EP4182163A1 - Verbundmaterial - Google Patents

Verbundmaterial

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EP4182163A1
EP4182163A1 EP21755695.0A EP21755695A EP4182163A1 EP 4182163 A1 EP4182163 A1 EP 4182163A1 EP 21755695 A EP21755695 A EP 21755695A EP 4182163 A1 EP4182163 A1 EP 4182163A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
use according
graphite foil
composite material
fire protection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21755695.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabian Schubert
Thomas Koeck
Werner Langer
Juergen Joos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Publication of EP4182163A1 publication Critical patent/EP4182163A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • graphite foils expanded graphite with a worm-shaped structure must first be produced.
  • graphite such as natural graphite
  • an intercalate such as nitric acid or sulfuric acid
  • expanded graphite is expanded by a factor of 80 or more compared to natural graphite in the plane perpendicular to the hexagonal carbon layers. Due to the expansion, expanded graphite is characterized by excellent formability and good gearability.
  • the expanded graphite can be pressed into foil form by means of pressure.
  • a film with a density of 1.3 to 1.8 g/cm 3 is preferably used.
  • a film having this density range has in-plane thermal conductivities of 300 W/(mK) to 500 W/(mK). The thermal conductivity is determined using the Angstrom method (“Angstrom's Method of Measuring Thermal Conductivity”; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses).
  • the composite material typically has two outer surfaces.
  • the matrix is made of plastic.
  • this acts as a connecting material, with the plastic and the graphite foil forming a positive connection. No adhesives are required for the connection. This has the advantage that the properties of the matrix determine the bond strength and the bond is not weakened as when using adhesives.
  • Flame retardants can optionally be added to epoxy resins. Flame retardants prevent the epoxy resin from catching fire and smoke production is reduced and self-extinguishing is promoted.
  • DecaBDE decabromodiphenylether
  • TBPA tetrabromobisphenol A
  • HBCD hexabromocyclododecane
  • the fibers are selected from the group of carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, metal fibers, ceramic fibers, natural fibers and basalt fibers or mixtures of these, preferably carbon fibers.
  • the graphite foil has a thickness of 0.15 to 2 mm, preferably 0.5 to 1 mm.
  • the graphite foil has holes.
  • the holes can have any shape. For example, they can be triangular, square, pentagonal, hexagonal, round or oval.
  • the length to width ratio of the holes is not limited.
  • the holes are round or oval. Round holes can be made particularly easily by punching, which promotes a particularly efficient production of the. A perforation process to produce the holes is also possible.
  • the area of each individual hole is in the range from 0.1 mm 2 to 400 mm 2 , preferably in the range from 1 mm 2 to 100 mm 2 .
  • the distribution of the holes on the graphite foil is not restricted.
  • the composite material according to the invention is produced in a resin impregnation process such as the wet pressing process.
  • the reinforcing fibers of the composite material are, for example, glass and/or carbon fibers, preferably glass fibers, are provided dry in the form of layers cut from textiles, preferably woven fabric, scrim or fleece. These layers are stacked in the desired fiber orientations along with one or more layers of graphite foil.
  • liquid, unreacted synthetic resin, preferably epoxy resin is applied either several times between the layers or only on the upper side of the stack.
  • Synthetic resin is a mixture of resin and hardener.
  • the flame retardant additives described above can also be added to the resin.
  • the protective film is chosen from the group of plastics, resins or ceramics.
  • the fire protection panel is a fire protection door.
  • Other possible applications for the composite material are as walls for transport containers, e.g. B. insulated freight containers for refrigerated transport, as walls of box bodies for refrigerated transport vehicles or in battery housings for electrically powered vehicles or aircraft, an application in which both the fire protection and the insulating properties of the material are important.
  • Figure 1 a and b each show the perspective view of a composite material (1) with graphite foil (2) or perforated graphite foil (3).
  • Figure 2a and b each show the perspective view of a composite material (1) with graphite foil (2) or perforated graphite foil (3) and a protective film (5).
  • Figure 2c and d each show the cross section of a composite material (1) with graphite foil (2) or perforated graphite foil (3) and each with a protective film (5)
  • Figure 1a shows the perspective view of a composite material (1).
  • a graphite foil (2) is applied to the layer of fibers and matrix (4).
  • the layer of fibers and matrix (4) forms a positive connection with the graphite foil (2).
  • Figure 1b shows the perspective view of a composite material (2).
  • a perforated graphite foil (3) is applied to the layer of fibers and matrix (4).
  • the layer of fibers and matrix (4) forms a positive connection with the perforated graphite foil (3).
  • Figure 1 c and d each show the cross section of a composite material (1) with graphite foil (2) or perforated graphite foil (3).
  • Figure 2a shows the perspective view of a composite material (1).
  • a graphite foil (2) is applied to the layer of fibers and matrix (4) and a protective film (5) to it.
  • the layer of fibers and matrix (4) forms a positive connection with the graphite foil (2).
  • Figure 2b shows the perspective view of a composite material (1).
  • a perforated graphite foil (3) is applied to the layer of fibers and matrix (4) and a protective film (5) is applied to this foil.
  • the layer of fibers and matrix (4) forms a positive connection with the graphite film (2).
  • FIG. 3b shows the cross section of a composite material (1), the perforated graphite foil (3) being located between two layers of fibers and matrix.
  • a medical technology component can be manufactured as described below.
  • a 2.5mm thick composite material is fabricated for use as a flame retardant panel.
  • 8 layers of an epoxy resin prepreg with unidirectionally aligned carbon fibers and a fiber surface weight of 250 g/m 2 are quasi-isotropically laid in 0°, 45°, 90°, -45°, -45°, 90°, 45° and 0° directions are stacked on top of one another, with quasi-isotropic meaning that the layer of fibers and matrix (4) has approximately the same mechanical properties in all directions within the plane.
  • a 0.5 mm thick graphite foil (2) is also added as the top layer.
  • the graphite foil is inserted between 2 layers of biaxial non-crimp fabrics made of carbon fibers with a weight per unit area of 290 g/m 2 and a fiber orientation of +/-45°.
  • the graphite foil with a thermal conductivity of 350 W/(mK) has a thickness of 0.6 mm and thus provides a sufficiently high thermal conductivity for use as a heat-dissipating heat dissipation panel.
  • the graphite foil is provided with holes 1.5 cm apart, the diameter of which is 2 mm. Ready-to-react epoxy resin made of resin and hardener (resin/hardener ratio of 100:21 parts by mass) is applied to each of the two core layers at a temperature of 60°C.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Verbundmaterialen als Brand-schutzpanel.

Description

VERBUNDMATERIAL
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Verbundmaterialen als Brand schutzpanel und/oder Wärmeableitpaneel.
Unter einem Brandschutzpaneel und/oder einem Wärmeableitpaneel wird im Rahmen der Erfindung ein Verkleidungselement verstanden, welches als Platte oder gekrümmte Platte ausgeformt ist und eine tragende Funktion haben kann.
In bislang verwendeten Brandschutzanwendungen finden intumeszierende Materialien Einsatz. Hierfür werden oftmals Graphitsalze, also Blähgraphite verwendet, welche in Verbundharz eingebettet oder in mineralischen Fasergewirken eingebunden werden. Dies wird beispielsweise in der W02018/094002A1 beschrieben.
Insbesondere die mineralischen Brandschutzlösungen weisen bei entsprechender Brandschutzwirkung vergleichsweise hohe Materialstärken der Brandschutzschicht auf und sind zudem nicht sehr flexibel. Bei Verwendung in lasttragenden Bauteilen oder Bauteilelementen, muss die relativ schwache Brandschutzschicht mit einem tragenden Material verbunden werden. Problematisch dabei sind zum einen die Verbindungsstelle zwischen Brandschutzschicht und tragendem Material sowie die resultierende Gesamt dicke des Verbundmaterials. Die sich dadurch ergebende limitierte Designfreiheit führt beispielsweise bei Brandschutztüren zu recht hohen Dicken und damit auch zu relativ hohen Gewichten. Dies wiederum resultiert in oft schwergängigen Türen, die sich nur mit erhöhtem Kraftaufwand öffnen und schließen lassen. Darüber hinaus fehlt den gängigen Verbundmaterialien die Flexibilität der Formbarkeit. Weiterhin können im Brandfall durch chemische Zersetzung der Verbundmatrix eine kritische Menge an Rauch oder/und giftige Dämpfe freigesetzt werden. Zudem wird bei Intumeszenz- Materialien eine Schwellentemperatur benötigt, die dann erst dazu führt, dass die verwendete Brandschutzschicht aufgebläht wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung und Verwendung eines Verbundmaterials als Brandschutzpaneel und/oder Wärmeableitpaneels, welches die obigen Nachteile des Standes der Technik überwindet. Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines Verbundmaterials umfassend Fa sern und Graphitfolie als Brandschutzpaneel und/oder Wärmeableitpaneel.
Zur Herstellung von Graphitfolien muss zunächst expandierter Graphit mit einer wurm förmigen Struktur hergestellt werden, dazu wird üblicherweise Graphit, wie Naturgraphit, mit einem Interkalaten, wie beispielsweise Salpetersäure oder Schwefelsäure, ver mischt und bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise 600 °C bis 1200 °C wär mebehandelt. (DE10003927A1)
Expandierter Graphit ist im Vergleich zu natürlichem Graphit in der Ebene senkrecht zu den hexagonalen Kohlenstoffschichten beispielsweise um den Faktor 80 oder mehr expandiert. Aufgrund der Expansion zeichnet sich expandierter Graphit durch eine hervorragende Formbarkeit und gute Verzahnbarkeit aus. Der expandierte Graphit kann mittels Drucks in Folienform verpresst werden. Bevorzugt wird eine Folie mit einer Dichte von 1 ,3 bis 1 ,8 g/cm3 verwendet. Eine Folie aufweisend diesen Dichtebereich besitzt Wärmeleitfähigkeiten von 300 W/(m K) bis 500 W/(m K) in der Ebene. Die Wärmeleitfähigkeit wird mittels der Angström-Methode („Angström’s Method of Measuring Thermal Conductivity”; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses) bestimmt.
Aufgrund des verwendeten Materialsystems werden Gewichts- und Dickeneinsparun gen unter Beibehaltung derselben Lasttragfähigkeit wie bei herkömmlichen Brand- schutzpanelen ermöglicht. Durch die Verwendung der Graphitfolie kommt es nicht, wie bei Verwendung von Blähgraphiten, zu starken Formänderungen im Brandfall, die beim Blähgraphit auf das Expandieren des Graphitsalzes zurückzuführen sind. Darüber hin aus bietet das verwendete Verbundmaterial den Vorteil der Formbarkeit, so dass das Verbundmaterial verschiedenste Geometrien annehmen kann. Dies ermöglicht eine deutlich variablere Verwendung als bei den herkömmlichen Brandschutz- und/oder Wärmeableitpaneelen. Weiterhin weist das Verbundmaterial eine gute thermische Isolierwirkung in z-Richtung (Wärmeleitfähigkeit von 5 W/(m K), d.h. durch den Graphitfolie hindurch auf und besitzt innerhalb der der Ebene (X und Y-Richtung) der Graphitfolie eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit (300 W/(m K) bis 500 W/(m K))auf.
Erfindungsgemäß sind die Fasern und die Graphitfolie jeweils als mindestens eine Schicht übereinander angeordnet.
Das Verbundmaterial weist typischerweise zwei Außenflächen auf.
Wenn eine Graphitfolienschicht eine Außenseite bildet, dann soll diese bei Verwendung zur potentiellen Hitzequelle zeigen, denn dadurch kann die Graphitfolie die Wärme be sonders effektiv ableiten und möglichweise entstehende Gase und Rauche nicht ent weichen lassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Fasern in einer Matrix einge bettet.
Erfindungsgemäß ist die Matrix aus Kunststoff.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Kunststoff aus der Gruppe Thermoplaste, Elastomere oder Duromere oder Mischungen davon, bevorzugt Duro- mere oder Thermoplaste ausgewählt.
Duromere sind beispielsweise Epoxidharze, Thermoplaste sind beispielsweise Poly amide und Elastomere sind beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Kautschuk. oder Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen, wobei der Vorgang reversibel ist, solange nicht durch thermische Überhitzung die Zersetzung des Thermoplastes auftritt.
Durch die Verwendung von Kunststoffen als Matrix fungiert diese als Verbindungs material, wobei der Kunststoff und die Graphitfolie eine formschlüssige Verbindung bilden. Zur Verbindung sind keine Klebstoffe notwendig. Dies hat den Vorteil, dass die Eigenschaften der Matrix die Verbindungsstärke bestimmen und die Verbindung nicht wie bei Verwendung von Klebstoffen geschwächt wird. Bei Verwendung von Epoxidharzen können optional noch Flammschutzmittel hinzugefügt werden. Flammschutzmittel verhindern, dass das Epoxidharz sich entflammt und die Rauchentwicklung wird verringert und die Selbstverlöschung wird begünstigt. Als Flammschutzmittel können beispielsweise Aluminiumhydroxid, Ammoniumphosphat , chlorierte oder bromierte Copolymere wie Decabromdiphenylelther (DecaBDE), Tetrabrombisphenol A (TBBPA) oder Hexabromcyclododecan (HBCD) verwendet werden.
Erfindungsgemäß sind die Fasern aus der Gruppe Carbonfasern, Glasfasern, Aramid- fasern, Metallfasern, Keramikfasern, Naturfasern und Basaltfasern oder Mischungen dieser, bevorzugt Carbonfasern ausgewählt.
Unter Naturfasern werden Flachs-, Jute-, Sisal- und Hanffasern verstanden.
Gemäß der Erfindung liegen die Fasern als Kurz-, Lang-, Endlosfasern, Rovings, Ge webe, Gelege, Vlies oder Mischungen davon vor.
Unter Rovings werden Faserstränge verstanden, die einen oder mehrere Bündel einzel ner Faserfilamente umfassen. Bei Gelegen handelt es sich um ein textiles Flächen gebilde, bei welchem mehrere Rovings zusammengeführt werden. Bei Geweben han delt es sich um textile Flächengebilde, wobei diese mindestens zwei Fadensysteme auf weisen, die nicht parallel verlaufen und sich somit kreuzen. Unter einem Vliesmaterial versteht man ein Gebilde mit in der Fläche isotroper Faserorientierung ohne Flächen vorzugsrichtung.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Graphitfolie eine Dicke von 0,15 bis 2 mm, bevorzugt 0,5 bis 1 mm auf.
Bei einer Dicke von mehr als 2 mm ist die Graphitfolie weniger flexibel formbar, d. h. die Graphitfolie wird brüchig bzw. spröde. Bei einer Dicke unter 0,15 mm ist die Brandschutzwirkung nicht mehr ausreichend gegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Graphitfolie Löcher auf. Die Löcher können jede beliebige Form aufweisen. Sie können z.B. dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, rund oder oval sein. Das Verhältnis von Länge zu Breite der Löcher ist nicht beschränkt. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Löcher rund oder oval. Runde Löcher lassen sich besonders leicht durch Stanzen einbringen, was eine besonders effiziente Herstellung des begünstigt. Ein Perforationsprozess zur Her stellung der Löcher ist ebenfalls möglich. Die Fläche jedes einzelnen Lochs liegt im Be reich von 0,1 mm2 bis 400 mm2, vorzugsweise im Bereich von 1 mm2 bis 100 mm2. Die Verteilung der Löcher auf der Graphitfolie ist nicht beschränkt.
In einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial ist zumindest ein Teil der Löcher min destens teilweise mit Harz gefüllt. Dies bietet eine weitere Stabilisierung des Verbund materials, da sich durch die Löcher der Graphitfolie die Schicht auf der einen Seite durch die Löcher mit der Schicht auf der anderen Seite verbinden lässt.
Somit wird die mechanische Stabilität erhöht. Ebenso wird die Stabilität bei einem Ver bundmaterial aus einer Graphitfolie mit Löchern und einer Schicht auf einer Seite der Graphitfolie durch das in die Löcher der Graphitfolie eindringende Harz erhöht. Zumin dest ein Teil der Löcher, bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass es nicht erforderlich ist, dass alle Löcher mit Harz gefüllt sein müssen. Zumindest teilweise mit Harz gefüllt, heißt, dass es ausreicht, dass bei einer Foliendicke von unter 1 mm mindestens 50% des Loches mit Harz gefüllt ist und bei einer Foliendicke von über 1 mm mindestens 30% des Loches mit Harz gefüllt ist.
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial wird in einem Harzimprägnierverfahren wie zum Beispiel dem Nasspressverfahren hergestellt. Die Verstärkungsfasern des Verbundmaterials, sind beispielsweise Glas- und/oder Carbonfasern, bevorzugt Glasfasern, werden in Form von aus Textilien, bevorzugt Gewebe, Gelege oder Vlies, geschnittenen Lagen trocken bereitgestellt. Diese Lagen werden in den gewünschten Orientierungen der Fasern zusammen mit einer oder mehreren Lagen der Graphitfolie aufgestapelt. Dabei wird entweder mehrfach zwischen den Lagen oder nur auf der Oberseite des Stapels flüssiges, nicht ausreagiertes Kunstharz, bevorzugt Epoxidharz, aufgetragen. Unter Kunstharz wird eine Mischung von Harz und Härter verstanden. Das Harz kann zusätzlich mit den oben beschriebenen Flammschutzadditiven versetzt sein. Der mit dem flüssigen Harz benetzte Stapel aus Textillagen und Graphitfolien wird zwischen die Formhälften eines Presswerkzeugs eingelegt und dieses geschlossen, in der Regel mit Hilfe einer Presse. Durch den Schließdruck werden zum einen die Lagen in die für das Brandschutz- und/oder Wärmeableitpaneel gewünschte Form gepresst und zum anderen werden die trockenen Textillagen mit dem flüssigen Kunstharz durchtränkt. Aufgrund der Löcher in der Graphitfolie kann diese ebenfalls gut durchtränkt und fest in den Verbund eingebunden werden. Das Harz reagiert anschließend zum festen Matrixmaterial aus, in der Regel beschleunigt durch eine erhöhte Temperatur des Formwerkzeugs. Anschließend kann das gefertigte Paneel aus dem Werkzeug entnommen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Graphitfolie einen Schutz film auf. Durch den Schutzfilm wird die Graphitfolie gegen Kratzer und Abrasion ge schützt. Zudem begünstigt der Schutzfilm die Lackierbarkeit.
Vorteilhafterweise wird der Schutzfilm aus der Gruppe Kunststoffe, Harze oder Keramik ausgewählt.
Dem Schutzfilm können auch Flammschutzmittel wie beispielsweise Aluminium hydroxid, Ammoniumphosphat , chlorierte oder bromierte Copolymere wie Decabromdiphenylelther (DecaBDE), Tetrabrombisphenol A (TBBPA) oder Hexabromcyclododecan (HBCD) hinzugefügt werden.
Vorteilhafterweise ist die Dicke des Schutzfilms kleiner als 1 mm, bevorzugt 0,02-0,3 mm. Bei größer als 1 mm Dicke des Schutzfilms, beeinflusst dieser die thermischen, mechanischen und auch gewichtsspezifischen Eigenschaften der Graphitfolie.
Vorteilhafterweise ist an den Randbereichen des Verbundmaterials eine Kühlung ange bracht, wodurch im Brandfall noch schneller Wärme abgeführt werden kann. Hierbei können jegliche Arten von Kühlungen, nämlich sowohl aktive als auch passive Kühlungen verwendet werden. Unter aktiver Kühlung wird im Rahmen der Erfindung das aktive Ableiten von Wärme durch erzwungene Konvektion oder Konduktion mit Hilfe eines Kühlmediums verstanden. Dies kann z. B. erfolgen, indem der Randbereich des Verbundmaterials Leitungen beinhaltet, die von einem Kühlmedium durchströmt werden oder indem das Verbundmaterial mit von einem Gasstrom angeströmt wird. Bei passiver Kühlung handelt es sich um die Ableitung von Wärme durch natürliche Wärmeleitung bzw. Konvektion. Beispielsweise kann die Kühlung in Form einer Wärmesenke als metallischer Rahmen, der zur Oberflächenvergößerung z. B. mit Kühlrippen versehen sein kann, ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß ist das Brandschutzpaneel eine Brandschutztüre. Weitere mögliche Anwendungen für das Verbundmaterial sind der Einsatz als Wandung von Transportbehältern, z. B. isolierten Frachtbehältern für Kühltransporte, als Wände von Kofferaufbauten für Kühltransportfahrzeuge oder auch in Batteriegehäusen für elektrisch angetriebene Fahr- oder Flugzeuge, eine Anwendung bei der es sowohl auf die Brandschutz- als auch die Isolationseigenschaften des Materials ankommt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Aus führungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 a und b zeigen jeweils die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1) mit Graphitfolie (2) oder gelochter Graphitfolie (3).
Figur 1 c und d zeigen jeweils den Querschnitt eines Verbundmaterials (1) mit Graphit folie (2) oder gelochter Graphitfolie (3).
Figur 2a und b zeigen jeweils die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1) mit Graphitfolie (2) oder gelochter Graphitfolie (3) und jeweils einem Schutzfilm (5). Figur 2c und d zeigen jeweils den Querschnitt eines Verbundmaterials (1 ) mit Graphit folie (2) oder gelochter Graphitfolie (3) und jeweils einem Schutzfilm (5)
Figur 3a zeigt die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1), wobei die ge lochte Graphitfolie (3) sich zwischen zwei Schichten aus Fasern und Matrix befindet. Figur 3 b zeigt den Querschnitt eines Verbundmaterials (1), wobei die gelochte Graphit folie (3) sich zwischen zwei Schichten aus Fasern und Matrix befindet.
Figur 1a zeigt die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1). Auf der Schicht aus Fasern und Matrix (4) ist eine Graphitfolie (2) aufgebracht. Die Schicht aus Fasern und Matrix bildet (4) mit der Graphitfolie (2) eine formschlüssige Verbindung. Figur 1b zeigt die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (2). Auf der Schicht aus Fasern und Matrix (4) ist eine gelochte Graphitfolie (3) aufgebracht. Die Schicht aus Fasern und Matrix bildet (4) mit der gelochten Graphitfolie (3) eine form schlüssige Verbindung.
Figur 1 c und d zeigen jeweils den Querschnitt eines Verbundmaterials (1) mit Graphit folie (2) oder gelochter Graphitfolie (3).
Figur 2a zeigt die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1). Auf der Schicht aus Fasern und Matrix (4) ist eine Graphitfolie (2) aufgebracht und auf dieser ein Schutzfilm (5). Die Schicht aus Fasern und Matrix bildet (4) mit der Graphitfolie (2) eine formschlüssige Verbindung.
Figur 2b zeigt die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1). Auf der Schicht aus Fasern und Matrix (4) ist einer gelochten Graphitfolie (3) aufgebracht und auf dieser ein Schutzfilm (5). Die Schicht aus Fasern und Matrix bildet (4) mit der Gra phitfolie (2) eine formschlüssige Verbindung.
Figur 2c und d zeigen jeweils den Querschnitt eines Verbundmaterials (1 ) mit Graphit folie (2) oder gelochter Graphitfolie (3) und jeweils einem Schutzfilm (5). Figur 3 zeigt die perspektivische Darstellung eines Verbundmaterials (1), wobei die gelochte Graphitfolie (3) sich zwischen zwei Schichten aus Fasern und Matrix (4) befindet.
Figur 3 b zeigt den Querschnitt eines Verbundmaterials (1), wobei die gelochte Graphit folie (3) sich zwischen zwei Schichten aus Fasern und Matrix befindet.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläu tert, wobei die Ausführungsbeispiele keine Einschränkung der Erfindung darstellen.
Die Herstellung eines Medizintechnikbauteils kann wie unten beschrieben erfolgen.
Ausführungsbeispiel 1 :
In einem Ausführungsbeispiel wird ein 2,5 mm dickes Verbundmaterial zur Verwendung als Flammschutzpanel gefertigt. Dazu werden 8 Schichten eines Epoxidharz-Prepreg mit unidirektional ausgerichteten Carbonfasern und einem Faserflächengewicht von 250 g/m2 quasi-isotrop in 0°-, 45°-, 90°-, -45°, -45°-, 90°-, 45°- und 0°-Richtung übereinan- dergestapelt, wobei quasi-isotrop bedeutet, dass in alle Richtungen innerhalb der Ebene annähernd die gleichen mechanischen Eigenschaften für die Schicht aus Fasern und Matrix (4) entstehen. Als oberste Schicht wird zudem eine 0,5 mm dicke Graphitfo lie (2) hinzugefügt. Diese benötigt zur Anhaftung keinen separaten Klebstoff, sondern haftet aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung, welche während des Aushärteprozes ses zwischen Harzoberfläche der Schicht aus Fasern und Matrix (4) und Graphitfolie (2) entsteht. Für diese Aushärtung wird die gelegte Platte für 2h bei einer Temperatur von 130 °C unter einem Druck von 5bar gehärtet. Dieser Prozess überführt das Carbonfa serhalbzeug in einen stabilen Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) (Schicht aus Fa sern und Matrix (4) und verbindet diesen mit der Graphitfolie (2) zu einem formschlüssi gen Verbundmaterial (1). In der Anwendung wird die Graphitfolienseite einer potentiel len Flamme oder Wärmequelle zugewandt, um die bestmögliche Brandschutzwirkung aufgrund der Wärmeverteilung innerhalb der xy-Ebene und der Gasundurchlässigkeit der Graphitfolie (2) zu erreichen. Ausführungsbeispiel 2:
In einem weiteren Ausführungsbeispiel 2 wird analog des Vorgehens des Ausführungs beispiels 1 vorgegangen, jedoch wird eine gelochte Graphitfolie (3) verwendet. Diese 0,5 mm dicke Graphitfolie (3) wurde über einen Perforationsprozess mit Löchern verse hen, welche homogen in gleichen Abständen auf der gesamten Folie verteilt sind. Das Lochbild weist Löcher eines Durchmessers von 1 ,3 mm auf sowie einen Lochabstand von 5,3 mm. Somit ergibt sich eine offene Lochfläche von 5,5%. Durch diese Löcher kann aufgrund der Fließfähigkeit des Harzsystems und des angelegten Pressdrucks Harz fließen und somit mechanisch stabilisierende Harzbrücken zur vergleichsweise schwachen gelochten Graphitfolie (3) ausbilden. Die innere Festigkeit innerhalb der Graphitfolienebene wird daher erhöht.
Ausführungsbeispiel 3:
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird exakt derselbe Aufbau wie in Ausführungs beispiel 2 verwendet, zusätzlich wird jedoch ein 0,1 mm dicker Harzfilm als Schutzfilm (5) auf die gelochte Graphitfolie (3) aufgebracht. Der Härteprozess entspricht dem des Ausführungsbeispiels 2, durch den zusätzlichen Harzfilm wird gewährleistet, dass eine sich ein homogener Schutzfilm auf der Graphitfolie bildet, welche die weiche Oberfläche der Graphitfolie gegen mechanische Abrasion oder Kratzer schützt.
Ausführungsbeispiel 4:
In einem weiteren Ausführungsbeispiel 4 wird ein thermoplastisches Tape mit Carbonfa serverstärkung mit Polyamid 6 Matrix statt eines Epoxidharz-Prepregs als Vorläufer für die Schicht aus Fasern und Matrix (4) verwendet. Diese Tapes besitzen ebenfalls eine unidirektionale Faserverstärkung mit 250 g/m2 Faserflächengewicht. Der CFK-Schicht- aufbau wird analog der vorigen Ausführungsbeispiele gelegt und eine Graphitfolie (2) der Dicke 0,5 mm darübergelegt. Im anschließenden Verarbeitungsprozess werden die Schichten unter bei 260 °C und unter einem Pressdruck von 10 bar 20 min lang konsoli diert. Das somit entstehende Laminat wird in einem weiteren Verarbeitungsschritt um geformt. Dazu wird das Laminat mittels eines Infrarotstrahlers über die Glasübergangs temperatur erhitzt, sodass die thermoplastische Kunststoffmatrix erneut formbar wird. Mittels eines Roboterarms wird die weiche Struktur in die gewünschte Pressform trans feriert und über ein Formgegenstück in die gewünschte Geometrie gebracht. Unter ei nem Druck von 30bar wird das Laminat erneut abgekühlt und kann bei einer Laminat temperatur von 80 °C entnommen werden.
Ausführungsbeispiel 5
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Graphitfolie zwischen 2 Lagen Biaxialgelege aus Carbonfasern mit Flächengewicht von jeweils 290 g/m2 mit der Faserorientierung von +/- 45° eingelegt. Die Graphitfolie mit einer Wärmeleitfähigkeit 350 W/(mK) hat eine Dicke von 0,6 mm und stellt so eine ausreichend hohe Wärmeleitkapazität für die Anwendung als wärmeableitendes Wärmeableitpaneel bereit. Die Graphitfolie ist mit Löchern im Abstand 1 ,5 cm versehen, deren Durchmesser 2mm beträgt. Auf jede der beiden Gelegelagen wird reaktionsfertig aus Harz und Härter (Harz/Härter-Verhältnis von 100:21 Massenteile) bei einer Temperatur von 60°C angemischtes Epoxidharz aufgetragen. Die Graphitfolie wird zwischen die beiden beharzten Gelegelagen einlegt und der komplette Stapel einem auf 120°C beheizten Formwerkzeug für 3 Minuten verpresst, so dass das Harz die Textilien imprägniert und anschließend aushärtet. Durch die Löcher in der Folie hindurchtretendes Harz stellt die Verbindung zwischen den beiden Faserlagen her und sorgt dafür, dass die Graphitfolie fest in die Verbundplatte eingebunden ist. Nach Abschluss des Pressvorgangs kann das gefertigte Brandschutzpaneel aus dem Werkzeug entnommen werden. Bezugszeichenliste
(1) Verbundmaterial
(2) Graphitfolie
(3) Gelochte Graphitfolie (4) Schicht Fasern und Matrix
(5) Schutzfilm

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines Verbundmaterials umfassend Fasern und Graphitfolie als Brandschutz- und/oder Wärmeableitpaneel.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei die Fasern und die Graphitfolie jeweils als mindestens eine Schicht übereinander angeordnet sind.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern in einer Matrix eingebet tet sind.
4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei die Matrix aus Kunststoff ist.
5. Verwendung nach Anspruch 4, wobei der Kunststoff aus der Gruppe Thermo- plaste, Elastomere, Duromere oder Mischungen davon ausgewählt wird.
6. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern aus der Gruppe Carbon fasern, Glasfasern, Aramidfasern, Metallfasern, Keramikfasern, Naturfasern und Basalt fasern oder Mischungen dieser ausgewählt werden.
7. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern als Kurz-, Lang-, Endlos fasern, Rovings, Gewebe, Gelege, Vlies oder Mischungen davon vorliegen.
8. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Graphitfolie eine Dicke von 0,15 bis 2 mm aufweist.
9. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Graphitfolie Löcher aufweist.
10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei zumindest ein Teil der Löcher zumindest teilweise mit Harz gefüllt ist.
11. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Graphitfolie einen Schutzfilm aufweist.
12. Verwendung nach Anspruch 11 , wobei der Schutzfilm aus der Gruppe Kunst stoffe, Harze oder Keramik ausgewählt wird.
13. Verwendung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Dicke des Schutzfilms kleiner als 1 mm ist
14. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei an den Randbereichen des Ver bundmaterials eine aktive oder passive Kühlung angebracht ist.
15. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Brandschutzpanel eine Brand schutztüre, die Wandung eines Isoliertransportbehälters oder eines Batteriegehäuses ist.
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