DE60310425T2

DE60310425T2 - Kernmaterial

Info

Publication number: DE60310425T2
Application number: DE2003610425
Authority: DE
Inventors: Hubertus Peter LAMERS; Pieter Anjema
Original assignee: Lantor BV
Current assignee: Lantor BV
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: NO20051537L; ES2276096T3; EP1542845B1; DE60310425D1; EP1403024A1; MXPA05003242A; US20060099401A1; ZA200502580B; NO20051537D0; ATE347987T1; BR0314682B1; CA2500261A1; CN1684808A; EP1542845A1; CN100408300C; JP2006500253A; AU2003267864B2; PL375620A1; AU2003267864A1; KR101232004B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kernmaterial zur Verwendung bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffmaterialien, das insbesondere zur Anwendung in geschlossenen Formsystemen, Aufspritzanwendungen und Handauflegeanwendungen geeignet ist.
Kunststoffe, die mit faserförmigen Bahnen verstärkt sind, werden oft zur Herstellung von Formteilen wie Kraftfahrzeug- und Industrieteilen, z.B. Tanks, Badewannen, Verkehrszeichen, Verkleidungsblechen, Booten, Wohnwagen etc. verwendet.
Faserbahnen sind als Verstärkung für alle Arten von gehärteten, synthetischen Kunststoffmaterialien wie einem Polyesterharz oder Epoxyharz geeignet. Im Allgemeinen führt die Einarbeitung einer Faserbahn in ein Harzmaterial zu einer erhöhten Festigkeit, Steifheit, Ermüdungsfestigkeit, Bruchzähigkeit, Umweltbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, einem verminderten Gewicht und verminderten Herstellungskosten des Harzmaterials.
Die Verwendung von Kernmaterialien in faserverstärkten Kunststoffen ist bereits seit Dekaden bekannt. Ihre Aufgabe besteht einerseits in einer Verminderung der erforderlichen Harzmenge, was zu Kosten- und Gewichtseinsparungen führt, und andererseits in der Verbesserung einiger mechanischer Eigenschaften des Materials, insbesondere der Biegesteifheit.
US-A-3,676,288 offenbart nicht aufgeschäumte Mikrokügelchen, die mittels eines Bindemittels, beispielsweise eines Polyacrylnitril-Latex, auf eine Faserbahn aufgetragen oder darin eingearbeitet werden. Wenn das Bindemittel getrocknet und vernetzt ist, sind die Kügelchen an der Faserbahn gebunden und geschäumt.
EP-A-0 190 788 betrifft die Verwendung einer Mikrokügelchen einschließenden Faserbahn zur Herstellung von Gegenständen, die mit einer solchen Faserbahn verstärkt sind. Gemäß dieser Patentanmeldung sind die Mikrokügelchen hauptsächlich in der Bahn enthalten und in einem Muster angeordnet, bei dem Mikrokügelchen enthaltende Bereiche der Bahn durch Bereiche, die praktisch keine Mikrokügelchen enthalten, voneinander getrennt sind.
Bei der Herstellung der faserverstärkten Kunststoffmaterialien sind zwei vorherrschende Verfahren verfügbar, wobei das eine auf der manuellen Imprägnierung der Fasermaterialien (Handauflegen, Aufspritzen) und das andere auf der Verwendung von geschlossenen Formen basiert. Im letzteren System, das gewöhnlich automatisiert ist, wird das Faserverstärkungsmaterial in einer Form positioniert, die geschlossen und anschließend mit Harz befällt wird. Ein wichtiger Vorteil dieser geschlossenen Formsysteme besteht u.a. in der Reproduzierbarkeit der Eigenschaften des Produkts (bessere Toleranzen), in ökologischen Aspekten, verbesserten Oberflächeneigenschaften und verstärkten mechanischen Eigenschaften. Es ist auch möglich, Fraktionen mit einem höheren Faservolumen aufzutragen.
Die Verwendung der oben beschriebenen Kernmaterialien in geschlossenen Formsystemen hat für lange Zeit dahingehend Schwierigkeiten gemacht, die verschiedenen Anforderungen, die ein Kernmaterial zur Verwendung darin erfüllen muss, zu erfüllen. Diese Eigenschaften sind u.a.:

– eine gute Kompressionsbeständigkeit,
– in allen Richtungen ein schnelles Fließen von Harz durch das Kernmaterial,
– eine geringe Harzaufnahme,
– ein vermindertes Schrumpfen (d.h. ein Ausgleich des Harzschrumpfens) und
– eine gute Drapierfähigkeit (d.h. eine niedrige Biegesteifheit).

Insbesondere die Erfüllung der ersten beiden Anforderungen hat für lange Zeit Schwierigkeiten gemacht. Es ist klar, dass die offene Struktur, die zum Erhalt eines guten Harzflusses in der Ebene des Kernmaterials erforderlich ist, die Neigung aufweist, auf Kosten der Kompressionsbeständigkeit zu gehen. Weiterhin ist eine niedrige Harzaufnahme, die durch ein großes Schaumstoffvolumen in der Bahn erhalten werden kann, mit einem guten Harzfluss unverträglich. Auch die Drapierfähigkeitsmerkmale sind mit der Kompressionsbeständigkeit und einer niedrigen Harzaufnahme nicht leicht verträglich. Zur Erfüllung dieser Anforderungen ist in EP 1 010 793 und im Oberbegriff von Anspruch 1 ein Kernmaterial entwickelt worden. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Veröffentlichung enthält das Kernmaterial Mikrokügelchen, die in einer regelmäßigen Struktur über das Kernmaterial verteilt sind.
Es ist jedoch gefunden worden, dass die Oberflächenqualität dieser Materialien des Standes der Technik wie des in EP 1 010 793 offenbarten Materials nicht immer zufriedenstellend ist, insbesondere nicht hinsichtlich der visuellen Beurteilung der Oberfläche (insbesondere hinsichtlich eines Auftretens eines Durchscheineffekts) oder der Oberflächengüte. Eine solche visuelle Beurteilung oder Oberflächengüte kann beispielsweise bei Formteilen wie Platten für Kraftfahrzeuge, LKW etc. wichtig sein. Verfahren zur Bewertung der visuellen Beurteilung umfassen Plattentests.
Es ist auch möglich, durch eine Beugungsmessung der Oberfläche eine quantitative Angabe zur Oberflächengüte zu machen. Der Wert des Orangenschaleneffekts der Oberfläche ist beispielsweise ein geeigneter Parameter für diesen Zweck. Instrumente zur Messung des Wertes des Orangenschaleneffekts sind im Fachgebiet bekannt und kommerziell erhältlich, z.B. Instrumen te, bei denen die von Diffracto Ltd. (Kanada) entwickelte D-Sight-Technik verwendet wird. Diese Technik ist in Reynolds et al. "Theory and applications of a surface inspection technique using double-pass retroflection", Optical Engineering, Band 32, Nr. 9, S. 2122–2129, 1993, und in J. H. Heida und A. J. A. Bruinsma; "D-Sight Technique for Rapid Impact Damage Detection an Composite Aircraft Structures"; vorgestellt bei: the 7th European Conference an Non-Destructive Testing, Kopenhagen, 26.–29. Mai 1998; verfügbar bei NDT.net – Juni 1999, Band 4, Nr. 6, US-A 4,863,268, US-A 5,075,661, diskutiert.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines neuen Kernmaterials, das als Alternative zu bekannten Kernmaterialien, insbesondere zur Herstellung von Formteilen, bei denen die visuelle Beurteilung der Oberfläche relevant ist, verwendet werden kann. Noch spezieller besteht eine Aufgabe in der Bereitstellung eines solchen Kernmaterials, bei dem das Material zur Verwendung in geschlossenen Formsystemen, Aufspritzanwendungen und/oder Handauflegeanwendungen geeignet ist.
In einem speziellen Aspekt besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Kernmaterials, das zur Herstellung eines Formteils – typischerweise einschließlich einer Imprägnierung des Kernmaterials mit einem Harz – mit einem verbesserten Orangenschaleneffekt verwendet werden kann.
Noch spezieller besteht eine Aufgabe in der Bereitstellung eines Kernmaterials, das zur Verwendung bei der Herstellung eines Formteils unter Erhalt eines Formteils mit einem hier definierten Wert des Orangenschaleneffekts von wenigstens 30 geeignet ist.
Es ist gefunden worden, dass eine oder mehrere dieser Aufgaben durch ein Kernmaterial gelöst werden können, das im Allgemeinen drapierfähig ist und vorzugsweise eine hohe Kompressionsbeständigkeit hat, wobei das Kernmaterial Glieder aus relativ dichtem Material und offene Kanäle enthält. Gemäß der Erfindung haben die Glieder und Kanäle eine spezielle Abmessung, nämlich relativ kleine Glieder und relativ kleine Kanäle.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Kernmaterial, insbesondere ein Kernmaterial, das zur Verwendung in geschlossenen Formsystemen, Aufspritzanwendungen und/oder Handauflegeanwendungen geeignet ist, wobei das Kernmaterial gewöhnlich drapierfähig ist und vorzugsweise eine Kompressionsbeständigkeit von mehr als 30% bei 1 bar Druck hat, wobei das Kernmaterial auf wenigstens einer Faserbahn beruht, die eine Schaumstoffstruktur innerhalb der Bahn enthält, wobei die Schaumstoffstruktur aus einer Mehrzahl von Gliedern besteht, wobei die Glieder voneinander durch Kanäle getrennt sind, die für Harz permeierbar sind, wobei die Glieder einen mittleren Durchmesser, der durch den Durchmesser des Hüllkreises in der Materialebene definiert ist, von weniger als 1,5 mm, vorzugsweise von 0,2–1 mm haben und wobei die Kanäle einen mittleren Durchmesser von weniger als 0,75 mm, vorzugsweise 0,3–0,5 mm, haben.
Es ist gefunden worden, dass ein solches Kernmaterial zur Verbesserung der Oberflächenqualität und/oder Verbesserung der visuellen Beurteilung vorzugsweise hinsichtlich einer Verminderung des Durchscheineffekts in Laminat sehr geeignet ist. Noch spezieller ist gefunden worden, dass ein solches Kernmaterial sehr geeignet ist, um ein Formteil mit einem Wert des Orangenschaleneffekts von weniger als 30 zu ergeben.
Aus praktischen Gründen beträgt der mittlere Durchmesser der Glieder typischerweise wenigstens 0,5 mm.
Die Glieder und Kanäle können auf eine mehr oder weniger regelmäßige Weise, d.h. mit einem Musterrapport von weniger als 1 cm, noch mehr bevorzugt weniger als 0,5 cm, oder auf eine unten definierte unregelmäßige Weise verteilt sein.
Für die anderen Parameter, insbesondere die Permeabilität, die Beschaffenheit der Materialien, aus denen das Kernmaterial besteht, die Form der Glieder, das freie Volumen der Bahn gelten die unten beschriebenen Bedingungen.
Vorzugsweise sind die Glieder im Kernmaterial innerhalb oder auf der Bahn unregelmäßig verteilt.
Es ist gefunden worden, dass das Kernmaterial der Erfindung zur Verbesserung der Oberflächenqualität und/oder zur Verbesserung der visuellen Beurteilung vorzugsweise hinsichtlich einer Verminderung des Durchscheineffekts in Laminat sehr geeignet ist. Noch spezieller ist gefunden worden, dass ein solches Kernmaterial sehr geeignet ist, um ein Formteil mit einem Wert des Orangenschaleneffekts von weniger als 30 zu ergeben.
Für die anderen Parameter, insbesondere die Permeabilität, die Beschaffenheit der Materialien, aus denen das Kernmaterial besteht, die Form der Glieder, das freie Volumen der Bahn gelten die unten beschriebenen Bedingungen.
Es ist gefunden worden, dass ein erfindungsgemäßes Kernmaterial eine sehr gute Drapierfähigkeit, Kompressionsbeständigkeit und eine geeignete Permeabilität sogar im Fall einer unregelmäßigen Verteilung von Gliedern beibehält, während die Oberflächenqualität, insbesondere hinsichtlich der visuellen Beurteilung, im Vergleich zu bekannten Materialien, z.B. einem Kernmaterial, das mit einem regelmäßigen Muster von Sechsecken, wie Soric^®, bei dem nach der Imprägnierung mit dem Harz und dem Trocknen ein Durchscheineffekt an den Bereichen zwischen den Gliedern (d.h. Sechsecken) klar sichtbar sein kann, verbessert ist. Es ist gefunden worden, dass ein solches Durchscheinen bei einem erfindungsgemäßen Kernmaterial nicht oder wenigstens in einem geringeren Ausmaß auftritt.
Weiterhin ist gefunden worden, dass ein erfindungsgemäßes Kernmaterial im Vergleich zu kommerziell erhältlichen Kernmaterialien eine verbesserte Drapierfähigkeit und/oder Permeabilität aufweist.
Die 1 und 2 zeigen Beispiele dafür, wie die Glieder (rechte Bereiche) über das Kernmaterial verteilt sein können. Die dunklen Bereiche stellen die Kanäle dar. Diese Kanäle ergeben und vergrößern die Permeabilität in einem durch 1 oder 2 veranschaulichten Kernmaterial.
3 zeigt ein schematisches Beispiel für ein Kernmaterial, das eine Mehrzahl von verschieden geformten Elementen enthält.
4a zeigt eine Photographie eines kommerziell erhältlichen Kernmaterials (Soric^® mit 6-mm-Sechsecken), das im Vergleichsbeispiel verwendet wird.
4b zeigt eine Photographie eines in Beispiel 1 verwendeten erfindungsgemäßen Kernmaterials.
4c zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Kernmaterial.
5 zeigt zwei Photographien, auf denen ein Verbundmaterial, das ein erfindungsgemäßes Kernmaterial umfasst, mit einem Verbundmaterial verglichen wird, das ein Soric^®-Kernmaterial umfasst (wobei jede Photographie dieselben beiden Verbundmaterialien zeigt, die Photographien aber aus einem verschiedenen Winkel aufgenommen wurden). Das erfindungsgemäße Material weist deutlich ein gleichmäßigeres visuelles Aussehen auf. Dies wird durch den Lichtbalken im mittleren Abschnitt der Platte, der die Reflexion des Lichts einer üblichen Leuchtstoffröhre darstellt, weiter betont. Die verzerrte Form der Reflektion im Material des Standes der Technik im Vergleich zum erfindungsgemäßen Material ist eine auffallende Veranschaulichung der visuellen Verbesserung aufgrund der Verwendung des neuen Kernmaterials.
6 ist ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial, wobei ein Kernmaterial mit einer Permeabilität von etwa 1,5 × 10^–9 m² verwendet wurde. Es ist überhaupt kein Durchscheineffekt sichtbar, wodurch dieser Verbundstoff eine sehr hohe visuelle Beurteilung erhält.
7 zeigt das Beugungsmuster, das mittels eines D-Sight-Systems eines Verbundmaterials auf der Grundlage des aus 6-mm-Sechsecken gebildeten Soric^®-Kernmaterials erhalten wird. Das eingefügte Rechteck im unteren mittleren Abschnitt der Figur stellt eine Wiedergabe bei einer höheren Auflösung dar.
8 zeigt das Beugungsmuster, das mittels eines D-Sight-Systems eines Verbundmaterials auf der Grundlage des aus 3,5-mm-Sechsecken gebildeten Soric^®-Kernmaterials erhalten wird.
9 zeigt das Beugungsmuster, das mittels eines D-Sight-Systems eines Verbundmaterials auf der Grundlage erfindungsgemäßen Kernmaterials (wobei das Kernmaterial das in 1, Maßstab 1:1, dargestellte Muster hat) erhalten wird.
Eine hier verwendete unregelmäßige Verteilung kann durch ihren Musterrapport definiert werden. Der Musterrapport kann durch die Länge (wenn es in einer Richtung bestimmt wird) oder als musterbildende Fläche, die sich in einem anderen Teil des Materials wiederholt, veranschaulicht werden. Gute Ergebnisse sind mit einer unregelmäßigen Verteilung erreicht worden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens entweder in x-Richtung oder in y-Richtung und vorzugsweise sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung der Musterrapport der Glieder wenigstens 0,5 cm, vorzugsweise wenigstens 1 cm beträgt. Die Obergrenze ist nicht kritisch. Aus praktischen Gründen kann die Obergrenze auf der Grundlage einer Technik bestimmt werden, mittels derer das Kernmaterial hergestellt wird. Zum Beispiel ist der Siebdruck eine sehr geeignete Technik zur Herstellung eines Kernmaterials. Die Obergrenze des Musterrapports wird dann gewöhnlich durch den Umfang und/oder die Breite des Siebs bestimmt. Zum Beispiel werden üblicherweise Siebe mit einem Umfang von bis zu etwa 92,5 cm verwendet. In der Praxis beträgt die Obergrenze gewöhnlich 140 cm.
Es ist auch möglich, den Musterrapport auf der Grundlage der Anzahl von Gliedern zu bestimmen, aus denen ein sich wiederholendes Muster besteht. Gute Ergebnisse sind mit einer unregelmäßigen Verteilung erreicht worden, wobei in wenigstens einer Richtung, der x-Richtung oder der y-Richtung, in einem beliebigen, aus wenigstens 10 benachbarten Gliedern und vorzugsweise in einem beliebigen Muster, das von wenigstens 25 benachbarten Gliedern gebildet wird, keine Wiederholung erfolgt. Noch mehr bevorzugt ist in einem beliebigen Muster in einem aus 100 benachbarten Gliedern gebildeten Bereich keine Wiederholung sichtbar.
Die unregelmäßige Verteilung ist vorzugsweise hauptsächlich eine statistische Verteilung, d.h. eine Verteilung, bei der keine Wiederholung des Musters der Glieder innerhalb der Ebene des Kernmaterials erfolgt. Es ist gefunden worden, dass ein Kernmaterial mit einer statistischen Verteilung zur Herstellung eines Formteils mit einer sehr hohen Oberflächenqualität insbesondere hinsichtlich der visuellen Beurteilung sehr geeignet ist.
Der Wert des Orangenschaleneffekts oder der hier definierte D-Sight-Index ist mittels der D-Sight-Technik (z.B. mit einem von Diffracto Ltd., Kanada, gelieferten D-SIGHT-System), siehe auch oben, messbar. Geeignete Bedingungen sind in den Beispielen aufgeführt, wobei das Kernmaterial auf beiden Seiten mit einem Faserglasvlies (wie dem Glasfaservlies, CSM 450 g/m², bezogen von Owens-Corning) und einem Gelcoat^TM-Decklack (bezogen von Di IJssel, Niederlande) versehen ist. Aus Vergleichsgründen sei darauf hingewiesen, dass ein Material aus Ganzglas, das aus drei Schichten des Faserglasvlieses besteht, in dieser Methodologie einen Wert des Orangenhauteffekts von etwa 25 und die Verwendung eines herkömmlichen Kernmaterials (Soric^®) einen Wert von etwa 55 ergibt.
In Abhängigkeit von seiner vorgesehenen Verwendung, insbesondere hinsichtlich eines Bedarfs an einem Harz, das dazu fähig ist, innerhalb eines bestimmten Zeitraums in das Kernmaterial einzudringen, kann die Permeabilität eines Harzes eines erfindungsgemäßen Kernmaterials aus einem weiten Bereich ausgewählt werden. Besonders gute Ergebnisse sind mit einem Kernmaterial mit einer Permeabilität in der Ebene des Materials für das Harz von wenigstens 1 × 10^–9 m² erhalten worden. Es ist gefunden worden, dass in einem solchen Material die Fließeigenschaften des Harzes sehr zufriedenstellend sind. Für sogar noch bessere Fließeigenschaften beträgt die Permeabilität vorzugsweise wenigstens 1,5 × 10^–9 m², noch mehr bevorzugt wenigstens mehr als 5 × 10^–9 m².
Die Permeabilität wird hauptsächlich von den Kanälen erzeugt, die von den keine Glieder enthaltenden Bereichen gebildet werden. Die Permeabilität (k) ist hier gemäß dem Darcyschen Gesetz für die stationäre Strömung als q = k·A / η· Δp / Δx definiert, wobei q der Harzfluss in m³/s ist, A die Gesamtfläche des Querschnitts, durch den das Harz fließt, in m² ist, η die Viskosität des Harzes in Ns/m² ist, Δp die Druckdifferenz in N/m² ist und Δx die Distanz, über die die Druckdifferenz vorliegt und das Harz fließt, in m ist. Die Permeabilität ist dahingehend definiert, dass sie in derjenigen Ebene des Materials liegt, die nicht senkrecht zum Material, sondern parallel zu deren Ober- und Unterseite ist.
Die Drapierfähigkeit ist hier als die Fähigkeit des Kernmaterials zur Anpassung an eine konturierte Oberfläche, insbesondere eine Form, definiert. Insbesondere ist ein Kernmaterial hier als drapierfähig definiert, wenn es in einem Radius von 10 mm oder weniger um eine Ecke gebogen werden kann, ohne dass eine wesentliche irreversible Verformung des Kernmaterials auftritt. Dies ermöglicht ein gutes Drapieren des Materials in der Form, wodurch die Herstellung von gleichmäßig geformten Produkten ermöglicht wird.
Obwohl die oben definierte Drapierfähigkeit im Allgemeinen zur Verwendung in geschlossenen Systemen ausreichend ist, besteht ein Vorteil darin, dass die vorliegende Erfindung ein Kernmaterial mit einer viel besseren Drapierfähigkeit verfügbar macht, wie einer Drapierfähigkeit, die ein Biegen um eine Ecke mit einem Radius von nur 5 mm oder weniger ermöglicht.
Die Kompressionsbeständigkeit ist hier als die Fähigkeit zum Widerstehen einer Kraft definiert, die eine Neigung zum Zusammendrücken oder Knicken hervorruft. Sie wird gemessen, indem die Höhe des Materials vor dem Einwirkenlassen eines Drucks und während des Einwirkenlassens eines Drucks von 1 bar senkrecht zur Materialebene bestimmt wird. Die Kompressionsbeständigkeit wird als 100% × (Höhe des Materials bei einem Druck von 1 bar)/Höhe des Materials ohne Druckeinwirkung) berechnet.
Die Kompressionsbeständigkeit kann aus einem weiten Bereich in Abhängigkeit vom Typ der Anwendung und den gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden. Gute Ergebnisse sind u.a. mit einem Kernmaterial mit einer Kompressionsbeständigkeit von wenigstens 40% bei einem Druck von 1 bar erreicht worden. Insbesondere in demjenigen Fall, in dem das Kernmaterial für ein geschlossenes Formsystem geeignet sein sollte, ist es hochgradig bevorzugt, dass die Kompressionsbeständigkeit bei einem Druck von 1 bar wenigstens 60%, sogar noch mehr bevorzugt bei einem Druck von 1 bar etwa 70% oder mehr beträgt. Es ist gefunden worden, dass eine solche Beständigkeit hochgradig vorteilhaft ist, weil die Tendenz der Kanäle, zusammengepresst zu werden, sehr niedrig ist und somit das Eindringen des Harzes in die Kanäle während der Verarbeitung in einer geschlossenen Form beeinträchtigt wird. Demgemäß ist ein Kernmaterial mit einer Kompressionsbeständigkeit bei einem Druck von 1 bar von mehr als 75%, wenigstens 80%, wenigstens 90% bzw. wenigstens 95% hochgradig bevorzugt.
Dennoch kann man sich in einigen Fällen für ein Kernmaterial mit einer relativ niedrigen Kompressionsbeständigkeit, z.B. von etwa 50% oder weniger, entscheiden.
Insbesondere im Fall eines Kernmaterials, das für ein Handauflegesystem oder ein Aufspritzsystem geeignet ist, reicht im Prinzip eine relativ niedrige Kompressionsbeständigkeit, insbesondere eine Kompressionsbeständigkeit bei 1 bar oder mehr von 30% aus.
Die vorliegende Erfindung vereinigt einen sorgfältigen Ausgleich zwischen den Eigenschaften der verschiedenen Komponenten, der Fasern, des Bindemittels, der Schaumstoffstruktur und dergleichen, zum Erhalt eines zweckmäßigen Ausgleichs zwischen Eigenschaften wie der Kompressionsbeständigkeit, der Drapierfähigkeit und der Permeabilität im Kernmaterial einerseits und zum Erhalt einer hohen Oberflächenqualität des mit einem solchen Kernmaterials gebildeten Formteils andererseits. Geeignete Bedingungen können vom Fachmann durch routinemäßige Betrachtungen und mit den hier und in den aufgeführten Literaturstellen offenbarten Informationen bestimmt werden.
Wenn eine gute Oberflächenqualität wichtig ist, ein Bestreben aber auch darin besteht, die Verwendung von Harz und/oder das Gewicht des fertigen Verbundstoffs zu begrenzen, kann man wählen, als Material für die Glieder ein relativ leichtes Material, z.B. eine Mikrokügelchen-Schaumstoffstruktur, ein Material mit relativ großen Gliedern, z.B. im Bereich von 1–3 mm, ein Material mit relativ schmalen Kanälen zwischen den Gliedern, z.B. von weniger als 1 mm, und/oder einem relativ niedrigen freien Volumen, z.B. im Bereich von 40–60 mol-%, zu verwenden.
Wenn die Oberflächenqualität von äußerster Wichtigkeit ist und Gewichts- oder Kosteneinsparungen von geringerer Wichtigkeit sind, kann man ein Kernmaterial mit relativ kleinen Gliedern, z.B. im Bereich von 0,5–2 mm (im Fall eines Kernmaterials, dessen Muster nicht unregelmäßig ist: 0,5–1,5 mm), einen hohen Grad der Unregelmäßigkeit des Gliedmusters und/oder ein Harz mit einer niedrigen Tendenz zum Schrumpfen nach dem Härten, z.B. ein Epoxyharz, wählen.
Wenn die Drapierfähigkeit und die Oberflächenqualität relativ hoch sein sollen, kann man auswählen, relativ breite Kanäle beispielsweise mit einem mittleren Durchmesser von 0,5–2 mm (im Fall eines Kernmaterials, dessen Muster nicht unregelmäßig ist: 0,5–0,75 mm) in Kombination mit relativ kleinen Gliedern, z.B. mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 1 mm, einem hohen Grad der Unregelmäßigkeit und/oder einem relativ biegsamen Fasermaterial, das z.B. Polyesterfasern und Acrylatbindemittel umfasst, zu verwenden.
Die Glieder bilden "Inseln" innerhalb der Bahn oder darauf, wobei die Glieder wenigstens hauptsächlich von Kanälen umgeben sind, durch die Harz fließen kann. Die Kanäle sind größtenteils frei von Bahnmaterial oder Fasern, obwohl etwas Fasermaterial vorhanden sein kann, um eine ausreichende Konsistenz des Kernmaterials zu ergeben. Als Regel sollte der Materialgehalt in den Kanälen ausreichend niedrig sein, um eine ausreichende Permeabilität zu ermöglichen, wodurch ein ausreichendes Durchdringen mit Harz ermöglicht wird, vorzugsweise sollte er eine Permeabilität von wenigstens 1 × 10^–9 m² ermöglichen.
Die Glieder bestehen typischerweise aus einer geschlossenzelligen Schaumstoffstruktur, z.B. aus einem Material, das als hier offenbartes Bindemittelmaterial brauchbar ist. Die Elemente können auch Mikrokügelchen umfassen oder daraus bestehen. Diese Mikrokügelchen werden unten diskutiert.
Die Glieder tragen in hohem Maße zur Kompressionsbeständigkeit des Kernmaterials bei und sind im Allgemeinen Substanzen, die für das Harz undurchdringlich sind. Die Glieder weisen auf jeden Fall eine Permeabilität auf, die im Wesentlichen niedriger als 1 × 10^–9 m² ist.
Die Glieder können jede beliebige Form haben. Gute Ergebnisse sind mit einem Kernmaterial erreicht worden, wobei wenigstens der größte Teil der Glieder aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Gliedern mit einem kreisrunden, elliptischen und polygonalen Querschnitt parallel zur Ebene des Materials bestehen. Natürlich können Kombinationen davon verwendet werden. Bevorzugte Glieder mit polygonalem Querschnitt sind Glieder mit einem dreieckigen, tetragonalen, pentagonalen, hexagonalen, heptagonalen oder oktagonalen Querschnitt.
Die unregelmäßige Verteilung kann erhalten werden, indem mehr oder weniger gleichmäßig geformte Elemente mit denselben oder verschiedenen Abmessungen verwendet werden. Gute Ergebnisse sind hier beispielsweise mit einem Kernmaterial erreicht worden, bei dem wenigstens die Mehrzahl und vorzugsweise im Wesentlichen alle Elemente einen kreisrunden oder elliptischen Querschnitt parallel zur Ebene des Materials haben.
Die unregelmäßige Verteilung kann erhalten werden, indem eine Vielzahl von verschieden geformten Elementen verwendet wird. Gute Ergebnisse sind mit einem Kernmaterial erreicht worden, bei dem wenigstens die Mehrzahl und vorzugsweise im Wesentlichen alle Glieder einen polygonalen Querschnitt parallel zur Materialebene haben. Die verschieden geformten Glieder in einem solchen Kernmaterial sind vorzugsweise aus der aus Dreiecken, Vierecken, Fünfecken und Sechsecken bestehenden Gruppe ausgewählt.
Es ist gefunden worden, das besonders gute Ergebnisse in Bezug auf die Oberflächenqualität mit einem Kernmaterial mit einer unregelmäßigen Struktur erhalten werden, wobei wenigstens der Großteil der Glieder und vorzugsweise im Wesentlichen alle Glieder einen durch den Durchmesser des Hüllkreises definierten Durchmesser in der Materialebene von weniger als 1,5 mm haben. Sehr gute Ergebnisse sind mit einem Kernmaterial erhalten worden, bei dem wenigstens der Hauptteil der Elemente einen Durchmesser von 0,2–1 mm hat.
Die Untergrenze des Durchmessers der Glieder ist nicht besonders kritisch. Für typische Anwendungen hat wenigstens der größte Teil der Glieder einen Mindestdurchmesser von wenigstens etwa 0,2 mm. Aus praktischen Gründen beträgt der Durchmesser gewöhnlich wenigstens etwa 0,5 mm. Von der Oberflächenqualität verschiedene Faktoren, für die der Durchmesser der Glieder relevant sein kann, stellen das Ausmaß dar, in dem man die Verwendung eines Harzes in einem geschlossenen Formsystem begrenzen möchte.
Vorzugsweise hat wenigstens der größte Teil der Kanäle zwischen den Gliedern einen mittleren Durchmesser von wenigstens 2 mm (im Fall eines regelmäßigen Musters), noch mehr bevorzugt von weniger als 1 mm (im Fall eines unregelmäßigen Musters), sogar noch mehr bevorzugt von weniger als 0,5 mm. Die Untergrenze der Kanäle ist nicht besonders kritisch, solange die Permeabilität hoch genug bleibt, wie hier definiert ist. Eine geeignete Untergrenze kann vom Fachmann in Abhängigkeit vom Harz und den Formbedingungen routinemäßig bestimmt werden. Typischerweise hat der größte Teil der Kanäle einen minimalen mittleren Durchmesser von wenigstens 0,3 mm. Vorteile der Verwendung eines relativ großen Durchmessers, z.B. 0,5 bis 2 mm (0,5–0,75 in einem Fall, in dem das Kernmaterial kein unregelmäßiges Muster hat) können ein schneller Harzfluss durch das Material und eine relativ hohe Drapierfähigkeit sein. Vorteile eines relativ kleinen Durchmessers, z.B. im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm, können eine relativ niedrige Harzaufnahme und eine höhere Oberflächenqualität sein.
Die Dicke des Kernmaterials kann innerhalb weiter Bereiche, z.B. zwischen 1 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm, variiert werden, obwohl dickere oder dünnere Kernmaterialien gemäß der Erfindung hergestellt werden können. Die Glieder erstrecken sich gewöhnlich wenigstens über den größten Teil der Dicke des Materials.
Vorzugsweise hat die eine Schaumstoffstruktur enthaltende Faserbahn ein freies Volumen von weniger als 80 Vol.-%, noch mehr bevorzugt von 50–70 Vol.-%. In dieser Hinsicht ist das freie Volumen dahingehend zu verstehen, dass es das Volumen des Materials bedeutet, das für das Harz zugänglich ist. Der Rest des Volumens wird von den Gliedern (und einigen Fasern) gebildet.
Eine bevorzugte Bahn umfasst wenigstens 20 Gew.-% Fasern, bis zu 80 Gew.-% Bindemittelmaterial, das gegebenenfalls aufgeschäumt ist. Die die Glieder bildende geschlossenzellige Schaumstoffstruktur kann aus (gegebenenfalls verschäumbaren) Mikrokügelchen bestehen, die unter Verwendung eines gegebenenfalls geschäumten Bindemittelmaterials in die Bahn eingeführt werden.
Gute Ergebnisse sind mit einem Kernmaterial erhalten worden, das Mikrokügelchen mit einer Aktivierungstemperatur von wenigstens 120°C enthält, wobei das freie Volumen in der Bahn höchstens 80 Vol.-% beträgt. Die Bahn kann mechanisch, physikalisch oder chemisch gebunden sein.
Am meisten bevorzugt ist ein Kernmaterial, das wenigstens 30 Gew.-% Fasern, bis zu 70 Gew.-% Bindemittelmaterial umfasst und gegebenenfalls auch verschäumbare Mikrokügelchen enthält. In der Praxis beträgt die Menge der verschäumbaren Mikrokügelchen gewöhnlich weniger als 15 Gew.-%, vorzugsweise 1–10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kernmaterials.
Vorzugsweise sind die Mikrokügelchen verschäumbar, und noch mehr bevorzugt haben sie eine Aktivierungstemperatur von wenigstens 120°C.
Sehr gute Ergebnisse sind mit einem Kernmaterial erreicht worden, bei dem verschäumte, thermoplastische Mikrokügelchen, z.B. aus einem thermoplastischen Polymer auf der Grundlage eines Alkylmethacrylats wie Methylmethacrylat, Acetonitril (wie Polyacrylnitril (PAN)), Vinylidenchlorid oder einer Kombination davon in der Bahn vorhanden sind, wobei die Mikrokügelchen eine Anfangs-Schäumtemperatur unterhalb der Härtungstemperatur des Bindemittels haben. Mikrokügelchen, z.B. Expancel^TM von AKZO-NOBEL, sind kommerziell erhältlich.
Das Kernmaterial der Erfindung kann hergestellt werden, indem Techniken verwendet werden, die zur Herstellung von Kernmaterialien des Standes der Technik zur manuellen Herstellung von faserverstärkten Kunststoffmaterialien bekannt sind. Die Herstellung kann beispielsweise auf der in EP 1 010 793 beschriebenen Methodik basieren. Vorzugsweise wird das Material durch Rotationssiebdruck hergestellt.
In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Kernmaterials werden verschäumbare Mikrokügelchen mit einem Bindemittelmaterial in eine Faserbahn eingeführt, gefolgt vom Verschäumen der Mikrokügelchen und dem Härten des Bindemittels. In einem stark bevorzugten Verfahren beginnen die Mikrokügelchen bei einer Temperatur unterhalb der Härtungstemperatur des Bindemittelmaterials zu schäumen.
Das Kernmaterial kann zweckmäßig durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Vliesstoff mit einem Schaumstoff oder einem ungeschäumten Bindemittel, das auch geschäumte Mikrokügelchen wie polymere, Glas- oder Keramik-Mikrokügelchen enthält, bedruckt wird.
Im Fall der Verwendung von verschäumbaren Mikrokügelchen ist es bevorzugt, das folgende Verfahren zu verwenden. Als Erstes wird eine Dispersion von verschäumbaren Mikrokügelchen in einem Bindemittelmaterial hergestellt, wobei die Dispersion gegebenenfalls geschäumt ist. Die Anfangs-Schäumtemperatur der Mikrokügelchen liegt vorzugsweise unterhalb der Härtungstemperatur des Bindemittelmaterials. Anschließend wird der Vliesstoff mit einer Dicke, die niedriger als die erforderliche Enddicke ist, mit der Dispersion siebgedruckt. Danach wird das Material getrocknet und auf die Schäumtemperatur der Mikrokügelchen erwärmt. Beim Verschäumen wird die Temperatur weiter erhöht, was zur Folge hat, dass das Bindemittelmaterial härtet und die Mikrokügelchen in der Bahn bindet. Auf diese Weise kann ein erfindungsgemäßes Kernmaterial hergestellt werden.
Die Anfangs-Schäumtemperatur der Mikrokügelchen liegt vorzugsweise zwischen 120 und 190°C. Die Härtungstemperatur des Bindemittels beträgt vorzugsweise mehr als 170°C.
Die gemäß der Erfindung zu verwendende Faserbahn ist gewöhnlich ein Vliesstoff auf der Grundlage von herkömmlichen Fasern, das verstärkt sein kann. Die Herstellung von geeigneten Vliesstoffen ist beispielsweise von Dr. H. Jörder, "Textilien auf Vliesbasis" (D. V. R. Fachbuch, P. Keeper Verlag) beschrieben. Es ist auch möglich, eine Kombination aus einer Vliesfaserbahn mit einem Verstärkungsgewebe zu verwenden, wobei eines in dem oder auf dem anderen vorliegt.
Die Fasern der Bahn sind vorzugsweise aus der aus natürlichen Fasern, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern oder synthetischen Fasern bestehenden Gruppe wie Acryl-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyester-, Polyamid-(Aramid-), Kohlenstoff- oder Polypropylenfasern und Kombinationen davon ausgewählt. Noch mehr bevorzugt sind die Fasern aus der Gruppe von Glasfasern, Polyesterfasern, Polyester-Polyethylen-Bikomponentenfasern und Kombinationen davon ausgewählt. Sehr gute Ergebnisse sind mit Polyesterfasern erreicht worden. Es ist gefunden worden, dass Polyesterfasern eine sehr gute Haftung am Harz haben und die Neigung aufweisen, einen günstigen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt zu haben.
Nach einem sehr zweckmäßigen Verfahren basiert der Vliesstoff auf einer Kombination von Polyesterfasern und Polyethylen-Polyester-Bikomponentenfasern (oder anderen bei tiefer Temperatur schmelzenden Fasern oder Pulvern). Diese Bahntypen werden durch die Bikomponentenfasern thermisch verbunden. Durch ein Erwärmen der Bahn auf die Anfangs-Schäumtemperatur der Mikrokügelchen, die oberhalb des Schmelzpunkts der Polyethylenbindung liegt, wird die Bahn locker und schäumt leicht. Nach dem Verschäumen und dem Härten weist das fertige Material wieder seine gute Bindung auf, was zur vorteilhaften Kombination von Eigenschaften der Erfindung führt. Gleichzeitig ist die Bahn in den Anfangsstufen des Verfahrens aufgrund der thermischen Bindung leicht handhabbar.
Die Mikrokügelchen, die in einer erfindungsgemäßen Faserbahn vorhanden sein können, bestehen vorzugsweise wenigstens aus einem thermoplastischen, synthetischen Harzmaterial, das bei Raumtemperatur fest ist. Beispiele für geeignete Harze umfassen Polystyrol, Styrol-Copolymere, Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Copolymere, Vinylidenchlorid-Copolymere und so weiter.
In verschäumbare Mikrokügelchen ist gewöhnlich ein Treibmittel eingearbeitet. Das Vorhandensein dieses Treibmittels ist für das Verschäumen der Mikrokügelchen verantwortlich, wenn eine die Mikrokügelchen umfassende Faserbahn gehärtet wird. Somit werden die Mikrokügelchen in einer ungeschäumten Form, beispielsweise mittels einer Paste wie einer Schaumstoffpaste, in die Faserbahn gepresst. Das Treibmittel kann ein chemisches oder physikalisches Treibmittel wie Azodicarbonamid, Isobutan, Isopentan, Pentan, Freon, Isooctan etc. sein.
Die Mikrokügelchen haben im ungeschäumten Zustand vorzugsweise einen Durchmesser von 4–20 μm und im geschäumten Zustand vorzugsweise einen Durchmesser von 10–100 μm. Nach dem Schäumen der Mikrokügelchen beträgt ihre Menge in der Bahn gewöhnlich 10 bis 60 Vol.-%. Diese Menge hängt von der Menge der verwendeten Mikrokügelchen und ihrem Schäumungsgrad ab.
In dieser Hinsicht sind geeignete Bindemittel beispielsweise ein Niederalkylacrylat-Polymer, Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Polymer, Polyurethan, Epoxyharze, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Copolymere von Vinylidenchlorid mit anderen Monomeren, Polyvinylacetat, partiell hydrolysiertes Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyesterharze und so weiter. Gegebenenfalls können diese Bindemittel mit sauren Gruppen versehen werden, indem beispielsweise die Bindemittel carboxyliert werden. Ein geeignetes Carboxylierungsmittel ist beispielsweise Maleinsäureanhydrid. Darüber hinaus enthält das Bindemittel in einer pastenförmigen Zusammensetzung gegebenenfalls Wasser, Tenside, Schaumstabilisatoren, Füllmittel oder Verdickungsmittel, wie in EP-A-0 190 788 beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Laminat, das wenigstens aus einem erfindungsgemäßen Kernmaterial besteht, das mit wenigstens einem faserförmigen Vlies laminiert ist. Das Laminat kann auf eine beliebige Weise und vorzugsweise durch Vernähen oder Kleben des wenigstens einen Vlieses an eine oder beide Seiten des Kernmaterials gebildet werden. Geeignete Verfahren zur Bildung des Laminats sind im Fachgebiet bekannt.
Ein Vorteil der Bereitstellung eines Laminats ist dessen Verarbeitungsfreundlichkeit. Ein Laminat ermöglicht eine einfache Platzierung der Kombination aus Kernmaterial und Vliesen in einem Schritt. Somit muss der Verbundstoff-Verarbeiter nicht verschiedene Schichten (z.B. das untere Vlies, das Kernmaterial bzw. das obere Vlies) in getrennten Schritten in der Form stapeln.
Im Prinzip kann jedes faserförmige Vlies verwendet werden, das zur Herstellung eines Verbundstoffs geeignet ist. Bevorzugte faserförmige Vliese umfassen Glasfaservliese, Kohlenstofffaservliese, Polyaramidfaservliese und Hybride davon, z.B. Glas-Kohlenstoff-Faservliese, Glas-Polyaramid-Faservliese oder Kohlenstoff-Polyaramid-Faservliese.
Unter anderem ist gefunden worden, dass ein erfindungsgemäßes Kernmaterial zur Herstellung von dünnen Laminaten sehr geeignet ist, solange eine Oberfläche mit einem hochgradig wünschenswerten, glatten Aussehen erhalten wird. Zum Beispiel kann ein erfindungsgemäßes Laminat sehr zweckmäßig eine Gesamtdicke von 2 bis 10 mm, vorzugsweise von 3 bis 6 mm haben. Gute Ergebnisse sind u.a. mit einem Laminat aus einem Kernmaterial mit einer Dicke von 1–2 mm erreicht worden, das auf beiden Seiten mit einem Vlies, vorzugsweise einem Glasvlies, mit einer Dicke von etwa 0,4–0,8 mm, z.B. einem Glasvlies von etwa 225–600 g/m², typischerweise etwa 450 g/m², bedeckt ist. Somit kann ein Laminat mit einer Dicke von etwa 2–3 mm erhalten werden, wobei gefunden worden ist, dass das Laminat eine sehr gute Oberflächenqualität hat, nachdem es mit einem Harz, insbesondere einem Epoxyharz, gehärtet worden ist.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, wobei eine hier beschriebene faserförmige Bahn mit einem flüssigen Harz und einem Härtungsmittel dafür imprägniert wird.
Geeignete flüssige Harze zum Imprägnieren einer erfindungsgemäßen Faserbahn sind alle synthetischen Kunststoffmaterialien, die in flüssiger Form aufgetragen und gehärtet werden können. Beispiele sind Polyesterharze, Phenylesterharze, Polyurethanharze, Phenolharze, Melamin-Formaldehyd-Harze und Epoxyharze. Wenn einem Fachmann die Spezifikation eines herzustellenden Gegenstandes angegeben wird, kann er ein zweckmäßiges Harz zweckmäßig auswählen.
Geeignete Härtungsmittel zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren sind alle Härtungsmittel, die zum Härten des gewählten flüssigen Harzes verwendet werden können. Diese Systeme sind den Fachleuten bekannt, und es gehört zum standardmäßigen Wissen des Fachmanns, dazu fähig zu sein, ein Harz und ein Härtungsmittel so zu vereinigen, dass optimale Ergebnisse erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Formteil auf der Grundlage eines erfindungsgemäßen Kernmaterials, insbesondere eines Formteils, das durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich ist, bei dem ein erfindungsgemäßes Kernmaterial mit einem Harz imprägniert und gehärtet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein solches Formteil mit einem Wert des Orangenschaleneffekts oder D-Sight-Index von weniger als 30, vorzugsweise weniger als 25, noch mehr bevorzugt von 10–20, wie mittels der D-Sight-Technik (z.B. mit einem D-SIGHT-System, bezogen von Diffracto Ltd., Kanada) unter Anwendung der in den Beispielen aufgeführten Bedingungen bestimmt wird.
Die Erfindung wird jetzt durch die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert.
Vergleichsbeispiel
Soric^®-Kernmaterial (Lantor, Veenendaal, Niederlande), das in 4a dargestellt ist, mit sechseckigen Gliedern mit einem Durchmesser von etwa 6 mm, einer Permeabilität von 5 × 10^–9 m², wurde zwischen zwei Schichten aus faserförmigen Glasvlies (Glasfaservlies) (Materialgewicht: 450 g/m², bezogen von Owens-Corning) angeordnet. Dieses Laminat wurde mit Polyesterharz (Synolite 6811-N-1, DSM resins) in einem geschlossenen Formsystem durch Vakuumeinspritzen bei einem Druck von 0,2 bar imprägniert.
Auf eine Seite der Form wurde ein Decklack (schwarzes Gelcoat^TM yt701 von De IJssel) mit etwa 0,5 mm aufgetragen.

In 5 ist das Aussehen des Verbundmaterials (als "Kernmaterial des Standes der Technik" gekennzeichnet) veranschaulicht. Der Wert des Orangenschaleneffekts/D-SIGHT-Index der Oberfläche wurde mittels eines D-SIGHT-Systems mit den folgenden Parametereinstellungen bestimmt:

Kamerawinkel:	30°, Kamerahöhe: 570
Anwendungspunkt:	"rote" Linie
Fragmentgröße:	Obere linke Ecke: x = 115, y = 271
	Untere rechte Ecke: x = 385, y = 386
WDI 28X24
Blockgröße 10X5

Es wurde gefunden, dass der Orangenschaleneffekt 55,3 betrug. Die Graphik, die das Verbundmaterial darstellt, wie es mit in dem D-SIGHT-System aufgenommen wird, ist in 7 veranschaulicht.
Ein zweites Vergleichsbeispiel wurde auf dieselbe Weise durchgeführt, aber mit einem Soric^®-Kernmaterial mit Sechsecken mit einem Durchmesser von etwa 3,5 mm und einer Permeabilität von etwa 5 × 10^–9 m². Es wurde gefunden, dass der Orangenschaleneffekt 33,7 betrug. Eine Graphik, die das mittels des D-SIGHT-Systems aufgenomme Verbundmaterial veranschaulicht, ist in 8 dargestellt.
Ein drittes Vergleichsbeispiel wurde auf dieselbe Weise, aber jetzt mit einem Vollglaslaminat (drei Schichten desselben Glasvlieses) angefertigt. Es wurde gefunden, dass der Orangenschaleneffekt 24,9 betrug (in den Figuren nicht dargestellt).
Herstellung des Kernmaterials
Es wurde eine Bahn hergestellt, die aus 80 Gew.-% Polyesterfasern und 20 Gew.-% Bindemittel (Acrylat) bestand.
Eine Bindemittel-Mikrokügelchen-Mischung wurde hergestellt, indem 5 kg verschäumbare Mikrokügelchen (Expancel^TM, AKZO-NOBEL) 95 kg Acrylatdispersion zugemischt wurden. Der Feststoffgehalt betrug etwa 52 Gew.-%.
Die Bindemittel-Mikrokügelchen-Mischung wurde mittels Rotationssiebdruck auf die Bahn aufgetragen, wobei die Mischung in die Bahn gepresst wurde. Das Sieb enthielt runde, unregelmäßig verteilte Löcher mit einem ungefähren Durchmesser von etwa 0,6 mm mit einer Dichte von etwa 40 Löchern/cm².
Nach dem Bedrucken wurde die Bahn bei etwa 110°C getrocknet und anschließend bei einer Temperatur von 200°C auf eine Dicke von etwa 2 mm geschäumt. Gleichzeitig wurde die Bahn gehärtet.
Beispiel 1
Ein Kernmaterial mit einem unregelmäßigen, in 1 veranschaulichten Muster, wobei die Glieder einen mittleren Durchmesser von etwa 1 mm hatten, und einer Permeabilität von etwa 1,5 × 10^–9 m² wurde wie oben angegeben in den Glasmatten bereitgestellt. Das Laminat wurde nach demselben Verfahren, das im Vergleichsbeispiel beschrieben ist, imprägniert.
In 5 ist das Aussehen des Verbundmaterials (mit der Bezeichnung "verbessertes Kernmaterial") veranschaulicht.
5 demonstriert klar, dass das Aussehen des erfindungsgemäßen Kernmaterials zu einem Verbundmaterial führt, dessen Oberfläche ein viel glatteres Aussehen hat, was zu besseren visuellen Beurteilung führt.
Eine Graphik, die das mit dem D-SIGHT-System untersuchte Verbundmaterial veranschaulicht, ist in 9 veranschaulicht. Es wurde gefunden, dass der Orangenschaleneffekt 20,6 betrug.
Beispiel 2
6 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Verbundmaterial mit einem in 4c veranschaulichten Kernmaterial, das auch ein sehr gleichmäßiges Aussehen aufweist.

Claims

Kernmaterial, geeignet zur Verwendung in einem geschlossenen Formsystem, zur Aufspritzanwendung und/oder Handauflegeanwendung, wobei das Kernmaterial drapierfahig ist und auf mindestens einer Faserbahn mit einer Schaumstoffstruktur innerhalb der Bahn basiert, wobei das Schaumstoffgefuge aus einer Vielzahl von Gliedern gebildet wird, die durch Kanale, die fur Harz durchlassig sind, voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder einen durchschnittlichen Durchmesser – definiert durch den Durchmesser des Hullkreises in der Materialebene – von weniger als 1,5 mm haben, und die Kanale einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 0,75 mm haben
Kernmaterial nach Anspruch 1, wobei die Glieder unregelmaßig innerhalb oder auf der Bahn verteilt sind, wobei namlich der Musterrapport in der x- und/oder der y-Richtung mindestens 0,5 cm betragt
Kernmaterial nach Anspruch 2, wobei mindestens die Mehrheit der Glieder einen durch den das Glied umgebenden Hullkreis bestimmten Durchmesser in der Materialebene von weniger als 3 mm, vorzugsweise von weniger als 2,5 mm, hat
Kernmaterial nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens die Mehrheit der Kanale einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 1 mm hat
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Kanale einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,3–0,5 mm haben.
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Glieder einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,2–1 mm haben
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Durchlassigkeit in der Materialebene fur Harz mindestens 1 × 10^–9 m² betragt
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Glieder zufallig innerhalb oder auf der Bahn verteilt sind
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei das Kernmaterial eine Vielzahl von unterschiedlich geformten Gliedern enthalt
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei das freie Volumen der Bahn 40–80 Volumenprozent, vorzugsweise 60 bis 70 Volumenprozent betragt
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Querschnitte parallel zur Materialebene von mindestens der Mehrheit der Glieder aus der Gruppe ausgewahlt werden, die kreisformige, ellipsoide und polygonale Querschnitte umfasst
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei mindestens ein Teil der Glieder Mikrokugeln enthalt
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, wobei die Fasern der Bahn aus der Gruppe ausgewahlt werden, die Naturfasern, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern, Synthesefasern und Kombinationen daraus umfasst
Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche mit einer Kompressionsbestandigkeit bei 1 bar von mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 60%, besser mindestens 70%
Laminat, das mindestens ein Kernmaterial nach einem der vorhergehenden Anspruche, laminiert mit mindestens einem Faservlies aufweist
Laminat nach Anspruch 15, wobei das Laminat eine Gesamtdicke von 1 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 mm, hat
Laminat nach Anspruch 15 oder 16, wobei mindestens ein Faservlies aus der Gruppe ausgewahlt wird, die mindestens eine Faserart aufweist, die aus der Gruppe ausgewahlt wird, die Glasfasern, Kohlenstofffasern und Polyaramidfasern umfasst
Laminat nach einem der Anspruche 15–17, wobei das mindestens eine Faservlies an das Kernmaterial geklebt oder geheftet wird
Verfahren zum Fertigen eines geformten Artikels, wobei das Verfahren das Platzieren eines Kernmaterials nach einem der Anspruche 1–14 optional in Kombination mit einem oder mehreren anderen Non-Woven-Vliesen oder eines Laminats nach einem der Anspruche 15–18 in eine geschlossene Form, das Einfuhren eines flussigen Harzes in die Form und das Ausharten des Harzes umfasst, um den Artikel zu produzieren
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Harz ein Polyesterharz, ein Phenylesterharz, ein Epoxidharz, ein Polyurethanharz, ein Melamin-Formaldehyd-Harz oder ein Phenolharz ist
Geformter Artikel, der durch ein Verfahren nach einem der Anspruche 19 oder 20 erzielt werden kann
Geformter Artikel, der auf einem Kernmaterial nach einem der Anspruche 1–14 oder einem Laminat nach einem der Anspruche 15–17 basiert
Geformter Artikel nach Anspruch 22 mit einem durch seinen Orangenschalenwert dargestellten Beugungsindex von weniger als 30, vorzugsweise weniger als 25, besser von 10–20
Verfahren zum Produzieren eines Kernmaterials nach einem der Anspruche 1–14, wobei das Verfahren das Einfuhren eines geschaumten oder Schaum erzeugenden Materials in eine Faserbahn unter Verwendung mindestens eines Bindemittelmaterials und das Fixieren eines Schaumstoffs in der Bahn durch Ausharten des Bindemittelmaterials umfasst
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das geschaumte oder Schaum erzeugende Material durch Rotationsfilmdruck in die Bahn eingefuhrt wird