WO2016170127A1 - Thermoplastische faserverbund-werkstoffe auf basis von styrol-copolymeren und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Thermoplastische faserverbund-werkstoffe auf basis von styrol-copolymeren und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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textile
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Achim Bernhardt
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Ineos Styrolution Group Gmbh
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Definitions

  • thermoplastic fiber composite material V also "organic sheet” comprising at least one thermoplastic styrene copolymer molding compound A as a matrix and at least two layers of reinforcing fibers B, wherein the layers of the reinforcing fiber B embedded in the matrix
  • the layers of reinforcing fibers B are each formed by a sheet-like textile structure G which has a plurality of fiber ends E on the first side and / or the second side of the respective planar textile structure G.
  • the at least two layers Reinforcing fibers B are arranged in the fiber composite material V, that form the fiber ends E of the first sheet-like textile G with the fiber ends E 'of the second sheet-like textile G' gaps between the sheet-like textile structures G and G ', wherein the thermoplastic styrene -Copolymer molding compound A by the against penetrates interspaces bertrade fiber ends E and E 'of the first sheet-like textile structure G and the second sheet-like textile structure G' formed throughput.
  • Fiber composite materials usually consist of a large number of reinforcing fibers embedded in a polymer matrix.
  • the fields of application of fiber composite materials are manifold.
  • fiber composite materials are used in the vehicle and aviation sectors.
  • fiber composite materials should prevent the tearing or other fragmentation of the matrix in order to reduce the risk of accidents caused by distributed component networks.
  • Many fiber composite materials are able to absorb relatively high forces under load before it comes to a total failure.
  • fiber composite materials are distinguished by high strength and rigidity, combined with low density and other advantageous properties, such as, for example, good aging and corrosion resistance, compared with conventional, non-reinforced materials.
  • the strength and rigidity of the fiber composite materials can be adapted to the load direction and load type.
  • the fibers are primarily responsible for the strength and rigidity of the fiber composite material.
  • their arrangement determines the mechanical properties of the respective fiber composite material.
  • the matrix usually serves primarily to introduce the forces to be absorbed into the individual fibers and to maintain the spatial arrangement of the fibers in the desired orientation. Since both the fibers and the matrix materials are variable, numerous combinations of fibers and matrix materials come into consideration.
  • Fiber composite materials have a particularly high stability due to the high fiber lengths and are therefore preferred in many areas where high demands are placed on the manufactured components.
  • the connection of fibers and matrix to one another plays an essential role. Inadequate bonding, in particular in the case of fiber composite materials which have a layered structure, can lead to delamination occurring along the surface axis of the fiber layers.
  • laminar fiber composites often have poor laminate surface stiffness.
  • DE 90 07 289 U1 discloses a composite and hybrid material, consisting of a curable polymer matrix and at least one reinforcing insert in the form of a fabric of a textile base fabric with integrated nubs.
  • a curable polymer matrix consisting of a curable polymer matrix and at least one reinforcing insert in the form of a fabric of a textile base fabric with integrated nubs.
  • the nubs protrude sporadically and evenly distributed from the front of the fabric.
  • the described material on the one hand, has the disadvantage that it can not subsequently be thermoformed, since it is formed from duroplastic matrix material. On the other hand, the penetration of the polymer matrix with the pimples due to the manufacturing process is insufficient.
  • DE 689 15 220 T2 discloses a process for producing a laminate in which a double pile fabric of reinforced fibers is first produced by weaving the pile fiber into the base fabric.
  • the double-pile fabrics are laminated. If the pile is depressed during lamination, it re-straightens due to the tear tension. Such erecting is difficult with high density of the pile fibers and short spacing between the laminate layers.
  • the weaving process is complicated.
  • EP 0 356 930 A2 is concerned with composite materials comprising at least two layers, each layer comprising a substantially planar substrate having a first side and a second side and having a plurality of fibers, wherein the fibers are on the first side and the first side second side of the planar substrate forming fiber tips, wherein the layers are stacked opposite each other, so that the fiber tips of a layer cooperate with the fiber tips of the opposite layer and form spaces therebetween, and a binder, which substantially penetrates the gaps.
  • the binder is a hardenable polymer resin.
  • the fiber tips are obtained by special weaving techniques, which in turn are expensive.
  • DE 1 704 642 discloses a foam body with an outer skin, on the inside of which a foamed edge zone reinforcing insert is arranged, which consists of at least one reinforcing mat and a fiber structure.
  • the reinforcement mat and the fiber structure are made of different materials and are firmly connected.
  • the preparation of the edge zone reinforcement insert is designed comparatively complex.
  • PC polycarbonate
  • suitable additives such as hyperbranched polyesters, ethylene / (meth) acrylate copolymers or low molecular weight polyalkylene glycol esters.
  • An object of the invention is to provide a fiber composite material (organo sheet), which has improved strength and rigidity and at the same time can be produced by simple methods and at low cost. It has surprisingly been found that a laminar fiber composite material V can be obtained by means of a simple method in which the surface of a sheet-like textile structure is cut in superficially, which has a structure in which erect the resulting fiber ends E by cutting and thus form a kind of cross bracing between the textile fabrics. As a result, a significant increase in the strength and / or rigidity of the fiber composite material V is achieved in comparison to conventionally produced laminar fiber composite materials.
  • thermoplastic fiber composite material V comprising: a) at least one thermoplastic styrene copolymer molding compound A as matrix, b) at least two layers of reinforcing fibers B and B ', and
  • each layer of reinforcing fibers B or B ' is formed by a sheet-like textile structure G or G' having a first side and a second side, wherein the reinforcing fibers B or B 'of the layers have a multiplicity of fiber ends E or E' on the first side and / or the second side of the respective sheet-like textile structure G or G ', the at least two layers of reinforcing fibers B and / or G' B 'are disposed in the fiber composite material V such that the fiber ends E of the first layer form interlayer gaps with the fiber ends E' of the second layer, wherein the thermoplastic styrene copolymer molding compound A is the one through the opposite fiber ends E and E 'of the first layer and the second layer formed spaces penetrates.
  • a fiber composite material V for the purposes of this invention is a material comprising a thermoplastic styrene copolymer molding compound A and at least two layers of reinforcing fibers B and B ', wherein the reinforcing fibers B and B' in the thermoplastic styrene copolymer molding composition A are embedded.
  • Thermoplastic styrene copolymer molding compound A in this context means that it is a styrene copolymer molding composition comprising at least one thermoplastic styrene-containing copolymer. Suitable co-monomers are, for example, a-methylstyrene, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl methacrylate (MMA), conjugated dienes and / or acrylates.
  • the thermoplastic styrene copolymer molding composition A is at least 50 wt .-% of a thermoplastic styrene copolymer, in particular at least 70 wt .-%, particularly preferably at least 90 wt .-%. In one embodiment, the styrene copolymer molding composition is 100% by weight of a styrene copolymer.
  • thermoplastic fiber composite material V as described above, comprising (or consisting of): a) 30 to 95% by weight of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, preferably 35 to 90% by weight , in particular 40 to 80% by weight
  • the invention particularly relates to the use of a thermoplastic fiber composite material V as described above, wherein the thermoplastic styrene copolymer molding compound A is amorphous.
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A is preferably selected from the group consisting of: styrene-acrylonitrile copolymers, ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers, impact-modified styrene-acrylonitrile copolymers, in particular acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers (ASA), and blends of said copolymers, in particular with polycarbonate or polyamide.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • ASA acrylonitrile-styrene-acrylic ester copolymers
  • the invention relates to a fiber composite material V, in which the at least two sheet-like textile structures G and G 'are arranged in parallel and the reinforcing fibers B and B', which form the fiber ends E and E ', structurally permanent are bonded to the first or second sheet-like textile structure G or G 'of reinforcing fibers B and B'.
  • the invention also relates to a fiber composite material V, in which the fiber ends E and E 'are formed by a surface-shaped textile structure G or G' of reinforcing fibers B or B 'superficial up to a depth of up to 50%. , in particular to a depth of up to 30% of the layer thickness of the sheet-like textile structure G or G 'is cut so that the fiber ends E and E' are generated, which are integrated into the textile structure G or G '.
  • the surface incision preferably takes place up to a depth of up to 30% of the layer thickness of the textile structure G or G', in particular to a depth of 5 to 10 % of the layer thickness of the textile structure G or G '.
  • the invention also relates to a fiber composite material V, which is characterized in that the reinforcing fibers B and B 'are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers.
  • the invention relates to a fiber composite material V, which is characterized in that the textile fabric used G or G 'is a woven, knitted fabric, scrim, knit or braid.
  • the invention particularly relates to a fiber composite material V, which is characterized in that the structure G or G 'is a fabric.
  • the fabric consists of carbon fibers.
  • the invention relates to a fiber composite material V in which the styrene copolymer molding compound A is a foamed styrene copolymer molding composition.
  • the invention also relates to a fiber composite material V, wherein the styrene copolymer molding composition A at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer (ABS) and / or acrylonitrile // styrene / acrylic ester copolymer (ASA).
  • the styrene copolymer molding compound A may also contain polystyrene.
  • thermoplastic fiber composite material V has a layered structure. It contains at least two, often three or more layers comprising reinforcing fibers B.
  • the layers are formed by sheet-like textile structures G, G 'of the reinforcing fibers B, B'.
  • the thermoplastic fiber composite material V can, in particular if it is composed of a plurality of individual layers, have an arbitrary thickness. It preferably has a thickness of ⁇ 10 mm, preferably of ⁇ 5 mm, most preferably of ⁇ 1 mm.
  • the invention further relates to a method for producing such a thermoplastic fiber composite material V, the method comprising the steps of: a) providing a first sheet-like textile structure G comprising reinforcing fibers B,
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A to the first side of the textile structure G
  • step h) of the manufacturing process is optionally carried out under reduced pressure.
  • the invention relates to a method for producing a thermoplastic fiber composite material V, comprising the steps: a ') providing a first sheet-like textile structure G containing reinforcing fibers B,
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A applying a thermoplastic styrene copolymer molding compound A to the first side of the textile structure G,
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A to the second side of the further planar textile structure G * ,
  • the invention also relates to a method in which the first sheet-like textile fabric G, the second sheet-like textile fabric G 'and optionally the further sheet-like textile fabric G * are each up to a depth of up to 30%, preferably from 5 to 10% of the layer thickness of the first or second or possibly further sheet-like textile structure G, G 'or G * is cut.
  • the invention relates to a method in which the first planar textile structure G, the second planar textile structure G 'and optionally the other planar textile structure G * at intervals of 0.1 cm to 10 cm, preferably 1 cm to 5 cm.
  • the invention relates to a process in which the styrene copolymer molding composition A contains at least one blowing agent.
  • the invention also relates to a process in which the styrene copolymer molding composition A at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer (ABS), or acrylonitrile / styrene / acrylic ester Copolymer (ASA), and the reinforcing fibers is selected from the group of carbon fibers, glass fibers or aramid fibers. Furthermore, the invention relates to a molding T obtained by the described method.
  • SAN group styrene / acrylonitrile copolymer
  • ABS acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer
  • ASA acrylonitrile / styrene / acrylic ester Copolymer
  • the invention relates to a molding T obtained by the described method.
  • the fiber composite material V comprises at least 20% by weight, generally at least 30% by weight, based on the total weight of the fiber composite material V, of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A as a matrix.
  • the styrene copolymer molding composition A is preferably from 30 to 95% by weight, particularly preferably from 35 to 90% by weight, often from 40 to 80% by weight and in particular from 45 to 75% by weight, of the fiber composite material V from.
  • thermoplastic styrene copolymer molding material A any thermoplastic, styrene copolymers comprising molding compounds in question.
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A (component A) is preferably an amorphous molding compound, wherein amorphous state of the thermoplastic molding compound (thermoplastic) means that the macromolecules without regular arrangement and orientation, i. without constant distance, are arranged completely statistically.
  • the entire thermoplastic styrene copolymer molding compound A has amorphous, thermoplastic properties, is therefore fusible and (largely) non-crystalline.
  • component A contains a partially crystalline fraction of less than 60% by weight, preferably less than 50% by weight, particularly preferably less than 40% by weight, based on the total weight of component A.
  • Partially crystalline thermoplastics form both chemically regular, as well as geometric areas, d. H. There are areas where crystallites form. Crystallites are parallel bundles of molecular segments or folds of molecular chains. Individual chain molecules can partially pass through the crystalline or the amorphous region. Sometimes they can even belong to several crystallites at the same time.
  • the thermoplastic styrene copolymer molding compound A may be a blend of amorphous thermoplastic polymers and semi-crystalline polymers.
  • the thermoplastic styrene copolymer molding compound A may be e.g. a blend of a styrene copolymer with one or more polycarbonate (s) and / or one or more partially crystalline polymers (such as polyamide), wherein the proportion of partially crystalline mixed components in the entire component A less than 50 wt .-%, preferably less than 40 wt .-% should be.
  • the styrene copolymer molding compound A comprises at least one styrene copolymer, in particular one suitable for the production of fiber composite materials V.
  • amorphous thermoplastics are used for the styrene copolymer molding compound A.
  • styrene copolymers such as styrene-acrylonitrile copolymers (SAN) or ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers (AMSAN), impact-modified styrene-acrylonitrile copolymers, such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), styrene-methyl methacrylate Copolymers (SMMA), methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (MABS) or acrylic ester-styrene-acrylonitrile copolymers (ASA) used.
  • ABS styrene-acrylonitrile copolymers
  • AMSAN ⁇ -methylstyrene-acrylonitrile copolymers
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • SMMA styrene-methyl methacrylate Copolymers
  • Blends of the abovementioned copolymers with polycarbonate or semicrystalline polymers such as polyamide are also suitable, provided that the proportion of semicrystalline mixed components in component A is less than 50% by weight.
  • ABS copolymers are used as the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
  • acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer as the thermoplastic styrene copolymer molding composition A can be prepared by known methods of styrene, acrylonitrile, butadiene and optionally a further functional monomer, such as. Methyl methacrylate (MMA), maleic anhydride (MSA) or N-phenylmaleimide (N-PMI).
  • MMA Methyl methacrylate
  • MSA maleic anhydride
  • N-PMI N-phenylmaleimide
  • the ABS copolymer may, for. B. (as components of the preparation): 35 to 70 wt .-% butadiene, 20 to 50 wt .-% of styrene and 9 to 38 wt .-% of acrylonitrile and 0.1 to 5 wt .-%, preferably 0, 1 to 3 wt .-% of another functional monomer.
  • Component A can also be prepared from 35 to 70% by weight of at least one conjugated diene, 20 to 50% by weight of at least one vinylaromatic monomer and 9 to 38% by weight of acrylonitrile and 0.1 to 5% by weight, preferably 0.1 to 3 wt .-% of another functional monomer.
  • the component A according to the invention is a styrene / butadiene copolymer, such as e.g. Impact-resistant polystyrene, a styrene-butadiene block copolymer, e.g. Styrolux® (from Styrolution, Frankfurt), Styroflex® (from Styrolution, Frankfurt), K-Resin®, Clearen®, Asaprene®.
  • styrene / butadiene copolymer such as e.g. Impact-resistant polystyrene, a styrene-butadiene block copolymer, e.g. Styrolux® (from Styrolution, Frankfurt), Styroflex® (from Styrolution, Frankfurt), K-Resin®, Clearen®, Asaprene®.
  • the styrene copolymer molding compound A can consist of at least two mutually different thermoplastic styrene copolymer molding compositions.
  • these various molding material types may have a different melt volume flow rate (MVR) and / or different co-monomers or additives.
  • MVR melt volume flow rate
  • ABS molding compounds and SAN molding compounds can be combined with one another.
  • the styrene copolymer molding composition A comprises, for example, 30 to 70% by weight of ABS molding composition and 70 to 30% by weight of SAN molding composition, in particular 50 to 70% by weight of ABS molding composition and 50 to 30% by weight. % SAN molding compound.
  • the component A has a MVR 240 ° C / 10 kg according to ISO 1 133 of at least 10 cm 3 / 10min, preferably at least 15 cm 3 / 10min, in particular at least 20 cm 3 / 10min.
  • the thermoplastic matrix also has a MVR 240 ° C / 10 kg according to ISO 1 133 of at least 10 cm 3 / 10min, preferably at least 15 cm 3 / 10min, in particular at least 20 cm 3 / 10min.
  • ISO Method 1 133 will preferably be understood as meaning DIN EN ISO 1 133-1: 2012-03.
  • the term molecular weight (Mw) in the broadest sense can be understood as the mass of a molecule or the region of a molecule (eg a polymer strand, a block polymer or a small molecule) which is in g / mol (Da) and kg / mol (kDa) can be given.
  • the molecular weight (Mw) is the weight average which can be determined by the methods known in the art.
  • the thermoplastic molding compositions A preferably have a molecular weight Mw of from 60,000 to 400,000 g / mol, particularly preferably from 80,000 to 350,000 g / mol, where Mw can be determined by light scattering in tetrahydrofuran (GPC with UV detector).
  • the molecular weight Mw of the thermoplastic molding compositions A can vary within a range of +/- 20%.
  • Suitable preparation processes for the styrene copolymer molding compositions A are emulsion, solution, bulk or suspension polymerization, preference being given to solution polymerization (see GB 1472195).
  • the styrene copolymer molding compound A is isolated after the preparation by methods known to those skilled in the art and preferably processed into granules. Thereafter, the production of the fiber composite materials V can take place.
  • Reinforcing fibers B (component B or ⁇ ', B * )
  • the thermoplastic fiber composite material V (organic sheet) contains at least 5 wt .-% of the reinforcing fibers B (component B), based on the fiber composite material V.
  • the reinforcing fibers B are in the fiber composite material V preferably from 5 to 70 wt. %, more preferably from 10 to 65 wt .-%, often from 20 to 60 wt .-% and in particular from 25 to 55 wt .-%, based on the fiber composite material V, included.
  • the material of the reinforcing fibers B all materials can be used which are processable into fiber and have a melting temperature which is greater than the melting temperature of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A. Preferred are differences in the melting temperature of component A to B of at least 50 ° C, especially 70 ° C.
  • Suitable fibers are glass fibers, ceramic fibers, aramid fibers, carbon fibers, boron fibers, basalt fibers, steel fibers, and natural fibers such as flax, hemp, jute, kenaf, ramie or sisal fibers. Particularly preferred are glass fibers, carbon fibers and aramid fibers. In one embodiment, materials are used which have no thermoplastic behavior.
  • the provision of the reinforcing fibers B can be effected by all methods known to the person skilled in the art and depends on the respective fiber type.
  • the reinforcing fibers B preferably have:
  • Glass fibers are preferably treated with a sizing, which protect each other especially the fibers. Mutual damage due to abrasion should be prevented. When mutual mechanical action should not come to the transverse fragmentation (fracture).
  • the cutting process of the fiber can be facilitated in order to obtain, above all, an identical staple length.
  • the size can be used to avoid agglomeration of the fibers.
  • the dispersibility of short fibers in water can be improved. Thus, it is possible to obtain uniform planar structures by the wet-laying process.
  • a sizing may help to produce improved cohesion between the glass fibers and the polymer matrix in which the glass fibers act as reinforcing fibers. This principle is mainly used in glass fiber reinforced plastics (GRP).
  • the glass fiber sizes generally contain a large number of constituents, such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesion promoters.
  • a film former protects the glass filaments from mutual friction and, in addition, can enhance affinity for synthetic resins, thus promoting the strength and integrity of a composite.
  • Starch derivatives polymers and copolymers of vinyl acetate and acrylic esters, epoxy resin emulsions, polyurethane resins and polyamides in a proportion of 0.5 to 12 wt .-%, based on the total size, are mentioned.
  • a lubricant gives the glass fibers and their products suppleness and reduces the mutual friction of the glass fibers, even during manufacture. Often, however, the adhesion between glass and resin is compromised by the use of lubricants. Fats, oils and polyalkyleneamines in an amount of 0.01 to 1 wt .-%, based on the total size, are mentioned. A wetting agent causes a lowering of the surface tension and an improved wetting of the filaments with the size. For aqueous sizes, for example, polyfatty acid amides in an amount of 0.1 to 1, 5 wt .-%, based on the total size to name.
  • organo-functional silanes such as aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and the like can be mentioned.
  • Silanes which are added to an aqueous sizing are usually hydrolyzed to silanols. These silanols can then react with reactive (glass) fiber surfaces and thus form an adhesive layer (with a thickness of about 3 nm).
  • low molecular weight functional agents can react with silanol groups on the glass surface, with these low molecular weight agents subsequently reacting further (for example, in epoxy resins), thereby providing chemical bonding of the glass fiber to the polymer matrix.
  • epoxy resins for example, epoxy resins
  • a functionalization by reaction with polymers is also known.
  • PC polycarbonate
  • the at least one reinforcing fiber B is disposed within the thermoplastic composite in at least two layers. Each layer is characterized in that it consists essentially of the at least one reinforcing fiber B.
  • the reinforcing fibers B may additionally comprise auxiliaries which are the Production and processing of the reinforcing fibers B serve to increase the resistance of the reinforcing fibers B or improve the interaction of the reinforcing fibers B with the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
  • the so-called size regularly adhesion promoters are added.
  • Such a sizing is applied regularly to the reinforcing fibers B during manufacture in order to improve the further processability of the reinforcing fibers B (such as weaving, laying, sewing). If the sizing is undesirable for subsequent processing, it must first be removed in an additional process step, such as by burning down.
  • a further adhesion promoter is applied in an additional process step. Sizing and / or adhesion promoters form on the surface of the reinforcing fibers B a layer which can substantially determine the interaction of the reinforcing fibers B with the environment.
  • adhesion agents are available.
  • the styrene copolymer molding composition A to be used and the reinforcing fibers B to be used the person skilled in the art can select a suitable adhesion promoter which is compatible with the styrene copolymer molding compound A and with the reinforcing fibers B.
  • the reinforcing fibers B are arranged such that they form a sheet-like textile structure G.
  • the textile structure G may be a woven, knitted, scrim, knit or braid.
  • the textile structure G is a woven, knitted or scrim.
  • the textile article G is particularly preferably a fabric.
  • the different textile structures G, G 'and G * can be different or identical. The statements made below to the sheet-like textile structure G containing reinforcing fibers B, apply mutatis mutandis to the sheet-like textile structure G 'containing reinforcing fibers B', and G * , containing reinforcing fibers B * .
  • the at least two layers of reinforcing fibers B form a substantially planar substrate. They are characterized in that they extend in a planar shape and the at least two layers are arranged substantially parallel to each other.
  • the substrate consists of a textile structure G.
  • the textile structure G is further characterized in that on at least one surface of the textile structure G, a plurality of fiber ends E is arranged such that they protrude from the planar plane of the substrate.
  • the plurality of fiber ends E can be distributed individually over the entire surface of the textile structure G, or occur in bundles. Preference is given to bundles. These bundles are preferably at regular intervals distributed uniformly over the entire surface of the textile structure G or a part thereof.
  • the fiber ends E are located on at least one surface of at least one textile structure G of the thermoplastic fiber composite material V.
  • the textile structures G 'and G * find the free fiber ends E their correspondence in the free fiber ends E' and E * .
  • Free fiber ends E or ⁇ ', E * can also be on both surfaces of the textile structure G.
  • the fiber ends E and E ' are preferably located on at least one surface of both textile structures G and G'. Free fiber ends E, can also be on both surfaces of both textile structures G and G '. If fiber composite materials V having more than two substrate layers (ie more than two sheet-like structures G or G ') are formed, the two outer layers preferably have free fiber ends E, E' on their surface facing the interior of the fiber composite material V.
  • the intermediate textile fabric G * has free fiber ends E * on each of the two surfaces of each individual layer.
  • the free fiber ends E and E ' are preferably located on a respective first surface of the first and second textile structure G and G'. These respective first surfaces are preferably facing each other in the thermoplastic fiber composite material V.
  • the cavity is bounded by the surfaces of the substrate layers.
  • the size of the cavity is thus limited by the distance of the substrate layers. This is preferably not more than 1, 5 times the length of the fiber ends E and E 'measured from the surface of the sheet-like textile structures G and G' to the end of the fiber. More preferably, the distance is 1, 0 times, more preferably 0.75 times, in particular 0.5 times the length of the fiber ends E and E '.
  • the cavity forming between the layers of the reinforcing fibers B is substantially filled in the thermoplastic fiber composite material V by the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
  • substantially filled in in this context means that the cavities are at least 80 vol. %, preferably 90 vol .-%, in particular 95 vol .-% with the styrene copolymer molding composition A, which may also be a foamed styrene copolymer molding composition A, are filled.
  • the reinforcing fibers B may be present as a woven, knitted, scrim, knit or braid. Laminated laminates formed in this way comprise laminations composed of sheet-like reinforcing layers (of reinforcing fibers B) and layers of the thermoplastic styrene copolymer molding compound W which wets and holds them together.
  • Fabric is a textile fabric made up of at least two thread systems crossed at right angles or at right angles. Knitted fabric and knitwear are both among the knits, in which a thread loop is looped into another. Goods (also referred to as knits or hosiery) are thread systems by stitching on a knitting machine industrially produced substances.
  • a scrim is a sheet consisting of one or more layers of parallel, stretched threads. At the crossing points, the threads are usually fixed. The fixation is done either by material bond or mechanically by friction and / or positive locking.
  • the thread layers in multi-layered layers can all have different orientations, and can also consist of different thread densities and different thread counts.
  • a braid is a textile structure, which is obtained by the regular interlacing of several strands of flexible material. The difference to weaving lies in the fact that when braiding the threads are not fed at right angles.
  • the sheet-like textile structure G is preferably a scrim, a woven fabric, or a knitted fabric. Particularly preferred as textile structures is a scrim or a woven fabric, in particular a woven fabric of carbon fibers B.
  • the fiber composite material V used optionally contains 0 to 40% by weight, preferably 0 to 30% by weight, particularly preferably 0.1 to 25% by weight, based on the sum of the components A. to C, one or more, different from the components A and B additive (auxiliaries and additives). It is particularly advantageous for the fiber composite materials V according to the invention if the thermoplastic styrene copolymer molding compound A is added as a blowing agent. This comes with a double function. The addition of such a blowing agent allows on the one hand a possible volume shrinkage of the material, in particular the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, to compensate in whole or in part.
  • the blowing agent serves to allow the fiber ends E, E 'or E * to spread away from the surface of the sheetlike textile structures G, G' or G * .
  • This is achieved by foaming the softened thermoplastic styrene copolymer molding compound A, which has penetrated the textile structures G, G 'or G * according to the invention and the interspaces lying between them, by the blowing agent.
  • any blowing agent known to the person skilled in the art is suitable.
  • Particularly suitable, so-called physical blowing agents are low-boiling compounds having a boiling point of up to 100 ° C at atmospheric pressure.
  • Suitable examples are low-boiling, liquid hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane or halogenated hydrocarbons such as dichloro-difluoromethane, 1, 2,2-trifluoro-1, 1, 2-trichloroethane or mixtures of these compounds.
  • chemical blowing agents ie substances or mixtures of substances which release a gas such as C0 2 or N 2 when heated. Preference is given to low-boiling alkanes, in particular pentane.
  • the amount of blowing agent is preferably from 1 to 15% by weight, more preferably from 2 to 8% by weight, in particular from 2.5 to 5% by weight, based on the styrene copolymer molding compound A.
  • additives are particulate mineral fillers, processing aids, stabilizers, oxidation retarders, anti-heat and ultraviolet light decomposition agents, lubricants and mold release agents, flame retardants, dyes and pigments, and plasticizers.
  • esters as low molecular weight compounds are mentioned.
  • two or more of these compounds can be used. In general, the compounds are present with a molecular weight of less than 3000 g / mol, preferably less than 150 g / mol.
  • Particulate mineral fillers can be, for example, amorphous silica, carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, various silicates such as clays, muscovite, biotite, suzoite, tin malite, talc, chlorite, phlogopite, feldspar, calcium silicates such as wollastonite or kaolin, especially calcined kaolin.
  • carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate (chalk), powdered quartz, mica, various silicates such as clays, muscovite, biotite, suzoite, tin malite, talc, chlorite, phlogopite, feldspar, calcium silicates such as wollastonite or kaolin, especially calcined kaolin.
  • UV stabilizers include, for example, various substituted resorcinols, salicylates, benzotriazoles and benzophenones, which can generally be used in amounts of up to 2% by weight.
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A can be added with oxidation inhibitors and heat stabilizers.
  • lubricants and mold release agents which are usually added in amounts of up to 1 wt .-% of the thermoplastic composition.
  • these include stearic acid, stearyl alcohol, stearic acid alkyl esters and amides, preferably Irganox®, and esters of pentaerythritol with long-chain fatty acids.
  • ethylene oxide-propylene oxide copolymers can also be used as lubricants and mold release agents.
  • natural and synthetic waxes can be used.
  • Flame retardants can be both halogen-containing and halogen-free compounds. Suitable halogen compounds, with brominated compounds being preferred over the chlorinated ones, remain stable in the preparation and processing of the inventive styrenic copolymer molding compound A, so that no corrosive gases are released and the effectiveness is thereby not impaired.
  • halogen-free compounds for example phosphorus compounds, in particular phosphine oxides and derivatives of acids of phosphorus and salts of acids and acid derivatives of phosphorus.
  • Phosphorus compounds particularly preferably contain ester, alkyl, cycloalkyl and / or aryl groups.
  • gomeric phosphorus compounds having a molecular weight of less than 2000 g / mol, as described for example in EP-A 0 363 608.
  • pigments and dyes may be included. These are generally contained in amounts of 0 to 15, preferably 0.1 to 10 and in particular 0.5 to 8 wt .-%, based on the buzzer of components A to C.
  • the pigments for coloring thermoplastics are generally known, see, for example, R. Gumbleter and H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pages 494 to 510.
  • Suitable pigments are, for example, white pigments such as zinc oxide, zinc sulfide, lead white (2 PbC0 3 -Pb (OH) 2 ), lithopone, antimony white and titanium dioxide.
  • white pigments such as zinc oxide, zinc sulfide, lead white (2 PbC0 3 -Pb (OH) 2 ), lithopone, antimony white and titanium dioxide.
  • rutile and anatase-type of titanium dioxide, in particular the rutile form is used for the whitening of the molding compositions according to the invention.
  • Black color pigments which can be used according to the invention are iron oxide black (Fe 3 O 4 ), spinel black (Cu (Cr, Fe) 2 O 4 ), manganese black (mixture of manganese dioxide, silicon oxide and iron oxide), cobalt black and antimony black, and particularly preferably carbon black, which is usually used in the form of furnace or gas black (see G. Benzing, Pigments for paints, Expert-Verlag (1988), p. 78ff).
  • inorganic color pigments such as chromium oxide green or organic colored pigments such as azo pigments and phthalocyanines can be used according to the invention to adjust certain hues. Such pigments are generally available commercially.
  • the general process for producing a fiber composite material V comprises the steps of: a) providing a first sheet-like textile structure G containing reinforcing fibers B,
  • step h) of the manufacturing process is optionally carried out under reduced pressure and wherein after step c) and before step d) of the manufacturing process, if necessary, the additional process steps (i) to (v) can be inserted :
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A to the second side of the textile further structure G * ,
  • the method is used to produce laminates comprising at least two layers of reinforcing fibers B.
  • the number of layers is not limited in principle. Laminates having 2 to 5, in particular 2 to 3, layers of reinforcing fibers B are preferably produced in this way.
  • the manufacturing process may include the phases of impregnation, consolidation and solidification (consolidation) common in the manufacture of fiber composite materials V, which process may be influenced by the choice of temperature, pressure and times employed.
  • the fiber composite material V contains (or consists of): a) 30 to 95% by weight of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, preferably 35 to 90% by weight, in particular 40 to 80% by weight. %
  • a first sheet-like textile structure G comprising the reinforcing fibers B is provided.
  • the fiber component of the reinforcing fibers B all materials can be used which are processable into fibers and have a melting temperature which is greater than the melting temperature of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A. Preferred are differences in the melting temperature of at least 50 ° C, especially 70 ° C. Preference is given to materials which have no thermoplastic behavior. Particularly preferred are glass fibers, carbon fibers and aramid fibers.
  • the reinforcing fibers B are fabricated by textile technology processes familiar to the person skilled in the art processed. Common methods are weaving, knitting, knitting, laying, braiding and knotting.
  • the sheet-like textile structures in the context of this invention preferably scrim, woven, knitted, knitted or braided according to the definitions mentioned above. Preference is given to tissue.
  • the sheet-like textile structure G is cut on at least one first surface.
  • cutting tools known to those skilled in the art such as knives or saws, are used as aids.
  • the incisions are made superficially on at least one first side of the sheet-like textile structure G.
  • Superficial in this context means that the textile structure G is not completely severed, but the cut only to a depth of cut of up to 50% of the layer thickness of the textile structure G takes place.
  • the surface incision preferably takes place up to a depth of up to 30% of the layer thickness of the textile structure G, in particular up to a depth of 5 to 10% of the layer thickness of the textile structure G.
  • a styrene copolymer molding compound A is applied to the first side of the textile structure G.
  • the styrene copolymer molding compound A is the above-described styrene copolymer molding compound A. This may further be mixed with additives. Preferred blowing agents are here.
  • the styrene copolymer molding compound A is preferably a foaming molding compound.
  • the styrene copolymer molding compound A contains at least one blowing agent.
  • any blowing agent known to the person skilled in the art is suitable.
  • Particularly suitable blowing agents are low boiling point compounds having a boiling point of up to 100 ° C at atmospheric pressure.
  • Suitable examples are low-boiling, liquid hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, or halogenated hydrocarbons, such as dichlorodifluoromethane, 1, 2,2-trifluoro-1, 1, 2-trichloroethane or mixtures thereof Links. Also suitable are substances or mixtures of substances which release a gas such as C0 2 or N 2 when heated. Preference is given to low-boiling alkanes, in particular pentane.
  • the amount of blowing agent is preferably from 1 to 15% by weight, more preferably from 2 to 8% by weight, in particular from 2.5 to 5% by weight, based on the styrene copolymer molding compound A.
  • the styrene copolymer molding compound A can be applied to the first side of the textile structure G in the form of a film, a melt, a granulate of a powder or another form familiar to the person skilled in the art.
  • the styrene copolymer molding compound A is applied in the form of a film or granules on the first side of the textile structure G.
  • the styrene copolymer molding compound A is preferably distributed uniformly over the entire surface.
  • the styrene copolymer molding compound A is preferably applied in an amount which makes it possible to penetrate the entire fiber composite material V in the end product.
  • the styrene copolymer molding compound A is applied to the first surface of the textile structure G in an amount of at least 1 g / cm 2 , preferably at least 10 g / cm 2 , more preferably at least 30 g / cm 2 .
  • a second sheet-like textile structure G 'containing the reinforcing fibers B' is provided.
  • the second sheet-like textile structure G ' may be the same as the first sheet-like structure G or else different therefrom.
  • the nature of the reinforcing fibers B 'and the textile technology used to provide the second textile sheet-like structure G' reference is made to the statements made above.
  • the second sheet-like textile structure G ' is cut on the surface on at least one first side.
  • the cutting takes place with a cutting tool familiar to the person skilled in the art.
  • the incisions are made superficially on at least one first side of the sheet-like textile structure G '.
  • Superficial in this context means that the textile structure G 'is not completely severed, but the cut is made only up to a depth of cut of up to 50% of the layer thickness of the textile structure G'.
  • the surface incision preferably takes place up to a depth of up to 30% of the layer thickness of the textile structure G ', in particular up to a depth of 5 to 10% of the layer thickness of the textile structure G'.
  • the first sheet-like textile structure G and the second sheet-like textile structure G ' are identical, ie both consist of the same material, have been produced by the same textile process, and have cuts at the same intervals and with the same depth of cut on at least a first side of the first sheet-like textile structure G and the second sheet-like textile structure G 'on.
  • the second sheet-like textile structure G ' is applied to the first sheet-like textile structure G, so that the styrene copolymer molding compound A is between the first sheet-like textile structure G and the second sheet-like textile structure G'.
  • the respective first sides of the first planar textile structure G and the second planar textile structure G ' face each other and both are aligned substantially parallel.
  • Substantially parallel means that both structures are deposited planar and that no folds result in one of the textile structures that would not correspond in the other, so that the first surfaces of both structures are substantially the same distance apart as long as the same amount to styrene copolymer molding compound A between the sheet-like textile structures G and G 'is located.
  • a next step g) the layer sequence obtained from the first sheet-like structure G, styrene copolymer molding compound A and second sheet-like structure G 'is joined together by hot pressing.
  • a temperature is applied which is above the temperature of the melting range of the styrene copolymer molding compound A.
  • This step is preferably carried out at a temperature of at least 200 ° C., preferably at least 250 ° C. and less than 400 ° C., in particular at 250 ° C. to 300 ° C.
  • the pressing operation is maintained until the styrene copolymer molding compound A has melted to an extent sufficient to penetrate the first textile fabric G and the second textile fabric G '.
  • the pressing process is held until all the cavities of the layer sequence are completely filled with the molten styrene copolymer molding compound A.
  • the residence time at temperatures of> 200 ° C. is not more than 10 min, preferably not more than 5 min, more preferably not more than 2 min, in particular not more than 1 min. Often 10 to 60 seconds are sufficient for the thermal treatment.
  • step g) of the manufacturing process at a pressure of 5-50 bar and a pressing time of 10-60 s, preferably at a compression pressure of 10-30 bar and a pressing time of 15-40 s, performed.
  • step h) the pressing process is solved. This allows relaxation of the laminate, so that the sheet-like textile structures G and G 'move away from each other.
  • the fiber ends E formed on the first side of the first sheet-like textile structure G and the fiber ends E 'formed on the first side of the second sheet-like textile structure G' align in the intermediate space between the two sheet-like textile structures, which are protected by the still softened styrene.
  • Copolymer molding compound A is filled. If the styrene copolymer molding compound A contains one or more blowing agents, the erection of the fiber ends E or E 'is assisted by the fact that the blowing agent expanding after the end of the pressing operation moves the two sheetlike textile structures G and G' apart, while the fiber ends E and E 'are retained by the softened styrene copolymer molding compound A.
  • the blowing agent is used to compensate for any shrinkage that may occur.
  • Shrinkage i. the volume change of the molded article due to drying, cooling or chemical or physical transformation mechanisms in the material is a frequently occurring problem in the production of fiber composite materials and molded parts.
  • the materials used herein i. the thermoplastic styrene copolymer molding compositions A, the reinforcing fibers B and the additives C act as a trigger for volume shrinkage of the material in particular shrinkage by cooling and shrinkage by physical conversion mechanisms, such as. partial crystallization of the thermoplastic styrene copolymer molding compositions A, a role.
  • any type of volume reduction has an influence on the subsequent material quality, in particular on the nature of the surfaces of the moldings.
  • the styrene copolymer molding composition A used in accordance with the invention comprises a blowing agent which, in the described process, at least partially compensates for the shrinkage in volume of the material due to foaming of the styrene copolymer molding compound A caused by the blowing agent .
  • the blowing agent is added to the styrene copolymer molding compound A in an amount that allows complete compensation of the volume shrinkage occurring during the manufacturing process.
  • the amount of blowing agent added is preferably from 1 to 15% by weight, more preferably from 2 to 8% by weight, especially from 2.5 to 5% by weight. based on the styrene copolymer molding compound A.
  • V and moldings T are obtained whose surfaces meet the highest standards.
  • fiber-composite materials V and shaped parts T whose surfaces are in the form of so-called class-A surfaces, i. visible surfaces in the exterior and interior of motor vehicles.
  • Step h) can generally be carried out at atmospheric pressure.
  • the step can also be further assisted by lowering the ambient pressure.
  • the pressure is lowered to a range below the atmospheric pressure, preferably to a range of 0.5 to 1.0 bar.
  • thermoplastic fiber composite material In a last step i), the resulting thermoplastic fiber composite material
  • thermoplastic fiber composite material V below the melting point of the styrene copolymer molding composition A.
  • the styrene copolymer molding compound A becomes solid and the fiber ends E and E 'now spread apart from the surface of the structures G and G' are fixed in the styrene copolymer molding compound A.
  • a significantly higher strength and rigidity of the thermoplastic fiber composite material V over conventional fiber composite materials is achieved.
  • a laminate structure with more than two layers can be achieved by introducing one or more further textile structures G * between the first textile structure G and the second textile structure G '. This process is described in the additional process steps (i) to (v).
  • the further textile structure G * is also cut on at least one surface so as to form fiber ends E * .
  • the individual textile structures G, G 'and G * are separated from each other in the fiber composite material by layers of styrene copolymer molding compound A.
  • the layers of reinforcing fibers B are laminated with the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, at least a part of the reinforcing fibers B may be subjected to a pre-treatment in the course of which the subsequent fiber-matrix adhesion is influenced.
  • the pretreatment may include, for example, a coating step, an etching step, a heat treatment step or a mechanical surface treatment step.
  • a coating step for example, by heating a part of the reinforcing fibers B, an already applied adhesion promoter can be partially removed.
  • the reinforcement layers can be completely interconnected during the manufacturing process (laminating). Such fiber composite material mats offer optimized strength and rigidity in the fiber direction and can be processed particularly advantageously.
  • the method can also include the production of a molded part T.
  • a molded part T This can be done in any way, such as by mechanical shaping by a shaping body, which may also be a roller embossed.
  • the still mouldable fiber composite material V in which the thermoplastic styrene copolymer molding compound A still present (partially) melted shaped.
  • a cured fiber composite material V can be cold-formed.
  • a (substantially) solid molding T is obtained at the end of the process.
  • the molding T may be further finished (e.g., deburred, polished, colored, etc.).
  • the process can be carried out continuously, semicontinuously or discontinuously.
  • the process is carried out as a continuous process, in particular as a continuous process for producing smooth or three-dimensionally embossed films.
  • the use of fiber composite materials V as an organic sheet as a substitute for metals the cost and weight can be reduced because the density of the organic sheets is much lower and the lack of rigidity, compared to the steel, can be compensated by a ribbing or sandwich construction .
  • the ribbing preferably consists of an injection molding material, which ensures a cohesive connection to the organic sheet and thus creates a high moment of resistance. In the sandwich construction, there is also a similarity, so that here, too, creates a cohesive bond.
  • the foam core can be glued to the cover layers or it is by an additional Thermoplastic layer on the organic sheet caused a claw in the foam structure.
  • the weight reduction is advantageous in all moving components, since energy savings can be achieved by reducing the weight of the moving masses.
  • thermoplastic molding compositions described here are non-polar surface, which enables direct painting, pasting and printing.
  • the stiffness and strength of the fiber composite materials V can be achieved by a sandwich composite or e.g. be further increased later by a ribbing.
  • core material in the sandwich composite both a foam core (e.g., Rohacell from Evonik) and a honeycomb core (e.g., Honeycomps from EconCore) can be used.
  • the core In order to achieve a cohesive bond between the organic sheet and the core, the core consists of a chemically compatible thermoplastic in order to heat-weld and to facilitate lamination in the production process.
  • a preferred way to achieve sufficient rigidity is the injection molding or pressing back of a ribbing in the injection molding or in the pressing process.
  • a suitable thermoplastic molding composition in particular one of the abovementioned styrene copolymers, should be used.
  • a SAN, ABS or ASA-based thermoplastic styrene copolymer molding compound A is used.
  • a grain can be shaped by means of the tool wall, whereby the surface additionally can be functionalized (scratch resistance, concealment of sink marks).
  • the additional thermoplastic layer can be colored opaque, so that optically no organo sheet can be assumed, or you can deliberately create a "fiber look" by the use of a transparent layer.
  • the use of organo sheets in the sandwich or by ribbing can be achieved a cost reduction and at the same time the weight can be reduced, which on the one hand facilitate the assembly of the component and the other of the device.
  • organ sheets In addition to a cost and weight advantage, the use of organ sheets also creates an aesthetic advantage.
  • a so-called "fiber look" can be achieved Even with the use of glass fiber, which is inherently transparent, it can be visible by coating the fibers
  • the organo sheets according to the invention have the advantage that they can be used unpainted, whereby the lacquering step can be saved in comparison to the steel sheet.
  • the use of organo sheets for housing and / or supporting structures can reduce the weight of mobile devices This has the advantage that the devices become more manageable or, for example, a larger battery can be installed at the same weight in order to generate a longer battery life too small a flow path / wall thickness ratio, oversized Therefore, the wall thickness of organic sheets can be substantially reduced, since the organic sheet only has to be reshaped and thus can make do with a small thickness even for very large components.
  • the fiber composite materials V according to the invention can be produced, for example, with a thickness of ⁇ 10 mm, preferably ⁇ 5 mm, particularly preferred ⁇ 1 mm.
  • these thin organic sheets are ribbed and fringed, very rigid components are created, since the organic sheet lies in the edge fiber of the shell component, resulting in an increase in the resistance moment.
  • the fiber composite materials V can also achieve a large weight advantage. Again, the stiffening of the components can be supported by means of a ribbing. The invention is described in more detail in the following examples and claims.
  • Laminate thickness 0.5 mm
  • Laminate tolerances max. ⁇ 0.1 mm according to semi-finished product
  • Sandwich panel thickness max. 30 mm
  • Tool pressure Press unit 5-25 bar, infinitely variable for minimum and maximum tool size (optional)
  • Mold temperature control 3 heating and 2 cooling zones
  • Opening travel press 0.5 to 200 mm
  • the described fiber composite materials V are particularly suitable for the production of components for the automotive industry, household goods, electrical appliances, sports equipment, construction and construction materials, medical technology.
  • Example 1 Production of the fiber composite material V
  • a carbon fiber fabric (textile fabric G of reinforcing fibers B) having a basis weight of 95 g / m 2 and a thickness of 0.2 mm is deposited on the surface to a depth of 0.05 mm at a pitch of 0.5 cm cut parallel to each other, and at the same distance orthogonal to the first cutting direction.
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound A is an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer prepared from 44% by weight of butadiene, 28% by weight of styrene, 23% by weight of acrylonitrile and 5% by weight % Pentane (be based on the total weight of the ABS copolymer), applied in the form of granules.
  • the amount of granules applied is 445 g / m 2 .
  • a second layer of a carbon fiber fabric (textile structure G 'of reinforcing fibers B) is placed.
  • This layer corresponds to the first layer (textile structure G) and was prepared in the same way.
  • the pretreated surface of the carbon fiber fabric G ' faces the ABS copolymer layer.
  • the laminate is introduced into the interval hot press and pressed at 250 ° C for 30 seconds at a pressure of 15 bar. Subsequently, the pressure is reduced to atmospheric pressure, whereby the pentane-containing ABS copolymer is foamed.
  • the resulting fiber composite material V is cooled and removed from the interval hot press.
  • thermoplastic styrene copolymer molding composition A (ABS prepared from: 44 wt .-% butadiene, 28 wt .-% styrene , 23 wt .-% acrylonitrile and 5 wt .-% pentane) and
  • thermoplastic fiber composite material V comprising the thermoplastic styrene copolymer molding compound A
  • the two layers of reinforcing fibers B and B 'and optionally the additive C can also with thin-walled fiber composite materials V high stability and rigidity achieved become.
  • the organo sheets are particularly stable to delamination.
  • the described method is characterized in particular by the fact that it can be carried out with simple means and inexpensively.

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Abstract

Thermoplastische Faserverbund-Werkstoffe V, enthaltend: a) thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A als Matrix, b) mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B und B', und c) optional mindestens ein Additiv C, wobei jede Lage aus Verstärkungsfasern B bzw. B' durch ein flächenförmiges textiles Gebilde G bzw. G' mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gebildetwird, wobei die Verstärkungsfasern B bzw. B' der Lagen eine Vielzahl von Faserenden E bzw. E' auf der ersten Seite und/oder der zweiten Seite des jeweiligen flächenförmigen textilen Gebildes G bzw. G' aufweisen, wobei die mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B bzw. B' derartin dem Fa- serverbund-Werkstoff V angeordnet sind, dass die Faserenden E der ersten Lage mit den Faserenden E' der zweiten Lage Zwischenräume zwischen den Lagen ausbilden, wobei die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A die durch die gegenüber- liegenden Faserenden E und E' der ersten Lage und der zweiten Lage gebildeten Zwi- schenräume durchdringt, haben technische Vorteile.

Description

Thermoplastische Faserverbund-Werkstoffe auf Basis von Styrol-Copolymeren und Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoff V (auch „Organoblech"), welcher mindestens eine thermoplastische Styrol-Copolymer- Formmasse A als Matrix und mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B um- fasst, wobei die Lagen der Verstärkungsfaser B in die Matrix eingebettet sind. Die La- gen aus Verstärkungsfasern B werden jeweils gebildet durch ein flächenförmiges texti- les Gebilde G, welches eine Vielzahl von Faserenden E auf der ersten Seite und/oder der zweiten Seite des jeweiligen flächenförmigen textilen Gebildes G aufweist. Die mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B sind derart in dem Faserverbund- Werkstoff V angeordnet, dass die Faserenden E des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G mit den Faserenden E' des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' Zwischenräume zwischen den flächenförmigen textilen Gebilde G und G' ausbilden, wobei die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A die durch die gegenüberliegenden Faserenden E und E' des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' gebildeten Zwischenräume durch- dringt.
Faserverbund-Werkstoffe bestehen meist aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in eine Polymer-Matrix eingebettet sind. Die Einsatzbereiche von Faserverbund- Werkstoffen sind vielfältig. Beispielsweise kommen Faserverbund-Werkstoffe im Fahr- zeug- und Luftfahrt-Bereich zum Einsatz. Hierbei sollen Faserverbund-Werkstoffe das Zerreißen oder sonstige Fragmentierungen der Matrix verhindern, um somit die Unfallgefahr durch verteilte Bauteilfetzen zu vermindern. Viele Faserverbund-Werkstoffe sind in der Lage, bei Belastung vergleichsweise hohe Kräfte aufzunehmen, bevor es zum totalen Versagensfall kommt. Gleichzeitig zeichnen sich Faserverbund-Werkstoffe ge- genüber herkömmlichen, nicht verstärkten Materialien durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte und weiteren vorteilhaften Eigenschaften wie beispielsweise guter Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit aus.
Festigkeit und Steifigkeit der Faserverbund-Werkstoffe sind dabei an die Belastungs- richtung und Belastungsart anpassbar. Hierbei sind in erster Linie die Fasern für die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbund-Werkstoffs verantwortlich. Zudem bestimmt auch ihre Anordnung die mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Faserverbund-Werkstoffs. Die Matrix dient dagegen meist primär zum Einleiten der aufzunehmenden Kräfte in die einzelnen Fasern und zur Beibehaltung der räumlichen An- Ordnung der Fasern in der gewünschten Orientierung. Da sowohl die Fasern als auch die Matrix-Materialien variierbar sind, kommen zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten von Fasern und Matrix-Materialien in Betracht. Faserverbund-Werkstoffe weisen aufgrund der hohen Faserlängen eine besonders hohe Stabilität auf und sind daher in vielen Bereichen bevorzugt, in denen hohe Anforderun- gen an die hergestellten Bauteile gestellt werden. Bei der Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen spielt die Verbindung von Fasern und Matrix zueinander eine wesentliche Rolle. Eine unzureichende Verbindung kann insbesondere bei Faserverbund- Werkstoffen, die einen schichtförmigen Aufbau aufweisen, dazu führen, dass eine Delaminierung entlang der Flächenachse der Faserschichten auftritt. Zusätzlich weisen laminare Faserverbund-Werkstoffe häufig eine geringe Stabilität bzw. Steifigkeit bezüglich der Laminatebene auf.
DE 90 07 289 U1 offenbart einen Verbund- und Hybridwerkstoff, bestehend aus einer härtbaren Polymermatrix und mindestens einer Verstärkungseinlage in Form einer Stoffbahn aus einer textilen Grundware mit eingebundenen Noppen. Es liegen mindestens zwei Arten von Noppen mit unterschiedlicher Länge und Strickrichtung vor, welche von den jeweils beiden freien Enden eines in die Grundware eingelegten Polfadens gebildet werden. Die Noppen ragen vereinzelt und gleichmäßig verteilt aus der Vorderseite der Grundware heraus. Der beschriebene Werkstoff hat zum einen den Nachteil, dass er nachträglich nicht thermisch umgeformt werden kann, da er aus duroplastischem Matrixmaterial gebildet ist. Zum anderen ist die Durchdringung der Polymermatrix mit den Noppen aufgrund des Fertigungsverfahrens nur unzureichend.
DE 689 15 220 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats bei dem zunächst ein Doppelflorgewebe aus verstärkten Fasern durch Verweben der Florfaser in das Grundgewebe hergestellt wird. Die Doppelflorgewebe werden laminiert. Wird der Flor während des Laminierens niedergedrückt, so richtet er sich aufgrund der Reißspannung wieder auf. Ein solches Aufrichten ist bei hoher Dichte der Florfasern und geringem Abstand zwischen den Laminatschichten schwierig. Außerdem ist das Web- verfahren aufwändig.
EP 0 356 930 A2 befasst sich mit Composit-Materialien, umfassend mindestens zwei Schichten, wobei jede Schicht ein im wesentlichen planares Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite und mit einer Vielzahl von Fasern umfasst, wobei die Fasern auf der ersten Seite und der zweiten Seite des ebenen Substrats Faserspitzen bilden, wobei die Schichten gegenüberliegend gestapelt sind, so dass die Faserspitzen einer Schicht mit den Faserspitzen der gegenüberliegenden Schicht zusammenwirken und Zwischenräume zwischen denselben bilden, und ein Bindemittel, das im Wesentlichen die Zwischenräume durchdringt. Das Bindemittel ist ein erhärtbares Polymerharz. Die Faserspitzen werden durch spezielle Webtechniken erhalten, welche wiederum aufwändig sind.
DE 1 704 642 offenbart einen Schaumstoffkörper mit einer Außenhaut, auf deren In- nenseite eine eingeschäumte Randzonenverstärkungseinlage angeordnet ist, die aus mindestens einer Armierungsmatte und einem Fasergebilde besteht. Die Armierungsmatte und das Fasergebilde bestehen aus unterschiedlichen Materialien und sind fest miteinander verbunden. Die Herstellung der Randzonenverstärkungseinlage ist vergleichsweise aufwändig gestaltet.
US 201 1/0020572 beschreibt Organoblech-Bauteile mit einem Hybrid-Design aus beispielsweise einer hoch fließfähigen Polycarbonat-Komponente. Dabei wird Polycarbo- nat (PC) durch geeignete Additive fließfähig gemacht, wie über hyperverzweigte Polyester, Ethylen/(Meth)acrylat-Copolymere oder niedermolekulare Polyalkylenglykolester.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverbund-Werkstoff (Organoblech) bereitzustellen, welcher eine verbesserte Festigkeit und Steifigkeit aufweist und gleichzeitig mit einfachen Verfahren und kostengünstig herstellbar ist. Es hat sich überraschend gezeigt, dass mittels eines einfachen Verfahrens, in dem die Oberfläche eines flächenförmigen textilen Gebildes oberflächlich eingeschnitten wird, ein laminarer Faserverbund-Werkstoff V erhalten werden kann, welcher eine Struktur aufweist, in der sich die durch das Einschneiden entstehenden Faserenden E aufrichten und so eine Art Querverstrebung zwischen den textilen Flächengebilden bilden. Hierdurch wird ein deutlicher Anstieg der Festigkeit und/oder Steifigkeit des Faserverbund-Werkstoffs V im Vergleich zu herkömmlich hergestellten laminaren Faserverbund-Werkstoffen erzielt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit einen thermoplastischen Faser- verbund-Werkstoff V, enthaltend: a) mindestens eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A als Matrix, b) mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B und B', und
c) optional mindestens ein Additiv C, wobei jede Lage aus Verstärkungsfasern B bzw. B' durch ein flächenförmiges textiles Gebilde G bzw. G' mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gebildet wird, wobei die Verstärkungsfasern B bzw. B' der Lagen eine Vielzahl von Faserenden E bzw. E' auf der ersten Seite und/oder der zweiten Seite des jeweiligen flächenförmigen textilen Gebildes G bzw. G' aufweisen, wobei die mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B bzw. B' derart in dem Faserverbund-Werkstoff V angeordnet sind, dass die Faserenden E der ersten Lage mit den Faserenden E' der zweiten Lage Zwischenräume zwischen den Lagen ausbilden, wobei die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A die durch die gegenüber- liegenden Faserenden E und E' der ersten Lage und der zweiten Lage gebildeten Zwischenräume durchdringt.
Ein Faserverbund-Werkstoff V im Sinne dieser Erfindung ist ein Werkstoff umfassend eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A und mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B bzw. B', wobei die Verstärkungsfasern B bzw. B' in der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A eingebettet sind.
Thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es sich um eine Styrol-Copolymer-Formmasse handelt, die mindestens ein thermoplastisches Styrol-haltiges Copolymer umfasst. Geeignete Co-Monomere sind beispielsweise a-Methylstyrol, Acrylnitril, Methacrylnitril, Methylmethacrylat (MMA), konjugierte Diene und/oder Acrylate. Bevorzugt besteht die thermoplastische Styrol- Copolymer-Formmasse A zu mindestens 50 Gew.-% aus einem thermoplastischen Styrol-Copolymer, insbesondere zu mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-%. In einer Ausführungsform besteht die Styrol-Copolymer- Formmasse zu 100 Gew.-% aus einem Styrol-Copolymer.
Die Erfindung betrifft besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V, enthaltend (bzw. bestehend aus): a) 30 bis 95 Gew.-% der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A, bevorzugt 35 bis 90 Gew.-%, insbesondere 40 bis 80 Gew.-%
b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, bevorzugt 10 bis 65 Gew.-%, insbesondere 20 bis 60 Gew.-% und
c) 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 25 Gew.-% des Additivs C. Die Erfindung betrifft besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V, wobei die thermoplastische Styrol- Copolymer-Formmasse A amorph ist. Die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Styrol-Acrylnitril-Copolymere, a-Methylstyrol-Acrylnitril- Copolymere, schlagzäh-modifizierte Styrol-Acrylnitril-Copolymere, insbesondere Acryl- nitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymere (ASA), sowie Blends der genannten Copolymere, insbesondere mit Polycarbonat oder Polyamid.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Faserverbund-Werkstoff V, bei dem die mindestens zwei flächenförmigen textilen Gebilde G und G' parallel angeordnet sind und die Verstärkungsfasern B bzw. B', welche die Faserenden E bzw. E' aus- bildenden, strukturell dauerhaft an das erste oder zweite flächenförmige textile Gebilde G bzw. G' aus Verstärkungsfasern B bzw. B' gebunden sind.
Die Erfindung betrifft auch einen Faserverbund-Werkstoff V, bei dem die Faserenden E bzw. E' dadurch gebildet werden, dass ein flächenförmiges textiles Gebilde G bzw. G' aus Verstärkungsfasern B bzw. B' oberflächlich bis zu einer Tiefe von bis zu 50%, insbesondere bis zu einer Tiefe von bis zu 30% der Schichtdicke des flächenförmigen textilen Gebildes G bzw. G' eingeschnitten wird, sodass die Faserenden E bzw. E' erzeugt werden, welche in das textile Gebilde G bzw. G' eingebunden sind. Im Hinblick auf die Stabilität des textilen Gebildes G bzw. G' erfolgt das oberflächliche Einschnei- den bevorzugt bis zu einer Tiefe von bis zu 30% der Schichtdicke des textilen Gebildes G bzw. G', insbesondere von bis zu einer Tiefe von 5 bis 10% der Schichtdicke des textilen Gebildes G bzw. G'.
Die Erfindung betrifft auch einen Faserverbund-Werkstoff V, der dadurch gekennzeich- net ist, dass die Verstärkungsfasern B bzw. B' aus der Gruppe enthaltend Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern ausgewählt sind.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Faserverbund-Werkstoff V, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das eingesetzte textile Gebilde G bzw. G' ein Gewe- be, Gewirk, Gelege, Gestrick oder Geflecht ist. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Faserverbund-Werkstoff V, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gebilde G bzw. G' ein Gewebe ist. Bevorzugt besteht das Gewebe aus Carbonfasern. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Faserverbund-Werkstoff V, bei dem die Styrol-Copolymer-Formmasse A eine geschäumte Styrol-Copolymer- Formmasse ist. Die Erfindung betrifft auch einen Faserverbund-Werkstoff V, bei dem die Styrol- Copolymer-Formmasse A mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Styrol/Acrylnitril- Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer (ABS) und/oder Acryl- nitril//Styrol/Acrylester-Copolymer (ASA) enthält. Alternativ oder zusätzlich kann die Styrol-Copolymer-Formmasse A auch Polystyrol enthalten.
Der erfindungsgemäße thermoplastische Faserverbund-Werkstoff V ist schichtartig aufgebaut. Er enthält mindestens zwei, oftmals drei oder mehr Schichten umfassend Verstärkungsfasern B.
Die Schichten werden durch flächenförmige textile Gebilde G, G' aus den Verstärkungsfasern B, B' gebildet. Der thermoplastische Faserverbund-Werkstoff V kann, insbesondere wenn er aus einer Vielzahl einzelner Schichten aufgebaut ist, eine beliebige Dicke aufweisen. Bevorzugt weist er eine Dicke von <10 mm, vorzugsweise von <5 mm, besonders bevorzugst von <1 mm auf.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines ersten flächenförmigen textilen Gebildes G enthaltend Verstärkungsfasern B,
b) Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G, um so Faserenden E zu bilden,
c) Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die erste Seite des textilen Gebildes G,
d) Bereitstellen eines zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' enthaltend Ver- Stärkungsfasern B',
e) Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G', um so Faserenden E' zu bilden, f) Aufbringen des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' auf das erste flächen- förmige textile Gebilde G derart, dass die erste Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und die erste Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' einander zugewandt sind und sich die Styrol-Copolymer-Formmasse A zwi- sehen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem zweiten flächenförmigen textilen Gebilde G' befindet,
g) Heißpressen des erhaltenen Schichtfolge bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzbereiches der Styrol-Copolymer-Formmasse A, insbesondere bei 250° bis 300°C,
h) Lösen des Pressvorgangs, so dass sich die flächenförmigen textilen Gebilde G und G' voneinander entfernen und sich die auf der ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und der ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' ausgebildeten Faserenden E und E' im Zwischenraum zwischen beiden flächenförmigen textilen Gebilden G und G' aufrichten,
i) Abkühlen des Faserverbund-Werkstoffs V, wobei der Schritt h) des Herstellungsverfahrens gegebenenfalls unter verringertem Druck durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V, umfassend die Schritte: a') Bereitstellen eines ersten flächenförmigen textilen Gebildes G enthaltend Verstärkungsfasern B,
b') Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G, um so Faserenden E zu bilden,
c') Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die erste Seite des textilen Gebildes G,
d') Bereitstellen eines weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* enthaltend Verstärkungsfasern B*,
e') Oberflächliches Einschneiden einer ersten und einer zweiten Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes
G*, um so Faserenden E* auf beiden Seiten des textilen Gebildes G* zu bilden, f) Aufbringen des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* auf das erste flä- chenförmige textile Gebilde G derart, dass die erste Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und die erste Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* einander zugewandt sind und sich die Styrol-Copolymer-Formmasse A zwischen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem weiteren flä- chenförmigen textilen Gebilde G* befindet,
g') Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die zweite Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G*,
h') ggf. wiederholen der Schritte d') bis g') bis die gewünschte Anzahl an Schichtfolgen erreicht ist
i') Bereitstellen eines letzten flächenförmigen textilen Gebildes G' enthaltend Verstärkungsfasern B',
j') Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des letzten flächenförmigen textilen Gebildes G' in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des letzten flächenförmigen textilen Gebildes G', um so Faserenden E' zu bilden,
k') Aufbringen des letzten flächenförmigen textilen Gebildes G' auf das weitere flä- chenförmige textile Gebilde G* derart, dass die zweite Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* und die erste Seite des letzten flächenförmigen textilen Gebildes G' einander zugewandt sind und sich die Styrol-Copolymer- Formmasse A zwischen dem weiteren flächenförmigen textilen Gebilde G* und dem letzten flächenförmigen textilen Gebilde G' befindet,
Γ) Heißpressen der erhaltenen Schichtfolge bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzbereiches der Styrol-Copolymer-Formmasse A, insbesondere bei 250° bis 300°C,
m') Lösen des Pressvorgangs, so dass sich die flächenförmigen textilen Gebilde G, G* und G' voneinander entfernen und sich die auf der ersten Seite des ersten flächen- förmigen textilen Gebildes G, der ersten und zweiten Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* und der ersten Seite des letzten flächenförmigen textilen Gebildes G' ausgebildeten Faserenden E, E' und E* im Zwischenraum zwischen flächenförmigen textilen Gebilden G, G' und G* aufrichten,
n') Abkühlen des Faserverbund-Werkstoffs V, wobei der Schritt m') des Herstellungsverfahrens gegebenenfalls unter verringertem Druck durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem das erste flächenförmige textile Ge- bilde G, das zweite flächenförmige textile Gebilde G' und ggf. das weitere flächenförmige textile Gebilde G* jeweils bis zu einer Tiefe von bis zu 30%, bevorzugt von 5 bis 10% der Schichtdicke des ersten bzw. zweiten bzw. des ggf. weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G, G' bzw. G* eingeschnitten wird. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem das erste flä- chenförmige textile Gebilde G, das zweite flächenförmige textile Gebilde G' sowie ggf. das weitere flächenförmige textile Gebilde G* in Abständen von 0,1 cm bis 10 cm, bevorzugt 1 cm bis 5 cm eingeschnitten werden.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Styrol-Copolymer-Formmasse A mindestens ein Treibmittel enthält.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem die Styrol-Copolymer-Formmasse A mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Acryl- nitril/Butadien/Styrol-Copolymer (ABS), oder Acrylnitril/ Styrol/Acrylester-Copolymer (ASA) enthält, sowie die Verstärkungsfasern aus der Gruppe Carbonfasern, Glasfasern oder Aramidfasern ausgewählt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Formteil T, erhalten nach dem beschriebenen Verfahren.
Styrol-Copolymer-Formmasse A (Komponente A) Der Faserverbund-Werkstoff V enthält mindestens 20 Gew.-%, in der Regel mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbund-Werkstoffs V, der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A als Matrix. Die die Styrol- Copolymer-Formmasse A macht bevorzugt von 30 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt von 35 bis 90 Gew.-%, oftmals von 40 bis 80 Gew.-% und insbesondere von 45 bis 75 Gew.-%, des Faserverbund-Werkstoffs V aus.
Für einen erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoff V kommen als thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A beliebige thermoplastische, Styrol-Copolymere umfassende Formmassen in Frage.
Die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A (Komponente A) ist bevorzugt eine amorphe Formmasse, wobei amorpher Zustand der thermoplastischen Formmasse (Thermoplast) bedeutet, dass die Makromoleküle ohne regelmäßige Anordnung und Orientierung, d.h. ohne gleich bleibenden Abstand, völlig statistisch angeordnet sind.
Bevorzugt weist die gesamte thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A amorphe, thermoplastische Eigenschaften auf, ist daher schmelzbar und (weitgehend) nicht kristallin. Dadurch ist der Schrumpf der thermoplastische Styrol-Copolymer- Formmasse A, und daher auch des gesamten Faserverbund-Werkstoffs V, Vergleichs- weise gering. Es können besonders glatte Oberflächen bei den Formteilen erhalten werden.
Alternativ enthält die Komponente A einen teil-kristallinen Anteil von kleiner 60 Gew.- %, bevorzugt kleiner 50 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Komponente A. Teilkristalline Thermoplasten bilden sowohl chemisch regelmäßige, als auch geometrische Bereiche aus, d. h. es gibt Bereiche, in denen sich Kristalliten bilden. Kristalliten sind Parallelbündelungen von Molekülabschnitten oder Faltungen von Molekülketten. Einzelne Kettenmoleküle können dabei teilweise den kristallinen oder den amorphen Bereich durchlaufen. Sie können manchmal sogar mehreren Kristalliten gleichzeitig angehören.
Die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A kann ein Blend von amorphen thermoplastischen Polymeren und teilkristallinen Polymeren sein. Die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A kann z.B. ein Blend eines Styrol-Copolymers mit einem oder mehreren Polycarbonat(en) und/oder einem oder mehreren teilkristallinen Polymeren (wie Polyamid) sein, wobei der Anteil teilkristalliner Mischkomponenten an der gesamten Komponente A kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt kleiner 40 Gew.-% sein sollte.
Die Styrol-Copolymer-Formmasse A enthält mindestens ein Styrol-Copolymer, insbesondere eine solches, das für die Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen V geeignet ist. Bevorzugt werden für die Styrol-Copolymer-Formmasse A amorphe Thermoplaste eingesetzt. Beispielsweise werden Styrol-Copolymere wie Styrol-Acrylnitril- Copolymere (SAN) oder α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere (AMSAN), schlagzäh modifizierte Styrol-Acrylnitril-Copolymere, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Styrol-Methylmethacrylat-Copolymere (SMMA), Methacrylat-Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymere (MABS) oder Acrylester-Styrol-Acrylnitril-Copolymere (ASA) eingesetzt. Insbesondere werden SAN, ABS und ASA eingesetzt. Ganz besonders bevor- zugt werden ABS Copolymere als thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A eingesetzt.
Auch Blends der zuvor genannten Copolymere mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Misch- komponenten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.%. Ganz besonders bevorzugt werden ABS-Copolymere als thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A eingesetzt. Erfindungsgemäßes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer als thermoplastische Styrol- Copolymer-Formmasse A kann nach bekannten Methoden hergestellt werden aus Styrol, Acrylnitril, Butadien und ggf. einem weitere funktionellen Monomer, wie z. B. Me- thylmethacrylat (MMA), Maleinsäureanhydrid (MSA) oder N-Phenylmaleinimid (N-PMI).
Das ABS-Copolymer kann z. B. (als Komponenten der Herstellung) enthalten: 35 bis 70 Gew.-% Butadien, 20 bis 50 Gew.-% Styrol und 9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% eines weiteren funktionellen Monomers. Komponente A kann auch hergestellt werden aus 35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens, 20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und 9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% eines weiteren funktionellen Monomers.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die erfindungsgemäße Komponen- ten A ein Styrol/Butadien Copolymer wie z.B. schlagfestes Polystyrol, ein Styrol- Butadien-Blockcopolymer wie z.B. Styrolux® (von Styrolution, Frankfurt), Styroflex® (von Styrolution, Frankfurt), K-Resin®, Clearen®, Asaprene®.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Styrol-Copolymer-Formmasse A aus min- destens zwei voneinander unterschiedlichen thermoplastischen Styrol-Copolymer- Formmassen bestehen. Diese verschiedenen Formmassetypen können beispielsweise eine unterschiedliche Schmelzvolumenfließrate (MVR) und/oder unterschiedliche Co- Monomere oder Additive aufweisen. Beispielsweise können in einer bevorzugten Ausführungsform ABS-Formmassen und SAN-Formmassen miteinander kombiniert wer- den. Dabei umfasst die Styrol-Copolymer-Formmasse A beispielsweise 30 bis 70 Gew.-% ABS-Formmasse und 70 bis 30 Gew.-% SAN-Formmasse, insbesondere 50 bis 70 Gew.-% ABS-Formmasse und 50 bis 30 Gew.-% SAN-Formmasse.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Komponente A eine MVR 240°C/10 kg gemäß ISO 1 133 von mindestens 10 cm3/10min, bevorzugt mindestens 15 cm3/10min, insbesondere mindestens 20 cm3/10min auf. Bevorzugt weist die thermoplastische Matrix ebenfalls einen MVR 240°C/10 kg gemäß ISO 1 133 von mindestens 10 cm3/10min, bevorzugt mindestens 15 cm3/10min, insbesondere mindestens 20 cm3/10min auf. Unter ISO Verfahren 1 133 wird bevorzugt DIN EN ISO 1 133-1 :2012- 03 verstanden werden.
Gemäß der Erfindung kann der Begriff Molekulargewicht (Mw) im weitesten Sinne als die Masse eines Moleküls oder des Bereich eines Moleküls (z.B. ein Polymerstrang, ein Blockpolymer oder ein kleines Molekül) verstanden werden, welches in g/mol (Da) und kg/mol (kDa) angegeben werden kann. Das Molekulargewicht (Mw) ist das Gewichtsmittel, welches über die im Stand der Technik bekannten Verfahren bestimmt werden kann. Bevorzugt weisen die thermoplastischen Formmassen A ein Molekulargewicht Mw von 60.000 bis 400.000 g/mol, besonders bevorzugt von 80.000 bis 350.000 g/mol auf, wobei Mw durch Lichtstreuung in Tetrahydrofuran bestimmt werden kann (GPC mit UV-Detektor). Das Molekulargewicht Mw der thermoplastischen Formmassen A kann in einem Bereich von +/- 20% variieren.
Geeignete Herstellverfahren für die Styrol-Copolymer-Formmassen A sind die Emul- sions-, Lösungs-, Masse- oder Suspensionspolymerisation, bevorzugt ist die Lösungspolymerisation (siehe GB 1472195). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Styrol-Copolymer-Formmasse A nach der Herstellung nach dem Fach- mann bekannten Verfahren isoliert und vorzugsweise zu Granulat verarbeitet. Danach kann die Herstellung der Faserverbund-Werkstoffe V erfolgen.
Verstärkungsfasern B (Komponente B bzw. Β', B*)
Der thermoplastische Faserverbund-Werkstoff V (Organoblech) enthält mindestens 5 Gew.-% der Verstärkungsfasern B (Komponente B), bezogen auf den Faserverbund- Werkstoff V. Die Verstärkungsfasern B sind in dem Faserverbund-Werkstoff V bevorzugt von 5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 65 Gew.-%, oftmals von 20 bis 60 Gew.-% und insbesondere von 25 bis 55 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff V, enthalten.
Als Material der Verstärkungsfasern B können alle Materialien dienen, die zu Faser verarbeitbar sind und eine Schmelztemperatur aufweisen, welche größer ist als die Schmelztemperatur der verwendeten thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A. Bevorzugt sind Unterschiede in der Schmelztemperatur von Komponente A zu B von mindestens 50°C, insbesondere 70°C. Geeignete Fasern sind Glasfasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Carbonfasern, Borfasern, Basaltfasern, Stahlfasern, sowie Naturfasern wie Flachs-, Hanf-, Jute-, Kenaf-, Ramie- oder Sisalfasern. Insbesondere bevorzugt sind Glasfasern, Carbonfasern und Aramidfasern. In einer Ausführungsform werden Materialien verwendet, welche kein thermoplastisches Verhalten aufweisen.
Die Bereitstellung der Verstärkungsfasern B kann durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen und ist vom jeweiligen Fasertyp abhängig. Bevorzugt weisen die Verstärkungsfasern B auf:
eine Filament-Zahl von mehr als 500, insbesondere mehr als 1000, und
eine Garnfeinheit von 10 bis 5000 tex, insbesondere von 50 bis 4000 tex.
(Glas-)Fasern werden vorzugsweise mit einer Schlichte behandelt, welche vor allem die Fasern gegenseitig schützen. Ein gegenseitiges Beschädigen durch Abrieb soll verhindert werden. Beim gegenseitigen mechanischen Einwirken soll es nicht zur Querfragmentierung (Bruchbildung) kommen.
Ferner kann mittels der Schlichte der Schneidevorgang der Faser erleichtert werden, um vor allem eine gleiche Stapellänge zu erhalten. Daneben kann durch die Schlichte eine Agglomeration der Fasern vermieden werden. Die Dispergierbarkeit von Kurzfasern in Wasser kann verbessert werden. Somit ist es möglich, gleichmäßige Flächen- gebilde nach dem Nasslege-Verfahren zu erhalten.
Eine Schlichte kann dazu beitragen, dass ein verbesserter Zusammenhalt zwischen den Glasfasern und der Polymer-Matrix, in welcher die Glasfasern als Verstärkungsfasern wirken, hergestellt wird. Dieses Prinzip findet vor allem bei den glasfaserverstär- ken Kunststoffen (GFK) Anwendung.
Bislang enthalten die Glasfaser-Schlichten generell eine große Anzahl an Bestandteilen, wie beispielsweise Filmbildner, Gleitmittel, Netzmittel und Haftvermittler. Ein Filmbildner schützt die Glasfilamente vor gegenseitiger Reibung und kann zusätzlich eine Affinität zu Kunstharzen verstärken, um somit die Festigkeit und den Zusammenhalt eines Verbundwerkstoffes zu fördern.
Stärkederivate, Polymere und Copolymer von Vinylacetat und Acrylestern, Epoxidharz- Emulsionen, Polyurethanharze und Polyamide mit einem Anteil von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, sind zu nennen.
Ein Gleitmittel verleiht den Glasfasern und deren Produkten Geschmeidigkeit und vermindert die gegenseitige Reibung der Glasfasern, auch bei der Herstellung. Oftmals wird jedoch die Haftung zwischen Glas und Kunstharz durch die Verwendung von Gleitmitteln beeinträchtigt. Fette, Öle und Polyalkylenamine in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, sind zu nennen. Ein Netzmittel bewirkt eine Herabsetzung der Oberflächenspannung und eine verbesserte Benetzung der Filamente mit der Schlichte. Für wässrige Schlichten sind beispielsweise Polyfettsäureamide mit einer Menge von 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, zu nennen.
Oftmals existiert keine geeignete Affinität zwischen der Polymer-Matrix und den Glasfasern. Diese Überbrückung können Haftvermittler übernehmen, welche die Adhäsion von Polymeren an der Faseroberfläche erhöhen. Die meisten organo-funktionellen Silane, wie beispielsweise Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxy- silan, Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und ähnliche sind zu nennen.
Silane, welche einer wässrigen Schlichte zugesetzt werden, werden meist zu Silanolen hydrolysiert. Diese Silanole können dann mit reaktiven (Glas-)Faseroberflächen reagieren und somit eine Haftmittelschicht (mit einer Dicke von ca. 3 nm) bilden.
Folglich können niedermolekulare, funktionale Agenzien mit Silanolgruppen auf der Glasoberfläche reagieren, wobei diese niedermolekularen Agenzien anschließend weiterreagieren (beispielsweise in Epoxidharzen) und dabei für eine chemische Anbindung der Glasfaser an die Polymer-Matrix sorgen. Eine solche Herstellung ist jedoch zeit- aufwändig und dauert bis zur vollständigen Aushärtung der Polymere (beispielsweise der oben genannten Epoxidharze) ungefähr zwischen 30 Minuten bis über eine Stunde.
Eine Funktionalisierung durch Umsetzung mit Polymeren ist ebenfalls bekannt. So ge- lingt es, durch Verwendung niedermolekularer Polycarbonat-Typen das Glasfasergewebe bzw. -gelege gut zu tränken und durch Reaktion von funktionellen Gruppen auf der Glasfaseroberfläche mit dem Polycarbonat eine„Pfropfung" durchzuführen, welche die Verträglichkeit zum Polymer erhöht. Diese Verfahrensweise hat jedoch den Nachteil, dass Polycarbonat (PC) eine sehr hohe Viskosität besitzt und für diesen Imprägnierschritt niedermolekulares, d.h. niedrigviskoses PC eingesetzt werden muss, welches eine äußerst schlechte Gebrauchstauglichkeit, wie beispielsweise eine geringe Resistenz gegenüber Spannungs- riss auslösenden Agenzien, wie polare Lösungsmittel, aufweist.
Die mindestens eine Verstärkungsfaser B ist innerhalb des thermoplastischen Verbundwerkstoffs in mindestens zwei Lagen angeordnet. Jede Lage zeichnet sich dadurch aus, dass sie im Wesentlichen aus der mindestens einen Verstärkungsfaser B besteht. Die Verstärkungsfasern B können zusätzlich Hilfsstoffe umfassen, die der Herstellung und Verarbeitung der Verstärkungsfasern B dienen, die Beständigkeit der Verstärkungsfasern B erhöhen oder die Wechselwirkung der Verstärkungsfasern B mit der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A verbessern. Hierzu werden der sogenannten Schlichte regelmäßig Haftvermittler zugesetzt. Eine solche Schlichte wird regelmäßig während der Herstellung auf die Verstärkungsfasern B aufgebracht, um die Weiterverarbeitbarkeit der Verstärkungsfasern B (wie Weben, Legen, Nähen) zu verbessern. Wenn die Schlichte für die spätere Weiterverarbeitung unerwünscht ist, muss sie erst in einem zusätzlichen Verfahrensschritt entfernt werden, etwa durch Herunterbrennen.
Dann wird für die Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs V ein weiterer Haftvermittler in einem zusätzlichen Verfahrensschritt aufgebracht. Schlichte und/oder Haftvermittler bilden auf der Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine Schicht, welche die Wechselwirkung der Verstärkungsasern B mit der Umgebung wesentlich bestimmen kann. Heute steht eine Vielzahl unterschiedlicher Haftvermittler zur Verfügung. Der Fachmann kann je nach Anwendungsgebiet, zu verwendender Styrol-Copolymer- Formmasse A und zu verwendenden Verstärkungsfasern B einen geeigneten Haftvermittler auswählen, der mit der Styrol-Copolymer-Formmasse A und mit den Verstärkungsfasern B kompatibel ist.
Innerhalb der mindestens zwei Lagen sind die Verstärkungsfasern B derart angeordnet, dass sie ein flächenförmiges textiles Gebilde G bilden. Das textile Gebilde G kann ein Gewebe, Gewirk, Gelege, Gestrick oder Geflecht sein. Bevorzugt ist das textile Gebilde G ein Gewebe, Gewirk oder Gelege. Besonders bevorzugt ist das textile Ge- bilde G ein Gewebe. Die unterschiedlichen textilen Gebilde G, G' und G* können unterschiedlich oder identisch sein. Die im Folgenden zum flächenförmigen textilen Gebilde G, enthaltend Verstärkungsfasern B, gemachten Ausführungen gelten sinngemäß ebenso für die flächenförmigen textilen Gebilde G', enthaltend Verstärkungsfasern B', und G*, enthaltend Verstärkungsfasern B*.
Die mindestens zwei Lagen Verstärkungsfasern B bilden ein im Wesentlichen planares Substrat. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich flächenförmig erstrecken und die mindestens zwei Lagen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Das Substrat besteht aus einem textilen Gebilde G. Das textile Gebilde G ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Oberfläche des textilen Gebildes G eine Vielzahl von Faserenden E derart angeordnet ist, dass diese aus der planaren Ebene des Substrats herausragen. Die Vielzahl von Faserenden E kann einzeln über die gesamte Oberfläche des textilen Gebildes G verteilt sein, oder in Bündeln auftreten. Bevorzugt sind Bündel. Diese Bündel befinden sich bevorzugt in regelmäßigen Abständen voneinander gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des textilen Gebildes G oder eines Teils davon verteilt.
Die Faserenden E befinden sich auf mindestens einer Oberfläche mindestens eines textilen Gebildes G des thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V. In den textilen Gebilden G' und G* finden die freien Faserenden E ihre Entsprechung in den freien Faserenden E' bzw. E*. Freie Faserenden E bzw. Ε', E* können sich auch auf beiden Oberflächen des textilen Gebildes G befinden. Bevorzugt befinden sich die Faserenden E bzw. E' auf jeweils mindestens einer Oberfläche beider textilen Gebilde G und G'. Freie Faserenden E, können sich auch auf beiden Oberflächen beider textilen Gebilde G und G' befinden. Werden Faserverbund-Werkstoffe V mit mehr als zwei Substratschichten (d.h. mehr als zwei flächenförmigen Gebilden G bzw. G') gebildet, so weisen die beiden äußeren Schichten bevorzugt an ihrer zum Inneren des Faserverbund- Werkstoffs V gewandten Oberfläche freie Faserenden E, E' auf, das dazwischen lie- genden textile Gebilde G* weist hingegen freie Faserenden E* auf jeder der beiden Oberflächen jeder einzelnen Schicht.
Aus Sicht der Stabilität der textilen Gebilde G und der Stabilität des thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V befinden sich die freien Faserenden E bzw. E' bevorzugt auf jeweils auf einer ersten Oberfläche des ersten und zweiten textilen Gebildes G und G'. Diese jeweils ersten Oberflächen sind im thermoplastischen Faserverbund- Werkstoff V bevorzugt einander zugewandt. Die Faserenden E und E' sind dadurch derart angeordnet, dass sich zwischen den zwei Lagen der Verstärkungsfasern B, B' ein Hohlraum ausbildet. Der Hohlraum wird durch die Oberflächen der Substratschich- ten begrenzt. Die Größe des Hohlraums wird somit durch den Abstand der Substratschichten begrenzt. Dieser beträgt bevorzugt nicht mehr als das 1 ,5-fache der Länge der Faserenden E bzw. E' gemessen von der Oberfläche der flächenförmigen textilen Gebilde G und G' bis zum Ende der Faser. Stärker bevorzugt beträgt der Abstand das 1 ,0-fache, besonders bevorzugt 0,75-fache, insbesondere das 0,5-fache der Länge der Faserenden E bzw. E'.
Der sich zwischen den Lagen der Verstärkungsfasern B bildende Hohlraum ist in dem thermoplastischen Faserverbund-Werkstoff V im Wesentlichen durch die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A ausgefüllt.„Im Wesentlichen ausgefüllt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Hohlräume zu mindestens 80 Vol.-%, bevorzugt 90 Vol.-%, insbesondere 95 Vol.-% mit der Styrol-Copolymer-Formmasse A, welche auch eine geschäumte Styrol-Copolymer-Formmasse A sein kann, ausgefüllt sind. Die Verstärkungsfasern B können etwa als Gewebe, Gewirk, Gelege, Gestrick oder Geflecht vorliegen. Derartig gebildete flächige Laminate enthalten schichtweise aufgebaute Verbünde aus flächigen Verstärkungslagen (aus Verstärkungsfasern B) und Lagen der diese benetzenden und zusammenhaltenden thermoplastischen Styrol- Copolymer-Formmasse A.
Gewebe ist ein textiles Flächengebilde aus mindestens zwei rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig verkreuzten Fadensystemen. Wirk- und Strickware gehören beide zu den Maschenwaren, bei denen eine Fadenschlinge in eine andere geschlungen wird. Ge- wirke (auch Gewirk oder Wirkwaren genannt) sind aus Fadensystemen durch Maschenbildung auf einer Wirkmaschine industriell hergestellte Stoffe.
Beim Stricken wird jedoch eine Masche neben der anderen hergestellt (Faden verläuft horizontal, entlang einer Maschenreihe), während in Wirkware der Faden übereinander stehende Maschen bildet (Faden verläuft senkrecht und bildet mit dem benachbarten Faden ein Maschenstäbchen).
Ein Gelege ist ein Flächengebilde, das aus einer oder mehreren Lagen von parallel verlaufenden, gestreckten Fäden besteht. An den Kreuzungspunkten werden die Fäden üblicherweise fixiert. Die Fixierung erfolgt entweder durch Stoffschluss oder me- chanisch durch Reibung und/oder Formschluss. Die Fadenlagen bei mehrlagigen Gelegen können alle unterschiedliche Orientierungen aufweisen, auch aus unterschiedlichen Fadendichten und unterschiedlichen Fadenfeinheiten bestehen.
Ein Geflecht ist ein textiles Gebilde, welches durch das regelmäßige Ineinanderschlin- gen mehrerer Stränge aus biegsamem Material gewonnen wird. Der Unterschied zum Weben liegt darin, dass beim Flechten die Fäden nicht rechtwinklig zugeführt werden.
Das flächenförmige textile Gebilde G ist bevorzugt ein Gelege, ein Gewebe, oder ein Gewirke. Besonders bevorzugt ist als textile Gebilde ein Gelege oder ein Gewebe, ins- besondere ein Gewebe aus Carbonfasern B.
Komponente C
Als weitere Komponente C enthält der eingesetzte Faserverbund-Werkstoff V gegebe- nenfalls 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Komponenten A bis C, eines oder mehrerer, von den Komponenten A und B verschiedenen Additivs (Hilfs- und Zusatzstoffe). Insbesondere vorteilhaft ist es für die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe V, wenn der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A ein Treibmittel zugegeben wird. Diesem kommt dabei eine doppelte Funktion zu. Die Zugabe eines solchen Treibmittels erlaubt es einerseits eine mögliche Volumenschwindung des Materials, insbesondere der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A, ganz oder teilweise zu kompensieren. Andererseits dient das Treibmittel in dem beschriebenen Herstellungsverfahren dazu, den Faserenden E, E' bzw. E* das Abspreizen von der Oberfläche der flächenförmigen textilen Gebilde G, G' bzw. G* zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, dass die erweichte thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A, welche die textilen Gebilde G, G' bzw. G* sowie die zwischen diesen liegenden Zwischenräume erfindungsgemäß durchdrungen hat, durch das Treibmittel aufgeschäumt wird.
Hierdurch vergrößern sich die Abstände zwischen den einzelnen flächenförmigen texti- len Gebilden G, G' bzw. G*, während die Faserenden E, E' bzw. E* durch die Styrol- Copolymer-Formmasse A zurückgehalten werden. So wird erreicht, dass sich die Faserenden E, E' bzw. E* von den Oberflächen der textilen Gebilden G, G' bzw. G* abspreizen und schließlich zwischen den textilen Gebilden G, G' und ggf. G* aufrichten. Prinzipiell ist jedes dem Fachmann bekannte Treibmittel geeignet. Insbesondere geeignete, sogenannte physikalische Treibmittel sind niedrigsiedende Verbindungen mit einem Siedepunkt von bis zu 100°C bei Atmosphärendruck. Geeignet sind z.B. niedrigsiedende, flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Heptan cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan oder Halogenkohlenwasserstoffe, wie Dichlor- difluormethan, 1 ,2,2-Trifluor-1 ,1 ,2-trichlorethan oder auch Mischungen dieser Verbindungen. Geeignet sind ferner chemische Treibmittel, d.h. Stoffe oder Stoffgemische, die bei Erwärmen kontrolliert ein Gas wie z.B. C02 oder N2 freisetzen. Bevorzugt sind niedrigsiedende Alkane, insbesondere Pentan. Die Menge an Treibmittel liegt vorzugsweise bei 1 bis 15 Gew.-%, stärker bevorzugt zwischen 2 und 8 Gew.-%, insbe- sondere zwischen 2,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Styrol-Copolymer-Formmasse A.
Weiterhin sind als Additive teilchenförmige mineralische Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Oxidations-Verzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung und Zersetzung durch ultraviolettes Licht, Gleit- und Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Farbstoffe und Pigmente und Weichmacher zu nennen. Auch Ester als niedermolekulare Verbindungen sind zu nennen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können auch zwei oder mehr dieser Verbindungen verwendet werden. Im Allgemeinen liegen die Verbindungen mit einem Molgewicht kleiner 3000 g/mol, vorzugsweise kleiner 150 g/mol vor. Teilchenförmige mineralische Füllstoffe können zum Beispiel durch amorphe Kieselsäure, Carbonate wie Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, unterschiedlichste Silikate wie Tone, Muskovit, Biotit, Suzoit, Zinn- maletit, Talkum, Chlorit, Phlogopit, Feldspat, Calciumsilikate wie Wollastonit oder Kaolin, besonders kalzinierter Kaolin zur Verfügung gestellt werden.
Unter UV-Stabilisatoren fallen beispielsweise verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, die im Allgemeinen in Mengen bis zu 2 Gew.-% eingesetzt werden können.
Erfindungsgemäß können der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A Oxi- dationsverzögerer und Wärmestabilisatoren zugesetzt werden. Sterisch gehinderte Phenole, Hydrochinone, substituierte Vertreter dieser Gruppe, sekundäre aromatische Amine, gegebenenfalls in Verbindung mit phosphorhaltigen Säuren bzw. deren Salze, und Mischungen dieser Verbindungen, vorzugsweise in Konzentrationen bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, sind einsetzbar.
Ferner können gemäß der Erfindung Gleit- und Entformungsmittel, die in der Regel in Mengen bis zu 1 Gew.-% der thermoplastischen Masse zugesetzt werden. Zu nennen sind hier Stearinsäure, Stearylalkohol, Stearinsäurealkylester und -amide, vorzugsweise Irganox®, sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen Fettsäuren. Es können die Calcium-, Zink- oder Aluminiumsalze der Stearinsäure sowie Dialkylketone, zum Beispiel Distearylketon, eingesetzt werden. Weiterhin können auch Ethylenoxid- Propylenoxid-Copolymere als Gleit- und Entformungsmittel verwendet werden. Ferner könne natürliche sowie synthetische Wachse verwendet werden. Zu nennen sind PP- Wachse, PE-Wachse, PA-Wachse, gepfropfte PO-Wachse, HDPE-Wachsen, PTFE- Wachse, EBS-Wachse, Montanwachs, Carnauba- und Bienenwachse. Flammschutzmittel können sowohl halogenhaltige als auch halogenfreie Verbindungen sein. Geeignete Halogenverbindungen, wobei bromierte Verbindungen den chlorierten vorzuziehen sind, bleiben bei der Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Styrol-Copolymer-Formmasse A stabil, so dass keine korrosiven Gase freigesetzt werden und die Wirksamkeit dadurch nicht beeinträchtigt wird. Bevorzugt werden halo- genfreie Verbindungen, wie zum Beispiel Phosphorverbindungen, insbesondere Phos- phinoxide und Derivate von Säuren des Phosphors und Salze von Säuren und Säurederivaten des Phosphors, verwendet. Besonders bevorzugt enthalten Phosphorverbindungen Ester-, Alkyl-, Cycloalkyl- und/oder Aryl-Gruppen. Ebenfalls geeignet sind oli- gomere Phosphorverbindungen mit einem Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol wie zum Beispiel in EP-A 0 363 608 beschrieben.
Ferner können Pigmente und Farbstoffe enthalten sein. Diese sind allgemein in Men- gen von 0 bis 15, bevorzugt 0,1 bis 10 und insbesondere 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Summer der Komponenten A bis C, enthalten. Die Pigmente zur Einfärbung von Thermoplasten sind allgemein bekannt, siehe zum Beispiel R. Gächter und H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, S. 494 bis 510. Geeignete Pigmente sind beispielsweise Weißpigmente wie Zinkoxid, Zinksulfid, Bleiweiß (2 PbC03-Pb(OH)2), Lithopone, Antimonweiß und Titandioxid. Von den beiden gebräuchlichsten Kristallmodifikationen (Rutil- und Anatas-Typ) des Titandioxids wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der erfindungsgemäßen Formmassen verwendet.
Schwarze Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Eisenoxidschwarz (Fe304), Spinellschwarz (Cu(Cr,Fe)204), Manganschwarz (Mischung aus Mangandioxid, Siliciumoxid und Eisenoxid), Kobaltschwarz und Antimonschwarz sowie besonders bevorzugt Ruß, der meist in Form von Furnace- oder Gasruß eingesetzt wird (siehe hierzu G. Benzing, Pigmente für Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), S. 78ff). Selbstverständlich können zur Einstellung bestimmter Farbtöne anorganische Buntpigmente wie Chromoxidgrün oder organische Buntpigmente wie Azopigmente und Phthalocyanine erfindungsgemäß eingesetzt werden. Derartige Pigmente sind allgemein im Handel erhältlich. Weiterhin kann es von Vorteil sein, die genannten Pig- mente bzw. Farbstoffe in Mischung einzusetzen, zum Beispiel Ruß mit Kupferphtha- locyaninen, da allgemein die Farbdispergierung in den Thermoplasten erleichtert wird.
Herstellung der Faserverbund-Werkstoffe V (Organobleche) Das allgemeine Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werkstoffs V umfasst die Schritte: a) Bereitstellen eines ersten flächenförmigen textilen Gebildes G enthaltend Verstärkungsfasern B,
b) Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G, um so Faserenden E zu bilden, c) Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die erste Seite des textilen Gebildes G,
d) Bereitstellen eines zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' enthaltend Verstärkungsfasern B',
e) Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G', um so Faserenden E' zu bilden,
f) Aufbringen des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' auf das erste flächen- förmige textile Gebilde G derart, dass die erste Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und die erste Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' einander zugewandt sind, und sich die Styrol-Copolymer-Formmasse A zwischen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem zweiten flächenförmigen textilen Gebilde G' befindet,
g) Heißpressen des erhaltenen Schichtfolge bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzbereiches der Styrol-Copolymer-Formmasse A, insbesondere bei 250° bis 300°C,
h) Lösen des Pressvorgangs, so dass sich die flächenförmigen textilen Gebilde G und G' voneinander entfernen und sich die auf der ersten Seite des ersten flächen- förmigen textilen Gebildes G und der ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' ausgebildeten Faserenden E und E' im Zwischenraum zwischen beiden flächenförmigen textilen Gebilden G und G' aufrichten,
i) Abkühlen des Faserverbund-Werkstoffs V, wobei der Schritt h) des Herstellungsverfahrens gegebenenfalls unter verringertem Druck durchgeführt wird und wobei nach Schritt c) und vor Schritt d) des Herstellungsverfahrens ggf. die zusätzlichen Verfahrensschritte (i) bis (v) eingefügt werden können:
(i) Bereitstellen eines weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* enthaltend Ver- Stärkungsfasern B*,
(ii) Oberflächliches Einschneiden einer ersten und einer zweiten Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G*, um so Faserenden E* auf den Oberflächen des textilen Gebildes G* zu bilden, (iii) Aufbringen des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* auf das erste flä- chenförmige textile Gebilde G derart, dass die erste Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und die erste Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* einander zugewandt sind, und sich die Styrol-Copolymer-Formmasse A zwischen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem zweiten flä- chenförmigen textilen Gebilde G* befindet,
(iv) Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die zweite Seite des textilen weiteren Gebildes G*,
(v) ggf. wiederholen der Schritte (i) bis (iv) bis die gewünschte Anzahl an Schichtfolgen erreicht ist.
Das Verfahren dient zur Herstellung von Laminaten umfassend mindestens zwei Lagen von Verstärkungsfasern B. Die Anzahl der Lagen ist prinzipiell nicht begrenzt. Bevorzugt werden so Laminate mit 2 bis 5, insbesondere 2 bis 3 Lagen von Verstärkungsfasern B hergestellt.
Das Herstellungsverfahren kann die bei der Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen V üblichen Phasen der Imprägnierung, Konsolidierung und Solidifikation (Verfestigung) umfassen, wobei der Prozess über die Wahl der Temperatur, des Drucks und der angewandten Zeiten beeinflusst werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Faserverbund-Werkstoff V (oder besteht aus): a) 30 bis 95 Gew.-% der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A, bevorzugt 35 bis 90 Gew.-%, insbesondere 40 bis 80 Gew.-%
b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, bevorzugt 10 bis 65 Gew.-%, insbe- sondere 20 bis 60 Gew.-% und
c) 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 25 Gew.-% des Additivs C.
In einem ersten Schritt a) wird ein erstes flächenförmiges textiles Gebilde G enthaltend die Verstärkungsfasern B bereitgestellt. Als Faserkomponente der Verstärkungsfasern B können alle Materialien dienen, die zu Faser verarbeitbar sind und eine Schmelztemperatur aufweisen, welche größer ist als die Schmelztemperatur der verwendeten thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A. Bevorzugt sind Unterschiede in der Schmelztemperatur von mindestens 50°C, insbesondere 70°C. Bevorzugt sind Ma- terialien, welche kein thermoplastisches Verhalten aufweisen. Insbesondere bevorzugt sind Glasfasern, Carbonfasern und Aramidfasern.
Zur Bereitstellung des flächenförmigen textilen Gebildes G werden die Verstärkungsfasern B durch dem Fachmann geläufige textiltechnische Verfahren zu Flächengebilden verarbeitet. Gängige Verfahren sind Weben, Stricken, Wirken, Ablegen, Flechten und Knüpfen. Die flächenförmigen textilen Gebilde im Sinne dieser Erfindung vorzugsweise Gelege, Gewebe, Gestricke, Gewirke oder Geflechte gemäß den zuvor genannten Definitionen. Bevorzugt sind Gewebe.
In einem zweiten Schritt b) wird das flächenförmige textile Gebilde G auf mindestens einer ersten Oberfläche eingeschnitten. Hierzu werden dem Fachmann geläufige Schneidwerkzeuge wie Messer oder Sägen als Hilfsmittel verwendet. Die Einschnitte werden oberflächlich auf mindestens einer ersten Seite des flächenförmigen textilen Gebildes G durchgeführt. Oberflächlich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das textile Gebilde G nicht vollständig durchtrennt wird, sondern der Schnitt lediglich bis zu einer Schnitttiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des textilen Gebildes G erfolgt. Im Hinblick auf die Stabilität des textilen Gebildes G erfolgt das oberflächliche Einschneiden bevorzugt bis zu einer Tiefe von bis zu 30% der Schichtdicke des textilen Gebildes G, insbesondere von bis zu einer Tiefe von 5 bis 10% der Schichtdicke des textilen Gebildes G.
In einem dritten Schritt c) wird eine Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die erste Seite des textilen Gebildes G aufgebracht. Bei der Styrol-Copolymer-Formmasse A handelt es sich um die zuvor beschriebenen Styrol-Copolymer-Formmasse A. Diese kann weiterhin mit Additiven versetzt sein. Bevorzugt zu nennen sind hier Treibmittel.
Bevorzugt handelt es sich bei der Styrol-Copolymer-Formmasse A um eine schäumba- re Formmasse. Dazu enthält die Styrol-Copolymer-Formmasse A mindestens ein Treibmittel. Prinzipiell ist jedes dem Fachmann bekannte Treibmittel geeignet. Insbesondere geeignete Treibmittel sind niedrigsiedende Verbindungen mit einem Siedepunkt von bis zu 100°C bei Atmosphärendruck. Geeignet sind z.B. niedrigsiedende, flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Heptan, cycloaliphatische Kohlen- Wasserstoffe, wie Cyclohexan, oder Halogenkohlenwasserstoffe, wie Dichlordifluorme- than, 1 ,2,2-Trifluor-1 ,1 ,2-trichlorethan oder auch Mischungen dieser Verbindungen. Geeignet sind ferner Stoffe oder Stoffgemische, die bei Erwärmen kontrolliert ein Gas wie z.B. C02 oder N2 freisetzen. Bevorzugt sind niedrigsiedende Alkane, insbesondere Pentan.
Die Menge an Treibmittel liegt vorzugsweise bei 1 bis 15 Gew.-%, stärker bevorzugt zwischen 2 und 8 Gew.-%, insbesondere zwischen 2,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Styrol-Copolymer-Formmasse A. Die Styrol-Copolymer-Formmasse A kann in Form einer Folie, einer Schmelze, eines Granulats eines Pulvers oder einer anderen dem Fachmann geläufigen Form auf der ersten Seite des textilen Gebildes G aufgebracht werden. Bevorzugt wird die Styrol- Copolymer-Formmasse A in Form einer Folie oder eines Granulats auf der ersten Seite des textilen Gebildes G aufgebracht. Die Styrol-Copolymer-Formmasse A wird vorzugsweise gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche verteilt.
Die Styrol-Copolymer-Formmasse A wird vorzugsweise in einer Menge aufgetragen, die es ermöglich im Endprodukt den gesamten Faserverbund-Werkstoff V zu durch- dringen. Die Styrol-Copolymer-Formmasse A wird in einer Menge von mindestens 1 g/cm2, bevorzugt mindestens 10 g/cm2, stärker bevorzugt mindestens 30 g/cm2 auf die erste Oberfläche des textilen Gebildes G aufgebracht.
In einem weiteren Schritt d) wird ein zweites flächenförmiges textiles Gebilde G' enthal- tend die Verstärkungsfasern B' bereitgestellt. Das zweite flächenförmige textile Gebilde G' kann gleich dem ersten flächenförmigen Gebilde G sein oder auch verschieden davon. Bezüglich der Art der Verstärkungsfasern B' und der verwendeten Textiltechnik zur Bereitstellung des zweiten textilen flächenförmigen Gebildes G' wird auf die zuvor getroffenen Ausführungen verwiesen.
In einem weiteren Schritt e) wird das zweite flächenförmige textile Gebilde G' auf mindestens einer ersten Seite oberflächlich eingeschnitten. Wie auch bei dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G geschieht das Einschneiden mit einem dem Fachmann geläufigen Schneidwerkzeug. Die Einschnitte werden oberflächlich auf mindes- tens einer ersten Seite des flächenförmigen textilen Gebildes G' durchgeführt. Oberflächlich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das textile Gebilde G' nicht vollständig durchtrennt wird, sondern der Schnitt lediglich bis zu einer Schnitttiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des textilen Gebildes G' erfolgt. Bevorzugt erfolgt das oberflächliche Einschneiden bis zu einer Tiefe von bis zu 30% der Schichtdicke des textilen Gebildes G', insbesondere von bis zu einer Tiefe von 5 bis 10% der Schichtdicke des textilen Gebildes G'.
Bevorzugt sind das erste flächenförmige textile Gebilde G und das zweite flächenförmige textile Gebilde G' identisch, d.h. beide bestehen aus demselben Material, sind durch dasselbe Textilverfahren hergestellt worden, und weisen Einschnitte in denselben Abständen und mit derselben Schnitttiefe auf mindestens einer ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' auf. In einem nächsten Schritt f) wird das zweite flächenförmige textile Gebilde G' auf das erste flächenförmige textile Gebilde G aufgebracht, sodass sich die Styrol-Copolymer- Formmasse A zwischen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem zweiten flächenförmigen textilen Gebilde G' befindet. Dabei sind die jeweils ersten Seiten des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' einander zugewandt und beide sind im Wesentlichen parallel ausgerichtet. Im Wesentlichen parallel bedeutet, dass beide Gebilde planar abgelegt sind und sich keine Faltungen in einem der textilen Gebilden ergeben, die in dem anderen keine Entsprechung fänden, sodass die ersten Oberflächen beider Gebilde im Wesent- liehen denselben Abstand voneinander haben, solange sich die gleiche Menge an Styrol-Copolymer-Formmasse A zwischen den flächenförmigen textilen Gebilden G und G' befindet.
In einem nächsten Schritt g) wird die erhaltene Schichtfolge aus erstem flächenförmi- gern Gebilde G, Styrol-Copolymer-Formmasse A und zweitem flächenförmigem Gebilde G' durch Heißpressen miteinander verbunden.
Dazu wird eine Temperatur angewendet, die Oberhalb der Temperatur des Schmelzbereiches der Styrol-Copolymer-Formmasse A liegt. Bevorzugt wird dieser Schritt bei einer Temperatur von mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C und weniger als 400°C, insbesondere bei 250°C bis 300°C durchgeführt.
Hierbei ist bevorzugt darauf zu achten, dass möglichst keine Pyrolyse auftritt und die verwendeten Komponenten thermisch nicht zersetzt werden.
Der Pressvorgang wird solange gehalten, bis die Styrol-Copolymer-Formmasse A in einem ausreichenden Ausmaß geschmolzen ist, um das erste textile Gebilde G und das zweite textile Gebilde G' durchdringen zu können. Bevorzugt wird der Pressvorgang solange gehalten, bis alle Hohlräume der Schichtfolge vollständig mit der ge- schmolzenen Styrol-Copolymer-Formmasse A ausgefüllt sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt bei der Durchführung des Schrittes g) die Verweildauer bei Temperaturen von > 200°C nicht mehr als 10 min, bevorzugt nicht mehr als 5 min, stärker bevorzugt nicht mehr als 2 min, insbesondere nicht mehr als 1 min. Oftmals reichen 10 bis 60 Sekunden für die thermische Behandlung aus.
Das Verfahren kann grundsätzlich bei beliebigem Druck durchgeführt werden, mit und ohne Anpressen der Komponenten. Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn im Schritt g) des Herstellungsverfahrens ein Anpressen mittels Überdruck erfolgt. Hierdurch können die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoff V verbessert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird daher Schritt g) des Herstellungsverfahrens bei einem Pressdruck von 5-50 bar und einer Presszeit von 10-60 s, bevorzugt bei einem Pressdruck von 10-30 bar und einer Presszeit von 15-40 s, durchgeführt. In einem nächsten Schritt h) wird der Pressvorgang gelöst. Dies ermöglicht eine Entspannung des Laminats, so dass sich die flächenförmigen textilen Gebilde G und G' voneinander entfernen. Dadurch richten sich die auf der ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G ausgebildeten Faserenden E und die auf der ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' ausgebildeten Faserenden E' im Zwischenraum zwischen beiden flächenförmigen textilen Gebilden auf, welcher durch die noch erweichte Styrol-Copolymer-Formmasse A gefüllt ist. Enthält die Styrol- Copolymer-Formmasse A ein oder mehrere Treibmittel, so wird das aufrichten der Faserenden E bzw. E' dadurch unterstützt, dass das nach dem Ende des Pressvorgangs expandierende Treibmittel die beiden flächenförmigen textilen Gebilde G und G' ausei- nander bewegt, während die Faserenden E und E' durch die erweichte Styrol- Copolymer-Formmasse A zurückgehalten werden.
Darüber hinaus dient das Treibmittel der Kompensation einer eventuell auftretenden Schwindung. Schwindung, d.h. die Volumenänderung des Formteils durch Trocknung, Abkühlung oder chemische bzw. physikalische Umbaumechanismen im Material, ist ein häufig auftretendes Problem bei der Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen und Formteilen. Bei den vorliegend verwendeten Materialen, d.h. den thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmassen A, den Verstärkungsfasern B sowie den Additive C, spielen als Auslöser für Volumenschwindung des Materials insbesondere Schwin- dung durch Abkühlung sowie Schwindung durch physikalische Umbaumechanismen, wie z.B. teilweise Kristallisation der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmassen A, eine Rolle. Allerdings hat jede Art der Volumenverminderung Einfluss auf die spätere Werkstoffqualität, insbesondere auf die Beschaffenheit der Oberflächen der Formteile.
Daher umfasst die erfindungsgemäß eingesetzte Styrol-Copolymer-Formmasse A in einer bevorzugten Ausführungsform ein Treibmittel, welches in dem beschriebenen Verfahren dazu führt, dass die auftretende Volumenschwindung des Materials durch das durch das Treibmittel bewirkte Aufschäumen der Styrol-Copolymer-Formmasse A wenigstens teilweise kompensiert wird. Bevorzugt wird das Treibmittel der Styrol- Copolymer-Formmasse A in einer Menge zugegeben, die eine vollständige Kompensation der während des Herstellungsverfahrens auftretenden Volumenschwindung ermöglicht. Die Menge an zugegebenem Treibmittel liegt vorzugsweise bei 1 bis 15 Gew.-%, stärker bevorzugt zwischen 2 und 8 Gew.-%, insbesondere 2,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Styrol-Copolymer-Formmasse A. So können Faserverbund-Werkstoffe
V und Formteile T erhalten werden, deren Oberflächen höchsten Ansprüchen genügen. Insbesondere können so Faserverbund-Werkstoffe V und Formteile T hergestellt werden, deren Oberflächen als sogenannte Class-A-Flächen, d.h. sichtbare Flächen im Exterieur- und Interieur-Bereich von Kraftfahrzeugen, Anwendung finden können.
Der Schritt h) kann generell bei atmosphärischem Druck durchgeführt werden. Der Schritt kann auch zusätzlich dadurch unterstützt werden, dass der Umgebungsdruck abgesenkt wird. In einer Ausführungsform wird in Schritt h) der Druck daher auf einen Bereich unterhalb des Atmosphärendrucks abgesenkt, bevorzugt auf einen Bereich von 0,5 bis 1 ,0 bar.
In einem letzten Schritt i) wird der erhaltene thermoplastische Faserverbund-Werkstoff
V unter den Schmelzpunkt der Styrol-Copolymer-Formmasse A abgekühlt. Dadurch wird die Styrol-Copolymer-Formmasse A fest und die nun von der Oberfläche der Gebilde G und G' abgespreizten Faserenden E bzw. E' werden in der Styrol-Copolymer- Formmasse A fixiert. So bilden die Faserenden E und E' Verstärkungsfasern zwischen den beiden textilen Gebilden G und G'. Eine deutliche höhere Festigkeit und Steifigkeit des thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V gegenüber konventionellen Faser- verbund-Werkstoffen wird erzielt.
Eine Laminatstruktur mit mehr als zwei Schichten kann dadurch erzielt werden, dass zwischen das erste textile Gebilde G und das zweite textile Gebilde G' eine oder mehrere weitere textile Gebilde G* eingebracht werden. Dieses Verfahren ist in den zusätz- liehen Verfahrensschritten (i) bis (v) beschrieben. Das weitere textile Gebilde G* ist ebenfalls auf mindestens einer Oberfläche eingeschnitten, um so Faserenden E* auszubilden. Die einzelnen textilen Gebilde G, G' und G* sind im Faserverbund-Werkstoff jeweils durch Schichten aus Styrol-Copolymer-Formmasse A voneinander getrennt. Bevor die Lagen aus Verstärkungsfasern B mit der thermoplastischen Styrol- Copolymer-Formmasse A laminiert werden, kann wenigstens ein Teil der Verstärkungsfasern B einer Vorbehandlung unterzogen werden, in deren Verlauf die spätere Faser-Matrix-Haftung beeinflusst wird. Die Vorbehandlung kann beispielsweise einen Beschichtungsschritt, einen Ätzschritt, einen Wärmebehandlungsschritt oder einen mechanischen Oberflächenbehandlungsschritt enthalten. Insbesondere kann beispielsweise durch Erhitzen eines Teils der Verstärkungsfasern B ein bereits aufgebrachter Haftvermittler teilweise entfernt werden. Die Verstärkungslagen können beim Herstellungsprozess (Laminieren) vollständig miteinander verbunden werden. Derartige Faserverbund-Werkstoff-Matten bieten optimierte Festigkeit und Steifigkeit in der Faser-Richtung und können besonders vorteilhaft weiterverarbeitet werden.
Das Verfahren kann auch die Herstellung eines Formteils T umfassen. Dies kann auf beliebige Art erfolgen, etwa durch mechanische Formgebung durch einen Formgebungskörper, der auch eine Walze mit Prägung sein kann. Bevorzugt wird der noch formbare Faserverbund-Werkstoff V, bei dem die thermoplastische Styrol-Copolymer- Formmasse A noch (teilweise) geschmolzen vorliegt geformt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein ausgehärteter Faserverbund-Werkstoff V kaltgeformt werden. Bevorzugt wird am Ende des Verfahrens ein (weitgehend) festes Formteil T erhalten. Optional kann das Formteil T noch nachbearbeitet werden (z.B. entgratet, poliert, gefärbt usw.). Das Verfahren kann kontinuierlich, semikontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als kontinuierliches Verfahren durchgeführt, insbesondere als kontinuierliches Verfahren zu Herstellung von glatten oder dreidimensional geprägten Folien. Alternativ könne auch Formteile T semi- oder diskontinuierlich hergestellt werden.
Diese können im Spritzgießverfahren mit einer Verrippung angebracht werden, auf einen geschäumten, thermoplastischen Kern oder auf einen Wabenkern als Deckschichten aufkaschiert (verschweißt) werden. Die Verbesserung der Bauteilsteifigkeit durch eine Verrippung (Bildung einer gerippten Struktur) wird durch die Vergrößerung des Flächenträgheitsmomentes begründet. Generell beinhaltet die optimale Rippendimensionierung produktionstechnische, ästhetische und konstruktive Gesichtspunkte. Durch den Einsatz von Faserverbund-Werkstoffen V als Organobleche als Ersatz von Metallen können die Kosten und das Gewicht reduziert werden, da die Dichte der Organobleche wesentlich geringer ist und die fehlende Steifigkeit, im Vergleich zum Stahl, durch eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau kompensiert werden kann. Die Verrippung besteht vorzugsweise aus einem Spritzgießmaterial, welches eine stoffschlüssige Anbindung zum Organoblech gewährleistet und so ein hohes Widerstandsmoment entstehen lässt. Bei dem Sandwichaufbau besteht ebenfalls eine Ähnlichkeit, so dass auch hier ein stoffschlüssiger Verbund entsteht. Alternativ kann der Schaumkern mit den Decklagen verklebt werden oder es wird durch eine zusätzliche Thermoplasten-Schicht auf dem Organoblech eine Verkrallung in der Schaumstruktur hervorgerufen.
Die Gewichtsreduzierung ist bei allen bewegten Bauteilen von Vorteil, da durch die Gewichtsreduzierung der bewegten Massen eine Energieeinsparung erreicht werden kann.
Im Vergleich zu einer Polypropylen-basierten Matrix ist ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen thermoplastischen Formmassen, die unpolare Oberfläche, die eine direkte Lackierung, Beklebung und Bedruckung ermöglicht.
Die Steifigkeit und Festigkeit der Faserverbund-Werkstoffe V kann durch einen Sandwichverbund oder z.B. durch eine Verrippung nachträglich weiter erhöht werden. Als Kernmaterial im Sandwichverbund kann sowohl ein Schaumkern (z.B. Rohacell von Evonik), als auch ein Wabenkern (z.B. Honeycomps von EconCore) eingesetzt werden. Um hierbei einen stoffschlüssigen Verbund zwischen Organoblech und Kern zu erreichen, besteht der Kern aus einem chemisch verträglichen Thermoplast, um so mittels Wärme ein Verschweißen zu erzielen und ein Kaschieren im Produktionspro- zess zu ermöglichen.
Eine bevorzugte Möglichkeit, eine ausreichende Steifigkeit zu erreichen, ist das Hinterspritzen bzw. Hinterpressen einer Verrippung im Spritzgießprozess bzw. im Pressverfahren. Um auch hier eine stoffschlüssige Anbindung zwischen den Rippen und dem Organoblech zu erreichen, sollte eine geeignete thermoplastische Formmasse, insbesondere eines der o.g. Styrol-Copolymere genutzt werden. Vorzugsweise wird eine SAN, ABS oder ASA- basierte thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A verwendet. Des Weiteren kann durch eine zusätzliche amorphe Thermoplasten-Schicht auf dem Organoblech und einem Vlies, welches mindestens eine Grammatur von 50 g/m2 aufweist und zwischen Organoblech und Thermoplasten-Schicht eigebettet ist, mittels der Werkzeugwand eine Narbung abgeformt werden, womit die Oberfläche zusätzlich funk- tionalisiert werden kann (Kratzfestigkeit, Kaschieren von Einfallstellen). Je nach Bedarf kann die zusätzliche Thermoplasten-Schicht deckend eingefärbt werden, so dass sich optisch kein Organoblech vermuten lässt, oder man gezielt durch den Einsatz einer transparenten Schicht einen„fiber-look" hervorrufen kann. Durch den Einsatz von Organoblechen im Sandwichverbund oder mittels Verrippung kann eine Kostenreduzierung erreicht werden und gleichzeitig das Gewicht gesenkt werden, was zum einen die Montage des Bauteils und zum anderen die des Gerätes erleichtern kann.
Durch den Einsatz von Organblechen kann neben einem Kosten- und Gewichtsvorteil aber auch ein ästhetischer Vorteil entstehen. Bei dem Einsatz von einer amorphen, transparenten Styrol-Copolymer-Formmasse A, kann ein sogenannter„fiber-look" erreicht werden. Selbst bei dem Einsatz von Glasfaser, welche von Natur aus transpa- rent ist, kann durch eine Lackierung der Fasern diese sichtbar gemacht werden. Des Weiteren haben die erfindungsgemäßen Organobleche den Vorteil, dass sie unlackiert eingesetzt werden können, wobei im Vergleich zum Stahlblech der Lackierschritt eingespart werden kann. Durch den Einsatz von Organoblechen für Gehäuse und / oder tragenden Strukturen, kann das Gewicht von mobilen Geräten gesenkt werden. Dies hat zum Vorteil, dass die Geräte handlicher werden oder bei gleichem Gewicht z.B. ein größerer Akku verbaut werden kann, um so eine längere Akku-Laufzeit zu generieren. Bei den Gehäusen ist die Wanddicke, oftmals aufgrund von nicht ausreichender Fließfähigkeit der Spritzgießmasse bzw. einem zu geringen Fließweg-/Wand- Dickenverhältnis, überdimensioniert. Durch den Einsatz von Organoblechen kann daher die Wanddicke wesentlich verringert werden, da das Organoblech nur umgeformt werden muss und somit auch bei sehr großen Bauteilen mit einer geringen Dicke aus- kommen kann.
Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe V können beispielsweise mit einer Dicke von <10 mm, vorzugsweise <5 mm, besonders bevorzug <1 mm produziert werden. Wenn diese dünnen Organobleche mit einer Verrippung und Umsäumung ausge- staltet werden, entstehen sehr steife Bauteile, da das Organoblech in der Randfaser des Schalenbauteils liegt, was eine Erhöhung des Widerstandmomentes zur Folge hat. Aufgrund der amorphen, ggf. geschäumten Styrol-Copolymer-Formmasse A und dadurch geringen Schwindung, besitzen die Formteile eine sehr glatte Oberfläche, die je nach Bedarf noch lackiert oder kaschiert werden kann.
Bei strukturellen Teilen, wie beispielsweise einem Tragrahmen, können die Faserverbund-Werkstoffe V ebenfalls einen großen Gewichtsvorteil erreichen. Auch hier kann mit Hilfe einer Verrippung die Aussteifung der Bauteile unterstützt werden. Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen und Ansprüchen näher beschrieben.
Beispiele
Die nachfolgenden Versuche wurden auf einer handelsüblichen Intervall-Heißpresse, welche in der Lage ist einen Faser/Folienverbund aus Polymerfolie, Schmelze oder Pulver herzustellen, zur quasi-kontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten ther- moplastischen Halbzeugen, Laminaten und Sandwichplatten durchgeführt.
Plattenbreite: 660 mm
Laminat-Dicke: 0,5 mm
Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug
Sandwichplattenstärke: max. 30 mm
Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke
Nennvorschub 5 m/h
Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)
Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen
Werkzeugtemperatur: bis 400 °C
Werkzeuglänge: 1000 mm
Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm
Produktionsrichtung: rechts nach links
Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe V (Organobleche) eignen sich besonders für die Herstellung von Bauteilen für den Bereich Automobilbau, Haushaltswaren, Elektrogeräte, Sportgeräte, Bau- und Konstruktionsmaterialien, Medizintechnik. Beispiel 1 Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs V
Ein Carbonfaser-Gewebe (textiles Gebilde G aus Verstärkungsfasern B) mit einem Flächengewicht von 95 g/m2 und einer Dicke von 0,2 mm wird auf der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,05 mm in einem Abstand von 0,5 cm parallel zueinander einge- schnitten, sowie im gleichen Abstand orthogonal zu der ersten Schnittrichtung.
Auf die so vorbereitete Oberfläche des Gewebes wird als thermoplastische Styrol- Copolymer-Formmasse A ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, hergestellt aus 44 Gew.-% Butadien, 28 Gew.-% Styrol, 23 Gew.-% Acrylnitril und 5 Gew.-% Pentan (be- zogen auf das Gesamtgewicht des ABS-Copolymers), in Form eines Granulats aufgebracht. Die Menge des aufgebrachten Granulats beträgt 445 g/m2.
Auf die ABS-Granluat-Schicht wird eine zweite Schicht eines Carbonfasergewebes (textiles Gebilde G' aus Verstärkungsfasern B) gelegt. Diese Schicht entspricht der ersten Schicht (textiles Gebilde G) und wurde in gleicher weise vorbereitet. Die vorbehandelte Oberfläche des Carbonfasergewebes G' ist der ABS-Copolymerschicht zugewandt. Das Laminat wird in die Intervall-Heißpresse eingeführt und bei 250°C für 30 Sekunden bei einem Druck von 15 bar gepresst. Anschließend wird der Druck auf Atmosphärendruck reduziert, wodurch das pentanhaltige ABS-Copolymer aufgeschäumt wird. Der erhaltene Faserverbund-Werkstoff V wird abgekühlt und der Intervall-Heißpresse entnommen.
Man erhält einen Faserverbund-Werkstoff V mit folgender Zusammensetzung:
70 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff V, eines Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymers als thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A (ABS herge- stellt aus: 44 Gew.-% Butadien, 28 Gew.-% Styrol, 23 Gew.-% Acrylnitril und 5 Gew.-% Pentan) und
30 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff V, an Carbonverstärkungsfasern B Beispiel 2 Herstellung von Formteilen aus den Faserverbund-Werkstoff V
Aus den Faserverbund-Werkstoff V aus Beispiel 1 werden durch thermisches Umformen Formteile hergestellt. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen thermoplastischen Faserverbund- Werkstoffs V, enthaltend die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A, die zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B und B' sowie ggf. das Additiv C kann auch mit dünnwandigen Faserverbund-Werkstoffen V eine hohe Stabilität und Steifigkeit erzielt werden. Die Organobleche sind insbesondere stabil gegenüber Delaminierung. Das beschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es mit einfachen Mittel und kostengünstig durchführbar ist.

Claims

Patentansprüche
Thermoplastischer Faserverbund-Werkstoff V, enthaltend: a) mindestens eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A als Matrix, b) mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B und B', und
c) optional mindestens ein Additiv C, wobei jede Lage aus Verstärkungsfasern B bzw. B' durch ein flächenförmiges textiles Gebilde G bzw. G' mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gebildet wird,
wobei die Verstärkungsfasern B bzw. B' der Lagen eine Vielzahl von Faserenden E bzw. E' auf der ersten Seite und/oder der zweiten Seite des jeweiligen flächen- förmigen textilen Gebildes G bzw. G' aufweisen,
wobei die mindestens zwei Lagen aus Verstärkungsfasern B bzw. B' derart in dem Faserverbund-Werkstoff V angeordnet sind, dass die Faserenden E der ersten Lage mit den Faserenden E' der zweiten Lage Zwischenräume zwischen den Lagen ausbilden,
wobei die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A die durch die gegenüberliegenden Faserenden E und E' der ersten Lage und der zweiten Lage gebildeten Zwischenräume durchdringt.
Faserverbund-Werkstoff V nach Anspruch 1 , wobei die mindestens zwei flächen- förmigen textilen Gebilde G und G' parallel angeordnet sind und die Verstärkungsfasern B bzw. B', welche die Faserenden E bzw. E' ausbildenden, strukturell dauerhaft an das erste oder zweite flächenförmige textile Gebilde G bzw. G' aus Verstärkungsfasern B bzw. B' gebunden sind.
Faserverbund-Werkstoff V nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Faserenden E bzw. E' dadurch gebildet werden, dass ein flächenförmiges textiles Gebilde G aus Verstärkungsfasern B bzw. B' oberflächlich bis zu einer Tiefe von bis zu 50%, insbesondere bis zu einer Tiefe von bis zu 30% der Schichtdicke des flä- chenförmigen textilen Gebildes G bzw. G' eingeschnitten wird, sodass die Faserenden E bzw. E' erzeugt werden, welche in das textile Gebilde G bzw. G' eingebunden sind.
Faserverbund-Werkstoff V nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern B bzw. B' aus der Gruppe enthaltend Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern ausgewählt sind.
Faserverbund-Werkstoff V nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte textile Gebilde G bzw. G' ein Gewebe, Gewirk, Gelege, Gestrick oder Geflecht ist.
Faserverbund-Werkstoff V nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde G bzw. G' ein Gewebe ist, das aus Carbonfasern besteht.
Faserverbund-Werkstoff V nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Styrol- Copolymer-Formmasse A eine geschäumte Styrol-Copolymer-Formmasse ist.
Faserverbund-Werkstoff V nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Styrol- Copolymer-Formmasse A mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Sty- rol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer (ABS) und/oder Acrylnitril//Styrol/Acrylester-Copolymer (ASA) und/oder Polystyrol ent- hält.
9. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines ersten flächenförmigen textilen Gebildes G enthaltend Verstärkungsfasern B,
b) Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G, um so Faserenden E zu bilden,
c) Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die erste Seite des textilen Gebildes G,
d) Bereitstellen eines zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' enthaltend Verstärkungsfasern B',
e) Oberflächliches Einschneiden einer ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G', um so Faserenden E' zu bilden,
f) Aufbringen des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' auf das erste flä- chenförmige textile Gebilde G derart, dass die erste Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und die erste Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' einander zugewandt sind und sich die Styrol-Copolymer- Formmasse A zwischen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem zweiten flächenförmigen textilen Gebilde G' befindet,
g) Heißpressen des erhaltenen Schichtfolge bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzbereiches der Styrol-Copolymer-Formmasse A, insbesondere bei 250° bis 300°C,
h) Lösen des Pressvorgangs, so dass sich die flächenförmigen textilen Gebilde G und G' voneinander entfernen und sich die auf der ersten Seite des ersten flächenförmigen textilen Gebildes G und der ersten Seite des zweiten flächenförmigen textilen Gebildes G' ausgebildeten Faserenden E und E' im Zwischenraum zwischen beiden flächenförmigen textilen Gebilden G und G' aufrichten,
i) Abkühlen des Faserverbund-Werkstoffs V, wobei der Schritt h) des Herstellungsverfahrens gegebenenfalls unter verringer- tem Druck durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren zusätzlich im Anschluss an Schritt c) und vor Schritt d) des Herstellungsverfahrens die Schritte (i) bis (v) um- fasst:
(i) Bereitstellen eines weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* enthaltend Verstärkungsfasern B*,
(ii) Oberflächliches Einschneiden einer ersten und einer zweiten Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* in regelmäßigen Abständen bis zu einer Tiefe von bis zu 50% der Schichtdicke des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G*, um so Faserenden E* auf den Oberflächen des textilen Gebildes G* zu bilden,
(iii) Aufbringen des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* auf das erste flächenförmige textile Gebilde G derart, dass die erste Seite des ersten flä- chenförmigen textilen Gebildes G und die erste Seite des weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G* einander zugewandt sind, und sich die Styrol- Copolymer-Formmasse A zwischen dem ersten flächenförmigen textilen Gebilde G und dem zweiten flächenförmigen textilen Gebilde G* befindet,
(iv) Aufbringen einer thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A auf die zweite Seite des textilen weiteren Gebildes G*,
(v) ggf. wiederholen der Schritte (i) bis (iv) bis die gewünschte Anzahl an Schichtfolgen erreicht ist.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das erste flächenförmige textile Gebilde G, das zweite flächenförmige textile Gebilde G' und ggf. das weitere flächenförmige textile Gebilde G* jeweils bis zu einer Tiefe von bis zu 30%, bevorzugt von 5 bis 10% der Schichtdicke des ersten bzw. zweiten bzw. ggf. weiteren flächenförmigen textilen Gebildes G, G' bzw. G* eingeschnitten wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei das erste flächenförmige textile Gebilde G, das zweite flächenförmige textile Gebilde G' sowie ggf. das weitere flächenförmige textile Gebilde G* in Abständen von 0,1 cm bis 10 cm, bevorzugt 1 cm bis 5 cm eingeschnitten werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Styrol-Copolymer- Formmasse A mindestens ein Treibmittel enthält.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Styrol-Copolymer- Formmasse A mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Styrol/Acrylnitril- Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer (ABS), oder Acrylnitril/ Styrol/Acrylester-Copolymer (ASA) enthält, sowie die Verstärkungsfasern aus der Gruppe Carbonfasern, Glasfasern oder Aramidfasern ausgewählt ist.
15. Formteil T, erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14.
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