WO2016170143A1 - Method for producing a fibre-composites based on styrol- copolymers - Google Patents

Method for producing a fibre-composites based on styrol- copolymers Download PDF

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WO2016170143A1
WO2016170143A1 PCT/EP2016/059061 EP2016059061W WO2016170143A1 WO 2016170143 A1 WO2016170143 A1 WO 2016170143A1 EP 2016059061 W EP2016059061 W EP 2016059061W WO 2016170143 A1 WO2016170143 A1 WO 2016170143A1
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styrene copolymer
thermoplastic
fiber
styrene
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PCT/EP2016/059061
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Inventor
Achim Bernhardt
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Ineos Styrolution Group Gmbh
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    • C08J5/048Macromolecular compound to be reinforced also in fibrous form
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    • C08L2205/14Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16Fibres; Fibrils

Definitions

  • thermoplastic fiber composite materials based on styrene copolymers
  • the present invention relates to a process for producing a thermoplastic fiber composite material V (also called organic sheet) comprising a thermoplastic styrene copolymer molding compound A and reinforcing fibers B, the process comprising the production of a textile structure G from the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene Copolymer fibers F, which consist of the material of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A.
  • V also called organic sheet
  • Fiber composite materials consist 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 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 loading 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.
  • the connection of fibers and matrix to one another plays an essential role. For this purpose, it is necessary to achieve a complete and uniform penetration of the structure formed by the reinforcing fibers B with the matrix material.
  • the production of fiber composite materials from reinforcing fibers and synthetic resins is usually carried out in the form that textile structures, so-called fiber semi-finished products (eg fabrics, scrims or fiber mats) are impregnated with a synthetic resin, which is then brought to cure.
  • the synthetic resin consists of a pre-polymer and a hardener.
  • the pre-polymer here is a polymer or oligomer with a comparatively low molecular weight. Therefore, the synthetic resin initially has a low viscosity and can penetrate the semi-finished fiber quickly.
  • the hardener added shortly before impregnation initiates the polymerization of the pre-polymer.
  • thermosetting synthetic resins used are infusible after curing, the fiber composite materials must be produced in the form in which they are to be used later. A simple forming is not possible.
  • prepregs By producing preimpregnated fibers or semi-finished fiber products, so-called prepregs, it is possible to reduce the effort involved in the actual production of the final component.
  • semi-finished fiber products are impregnated with pre-polymer and then stored under a protected atmosphere (low temperature, low oxygen content). The curing can be done later at e.g. done by heating.
  • Thermoplastics have the advantage that they can be repeatedly reshaped by heating above the melting point of the polymer. This property is made use of in organic sheets which consist of reinforcing fibers which are embedded in a thermoplastic polymer matrix and can thereby be transformed under heating.
  • thermoplastics are high molecular weight. They therefore have a high viscosity even in the molten state. It is therefore very time-consuming to achieve complete penetration of the semi-finished fiber products.
  • US 2014/0232042 describes a method for the production of fasteners based on composite materials, which are produced from thermoplastic resin interspersed fiber flakes. These fiber flakes are made by first preimpregnating the fibers with thermoplastic resin and then cutting them into short sections. Such composites have the disadvantage that they are relatively less stable due to the short fiber lengths.
  • TW-B 235970 describes such yarns used as reinforcing fibers. These are obtained by twisting the reinforcing fibers together with thermoplastic fibers. The component is obtained by laying the fibers twisted together and then heating to a temperature sufficient to achieve penetration of the reinforcing fibers with the thermoplastic polymer.
  • Textile prepregs obtained in this way are characterized by good drapability, freedom from solvents and the use of efficient textile processing processes.
  • these advantages are offset by the high expense of producing the polymer filaments (see "Handbuch der Verbundtechnik, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (ed.), Carl Hanser Verlag, Kunststoff, 2014, pages 182 to 183).
  • thermoplastic textile prepregs are described in the prior art.
  • DE 690 10 059 describes fabric structures in which fibers of non-thermoplastic reinforcing materials such as glass, aramid, carbon or silicon dioxide are woven or entangled together with fibers of thermoplastic materials such as polyetherimides, polyetheretherketones, polycarbonates, liquid-crystal polymers, polyphenylene sulfides or polyether sulfones.
  • This fabric is stacked together with other fabrics of the above materials to form multilayer laminates, which can be heat-formed and worked to obtain various rigid articles. No statement is made about the duration of the melting process.
  • 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 process for producing a thermoplastic fiber composite material (organic sheet), which ensures a thorough and rapid penetration of the reinforcing fibers with the thermoplastic polymer matrix.
  • the fiber composite material should be easy to produce. Furthermore, the method should be versatile and easily adaptable to the desired results.
  • thermoplastic fiber composite material V containing at least one thermoplastic styrene copolymer molding composition A as polymer matrix and at least one reinforcing fiber B, by first a textile structure G of the reinforcing fibers B and thermoplastic Styrene copolymer fibers F, prepared from the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, which is then by heating the textile structure G to a temperature which is above the melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F. and then cooling the obtained fiber composite material V, is obtained.
  • the resulting fiber composite material V is characterized in that the remaining after the melting of the thermoplastic styrene copolymer fibers F textile structure of the reinforcing fibers B is particularly uniformly penetrated by the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
  • a particularly advantageous feature of this process is that the time required to melt the styrene copolymer molding compound A and to penetrate the reinforcing fibers B with the styrene copolymer molding compound A can be significantly reduced, since the reinforcing fibers B and the thermoplastic styrene copolymer fibers F are already uniformly distributed in the textile structure G. Thus, the comparatively thin thermoplastic styrene copolymer fibers F can be rapidly melted.
  • the molten thermoplastic styrene copolymer molding compound A thus obtained does not have to penetrate far into the fabric of the reinforcement due to the uniform distribution. fibers B penetrate. After only a short time, a fiber composite material V uniformly interspersed with the styrene copolymer molding compound A is obtained. This is also possible with complicated molded parts such as, for example, shaped parts having different layer thicknesses in different regions of the molded part.
  • fiber composite materials V with regions of different thickness can be produced in this way, in particular, in an advantageous manner.
  • One aspect of the present invention thus relates to a process for producing a fiber composite material V comprising reinforcing fibers B and a thermoplastic styrene copolymer molding compound A comprising the steps: a. Production of a sheet-like or spatial textile structure G from the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F, wherein the styrene copolymer fibers F are made of the material of the thermoplastic styrene
  • 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 one reinforcing fiber B, wherein the reinforcing fibers B are embedded in the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
  • Thermoplastic styrene copolymer molding compound A in this context means that it is a styrene copolymer molding compound A comprising at least one thermoplastic styrene-containing copolymer. Suitable co-monomers are, for example, a-methylstyrene, acrylonitrile, methacrylonitrile, and 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 A is 100% by weight of a styrene copolymer.
  • thermoplastic fiber composite material V as described above, containing (or consisting of): a) 30 to 95 wt .-% of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A, preferably 35 to 90 wt .-%, in particular 40 to 80 wt .-%
  • the invention relates to a process wherein the styrene copolymer of styrene copolymer molding material A is a styrene-butadiene block copolymer.
  • the styrene copolymer molding composition A may also contain polystyrene or (largely) consist of polystyrene.
  • the invention also relates to a process in which the thermoplastic styrene copolymer fibers F at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile / styrene / acrylic ester -Copolymers (ASA) included.
  • the invention relates to a process wherein the reinforcing fibers B are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers.
  • the invention also relates to a method in which the textile structure G is a woven fabric, scrim, knitted fabric, braid, knitted fabric, nonwoven fabric or felt, wherein in each case the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B are processed together.
  • the invention relates to a method in which the textile structure is a woven, knitted, laid or knitted fabric.
  • the textile structure G is particularly preferably a woven fabric, in particular a woven fabric which contains at least 5% by weight of reinforcing fibers B, more preferably at least 10% by weight of reinforcing fiber B.
  • the invention also relates to a thermoplastic fiber semi-finished product H containing thermoplastic styrene copolymer fibers F and reinforcing fibers B, wherein the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B by a textile manufacturing process to form a sheet-like or spatial textile entity G together were connected.
  • the invention relates to a semifinished fiber H in which the styrene copolymer of the styrene copolymer molding compound A is a styrene-butadiene block copolymer.
  • the invention also relates to a semi-finished fiber H, wherein the thermoplastic styrene copolymer fibers F at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile / styrene / Acrylic ester copolymers (ASA) included.
  • the invention relates to a semifinished fiber H in which the reinforcing fibers B are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers.
  • the invention also relates to a semi-finished fiber H, wherein the textile structure G is a woven, knitted, scrim, knitted, braided, knitted, nonwoven or felt, wherein each of the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B were processed together.
  • the semi-finished fiber H is a fabric, in particular a fabric containing at least 5 wt .-% of reinforcing fibers B, more preferably at least 10 wt .-% of reinforcing fibers B.
  • a molded article T is the subject of the invention, produced by a process comprising the following steps: a. Producing a semi-finished thermoplastic fiber H as described above; b. Shaping melting of the semi-finished fiber H to obtain the desired molding T;
  • the invention relates to a molding T, in which the semi-finished fiber H is provided on at least one side with a layer containing another thermoplastic material before the step of shaping.
  • the invention also relates to a molded part T, in which the shaping melting takes place by compression molding, hot pressing, diaphragm molding or hydroforming.
  • the fiber composite material V or the semi-finished fiber H contains at least 20 wt .-%, usually at least 30 wt .-%, based on the total weight of the fiber composite material V, the thermoplastic styrene copolymer molding material A.
  • the styrene Copolymer molding compound A preferably comprises from 30 to 95% by weight, more preferably from 35 to 90% by weight, often from 40 to 80% by weight and in particular from 45 to 75% by weight, based on the fiber composite material V, the semi-finished fiber H or the finished fiber composite material V from.
  • thermoplastic styrene copolymer molding compositions A are all thermoplastic see styrene copolymer molding compounds, which can be processed into fibers.
  • thermoplastic styrene copolymer molding compound 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.
  • the shrinkage of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, and therefore also of the entire fiber composite material V, is comparatively low. It can be obtained particularly smooth surfaces in the moldings.
  • the component A contains a partially crystalline fraction of less than 60 wt .-%, preferably less than 50 wt .-%, more preferably less than 40 wt .-%, based on the total weight of component A.
  • Semi-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 can be, for example, a blend of a styrene copolymer with one or more polycarbonate (s) and / or one or more partially crystalline polymers (such as polyamide), the proportion of partially crystalline mixed components in the entire component A being less than 50 wt .-%, preferably less than 40 wt .-% should be.
  • the styrene copolymer molding compound A comprises at least styrene copolymer, in particular one suitable for the production of fiber composite materials V.
  • Amorphous thermoplastics are preferably 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 styrene-methyl methacrylate
  • Blends of the abovementioned copolymers with polycarbonate or semicrystalline polymers such as polyamide are also suitable, provided that the proportion of partially crystalline mixed components in component A is less than 50% by weight.
  • Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer according to the invention as thermoplastic styrene copolymer molding composition A can be prepared by known methods from styrene, acrylonitrile, butadiene and optionally a functional further monomer, such. 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. From 35 to 70% by weight of butadiene, from 20 to 50% by weight of styrene and from 9 to 38% by weight of acrylonitrile and from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.1 to 3% by weight. % 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 of the invention is a styrene / butadiene copolymer such as e.g. Impact-resistant polystyrene, a styrene-butadiene block copolymer, e.g. Styrolux®, Styroflex® (both 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®, Styroflex® (both from Styrolution, Frankfurt), K-Resin®, Clearen®, Asaprene®.
  • the styrene copolymer molding compound A may consist of at least two mutually different thermoplastic styrene copolymer molding compositions.
  • these different molding material types may have a different melt volume flow rate (MVR) and / or different coalescing volume flow rate (MVR).
  • MVR melt volume flow rate
  • MVR coalescing volume flow rate
  • ABS molding compounds and SAN molding compounds can be combined.
  • 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.
  • the term molecular weight (Mw) in the broadest sense can be understood as the mass of a molecule or a 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 specified.
  • the molecular weight (Mw) is the weight average which can be determined by the methods known in the art.
  • 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, it being possible to determine Mw 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 after the preparation is isolated by processes known to those skilled in the art and preferably processed into granules. Thereafter, the preparation of the thermoplastic styrene copolymer fibers F can be carried out by a method known to the person skilled in the art, in particular by melt extrusion.
  • Reinforcing fibers B component B
  • the thermoplastic fiber composite material V 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 vor- zugt of 5 to 70 wt .-%, particularly 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 .
  • As 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. In one embodiment, materials are used which have no thermoplastic behavior.
  • 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.
  • 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.
  • 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). So far, 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 may additionally enhance affinity for synthetic resins, thus promoting the strength and cohesiveness of a composite material.
  • 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.
  • aqueous sizes for example, polyfatty acid amides in an amount of 0.1 to 1, 5 wt .-%, based on the total size to name.
  • organofunctional silanes such as, for example, aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and the like, may 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.
  • such a preparation is time-consuming and lasts until complete curing of the polymers (for example the abovementioned epoxy resins) approximately between 30 minutes to more than one hour.
  • a functionalization by reaction with polymers is also known.
  • low molecular weight polycarbonate types it is possible to impregnate the glass fiber fabric or fabric well and to perform a "grafting" by reaction of functional groups on the glass fiber surface with the polycarbonate, which increases the compatibility with the polymer.
  • PC polycarbonate
  • the reinforcing fibers B are present in the fiber semifinished product H according to the invention together with the thermoplastic styrene copolymer fibers F as a woven, knitted, folded, knitted, braided, nonwoven or felt.
  • the textile structure G is a woven, knitted fabric, scrim or knit.
  • the textile structure G is a fabric, in particular one which contains at least 5 wt .-% of reinforcing fibers B.
  • 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 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. Knitted fabrics (also called knits or hosiery) are made of thread systems by stitching on a knitting machine industrially produced fabrics. When knitting, however, one stitch is made next to the other (thread runs horizontally, along one course), while in effect the thread forms stitches on top of each other (thread runs vertically and forms a wale with the adjacent thread).
  • 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.
  • Nonwovens are structures of limited length fibers, filaments or cut yarns of any kind and of any origin which have been somehow joined together to form a nonwoven and joined together in some manner.
  • Felt is a textile fabric made of a disordered, difficult to separate fiber material and is produced by dry needling (needle felting) or by solidification with under high pressure emerging from a nozzle beam water jets.
  • the reinforcing fibers B in the form of a textile structure G ' which differs from the textile structure G of the semifinished fiber H that the textile structure G forming thermoplastic styrene copolymer fibers F by melting in the thermoplastic styrene Copolymer molding compound A have been transferred.
  • the textile structure G ' is thus formed only from the reinforcing fibers B and can thus differ in its structure from the structure G of the semifinished fiber product.
  • the textile structure G 'in the fiber composite material V is preferably a scrim, a woven fabric, a knitted fabric or a knitted fabric.
  • the textile structure G ' is a scrim or a fabric.
  • the reinforcing fibers B are preferably embedded in the fiber composite material V in a structurally defined and aligned form.
  • a laminate-like or laminar structure of the fiber composite material V is assumed.
  • Laminated laminates formed in this way comprise laminations of sheet-like reinforcing layers (of reinforcing fibers B) and layers of the styrene copolymer molding compound W moistening and holding them together.
  • the reinforcing fibers B are embedded in layers in the fiber composite material V. They can be obtained by arranging the textile structures G in several layers one above the other and optionally fixing them together. This fixation can be carried out by all methods familiar to the person skilled in the art, for example by knotting, linking, entangling, sewing or by the use of a suitable binder.
  • the textile structure G may be designed flat or spatially.
  • Flat in this context means that the structure G extends essentially in two dimensions and the third dimension only by the natural layer thickness a single-layer textile layer, which is given by the fiber thickness, is taken.
  • Spatially means in this context that the layer thickness of the structure G at least in some areas is greater than is predetermined by the natural layer thickness of a single-layer textile layer.
  • rib-like thickenings can be incorporated into the textile fabric by means of suitable textile processes.
  • the spatial textile structures G also include, for example, hollow bodies such as tubes or hoses.
  • a spatial configuration can be achieved by a method familiar to the person skilled in the art.
  • the reinforcing fibers B may additionally comprise auxiliaries which serve to produce and process the reinforcing fibers B, increase the durability of the reinforcing fibers B or improve the interaction of the reinforcing fibers B with the thermoplastic styrene copolymer molding material A. For this purpose, 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. Then, for the production of the fiber composite material V, 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. Today, a variety of different 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 fiber composite material V 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 components A to C, one or more additive other than components A and B (auxiliaries and additives).
  • additives include 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. Even esters as low molecular compounds are mentioned. Also, according to the present invention, 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.
  • oxidation inhibitors and heat stabilizers may be added to the thermoplastic molding compound.
  • 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. It is possible to use the calcium, zinc or aluminum salts of stearic acid and also dialkyl ketones, for example distearyl ketone.
  • ethylene oxide-propylene oxide copolymers can also be used as lubricants and mold release agents.
  • natural and synthetic waxes can be used. These include PP waxes, PE waxes, PA waxes, grafted PO waxes, HDPE waxes, PTFE waxes, EBS waxes, montan wax, carnauba and beeswaxes.
  • 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 molding composition of this invention so that no corrosive gases are released and efficacy is not thereby compromised. Preference is given to halogen-free compounds, such as phosphorus compounds, in particular phosphine oxides and Derivatives of acids of phosphorus and salts of acids and acid derivatives of phosphorus used. Phosphorus compounds particularly preferably contain ester, alkyl, cycloalkyl and / or aryl groups. Likewise suitable are oligomeric 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 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, included.
  • the pigments for coloring thermoplastics are generally known, see, for example, R. Gumbleter and H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp. 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 preferred 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.
  • thermoplastic fiber composite materials V Production of the thermoplastic fiber composite materials V
  • the process for producing a fiber composite material V comprising reinforcing fibers B and a thermoplastic styrene copolymer molding compound A comprises the steps: a. Producing a sheet-like or spatial textile structure G of the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F, wherein the styrene copolymer fibers F are made of the material of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A;
  • a sheet-like or spatial textile structure G comprising the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F is provided in a first production step a.
  • the styrene copolymer fibers F consist of the thermoplastic styrene copolymer molding material A.
  • Suitable thermoplastic styrene copolymer molding compositions A are all thermoplastic styrene copolymer molding compositions which can be processed into fibers. Further, with respect to the styrene copolymer fibers F, all embodiments made regarding the styrene copolymer molding compound A are applicable.
  • the sheet-like or spatial textile structure G comprises any structure of textile fibers which can be produced by means of known textile production methods. Suitable textile structures G can be woven, knitted, laid, knitted, braided, nonwoven or felts. Preferably, the textile structure G is a woven, knitted fabric, scrim or knit. Particularly preferably, the textile structure G is a fabric.
  • the sheet-like or spatial textile structures G are characterized in that they are obtained by processing fibers of at least two materials with one another in the textile production process.
  • the fibers of at least two materials are at least one reinforcing fiber B and at least one styrene copolymer fiber F.
  • the joint processing can be carried out such that a part of the fibers in the textile manufacturing process for producing a textile structure G from the reinforcing fibers B by styrene Copolymer fibers F is replaced.
  • a single textile structure G is obtained, in which both fibers are incorporated.
  • the proportion of the at least one styrene copolymer fiber F can be kept constant or varied over the entire extent of the textile structure G. In areas with a higher proportion of styrene copolymer fibers F, a fiber composite material V with an egg is thus obtained after completion of the production process. property profile which to a higher degree corresponds to that of the styrene copolymer molding compound A (eg greater strength at room temperature), whereas areas with a smaller proportion of styrene copolymer fibers F are more similar in their property profile to the composite fiber fabric (eg greater flexibility at room temperature) ,
  • Examples are, in particular, co-weaving, in which a part of the warp threads and / or a part of the weft threads consists in each case of styrene copolymer fibers F.
  • the styrene copolymer fibers F are incorporated regularly into the fabric thus produced, e.g. in that every second warp and / or weft thread is a styrene copolymer fiber F.
  • the proportion of the styrene copolymer fibers F can be reduced by incorporating them at lower repetition rates, so that e.g. only every third or every fourth warp and / or weft yarn is a styrene copolymer fiber F.
  • the styrene copolymer fibers F can be used exclusively as a warp or weft. Both measures for varying the proportion of styrene copolymer fibers F can be combined or made independently.
  • the individual layers may have a different content of styrene copolymer fibers F.
  • co-knitting co-knitting
  • textile structures G are produced in that a knitted fabric of reinforcing fibers B and styrene copolymer fibers F is formed.
  • knitted fabrics, braids or nonwovens may also be produced in which part of the reinforcing fibers B has been replaced by thermoplastic styrene copolymer fibers F.
  • the proportion of styrene copolymer fibers F in the textile structure G is 30 to 95 wt .-% based on the textile structure, preferably 35 to 90 wt .-%, in particular 40 to 80 wt .-%.
  • the reinforcing fibers B make up 5 to 70 wt .-%, preferably 10 to 65 wt .-%, in particular 20 to 60 wt .-% of the textile structure G.
  • the textile structure may contain 0 to 40 wt .-% of one or more additives C, preferably 0 to 30 wt .-%, in particular 0.1 to 25 wt .-%.
  • the textile structure G is designed such that it has at least one rib-like thickening on at least one surface of the structure G.
  • a thickening represents a larger amount of material. In this way, a targeted stiffening of the finished fiber composite material V can be achieved.
  • the textile structure G is heated.
  • the temperature is chosen so that it is above the melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F.
  • the temperature is at least 10 ° C above the melting temperature of the thermoplastic styrene copolymer fibers F, more preferably at least 25 ° C, especially at least 50 ° C.
  • Step b is carried out at a temperature of at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C, more preferably at least 300 ° C, especially at 300 ° C to 400 ° C. In this case, it should preferably be ensured that as far as possible no pyrolysis occurs and the components used are not thermally decomposed.
  • 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.
  • the process in particular the steps b, can in principle be carried out at any pressure (preferably atmospheric pressure or overpressure), with and without pressing of the components.
  • any pressure preferably atmospheric pressure or overpressure
  • the properties of the fiber composite material V can be improved.
  • the step b at a pressure of 5-50 bar and a pressing time of 10-60 s, preferably at a pressure of 10-30 bar and a pressing time of 15-40 s performed.
  • the step of heating softens the thermoplastic styrene copolymer fibers F incorporated in the fabric G until the styrene copolymer fibers F finally melt and form the styrene copolymer molding compound A.
  • the molten styrene copolymer molding compound A can now penetrate the cavities of the remaining textile structure G 'formed by the reinforcing fibers B and uniformly impregnate this. Since the styrene copolymer molding compound A in the form of the styrene copolymer fibers F is already present uniformly in the textile structure G 'formed by the reinforcing fibers B, a uniform and complete impregnation of the textile structure G' can take place within a shorter time and / or at lower temperatures are achieved.
  • the elevated temperature of the step b is maintained until the styrene copolymer fibers F have had time to melt and uniformly fill the voids in the remaining textile fabric G 'of reinforcing fibers B.
  • the structure G is preferably heated for at least 10 seconds, in particular for at least 20 seconds. The duration is dependent on the set temperature, so that a higher Temperaturn requires a shorter heating time, while at a temperature which is closer to the melting temperature of the styrene copolymer fibers F, a longer time is necessary to the styrene copolymer molding compound A, which has uniformly impregnated the textile structure G 'of reinforcing fibers B.
  • a third production step c the fiber composite material V obtained in step b is cooled. This can be done by suspending the ambient temperature or by actively cooling the fiber composite material V or the device by means of which the heating is carried out.
  • the cooling is preferably carried out in such a way that the fiber composite material V obtained from step B is made of reinforcing fibers B and still softened or melted styrene copolymer molding compound A without changing the shape of the fiber composite material V.
  • fiber composite material V of reinforcing fibers B and still softened or molten styrene copolymer molding compound A is preferably cooled in the mold used for heating until the fiber composite material V has a temperature below the melting range of styrene Copolymer molding compound A is located.
  • the Fiber composite material V of the device removed only when sufficient strength of the styrene copolymer molding compound A has been established.
  • the fiber composite material V of the device is removed only when the fiber composite material V on the surface has a temperature which is at least 5 ° C below the melting temperature of the styrene copolymer molding compound A, more preferably at least 10 ° C.
  • the fiber composite material V produced by the method described above is characterized in that it comprises at least one sheet-like or spatial textile structure G 'of reinforcing fibers B, which is embedded in the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, wherein the styrene copolymer Formmasse A, the cavities between the reinforcing fibers B substantially fills.
  • "Substantially fills in” in this context means that the cavities to at least 80 vol .-%, preferably 90 vol .-%, in particular 95 vol .-% are filled with the styrene copolymer molding composition A.
  • first textile structures G can be prepared, which can be consolidated in a further step to a composite material as fiber composite material V.
  • the invention also relates to a semifinished fiber product H.
  • This corresponds to the planar or spatial textile structure G provided in step a comprising reinforcing fibers B and styrene copolymer fibers F. It can be obtained by using at least one reinforcing fiber B and at least one styrene copolymer.
  • Fibers F are processed together in a textile processing process to a holding textile composite.
  • the styrene copolymer fibers F consist of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
  • Suitable thermoplastic styrene copolymer molding compositions A are all thermoplastic styrene copolymer molding compositions which can be processed into fibers.
  • all designs that were made regarding the styrene copolymer molding compound A are made from the material from which the styrene copolymer fibers F are made, all designs that were made regarding the styrene copolymer molding compound A
  • thermoplastic styrene copolymer fibers F can be effected by all methods known to the person skilled in the art, in particular by melt extrusion.
  • the thermoplastic styrene copolymer fibers F preferably have a filament number of more than 500, in particular more than 1000, and a yarn count of from 10 to 5000 tex, in particular from 50 to 4000 tex.
  • the reinforcing fibers B reference is made to the statements made above.
  • the reinforcing fibers B are processed into fabrics together with the styrene copolymer fibers F by a textile-technical process familiar to the person skilled in the art. Common methods are weaving, knitting, knitting, laying, braiding, felting and knotting.
  • the sheet-like textile structures G in the context of this invention are preferably fabrics, scrims, knits, braids, knitted fabrics, nonwovens or felts according to the abovementioned definitions. Preference is given to tissue. Possible weave types of weave include canvas weave, twill weave and satin weave.
  • the semi-finished fiber H according to the invention is characterized in particular by the fact that the fibers are dimensionally stable connected to each other in order to fix them. This is achieved either by achieving a mechanical fixation, such as by knotting, linking, entangling, sewing or by the friction of the fiber surfaces together.
  • the semi-finished fiber H can also be bound to each other by the BeSchichtung by means of a suitable binder. Suitable binders are known to the person skilled in the art. Preference is given to a mechanical fixation of the fibers with one another, so as to achieve a sufficient dimensional stability, so that the semi-finished fiber H is storable and transportable.
  • the fiber semifinished product H thus obtained can be stored and transported in a space-saving manner in rolled-up form and subsequently brought into the fiber composite material V of the desired shape by the method described above according to steps b and c.
  • the fiber composite material V can also be reinforced by the fact that in the manufacturing step b in addition to at least one side of the semifinished fiber H a layer of a thermoplastic molding material A 'is applied.
  • the molding compound can be the same or different from the styrene copolymer molding composition A.
  • the molding composition may be, for example, a styrene-containing polymer, a polycarbonate, a polyolefin, or another thermoplastic polymer known to the person skilled in the art.
  • A is a styrene copolymer or a polycarbonate.
  • 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).
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • SMMA Styrene-methyl methacrylate copolymers
  • MABS methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • ASA acrylic ester-styrene-acrylonit
  • the molding compound A ' can be applied in the form of a film, a melt, a granulate of a powder or another form familiar to the person skilled in the art on at least one side of the semifinished fiber H.
  • the molding material A ' is applied in the form of a film or granules on at least one side of the semi-finished fiber H.
  • the molding compound is distributed uniformly over at least part of the entire surface of the semifinished fiber H.
  • the molding compound A is applied to at least part of the surface of both sides of the semi-finished fiber H.
  • the molding compound A is applied, this is done in an amount of at least 0.1 g / cm 2 , preferably at least 1 g / cm 2 , more preferably at least 3 g / cm 2 on at least one surface of the semifinished fiber H.
  • the invention also relates to a molded part T which can be obtained or obtained from the semifinished fiber H described by deformation. This can be done in any desired manner, for example by mechanical shaping by means of a shaping body, which can also be a roller with embossing.
  • the still moldable fiber composite material V in which the thermoplastic styrene copolymer molding compound A and optionally the molding compound A 'still present (partially) molten, ie, during the implementation of step b or subsequently formed thereon.
  • a cured fiber composite material V can be cold-formed or re-formed with reheating.
  • the molded part T is obtained by a method in which the semi-finished fiber H described above is provided in a first step a.
  • the semi-finished fiber H is brought into the desired shape under shaping melting.
  • any method familiar and suitable to the person skilled in the art can be used.
  • the semi-finished fiber H is brought into the desired shape of the molded part T by compression molding, hot pressing, diaphragm molding or hydroforming.
  • compression molding the textile semifinished product is led into an open mold, heated and pressed under pressure.
  • hot pressing the molds are heated.
  • diaphragm molding a semifinished product is placed between two elastic membranes, the so-called diaphragms, the space of which is evacuated.
  • the semi-finished product is heated to softening and then placed together with the diaphragm in a forming tool. This preferably consists only of a mold half, which has a temperature below the softening temperature of the material.
  • Diphragma and softened semi-finished products are pressed into the tool half by means of compressed air and the semifinished product cools down under forced pressure and isostatic pressure.
  • hydroforming an assembly consisting of upper and lower tools is used, the lower tool forming the counter-mold into or onto which the laminate is to be imaged.
  • the upper tool consists of a closed down by means of a flexible membrane chamber, which can be subjected to the deformation with hydraulic pressure.
  • the thermoplastic molding compound Before forming, the thermoplastic molding compound must be softened by heating, e.g. by convection ovens or contact heating.
  • the stability of the molded part T can be increased by the addition of additional amounts of thermoplastic material.
  • the semifinished fiber H can be provided on at least one side with an additional amount of a thermoplastic molding material A 'before the step of shaping melting.
  • the molding material may be the same or different from the styrene copolymer molding compound A, which forms the basis for the styrene copolymer fibers F. With regard to the selection of the styrene copolymer molding compound A, the statements made above apply.
  • the molding compound A ' can be applied in the form of a film, a melt, a granulate of a powder or another form familiar to the person skilled in the art on at least one side of the semifinished fiber H.
  • the molding material A ' is applied in the form of a film or granules on at least one side of the semi-finished fiber H.
  • the molding material is uniformly applied to at least part of the distributed throughout the entire surface.
  • the molding compound A ' is applied to at least part of the surface of both sides of the semifinished fiber H.
  • the molding compound A ' is applied, this is done in an amount of at least 0.1 g / cm 2 , preferably at least 1 g / cm 2 , more preferably at least 3 g / cm 2 on at least one surface of the semi-finished fiber H.
  • step b the semi-finished fiber H and possibly applied to one or more sides thereof molding compound A 'is heated.
  • a temperature is used which is above the temperature of the melting range of the styrene copolymer fibers F and possibly the molding compound A '.
  • a temperature of at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C, more preferably at least 300 ° C, in particular at 300 ° C to 400 ° C is applied. In this case, it should preferably be ensured that as far as possible no pyrolysis occurs and the components used are not thermally decomposed.
  • the pressing process can basically be carried out at any pressure (preferably atmospheric pressure or overpressure), with and without pressing on the components.
  • the step b 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.
  • the pressing operation is continued until the thermoplastic styrene copolymer fibers F are melted to an extent sufficient to penetrate the textile fabric G 'as a styrene copolymer molding material A.
  • the pressing operation is held until all the voids of the textile structure G 'formed by the reinforcing fibers B are completely filled with the molten styrene copolymer molding compound A.
  • the pressing process at temperatures of> 200 ° C is not more than 10 minutes, preferably not more than 5 minutes, more preferably not more than 2 minutes, in particular not more than 1 min. Often, 10 to 60 seconds are sufficient to avoid pyrolysis of the polymer. As hot pressing all the skilled person for this purpose devices can be used.
  • step b at least one sub-step of step b at a temperature of 300 to 340 ° C, in particular from 300 to 320 ° C, for 10 s up to 1 min (for example, from (about) 15 s, 20 s, 25 s, 30 s, 40 s, 50 s or 60 s). This can then improve the connection of the reinforcing fibers with the matrix.
  • a last step c the obtained fiber composite material V is cooled below the melting point of the styrene copolymer molding compound A.
  • the styrene copolymer molding compound A solid and the fiber composite material V can be removed from the mold used.
  • This step can also be called solidification.
  • the solidification which generally takes place with removal of heat, can then lead to a ready-to-use molded part T.
  • the molding T may be further finished (e.g., deburred, polished, colored, etc.).
  • the process can be carried out continuously, semicontinuously or discontinuously. According to a preferred embodiment, the process is carried out as a continuous process, in particular as a continuous process for producing smooth or three-dimensionally embossed films. Alternatively, it is also possible to produce shaped parts T semi-discontinuously or discontinuously.
  • the organic sheets are therefore preferably provided with a ribbing or laminated on a foamed thermoplastic core or on a honeycomb core as outer layers (welded).
  • a ribbing formation of a ribbed structure
  • optimal rib dimensions include production, aesthetic and constructive aspects.
  • the ribbing can take place by means of an injection molding material, which ensures a cohesive connection to the organic sheet and thus gives rise to a high moment of resistance.
  • the ribbing is achieved by already designing the textile structure G by textile production methods in such a way that the structure G has thickenings on at least one surface.
  • fiber composite materials V are obtained, which contain a ribbing due to this local surplus of material. This can be supported by correspondingly shaped dies.
  • the foam core can be glued to the cover layers or it is caused by an additional thermoplastic layer on the organic sheet, a claw in the foam structure.
  • the achieved weight reduction is advantageous for all moving components, since energy saving can be achieved by reducing the weight of the moving masses.
  • thermoplastic molding compositions described here are non-polar surface, which enables direct coating, pasting and printing.
  • a further advantage of the molded parts T produced according to the invention is the high rigidity and strength which can be achieved within the shortest residence time in the production process.
  • the stiffness and strength can be achieved by a sandwich composite or z. B. be further increased by a ribbing.
  • the 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 consists of a chemically compatible thermoplastic in order to heat-weld and to facilitate lamination in the production process.
  • thermoplastic molding composition in particular one of the abovementioned styrene copolymers, should be used.
  • a suitable thermoplastic molding composition in particular one of the abovementioned styrene copolymers, should be used.
  • a SAN, ABS or ASA-based thermoplastic molding composition 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 layer of thermoplastic can be colored opaque, so that optically no organic sheet can be assumed, or one can specifically induce a "fiber look" through the use of a transparent layer It is possible to reduce costs and at the same time to reduce the weight, which can facilitate the assembly of the component and of the device.With the use of organ sheets in addition to a cost and weight advantage but also an aesthetic advantage of an amorphous, transparent styrene copolymer molding compound A, a so-called "fiber-look" can be achieved. Even with the use of glass fiber, which is naturally transparent, can be made visible by painting the fibers.
  • the organic sheets according to the invention have the advantage that they can be used unpainted, wherein the coating step can be saved in comparison to the steel sheet.
  • the weight of mobile devices can be reduced.
  • the wall thickness is oversized, often due to inadequate flowability of the injection molding compound or too low a flow path / wall thickness ratio.
  • the use of organic sheets can therefore substantially reduce the wall thickness since the organic sheet only has to be reshaped and thus can be made with a small thickness even for very large components.
  • the organic sheets according to the invention can be produced, for example, with a thickness of ⁇ 1 mm, preferably ⁇ 0.7 mm, particularly preferred ⁇ 0.5 mm.
  • these thin sheets of organ made with a ribbing and Umklamung are very rigid components, since the organo sheet is located in the edge of the shell component, which has an increase in the resistance moment result. Due to the amorphous styrene copolymer molding compound A and thus low shrinkage, the moldings have a very smooth surface, which can still be painted or laminated as needed.
  • the organosurfaces can also achieve a large weight advantage. Again, the stiffening of the components can be supported by means of a ribbing. In addition, functional integration can save subsequent assembly steps and addi- tional components, thus providing a cost advantage in addition to weight.
  • FIG. 1 shows the fiber composite materials, the test no. 1 were obtained.
  • FIG. 1A shows the visual documentation.
  • FIG. 1B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), the fibers clearly being shown as horizontally extending dark layer between the bright layers of thermoplastic molding material can be seen.
  • Figure 1 C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completed in some places.
  • FIG. 2 shows the fiber composite materials, which according to test no. 2 were obtained.
  • FIG. 2A shows the visual documentation.
  • FIG. 2B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), the fibers clearly being in the form of a running dark layer can be seen between the light layers of thermoplastic molding material.
  • FIG. 2C shows a magnification of 200 times, whereby it can be seen that the impregnation is partly not completed.
  • FIG. 3 shows the fiber composite materials which have been tested according to test no. 3 were obtained.
  • FIG. 3A shows the visual documentation.
  • FIG. 3B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), with no layer of fibers being recognizable is.
  • Figure 3C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is largely completed.
  • FIG. 4 shows the fiber composite materials which have been tested according to test no. 4 were obtained.
  • FIG. 4A shows the visual documentation.
  • FIG. 4 shows the visual documentation.
  • FIG. 4B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), with no layer of fibers being recognizable.
  • Figure 4C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completely completed at individual points.
  • FIG. 5 shows the fiber composite materials W which have been tested according to test no. 5 were obtained.
  • FIG. 5A shows the visual documentation.
  • FIG. 5B shows a microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25x magnification, right: 50x magnification), whereby no layer of fibers is discernible.
  • FIG. 4C shows a magnification of 200 times, whereby it can be seen that the impregnation is not completely completed in a few places.
  • 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 Production direction: right to left
  • 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 and medical technology.
  • Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer continuous fiber obtained from a thermoplastic ABS molding composition prepared from 45% by weight of butadiene, 30% by weight of styrene, and 25% by weight of acrylonitrile (styrene copolymer fibers F) ,
  • Both fiber types are woven together in such a way that every second weft and warp thread is formed from a carbon fiber or an ABS fiber.
  • the semi-finished fiber H obtained by the process described above is introduced into the interval hot press and pressed at 250 ° C for 30 seconds at a pressure of 15 bar.
  • the fiber composite material V is cooled and removed from the interval hot press.
  • Styrene copolymers as thermoplastic styrene copolymer molding compound A and
  • thermoplastic semi-finished fiber products and fiber composite materials V and molded parts thereof which contain the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, layers of reinforcing fibers B and optionally an additive C.
  • the process simplifies the production, in particular by virtue of the fact that the styrene copolymer molding compound A is already penetrated uniformly with the reinforcing fibers B by the preceding step of producing a semi-finished fiber product H in the form of a textile structure G. So textile structures G, which do not have a uniform thickness, can be converted into fiber composite materials V and moldings without the impregnation of thicker areas is incomplete or can be guaranteed only with great expenditure of time.
  • Laminate thickness 0.2 to 9.0 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
  • A1 (comparison): S / AN with 75% styrene (S) and 25% acrylonitrile (AN), viscosity number
  • A2 S / AN / maleic anhydride copolymer having the composition (wt%): 74/25/1, Mw of 250,000 g / mol (measured via gel permeation chromatography on standard columns with monodisperse polystyrene calibration standards)
  • B1 Bidirectional glass fiber substrate 0/90 ° (GF-GE) with basis weight
  • Matrix layer in top layer not visible on the roving
  • Impregnation Warp threads Central unimpregnated areas, all around slightly impregnated Impregnation Weft threads: in the middle clearly unimpregnated areas, all around slightly impregnated
  • Air inclusions little, only in roving
  • Matrix layer in middle position recognizable
  • Matrix layer in top layer little recognizable by the roving
  • Impregnation Warp threads Central unimpregnated areas visible, partially impregnated all around, partially unimpregnated
  • Matrix layer in middle position not recognizable
  • Matrix layer in top layer easily recognizable
  • Impregnation Warp threads hardly any unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Impregnation Weft threads hardly any unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Micro-impregnation mostly completed Microscopic evaluation in semi-finished products:
  • Matrix layer in middle position hardly recognizable
  • Matrix layer in cover layer recognizable
  • Impregnation Warp threads Slightly unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Impregnation Weft threads unimpregnated areas visible, but impregnated all around
  • Matrix layer in middle position not recognizable
  • Matrix layer in cover layer recognizable
  • Impregnation warp threads little unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
  • Impregnation Weft threads little unimpregnated areas recognizable, all-round well impregnated
  • Table 5 shows the fiber composite materials obtained in a series of experiments.
  • pure SAN (A1) and an S / AN / maleic anhydride copolymer (A2) were combined and tested with a commercially available scrim and fabric reinforcement in an identical process.
  • the fiber volume content of the composites was 42%.
  • the improved quality of the impregnation and connection between fiber and matrix is not reflected in the bending stiffness, but clearly in the flexural strength (fracture stress) of the samples investigated.
  • SAN SAN-MA terpolymer, weight composition (% by weight): 73/25/2, Mw:
  • PC OD easy flowing, amorphous optical grade polycarbonate for optical
  • PA6 semi-crystalline, easy-flowing polyamide 6
  • Fibers (B3): glass fiber fabric twill 2/2 (GF-KG) with basis weight 300 g / m 2 ,
  • the described fiber composite materials are particularly suitable for the production of moldings, films and coatings. Some examples are shown below. Unless otherwise stated, the moldings are made by injection molding.
  • thermoplastic molding composition A 40% by weight, based on the fiber composite material, of an acrylonitrile-styrene-maleic anhydride copolymer as thermoplastic molding composition A (prepared from: 75% by weight of styrene, 24% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of maleic anhydride) is compounded with 60% by weight, based on the fiber composite material, of a glass-based reinforcing fiber with chemically reactive functionality (silane groups) on the surface [GW 123-580K2 of PD Glasseiden GmbH].
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • thermoplastic molding material A ABS produced from: 45% by weight butadiene, 30% by weight Styrene, 24% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of maleic anhydride
  • Example B Lens covers
  • the components are as defined above.
  • the bending stress and the flexural modulus were determined according to DIN 14125: 201 1 -05.
  • Table 7 shows the conditions of the experiments carried out.
  • the pressing pressure was approximately 20 bar in all test series.
  • Table 8 Average values of the maximum bending stress of the warp and weft directions of the produced organic sheets according to the mixtures Cf. 2, V5, V7, V9, Vgl. 10, V12 to V14 and Cgl. 15, wherein the production temperature was at least 300 ° C.
  • Table 8 shows the average of nine measurements each.
  • Table 8 shows that the organic sheets V5, V7, V9, V12, V13 and V14 according to the invention have a higher average maximum bending stress than the organo sheets comprising a matrix containing 75% by weight of styrene (S) and 25% by weight of acrylonitrile ( AN) (See Figures 10 and 15).
  • S styrene
  • AN acrylonitrile
  • Laminate thickness 0.2 to 9.0 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
  • T [° C] temperature of the temperature zones * ( * The press has 3 heating zones and 2 cooling zones.
  • Construction / lamination 6-layer structure with melt middle layer; Production process: melt direct (SD)
  • M1 (SAN type): styrene-acrylonitrile-maleic anhydride (SAN-MA) terpolymer (S / AN / MA: 74/25/1) with an MA content of 1% by weight and an MVR of 22 cm 3 / 10 min at 220 ° C / 10kg (measured to IS01 133);
  • M1 b corresponds to the abovementioned component M1, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
  • M2 (SAN type): styrene-acrylonitrile-maleic anhydride (SAN-MA) terpolymer (S / AN / MA: 73/25 / 2.1) with an MA content of 2.1% by weight and an MVR of 22 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (measured according to IS01 133);
  • M2b corresponds to the abovementioned component M2, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
  • M3 (SAN type): blend of 33% by weight of M1 and 67% by weight of the SAN copolymer Luuran VLN, therefore 0.33% by weight of maleic anhydrideMA) in the entire blend;
  • M3b corresponds to the abovementioned component M3, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
  • PA6 semi-crystalline, easy-flowing polyamide Durethan B30S
  • Glass filament cooper fabric (short names: GF-KG (LR) or LR), twill weave 2/2, basis weight 290 g / m 2 , roving EC9 68tex, finish TF-970, delivery width 1000 mm (type: 01 102 0800-1240; Manufacturer: Hexcel, obtained from: Lange + Ritter)
  • Glass filament cooper fabric short designations: GF-KG (PD) or PD
  • twill weave 2/2 basis weight 320 g / m 2
  • roving 320tex finish 350
  • delivery width 635 mm type: EC14-320-350, manufacturer and supplier : PD Glasseide GmbH Oschatz
  • Glass filament scrim (short name: GF-GE (Sae) or Sae) 0 45 90 -45 °, weight per unit area 313 g / m 2 , main roving 300tex, finish PA size, delivery width
  • Sae ns glass filament scrim 300 g / m 2 , manufacturer's name: Saertex new sizing, + 457-457 + 457-45 °
  • Glass fiber fleece (short name: GV50), basis weight 50 g / m 2 , fiber diameter 10 ⁇ , delivery width 640 mm (Type: Evalith S5030, manufacturer and supplier: Johns Manville Europe) Visual assessment
  • All produced composite fiber materials could be produced in each case as (large) sheetlike Orga- nobleche in a continuous process, which could be cut to size (in laminatable, customary transport dimensions such as 1 m x 0.6 m).
  • the embedded fiber material was just recognizable when examined in detail against the light.
  • the embedded fiber material was not / hardly recognizable even under closer light in the backlight.
  • LSM confocal laser scanning microscopy
  • Fiber-composite materials with four embedded layers of the respective fabric of fibers (here GF-KG (PD) (4) or Sae (4)) were produced in the respective matrix.
  • PD GF-KG
  • Sae (4) GF-KG
  • GV50 thin fiberglass mat
  • the mean wave depth (MW Wt) and the spatial ration value (Ra) were determined for numerous fiber composite materials. It was shown that the MW Wt is clearly ⁇ 10 ⁇ m for all fiber composite materials in which the matrix contains a functional component that can react with the fibers, whereas in fiber composite materials with comparable PA6 and PD (OD) matrices is clearly ⁇ 10 ⁇ .
  • the determined spatial values were also significantly lower for composite fiber materials according to the invention. By way of example, these are the measured values below.
  • the strength in the warp and weft directions was examined separately. It could be shown that the fiber composite materials are very stable in both warp and weft directions. In the warp direction, the fiber composite materials are usually even more stable than in the weft direction.
  • the matrix components A are as described above.
  • Fiber components B (unless described above)
  • FG290 glass filament fabric 290g / m 2 , manufacturer's name: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970
  • FG320 glass filament fabric 320g / m 2 , manufacturer's name: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320-350
  • Sae MuAx313, glass filament scrim 300g / m 2 , manufacturer's name: Saertex XE-PA-313-655
  • Sae ns glass filament scrim 300g / m 2 , manufacturer's name: Saertex new sizing, + 457-457 + 457-45 °
  • the following transparent fiber composite materials were produced, into each of which two-dimensional fiber material was introduced.
  • the fiber composite materials produced each had a thickness of about 1, 1 mm.
  • a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This one has none noticeable influence on the mechanical or optical properties.
  • the following bending strengths according to DIN EN ISO 14125 were determined for the samples:
  • the following black-colored fiber composite materials were produced, in which 2% by weight of carbon black was added to the matrix and introduced into the respective flat fiber material.
  • the fiber composite materials produced each had a thickness of about 1, 1 mm.
  • a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This has no noticeable influence on the mechanical or optical properties.
  • the following bending strengths according to DIN EN ISO 14125 were determined for the samples: Table. Intransparent fiber composite materials - bending strength
  • the fabrics used can be processed into fiber composites with particularly high flexural strength.
  • the fiber composite materials according to the invention in which the matrix contains a component which reacts with the fibers (here: maleic anhydride (MA)), have a significantly higher flexural strength than the comparative molding compositions without such a component, such as PC (OD) or PA6.
  • a bending strength of 150 MPa was found for the fiberglass material Luran 378P G7, which is not according to the invention and reinforced with short glass fibers, and therefore has a significantly lower flexural strength.
  • the impact resistance and puncture behavior (Dart Test to ISO 6603) was determined for the fiber composite materials. Again, the fiber composite materials showed a high stability of Fm> 3000 N.
  • the evaluation of different textile systems based on glass fibers with different matrix systems to a fiber composite material has shown that good fiber composite materials (as organic sheets and semi-finished products made from them) can be produced reproducibly. These can be made colorless or colored.
  • the fiber composite materials showed good to very good optical, haptic and mechanical properties (such as with regard to their flexural strength and puncture resistance). Mechanically, the tissues showed somewhat greater strength and rigidity than scrim.
  • the styrene copolymer-based matrices (SAN matrices) tended to result in better fiber composite materials in terms of mechanical properties than the alternative matrices such as PC and PA6.
  • the fiber composite materials according to the invention could be produced semi-automatically or fully automatically by means of a continuous process.
  • the fiber composite materials (organo-nobleche) according to the invention can be easily transformed into three-dimensional semi-finished products.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a fibre-composite (V) containing reinforcing fibres (B) and a thermoplastic styrol-copolymer moulding compound (A), comprising the following steps: a) producing a flat or 3-dimensional textile structure (G) made from reinforcing fibres (B) and thermoplastic styrol-copolymer-fibres (F), said styrol-copolymer-fibres (F) consisting of the material of the thermoplastic styrol-copolymer-molding compounds (A); b) warming the textile structure (G) to a temperature which is above the melting range of the thermoplastic styrol-copolymer-fibres (F); c) cooling the fibre composite material (V) obtained in step b.

Description

Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffen auf Basis von Styrol-Copolymeren  Process for the production of thermoplastic fiber composite materials based on styrene copolymers
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs V (auch Organoblech genannt), enthaltend eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A und Verstärkungsfasern B, wobei das Verfahren die Herstellung eines textilen Gebildes G aus den Verstärkungsfasern B und thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F umfasst, welche aus dem Material der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A bestehen. The present invention relates to a process for producing a thermoplastic fiber composite material V (also called organic sheet) comprising a thermoplastic styrene copolymer molding compound A and reinforcing fibers B, the process comprising the production of a textile structure G from the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene Copolymer fibers F, which consist of the material of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A.
Faserverbund-Werkstoffe bestehen aus Verstärkungsfasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Die Einsatzbereiche von Faserverbund-Werkstoffen sind vielfältig. Beispielsweise kommen Faserverbund-Werkstoffe im Fahrzeug- 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 gegenüber 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 Belastungsrichtung 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 aufzu- nehmenden Kräfte in die einzelnen Fasern und zur Beibehaltung der räumlichen Anordnung 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. Bei der Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen spielt die Verbindung von Fasern und Matrix zueinander eine wesentliche Rolle. Hierzu ist es notwendig eine vollständige und gleichmäßige Durchdringung der durch die Verstärkungsfasern B gebildeten Struktur mit dem Matrix-Material zu erzielen. Die Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen aus Verstärkungsfasern und Kunstharzen erfolgt üblicherweise in der Form, dass textile Gebilde, sogenannte Faser- Halbzeuge, (z.B. Gewebe, Gelege oder Fasermatten) mit einem Kunstharz imprägniert werden, welches anschließend zur Aushärtung gebracht wird. Das Kunstharz besteht dabei in der Regel aus einem Prä-Polymer und einem Härter. Das Prä-Polymer ist hierbei ein Polymer oder Oligomer mit einem vergleichsweise geringen Molekulargewicht. Daher weist das Kunstharz zunächst eine geringe Viskosität auf und kann das Faserhalbzeug rasch durchdringen. Der kurz vor dem Imprägnieren zugegebene Härter leitet die Polymerisation des Prä-Polymers ein. Fiber composite materials consist of reinforcing fibers embedded in a polymer matrix. The fields of application of fiber composite materials are manifold. For example, fiber composite materials are used in the vehicle and aviation sectors. In this case, 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. At the same time, fiber composite materials are distinguished by high strength and rigidity, combined with low density and other advantageous properties, such as 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 loading direction and load type. Here, the fibers are primarily responsible for the strength and rigidity of the fiber composite material. In addition, their arrangement determines the mechanical properties of the respective fiber composite material. On the other hand, 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. In the production of fiber composite materials, the connection of fibers and matrix to one another plays an essential role. For this purpose, it is necessary to achieve a complete and uniform penetration of the structure formed by the reinforcing fibers B with the matrix material. The production of fiber composite materials from reinforcing fibers and synthetic resins is usually carried out in the form that textile structures, so-called fiber semi-finished products (eg fabrics, scrims or fiber mats) are impregnated with a synthetic resin, which is then brought to cure. As a rule, the synthetic resin consists of a pre-polymer and a hardener. The pre-polymer here is a polymer or oligomer with a comparatively low molecular weight. Therefore, the synthetic resin initially has a low viscosity and can penetrate the semi-finished fiber quickly. The hardener added shortly before impregnation initiates the polymerization of the pre-polymer.
Dadurch erhöht sich die Viskosität des Kunstharzes bis schließlich ein hochmolekularer, häufig duroplastischer Kunststoff erhalten wird, der die Verstärkungsfasern des Faserverbund-Werkstoffs gleichmäßig umgibt. Da die verwendeten duroplastischen Kunstharze nach dem Aushärten unschmelzbar sind, müssen die Faserverbund- Werkstoffe in der Form erzeugt werden, in der sie später verwendet werden sollen. Ein einfaches Umformen ist nicht möglich. Durch die Herstellung vorimprägnierter Fasern oder Faserhalbzeuge, sogenannt Prepregs, ist es aber möglich, den Aufwand bei der eigentlichen Herstellung des endgültigen Bauteils zu reduzieren. Dazu werden die Faserhalbzeuge mit Prä-Polymer imprägniert und anschließend unter geschützter Atmo- Sphäre (niedrige Temperatur, geringer Sauerstoffgehalt) gelagert. Das Aushärten kann so zu einem späteren Zeitpunkt z.B. durch erwärmen erfolgen. So könne Ort und Zeitpunkt der Imprägnierung und der formgebenden Polymerisation voneinander getrennt werden. Thermoplastische Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie durch Erwärmen über den Schmelzpunkt des Polymers wiederholt umgeformt werden können. Diese Eigenschaft wird sich in Organoblechen zur Nutze gemacht, welche aus Verstärkungsfasern bestehen, die in eine thermoplastische Polymermatrix eingebettet sind und dadurch unter Erwärmen umgeformt werden können. This increases the viscosity of the synthetic resin until finally a high molecular weight, often thermosetting plastic is obtained which uniformly surrounds the reinforcing fibers of the fiber composite material. Since the thermosetting synthetic resins used are infusible after curing, the fiber composite materials must be produced in the form in which they are to be used later. A simple forming is not possible. By producing preimpregnated fibers or semi-finished fiber products, so-called prepregs, it is possible to reduce the effort involved in the actual production of the final component. For this purpose, semi-finished fiber products are impregnated with pre-polymer and then stored under a protected atmosphere (low temperature, low oxygen content). The curing can be done later at e.g. done by heating. Thus, the place and time of the impregnation and the shaping polymerization can be separated from each other. Thermoplastics have the advantage that they can be repeatedly reshaped by heating above the melting point of the polymer. This property is made use of in organic sheets which consist of reinforcing fibers which are embedded in a thermoplastic polymer matrix and can thereby be transformed under heating.
Nachteilig ist, dass geeignete thermoplastische Kunststoffe hochmolekular sind. Sie weisen daher auch im geschmolzenen Zustand eine hohe Viskosität auf. Es ist daher sehr zeitaufwändig, ein vollständiges Durchdringen der Faserhalbzeuge zu erreichen. US 2014/0232042 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Befestigungsmittel auf Basis von Composit-Materialien, die aus mit thermoplastischem Harz durchsetzten Faserflocken hergestellt werden. Diese Faserflocken werden dadurch hergestellt, dass die Fasern zunächst mit thermoplastischem Harz vorimprägniert werden und anschließend in kurze Abschnitte geschnitten werden. Solche Composite haben den Nachteil, dass sie aufgrund der kurzen Faserlängen vergleichsweise weniger stabil sind. The disadvantage is that suitable thermoplastics are high molecular weight. They therefore have a high viscosity even in the molten state. It is therefore very time-consuming to achieve complete penetration of the semi-finished fiber products. US 2014/0232042 describes a method for the production of fasteners based on composite materials, which are produced from thermoplastic resin interspersed fiber flakes. These fiber flakes are made by first preimpregnating the fibers with thermoplastic resin and then cutting them into short sections. Such composites have the disadvantage that they are relatively less stable due to the short fiber lengths.
Im Stand der Technik ist zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffen umfassenden Verstärkungsfasermatten die Verwendung von Hybridgarnen bekannt. TW-B 235970 beschreibt beispielsweise solche Garne, die als Verstärkungsfasern verwendet werden. Diese werden erhalten, indem die Verstärkungsfasern zusammen mit thermo- plastischen Fasern verwunden werden. Das Bauteil wird erhalten durch Legen der miteinander verwundenen Fasern und anschließendes Erwärmen auf eine Temperatur, die ausreicht, um eine Durchdringung der Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Polymer zu erzielen. So erhaltene Textil-Prepregs zeichnen sich durch eine gute Drapierbarkeit, Lösungsmittelfreiheit und die Verwendung rationeller, textiler Verarbeitungsprozesse aus. Diese Vorteile werden jedoch durch den hohen Aufwand der Herstellung der Polymerfilamen- te aufgehoben (vgl. „Handbuch der Verbundwerkstoffe, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (Hrsg.); Carl Hanser Verlag, München, 2014, Seite 182 bis 183). In the prior art, the use of hybrid yarns is known for producing reinforcing fiber mats comprising thermoplastic materials. For example, TW-B 235970 describes such yarns used as reinforcing fibers. These are obtained by twisting the reinforcing fibers together with thermoplastic fibers. The component is obtained by laying the fibers twisted together and then heating to a temperature sufficient to achieve penetration of the reinforcing fibers with the thermoplastic polymer. Textile prepregs obtained in this way are characterized by good drapability, freedom from solvents and the use of efficient textile processing processes. However, these advantages are offset by the high expense of producing the polymer filaments (see "Handbuch der Verbundwerkstoffe, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (ed.), Carl Hanser Verlag, Munich, 2014, pages 182 to 183).
Weitere Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Textil-Prepregs sind im Stand der Technik beschrieben. Im„Handbuch der Faserverbundkunststoffe/Composites", AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. (Hrsg.), 4. Auflage, Springer Fachmedien, Wiesbaden, 2014, Seite 236 wird in diesem Zusammenhang auf das Co- weaving und Co-knitting hingewiesen, beides Techniken bei denen Verstärkungsfasern und Fasern, welche aus dem Matrixmaterial bestehen, im ebenen Textilprozess, d.h. beim Weben oder Stricken, miteinander kombiniert werden. Diese Techniken bringen jedoch keine Verkürzung des zurückzulegenden Fließweges mit sich und somit auch keine Beschleunigung des Herstellungsprozesses (vgl. auch„Handbuch der Verbund- Werkstoffe, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (Hrsg.); Carl Hanser Verlag, München, 2014, Seite 182 bis 183; und„Polymer Rheology and Processing", A. A. Collyer, L. A. Utracki (Hrsg.) Elsevier Science Publishing Co., Inc., New York, 1990, Seite 392-393). Other processes for producing thermoplastic textile prepregs are described in the prior art. The "Handbuch der Faserverbundkunststoffe / Composites", AVK - Industrievereinigung Reinforced Plastics eV (ed.), 4th edition, Springer Fachmedien, Wiesbaden, 2014, page 236, refers to co-weaving and co-knitting, both techniques in which reinforcing fibers and fibers, which consist of the matrix material, are combined in the planar textile process, ie during weaving or knitting, but these techniques do not entail a shortening of the flow path to be covered and therefore no acceleration of the production process (see also "Handbuch the composite materials, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (ed.), Carl Hanser Verlag, Munich, 2014, pages 182 to 183, and "Polymer Rheology and Processing", AA Collyer, LA Utracki (ed. Elsevier Science Publishing Co., Inc., New York, 1990, pages 392-393).
DE 690 10 059 beschreibt Gewebestrukturen, in denen Fasern nicht-thermoplastischer Verstärkungsmaterialien wie Glas, Aramid, Carbon oder Siliziumdioxid zusammen mit Fasern thermoplastischer Kunststoffe wie Polyetherimiden, Polyetheretherketonen, Polycarbonaten, Flüssigkristall-Polymeren, Polyphenylensulfiden oder Polyethersulfo- nen verwoben oder verstrickt werden. Dieses Gewebe wird zusammen mit weiteren Geweben aus den genannten Materialien zu mehrschichtigen Laminaten gestapelt, welche durch Einwirkung von Wärme geformt und bearbeitet werden können, um verschiedene steife Gegenstände zu erhalten. Zur Dauer des Schmelzprozesses wird keine Aussage getroffen. DE 690 10 059 describes fabric structures in which fibers of non-thermoplastic reinforcing materials such as glass, aramid, carbon or silicon dioxide are woven or entangled together with fibers of thermoplastic materials such as polyetherimides, polyetheretherketones, polycarbonates, liquid-crystal polymers, polyphenylene sulfides or polyether sulfones. This fabric is stacked together with other fabrics of the above materials to form multilayer laminates, which can be heat-formed and worked to obtain various rigid articles. No statement is made about the duration of the melting process.
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. US 201 1/0020572 describes organic sheet components having a hybrid design of, for example, a high flow polycarbonate component. In this process, polycarbonate (PC) is rendered flowable by suitable additives, such as hyperbranched polyesters, ethylene / (meth) acrylate copolymers or low molecular weight polyalkylene glycol esters.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs (Organoblech) bereitzustellen, welches eine gründliche und rasche Durchdringung der Verstärkungsfasern mit der thermoplastischen Polymermatrix sicherstellt. Der Faserverbund-Werkstoff sollte einfach herstellbar sein. Ferner sollte das Verfahren vielseitig anwendbar und an die gewünschten Ergebnisse leicht anpassbar sein. An object of the invention is to provide a process for producing a thermoplastic fiber composite material (organic sheet), which ensures a thorough and rapid penetration of the reinforcing fibers with the thermoplastic polymer matrix. The fiber composite material should be easy to produce. Furthermore, the method should be versatile and easily adaptable to the desired results.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass es möglich ist, einen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoff V, enthaltend mindestens eine thermoplastische Styrol-Copolymer- Formmasse A als Polymermatrix und mindestens eine Verstärkungsfaser B, herzustellen, indem zunächst ein textiles Gebilde G aus den Verstärkungsfasern B und thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F, hergestellt aus der thermoplastische Styrol- Copolymer-Formmasse A, bereitgestellt wird, welches dann durch Erwärmen des texti- len Gebildes G auf eine Temperatur, die oberhalb des Schmelzbereiches der thermo- plastischen Styrol-Copolymer-Fasern F liegt und anschließendes Abkühlen des erhaltenen Faserverbund-Werkstoffs V, erhalten wird. It has surprisingly been found that it is possible to produce a thermoplastic fiber composite material V containing at least one thermoplastic styrene copolymer molding composition A as polymer matrix and at least one reinforcing fiber B, by first a textile structure G of the reinforcing fibers B and thermoplastic Styrene copolymer fibers F, prepared from the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, which is then by heating the textile structure G to a temperature which is above the melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F. and then cooling the obtained fiber composite material V, is obtained.
Der so erhaltene Faserverbund-Werkstoff V zeichnet sich dadurch aus, dass das nach dem Schmelzen der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F verbleibende textile Gebilde aus den Verstärkungsfasern B besonders gleichmäßig von der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A durchdrungen ist. Besonders vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass die Zeit, die zum Schmelzen der Styrol-Copolymer- Formmasse A und zum Durchdringen der Verstärkungsfasern B mit der Styrol- Copolymer-Formmasse A benötigt wird, deutlich reduziert werden kann, da die Ver- Stärkungsfasern B und die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F bereits gleichmäßig im textilen Gebilde G verteilt sind. So können die vergleichsweise dünnen thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F rasch aufgeschmolzen werden. Die so erhaltene geschmolzene thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A muss aufgrund der gleichmäßigen Verteilung nicht mehr weit in das Gewebe der Verstärkungs- fasern B eindringen. Man erhält bereits nach kurzer Zeit einen gleichmäßig mit der Sty- rol-Copolymer-Formmasse A durchsetzten Faserverbund-Werkstoff V. Dies gelingt auch bei komplizierten Formteilen wie beispielsweise Formteilen mit unterschiedlichen Schichtdicken in verschiedenen Bereichen des Formteils. The resulting fiber composite material V is characterized in that the remaining after the melting of the thermoplastic styrene copolymer fibers F textile structure of the reinforcing fibers B is particularly uniformly penetrated by the thermoplastic styrene copolymer molding compound A. A particularly advantageous feature of this process is that the time required to melt the styrene copolymer molding compound A and to penetrate the reinforcing fibers B with the styrene copolymer molding compound A can be significantly reduced, since the reinforcing fibers B and the thermoplastic styrene copolymer fibers F are already uniformly distributed in the textile structure G. Thus, the comparatively thin thermoplastic styrene copolymer fibers F can be rapidly melted. The molten thermoplastic styrene copolymer molding compound A thus obtained does not have to penetrate far into the fabric of the reinforcement due to the uniform distribution. fibers B penetrate. After only a short time, a fiber composite material V uniformly interspersed with the styrene copolymer molding compound A is obtained. This is also possible with complicated molded parts such as, for example, shaped parts having different layer thicknesses in different regions of the molded part.
Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise insbesondere Faserverbund-Werkstoffe V mit Bereichen unterschiedlicher Dicke vorteilhalft herstellbar sind. It has been found that fiber composite materials V with regions of different thickness can be produced in this way, in particular, in an advantageous manner.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung ei- nes Faserverbund-Werkstoffs V, enthaltend Verstärkungsfasern B und eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A, umfassend die Schritte: a. Herstellen eines flächenförmigen oder räumlichen textilen Gebildes G aus den Verstärkungsfasern B und thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F, wobei die Styrol-Copolymer-Fasern F aus dem Material der thermoplastischen Styrol-One aspect of the present invention thus relates to a process for producing a fiber composite material V comprising reinforcing fibers B and a thermoplastic styrene copolymer molding compound A comprising the steps: a. Production of a sheet-like or spatial textile structure G from the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F, wherein the styrene copolymer fibers F are made of the material of the thermoplastic styrene
Copolymer-Formmasse A bestehen; Consist of copolymer molding compound A;
b. Erwärmen des textilen Gebildes G auf eine Temperatur, die oberhalb des Schmelzbereiches der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F liegt; b. Heating the textile fabric G to a temperature higher than the melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F;
c. Abkühlen des in Schritt b erhaltenen Faserverbund-Werkstoffs V. c. Cooling of the fiber composite material V. obtained in step b.
Ein Faserverbund-Werkstoff V im Sinne dieser Erfindung ist ein Werkstoff umfassend eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A und mindestens eine Verstärkungsfaser B, wobei die Verstärkungsfasern B in der thermoplastischen Styrol- Copolymer-Formmasse A eingebettet sind. 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 one reinforcing fiber B, wherein the reinforcing fibers B are embedded in the thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
Thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es sich um eine Styrol-Copolymer-Formmasse A handelt, die mindestens ein thermoplastisches Styrol-haltiges Copolymer umfasst. Geeignete Co-Monomere sind beispielsweise a-Methylstyrol, Acrylnitril, Methacrylnitril, und 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 A zu 100 Gew.-% aus einem Styrol-Copolymer. Thermoplastic styrene copolymer molding compound A in this context means that it is a styrene copolymer molding compound A comprising at least one thermoplastic styrene-containing copolymer. Suitable co-monomers are, for example, a-methylstyrene, acrylonitrile, methacrylonitrile, and methyl methacrylate (MMA), conjugated dienes and / or acrylates. Preferably, 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 A is 100% by weight of a styrene 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.-% The invention particularly relates to the use of a thermoplastic fiber composite material V as described above, containing (or consisting of): a) 30 to 95 wt .-% of the thermoplastic styrene copolymer molding composition A, preferably 35 to 90 wt .-%, in particular 40 to 80 wt .-%
b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, bevorzugt 10 bis 65 Gew.-%, insbesondere 20 bis 60 Gew.-% und b) 5 to 70 wt .-% of the reinforcing fibers B, preferably 10 to 65 wt .-%, in particular 20 to 60 wt .-% and
c) 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 25 Gew.-% des Additivs C. c) 0 to 40 wt .-%, preferably 0 to 30 wt .-%, in particular 0.1 to 25 wt .-% of the additive C.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem das Styrol- Copolymer der Styrol-Copolymer-Formmasse A ein Styrol-Butadien-Blockcopolymer ist. In one embodiment, the invention relates to a process wherein the styrene copolymer of styrene copolymer molding material A is a styrene-butadiene block copolymer.
Alternativ oder zusätzlich kann die Styrol-Copolymer-Formmasse A auch Polystyrol enthalten oder (weitgehend) aus Polystyrol bestehen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem die thermoplastischen Styrol- Copolymer-Fasern F mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Styrol/Acrylnitril- Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymere (ABS) und Acryl- nitril/Styrol/Acrylester-Copolymere (ASA) enthalten. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Verstärkungsfasern B aus der Gruppe enthaltend Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern ausgewählt sind. Alternatively or additionally, the styrene copolymer molding composition A may also contain polystyrene or (largely) consist of polystyrene. The invention also relates to a process in which the thermoplastic styrene copolymer fibers F at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile / styrene / acrylic ester -Copolymers (ASA) included. In one embodiment, the invention relates to a process wherein the reinforcing fibers B are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem das textile Gebilde G ein Gewebe, Gelege, Gestrick, Geflecht, Gewirk, Vliesstoff oder Filz ist, wobei jeweils die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F und die Verstärkungsfasern B miteinander verarbeitet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem das textile Gebilde ein Gewebe, Gewirk, Gelege oder Gestrick ist. Besonders bevorzugt ist das textile Gebilde G ein Gewebe, insbesondere ein Gewebe, das mindestens 5 Gew.-% an Verstärkungsfasern B, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-% an Verstärkungsfaser B enthält. The invention also relates to a method in which the textile structure G is a woven fabric, scrim, knitted fabric, braid, knitted fabric, nonwoven fabric or felt, wherein in each case the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B are processed together. In particular, the invention relates to a method in which the textile structure is a woven, knitted, laid or knitted fabric. The textile structure G is particularly preferably a woven fabric, in particular a woven fabric which contains at least 5% by weight of reinforcing fibers B, more preferably at least 10% by weight of reinforcing fiber B.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein thermoplastisches Faserhalbzeug H, enthaltend thermoplastische Styrol-Copolymer-Fasern F und Verstärkungsfasern B, wobei die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F und die Verstärkungsfasern B durch ein textiltechnisches Fertigungsverfahren zu einem flächenförmigen oder räumlichen texti- len Gebilde G miteinander verbunden wurden. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Faserhalbzeug H, bei dem das Sty- rol-Copolymer der Styrol-Copolymer-Formmasse A ein Styrol-Butadien-Block- copolymer ist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft Erfindung auch ein Faserhalbzeug H, bei dem die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril/Styrol/Acrylester-Copolymere (ASA) enthalten. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Faserhalbzeug H, bei dem die Verstärkungsfasern B aus der Gruppe enthaltend Carbonfasern, Glasfasern und Aramid- fasern ausgewählt sind. The invention also relates to a thermoplastic fiber semi-finished product H containing thermoplastic styrene copolymer fibers F and reinforcing fibers B, wherein the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B by a textile manufacturing process to form a sheet-like or spatial textile entity G together were connected. In one embodiment, the invention relates to a semifinished fiber H in which the styrene copolymer of the styrene copolymer molding compound A is a styrene-butadiene block copolymer. In a further embodiment, the invention also relates to a semi-finished fiber H, wherein the thermoplastic styrene copolymer fibers F at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile / styrene / Acrylic ester copolymers (ASA) included. In one embodiment, the invention relates to a semifinished fiber H in which the reinforcing fibers B are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers.
Die Erfindung betrifft auch ein Faserhalbzeug H, bei dem das textile Gebilde G ein Gewebe, Gewirk, Gelege, Gestrick, Geflecht, Gewirk, Vliesstoff oder Filz ist, wobei jeweils die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F und die Verstärkungsfasern B miteinander verarbeitet wurden. The invention also relates to a semi-finished fiber H, wherein the textile structure G is a woven, knitted, scrim, knitted, braided, knitted, nonwoven or felt, wherein each of the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B were processed together.
Bevorzugt ist das Faserhalbzeug H ein Gewebe, insbesondere ein Gewebe, das min- destens 5 Gew.-% an Verstärkungsfasern B, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-% an Verstärkungsfasern B enthält. Preferably, the semi-finished fiber H is a fabric, in particular a fabric containing at least 5 wt .-% of reinforcing fibers B, more preferably at least 10 wt .-% of reinforcing fibers B.
Ferner ist ein Formteil T Gegenstand der Erfindung, hergestellt durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: a. Herstellen eines thermoplastischen Faserhalbzeugs H wie zuvor beschrieben; b. Formgebendes Schmelzen des Faserhalbzeugs H, um das gewünschte Formteil T zu erhalten; Further, a molded article T is the subject of the invention, produced by a process comprising the following steps: a. Producing a semi-finished thermoplastic fiber H as described above; b. Shaping melting of the semi-finished fiber H to obtain the desired molding T;
c. Abkühlen des erhaltenen Formteils T. c. Cooling of the obtained molding T.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Formteil T, bei dem das Faserhalbzeug H vor dem Schritt des formgebenden Schmelzens auf mindestens einer Seite mit einer Schicht, enthaltend einen weiteren thermoplastischen Kunststoff, versehen wird. Die Erfindung betrifft auch ein Formteil T, bei dem das formgebende Schmelzen durch Formpressen, Heißpressen, Diaphragma-Formen oder Hydroformen erfolgt. In one embodiment, the invention relates to a molding T, in which the semi-finished fiber H is provided on at least one side with a layer containing another thermoplastic material before the step of shaping. The invention also relates to a molded part T, in which the shaping melting takes place by compression molding, hot pressing, diaphragm molding or hydroforming.
Styrol-Copolymer-Formmasse A (Komponente A) Der Faserverbund-Werkstoff V bzw. das Faserhalbzeug H enthält mindestens 20 Gew.-%, in der Regel mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbund-Werkstoffs V, der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A. Die Styrol-Copolymer-Formmasse A macht bevorzugt von 30 bis 95 Gew.-%, beson- ders bevorzugt von 35 bis 90 Gew.-%, oftmals von 40 bis 80 Gew.-% und insbesondere von 45 bis 75 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff V, des Faserhalbzeugs H bzw. des fertigen Faserverbund-Werkstoffs V aus. Styrene copolymer molding compound A (component A) The fiber composite material V or the semi-finished fiber H contains at least 20 wt .-%, usually at least 30 wt .-%, based on the total weight of the fiber composite material V, the thermoplastic styrene copolymer molding material A. The styrene Copolymer molding compound A preferably comprises from 30 to 95% by weight, more preferably from 35 to 90% by weight, often from 40 to 80% by weight and in particular from 45 to 75% by weight, based on the fiber composite material V, the semi-finished fiber H or the finished fiber composite material V from.
Geeignete thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmassen A sind alle thermoplasti- sehe Styrol-Copolymer-Formmassen, die sich zu Fasern verarbeiten lassen. Suitable thermoplastic styrene copolymer molding compositions A are all thermoplastic see styrene copolymer molding compounds, which can be processed into fibers.
Die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A ist bevorzugt eine amorphe Formmasse, wobei amorpher Zustand der thermoplastischen Formmasse (Thermoplast) bedeutet, dass die Makromoleküle ohne regelmäßige Anordnung und Orientie- rung, d.h. ohne gleich bleibenden Abstand, völlig statistisch angeordnet sind. The thermoplastic styrene copolymer molding compound 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.
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, vergleichsweise gering. Es können besonders glatte Oberflächen bei den Formteilen erhalten werden. Preferably, the entire thermoplastic styrene copolymer molding compound A has amorphous, thermoplastic properties, is therefore fusible and (largely) non-crystalline. As a result, the shrinkage of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, and therefore also of the entire fiber composite material V, is comparatively low. It can be obtained particularly smooth surfaces in the moldings.
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. Alternatively, the component A contains a partially crystalline fraction of less than 60 wt .-%, preferably less than 50 wt .-%, more preferably less than 40 wt .-%, based on the total weight of component A. Semi-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.
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 Styrol-Copolymer, insbesondere ein solches, das für die Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen V geeignet ist. Bevorzugt werden für die Styrol-Copolymer-Formmasse A amorphe Thermoplaste ein- gesetzt. 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 bevorzugt werden ABS Copolymere als thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A eingesetzt. 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 can be, for example, a blend of a styrene copolymer with one or more polycarbonate (s) and / or one or more partially crystalline polymers (such as polyamide), the proportion of partially crystalline mixed components in the entire component A being less than 50 wt .-%, preferably less than 40 wt .-% should be. The styrene copolymer molding compound A comprises at least styrene copolymer, in particular one suitable for the production of fiber composite materials V. Amorphous thermoplastics are preferably used for the styrene copolymer molding compound A. For example, styrene copolymers such as styrene-acrylonitrile copolymers (SAN) or α-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. In particular, SAN, ABS and ASA are used. Very particular preference is given to using ABS copolymers as thermoplastic styrene copolymer molding compound A.
Auch Blends der zuvor genannten Copolymere mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Mischkomponenten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.-%. Blends of the abovementioned copolymers with polycarbonate or semicrystalline polymers such as polyamide are also suitable, provided that the proportion of partially crystalline mixed components in component A is less than 50% by weight.
Erfindungsgemäßes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer als thermoplastische Styrol- Copolymer-Formmasse A kann nach bekannten Methoden hergestellt werden aus Sty- rol, Acrylnitril, Butadien und ggf. einem funktionellen weiteren Monomer, wie z. B. Me- thylmethacrylat (MMA), Maleinsäureanhydrid (MSA) oder N-Phenylmaleinimid (N-PMI). Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer according to the invention as thermoplastic styrene copolymer molding composition A can be prepared by known methods from styrene, acrylonitrile, butadiene and optionally a functional further monomer, such. Methyl methacrylate (MMA), maleic anhydride (MSA) or N-phenylmaleimide (N-PMI).
Das ABS-Copolymer kann z. B. 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. The ABS copolymer may, for. From 35 to 70% by weight of butadiene, from 20 to 50% by weight of styrene and from 9 to 38% by weight of acrylonitrile and from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.1 to 3% by weight. % 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.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die erfindungsgemäße Komponenten A ein Styrol/Butadien-Copolymer wie z.B. schlagfestes Polystyrol, ein Styrol- Butadien-Blockcopolymer wie z.B. Styrolux®, Styroflex® (beide von Styrolution, Frankfurt), K-Resin®, Clearen®, Asaprene®. In a further preferred embodiment, the component A of the invention is a styrene / butadiene copolymer such as e.g. Impact-resistant polystyrene, a styrene-butadiene block copolymer, e.g. Styrolux®, Styroflex® (both from Styrolution, Frankfurt), K-Resin®, Clearen®, Asaprene®.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Styrol-Copolymer-Formmasse A aus mindestens 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 werden. 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 a further embodiment, the styrene copolymer molding compound A may consist of at least two mutually different thermoplastic styrene copolymer molding compositions. For example, these different molding material types may have a different melt volume flow rate (MVR) and / or different coalescing volume flow rate (MVR). Have monomers or additives. For example, in a preferred embodiment, ABS molding compounds and SAN molding compounds can be combined. 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.
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. In a preferred embodiment, 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. Preferably, 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.
Gemäß der Erfindung kann der Begriff Molekulargewicht (Mw) im weitesten Sinne als die Masse eines Moleküls oder einen 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. According to the invention, the term molecular weight (Mw) in the broadest sense can be understood as the mass of a molecule or a 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 specified. The molecular weight (Mw) is the weight average which can be determined by the methods known in the art.
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 Tetrah yd rofu ran bestimmt werden kann (GPC mit UV-Detektor). Das Molekulargewicht Mw der thermoplastischen Formmassen A kann in einem Bereich von +/- 20% variieren. 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, it being possible to determine Mw 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%.
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 Erfin- dung wird die Styrol-Copolymer-Formmasse A nach der Herstellung nach dem Fachmann bekannten Verfahren isoliert und vorzugsweise zu Granulat verarbeitet. Danach kann die Herstellung der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F nach einem dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, insbesondere mittels Schmelzextrusion. Verstärkungsfasern B (Komponente B) 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). In a preferred embodiment of the invention, the styrene copolymer molding compound A after the preparation is isolated by processes known to those skilled in the art and preferably processed into granules. Thereafter, the preparation of the thermoplastic styrene copolymer fibers F can be carried out by a method known to the person skilled in the art, in particular by melt extrusion. Reinforcing fibers B (component 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 bevor- zugt 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. In einer Ausführungsform werden Materia- lien verwendet, welche kein thermoplastisches Verhalten aufweisen. 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 vor- zugt of 5 to 70 wt .-%, particularly 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 , As 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. In one embodiment, materials are used which have no thermoplastic behavior.
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. 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.
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: 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:
eine Filament-Zahl von mehr als 500, insbesondere mehr als 1000, und a filament number of more than 500, especially more than 1000, and
eine Garnfeinheit von 10 bis 5000 tex, insbesondere von 50 bis 4000 tex. a yarn count of 10 to 5000 tex, especially from 50 to 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. (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).
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 Flächengebilde nach dem Naßlegeverfahren 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 glasfaserverstärken Kunststoffen (GFK) Anwendung. Bislang enthalten die Glasfaser-Schlichten generell eine große Anzahl an Bestandteilen, wie beispielsweise Filmbildner, Gleitmittel, Netzmittel und Haftvermittler. Furthermore, by means of the sizing, the cutting process of the fiber can be facilitated in order to obtain, above all, an identical staple length. In addition, 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 sheets by the wet laying method. 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). So far, the glass fiber sizes generally contain a large number of constituents, such as film formers, lubricants, wetting agents and adhesion promoters.
Ein Filmbildner schützt die Glasfilamente vor gegenseitiger Reibung und kann zusätz- lieh eine Affinität zu Kunstharzen verstärken, um somit die Festigkeit und den Zusammenhalt eines Verbundwerkstoffes zu fördern. Stärkederivate, Polymere und Copoly- mer 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. A film former protects the glass filaments from mutual friction and may additionally enhance affinity for synthetic resins, thus promoting the strength and cohesiveness of a composite material. 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.
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. 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.
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. 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.
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 organofunktionellen Sila- ne, wie beispielsweise Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und ähnliche sind zu nennen. Often there is no suitable affinity between the polymer matrix and the glass fibers. This bridging can take over adhesion promoters, which increase the adhesion of polymers to the fiber surface. Most organofunctional silanes, such as, for example, aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltrimethoxysilane and the like, may be mentioned.
Silane, welche einer wässrigen Schlichte zugesetzt werden, werden meist zu Silanolen hydrolysiert. Diese Silanole können dann mit reaktiven (Glas-)Faseroberflächen reagie- ren und somit eine Haftmittelschicht (mit einer Dicke von ca. 3 nm) bilden. 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).
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 gelingt 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. As a result, 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. However, such a preparation is time-consuming and lasts until complete curing of the polymers (for example the abovementioned epoxy resins) approximately between 30 minutes to more than one hour. A functionalization by reaction with polymers is also known. Thus, by using low molecular weight polycarbonate types, it is possible to impregnate the glass fiber fabric or fabric well and to perform a "grafting" by reaction of functional groups on the glass fiber surface with the polycarbonate, which increases the compatibility with the polymer.
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 Ge- brauchstauglichkeit, wie beispielsweise eine geringe Resistenz gegenüber Spannungs- riss auslösenden Agenzien, wie polare Lösungsmittel, aufweist. However, this procedure has the disadvantage that polycarbonate (PC) has a very high viscosity and for this impregnation step low molecular weight, ie. low-viscosity PC must be used, which has extremely poor usability, such as low resistance to stress cracking agents, such as polar solvents.
Die Verstärkungsfasern B liegen in dem erfindungsgemäße Faserhalbzeug H zusammen mit den thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F als Gewebe, Gewirk, Ge- lege, Gestricke, Geflechte, Vliesstoff oder Filz vor. Bevorzugt ist das textile Gebilde G ein Gewebe, Gewirk, Gelege oder Gestrick. Besonders bevorzugt ist das textile Gebilde G ein Gewebe, insbesondere eines, welches mindestens 5 Gew.-% an Verstärkungsfasern B enthält. 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 mechanisch durch Reibung und/oder Formschluss. Die Fadenlagen bei mehrlagigen Gelegen können alle unterschiedlichen Orientierungen aufweisen, auch aus unterschiedli- chen Fadendichten und unterschiedlichen Fadenfeinheiten bestehen. The reinforcing fibers B are present in the fiber semifinished product H according to the invention together with the thermoplastic styrene copolymer fibers F as a woven, knitted, folded, knitted, braided, nonwoven or felt. Preferably, the textile structure G is a woven, knitted fabric, scrim or knit. Particularly preferably, the textile structure G is a fabric, in particular one which contains at least 5 wt .-% of reinforcing fibers B. 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.
Ein 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. Gewirke (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 Wirk- wäre der Faden übereinander stehende Maschen bildet (Faden verläuft senkrecht und bildet mit dem benachbarten Faden ein Maschenstäbchen). 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. Vliese sind Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs, die auf irgendeine Weise zu einem Vlies zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind. Filz ist ein textiles Flächengebilde aus einem ungeordneten, nur schwer zu trennenden Fasergut und entsteht durch trockene Vernadelung (Nadelfilz) oder durch Verfestigung mit unter hohem Druck aus einem Düsenbalken austretenden Wasserstrahlen. A 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. Knitted fabrics (also called knits or hosiery) are made of thread systems by stitching on a knitting machine industrially produced fabrics. When knitting, however, one stitch is made next to the other (thread runs horizontally, along one course), while in effect the thread forms stitches on top of each other (thread runs vertically and forms a wale with the adjacent thread). 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. Nonwovens are structures of limited length fibers, filaments or cut yarns of any kind and of any origin which have been somehow joined together to form a nonwoven and joined together in some manner. Felt is a textile fabric made of a disordered, difficult to separate fiber material and is produced by dry needling (needle felting) or by solidification with under high pressure emerging from a nozzle beam water jets.
Im Faserverbund-Werkstoff V liegen die Verstärkungsfasern B in Form eines textilen Gebildes G' vor, welches sich dadurch vom textilen Gebilde G des Faserhalbzeugs H unterscheidet, dass die das textile Gebilde G bildenden thermoplastischen Styrol- Copolymer-Fasern F durch Schmelzen in die thermoplastische Styrol-Copolymer- Formmasse A überführt worden sind. Das textile Gebilde G' wird somit nur noch aus den Verstärkungsfasern B gebildet und kann sich so in seinem Aufbau vom Gebilde G des Faserhalbzeugs unterscheiden. Dennoch ist das textile Gebilde G' im Faserverbund-Werkstoff V bevorzugt ein Gelege, ein Gewebe, Gestrick oder ein Gewirke. Besonders bevorzugt ist das textile Gebilde G' ein Gelege oder ein Gewebe. In the fiber composite material V are the reinforcing fibers B in the form of a textile structure G ', which differs from the textile structure G of the semifinished fiber H that the textile structure G forming thermoplastic styrene copolymer fibers F by melting in the thermoplastic styrene Copolymer molding compound A have been transferred. The textile structure G 'is thus formed only from the reinforcing fibers B and can thus differ in its structure from the structure G of the semifinished fiber product. Nevertheless, the textile structure G 'in the fiber composite material V is preferably a scrim, a woven fabric, a knitted fabric or a knitted fabric. Particularly preferably, the textile structure G 'is a scrim or a fabric.
Die Verstärkungsfasern B liegen in dem Faserverbund-Werkstoff V bevorzugt in einer strukturell definierten und ausgerichteten Form eingebettet vor. Vorzugsweise wird von einem laminatartigen oder laminaren Aufbau des Faserverbund-Werkstoffs V ausgegangen. Derartig gebildete flächige Laminate enthalten schichtweise aufgebaute Verbünde aus flächigen Verstärkungslagen (aus Verstärkungsfasern B) und Lagen der diese benetzenden und zusammenhaltenden Styrol-Copolymer-Formmasse A. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern B schichtweise in den Faserverbund-Werkstoff V eingebettet. Sie können dadurch erhalten werden, dass die textilen Gebilde G in mehreren Schichten übereinander angeordnet werden und gegebenenfalls aneinander fixiert werden. Diese Fixierung kann durch alle dem Fachmann geläufigen Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Verknoten, Verknüpfen, Ver- schlingen, Vernähen oder durch die Verwendung eines geeigneten Bindemittels. The reinforcing fibers B are preferably embedded in the fiber composite material V in a structurally defined and aligned form. Preferably, a laminate-like or laminar structure of the fiber composite material V is assumed. Laminated laminates formed in this way comprise laminations of sheet-like reinforcing layers (of reinforcing fibers B) and layers of the styrene copolymer molding compound W moistening and holding them together. According to a preferred embodiment, the reinforcing fibers B are embedded in layers in the fiber composite material V. They can be obtained by arranging the textile structures G in several layers one above the other and optionally fixing them together. This fixation can be carried out by all methods familiar to the person skilled in the art, for example by knotting, linking, entangling, sewing or by the use of a suitable binder.
Das textile Gebilde G kann flächig oder auch räumlich ausgestaltet sein. Flächig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich das Gebilde G im Wesentlichen in zwei Dimensionen erstreckt und die dritte Dimension nur durch die natürliche Schichtdicke einer einlagigen textilen Schicht, welche durch die Faserdicke vorgegeben wird, eingenommen wird. Räumlich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schichtdicke des Gebildes G wenigsten in Teilbereichen größer ist, als dies durch die natürliche Schichtdicke einer einlagigen textilen Schicht vorgegeben ist. The textile structure G may be designed flat or spatially. Flat in this context means that the structure G extends essentially in two dimensions and the third dimension only by the natural layer thickness a single-layer textile layer, which is given by the fiber thickness, is taken. Spatially means in this context that the layer thickness of the structure G at least in some areas is greater than is predetermined by the natural layer thickness of a single-layer textile layer.
So können beispielsweise durch geeignete textile Verfahren rippenartige Verdickungen in das textile Gewebe eingearbeitet werden. Auch umfassen die räumliche textile Gebilde G beispielsweise Hohlkörper wie Röhren oder Schläuche. Eine räumliche Ausgestaltung kann durch ein dem Fachmann geläufiges Verfahren erreicht werden. 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. For example, rib-like thickenings can be incorporated into the textile fabric by means of suitable textile processes. The spatial textile structures G also include, for example, hollow bodies such as tubes or hoses. A spatial configuration can be achieved by a method familiar to the person skilled in the art. The reinforcing fibers B may additionally comprise auxiliaries which serve to produce and process the reinforcing fibers B, increase the durability of the reinforcing fibers B or improve the interaction of the reinforcing fibers B with the thermoplastic styrene copolymer molding material A. For this purpose, 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. Then, for the production of the fiber composite material V, 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. Today, a variety of different adhesion agents are available. Depending on the field of application, 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.
Additive (Komponente C) Additives (component C)
Als weitere Komponente C enthält der Faserverbund-Werkstoff V gegebenenfalls 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). As further component C, the fiber composite material V 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 components A to C, one or more additive other than components A and B (auxiliaries and additives).
Als Additive sind beispielsweise 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 nieder- molekulare 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. Examples of additives include 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. Even esters as low molecular compounds are mentioned. Also, according to the present invention, 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.
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 Kao- lin, besonders kalzinierter Kaolin zur Verfügung gestellt werden. 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.
Unter UV-Stabilisatoren fallen beispielsweise verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, die im Allgemeinen in Mengen bis zu 2 Gew.-% eingesetzt werden können. 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.
Erfindungsgemäß können der thermoplastischen Formmasse Oxidationsverzögerer und Wärmestabilisatoren zugesetzt werden. Sterisch gehinderte Phenole, Hydrochino- ne, 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. According to the invention, oxidation inhibitors and heat stabilizers may be added to the thermoplastic molding compound. Sterically hindered phenols, hydroquinones, substituted representatives of this group, secondary aromatic amines, optionally in combination with phosphorus-containing acids or their salts, and mixtures of these compounds, preferably in concentrations of up to 1% by weight, based on the weight of the mixture , are usable.
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. Furthermore, according to the invention 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. It is possible to use the calcium, zinc or aluminum salts of stearic acid and also dialkyl ketones, for example distearyl ketone. Furthermore, ethylene oxide-propylene oxide copolymers can also be used as lubricants and mold release agents. Furthermore, natural and synthetic waxes can be used. These include PP waxes, PE waxes, PA waxes, grafted PO waxes, HDPE waxes, PTFE waxes, EBS waxes, montan wax, carnauba and beeswaxes.
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 Formmasse stabil, so dass keine korrosiven Gase freigesetzt werden und die Wirksamkeit dadurch nicht beeinträchtigt wird. Bevorzugt werden halogenfreie Verbindungen, wie zum Beispiel Phosphorverbindungen, insbesondere Phosphinoxide 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 oligomere Phosphorverbindungen mit einem Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol wie zum Beispiel in EP-A 0 363 608 beschrieben. 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 molding composition of this invention so that no corrosive gases are released and efficacy is not thereby compromised. Preference is given to halogen-free compounds, such as phosphorus compounds, in particular phosphine oxides and Derivatives of acids of phosphorus and salts of acids and acid derivatives of phosphorus used. Phosphorus compounds particularly preferably contain ester, alkyl, cycloalkyl and / or aryl groups. Likewise suitable are oligomeric phosphorus compounds having a molecular weight of less than 2000 g / mol, as described, for example, in EP-A 0 363 608.
Ferner können Pigmente und Farbstoffe enthalten sein. Diese sind allgemein in Mengen 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. Furthermore, pigments and dyes may be included. These are generally 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, included. The pigments for coloring thermoplastics are generally known, see, for example, R. Gächter and H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp. 494 to 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. 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. Of the two most common crystal modifications (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.
Schwarze Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Eisen- oxidschwarz (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 Pigmente bzw. Farbstoffe in Mischung einzusetzen, zum Beispiel Ruß mit Kupferphtha- locyaninen, da allgemein die Farbdispergierung in den Thermoplasten erleichtert wird. 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 preferred 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). Of course, 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. Furthermore, it may be advantageous to use said pigments or dyes in a mixture, for example, carbon black with Kupferphtha- locyaninen, since in general the color dispersion in the thermoplastics is facilitated.
Herstellung der thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffe V Production of the thermoplastic fiber composite materials V
Das Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werkstoffs V, enthaltend Verstärkungsfasern B und eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A, umfasst die Schritte: a. Herstellen eines flächenförmigen oder räumlichen textilen Gebildes G aus den Verstärkungsfasern B und thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F, wobei die Styrol-Copolymer-Fasern F aus dem Material der thermoplastischen Styrol- Copolymer-Formmasse A bestehen; The process for producing a fiber composite material V comprising reinforcing fibers B and a thermoplastic styrene copolymer molding compound A comprises the steps: a. Producing a sheet-like or spatial textile structure G of the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F, wherein the styrene copolymer fibers F are made of the material of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A;
b. Erwärmen des textilen Gebildes G auf eine Temperatur, die oberhalb des Schmelzbereiches der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F liegt; b. Heating the textile fabric G to a temperature higher than the melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F;
c. Abkühlen des in Schritt b erhaltenen Faserverbund-Werkstoffs V. c. Cooling of the fiber composite material V. obtained in step b.
Zur Herstellung des Faser-Verbundwerkstoffs wird in einem ersten Herstellungsschritt a ein flächenförmiges oder räumliches textiles Gebilde G aus den Verstärkungsfasern B und thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F bereitgestellt. To produce the fiber composite material, a sheet-like or spatial textile structure G comprising the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F is provided in a first production step a.
Die Styrol-Copolymer-Fasern F bestehen aus der thermoplastischen Styrol-Copolymer- Formmasse A. Geeignete thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmassen A sind alle thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmassen, die sich zu Fasern verarbeiten lassen. Ferner gelten bezüglich der Styrol-Copolymer-Fasern F alle Ausführungen, die betreffend der Styrol-Copolymer-Formmasse A gemacht wurden. The styrene copolymer fibers F consist of the thermoplastic styrene copolymer molding material A. Suitable thermoplastic styrene copolymer molding compositions A are all thermoplastic styrene copolymer molding compositions which can be processed into fibers. Further, with respect to the styrene copolymer fibers F, all embodiments made regarding the styrene copolymer molding compound A are applicable.
Bezüglich der Verstärkungsfasern B wird auf die zuvor getroffenen Ausführungen verwiesen. Das flächenförmige oder räumliche textile Gebilde G umfasst jedes Gebilde aus Textil- fasern, welches mittels bekannter textiler Fertigungsverfahren hergestellt werden kann. Geeignete textile Gebilde G können Gewebe, Gewirk, Gelege, Gestricke, Geflechte, Vliesstoff oder Filze sein. Bevorzugt ist das textile Gebilde G ein Gewebe, Gewirk, Gelege oder Gestrick. Besonders bevorzugt ist das textile Gebilde G ein Gewebe. With regard to the reinforcing fibers B, reference is made to the statements made above. The sheet-like or spatial textile structure G comprises any structure of textile fibers which can be produced by means of known textile production methods. Suitable textile structures G can be woven, knitted, laid, knitted, braided, nonwoven or felts. Preferably, the textile structure G is a woven, knitted fabric, scrim or knit. Particularly preferably, the textile structure G is a fabric.
Die flächenförmigen oder räumlichen textilen Gebilde G zeichnen sich dadurch aus, dass diese dadurch erhalten werden, dass Fasern mindestens zweier Materialien miteinander in dem textilen Fertigungsverfahren verarbeitet werden. Die Fasern mindestens zweier Materialien sind dabei mindestens eine Verstärkungsfaser B und mindes- tens eine Styrol-Copolymer-Faser F. Die gemeinsame Verarbeitung kann derart erfolgen, dass ein Teil der Fasern im textilen Fertigungsverfahren zur Herstellung eines textilen Gebildes G aus der Verstärkungsfasern B durch Styrol-Copolymer-Fasern F ersetzt wird. So wird ein einzelnes textiles Gebilde G erhalten, in dem beide Fasern eingearbeitet sind. The sheet-like or spatial textile structures G are characterized in that they are obtained by processing fibers of at least two materials with one another in the textile production process. The fibers of at least two materials are at least one reinforcing fiber B and at least one styrene copolymer fiber F. The joint processing can be carried out such that a part of the fibers in the textile manufacturing process for producing a textile structure G from the reinforcing fibers B by styrene Copolymer fibers F is replaced. Thus, a single textile structure G is obtained, in which both fibers are incorporated.
Der Anteil der mindestens einen Styrol-Copolymer-Faser F kann über die gesamte Ausdehnung des textilen Gebildes G konstant gehalten oder variiert werden. In Bereichen mit einem höheren Anteil an Styrol-Copolymer-Fasern F erhält man so nach Beendigung des Herstellungsverfahrens einen Faserverbund-Werkstoff V mit einem Ei- genschaftsprofil der zu einem höheren Grad dem der Styrol-Copolymer-Formmasse A entspricht (z.B. größere Festigkeit bei Raumtemperatur), während Bereiche mit einem geringeren Anteil an Styrol-Copolymer-Fasern F in ihrem Eigenschaftsprofil eher dem Verbundfasergewebe ähneln (z.B. größere Flexibilität bei Raumtemperatur). The proportion of the at least one styrene copolymer fiber F can be kept constant or varied over the entire extent of the textile structure G. In areas with a higher proportion of styrene copolymer fibers F, a fiber composite material V with an egg is thus obtained after completion of the production process. property profile which to a higher degree corresponds to that of the styrene copolymer molding compound A (eg greater strength at room temperature), whereas areas with a smaller proportion of styrene copolymer fibers F are more similar in their property profile to the composite fiber fabric (eg greater flexibility at room temperature) ,
Textile Fertigungsverfahren zur Herstellung solcher textilen Gebilde in denen eine Vielzahl verschiedener Fasern miteinander verarbeitete sind, sind dem Fachmann bekannt (vgl.„Handbuch der Verbundwerkstoffe", M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (Hrsg.); Carl Hanser Verlag, München, 2014, Seite 182 bis 183;„Handbuch der Verbundwerk- Stoffe, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (Hrsg.); Carl Hanser Verlag, München, 2014, Seite 182 bis 183; und„Polymer Rheology and Processing", A. A. Collyer, L. A. Utracki (Hrsg.) Elsevier Science Publishing Co., Inc., New York, 1990, Seite 392-393). Textile production processes for the production of such textile structures in which a multiplicity of different fibers are processed with one another are known to the person skilled in the art (see "Handbuch der Verbundwerkstoffe", M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (ed.), Carl Hanser Verlag, Munich, 2014, pages 182 to 183; Handbuch der Verbundwerk-Stoffe, M. Neitzel, P. Mitschang, U. Breuer (ed.), Carl Hanser Verlag, Munich, 2014, pages 182 to 183, and "Polymer Rheology and Processing ", AA Collyer, LA Utracki (ed.) Elsevier Science Publishing Co., Inc., New York, 1990, pages 392-393).
Beispiele sind insbesondere das Co-Weaving (Co-Weben), bei dem jeweils ein Teil der Kettfäden und/oder ein Teil der Schussfäden aus Styrol-Copolymer-Fasern F besteht. Bevorzugt sind die Styrol-Copolymer-Fasern F regelmäßig in das so hergestellte Gewebe eingearbeitet, z.B. indem jeder zweite Kett- und/oder Schussfaden eine Styrol- Copolymer-Faser F ist. Der Anteil der Styrol-Copolymer-Fasern F kann verringert werden indem diese in geringeren Wiederholungsraten eingearbeitet werden, sodass z.B. nur jeder dritter oder jeder vierte Kett- und/oder Schussfaden eine Styrol-Copolymer- Faser F ist. Außerdem können beispielsweise die Styrol-Copolymer-Fasern F ausschließlich als Kett- oder als Schussfaden verwendet werden. Beide Maßnahmen zur Variation des Anteils an Styrol-Copolymer-Fasern F können miteinander kombiniert oder unabhängig voneinander vorgenommen werden. Examples are, in particular, co-weaving, in which a part of the warp threads and / or a part of the weft threads consists in each case of styrene copolymer fibers F. Preferably, the styrene copolymer fibers F are incorporated regularly into the fabric thus produced, e.g. in that every second warp and / or weft thread is a styrene copolymer fiber F. The proportion of the styrene copolymer fibers F can be reduced by incorporating them at lower repetition rates, so that e.g. only every third or every fourth warp and / or weft yarn is a styrene copolymer fiber F. In addition, for example, the styrene copolymer fibers F can be used exclusively as a warp or weft. Both measures for varying the proportion of styrene copolymer fibers F can be combined or made independently.
Ähnlich dem Co-Weaving können Gelege hergestellt werden, in denen ein Teil der Verstärkungsfasern durch Styrol-Copolymer-Fasern ersetzt werden. In mehrlagigen Gelegen können dabei die einzelnen Lagen einen unterschiedlichen Gehalt an Styrol- Copolymer-Fasern F auf weisen. Similar to co-weaving, it is possible to produce scrims in which a part of the reinforcing fibers is replaced by styrene copolymer fibers. In multilayered layers, the individual layers may have a different content of styrene copolymer fibers F.
Weiterhin ist das Co-Knitting (Co-Stricken) dem Fachmann bekannt. Dabei werden textile Gebilde G dadurch hergestellt, dass ein Gestrick aus Verstärkungsfasern B und Styrol-Copolymer-Fasern F gebildet wird. Auf gleiche Weise können auch Gewirke, Geflechte oder Vliese hergestellt werden, bei denen ein Teil der Verstärkungsfasern B durch thermoplastische Styrol-Copolymer- Fasern F ersetzt wurde. Der Anteil an Styrol-Copolymer-Fasern F im textilen Gebilde G beträgt 30 bis 95 Gew.-% bezogen auf das textile Gebilde, bevorzugt 35 bis 90 Gew.-%, insbesondere 40 bis 80 Gew.-%. Die Verstärkungsfasern B machen 5 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 65 Gew.-%, insbesondere 20 bis 60 Gew.-% des textilen Gebildes G aus. Ferner kann das textile Gebilde 0 bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer Additive C enthalten, bevorzugt 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 25 Gew.-%. Furthermore, co-knitting (co-knitting) is known to the person skilled in the art. In this case, textile structures G are produced in that a knitted fabric of reinforcing fibers B and styrene copolymer fibers F is formed. In the same way, knitted fabrics, braids or nonwovens may also be produced in which part of the reinforcing fibers B has been replaced by thermoplastic styrene copolymer fibers F. The proportion of styrene copolymer fibers F in the textile structure G is 30 to 95 wt .-% based on the textile structure, preferably 35 to 90 wt .-%, in particular 40 to 80 wt .-%. The reinforcing fibers B make up 5 to 70 wt .-%, preferably 10 to 65 wt .-%, in particular 20 to 60 wt .-% of the textile structure G. Furthermore, the textile structure may contain 0 to 40 wt .-% of one or more additives C, preferably 0 to 30 wt .-%, in particular 0.1 to 25 wt .-%.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das textile Gebilde G derart ausgestaltet, dass es mindestens eine rippenartige Verdickung auf mindestens einer Ober- fläche des Gebildes G aufweist. Eine solche Verdickung stellt eine größere Werkstoffmenge dar. Hierdurch kann eine gezielte Versteifung des fertigen Faserverbund- Werkstoffs V erreicht werden. In a particularly preferred embodiment, the textile structure G is designed such that it has at least one rib-like thickening on at least one surface of the structure G. Such a thickening represents a larger amount of material. In this way, a targeted stiffening of the finished fiber composite material V can be achieved.
In einem zweiten Herstellungsschritt b zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs V wird das textile Gebilde G erwärmt. Die Temperatur wird dabei so gewählt, dass diese oberhalb des Schmelzbereiches der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F liegt. Bevorzugt liegt die Temperatur mindestens 10°C oberhalb der Schmelztemperatur der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F, stärker bevorzug mindestens 25°C, insbesondere mindestens 50°C. In a second production step b for producing the fiber composite material V, the textile structure G is heated. The temperature is chosen so that it is above the melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F. Preferably, the temperature is at least 10 ° C above the melting temperature of the thermoplastic styrene copolymer fibers F, more preferably at least 25 ° C, especially at least 50 ° C.
Schritt b wird bei einer Temperatur von mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C, stärker bevorzugt mindestens 300°C, insbesondere bei 300°C bis 400°C durchgeführt. Hierbei ist bevorzugt darauf zu achten, dass möglichst keine Pyrolyse auftritt und die verwendeten Komponenten thermisch nicht zersetzt werden. Step b is carried out at a temperature of at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C, more preferably at least 300 ° C, especially at 300 ° C to 400 ° C. In this case, it should preferably be ensured that as far as possible no pyrolysis occurs and the components used are not thermally decomposed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt daher bei der Durchführung des Schrittes b 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. According to a preferred embodiment, therefore, when carrying out step b, 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.
Das Verfahren, insbesondere der Schritte b, kann grundsätzlich bei beliebigem Druck durchgeführt werden (bevorzugt atmosphärischer Druck oder Überdruck), mit und ohne Anpressen der Komponenten. Bei einem Anpressen mit Überdruck können die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoffs V verbessert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird daher der Schritt b 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. The process, in particular the steps b, can in principle be carried out at any pressure (preferably atmospheric pressure or overpressure), with and without pressing of the components. When pressed with overpressure, the properties of the fiber composite material V can be improved. According to a preferred embodiment, therefore, the step b at a pressure of 5-50 bar and a pressing time of 10-60 s, preferably at a pressure of 10-30 bar and a pressing time of 15-40 s performed.
Durch den Schritt des Erwärmens erweichen die thermoplastischen Styrol-Copolymer- Fasern F, welche in das textile Gebilde G eingearbeitet sind, bis die Styrol-Copolymer- Fasern F schließlich schmelzen und die Styrol-Copolymer-Formmasse A bilden. The step of heating softens the thermoplastic styrene copolymer fibers F incorporated in the fabric G until the styrene copolymer fibers F finally melt and form the styrene copolymer molding compound A.
Die geschmolzene Styrol-Copolymer-Formmasse A kann nun die Hohlräume des verbleibenden, durch die Verstärkungsfasern B gebildeten textilen Gebildes G' durchdrin- gen und dieses gleichmäßig imprägnieren. Da die Styrol-Copolymer-Formmasse A in Form der Styrol-Copolymer-Fasern F bereits gleichmäßig in der durch die Verstärkungsfasern B gebildeten textilen Gebildes G' vorliegt, kann eine gleichmäßige und vollständige Imprägnierung des textilen Gebildes G' innerhalb kürzerer Zeit und/oder bei niedrigeren Temperaturen erzielt werden. The molten styrene copolymer molding compound A can now penetrate the cavities of the remaining textile structure G 'formed by the reinforcing fibers B and uniformly impregnate this. Since the styrene copolymer molding compound A in the form of the styrene copolymer fibers F is already present uniformly in the textile structure G 'formed by the reinforcing fibers B, a uniform and complete impregnation of the textile structure G' can take place within a shorter time and / or at lower temperatures are achieved.
Die erhöhte Temperatur gemäß Schritt b wird daher solange aufrecht gehalten, bis die Styrol-Copolymer-Fasern F ausreichend Zeit hatten zu schmelzen und die Hohlräume in dem verbleibenden textilen Gebilde G' aus Verstärkungsfasern B gleichmäßig auszufüllen. Dazu wird das Gebilde G vorzugsweise für mindestens 10 Sekunden, insbe- sondere mindestens 20 Sekunden erwärmt. Die Dauer ist dabei von der eingestellten Temperatur abhängig, sodass eine höhere Temperaturn eine kürzere Erwärmungsdauer erfordert, während bei einer Temperatur, die näher an der Schmelztemperatur der Styrol-Copolymer-Fasern F liegt, eine längere Zeit notwendig ist bis die Styrol- Copolymer-Formmasse A die das textile Gebilde G' aus Verstärkungsfasern B gleich- mäßig imprägniert hat. Therefore, the elevated temperature of the step b is maintained until the styrene copolymer fibers F have had time to melt and uniformly fill the voids in the remaining textile fabric G 'of reinforcing fibers B. For this purpose, the structure G is preferably heated for at least 10 seconds, in particular for at least 20 seconds. The duration is dependent on the set temperature, so that a higher Temperaturn requires a shorter heating time, while at a temperature which is closer to the melting temperature of the styrene copolymer fibers F, a longer time is necessary to the styrene copolymer molding compound A, which has uniformly impregnated the textile structure G 'of reinforcing fibers B.
In einem dritten Herstellungsschritt c wird der in Schritt b erhaltene Faserverbund- Werkstoff V abgekühlt. Dies kann durch aussetzen der Umgebungstemperatur oder durch aktives Kühlen der Faserverbund-Werkstoffs V bzw. der Vorrichtung, mit deren Hilfe die Erwärmung durchgeführt wird, erfolgen. In a third production step c, the fiber composite material V obtained in step b is cooled. This can be done by suspending the ambient temperature or by actively cooling the fiber composite material V or the device by means of which the heating is carried out.
Das Abkühlen erfolgt bevorzugt derart, dass der in Schritt b erhaltene Faserverbund- Werkstoff V aus Verstärkungsfasern B und noch erweichter oder geschmolzener Styrol-Copolymer-Formmasse A ohne Veränderung der Form des Faserverbund- Werkstoffs V durchgeführt wird. Dazu wird der in Schritt b erhaltene Faserverbund- Werkstoff V aus Verstärkungsfasern B und noch erweichter oder geschmolzener Styrol-Copolymer-Formmasse A vorzugsweise in der zum Erwärmen verwendeten Form abgekühlt, bis der Faserverbund-Werkstoff V eine Temperatur aufweist, die unterhalb des Schmelzbereichs der Styrol-Copolymer-Formmasse A liegt. Bevorzugt wird der Faserverbund-Werkstoff V der Vorrichtung erst entnommen, wenn sich eine ausreichende Festigkeit der Styrol-Copolymer-Formmasse A eingestellt hat. Bevorzugt wird der Faserverbund-Werkstoff V der Vorrichtung erst entnommen, wenn der Faserverbund-Werkstoff V auf der Oberfläche eine Temperatur aufweist, die mindestens 5°C unterhalb der Schmelztemperatur der Styrol-Copolymer-Formmasse A, stärker bevorzugt mindestens 10°C. The cooling is preferably carried out in such a way that the fiber composite material V obtained from step B is made of reinforcing fibers B and still softened or melted styrene copolymer molding compound A without changing the shape of the fiber composite material V. For this purpose, obtained in step b fiber composite material V of reinforcing fibers B and still softened or molten styrene copolymer molding compound A is preferably cooled in the mold used for heating until the fiber composite material V has a temperature below the melting range of styrene Copolymer molding compound A is located. Preferably, the Fiber composite material V of the device removed only when sufficient strength of the styrene copolymer molding compound A has been established. Preferably, the fiber composite material V of the device is removed only when the fiber composite material V on the surface has a temperature which is at least 5 ° C below the melting temperature of the styrene copolymer molding compound A, more preferably at least 10 ° C.
Bei dieser Konsolidierung werden Lufteinschlüsse in dem Faserverbund-Werkstoff V vermindert und eine gute Verbindung zwischen thermoplastischer Styrol-Copolymer- Formmasse A und Verstärkungsfasern B (insbesondere, wenn es sich um schichtenweise eingebettete Verstärkungsfasern B handelt) hergestellt. Bevorzugt ist es, nach Konsolidierung einen (möglichst weitgehend) porenfreien Materialverbund zu erhalten. In this consolidation, air pockets in the fiber composite material V are reduced and a good bond is made between thermoplastic styrene copolymer molding compound A and reinforcing fibers B (particularly when it is layered reinforcing fibers B). After consolidation, it is preferable to obtain a (as far as possible) non-porous composite material.
Der mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellte Faserverbund- Werkstoff V zeichnet sich dadurch aus, dass er mindestens ein flächenförmiges oder räumliches textiles Gebilde G' aus Verstärkungsfasern B enthält, welches in der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A eingebettet ist, wobei die Styrol- Copolymer-Formmasse A die Hohlräume zwischen den Verstärkungsfasern B im Wesentlichen ausfüllt. „Im Wesentlichen ausfüllt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Hohlräume zu mindestens 80 Vol.-%, bevorzugt 90 Vol.-%, insbesondere 95 Vol.-% mit der Styrol-Copolymer-Formmasse A ausgefüllt sind. The fiber composite material V produced by the method described above is characterized in that it comprises at least one sheet-like or spatial textile structure G 'of reinforcing fibers B, which is embedded in the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, wherein the styrene copolymer Formmasse A, the cavities between the reinforcing fibers B substantially fills. "Substantially fills in" in this context means that the cavities to at least 80 vol .-%, preferably 90 vol .-%, in particular 95 vol .-% are filled with the styrene copolymer molding composition A.
Alternativ können die genannten Schritte des Herstellungsverfahrens in getrennter Abfolge ausgeführt werden. Beispielsweise können zunächst textile Gebilde G vorbereitet werden, die in einem weiteren Arbeitsschritt zu einem Materialverbund als Faserverbund-Werkstoff V konsolidiert werden können. Alternatively, said steps of the manufacturing process may be carried out in separate sequence. For example, first textile structures G can be prepared, which can be consolidated in a further step to a composite material as fiber composite material V.
Die Erfindung betrifft dementsprechend auch ein Faserhalbzeug H. Dieses entspricht dem in Schritt a bereitgestellten flächenförmigen oder räumlichen textilen Gebilde G umfassend Verstärkungsfasern B und Styrol-Copolymer-Fasern F. Es ist dadurch erhältlich, dass mindestens eine Verstärkungsfaser B und mindestens eine Styrol- Copolymer-Fasern F miteinander in einem textilen Verarbeitungsverfahren zu einem haltenden textilen Verbund verarbeitet werden. Die Styrol-Copolymer-Fasern F bestehen aus der thermoplastischen Styrol-Copolymer- Formmasse A. Geeignete thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmassen A sind alle thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmassen, die sich zu Fasern verarbeiten lassen. Ferner gelten bezüglich des Materials, aus dem die Styrol-Copolymer-Fasern F gefertigt sind, alle Ausführungen, die betreffend der Styrol-Copolymer-Formmasse A gemacht wurden. Accordingly, the invention also relates to a semifinished fiber product H. This corresponds to the planar or spatial textile structure G provided in step a comprising reinforcing fibers B and styrene copolymer fibers F. It can be obtained by using at least one reinforcing fiber B and at least one styrene copolymer. Fibers F are processed together in a textile processing process to a holding textile composite. The styrene copolymer fibers F consist of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A. Suitable thermoplastic styrene copolymer molding compositions A are all thermoplastic styrene copolymer molding compositions which can be processed into fibers. Furthermore, with respect to the material from which the styrene copolymer fibers F are made, all designs that were made regarding the styrene copolymer molding compound A.
Die thermoplastische Styrol-Copolymer-Fasern F können durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, insbesondere mittels Schmelzextrusion. Bevorzugt weisen die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F 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 auf. Bezüglich der Verstärkungsfasern B wird auf die zuvor getroffenen Ausführungen verwiesen. The thermoplastic styrene copolymer fibers F can be effected by all methods known to the person skilled in the art, in particular by melt extrusion. The thermoplastic styrene copolymer fibers F preferably have a filament number of more than 500, in particular more than 1000, and a yarn count of from 10 to 5000 tex, in particular from 50 to 4000 tex. With regard to the reinforcing fibers B, reference is made to the statements made above.
Zur Bereitstellung des textilen Gebildes G werden die Verstärkungsfasern B zusammen mit den Styrol-Copolymer-Fasern F durch ein dem Fachmann geläufiges textil- technisches Verfahren zu Flächengebilden verarbeitet. Gängige Verfahren sind Weben, Stricken, Wirken, Ablegen, Flechten, Filzen und Knüpfen. Die flächenförmigen textilen Gebilde G im Sinne dieser Erfindung sind vorzugsweise Gewebe, Gelege, Gestricke, Geflechte, Gewirke, Vliesstoffe oder Filze gemäß den zuvor genannten Definitionen. Bevorzugt sind Gewebe. Als Bindungsarten des Gewebes kommen die Lein- wandbindung, die Köperbindung und die Atlasbindung in Betracht. To provide the textile structure G, the reinforcing fibers B are processed into fabrics together with the styrene copolymer fibers F by a textile-technical process familiar to the person skilled in the art. Common methods are weaving, knitting, knitting, laying, braiding, felting and knotting. The sheet-like textile structures G in the context of this invention are preferably fabrics, scrims, knits, braids, knitted fabrics, nonwovens or felts according to the abovementioned definitions. Preference is given to tissue. Possible weave types of weave include canvas weave, twill weave and satin weave.
Das erfindungsgemäße Faserhalbzeug H zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Fasern formstabil miteinander verbunden sind, um diese dadurch zu fixieren. Dies wird entweder dadurch erreicht, dass eine mechanische Fixierung erzielt wird, wie etwa durch Verknoten, Verknüpfen, Verschlingen, Vernähen oder durch die Reibung der Faseroberflächen aneinander. Das Faserhalbzeug H kann auch durch die BeSchichtung mittels eines geeigneten Bindemittels aneinander gebunden werden. Geeignete Bindemittel sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt ist eine mechanische Fixierung der Fasern untereinander, um so eine ausreichende Formstabilität zu erzielen, sodass das Faserhalbzeug H lager- und transportfähig ist. Das so erhaltene Faserhalbzeug H kann in aufgerollter Form platzsparend gelagert und transportiert werden und anschließend durch das zuvor beschriebene Verfahren gemäß den Schritten b und c in den Faserverbund-Werkstoff V der ge- wünschten Form gebracht werden. The semi-finished fiber H according to the invention is characterized in particular by the fact that the fibers are dimensionally stable connected to each other in order to fix them. This is achieved either by achieving a mechanical fixation, such as by knotting, linking, entangling, sewing or by the friction of the fiber surfaces together. The semi-finished fiber H can also be bound to each other by the BeSchichtung by means of a suitable binder. Suitable binders are known to the person skilled in the art. Preference is given to a mechanical fixation of the fibers with one another, so as to achieve a sufficient dimensional stability, so that the semi-finished fiber H is storable and transportable. The fiber semifinished product H thus obtained can be stored and transported in a space-saving manner in rolled-up form and subsequently brought into the fiber composite material V of the desired shape by the method described above according to steps b and c.
Der Faserverbund-Werkstoff V kann ferner dadurch verstärkt werden, dass in dem Herstellungsschritt b zusätzlich auf mindestens einer Seite des Faserhalbzeugs H eine Lage einer thermoplastischen Formmasse A' aufgebracht wird. Die Formmasse kann gleich oder verschieden von der Styrol-Copolymer-Formmasse A sein. Es kann sich bei der Formmasse beispielsweise um ein Styrol-haltiges Polymer, ein Polycarbonat, ein Polyolefin, oder ein anderes, dem Fachmann geläufiges thermoplastisches Polymer handeln. Vorzugsweise ist A ein Styrol-Copolymer oder ein Polycarbonat. In einer Aus- führungsform sind die Styrol-Copolymer-Formmassen A und A' identisch. Es wird auf die Ausführungen zur Styrol-Copolymer-Formmasse A verwiesen. Bevorzugt werden für die Formmasse A' beispielsweise 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. The fiber composite material V can also be reinforced by the fact that in the manufacturing step b in addition to at least one side of the semifinished fiber H a layer of a thermoplastic molding material A 'is applied. The molding compound can be the same or different from the styrene copolymer molding composition A. The molding composition may be, for example, a styrene-containing polymer, a polycarbonate, a polyolefin, or another thermoplastic polymer known to the person skilled in the art. Preferably, A is a styrene copolymer or a polycarbonate. In one embodiment, the styrene copolymer molding compositions A and A 'are identical. Reference is made to the comments on the styrene copolymer molding compound A. For example, styrene copolymers such as styrene-acrylonitrile copolymers (SAN) or α-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).
Die Formmasse A' kann in Form einer Folie, einer Schmelze, eines Granulats eines Pulvers oder einer anderen dem Fachmann geläufigen Form auf mindestens einer Seite des Faserhalbzeugs H aufgebracht werden. Bevorzugt wird die Formmasse A' in Form einer Folie oder eines Granulats auf mindestens einer Seite des Faserhalbzeugs H aufgebracht. Die Formmasse wird gleichmäßig auf mindestens einem Teil der gesamten Oberfläche der Faserhalbzeugs H verteilt. Bevorzugt wird die Formmasse A auf mindestens einem Teil der Oberfläche beider Seiten des Faserhalbzeugs H aufgebracht. The molding compound A 'can be applied in the form of a film, a melt, a granulate of a powder or another form familiar to the person skilled in the art on at least one side of the semifinished fiber H. Preferably, the molding material A 'is applied in the form of a film or granules on at least one side of the semi-finished fiber H. The molding compound is distributed uniformly over at least part of the entire surface of the semifinished fiber H. Preferably, the molding compound A is applied to at least part of the surface of both sides of the semi-finished fiber H.
Wird die Formmasse A aufgebracht, so geschieht dies in einer Menge von mindestens 0,1 g/cm2, bevorzugt mindestens 1 g/cm2, stärker bevorzugt mindestens 3 g/cm2 auf mindestens einer Oberfläche des Faserhalbzeugs H. If the molding compound A is applied, this is done in an amount of at least 0.1 g / cm 2 , preferably at least 1 g / cm 2 , more preferably at least 3 g / cm 2 on at least one surface of the semifinished fiber H.
Die Erfindung betrifft auch ein aus dem beschriebenen Faserhalbzeug H durch Umformen erhältliches oder erhaltenes Formteil T. Dies kann auf beliebige Art erfolgen, etwa durch mechanische Formgebung durch einen Formgebungskörper, der auch eine Wal- ze mit Prägung sein kann. The invention also relates to a molded part T which can be obtained or obtained from the semifinished fiber H described by deformation. This can be done in any desired manner, for example by mechanical shaping by means of a shaping body, which can also be a roller with embossing.
Bevorzugt wird der noch formbare Faserverbund-Werkstoff V, bei dem die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A und ggf. die Formmasse A' noch (teilweise) geschmolzen vorliegt, d.h. während der Durchführung des Schrittes b oder im An- schluss daran, geformt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein ausgehärteter Faserverbund-Werkstoff V kaltgeformt werden oder unter erneutem erwärmen umgeformt werden. Besonders bevorzugt wird das Formteil T durch ein Verfahren erhalten, in dem in einem ersten Schritt a das zuvor beschriebene Faserhalbzeug H bereitgestellt wird. In einem zweiten Schritt b wird das Faserhalbzeug H unter formgebendem Schmelzen in die gewünscht Form gebracht. Dazu kann jedes dem Fachmann geläufige und geeig- nete Verfahren angewandt werden. Preferably, the still moldable fiber composite material V, in which the thermoplastic styrene copolymer molding compound A and optionally the molding compound A 'still present (partially) molten, ie, during the implementation of step b or subsequently formed thereon. Alternatively or additionally, a cured fiber composite material V can be cold-formed or re-formed with reheating. Particularly preferably, the molded part T is obtained by a method in which the semi-finished fiber H described above is provided in a first step a. In a second step b, the semi-finished fiber H is brought into the desired shape under shaping melting. For this purpose, any method familiar and suitable to the person skilled in the art can be used.
Insbesondere wird das Faserhalbzeug H durch Formpressen, Heißpressen, Diaphragma-Formen oder Hydroformen in die gewünschte Form des Formteils T gebracht. Beim Formpressen wird das textile Halbzeug in eine offene Form geführt, erhitzt und unter Druck gepresst. Beim Heißpressen sind die Pressformen beheizt. Beim Diaphragmaformen wird ein Halbzeug zwischen zwei elastische Membranen, den sog. Diaphragmen, gelegt, deren Zwischenraum evakuiert wird. Das Halbzeug wird bis zur Erweichung erwärmt und dann mitsamt Diaphragma in ein Umform Werkzeug einge- bracht. Dieses besteht vorzugsweise nur aus einer Werkzeughälfte, die eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Werkstoffes hat. Diphragma und erweichtes Halbzeug werden mittels Druckluft in die Werkzeughälfte gepresst und das Halbzeug kühlt unter Formzwang und isostatischem Druck ab. Beim Hydroformen kommt ein aus Ober- und Unterwerkzeug bestehender Aufbau zum Einsatz, wobei das Unterwerkzeug die Gegenform bildet, in bzw. auf die das Laminat abgebildet werden soll. Das Oberwerkzeug besteht aus einer nach unten mittels einer flexiblen Membran verschlossenen Kammer, die für die Umformung mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden kann. Vor der Umformung muss die thermoplastische Formmasse durch Erwärmung aufgeweicht werden, z.B. durch Konvektionsöfen oder Kontaktheizung. In particular, the semi-finished fiber H is brought into the desired shape of the molded part T by compression molding, hot pressing, diaphragm molding or hydroforming. During compression molding, the textile semifinished product is led into an open mold, heated and pressed under pressure. In hot pressing, the molds are heated. In diaphragm molding, a semifinished product is placed between two elastic membranes, the so-called diaphragms, the space of which is evacuated. The semi-finished product is heated to softening and then placed together with the diaphragm in a forming tool. This preferably consists only of a mold half, which has a temperature below the softening temperature of the material. Diphragma and softened semi-finished products are pressed into the tool half by means of compressed air and the semifinished product cools down under forced pressure and isostatic pressure. In hydroforming, an assembly consisting of upper and lower tools is used, the lower tool forming the counter-mold into or onto which the laminate is to be imaged. The upper tool consists of a closed down by means of a flexible membrane chamber, which can be subjected to the deformation with hydraulic pressure. Before forming, the thermoplastic molding compound must be softened by heating, e.g. by convection ovens or contact heating.
Die Stabilität des Formteils T kann durch die Zugabe zusätzlicher Mengen an thermoplastischem Kunststoff erhöht werden. Dazu kann das Faserhalbzeug H vor dem Schritt des formgebenden Schmelzens auf mindestens einer Seite mit einer zusätzlichen Menge an einer thermoplastischen Formmasse A' versehen werden. Die Form- masse kann gleich oder verschieden von der Styrol-Copolymer-Formmasse A sein, welche die Grundlage für die Styrol-Copolymer-Fasern F bildet. Bezüglich der Auswahl der Styrol-Copolymer-Formmasse A gelten die zuvor gemachten Ausführungen. The stability of the molded part T can be increased by the addition of additional amounts of thermoplastic material. For this purpose, the semifinished fiber H can be provided on at least one side with an additional amount of a thermoplastic molding material A 'before the step of shaping melting. The molding material may be the same or different from the styrene copolymer molding compound A, which forms the basis for the styrene copolymer fibers F. With regard to the selection of the styrene copolymer molding compound A, the statements made above apply.
Die Formmasse A' kann in Form einer Folie, einer Schmelze, eines Granulats eines Pulvers oder einer anderen dem Fachmann geläufigen Form auf mindestens einer Seite des Faserhalbzeugs H aufgebracht werden. Bevorzugt wird die Formmasse A' in Form einer Folie oder eines Granulats auf mindestens einer Seite des Faserhalbzeugs H aufgebracht. Die Formmasse wird gleichmäßig auf mindestens einem Teil der ge- samten Oberfläche verteilt. Bevorzugt wird die Formmasse A' auf mindestens einem Teil der Oberfläche beider Seiten des Faserhalbzeugs H aufgebracht. The molding compound A 'can be applied in the form of a film, a melt, a granulate of a powder or another form familiar to the person skilled in the art on at least one side of the semifinished fiber H. Preferably, the molding material A 'is applied in the form of a film or granules on at least one side of the semi-finished fiber H. The molding material is uniformly applied to at least part of the distributed throughout the entire surface. Preferably, the molding compound A 'is applied to at least part of the surface of both sides of the semifinished fiber H.
Wird die Formmasse A' aufgebracht, so geschieht dies in einer Menge von mindestens 0,1 g/cm2, bevorzugt mindestens 1 g/cm2, stärker bevorzugt mindestens 3 g/cm2 auf mindestens einer Oberfläche des Faserhalbzeugs H. If the molding compound A 'is applied, this is done in an amount of at least 0.1 g / cm 2 , preferably at least 1 g / cm 2 , more preferably at least 3 g / cm 2 on at least one surface of the semi-finished fiber H.
Im Schritt b wird das Faserhalbzeug H und die ggf. auf einer oder mehreren Seiten davon aufgebrachte Formmasse A' erwärmt. In step b, the semi-finished fiber H and possibly applied to one or more sides thereof molding compound A 'is heated.
Dazu wird eine Temperatur angewendet, die oberhalb der Temperatur des Schmelzbereiches der Styrol-Copolymer-Fasern F und ggf. der Formmasse A' liegt. Bevorzugt wird eine Temperatur von mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C, stärker bevorzugt mindestens 300°C, insbesondere bei 300°C bis 400°C angewendet. Hierbei ist bevorzugt darauf zu achten, dass möglichst keine Pyrolyse auftritt und die verwendeten Komponenten thermisch nicht zersetzt werden. For this purpose, a temperature is used which is above the temperature of the melting range of the styrene copolymer fibers F and possibly the molding compound A '. Preferably, a temperature of at least 200 ° C, preferably at least 250 ° C, more preferably at least 300 ° C, in particular at 300 ° C to 400 ° C is applied. In this case, it should preferably be ensured that as far as possible no pyrolysis occurs and the components used are not thermally decomposed.
Der Pressvorgang kann grundsätzlich bei beliebigem Druck durchgeführt werden (bevorzugt atmosphärischer Druck oder Überdruck), mit und ohne Anpressen der Kompo- nenten. Bei einem Anpressen mit Überdruck können die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoffs V verbessert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird daher der Schritt b 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. Der Pressvorgang wird solange gehalten, bis die die thermoplastische Styrol-Copolymer-Fasern F in einem ausreichenden Ausmaß geschmolzen, um das textile Gebilde G' als Styrol-Copolymer-Formmasse A durchdringen zu können. Bevorzugt wird der Pressvorgang solange gehalten, bis alle Hohlräume der durch die Verstärkungsfasern B gebildeten textilen Gebildes G' vollständig mit der geschmolzenen Styrol-Copolymer-Formmasse A ausgefüllt sind. Bevorzugt wird der Pressvorgang 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 Minuten durchgeführt, um eine Pyrolyse des Polymers zu vermeiden. Als Heißpressen können alle dem Fachmann hierzu geläufigen Geräte verwendet werden. The pressing process can basically be carried out at any pressure (preferably atmospheric pressure or overpressure), with and without pressing on the components. When pressed with overpressure, the properties of the fiber composite material V can be improved. According to a preferred embodiment, therefore, the step b 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. The pressing operation is continued until the thermoplastic styrene copolymer fibers F are melted to an extent sufficient to penetrate the textile fabric G 'as a styrene copolymer molding material A. Preferably, the pressing operation is held until all the voids of the textile structure G 'formed by the reinforcing fibers B are completely filled with the molten styrene copolymer molding compound A. Preferably, the pressing process at temperatures of> 200 ° C is not more than 10 minutes, preferably not more than 5 minutes, more preferably not more than 2 minutes, in particular not more than 1 min. Often, 10 to 60 seconds are sufficient to avoid pyrolysis of the polymer. As hot pressing all the skilled person for this purpose devices can be used.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird daher zumindest ein Teilschritt des Schritts b bei einer Temperatur von 300 bis 340°C, insbesondere von 300 bis 320°C, für 10 s bis zu 1 min (beispielsweise von (etwa) 15 s, 20 s, 25 s, 30 s, 40 s, 50 s oder 60 s) durchgeführt. Dies kann dann die Anbindung der Verstärkungsfasern mit der Matrix verbessern. According to a particularly preferred embodiment, therefore, at least one sub-step of step b at a temperature of 300 to 340 ° C, in particular from 300 to 320 ° C, for 10 s up to 1 min (for example, from (about) 15 s, 20 s, 25 s, 30 s, 40 s, 50 s or 60 s). This can then improve the connection of the reinforcing fibers with the matrix.
In einem letzten Schritt c wird der erhaltene Faserverbund-Werkstoff V unter den Schmelzpunkt der Styrol-Copolymer-Formmasse A abgekühlt. Dadurch wird die Styrol- Copolymer-Formmasse A fest und der Faserverbund-Werkstoff V kann dem verwendeten Formwerkzeug entnommen werden. In a last step c, the obtained fiber composite material V is cooled below the melting point of the styrene copolymer molding compound A. As a result, the styrene copolymer molding compound A solid and the fiber composite material V can be removed from the mold used.
Dieser Schritt kann auch als Solidifikation bezeichnet werden. Die in der Regel unter Wärmeentzug stattfindende Solidifikation kann anschließend zu einem gebrauchsfertigen Formteil T führen. Optional kann das Formteil T noch nachbearbeitet werden (z.B. entgratet, poliert, gefärbt usw.). This step can also be called solidification. The solidification, which generally takes place with removal of heat, can then lead to a ready-to-use molded part T. Optionally, the molding T may be further finished (e.g., deburred, polished, colored, etc.).
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. 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 Organobleche werden daher bevorzugt mit einer Verrippung versehen bzw. auf einen geschäumten, thermoplastischen Kern oder auf einen Wabenkern als Deckschichten aufkaschiert (verschweißt). The process can be carried out continuously, semicontinuously or discontinuously. According to a preferred embodiment, the process is carried out as a continuous process, in particular as a continuous process for producing smooth or three-dimensionally embossed films. Alternatively, it is also possible to produce shaped parts T semi-discontinuously or discontinuously. 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 steel, can be compensated by a ribbing or sandwich construction , The organic sheets are therefore preferably provided with a ribbing or laminated on a foamed thermoplastic core or on a honeycomb core as outer layers (welded).
Die Verbesserung der Bauteilsteifigkeit durch eine Verrippung (Bildung einer gerippten Struktur) wird durch die Vergrößerung des Flächenträgheitsmomentes begründet. Ge- nerell beinhaltet die optimale Rippendimensionierung produktionstechnische, ästhetische und konstruktive Gesichtspunkte. Die Verrippung kann mittels eines Spritzgießmaterials, welches eine stoffschlüssige Anbindung zum Organoblech gewährleistet und so ein hohes Widerstandsmoment entstehen lässt, erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verrippung jedoch dadurch erzielt, dass bereits das textile Gebilde G durch textile Herstellungsverfahren derart ausgestaltet ist, dass das Gebilde G Verdickungen auf mindestens einer Oberfläche aufweist. So werden Faserverbund-Werkstoffe V erhalten, die durch diesen lokalen Materialüberschuss eine Verrippung enthalten. Dies kann durch entsprechend geformte Pressformen unterstützt werden. Durch die gleichmäßige Verteilung der Styrol-Copolymer-Fasern F innerhalb des gesamten Gebildes G wird auch an diesen Stellen mit erhöhter Materialmenge eine rasche und vollständige Durchdringung der Verstärkungsfasern B mit der Styrol-Copolymer-Formmasse A er- zielt. The improvement of the component stiffness by a ribbing (formation of a ribbed structure) is justified by the increase of the area moment of inertia. In general, optimal rib dimensions include production, aesthetic and constructive aspects. The ribbing can take place by means of an injection molding material, which ensures a cohesive connection to the organic sheet and thus gives rise to a high moment of resistance. In a preferred embodiment of the method according to the invention, however, the ribbing is achieved by already designing the textile structure G by textile production methods in such a way that the structure G has thickenings on at least one surface. Thus, fiber composite materials V are obtained, which contain a ribbing due to this local surplus of material. This can be supported by correspondingly shaped dies. Due to the uniform distribution of the styrene copolymer fibers F within the entire structure G, a rapid and complete penetration of the reinforcing fibers B with the styrene copolymer molding compound A is achieved even at these locations with an increased amount of material.
Bei dem Sandwichaufbau besteht ebenfalls eine Ähnlichkeit zwischen den verwendeten Materialeien, so dass auch hier ein stoffschlüssiger Verbund entsteht. Alternativ kann der Schaumkern mit den Decklagen verklebt werden oder es wird durch eine zu- sätzliche Thermoplasten-Schicht auf dem Organoblech eine Verkrallung in der Schaumstruktur hervorgerufen. In the sandwich structure, there is likewise a similarity between the materials used, so that here too a cohesive bond is formed. Alternatively, the foam core can be glued to the cover layers or it is caused by an additional thermoplastic layer on the organic sheet, a claw in the foam structure.
Die erzielte Gewichtsreduzierung ist bei allen bewegten Bauteilen von Vorteil, da durch die Gewichtsreduzierung der bewegten Massen eine Energieeinsparung erreicht wer- den kann. The achieved weight reduction is advantageous for all moving components, since energy saving can be achieved by reducing the weight of the moving masses.
Im Vergleich zu einer Polypropylen-basierten Formmasse ist ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen thermoplastischen Formmassen, die unpolare Oberfläche, die eine direkte Lackierung, Beklebung und Bedruckung ermöglicht. In comparison to a polypropylene-based molding compound, a further advantage of the thermoplastic molding compositions described here is the non-polar surface, which enables direct coating, pasting and printing.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Formteile T ist die hohe Steifigkeit und Festigkeit, welche innerhalb kürzester Verweilzeit im Herstellungsprozess erzielet werden kann. Die Steifigkeit und Festigkeit kann durch einen Sandwichverbund oder z. B. durch eine Verrippung weiter erhöht werden. A further advantage of the molded parts T produced according to the invention is the high rigidity and strength which can be achieved within the shortest residence time in the production process. The stiffness and strength can be achieved by a sandwich composite or z. B. be further increased by a ribbing.
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. As 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. 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.
Eine 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 Formmasse 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 transparent ist, kann durch eine Lackierung der Fasern diese sichtbar gemacht werden. One way to achieve sufficient rigidity is the injection molding or pressing back of a ribbing in the injection molding or pressing process. In order to achieve a cohesive connection between the ribs and the organic sheet here too, a suitable thermoplastic molding composition, in particular one of the abovementioned styrene copolymers, should be used. Preferably, a SAN, ABS or ASA-based thermoplastic molding composition is used. Furthermore, by means of an additional amorphous thermoplastic layer on the organic sheet and a nonwoven which has at least a grammage of 50 g / m 2 and is embedded between organic sheet and thermoplastic layer, a grain can be shaped by means of the tool wall, whereby the surface additionally can be functionalized (scratch resistance, concealment of sink marks). Depending on requirements, the additional layer of thermoplastic can be colored opaque, so that optically no organic sheet can be assumed, or one can specifically induce a "fiber look" through the use of a transparent layer It is possible to reduce costs and at the same time to reduce the weight, which can facilitate the assembly of the component and of the device.With the use of organ sheets in addition to a cost and weight advantage but also an aesthetic advantage of an amorphous, transparent styrene copolymer molding compound A, a so-called "fiber-look" can be achieved. Even with the use of glass fiber, which is naturally transparent, can be made visible by painting the fibers.
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 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. Furthermore, the organic sheets according to the invention have the advantage that they can be used unpainted, wherein the coating step can be saved in comparison to the steel sheet. By using organic sheets for housing and / or load-bearing structures, the weight of mobile devices can be reduced. This has the advantage that the devices become more manageable or a larger battery can be installed at the same weight in order to generate a longer battery life. In the case of the housings, the wall thickness is oversized, often due to inadequate flowability of the injection molding compound or too low a flow path / wall thickness ratio. The use of organic sheets can therefore substantially reduce the wall thickness since the organic sheet only has to be reshaped and thus can be made with a small thickness even for very large components.
Die erfindungsgemäßen Organobleche können beispielsweise mit einer Dicke von <1 mm, vorzugsweise <0,7 mm, besonders bevorzug <0,5 mm produziert werden. Wenn diese dünnen Organobleche mit einer Verrippung und Umsäumung ausgestaltet 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 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. The organic sheets according to the invention can be produced, for example, with a thickness of <1 mm, preferably <0.7 mm, particularly preferred <0.5 mm. When these thin sheets of organ made with a ribbing and Umsäumung are very rigid components, since the organo sheet is located in the edge of the shell component, which has an increase in the resistance moment result. Due to the amorphous styrene copolymer molding compound A and thus low shrinkage, the moldings have a very smooth surface, which can still be painted or laminated as needed.
Bei strukturellen Teilen, wie beispielsweise einem Tragrahmen, können die Organoble- che ebenfalls einen großen Gewichtsvorteil erreichen. Auch hier kann mit Hilfe einer Verrippung die Aussteifung der Bauteile unterstützt werden. Zusätzlich kann eine Funk- tionsintegration nachfolgende Montageschritte und weitere Bauteile einsparen und somit stellt sich neben dem Gewichts- auch ein Kostenvorteil ein. In structural parts, such as a support frame, the organosurfaces can also achieve a large weight advantage. Again, the stiffening of the components can be supported by means of a ribbing. In addition, functional integration can save subsequent assembly steps and addi- tional components, thus providing a cost advantage in addition to weight.
Figuren Figur 1 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 1 erhalten wurden. Figur 1A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 1 B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei die Fasern deutlich als horizontal verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 1 C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einigen Stellen nicht abgeschlossen ist. Figures Figure 1 shows the fiber composite materials, the test no. 1 were obtained. FIG. 1A shows the visual documentation. FIG. 1B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), the fibers clearly being shown as horizontally extending dark layer between the bright layers of thermoplastic molding material can be seen. Figure 1 C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completed in some places.
Figur 2 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 2 erhalten wurden. Figur 2A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 2B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei die Fasern deutlich als verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 2C zeigt die 200- fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung teilweise nicht abgeschlossen ist. FIG. 2 shows the fiber composite materials, which according to test no. 2 were obtained. FIG. 2A shows the visual documentation. FIG. 2B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), the fibers clearly being in the form of a running dark layer can be seen between the light layers of thermoplastic molding material. FIG. 2C shows a magnification of 200 times, whereby it can be seen that the impregnation is partly not completed.
Figur 3 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 3 erhalten wurden. Figur 3A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 3B zeigt die mikroskopische An- sieht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 3C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung weitgehend abgeschlossen ist. Figur 4 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 4 erhalten wurden. Figur 4A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 4B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 4C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einzelnen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist. Figur 5 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe W, die nach Versuchs-Nr. 5 erhalten wurden. Figur 5A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 5B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 4C zeigt die 200-fache Ver- größerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an wenigen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist. FIG. 3 shows the fiber composite materials which have been tested according to test no. 3 were obtained. FIG. 3A shows the visual documentation. FIG. 3B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), with no layer of fibers being recognizable is. Figure 3C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is largely completed. FIG. 4 shows the fiber composite materials which have been tested according to test no. 4 were obtained. FIG. 4A shows the visual documentation. FIG. 4B shows the microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25-fold magnification, right: 50-fold magnification), with no layer of fibers being recognizable. Figure 4C shows the 200-fold magnification, it can be seen that the impregnation is not completely completed at individual points. FIG. 5 shows the fiber composite materials W which have been tested according to test no. 5 were obtained. FIG. 5A shows the visual documentation. FIG. 5B shows a microscopic view of a section through the laminar fiber composite material arranged in a horizontal orientation (left: 25x magnification, right: 50x magnification), whereby no layer of fibers is discernible. FIG. 4C shows a magnification of 200 times, whereby it can be seen that the impregnation is not completely completed in a few places.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen und Ansprüchen näher beschrieben. The invention is described in more detail in the following examples and claims.
Beispiele Examples
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 thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten und Sandwichplatten durchgeführt. The following experiments were carried out on a commercially available interval hot press, which is able to produce a fiber / film composite of polymer film, melt or powder, for the quasi-continuous production of fiber-reinforced thermoplastic semi-finished products, laminates and sandwich panels.
Plattenbreite: 660 mm Plate width: 660 mm
Laminat-Dicke: 0,5 mm Laminate thickness: 0.5 mm
Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug Laminate tolerances: max. ± 0.1 mm according to semi-finished product
Sandwichplattenstärke: max. 30 mm Sandwich panel thickness: max. 30 mm
Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke  Output: approx. 0.1 - 60 m / h, depending on quality and component thickness
Nennvorschub 5 m/h Nominal feed 5 m / h
Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)  Tool pressure: Press unit 5-25 bar, infinitely variable for minimum and maximum tool size (optional)
Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen  Mold temperature control: 3 heating and 2 cooling zones
Werkzeugtemperatur: bis 400 °C Tool temperature: up to 400 ° C
Werkzeuglänge: 1000 mm Tool length: 1000 mm
Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm Produktionsrichtung: rechts nach links Opening travel press: 0.5 to 200 mm Production direction: right to left
Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe V (Organobleche) eignen sich besonders für die Herstellung von Bauteilen für den Bereich Automobilbau, Haushaltswaren, Elektrogeräte, Sportgeräte, Bau- und Konstruktionsmaterialien sowie Medizintechnik. The described fiber composite materials V (organo sheets) are particularly suitable for the production of components for the automotive industry, household goods, electrical appliances, sports equipment, construction and construction materials and medical technology.
Beispiel 1 Herstellung eines Faserhalbzeugs H Example 1 Production of a semifinished fiber product H
Mittels einer herkömmlichen Webmaschine wird ein Gewebe in Leinwandbindung her- gestellt. By means of a conventional weaving machine, a plain weave fabric is produced.
Als Fäden werden verwendet: As threads are used:
- Carbon-Endlosfaser mit einer Filamentzahl von 24k, einer Garnfeinheit von 1600 tex und einer Dichte von 1 ,81 g/cm3 (Verstärkungsfasern B) - continuous carbon fiber with a filament count of 24k, a yarn count of 1600 tex and a density of 1.81 g / cm 3 (reinforcing fibers B)
- Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer-Endlosfaser, erhalten aus einer thermoplastische ABS-Formmasse, hergestellt aus 45 Gew.-% Butadien, 30 Gew.-% Styrol, und 25 Gew.-% Acrylnitril (Styrol-Copolymer-Fasern F).  Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer continuous fiber obtained from a thermoplastic ABS molding composition prepared from 45% by weight of butadiene, 30% by weight of styrene, and 25% by weight of acrylonitrile (styrene copolymer fibers F) ,
Beide Fasertypen werden in der Art miteinander verwoben, dass jeder zweite Schuss- und Kettfaden aus einer Carbonfaser bzw. einer ABS-Faser gebildet wird. Both fiber types are woven together in such a way that every second weft and warp thread is formed from a carbon fiber or an ABS fiber.
Beispiel 2 Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs V Example 2 Production of the fiber composite material V
Das nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhaltene Faserhalbzeug H wird in die Intervall-Heißpresse eingeführt und bei 250°C für 30 Sekunden bei einem Druck von 15 bar gepresst. Der Faserverbund-Werkstoff V wird abgekühlt und der Intervall- Heißpresse entnommen. The semi-finished fiber H obtained by the process described above is introduced into the interval hot press and pressed at 250 ° C for 30 seconds at a pressure of 15 bar. The fiber composite material V is cooled and removed from the interval hot press.
Man erhält einen Faserverbund-Werkstoff V mit folgender Zusammensetzung: This gives a fiber composite material V with the following composition:
60 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff V, eines Acrylnitril-Butadien-60% by weight, based on the fiber composite material V, of an acrylonitrile butadiene
Styrol-Copolymers als thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A und Styrene copolymers as thermoplastic styrene copolymer molding compound A and
40 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff V, Carbon-Verstärkungsfasern 40 wt .-%, based on the fiber composite material V, carbon reinforcing fibers
B. B.
Beispiel 3 Herstellung von Formteilen T aus den Faserverbund-Werkstoffen V Example 3 Production of molded parts T from the fiber composite materials V
Aus dem Faserverbund-Werkstoff V werden durch thermisches Umformen Formteile hergestellt. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, thermoplastischen Faserhalbzeuge sowie Faserverbund-Werkstoffe V und Formteile daraus herzustellen, welche die thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A, Lagen aus Verstärkungsfasern B und ggf. ein Additiv C enthalten. Das Verfahren vereinfacht die Herstellung v.a. dadurch, dass die Styrol-Copolymer-Formmasse A bereits durch den vorgelagerten Schritt des Herstellens eines Faserhalbzeugs H in Form eines textilen Gebildes G gleichmäßig mit den Verstärkungsfasern B durchsetzt wird. So können auch textile Gebilde G, welche keine gleichmäßige Dicke aufweisen, in Faserverbund- Werkstoffe V und Formteile überführt werden, ohne dass die Imprägnierung dickerer Bereiche unvollständig ist oder nur unter hohem Zeitaufwand gewährleistet werden kann. From the fiber composite material V molded parts are produced by thermal forming. By using the method according to the invention, it is possible to produce thermoplastic semi-finished fiber products and fiber composite materials V and molded parts thereof, which contain the thermoplastic styrene copolymer molding compound A, layers of reinforcing fibers B and optionally an additive C. The process simplifies the production, in particular by virtue of the fact that the styrene copolymer molding compound A is already penetrated uniformly with the reinforcing fibers B by the preceding step of producing a semi-finished fiber product H in the form of a textile structure G. So textile structures G, which do not have a uniform thickness, can be converted into fiber composite materials V and moldings without the impregnation of thicker areas is incomplete or can be guaranteed only with great expenditure of time.
Herstellen von weiteren Faserverbund-Werkstoffen V Production of further fiber composite materials V
Versuche wurden auf einer Intervall-Heißpresse, welche in der Lage ist einen Faser/Folienverbund aus Polymerfolie, Schmelze oder Pulver herzustellen, zur quasikontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten und Sandwichplatten durchgeführt. Experiments were carried out on an interval hot press, which is able to produce a fiber / film composite of polymer film, melt or powder, for the quasi-continuous production of fiber-reinforced thermoplastic semi-finished products, laminates and sandwich panels.
Plattenbreite: 660 mm Plate width: 660 mm
Laminat-Dicke: 0,2 bis 9,0 mm Laminate thickness: 0.2 to 9.0 mm
Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug  Laminate tolerances: max. ± 0.1 mm according to semi-finished product
Sandwichplattenstärke: max. 30 mm Sandwich panel thickness: max. 30 mm
Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke Output: approx. 0.1 - 60 m / h, depending on quality and component thickness
Nennvorschub 5 m/h Nominal feed 5 m / h
Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)  Tool pressure: Press unit 5-25 bar, infinitely variable for minimum and maximum tool size (optional)
Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen Mold temperature control: 3 heating and 2 cooling zones
Werkzeugtemperatur: bis 400 °C Tool temperature: up to 400 ° C
Werkzeuglänge: 1000 mm Tool length: 1000 mm
Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm Opening travel press: 0.5 to 200 mm
Produktionsrichtung: rechts nach links Technische Daten der Schmelze-Plastifizierung: Production direction: right to left Technical data of melt plasticization:
Diskontinuierlicher Schmelze-Auftrag in Mittellage zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen;  Mid-layer discontinuous melt application for the production of fiber-reinforced thermoplastic semi-finished products;
Schneckendurchmesser: 35 mm Screw diameter: 35 mm
Max. Hubvolumen: 192 cm3 Max. Schneckendrehzahl: 350 U/min Max. Stroke volume: 192 cm 3 Max. Screw speed: 350 rpm
Max. Austragsstrom: 108 cm3/s Max. Discharge flow: 108 cm 3 / s
Max. Austragsdruck: 2406 bar spezifisch Gefahrene Thermoplast Kombinationen A:  Max. Discharge pressure: 2406 bar specific Hazardous thermoplastic combinations A:
A1 (Vergleich): S/AN mit 75 % Styrol (S) und 25 % Acrylnitril (AN), Viskositätszahl  A1 (comparison): S / AN with 75% styrene (S) and 25% acrylonitrile (AN), viscosity number
60, Mw von 250.000 g/mol (gemessen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eichstandards)  60, Mw of 250,000 g / mol (measured via gel permeation chromatography on standard columns with monodisperse polystyrene calibration standards)
A2: S/AN/Maleinsäureanhydrid Copolymer mit der Zusammensetzung (Gew%): 74/25/1 , Mw von 250.000 g/mol (gemessen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eichstandards) A2: S / AN / maleic anhydride copolymer having the composition (wt%): 74/25/1, Mw of 250,000 g / mol (measured via gel permeation chromatography on standard columns with monodisperse polystyrene calibration standards)
A3: Mischung aus A2 : A1 = 2 : 1 A3: mixture of A2: A1 = 2: 1
A4: Mischung aus A2 : A1 = 1 : 2 A4: mixture of A2: A1 = 1: 2
Verwendete Faser-Textilien B:  Used fiber textiles B:
B1 : Bidirektionales Glasfasergelege 0/90° (GF-GE) mit Flächengewicht =  B1: Bidirectional glass fiber substrate 0/90 ° (GF-GE) with basis weight
590g/m2, 590g / m 2 ,
Schuss + Kette = 1200tex [beispielsweise KN G 590.1 von P-D Glas- seiden GmbH]  Weft and chain = 1200tex [for example KN G 590.1 from P-D Glasseiden GmbH]
B2: Glasfasergewebe Köper 2/2 (GF-KG) mit Flächengewicht = 576 g/m2, B2: glass fiber fabric twill 2/2 (GF-KG) with basis weight = 576 g / m 2 ,
Schuss, + Kette = 1200tex  Shot, + chain = 1200tex
Die im Zusammenhang mit Versuchen Nr. 1 -5 gefahrenen Kombinationen und Para- metereinstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt: The combinations and parameter settings made in connection with experiments No. 1 -5 are listed in the following table:
Tabelle 1 . Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe V Table 1 . Manufacturing conditions of the fiber composite materials V
Versuchs- Composite* Temperatur-Profil Pressdruck Presszeit Dicke Nr. (bar) (s) (mm)Experimental composite * Temperature profile Pressing pressure Pressing time Thickness No. (bar) (s) (mm)
1 (Vgl.) A1 +B1 220-240-260-160-80 20 20 1 (See) A1 + B1 220-240-260-160-80 20 20
11
2 (Vgl.) A1 +B1 220-280-300-160-80 25 30  2 (See) A1 + B1 220-280-300-160-80 25 30
11
3 A2+B1 240-300-320-160-80 20 20  3 A2 + B1 240-300-320-160-80 20 20
11
4 A3+B1 240-300-320-160-80 20 30  4 A3 + B1 240-300-320-160-80 20 30
11
5 A4+B1 240-300-320-160-80 20 30  5 A4 + B1 240-300-320-160-80 20 30
1 *Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm 1 * Components A + B1: 0.465 mm Thickness Textile structure, 0.653 mm thickness Matrix structure, total volume Matrix: 22 ml, fiber volume fraction: 41.6%, total density Semi-finished product: 1.669 g / ml, total thickness Semi-finished product: 1 .1 17 mm
Versuchs-Nr. 1 (Vergleichsversuch) Experiment no. 1 (comparative experiment)
Die Ergebnisse sind in Figur 1 gezeigt. Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche: The results are shown in FIG. Visual assessment on the semi-finished surface:
Makroimprägnierung: abgeschlossen Macro Impregnation: completed
Mikroimprägnierung: deutlich nicht abgeschlossen Micro-impregnation: clearly not completed
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren: Microscopic evaluation in semi-finished products:
Matrixschicht in Mittellage: deutlich erkennbar Matrix layer in middle position: clearly visible
Matrixschicht in Decklage: am Roving nicht erkennbar  Matrix layer in top layer: not visible on the roving
Imprägnierung Kettfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert Imprägnierung Schussfäden: mittig deutlich unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert  Impregnation Warp threads: Central unimpregnated areas, all around slightly impregnated Impregnation Weft threads: in the middle clearly unimpregnated areas, all around slightly impregnated
Lufteinschlüsse: wenig, nur im Roving Air inclusions: little, only in roving
Konsolidierung: ungenügend, Beschädigung Kett- und Schussfäden  Consolidation: insufficient, damage warp and weft threads
Versuchs-Nr. 2 Die Ergebnisse sind in Figur 2 gezeigt. Experiment no. 2 The results are shown in FIG.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche: Visual assessment on the semi-finished surface:
Makroimprägnierung: abgeschlossen Macro Impregnation: completed
Mikroimprägnierung: an mehreren Stellen nicht abgeschlossen  Micro-impregnation: not completed in several places
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren: Microscopic evaluation in semi-finished products:
Matrixschicht in Mittellage: erkennbar  Matrix layer in middle position: recognizable
Matrixschicht in Decklage: wenig am Roving erkennbar  Matrix layer in top layer: little recognizable by the roving
Imprägnierung Kettfäden: mittig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend teilweise imprägniert, teilweise unimprägniert  Impregnation Warp threads: Central unimpregnated areas visible, partially impregnated all around, partially unimpregnated
Imprägnierung Schussfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert  Impregnation Weft threads: in the middle unimpregnated areas, all around slightly impregnated
Lufteinschlüsse: wenig  Air inclusions: little
Konsolidierung: nicht ausreichend, deutliche Beschädigung Schussfäden Versuchs-Nr. 3 Consolidation: insufficient, significant damage weft threads Experiment no. 3
Die Ergebnisse sind in Figur 3 gezeigt. Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:  The results are shown in FIG. Visual assessment on the semi-finished surface:
Makroimprägnierung: abgeschlossen Macro Impregnation: completed
Mikroimprägnierung: abgeschlossen Micro-impregnation: completed
Versuch Nr. 3, Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:  Experiment No. 3, Microscopic Evaluation in the Semi-Finished Interior:
Matrixschicht in Mittellage: nicht erkennbar Matrix layer in middle position: not recognizable
Matrixschicht in Decklage: gut erkennbar Matrix layer in top layer: easily recognizable
Imprägnierung Kettfäden: kaum unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert  Impregnation Warp threads: hardly any unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
Imprägnierung Schussfäden: kaum unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert  Impregnation Weft threads: hardly any unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
Lufteinschlüsse: sehr viele, große Blasen erkennbar Air inclusions: many, large bubbles visible
Konsolidierung: gut, keine Beschädigungen Consolidation: good, no damage
Versuchs-Nr. 4 Experiment no. 4
Die Ergebnisse sind in Figur 4 gezeigt.  The results are shown in FIG.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche: Visual assessment on the semi-finished surface:
Makroimprägnierung: abgeschlossen Macro Impregnation: completed
Mikroimprägnierung: überwiegend abgeschlossen Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren: Micro-impregnation: mostly completed Microscopic evaluation in semi-finished products:
Matrixschicht in Mittellage: kaum erkennbar Matrix layer in middle position: hardly recognizable
Matrixschicht in Decklage: erkennbar Matrix layer in cover layer: recognizable
Imprägnierung Kettfäden: leicht unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert  Impregnation Warp threads: Slightly unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
Imprägnierung Schussfäden: unimprägnierte Bereiche erkennbar, aber umlaufend imprägniert Impregnation Weft threads: unimpregnated areas visible, but impregnated all around
Lufteinschlüsse: keine erkennbar  Air inclusions: none recognizable
Konsolidierung: befriedigend, mittlere Beschädigungen von Schussfäden erkennbar  Consolidation: satisfactory, average damage of weft threads recognizable
Versuchs-Nr. 5 Experiment no. 5
Die Ergebnisse sind in Figur 5 gezeigt.  The results are shown in FIG.
Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche: Makroimprägnierung: abgeschlossen Visual assessment on the semi-finished surface: Macro Impregnation: completed
Mikroimprägnierung: überwiegend abgeschlossen  Micro-impregnation: mostly completed
Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren: Microscopic evaluation in semi-finished products:
Matrixschicht in Mittellage: nicht erkennbar  Matrix layer in middle position: not recognizable
Matrixschicht in Decklage: erkennbar  Matrix layer in cover layer: recognizable
Imprägnierung Kettfäden: wenig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert  Impregnation warp threads: little unimpregnated areas visible, all-round well impregnated
Imprägnierung Schussfäden: wenig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert  Impregnation Weft threads: little unimpregnated areas recognizable, all-round well impregnated
Lufteinschlüsse: keine erkennbar  Air inclusions: none recognizable
Konsolidierung: teilweise gut, teilweise ungenügend, lokale Beschädigungen von Schussfäden erkennbar Zusammenfassung der Versuchsergebnisse  Consolidation: partly good, partly insufficient, local damage of weft threads visible Summary of the test results
Tabelle 2. Zusammenfassung Versuche und Bewertung Table 2. Summary trials and evaluation
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*Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm * Components A + B1: 0.465 mm Thickness Textile structure, 0.653 mm thickness Matrix structure, total volume Matrix: 22 ml, fiber volume fraction: 41.6%, total density Semi-finished product: 1.669 g / ml, total thickness Semi-finished product: 1 .1 17 mm
**1 = perfekt, 2= gut, 3=teilweise, 4= wenig, 5=schlecht/keine ** 1 = perfect, 2 = good, 3 = partial, 4 = low, 5 = poor / none
Es zeigte sich, dass der Einsatz von höheren Temperaturen zu noch weiter verbesserten Faserverbund-Werkstoffen führt. It turned out that the use of higher temperatures leads to even better fiber composite materials.
Tabelle 3. Optischer und haptischer Vergleich der erfindungsgemäßen Versuchseinstellungen mit herkömmlichen Organoblechen Versuchs- Composite Maleinsäure- OberBedruckbarkeitTable 3. Optical and haptic comparison of the experimental settings according to the invention with conventional organo sheets Experimental composite maleic acid upper printability
Nr. anhydrid- flächenmit 45 mdyne No anhydride surfaces with 45 mdyne
Konzentra- güte* Tinte** Concentration grade * Ink **
tion  tion
(Gew %)  (% By weight)
1 (Vgl) A1 +B1 0 2 1  1 (Cf.) A1 + B1 0 2 1
2 (Vgl.) A1 +B1 0 2  2 (Cf.) A1 + B1 0 2
3 A2+B1 1 1 -2  3 A2 + B1 1 1 -2
4 A3+B1 0,66 1 -2 1  4 A3 + B1 0.66 1 -2 1
5 A4+B1 0,33 1 -2  5 A4 + B1 0.33 1 -2
6 Bond Laminates 0 4-5  6 Bond Laminates 0 4-5
Composite aus ca  Composite of approx
60 % Glasfaser- Gewebe und 40 %  60% fiberglass fabric and 40%
Polyamid  polyamide
7 Composite aus ca. 0 4-5 5  7 composite from approx. 0 4-5 5
60 % Glasfaser- Gewebe und 40 %  60% fiberglass fabric and 40%
Polypropylen  polypropylene
*1 = vollständig glatt, 2= weitgehend glatt, 3= leicht rau, 4= mäßig rau, 5= Fasern sind deutlich zu spüren * 1 = completely smooth, 2 = largely smooth, 3 = slightly rough, 4 = moderately rough, 5 = fibers are clearly noticeable
**1 = perfekt, 2= gut, 3=teilweise, 4= wenig, 5=schlecht/keine Versuchs-Nr. 6 ** 1 = perfect, 2 = good, 3 = partial, 4 = low, 5 = poor / no trial no. 6
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.  The results are shown in Table 5.
Die im Zusammenhang mit Versuch Nr. 6 gefahrenen Kombinationen und Parametereinstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:  The combinations and parameter settings made in connection with experiment No. 6 are listed in the following table:
Tabelle 4. Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe V Table 4. Manufacturing conditions of fiber composite materials V
Versuchs- Composite* Temperatur-Profil Pressdruck Presszeit Dicke Nr. (bar) (s) (mm)Experimental composite * Temperature profile Pressing pressure Pressing time Thickness No. (bar) (s) (mm)
4 A1 +B1 220-240-300-160-80 20 20 1 4 A1 + B1 220-240-300-160-80 20 20 1
12 A3+B1 220-240-300-160-80 20 20 1 12 A3 + B1 220-240-300-160-80 20 20 1
28 A1 +B2 240-300-320-160-80 20 20 1 26 A3+B2 240-300-320-160-80 20 30 1 28 A1 + B2 240-300-320-160-80 20 20 1 26 A3 + B2 240-300-320-160-80 20 30 1
*Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm * Components A + B1: 0.465 mm Thickness Textile structure, 0.653 mm thickness Matrix structure, total volume Matrix: 22 ml, fiber volume fraction: 41.6%, total density Semi-finished product: 1.669 g / ml, total thickness Semi-finished product: 1 .1 17 mm
Tabelle 5. Vergleich der Biegefestigkeit. Table 5. Comparison of flexural strength.
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Tabelle 5 zeigt die in einer Versuchsreihe erhaltenen Faserverbund-Werkstoffe V. Es wurden jeweils reines SAN (A1 ) sowie ein S/AN/Maleinsäureanhydrid Copolymer (A2) mit einer handelsüblichen Gelege- und Gewebeverstärkung in einem identischen Pro- zess kombiniert und geprüft. Der Faservolumengehalt der Verbünde betrug 42%. Die verbesserte Qualität der Imprägnierung und Verbindung zwischen Faser und Matrix zeigt sich nicht an der Biegesteifigkeit, aber deutlich an der Biegefestigkeit (Bruchspannung) der untersuchten Proben. Table 5 shows the fiber composite materials obtained in a series of experiments. In each case, pure SAN (A1) and an S / AN / maleic anhydride copolymer (A2) were combined and tested with a commercially available scrim and fabric reinforcement in an identical process. The fiber volume content of the composites was 42%. The improved quality of the impregnation and connection between fiber and matrix is not reflected in the bending stiffness, but clearly in the flexural strength (fracture stress) of the samples investigated.
Versuchs-Nr. 7 Experiment no. 7
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6. Vergleich der Wellentiefe Wt.  The results are shown in Table 6. Table 6. Comparison of the wave depth Wt.
Versuchs-Nr. 12 13 14  Experiment no. 12 13 14
Verstärkung Faser (B3)  Reinforcement fiber (B3)
Matrix (A4) SAN PC PA6  Matrix (A4) SAN PC PA6
OD  OD
Mittelwert Wellentiefe 5.2 1 1.7 12.3  Mean value wave depth 5.2 1 1.7 12.3
MW Wt ( m) MW Wt (m)
Maximalwert Wellentiefe 7.8 22.3 17.2  Maximum value Wave depth 7.8 22.3 17.2
Max Wt ( m)) Hierbei sind die Komponenten wie folgt definiert: Max Wt (m)) Here the components are defined as follows:
SAN: SAN-MA-Terpolymer, Gewichtszusammensetzung (Gew.-%): 73/25/2, Mw:  SAN: SAN-MA terpolymer, weight composition (% by weight): 73/25/2, Mw:
250.000 g/mol (gemessen via Gelpermeations-Chromatographie an Stan- dard-säulen mit monodispersen Polystyrol-Standards), MVR: 15-25 cm3/10 min bei 220°C/10kg (IS01 133), Viskositätszahl (in DMF) J = 61 -67 ml/g250,000 g / mol (as measured via gel permeation chromatography on stan- dard columns with monodisperse polystyrene standards), MVR: 15-25 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (IS01 133), viscosity (in DMF) J = 61-67 ml / g
PC OD: leichtfließendes, amorphes Polycarbonat optischer Grade für optische PC OD: easy flowing, amorphous optical grade polycarbonate for optical
Discs)  discs)
PA6: teilkristallines, leichtfließendes Polyamid 6  PA6: semi-crystalline, easy-flowing polyamide 6
Fasern (B3): Glasfasergewebe Köper 2/2 (GF-KG) mit Flächengewicht = 300 g/m2, Fibers (B3): glass fiber fabric twill 2/2 (GF-KG) with basis weight = 300 g / m 2 ,
Schuss, + Kette = 320tex  Shot, + chain = 320tex
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, ist die Verwendung von SAN-MA-Terpolymer besonders vorteilhaft bezüglich des Erhalts einer geringen Wellentiefe der Oberfläche. PC OD zeigte sich als spannungsrissempfindlich. As can be seen in Table 6, the use of SAN-MA terpolymer is particularly advantageous in terms of maintaining a low surface undulation depth. PC OD was sensitive to stress cracks.
Beispiele für Mehrschicht-Organobleche Examples of multilayer organic sheets
Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche), insbesondere mit amor- pher, thermoplastischer Matrix eignen sich besonders für die Herstellung von Formkörpern, Folien und Beschichtungen. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgezeigt. Wenn nicht anders erwähnt werden die Formteile in Spritzgussverfahren hergestellt. The described fiber composite materials (organic sheets), in particular with amorphous, thermoplastic matrix are particularly suitable for the production of moldings, films and coatings. Some examples are shown below. Unless otherwise stated, the moldings are made by injection molding.
Beispiel: Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs M Example: Production of the fiber composite material M
40 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, eines Acrylnitril-Styrol- Maleinsäureanhydrid-Copolymers als thermoplastische Formmasse A (hergestellt aus: 75 Gew.-% Styrol, 24 Gew.-% Acrylnitril und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid) wird mit 60 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Glas-basierten Verstär- kungsfaser mit chemisch reaktiver Funktionalität (Silangruppen) an der Oberfläche [GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH] compoundiert. 40% by weight, based on the fiber composite material, of an acrylonitrile-styrene-maleic anhydride copolymer as thermoplastic molding composition A (prepared from: 75% by weight of styrene, 24% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of maleic anhydride) is compounded with 60% by weight, based on the fiber composite material, of a glass-based reinforcing fiber with chemically reactive functionality (silane groups) on the surface [GW 123-580K2 of PD Glasseiden GmbH].
Beispiel: Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs N 65 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, eines Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymer als thermoplastische Formmasse A (ABS hergestellt aus: 45 Gew.-% Butadien, 30 Gew.-% Styrol, 24 Gew.-% Acrylnitril und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid) wird mit 35 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Glas-basierten Verstärkungsfaser mit chemisch reaktiver Funktionalität (Silangruppen) an der Oberflä- che [GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH] compoundiert. Der Faserverbund- Werkstoff wird im Anschluss verrippt. Example: Production of the Fiber Composite Material N 65% by weight, based on the fiber composite material, of an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer as thermoplastic molding material A (ABS produced from: 45% by weight butadiene, 30% by weight Styrene, 24% by weight of acrylonitrile and 1% by weight of maleic anhydride) is mixed with 35% by weight, based on the fiber composite material, of a glass-based reinforcing fiber with chemically reactive functionality (silane groups) on the surface. che [GW 123-580K2 of PD Glasseiden GmbH]. The fiber composite material is subsequently ribbed.
Beispiel: Herstellung von Formteilen aus den Faserverbund-Werkstoffen M und N Example: Production of molded parts from the fiber composite materials M and N
Beispiel A: Waschmaschinenfenster Example A: Washing machine window
Beispiel B: Linsenabdeckungen Example B: Lens covers
Es wird eine erhöhte Steifigkeit des Fensters und der Linsenabdeckung gegenüber entsprechenden aus Glas bestehenden Materialien beobachtet. Ferner sind die Orga- nobleche weniger empfindlich gegenüber Kratzern und Druck. Increased rigidity of the window and lens cover over corresponding glass materials is observed. In addition, the Orga- nobleche are less sensitive to scratches and pressure.
Weitere Versuche zur Biegespannung an mit Flächengebilden verstärkten Faser-Further tests on the bending stress on fabrics reinforced with fabrics
Verb u n d -Wi rkstoff e n Verb and substance e n
Die Komponenten sind wie oben definiert. Die Biegespannung und das Biegemodul wurden nach DIN 14125:201 1 -05 bestimmt. The components are as defined above. The bending stress and the flexural modulus were determined according to DIN 14125: 201 1 -05.
Die Kombinationen und Parametereinstellungen zu dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt: Tabelle 7: Zusammensetzungen Vgl. 1 , Vgl. 2, Vgl. 10 und Vgl. 15 sowie der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen V3 bis V9 und V1 1 bis V14. X: Gewichtsverhältnis Komponente A : B = 60 : 40 The combinations and parameter settings for the process described in claim 1 are listed in the table below: TABLE 7 Compositions Compare 1, compare 2, compare 10 and compare 15 and the compositions V3 to V9 according to the invention and V1 to V14. X: weight ratio component A: B = 60: 40
Nr. A1 A2 A3 A4 B1 B2 T [°C] t [s] No. A1 A2 A3 A4 B1 B2 T [° C] t [s]
Vgl. 1 X X 260 20-30See 1 X X 260 20-30
Vgl. 2 X X 300 30-30See 2 X X 300 30-30
V3 X X 280 20-30V3 X X 280 20-30
V4 X X 280 40V4 X X 280 40
V5 X X 320 30-30V5 X X 320 30-30
V6 X X 300 20-30V6 X X 300 20-30
V7 X X 320 20-30V7 X X 320 20-30
V8 X X 310 20-30V8 X X 310 20-30
V9 X X 320 20-30V9 X X 320 20-30
Vgl. 10 X X 320 20-30 V1 1 X X 320 20-30See 10 XX 320 20-30 V1 1 XX 320 20-30
V12 X X 320 20-30V12 X X 320 20-30
V13 X X 320 20-30V13 X X 320 20-30
V14 X X 320 20-30V14 X X 320 20-30
Vgl. 15 X X 320 20-30 Cf. 15 X X 320 20-30
In Tabelle 7 werden die Bedingungen der durchgeführten Versuche dargestellt. Table 7 shows the conditions of the experiments carried out.
Hierbei wurden die Edukte, sowie die Temperatur und die Presszeit variiert. Der Pressdruck betrug in allen Versuchsreihen ca. 20 bar.  Here, the educts, and the temperature and the pressing time were varied. The pressing pressure was approximately 20 bar in all test series.
Tabelle 8: Mittelwerte der maximalen Biegespannung der Kett- und Schussrichtung der hergestellten Organobleche gemäß den Mischungen Vgl. 2, V5, V7, V9, Vgl. 10, V12 bis V14 und Vgl. 15, wobei die Herstellungstemperatur je mindestens 300 °C betrug. Table 8: Average values of the maximum bending stress of the warp and weft directions of the produced organic sheets according to the mixtures Cf. 2, V5, V7, V9, Vgl. 10, V12 to V14 and Cgl. 15, wherein the production temperature was at least 300 ° C.
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Tabelle 8 dargestellten Werte sind das Mittel von je neun Messungen. Tabelle 8 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Organobleche V5, V7, V9, V12, V13 und V14 eine höhere mittlere maximale Biegespannung aufweisen als die Organobleche, welche eine Matrix enthaltend 75 Gew.-% Styrol (S) und 25 Gew.-% Acrylnitril (AN), aufweist (Vgl. 10 und Vgl. 15). Auch der Vergleich von V9 mit Vgl. 10 zeigt, dass unter den gleichen Bedingungen (T=320 °C und t=30 s) das erfindungsgemäße Organoblech eine größere Biegespannung sowohl in der Kett- als auch in der Schussrichtung aufweist. Table 8 shows the average of nine measurements each. Table 8 shows that the organic sheets V5, V7, V9, V12, V13 and V14 according to the invention have a higher average maximum bending stress than the organo sheets comprising a matrix containing 75% by weight of styrene (S) and 25% by weight of acrylonitrile ( AN) (See Figures 10 and 15). The comparison of V9 with Cf. 10 shows that under the same conditions (T = 320 ° C and t = 30 s), the organic sheet according to the invention has a greater bending stress in both the warp and in the weft direction.
Es zeigt sich, dass durch das Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs mit einer thermoplastischen Formmasse A, Verstärkungsfasern B verbesserte Produkte erhalten werden können. It can be seen that improved products can be obtained by the process for producing the fiber composite material with a thermoplastic molding compound A, reinforcing fibers B.
Weitere Untersuchung von Mehrschichtigen Faserverbund-Werkstoffen Technische Daten der Intervall-Heißpresse (IVHP): Further investigation of multi-layer fiber composite materials Technical Data of the Interval Hot Press (IVHP):
Quasi-kontinuierliche Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten  Quasi-continuous production of fiber-reinforced thermoplastic semi-finished products, laminates
und Sandwichplatten and sandwich panels
Plattenbreite: 660 mm Plate width: 660 mm
Laminat-Dicke: 0,2 bis 9,0 mm Laminate thickness: 0.2 to 9.0 mm
Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug  Laminate tolerances: max. ± 0.1 mm according to semi-finished product
Sandwichplattenstärke: max. 30 mm Sandwich panel thickness: max. 30 mm
Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke Output: approx. 0.1 - 60 m / h, depending on quality and component thickness
Nennvorschub 5 m/h Nominal feed 5 m / h
Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)  Tool pressure: Press unit 5-25 bar, infinitely variable for minimum and maximum tool size (optional)
Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen Mold temperature control: 3 heating and 2 cooling zones
Werkzeugtemperatur: bis 400 °C Tool temperature: up to 400 ° C
Werkzeuglänge: 1000 mm Tool length: 1000 mm
Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm Opening travel press: 0.5 to 200 mm
Produktionsrichtung: rechts nach links Technische Daten der Schmelze-Plastifizierung: Production direction: right to left Technical data of melt plasticization:
Diskontinuierlicher Schmelzeauftrag in Mittellage zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen  Medium-length discontinuous melt application for the production of fiber-reinforced thermoplastic
Halbzeugen  semifinished
Schneckendurchmesser: 35mm Max. Hubvolumen: 192 cm3 Screw diameter: 35mm Max. Stroke volume: 192 cm 3
Max. Schneckendrehzahl: 350 U/min Max. Screw speed: 350 rpm
Max. Austragsstrom: 108 cm3/s Max. Discharge flow: 108 cm 3 / s
Max. Austragsdruck: 2406 bar spezifisch Max. Discharge pressure: 2406 bar specific
hierbei: here:
Schmelzevolumne: 22 ccm  Melt volume: 22 cc
isobar = druckgesteuerter Pressprozess isobar = pressure-controlled pressing process
isochor = volumengesteuerter Pressprozess isochor = volume-controlled pressing process
T [°C] = Temperatur der Temperaturzonen* (*Die Presse verfügt über 3 Heiz- und 2 Kühlzonen. Die Angabe bezieht in Produktionsrichtung) T [° C] = temperature of the temperature zones * ( * The press has 3 heating zones and 2 cooling zones.
p [bar] = Pressdruck pro Zyklus: Isochor 20 p [bar] = pressing pressure per cycle: Isochor 20
s [mm] = Wegbegrenzung Pressdicke: 1 .1 mm s [mm] = travel limit Press thickness: 1 .1 mm
Temperaturprofil: (i) 210 bis 245°C, daher ca. 220°C  Temperature profile: (i) 210 to 245 ° C, therefore approx. 220 ° C
(ii) 300 bis 325°C, daher ca. 300°C  (ii) 300 to 325 ° C, therefore about 300 ° C
(iii) 270 bis 320°C, daher ca. 280 bis 320°C  (iii) 270 to 320 ° C, therefore about 280 to 320 ° C
(iv) 160 bis 180°C  (iv) 160 to 180 ° C
(v) 80°C  (v) 80 ° C
t [sec] = Presszeit pro Zyklus: 20-30 s t [sec] = pressing time per cycle: 20-30 s
Aufbau/Laminierung: 6-lagiger Aufbau mit Schmelze-Mittelschicht; Herstellungsverfah- ren: Schmelze-Direkt (SD)  Construction / lamination: 6-layer structure with melt middle layer; Production process: melt direct (SD)
Matrix-Komponenten A: Matrix Components A:
M1 (SAN Typ): Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid- (SAN-MA-) Terpolymer (S/AN/MA: 74/25/1 ) mit einem MA-Anteil von 1 Gew.-% und einem MVR von 22 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133); M1 (SAN type): styrene-acrylonitrile-maleic anhydride (SAN-MA) terpolymer (S / AN / MA: 74/25/1) with an MA content of 1% by weight and an MVR of 22 cm 3 / 10 min at 220 ° C / 10kg (measured to IS01 133);
M1 b entspricht der vorgenannten Komponente M1 , wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden. M2 (SAN Typ): Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid- (SAN-MA-) Terpolymer (S/AN/MA: 73/25/2,1 ) mit einem MA-Anteil von 2,1 Gew.-% und einem MVR von 22 cm3/10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133); M1 b corresponds to the abovementioned component M1, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black. M2 (SAN type): styrene-acrylonitrile-maleic anhydride (SAN-MA) terpolymer (S / AN / MA: 73/25 / 2.1) with an MA content of 2.1% by weight and an MVR of 22 cm 3/10 min at 220 ° C / 10kg (measured according to IS01 133);
M2b entspricht der vorgenannten Komponente M2, wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden. M2b corresponds to the abovementioned component M2, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
M3 (SAN Typ): Blend aus 33 Gew.-% M1 und 67 Gew.-% des SAN-Copolymers Lu- ran VLN, daher 0,33 Gew.-% MaleinsäureanhydridMA) im gesamten Blend; M3b entspricht der vorgenannten Komponente M3, wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden. M3 (SAN type): blend of 33% by weight of M1 and 67% by weight of the SAN copolymer Luuran VLN, therefore 0.33% by weight of maleic anhydrideMA) in the entire blend; M3b corresponds to the abovementioned component M3, the matrix additionally being admixed with 2% by weight of carbon black.
PA6: teilkristallines, leichtfließendes Polyamid Durethan B30S PA6: semi-crystalline, easy-flowing polyamide Durethan B30S
PD(OD): leichtfließendes, amorphes Polycarbonat optischer Grade für optische PD (OD): easy flowing, optical grade amorphous polycarbonate
Discs);  Discs);
Faser-Komponenten B: Fiber components B:
Glasfilament-Kopergewebe (Kurzbezeichnungen: GF-KG(LR) bzw. LR), Köperbindung 2/2, Flächengewicht 290 g/m2, Roving EC9 68tex, Finish TF-970, Lieferbreite 1000 mm (Typ: 01 102 0800-1240; Hersteller: Hexcel, erhalten von: Lange + Ritter) Glass filament cooper fabric (short names: GF-KG (LR) or LR), twill weave 2/2, basis weight 290 g / m 2 , roving EC9 68tex, finish TF-970, delivery width 1000 mm (type: 01 102 0800-1240; Manufacturer: Hexcel, obtained from: Lange + Ritter)
Glasfilament-Kopergewebe (Kurzbezeichnungen: GF-KG(PD) bzw. PD), Köperbindung 2/2, Flächengewicht 320 g/m2, Roving 320tex, Finish 350, Lieferbreite 635 mm (Typ: EC14-320-350, Hersteller und Lieferant: PD Glasseide GmbH Oschatz) Glass filament cooper fabric (short designations: GF-KG (PD) or PD), twill weave 2/2, basis weight 320 g / m 2 , roving 320tex, finish 350, delivery width 635 mm (type: EC14-320-350, manufacturer and supplier : PD Glasseide GmbH Oschatz)
Glasfilament-Gelege (Kurzbezeichnung: GF-GE(Sae) bzw. Sae) 0 45 90 -45°, Flächengewicht 313 g/m2, Haupt-Roving 300tex, Finish PA-Schlichte, Lieferbreite Glass filament scrim (short name: GF-GE (Sae) or Sae) 0 45 90 -45 °, weight per unit area 313 g / m 2 , main roving 300tex, finish PA size, delivery width
655mm (Typ: X-E-PA-313-655, Nr. 7004344, Hersteller und Lieferant: Saertex 655mm (Type: X-E-PA-313-655, No. 7004344, manufacturer and supplier: Saertex
GmbH&Co.KG) GmbH & Co. KG)
Sae n.s. = Glasfilament-Gelege 300 g/m2, Herstellerbezeichnung: Saertex new sizing, +457-457+457-45° Sae ns = glass filament scrim 300 g / m 2 , manufacturer's name: Saertex new sizing, + 457-457 + 457-45 °
Glasfaservlies (Kurzbezeichnung: GV50), Flächengewicht 50 g/m2, Faserdurchmesser 10 μηη, Lieferbreite 640 mm (Typ: Evalith S5030, Hersteller und Lieferant: Johns Man- ville Europe) Visuelle Bewertung Glass fiber fleece (short name: GV50), basis weight 50 g / m 2 , fiber diameter 10 μηη, delivery width 640 mm (Type: Evalith S5030, manufacturer and supplier: Johns Manville Europe) Visual assessment
Alle hergestellten Faserverbund-Werkstoffe ließen sich jeweils als (groß)flächige Orga- nobleche in einem Endlosverfahren herstellen, die problemlos (in kaschierbare, transportübliche Maße wie etwa 1 m x 0,6 m) die zuschneidbar waren. Bei den transparenten Faserverbund-Werkstoffen war das eingebettete Fasermaterial bei detaillierter Be- trachtung im Gegenlicht gerade erkennbar. Bei den Faserverbund-Werkstoffen mit (schwarz) eingefärbter Matrix war das eingebettete Fasermaterial auch bei näherer optischer Betrachtung im Gegenlicht nicht/kaum erkennbar.  All produced composite fiber materials could be produced in each case as (large) sheetlike Orga- nobleche in a continuous process, which could be cut to size (in laminatable, customary transport dimensions such as 1 m x 0.6 m). In the case of the transparent fiber composite materials, the embedded fiber material was just recognizable when examined in detail against the light. In the fiber composite materials with a (black) colored matrix, the embedded fiber material was not / hardly recognizable even under closer light in the backlight.
Mikroskopische Bewertung Hierbei wurden Fehlstellen (Lunker, Einfall, etc.) über Auflichtmikroskopie und die Oberflächengüte über konfokale Laser-Scannning-Mikroskopie (LSM) bewertet. Mittels LSM wurde eine Aufsicht einer drei-dimensionalen (3D-)Höhenaufnahme (7,2 mm x 7,2 mm) des lokalen Messbereichs und eine zweidimensionalen (2D-)Darstellung der Hö- henunterschiede nach Skalierung und Anwendung verschiedener Profilfilter erstellt. Messfehler und einen generellen Verzug/Schieflage der Probe wurden durch den Einsatz von Profilfiltern (Rauschfilter und Verkippungsfilter) ausgeglichen. Das 2D- Höhenprofil der Aufnahme wurde über definierte Messlinien durch integrierte Software in Linienprofile übertragen und computer-gestützt ausgewertet. Microscopic evaluation In this case, defects (voids, incidence, etc.) were evaluated by incident light microscopy and the surface quality via confocal laser scanning microscopy (LSM). Using LSM, a top view of a three-dimensional (3D) height image (7.2 mm x 7.2 mm) of the local measuring range and a two-dimensional (2D) representation of the height differences after scaling and application of different profile filters was created. Measurement errors and a general distortion / skew of the sample were compensated by the use of profile filters (noise filter and tilt filter). The 2D height profile of the image was transmitted via defined measuring lines by integrated software in line profiles and evaluated computer-assisted.
Es wurden Faserverbund-Werkstoffe mit jeweils vier in die jeweilige Matrix eingebetteten Lagen des entsprechenden Flächengebildes an Fasern (hier GF-KG(PD)(4) bzw. Sae(4)) hergestellt. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hatte keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Fiber-composite materials with four embedded layers of the respective fabric of fibers (here GF-KG (PD) (4) or Sae (4)) were produced in the respective matrix. In order to further increase the comparability of the samples, a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This had no noticeable influence on the mechanical properties.
Die Mittlere Wellentiefe (MW Wt) und der Raumittenwert (Ra) wurden für zahlreiche Faserverbund-Werkstoffe ermittelt. Es zeigte sich, dass die MW Wt für alle Faserver- bund-Werkstoffe, bei denen die Matrix eine funktionale Komponente enthält, die mit den Fasern reagieren kann, deutlich < 10 μηη ist, wohingegen sie bei Faserverbund- Werkstoffen mit vergleichbaren PA6- und PD(OD)-Matrices deutlich <10 μηη ist. Auch die ermittelten Raumittenwerte waren deutlich niedriger für erfindungsgemäße Faserverbund-Werkstoffe. Beispielhaft zeigen dies die untenstehenden, gemessenen Werte. The mean wave depth (MW Wt) and the spatial ration value (Ra) were determined for numerous fiber composite materials. It was shown that the MW Wt is clearly <10 μm for all fiber composite materials in which the matrix contains a functional component that can react with the fibers, whereas in fiber composite materials with comparable PA6 and PD (OD) matrices is clearly <10 μηη. The determined spatial values were also significantly lower for composite fiber materials according to the invention. By way of example, these are the measured values below.
Tabelle 9. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra) Table 9. LSM Measurement Results with SAN Matrix System - Wave Depth (Wt) and Stellite (Ra)
Figure imgf000047_0001
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Ebenso deutlich wurde dies, wenn anstelle des Gewebes ein Gelege (wie Sae) einge- setzt wird: This was just as clear when instead of the fabric a scrim (like Sae) is used:
Tabelle 10. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra) Aufbau SAN(1 ) PA6(1 ) Table 10. LSM Measurement Results with SAN Matrix System - Wave Depth (Wt) and Stellite (Ra) Construction SAN (1) PA6 (1)
Aufbau +Sae(4)  Construction + Sae (4)
Komponenten M1 b+Sae M2b+Sae  Components M1 b + Sae M2b + Sae
MW Wt 5,535 5,205 17,05  MW Wt 5.535 5.205 17.05
MW Ra 4,261 4,24 4,861  MW Ra 4,261 4,24 4,861
In weiteren Versuchen wurde die Festigkeit in Kett- und in Schussrichtung gesondert untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Faserverbund-Werkstoffe sowohl in Kett- wie auch in Schussrichtung sehr stabil sind. In Kettrichtung sind die faserverbund- Werkstoffe in der Regel noch stabiler als in Schussrichtung. In further tests, the strength in the warp and weft directions was examined separately. It could be shown that the fiber composite materials are very stable in both warp and weft directions. In the warp direction, the fiber composite materials are usually even more stable than in the weft direction.
Mechanische Eigenschaften Mechanical properties
Matrix-Komponenten A Matrix components A
Die Matrix-Komponenten A sind wie oben beschrieben.  The matrix components A are as described above.
Faser-Komponenten B (sofern nicht oben beschrieben) Fiber components B (unless described above)
FG290 = Glasfilament-Gewebe 290g/m2, Herstellerbezeichnung: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970 FG290 = glass filament fabric 290g / m 2 , manufacturer's name: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970
FG320 = Glasfilament-Gewebe 320g/m2, Herstellerbezeichnung: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320-350 FG320 = glass filament fabric 320g / m 2 , manufacturer's name: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320-350
Sae = MuAx313, Glasfilament-Gelege 300g/m2, Herstellerbezeichnung: Saertex X-E- PA-313-655 Sae = MuAx313, glass filament scrim 300g / m 2 , manufacturer's name: Saertex XE-PA-313-655
Sae n.s. = Glasfilament-Gelege 300g/m2, Herstellerbezeichnung: Saertex new sizing, +457-457+457-45° Sae ns = glass filament scrim 300g / m 2 , manufacturer's name: Saertex new sizing, + 457-457 + 457-45 °
Anzahl an Schichten (z.B. 4x = vier Schichten des jeweiligen Fasergeleges bzw. der jeweiligen Fasern) Hergestellt wurden folgende transparente Faserverbund-Werkstoffe, in die jeweils flächiges Fasermaterial eingebracht wurde. Die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe wiesen jeweils eine Dicke von etwa 1 ,1 mm auf. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hat keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen oder optischen Eigenschaften. Für die Proben wurden folgende Biegefestigkeiten nach DIN EN ISO 14125 ermittelt: Number of layers (eg 4x = four layers of the respective fiber fabric or of the respective fibers) The following transparent fiber composite materials were produced, into each of which two-dimensional fiber material was introduced. The fiber composite materials produced each had a thickness of about 1, 1 mm. In order to further increase the comparability of the samples, a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This one has none noticeable influence on the mechanical or optical properties. The following bending strengths according to DIN EN ISO 14125 were determined for the samples:
Tabelle. Transparente Faserverbund-Werkstoffe - Biegefestigkeit Table. Transparent fiber composite materials - bending strength
Figure imgf000049_0001
Figure imgf000049_0001
Hergestellt wurden zudem folgende schwarz eingefärbte Faserverbund-Werkstoffe, bei denen der Matrix 2 Gew.-% Industrieruß beigemischt und in die jeweils flächiges Fasermaterial eingebracht wurde. Die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe wiesen jeweils eine Dicke von etwa 1 ,1 mm auf. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hat keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen oder optischen Eigenschaften. Für die Proben wurden folgende Biegefestigkeiten nach DIN EN ISO 14125 ermittelt: Tabelle. Intransparente Faserverbund-Werkstoffe - Biegefestigkeit In addition, the following black-colored fiber composite materials were produced, in which 2% by weight of carbon black was added to the matrix and introduced into the respective flat fiber material. The fiber composite materials produced each had a thickness of about 1, 1 mm. In order to further increase the comparability of the samples, a thin fiberglass mat (GV50, see above) was applied to the produced fiber composite materials on both sides. This has no noticeable influence on the mechanical or optical properties. The following bending strengths according to DIN EN ISO 14125 were determined for the samples: Table. Intransparent fiber composite materials - bending strength
Figure imgf000049_0002
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Zusammenfassend zeigte sich, dass die eingesetzten Gewebe (FG290 und FG320) zu Faserverbund-Werkstoffen mit besonders hoher Biegefestigkeit verarbeitet werden können. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe, bei denen die Matrix eine mit den Fasern reagierende Komponenten (hier: Maleinsäureanhydrid (MA)) enthält, weisen eine signifikant höhere Biegefestigkeit auf als die Vergleichsformmassen ohne eine solche Komponente, wie etwa PC(OD) oder PA6. Im Vergleich dazu wurde für den nicht-erfindungsgemäßen, mit Kurzglasfasern verstärkten Faserverbund-Werkstoff Luran 378P G7 lediglich eine Biegefestigkeit von 150 MPa gefunden, daher eine deutlich niedrigere Biegefestigkeit. Zusätzlich wurde für die Faserverbund-Werkstoffe die Schlagzähigkeit bzw. das Durchstoßverhalten (Dart Test nach ISO 6603) ermittelt. Auch hier zeigten die Faserverbund-Werkstoffe eine hohe Stabilität von Fm >3000 N. In summary, it was found that the fabrics used (FG290 and FG320) can be processed into fiber composites with particularly high flexural strength. The fiber composite materials according to the invention, in which the matrix contains a component which reacts with the fibers (here: maleic anhydride (MA)), have a significantly higher flexural strength than the comparative molding compositions without such a component, such as PC (OD) or PA6. By comparison, only a bending strength of 150 MPa was found for the fiberglass material Luran 378P G7, which is not according to the invention and reinforced with short glass fibers, and therefore has a significantly lower flexural strength. In addition, the impact resistance and puncture behavior (Dart Test to ISO 6603) was determined for the fiber composite materials. Again, the fiber composite materials showed a high stability of Fm> 3000 N.
Optionale Weiterverarbeitung Optional further processing
Es konnte auch experimentell gezeigt werden, dass die erhaltenen Faserverbund- Werkstoffe gut zu dreidimensionalen Halbzeugen umformbar waren, wie beispielsweise zu halbschalenförmigen Halbzeugen. Es zeigte sich zudem, dass die erhaltenen Faserverbund-Werkstoffe bedruckbar und kaschierbar waren.  It could also be shown experimentally that the resulting fiber composite materials were well convertible to three-dimensional semi-finished products, such as semi-shell-shaped semi-finished products. It was also found that the resulting fiber composite materials could be printed and laminated.
Zusammenfassung der Versuchsergebnisse Summary of the test results
Die Evaluierung von unterschiedlichen Textilsystemen auf Glasfaserbasis mit unterschiedlichen Matrixsystemen zu einem Faserverbund-Werkstoff (Organoblech) hat gezeigt, dass gute Faserverbund-Werkstoffe (als Organobleche und daraus hergestellten Halbzeugen) reproduzierbar hergestellt werden können. Diese können farblos oder farbig hergestellt werden. Die Faserverbund-Werkstoffe zeigten gute bis sehr gute optische, haptische und mechanische Eigenschaften (etwa bezüglich ihrer Biegefestigkeit und Durchstoßfestigkeit). Mechanisch zeigten die Gewebe etwas größere Festigkeit und Steifigkeit als Gelege. Die Styrol-Copolymer-basierten Matrices (SAN-Matrices) führten tendenziell zu besseren Faserverbund-Werkstoffen bezüglich der den mechanischen Kennwerte als die alternativen Matrices wie PC und PA6. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe ließen sich halb- bzw. vollautomatisch mittels eines Endlosverfahrens herstellen. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe (Orga- nobleche) lassen sich gut zu dreidimensionalen Halbzeugen umformen.  The evaluation of different textile systems based on glass fibers with different matrix systems to a fiber composite material (organic sheet) has shown that good fiber composite materials (as organic sheets and semi-finished products made from them) can be produced reproducibly. These can be made colorless or colored. The fiber composite materials showed good to very good optical, haptic and mechanical properties (such as with regard to their flexural strength and puncture resistance). Mechanically, the tissues showed somewhat greater strength and rigidity than scrim. The styrene copolymer-based matrices (SAN matrices) tended to result in better fiber composite materials in terms of mechanical properties than the alternative matrices such as PC and PA6. The fiber composite materials according to the invention could be produced semi-automatically or fully automatically by means of a continuous process. The fiber composite materials (organo-nobleche) according to the invention can be easily transformed into three-dimensional semi-finished products.

Claims

Patentansprüche claims
1 ) Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werkstoffs V, enthaltend Verstärkungsfasern B und eine thermoplastische Styrol-Copolymer-Formmasse A, umfas- send die Schritte: 1) A process for producing a fiber composite material V comprising reinforcing fibers B and a thermoplastic styrene copolymer molding compound A, comprising the steps:
a. Herstellen eines flächenförmigen oder räumlichen textilen Gebildes G aus den Verstärkungsfasern B und thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F, wobei die Styrol-Copolymer-Fasern F aus dem Material der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Formmasse A bestehen;  a. Producing a sheet-like or spatial textile structure G from the reinforcing fibers B and thermoplastic styrene copolymer fibers F, the styrene copolymer fibers F consisting of the material of the thermoplastic styrene copolymer molding compound A;
b. Erwärmen des textilen Gebildes G auf eine Temperatur, die oberhalb des b. Heating the textile structure G to a temperature above the
Schmelzbereiches der thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F liegt; c. Abkühlen des in Schritt b erhaltenen Faserverbund-Werkstoffs V. Melting range of the thermoplastic styrene copolymer fibers F is; c. Cooling of the fiber composite material V. obtained in step b.
2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Styrol-Copolymer der Styrol-Copolymer-Formmasse A ein Styrol-Butadien-Blockcopolymer ist. 2) Method according to claim 1, characterized in that the styrene copolymer of the styrene copolymer molding compound A is a styrene-butadiene block copolymer.
3) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Sty- rol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril/Styrol/Acrylester-Copolymere (ASA) enthalten. 3) Method according to claim 1, characterized in that the thermoplastic styrene copolymer fibers F at least one copolymer from the group of styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile / styrene / Acrylic ester copolymers (ASA) included.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern B aus der Gruppe enthaltend Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern ausgewählt sind. 4) Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reinforcing fibers B are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde G ein Gewebe, Gelege, Gestrick, Geflecht, Gewirk, Vliesstoff oder Filz ist, wobei jeweils die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F und die Verstärkungsfasern B miteinander verarbeitet werden. 5) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the textile structure G is a woven fabric, scrim, knitted fabric, braid, knitted fabric, nonwoven fabric or felt, wherein in each case the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B with each other are processed.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde G ein Gewebe ist, welches mindestens 5 Gew.-% an Verstärkungsfasern B enthält. 7) Thermoplastisches Faserhalbzeug H, enthaltend 30 bis 95 Gew.-% an thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F und 5 bis 70 Gew-% an Verstärkungsfasern B, wobei die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F und die Verstärkungsfasern B durch ein textiltechnisches Fertigungsverfahren zu einem flächenförmigen oder räumlichen textilen Gebilde G miteinander verbunden wurden. 8) Faserhalbzeug H nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Styrol- Copolymer der Styrol-Copolymer-Formmasse A ein Styrol-Butadien- Blockcopolymer ist. 6) Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the textile structure G is a fabric which contains at least 5 wt .-% of reinforcing fibers B. 7) Thermoplastic semi-finished fiber H, containing 30 to 95 wt .-% of thermoplastic styrene copolymer fibers F and 5 to 70 wt% of reinforcing fibers B, wherein the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B by a textile manufacturing method have been connected to a sheet-like or spatial textile structure G together. 8) semifinished fiber H according to claim 7, characterized in that the styrene copolymer of the styrene copolymer molding compound A is a styrene-butadiene block copolymer.
9) Faserhalbzeug H nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Styrol-Copolymer-Fasern F mindestens ein Copolymer aus der Gruppe Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril/Styrol/Acrylester-Copolymere (ASA) enthalten. 9) semifinished fiber H according to claim 7, characterized in that the thermoplastic styrene copolymer fibers F at least one copolymer from the group styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymers (ABS) and acrylonitrile / styrene / Acrylic ester copolymers (ASA) included.
10) Faserhalbzeug H nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern B aus der Gruppe enthaltend Carbonfasern, Glasfasern und Aramidfasern ausgewählt sind. 1 1 ) Faserhabzeug H nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde G ein Gewebe, Gelege, Gestrick, Geflecht, Gewirk, Vliesstoff oder Filz ist, wobei jeweils die thermoplastischen Styrol-Copolymer- Fasern F und die Verstärkungsfasern B miteinander verarbeitet wurden. 12) Faserhalbzeug H nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde G ein Gewebe ist, welches 20 bis 60 Gew.-% an Verstärkungsfasern B enthält. 10) semifinished fiber H according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the reinforcing fibers B are selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers and aramid fibers. 1 1) Hinge H according to one of claims 7 to 10, characterized in that the textile structure G is a woven fabric, scrim, knitted fabric, braid, knitted fabric, nonwoven fabric or felt, wherein in each case the thermoplastic styrene copolymer fibers F and the reinforcing fibers B were processed together. 12) semifinished fiber H according to one of claims 7 to 1 1, characterized in that the textile structure G is a fabric containing 20 to 60 wt .-% of reinforcing fibers B.
13) Formteil T, hergestellt durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: a. Herstellen eines thermoplastischen Faserhalbzeugs H nach einem der Ansprüche 7 bis 12; 13) Molding T, made by a process comprising the following steps: a. Production of a thermoplastic semi-finished fiber H according to one of claims 7 to 12;
b. Formgebendes Schmelzen des Faserhalbzeugs H, um das gewünschte Formteil T zu erhalten;  b. Shaping melting of the semi-finished fiber H to obtain the desired molding T;
c. Abkühlen des erhaltenen Formteils T.  c. Cooling of the obtained molding T.
14) Formteil T nach Anspruch 13, wobei das Faserhalbzeug H vor dem Schritt des formgebenden Schmelzens auf mindestens einer Seite mit einer Schicht, enthaltend einen weiteren thermoplastischen Kunststoff, versehen wird. 14) molded part T according to claim 13, wherein the semifinished fiber H is provided on at least one side with a layer containing a further thermoplastic material prior to the step of shaping.
15) Formteil T nach Anspruch 13 oder 14, wobei das formgebende Schmelzen durch Formpressen, Heißpressen, Diaphragmaformen oder Hydroformen erfolgt. 15) molded part T according to claim 13 or 14, wherein the shaping melting is carried out by compression molding, hot pressing, diaphragm shapes or hydroforming.
PCT/EP2016/059061 2015-04-22 2016-04-22 Method for producing a fibre-composites based on styrol- copolymers WO2016170143A1 (en)

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