NL1002455C2 - Werkwijze ter vervaardiging van gelcoat beklede versterkte laminaten. - Google Patents

Description

WERKWIJZE TER VERVAARDIGING VAN GELCOAT BEKLEDE VERSTERKTE LAMINATEN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging - van een vezel versterkt laminaat, omvattende het lamineren op een, bij Ό voorkeur uitgeharde, gelcoat bekledingslaag van een strukturele laag die een versterkingsmateriaal en een polymere thermohardende hars omvat, het op elkaar persen van de lagen, en het uitharden van de polymere thermohardende hars.

10

Een dergelijke werkwijze is bekend. Gelcoat bekledingslagen worden veelal toegepast voor het bekleden van vezel versterkte materialen, vaak polyester materialen, voor toepassing in bijvoorbeeld boten of vrachtwagens met vaste huif. Het is gebruikelijk dat de strukturele laag als versterkingsmateriaal een weefsel bevat, bijvoorbeeld glasweefsel.

Een probleem dat veelal optreedt bij deze werkwijze hangt samen met het feit dat doorgaans gebruik wordt gemaakt van thermohardende 20 polymere harsen die bij uitharding een relatief hoge mate van krimp vertonen, zeg tussen 5 en 10%. Zo kennen veel gebruikte polyester harsen vaak een krimp van bijvoorbeeld rond 8%. Wordt de strukturele laag uitgehard, dan treedt het effect op dat de gelcoat, die bij de voor uitharding gebruikelijke verhoogde temperatuur buigslap is, het 25 door krimpen van de thermohardende hars ontstane patroon volgt.

Heeft men de lagen op elkaar geperst, wat in een dergelijke werkwijze doorgaans gebeurt om het laminaat op de gewenste dikte te brengen, dan ziet men in het ontstane patroon de afdruk van het weefsel. Dit geeft 3Q een ongewenst kosmetisch effect. Met name bij toepassing in vrachtwagens is dit bezwaar prangend, omdat de gelcoat, meestal een gepigmenteerde polyester, daar juist vooral dient als verfraaiende afwerkingslaag. Het is uiteraard des te bezwaarlijker indien in een als verfraaiend bedoelde laag bobbels zichtbaar zijn.

1002455 2

Teneinde dit bezwaar te ondervangen wordt wel gewerkt met een strukturele laag die tussen het versterkingsweefsel en de gel coat een tussenlaag bevat die op zichzelf niet voldoende is als struktureel 5 versterkingsmateriaal, meestal een mat van gehakte vezels ("chopped strand mat", CSM). Hiermee kan het probleem echter niet in voldoende mate worden opgelost. Ook wordt wel een werkwijze gehanteerd waarbij men de thermohardende hars bij een zo lage temperatuur (kamertemperatuur) uithardt, dat de gelcoat voldoende buigstijfheid 1Q behoudt om niet tot de ongewenste afdruk van het weefsel te leiden. Een dergelijke werkwijze vraagt uiteraard veel meer tijd dan wanneer men bij verhoogde temperatuur uithardt, en kan bovendien niet goed continu, machinaal, worden uitgevoerd. Dat laatste is niet alleen op economische gronden gewenst, maar ook omdat, in vergelijking met zogenaamd handlamineren, een laminaat met wezenlijk betere mechanische 15 eigenschappen kan worden verkregen. Een bijkomend voordeel ten opzichte van handlaminering is dat een laminaat met in wezen uniforme dikte kan worden verkregen. Bij een laminaat dat in principe een in wezen uniforme dikte kan hebben, is het uiteraard ongewenst als deze 2Q uniformiteit teniet wordt gedaan door de aanwezigheid van in het oppervlak zichtbare bobbels.

Het is derhalve gewenst om een werkwijze te verschaffen waarmee een met gelcoat bekleed laminaat op zodanige wijze kan worden versterkt 25 dat bovenvermeld nadeel niet optreedt. De uitvinding bestaat daartoe hieruit dat men in een werkwijze van het in de aanhef vermelde type als versterkingsmateriaal een vezelmateriaal toepast dat tenminste aan het naar de gelcoat toegerichte oppervlak een laag van parallelle unidirectionele vezels bevat. Hierbij wordt vooral gedoeld op de 30 algehele vervanging van het weefsel door een multi axiaal legsel, maar het is ook denkbaar dat men het weefsel alleen aan de zijde van de gelcoat vervangt.

1002455 3

Multiaxiale legsels zijn op zichzelf bekend en bestaan veelal uit op elkaar gelegde lagen van parallelle, unidirectionele vezels (doorgaans multi filament garens), waarbij de vezels in de verschillende lagen niet in de vorm van een weefsel met elkaar verbonden zijn. Om het g legsel te kunnen hanteren bestaan tussen de verschillende lagen doorgaans verbindingen. Dit kunnen gelijmde punten zijn, maar meestal bestaan de verbindingen uit één of meer relatief dunne draden die de lagen bij elkaar houden. Dit zijn meestal stiksels zijn, maar kunnen bijvoorbeeld ook bestaan uit verbindingsdraden die door de parallelle jq vezel lagen zijn geweven of gebreid. Het legsel kan op zichzelf staand zijn, maar wordt veelal aangebracht op een substraat, bijvoorbeeld een CSM.

Het is gebleken dat bij deze toepassing van legsels in plaats van 1C weefsels de kosmetisch ongewenste bobbels in de gelcoat bekledingslaag lb in veel mindere mate ontstaan, ook niet wanneer men afziet van de toepassing van een CSM tussenlaag. Een bijkomend voordeel van het gebruik van een legsel in plaats van een weefsel is de grotere sterkte en stijfheid bij gelijk oppervlaktegewicht of, omgekeerd, de 2Q gewichtsbesparing die men kan realizeren bij gelijke mechanische eigenschappen.

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt het laminaat doorgaans vervaardigd tussen twee lagen verwijderbare folie (bijvoorbeeld van 25 polyethyleen tereftalaat). Men gaat daarbij achtereenvolgens als volgt te werk.

Op een eerste laag folie brengt men een gelcoat aan. Het begrip gelcoat is de vakman bekend, en betreft veelal een onverzadigde 3Q polyester of vinyl ester hars die thermisch kan worden uitgehard onder invloed van radicaalinitiatoren, zoals peroxiden. Omdat de gelcoat een afwerkingslaag is, zal deze meestal gepigmenteerd zijn, en additieven bevatten zoals UV stabilizatoren, antioxidanten, eventueel 1002455 4 vulmiddelen, vlamvertragers, of andere gebruikelijke toeslagstoffen. De gel coat vormt een relatief dunne laag, doorgaans met een dikte kleiner dan 1000 μπι, waarbij laagdiktes van 100 tot 400 μπι typerend zijn.

5

De aangebrachte gel coat wordt op gebruikelijke wijze uitgehard, bij voorkeur tot zo hoog mogelijke conversie (volledige uitharding) en bij verhoogde temperatuur (zeg, 50 tot 100°C).

10 In het vervolg van het proces laat men de gel coat afkoel en, al blijft deze vaak lauwwarm vanwege de relatief hoge temperatuur en trage afkoeling van het pakket bestaande uit folie en gel coat.

In een volgende stap wordt de strukturele laag op de gel coat 1C aangebracht. Hierbij wordt al dan niet eerst een tussenlaag op de ib gelcoat gelegd, bijvoorbeeld een glasvezel-CSM, welke vervolgens wordt geïmpregneerd met polymere thermohardende (strukturele) hars. Het versterkingsmateriaal kan als één laag worden aangebracht. In dat geval is het versterkingsmateriaal bij voorkeur een door een substraat 2Q gedragen multiaxiaal legsel. Het versterkingsmateriaal kan ook in verscheidene afzonderlijke lagen worden aangebracht. Dit kan betrekking hebben op een relatief dik laminaat, waarbij men verscheidene multi axiale legsels op elkaar lamineert, of op een constructie waarin men verschillende UD lagen (lagen met parallelle 25 unidirectionele vezels) afzonderlijk onder verschillende hoeken op elkaar brengt (zodat feitelijk in situ een multiaxiaal legsel ontstaat). Ook kan men na een eerste laag UD of multiaxiaal legsel (de bepalende laag aan de zijde van de gelcoat) verdere lagen versterkingsmateriaal in de vorm van een weefsel aanbrengen. Naar 2Q wens, en mede afhankelijk van het aantal stappen waarin men de strukturele laag lamineert, kan één of meer keren, op verschillende punten in het proces, impregnering met de strukturele hars plaats hebben. Impregnering kan zeer wel gebeuren door de hars via een gietspleet aan te brengen.

100245a 5

Na aanbrengen van alle lagen, inclusief eventueel een na het versieringsmateriaal opgebrachte CSM (die voor extra stijfheid zorgt en voor een gemakkelijke schuurbaarheid ten behoeve van een betere hechting wanneer het materiaal verlijmd wordt met een substraat zoals 5 isolatieschuim) wordt het laminaat voorzien van een tweede folielaag en door persen op de gewenste dikte gebracht. In de continue uitvoering van de werkwijze, die de voorkeur geniet, zal deze stap geen additionele verhitting plaats (liefst vermijdt men hier verhoogde temperaturen, daar anders de hars reeds tijdens het persen ten dele jq zou kunnen uitharden).

Afhankelijk van de gewenste toepassing zal de totale dikte van het uit gelcoat en structurele laag bestaande laminaat variëren van, ruwweg, 0.5 tot 10 mm, doorgaans 1 tot 4 mm.

Nadat het laminaat aldus is geperst, wordt de strukturele hars uitgehard, bij voorkeur door het geperste laminaat een hete 10 temperatuurtafel te laten passeren, of bloot te stellen aan non-contact verhitting zoals infraroodstraling, of - vooral bij op acrylaat gebaseerde harsen - een UV bron.

20 De bovenbeschreven werkwijze wordt nader toegelicht in de schematische tekening. Hierin wordt een dwarsdoorsnede weergegeven van een assemblagelijn, waarin men achtereenvolgens herkent: een voorraadrol krimp- en rekarme folie (1), een doseerpomp (2) voor de gelcoat waarmee door een gietspleet (3) de gelcoat afkomstig uit een 25 voorraadvat (4) wordt aangebracht op het van de rol (1) aflopende folie. Het pakket van folie en gelcoat passeert een verwarmde sectie (5) waar de gelcoat wordt uitgehard. Vervolgens kan men vanaf een voorraadrol (6) een glasvezelmat (CSM) aanbrengen. Op het al dan niet van CSM voorziene lagenpakket brengt men vervolgens, vanaf een 30 voorraadrol (7), een multi axiaal legsel aan, waarna men weer de optie heeft om, vanaf een voorraadrol (8) een glasvezelmat (CSM) aan te brengen. Het aldus compleet gevormde lagenpakket wordt via een gietspleet (9) geïmpregneerd met structurele (matrix) hars, vanuit een 10 0 2:4 5 5 6 voorraadvat (10), door middel van een doseerpomp (11). Het geïmpregneerde lagenpakket wordt vanaf een voorraadrol (15) voorzien van een tweede folielaag en door middel van kalanderrollen (12) op de gewenste dikte gebracht. Het laminaat passeert dan een sectie (13) 5 waarin de structurele hars wordt uitgehard. Vervolgens wordt het gerede produkt opgewikkeld op een rol (14). Dit nadat de gebruikte folies afzonderlijk op rollen (16,19) zijn gewikkeld. Het proces wordt uitgevoerd op een zich over de hele lengte van het proces uitstrekkende vlakke, lange tafel (17).

10

Bij het uitharden van het geperste laminaat blijkt dat, waar volgens de stand der techniek de gelcoat bekledingslaag hobbelig wordt, het laminaat volgens de onderhavige uitvinding het gewenste strakke uiterlijk behoudt, ondanks de relatief grote nakrimp van de gebruikte 1C harsen, lb

Wat de gebruikte materialen betreft kan aan bovenstaande nog het volgende worden toegevoegd. De gelcoat is veelal een op isoftaalzuur gebaseerde polyesterhars, en al dan niet neopentyl glycol. De 2q structurele hars, waarvan bij voorkeur één type wordt gebruikt voor alle delen van de strukturele laag, kan zijn gebaseerd op o-ftaalzuur, maar is bij voorkeur eveneens gebaseerd op isoftaalzuur, al dan niet op basis van neopentyl glycol.

In principe hoeft de structurele hars niet wezenlijk te verschillen 25 van de gelcoat hars. Wel zal de structurele hars doorgaans een veel lager gehalte toeslagstoffen bevatten, zo deze al toeslagstoffen bevat, dan de gelcoat hars. De gelcoat zal in het algemeen geen pigmenten en UV stabilisatoren bevatten.

2Q Het versterkingsmateriaal kan in principe zijn vervaardigd uit alle bekende verstèrkingsvezels. Omwille van de goede mechanische eigenschappen verdienen echter glas, koolstof, en vooral para-aramide de voorkeur. Gebruikt men aramide (bijvoorbeeld Twaron® of Kevlar®), 1002455 7 dan heeft het omwille van hechtingsverbetering de voorkeur om als strukturele hars een polyester op basis van isoftaalzuur en gemodificeerd met neopentyl glycol, te gebruiken. Met "vezels" worden die vormen van vezelmateriaal bedoeld waaruit legsels van 5 unidirectionele, paral elle vezels kunnen bestaan. In het algemeen slaat dit op parallel naast elkaar gelegde, in één richting georienteerde, ongetwijnde multifilament garens.

De opbouw van het legsel luistert niet zo nauw wanneer daarnaast ook jq weefsel wordt gebruikt als versterkingsmateriaal. Het heeft echter de voorkeur om het weefsel geheel te vervangen, omdat men dan optimaal profiteert van de verdere voordelen die legsels hebben ten opzichte van weefsel (men denke aan de reeds gememoreerde gewichtsbesparing). Indien het legsel alle versterkingsfuncties heeft, is het van belang dat het - evenals een weefsel - in meer dan één richting sterkte bezit. Geschikte legsels in dit verband bestaan, bijvoorbeeld, uit twee elkaar kruisende UD lagen (gewoonlijk aangeduid met 0/90 of ±45, waarbij met "0", "90", en "±45" graden worden aanduid die staan voor de hoek van oriëntatie ten opzichte van een referentierichting - vaak 2Q de produktierichting, i.e., bij gebruik de richting waarin men het legsel afrolt). Ook kan men multi axiale legsels van meer dan twee lagen gebruiken (waarbij de oriëntatie van elke laag kan variëren van, bij voorbeeld 0° in de onderste laag tot 90° in de bovenste, zoals het geval is in een 0/±45/90 multiaxiaal legsel). Ook kan men twee of meer 25 afzonderlijke 0/90 en/of ±45 legsels met elkaar combineren tot een geschikt versterkingsmateriaal.

De wijze waarop de verschillende lagen in het legsel onderling met elkaar zijn verbonden is niet bijzonder kritisch, zo lang geen 30 hobbelige weefselstruktuur ontstaat. Bij de gebruikelijke, op zichzelf bekende, multi axiale legsels is dit nooit het geval. De onderlinge verbinding bestaat uit een aantal dunne draadjes, of één enkel continu draadje, door de struktuur gewoven, gevlochten, genaaid, of gebreid.

1002433 8

Deze draadjes, die louter een verbindende functie hebben, kunnen als bekend eventueel worden vervangen door een aantal harsverbindingen. Een geschikt legsel is bijvoorbeeld het commercieel verkrijgbare "bi-directi onal knitted Twaron® fabric +/- 45°", een 350 g/m2 para- 5 aramide multiaxiaal UD legsel aangebracht op een 225 g/m2 gl asvezel-CSM.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een met een gelcoat bekleed laminaat zoals kan worden verkregen door middel van de bovenbeschreven jq machinale, continue werkwijze. Dit laminaat onderscheidt zich van met weefsel versterkte gelcoat beklede laminaten, alsook ten opzichte van door middel van handlaminering verkregen laminaten, door de in wezen over het gehele oppervlak gelijke dikte.

1C De laminaten volgens de onderhavige uitvinding kunnen met voordeel 10 worden toegepast in koelwagens en koelcellen (waarbij vaak sprake is van een met warmte isolerend schuim voorziene sandwichstruktuur die aan beide zijden van een vezel versterkt laminaat bevat), vrachtauto's met vaste huif, gladde, goed te reinigen wanden (bijvoorbeeld van 2Q belang in de voedingsmiddel industrie), en bouwtoepassingen, bijvoorbeeld noodwoningen en vakantiehuisjes, waarbij een fraai uiterlijk van belang kan zijn.

25 30 1002455

Claims (7)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een vezel versterkt laminaat, 5 omvattende het lamineren op een gel coat bekledingslaag van een strukturele laag die een versterkingsmateriaal en een polymere thermohardende hars omvat, het op elkaar persen van de lagen, en het uitharden van de polymere thermohardende hars, met het kenmerk dat men als versterkingsmateriaal een vezelmateriaal toepast dat jq tenminste aan het naar de gel coat toegerichte oppervlak een laag van parallelle unidirectionele vezels bevat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men als versterkingsmateriaal een multi axiaal legsel toepast. 15

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het multiaxiale legsel bestaat uit één of meer legsels van het op zichzelf bekende type 0/90 en/of ±45. 2Q

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het multiaxiale legsel parallelle, unidirectionele multifilamentgarens omvat.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk 25 dat het vezelmateriaal een glas, koolstof, of para-aramide materiaal is.

6. Vezel versterkt laminaat omvattende een polyester of vinyl ester gel coat bekledingslaag en een met vezelmateriaal versterkte, 30 uitgeharde, onverzadigde polyester of vinylester structurele laag, waarbij het vezelmateriaal een multiaxiaal legsel is, en het laminaat een in wezen over het gehele oppervlak gelijke d'kte heeft. 1002465

7. Laminaat volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het multiaxiale legsel één of meer lagen parallelle, unidirectionele multifilamentgarens van glas, koolstof, of p-aramide omvat. 5 15 20 25 1002A55 30