WO1998008666A1 - Process for producing a foamed composite molded piece - Google Patents

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WO1998008666A1
WO1998008666A1 PCT/DE1997/001608 DE9701608W WO9808666A1 WO 1998008666 A1 WO1998008666 A1 WO 1998008666A1 DE 9701608 W DE9701608 W DE 9701608W WO 9808666 A1 WO9808666 A1 WO 9808666A1
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Albert Lichtensteiger
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    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/02—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C44/12—Incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or reinforcements

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite molded part, a core part being produced from a plastic reaction mixture which is surrounded by a fabric layer impregnated with a synthetic resin, and the structure comprising core part and impregnated fabric layer being arranged in a shape corresponding to the molded part and an elevated temperature is applied, at which the core part and the impregnated fabric layer bake together to form the composite molded part, after which curing takes place.
  • the core part consists, for example, of a polyurethane reaction mixture which is poured into a mold corresponding to the core part at room temperature and foams in the mold. After the reaction of the polyurethane reaction mixture has ended, a core part results which has a loss of shape of the order of 1%. This loss of shape can be eliminated by suitable dimensioning of the casting mold for the core part.
  • a core part made of a polyurethane reaction mixture also shows an uncontrolled after-shrinkage after prolonged storage at elevated ambient temperatures, such as occur, for example, in summer.
  • the shrinkage is particularly disturbing in such a core part made of a polyurethane reaction mixture when the structure of core part and the impregnated fabric layer surrounding the core part are caked together.
  • This after-shrinkage leads to an unclean, that is to say not smooth, corresponding to the shape of the molded part, but rather to a correspondingly dented, humped surface of the composite molded part, or to the fact that the fabric layer is partially not soaked.
  • DE 29 46 540 C2 describes a method for at least partially filling or backfilling a component with at least one layer for heat or sound insulation by introducing a casting compound from a lightweight aggregate consisting of individual particles and a polyurethane resin (PU resin) and foaming and curing of the PU resin is known, using a moisture-curing one-component PU resin which is in the viscous state with the individual particles of the
  • PU resin polyurethane resin
  • the literature reference "Plastic Consultant", 7/1992, pages 562 to 569, provides an overview, inter alia, of the production of composite molded parts with a core part and a cover layer.
  • the top layer can use, for example, GFK, CFK or BFK, as described on page 564 in the left column, center.
  • the core part can, for example, consist of a foam (see page 564, right column, below).
  • This literature reference does not make any comments on how to assemble the plastic reaction mixture for the core part in such a way that shrinkage or post-shrinkage is prevented.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which the above-mentioned shortcomings are eliminated with simple means.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset by mixing the plastic reaction mixture for the core part with an expanded material.
  • the admixture of an expansate to the plastic reaction mixture for the core part has the advantage that an uncontrolled shrinkage in the storage of the core part or when the structure of the core part and the soaked fabric layer surrounding the core part is caked is avoided by the expansate expanding under the influence of heat .
  • a composite molded part produced by the method according to the invention can be, for example, a sports device such as a golf or tennis racket, a snowboard or the like. or parts of sports equipment such as masts of sailing ships, components of gliders or the like. act. In general, it can be composite molded parts of relatively low weight with excellent strength properties.
  • the plastic reaction mixture can be mixed with expansate of the order of 1 to 10% by weight.
  • the mixing ratio is esp. depends on the shape and size of the composite molded part to be produced and on which quantity ratio between the core part and fabric layer in the corresponding composite molded part.
  • porous microspheres which contain volatile hydrocarbons are used as the expanded material.
  • Pentane can be used as the volatile hydrocarbon in the expanded material.
  • a polyurethane is preferably used as the reaction mixture for the core part. Such a polyurethane reaction mixture can simply be poured into the mold corresponding to the core part at room temperature, where - as mentioned at the beginning - it foams and completely fills the core part mold.
  • the fabric layer can be impregnated with epoxy resin or with polyester resin when carrying out the process according to the invention.
  • a carbon fabric layer is preferably used as the fabric layer.
  • fabric layers made of other materials can also be used.
  • the impregnated fabric layer is preferably wrapped around the core part.
  • the impregnated fabric layer can wrap around the core part in several layers.
  • the shape corresponding to the composite molded part is subjected to a temperature profile which has a specific heating, holding and cooling phase.
  • the heating phase can have a duration of 20 minutes, for example, in order to heat the said shape from room temperature to an order of magnitude of 120 ° C.
  • the holding phase at 120 ° C can also for example, 20 minutes.
  • the cooling phase from 120 ° C to room temperature can be of the order of 20 minutes.
  • other temperature profiles are also possible.

Abstract

This invention concerns a process for producing a composite molded piece in which a core piece is produced from a plastic reaction mixture which is surrounded by a resin-impregnated fabric layer. The structure consisting of the core piece and the impregnated fabric layer is arranged in a mold corresponding to the composite molded piece desired and subjected to a high temperature. The core piece and the impregnated fabric layer are baked together into the composite molded piece. Then, the mold is cooled and the composite molded piece hardened. To avoid uncontrolled shrinkage, an expansate is added to the reaction mixture for the core piece.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES GESCHÄUMTEN KOMPOSIT-FORMTEILES METHOD FOR PRODUCING A FOAMED COMPOSITE MOLDED PART
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Komposit-Formteiles, wobei ein Kernteil aus einem Kunststoff-Reaktionsgemisch hergestellt wird, das mit einer mit einem Kunstharz getränkten Gewebelage umgeben wird, und wobei das Gebilde aus Kernteil und getränkter Gewebelage in einer dem Formteil entsprechenden Form angeordnet und mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt wird, bei welcher das Kernteil und die getränkte Gewebelage zum Komposit- Formteil zusammenbacken, wonach eine Aushärtung erfolgt.The invention relates to a method for producing a composite molded part, a core part being produced from a plastic reaction mixture which is surrounded by a fabric layer impregnated with a synthetic resin, and the structure comprising core part and impregnated fabric layer being arranged in a shape corresponding to the molded part and an elevated temperature is applied, at which the core part and the impregnated fabric layer bake together to form the composite molded part, after which curing takes place.
Bei einem solchen Komposit-Formteil besteht das Kernteil bspw. aus einem Polyurethan-Reaktionsgemisch, das bei Raumtemperatur in eine dem Kernteil entsprechende Gießform eingegossen wird und in der Gießform aufschäumt. Nach Ablauf der Reaktion des Polyurethan-Reaktionsgemisches ergibt sich ein Kernteil, das einen Formschwund von größenordnungsmäßig 1% aufweist. Dieser Formschwund kann durch geeignete Dimensionierung der Gießform für das Kernteil eliminiert werden. Ein solches Kernteil aus einem Polyurethan-Reaktionsgemisch weist jedoch außerdem bei längerer Lagerung bei erhöhten Umgebungstemperaturen, wie sie bspw. im Sommer auftreten, einen unkontrollierten Nachschwund auf. Ganz besonders störend ist der Nachschwund bei einem solchen Kernteil aus einem Polyurethan- Reaktionsgemisch beim Zusammenbacken des Gebildes aus Kernteil und der das Kernteil umgebenden getränkten Gewebelage. Dieser Nachschwund führt zu einer unsauberen, d.h. nicht der Form des Formteiles entsprechenden glatten, sondern zu einer entsprechend eingedellten buckligen Oberfläche des Komposit-Formteiles bzw. dazu, daß die Gewebelage partiell nicht durchtränkt ist. Das bedeutet jedoch ein entsprechendes Nachbearbeiten der Oberfläche des Komposit-Formteiles oder im Extremfall einen Herstellungs- Ausschuß.In such a composite molded part, the core part consists, for example, of a polyurethane reaction mixture which is poured into a mold corresponding to the core part at room temperature and foams in the mold. After the reaction of the polyurethane reaction mixture has ended, a core part results which has a loss of shape of the order of 1%. This loss of shape can be eliminated by suitable dimensioning of the casting mold for the core part. However, such a core part made of a polyurethane reaction mixture also shows an uncontrolled after-shrinkage after prolonged storage at elevated ambient temperatures, such as occur, for example, in summer. The shrinkage is particularly disturbing in such a core part made of a polyurethane reaction mixture when the structure of core part and the impregnated fabric layer surrounding the core part are caked together. This after-shrinkage leads to an unclean, that is to say not smooth, corresponding to the shape of the molded part, but rather to a correspondingly dented, humped surface of the composite molded part, or to the fact that the fabric layer is partially not soaked. However, this means a corresponding reworking of the surface of the composite molding or, in extreme cases, a manufacturing scrap.
Aus der DE 29 46 540 C2 ist ein Verfahren zum mindestens teilweisen Aus- bzw. Hinterfüllen eines Bauteils mit mindestens einer Schicht zur Wärme- oder Schallisolierung durch Einbringen einer Vergußmasse aus einem aus einzelnen Partikeln bestehenden Leichtzuschlagstoff und einem Polyurethanharz (PU-Harz) und Aufschäumen und Aushärten des PU-Harzes bekannt, wobei ein feuchtigkeitshärtendes Einkomponenten-PU-Harz verwendet wird, das im viskosen Zustand mit den einzelnen Partikeln desDE 29 46 540 C2 describes a method for at least partially filling or backfilling a component with at least one layer for heat or sound insulation by introducing a casting compound from a lightweight aggregate consisting of individual particles and a polyurethane resin (PU resin) and foaming and curing of the PU resin is known, using a moisture-curing one-component PU resin which is in the viscous state with the individual particles of the
Leichtzuschlagstoffes vermischt wird. Zum Aufschäumen des Einkomponenten-PU-Harzes weisen die Partikeln einen die Luftfeuchtigkeit übersteigenden Feuchtigkeitsgehalt auf bzw. dem Einkomponenten-PU-Harz wird zuvor Wasser beigegeben. Dort kommt also ein Einkomponenten-PU-Harz zur Anwendung, das durch Feuchtigkeit aushärtet. Mit einem Expansat, das dem aufschäumenden Reaktionsgemisch für das Kernteil eines Komposit-Formteiles zugemischt wird, hat das nichts zu tun. Auch von einer mit einem Kunstharz getränkten Gewebelage, die das Kernteil umgibt, ist dort keine Rede. Die DE 27 19 714 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbau-Plattenmaterial, das PU- Schaumkunststoff enthält, wobei ein PU-Schaumstoffgranulat mit einem aushärtenden Bindemittel, das die Zwischenräume zwischen den PU-Schaumstoffteilchen mindestens teilweise ausfüllt, vermischt, zu Platten geformt und das Bindemittel danach zur Aushärtung gebracht wird. Die Formung der Platten erfolgt vorzugsweise durch Pressen. Das Pressen kann bei erhöhter Temperatur erfolgen. Ein Komposit- Formteil mit einem Kernteil aus einem Kunststoff- Reaktionsgemisch und einem das Kernteil umgebenden, mit einem Kunstharz getränkten Gewebelage beschreibt diese Druckschrift nicht.Light aggregate is mixed. To foam the one-component PU resin, the particles have a moisture content that exceeds the atmospheric humidity, or water is added to the one-component PU resin beforehand. So there is a one-component PU resin that cures through moisture. This has nothing to do with an expanded material that is added to the foaming reaction mixture for the core part of a composite molded part. There is also no mention of a fabric layer impregnated with a synthetic resin, which surrounds the core part. DE 27 19 714 AI describes a process for the production of lightweight board material containing PU foam plastic, wherein a PU foam granulate with a hardening binder that at least partially fills the spaces between the PU foam particles, mixes, shaped into sheets and the binder is then cured. The plates are preferably formed by pressing. The pressing can take place at elevated temperature. This publication does not describe a composite molded part with a core part made of a plastic reaction mixture and a fabric layer surrounding the core part and impregnated with a synthetic resin.
Aus der DE-OS 19 17 271 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff-Hartschaum zur Erstellung von Schalungen o.dgl. bekannt. Dort werden Teilstücke beliebiger Form und Stärke aus einem ausgeschäumten Hartschaum-Polystyrol in eine Form aus einem beliebigen Werkstoff eingebracht. In die Zwischenräume wird ein die Teilstücke verbindender selbstschäumender Hartschaum- Kunststoff wie Hartschaum-PU o.dgl. eingespritzt.From DE-OS 19 17 271 a method for the production of molded parts from rigid plastic foam for creating formwork or the like. known. There, pieces of any shape and thickness are made from a foamed rigid foam polystyrene into a shape made of any material. In the gaps a self-foaming rigid foam plastic such as rigid foam PU or the like connecting the sections. injected.
Die Literaturstelle "Kunststoff-Berater", 7/1992, Seiten 562 bis 569, gibt einen Überblick u.a. über die Herstellung von Komposit-Formteilen mit einem Kernteil und einer Decklage. Dabei kann die Decklage bspw. GFK, CFK oder BFK verwenden, wie auf Seite 564 in der linken Spalte, Mitte, beschrieben wird. Das Kernteil kann bspw. aus einem Schaumstoff bestehen (sh. Seite 564, rechte Spalte, unten). Das Kunststoff-Reaktionsgemisch für das Kernteil derartig zusammenzusetzen, daß ein Schwund bzw. ein Nachschwund verhindert wird, dazu macht diese Literaturstelle keine Ausführungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die oben genannten Mängel mit einfachen Mitteln beseitigt werden.The literature reference "Plastic Consultant", 7/1992, pages 562 to 569, provides an overview, inter alia, of the production of composite molded parts with a core part and a cover layer. The top layer can use, for example, GFK, CFK or BFK, as described on page 564 in the left column, center. The core part can, for example, consist of a foam (see page 564, right column, below). This literature reference does not make any comments on how to assemble the plastic reaction mixture for the core part in such a way that shrinkage or post-shrinkage is prevented. The invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which the above-mentioned shortcomings are eliminated with simple means.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kunststoff-Reaktionsgemisch für das Kernteil mit einem Expansat gemischt wird. Durch die Zumischung eines Expansates zum Kunststoff-Reaktionsgemisch für das Kernteil ergibt sich der Vorteil, daß ein unkontrollierter Nachschwund bei der Lagerung des Kernteiles bzw. beim Zusammenbacken des Gebildes aus dem Kernteil und der das Kernteil umgebenden getränkten Gewebelage durch das bei Wärmeeinwirkung expandierende Expansat vermieden wird. Das bedeutet jedoch, daß eine Nachbearbeitung der Oberfläche des fertigen Komposit-Formteiles bzw. ein Herstellungs- Ausschuß vermieden wird.This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset by mixing the plastic reaction mixture for the core part with an expanded material. The admixture of an expansate to the plastic reaction mixture for the core part has the advantage that an uncontrolled shrinkage in the storage of the core part or when the structure of the core part and the soaked fabric layer surrounding the core part is caked is avoided by the expansate expanding under the influence of heat . However, this means that post-processing of the surface of the finished composite molding or a manufacturing scrap is avoided.
Bei einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Komposit-Formteil kann es sich bspw. um ein Sportgerät wie einen Golf- oder Tennisschläger, ein Snowboard o.dgl. oder um Teile von Sportgeräten wie Masten von Segelschiffen, Komponenten von Segelflugzeugen o.dgl. handeln. Ganz allgemein kann es sich um Komposit-Formteile relativ geringen Gewichtes mit ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften handeln .A composite molded part produced by the method according to the invention can be, for example, a sports device such as a golf or tennis racket, a snowboard or the like. or parts of sports equipment such as masts of sailing ships, components of gliders or the like. act. In general, it can be composite molded parts of relatively low weight with excellent strength properties.
Erfindungsgemäß kann das Kunststoff-Reaktionsgemisch mit größenordnungsmäßig 1 bis 10 Gew.-% Expansat gemischt werden. Das Mischungsverhältnis ist hierbei insbes . von der Form und von der Größe des herzustellenden Komposit- Formteiles und davon abhängig, welches Quantitätsverhältnis zwischen Kernteil und Gewebelage bei dem entsprechenden Komposit-Formteil gegeben ist.According to the invention, the plastic reaction mixture can be mixed with expansate of the order of 1 to 10% by weight. The mixing ratio is esp. depends on the shape and size of the composite molded part to be produced and on which quantity ratio between the core part and fabric layer in the corresponding composite molded part.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als Expansat poröse Mikrokügelchen verwendet werden, welche flüchtige Kohlenwasserstoffe enthalten. Als flüchtiger Kohlenwasserstoff im Expansat kann Pentan verwendet werden. Als Reaktionsgemisch für das Kernteil wird vorzugsweise ein Polyurethan verwendet. Ein solches Polyurethan- Reaktionsgemisch kann einfach bei Raumtemperatur in die dem Kernteil entsprechende Gießform eingegossen werden, wo es - wie eingangs erwähnt worden ist - aufschäumt und die Kernteil-Gießform vollständig ausfüllt.To carry out the process according to the invention, it has proven to be advantageous if porous microspheres which contain volatile hydrocarbons are used as the expanded material. Pentane can be used as the volatile hydrocarbon in the expanded material. A polyurethane is preferably used as the reaction mixture for the core part. Such a polyurethane reaction mixture can simply be poured into the mold corresponding to the core part at room temperature, where - as mentioned at the beginning - it foams and completely fills the core part mold.
Die Gewebelage kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Epoxydharz oder mit Polyesterharz getränkt werden. Als Gewebelage wird vorzugsweise eine Karbongewebelage verwendet. Selbstverständlich sind auch Gewebelagen aus anderen Materialien verwendbar.The fabric layer can be impregnated with epoxy resin or with polyester resin when carrying out the process according to the invention. A carbon fabric layer is preferably used as the fabric layer. Of course, fabric layers made of other materials can also be used.
Die getränkte Gewebelage wird vorzugsweise um das Kernteil herumgewickelt . Dabei kann die getränkte Gewebelage das Kernteil in mehreren Lagen umschlingen.The impregnated fabric layer is preferably wrapped around the core part. The impregnated fabric layer can wrap around the core part in several layers.
Nach dem Einbringen des Gebildes aus Kernteil und das Kernteil umgebender getränkter Gewebelage wird die dem Komposit-Formteil entsprechende Form mit einem eine bestimmte Aufheiz-, Halte- und Abkühlphase aufweisenden Temperaturprofil beaufschlagt. Hierbei kann die Aufheizphase bspw. eine Dauer von 20 Minuten besitzen, um die besagte Form von Raumtemperatur auf größenordnungsmäßig 120°C aufzuheizen. Die Haltephase bei 120°C kann ebenfalls bspw. 20 Minuten betragen. Entsprechend kann die Abkühlphase von 120°C auf Raumtemperatur größenordnungsmäßig 20 Minuten betragen. Selbstverständlich sind auch andere Temperaturprofile möglich. After the formation of the core part and the soaked fabric layer surrounding the core part has been introduced, the shape corresponding to the composite molded part is subjected to a temperature profile which has a specific heating, holding and cooling phase. The heating phase can have a duration of 20 minutes, for example, in order to heat the said shape from room temperature to an order of magnitude of 120 ° C. The holding phase at 120 ° C can also for example, 20 minutes. Accordingly, the cooling phase from 120 ° C to room temperature can be of the order of 20 minutes. Of course, other temperature profiles are also possible.

Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Verfahren zur Herstellung eines Komposit-Formteiles, wobei ein Kernteil aus einem Kunststoff- Reaktionsgemisch hergestellt wird, das mit einer mit einem Kunstharz getränkten Gewebelage umgeben wird, und wobei das Gebilde aus Kernteil und getränkter1. A method for producing a composite molded part, wherein a core part is made of a plastic reaction mixture which is surrounded with a fabric layer soaked with a synthetic resin, and wherein the structure of the core part and soaked
Gewebelage in einer dem Formteil entsprechenden Form angeordnet und mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt wird, bei welcher das Kernteil und die getränkte Gewebelage zum Komposit-formteil zusammenbacken, wonach eine Aushärtung erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kunststoff-Reaktionsgemisch für das Kernteil mit einem Expansat gemischt wird.The fabric layer is arranged in a shape corresponding to the molded part and an elevated temperature is applied, at which the core part and the impregnated fabric layer bake together to form the composite molded part, after which curing takes place, characterized in that the plastic reaction mixture for the core part is mixed with an expanded material .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kunststoff-Reaktionsgemisch mit größenordnungsmäßig 1 bis 10 Gew.-% Expansat gemischt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the plastic reaction mixture is mixed with the order of magnitude 1 to 10 wt .-% expanded material.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Expansat poröse Mikrokügelchen verwendet werden, welche flüchtige Kohlenwasserstoffe enthalten.3. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that porous microspheres containing volatile hydrocarbons are used as the expanse.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als flüchtiger Kohlenwasserstoff im Expansat Pentan verwendet wird.4. The method of claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that pentane is used as the volatile hydrocarbon in the expanded material.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Reaktionsgemisch für das Kernteil ein Polyurethan verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a polyurethane is used as the reaction mixture for the core part.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gewebelage mit Epoxydharz oder mit Polyesterharz getränkt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the fabric layer is impregnated with epoxy resin or with polyester resin.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Gewebelage eine Karbongewebelage verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that a carbon fabric layer is used as the fabric layer.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die getränkte Gewebelage um das Kernteil herumgewickelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Form nach dem Einbringen des Gebildes aus Kernteil und getränkter Gewebelage mit einem eine bestimmte Aufheiz-. Halte- und Abkühlphase aufweisenden Temperaturprofil beaufschlagt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the impregnated fabric layer is wound around the core part. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the shape after the introduction of the structure of core part and impregnated fabric layer with a certain heating. Holding and cooling phase having temperature profile is applied.
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