebenen FaIh mit besonderem Vorteil auch eine Folie 103 zwischengeschichtet sein, die z. B. gleichzeitig als Dampfsperre dient.

An dieser Stelle sei aufgeführt, daß die Erfindung nicht auf die anhand der Figur beschriebene Grunderfindung beschränkt ist. Denn mit von weiteren Rollen abgeführten Materialbahnen, die auch mittels weiterer Harzvorratsgefäße mit Rakelvorrichtung mit Harz imprägniert oder beschichtet sein können, sind Prepregs mit einem gegenüber dem oben geschilderten Schichtaufbau erweiterten Schichtaufbau herstellbar.

Für die Harzansätze ist eine Vielzahl von Rezepturen möglich, sowohl sämtliche bisher auf dem Gebiete verwendeten. Mit bisher nicht verwendeten Harzzusammensetzungen oder -typen lassen sich Prepregs mit zusätzlichen, neuen Qualitäten herstellen.

Sollen z. B. Formteile mit einer besonders hohen UV-, Hydrolyse- und auch Hitzebeständigkeit hergestellt werden, so kann man beispielsweise für die GeI-coat-Deckschicht ein UV-stabilisierte^ U P-Harz auf Neopentylglykolbasis verwenden, für die darunter liegenden Laminatlagen ein UP-Harz auf Isophthalsäurebasis und für die nur tragenden GFK-Schichten ein sehr preisgünstiges UP-Harz auf Orthophthalsäurebasis.

Für die Herstellung etwa von sehr abriebfesten Formteilen kann z. B. die Gelcoat-Deckschicht mit einem sehr schlagzäh eingestellten elastischen Polyesterharz auf Basis von Orthophthalsäure und Neopentylglykol in Verbindung mit Siliciumcarbid hergestellt werden, die darunter liegenden Lagen z. B. mit einem UP-Harz auf Orthophthalsäurebasis und aus einem Polyesterfasergewebe.

Je nach Anforderung können nicht nur unterschiedliche Harztypen eingesetzt werden, sondern auch Harztypen, die unter Umständen nur für die eine Lage geeignet sind und für die Nachtoigeschicht mit anderem Faseraufbau ungeeignet wären.

Ein weiteres Beispiel für einen speziellen Niederdruckprepregaufbau, und zwar für sehr hoch axial belastete Formteile, sei gegeben. Hierfür wäre für die Gelcoat-Deckschicht, je nach Anforderung, ein UP-Harzaufbau auf Neopentylglykol- oder auf Isophthalsäurcbasis verwendbar. Für die tragende Schicht, z. B. unter Verwendung von parallel laufenden Rovings oder Gewebe, isich in Kombination mit Glasfasermatten, wäre ein Orthophthalsäureharz in Kombination mit einem elastischen Harz verwendbar.

Das Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Prepregs gemäß der Erfindung kann, sofern es auf eine höchst faserfreie Gelcoat-Deckschicht nicht ankommen sollte, auch ohne eingezogene Materialbahn 103 mit Vorteilen gegenüber den Erzeugnissen nach dem Stande der Technik ausgeübt werden. So sind dennoch Preprcgs in Schichtaufbau unter Verwendung mehr als einer Harzart bzw. Harzeigenschaft zu erhalten. Die Faserbahn kann zufolge der sich nach unten spendenden Harzvorratsbehälter mit angeschlossener Rakel weitestgehend luftblasenfrei imprägniert werden. Ein Zusammenkalandrieren unter Anwendung hoher Preßoder Quetschdrücke — wie bisher erforderlich — ist nicht nötig. Zusätzlich zu der Gelcoatschicht kann auch eine zweite Faserbahn imprägniert und mit einer ersten imprägnierten Faserbahn — wobei die Imprägnierharze völlig unterschiedlich sein können — zu einem Prepreg unter geringem Kalandrierdruck verbunden werden. Für Prepregs mit Gelcoatschicht aber, wie die Praxis zeigt, verhindert ein geringer Kalandrierdruck das Einpressen aus der darunterliegenden imprägnierten Faserbahn in die Gelcoatschicht so wesentlich, daß jedenfalls nicht damit zu rechnen ist, daß die Fasern die Gelcoatschicht bis zu deren Oberfläche durchdringen und diese öffnen. Nach den bekannten Verfahren aber sind definierte Gelcoats wegen der vergleichsweise sehr hohen Kalandrierdrücke, insbesondere erforderlich für das Austreiben eingeschlossener Luft, nicht zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung faserverstärkter Bahnen aus Kunstharz (Prepregs) mit Gelcoat-Deckschicht, umfassend die einzeln bekannten Arbeitsschritte

a) zwischen zwei Folien (102,· 104) werden wenigstens eine von einer Vorratsrolle ablaufende Faserbahn (101) und der für die Imprägnierung der Faserbahn (101) zum Prepreg vorgesehene Harzansatz kalandriert, wobei zuvor

b) auf die Innenseite der einen Folie (102) eine Schicht des Harzansatzes für die Bildung der Gelcoat-Deckschicht (107) abgestrichen worden ist,