WO2023031260A1

WO2023031260A1 - Kompositmaterial

Info

Publication number: WO2023031260A1
Application number: PCT/EP2022/074179
Authority: WO
Inventors: Rudolf Einsiedel; Matthias MIELKE
Original assignee: Cordenka Innovations GmbH
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2023-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges Material beinhaltend mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff und mindestens eine Lage aus einem Schaumstruktur-Material, wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff zellstoffbasierte Fasern in Form von Filamenten enthält. Weiterhin betrifft die Erfindung eine hagelschlagresistente Dachkonstruktion für Fahrzeuge und Gebäude, eine Bootswand, eine Kopfbedeckung und eine Schutzplatte, beispielweise als Unterbodenschutzelement für ein Fahrzeug, oder als Prallschutzelement für ein Luftfahrzeug.

Description

Kompositmaterial

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Kompositmaterial mit einem Schichtaufbau.

Kompositmaterialien sind allgemein bekannt und werden in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt.

Aus der Schrift DE 102015210653 beispielsweise ist ein Bezug-Laminat bekannt, das für einen Fahrzeugsitz eingesetzt werden soll. Das Bezugs-Laminat weist ein Gemisch aus nanokristalinen Cellulosefasern und synthetischen Fasern auf. Die Schrift DE 102010000116 wiederum beschreibt ein Schaumstoffelement, das mit Cellulosefasern versetzt ist. Hierdurch sollen die hydrophilen Eigenschaften des Kompositmaterials verbessert werden

Nachteilig bei den bekannten Kompositmaterialien ist allerdings, dass ihre Herstellung in der Regel wenig umweltfreundlich erfolgt oder ihre mechanische Stabilität, beispielweise ihre Schlagfestigkeit, gering ist.

Es war daher der die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Komposit im Schichtaufbau bereitzustellen, der die Nachteile aus dem Stand der Technik reduziert. Gelöst wird die Aufgabe durch ein mehrlagiges Material, das mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff und mindestens eine Lage eines Schaumstruktur-Materials aufweist, wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff zellstoffbasierte Fasern, wie insbesondere Viskose-, oder Lyocellfasern in Form von Filamenten enthält.

Filamente im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind flexible, faserartige Gebilde, deren Länge um mehrere Größenordnungen größer ist als ihre Dicke, typischerweise liegt das Längen-Dickenverhältnis bei 100:1 oder mehr. Filamente können allerdings auch eine Länge von mehreren hundert Metern oder sogar mehreren Kilometern aufweisen. Dabei ist es im Sinne der vorliegenden Anmeldung unerheblich, ob es sich bei dem Filament um eine einzelne Faser, um einen Strang parallel geführter Fasern oder um miteinander durch Verdrehen, Verwirbeln, Verkleben oder Verschweißen verbundene Fasern handelt. Auch aus kürzeren Fasern gesponnene Game können Filamente im Sinne der vorliegenden Anmeldung sein. Außerdem können Filamente im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch vergleichsweise kurze, ungekräuselte Stücke sein, die durch Zerschneiden eines längeren Filaments erhalten werden können. Unter „vergleichsweise kurz“ werden dabei Stücke von 0,2 bis 20 Zentimetern, bevorzugt 2-15 cm Länge verstanden.

Vorteilhaft bei dem mehrlagigen Material gemäß dieser Erfindung ist, dass zumindest die Lage aus faserverstärktem Kunststoff einen nachwachsenden Rohstoff aufweist, wodurch das Produkt mit einer gegenüber dem bisherigen Stand der Technik besseren CC -Bilanz herstellbar ist und auch die Recyclingfähigkeit verbessert wird. Das mehrlagige Material aus einer Kombination aus der mindestens einen Lage aus faserverstärktem Kunststoff und der mindestens einen Lage aus Schaumstruktur-Matenal weist zudem eine besonders gute Schlagzähigkeit und Schlagfestigkeit auf, ohne dass das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Komposits erhöht wird. Als Schaumstruktur-Material soll ein Material verstanden werden, das Gasbläschen oder Gasblasen aufweist, wobei einzelne oder mehrere Gasbläschen oder Gasblasen durch ein festes Wandmaterial voneinander getrennt sind. Dabei sind sowohl Schäume denkbar, die aus einem einzelnen Block bestehen wie es beispielsweise bei Schaummatratzen der Fall ist oder der Schaum kann aus einzelnen, miteinander verbundenen, kleinen Schaumfragmenten wie zum Beispiel miteinander verschweißten, geschäumten Kügelchen bestehen wie es beispielsweise bei expandiertem Polystyrol (z.B. Styropor®) der Fall ist. Beispielsweise können geschäumte Polymermaterialien das Schaumstruktur-Material bilden. Aber auch Wabenstrukturen, wie beispielsweise Honeycomps, sollen als Schaumstruktur-Material unter die Erfindung fallen. Vorzugsweise bildet das Schaumstruktur-Material eine Schaumstrukturlage aus, dessen zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Oberflächen in Längserstreckung einen wesentlich größeren Flächeninhalt aufweisen als die Seitenflächen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der Schaumstrukturlage des Schaumstruktur-Materials verlaufen.

Im Folgenden wird auch der Ausdruck „eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff“ verwendet, wobei klar sein soll, dass damit die mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff gemeint ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zellstoffbasierten Fasern cellulosische Fasern, wie beispielweise Rayonfasern. Die besonders gute Schlagzähigkeit des mehrlagigen Materials geht dann insbesondere auf die duktile Charakteristik der in der faserverstärkten Kunststoff-Außenlage eingesetzten cellulosischen Fasern zurück. Die hier bevorzugt eingesetzten Rayonfasern weisen ein elastisches Verformungsverhalten auf, das es ermöglicht, Schlagenergie, die auf den faserverstärkten Kunststoff einwirkt, beschädigungsfrei zu absorbieren. Der duktile Charakter von Rayonfasern lässt sich zudem durch die hohen Reißdehnungswerte dieser Fasern illustrieren. Rayonfasern erreichen Reißdehnungswerte von mindestens 5%, in der Regel jedoch von 10-20%, während die Reißdehnungswerte von Glasfasern in einem Bereich von 2-4% liegen. Unter Rayonfasern werden dabei im Folgenden Cellulose-Filamentfasern verstanden, die nach dem Viskoseverfahren, gewonnen wurden.

Durch seine Eigenschaften wird das Material besonders interessant für die Verwendung als Außenschicht für Dachkonstruktionen wie beispielweise für Fahrzeugdächer oder Vordächer für Gebäude. Es lässt sich folglich beispielsweise ein Hagelschutz-Composite aus dem mehrlagigen Material aufbauen, das ressourcenschonend ist und gegenüber herkömmlichen Hagelschutz-Composites verbesserte mechanische Eigenschaften besitzt.

In einer Ausführungsform kann das mehrlagige Material eine Sandwichstruktur aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die mindestens eine Lage Schaumstruktur-Material als Kem zwischen zwei oder mehr Lagen aus faserverstärktem Kunststoff angeordnet werden. In einer Ausführungsform kann das mehrlagige Material aus mindestens einer Lage aus faserverstärktem Kunststoff und mindestens einer Lage aus Schaumstruktur-Material auch in Kombination mit anderen Materialien verwendet werden. Hierbei ist denkbar, dass das mehrlagige Material Teil eines Laminatsaufbaus ist, wobei das mehrlagige Material vorzugsweise eine Außenschicht des Laminataufbaus bildet und so in dem Laminat angeordnet ist, dass die mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff die Sichtfläche des Laminats bildet.

In einer Ausführungsform weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 40 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-% zellstoffbasierte Fasern in Form von Filamenten auf, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lage aus faserverstärktem Kunststoff. Vorzugsweise sind die zellstoffbasierten Fasern Cellulosefasern, die in den genannten Gewichtsprozenten in der Lage aus faserverstärkten Kunststoff vorliegen.

In einer Ausführungsform sind die zellstoffbasierten Fasern aus bekannten Herstellungsverfahren erhalten worden. Bekannte Herstellungsverfahren sind beispielsweise ein Direktlöseverfahren oder ein Regeneratverfahren für die Herstellung von Cellulosefasern. Als Direktlöseverfahren sind unter anderem Prozesse bekannt, bei denen die Gewinnung cellulosischer Fasern aus Lösungen in tertiären Aminoxiden, wie N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO, Lyocell- Verfahren, „Lyocell-Fasern“), ionischen Flüssigkeiten (ionic liquids) und anschließendem Ausfällen in geeigneten Koagulationsmedien erfolgt. Weitere gängige Verfahren zur Herstellung von cellulosischen Filamenten sind Regeneratverfahren, bei denen Cellulose zunächst chemisch zu löslichen Derivaten wie Xanthogenaten (Viskoseverfahren, „Rayonfasern“), Carbamaten, oder Phosphaten umgesetzt und gelöst wird. Die Lösung wird durch Spinndüsen gepumpt und schließlich im Fällbad zu cellulosischen Filamenten regeneriert. Die Gesamtheit von Fasern, die nach Direktlöseverfahren oder Regeneratverfahren gewonnen wird, wird auch als „Cellulose-Chemiefasern“ bezeichnet. In einer Ausführungsform können auch Mischungen aus nach verschiedenen Regenerat- und/oder Direktlöseverfahren gewonnenen zellstoffbasierten Fasern verwendet werden. Es sind dementsprechend zum Beispiel Kombinationen von Rayonfasern mit Lyocellfasern ebenso möglich wie Kombinationen von Rayonfasern mit Fasern, die über Phosphate gewonnen wurden oder Kombinationen von Lyocellfasern mit Fasern, die über ionische Flüssigkeiten gewonnen wurden. Auch Kombinationen von drei oder mehr verschiedenen Arten von Fasern sind möglich.

Vorzugsweise werden als zellstoffbasierte Fasern beispielweise Rayonfasern verwendet. So kann beispielsweise Rayonmultifilamentgarn als zellstoffbasiertes Fasermaterial verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können als zellstoffbasierte Fasern auch Lyocellfasern verwendet werden oder eine Mischung aus Rayonfasern, Lyocellfasern oder mit anderen Verfahren hergestellte zellstoffbasierte Fasern.

In einer Ausführungsform enthält die Lage aus faserverstärktem Kunststoff die zellstoffbasierten Fasern in Form von Garnen, Korden und/oder Rovings. Im Garn können die Fasern beispielweise verdreht zueinander und/oder mehrschichtig innerhalb des Gams vorliegen. Im Kord können mehrere Game mehrschichtig innerhalb eines Fadens vorliegen und dabei unterschiedliche Drehungen und Drehrichtungen aufweisen, typischerweise als Vor-, bzw. Auszwirn. Innerhalb eines Rovings liegen die Fasern im Wesentlichen parallel zueinander vor. In einer anderen Ausführungsform können die zellstoffbasierten Fasern auch als sogenannte Bändchengame vorliegen. Bei einem Bändchengarn liegen die einzelnen Fasern nebeneinander und beispielsweise aneinander an, sind in einer Richtung ausgerichtet und liegen im Wesentlichen einschichtig vor. Die Bändchengame können einen Binder aufweisen, der die Fasern in ihrer Lage fixiert.

In einer Ausführungsform weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff zellstoffbasierte Fasern in Form von einer oder mehreren unidirektionalen Lagen auf. Eine unidirektionale Lage ist eine Lage, bei der die Fasern innerhalb der Lage zu einer Richtung hin ausgerichtet sind. Beispielweise können alle Fasern einer unidirektionalen Lage parallel zur Hauptausbreitungsrichtung der Fasern innerhalb der unidirektionalen Lage ausgerichtet sein. Bei der Herstellung der unidirektionalen Lagen bildet eine unidirektionale Lage, die in Herstellungsrichtung verläuft, eine sogenannte 0°-Lage. Die Faserausrichtung weiterer unidirektionaler Lagen kann einen von der 0°-Lage abweichenden Winkel aufweisen, wie beispielweise ± 45°, ±60 ° und/oder ±90°. In der unidirektionalen Lage können die zellstoffbasierten Fasern als Rovings, Game oder Korde vorliegen. Bei der Verwendung von Rovings liegen die Fasern vorzugsweise in einem definierten Abstand parallel zueinander innerhalb der unidirektionalen Lage vor. In einem anderen Ausführungsbeispiel liegen die zellstoffbasierten Fasern innerhalb der Lage aus faserverstärktem Kunststoff in Form eines Gewebes vor. Beispielweise kann ein Leinwandgewebe, Atlas-, Satin, oder Köpergewebe mit Flächengewichten beispielsweise zwischen 100 und 1.000 g / m² und Fadenzahlen beispielsweise zwischen 2-20 Fäden/cm in der Kette und 0,5-20 Fäden/cm im Schuss eine Gewebelage der Lage aus faserverstärktem Kunststoff bilden. In einer Ausführungsform liegen die zellstoffbasierten Fasern sowohl in Schussrichtung als auch in Kettrichtung innerhalb der Gewebelage vor. Die Lage aus faserverstärkten Kunstsoff weist vorzugsweise mindestens eine, besonders bevorzugt zwei und weiter bevorzugt drei und mehr Gewebelagen aus zellstoffbasierten Fasern auf. Auch die Verwendung von Doppelgeweben als zellstoffbasiertes Fasermaterial für die Lage aus faserverstärktem Kunststoff ist denkbar (hergestellt beispielweise mittels eines doppelten Kettbaums).

In einer Ausführungsform liegen die zellstoffbasierten Fasern innerhalb einer Lage aus faserverstärktem Kunststoff in Form eines Gestricks oder Gewirkes vor. Bei dem Gewirke kann es sich beispielsweise um ein Schusseinlegergewirke, ein Raschelgewirke oder um eine Kulierware handeln.

In einer Ausführungsform weist die mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff eine Kombination aus verschiedenen Textillagen als zellstoffbasiertes Fasermaterial auf. Beispielweise kann die Lage aus faserverstärktem Kunststoff eine oder mehrere Gewebelagen und eine oder mehrere unidirektionale Lagen aus zellstoffbasierten Fasern aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff die Garne in einer oder mehreren Faserlagen in Form von unidirektionalen Lagen, Geweben, Gestricken, Gewirken, Netzen und/oder als Wirrfaservlies auf. In einem Ausführungsbeispiel wird die faserverstärkte Kunststofflage gebildet aus einer Mehrzahl von unidirektionalen Lagen, wobei sich die Ausrichtung benachbarter unidirektionaler Lagen um jeweils 45° unterscheiden. In einer anderen Ausführungsform wird die Lage aus faserverstärktem Kunststoff aus einer Mehrzahl von Gewebelagen aufgebaut und/oder aus einer Anzahl von Wirrfaservlieslagen. Auch eine Kombination aus unidirektionaler Lage, Gewebelage und/oder Wirrfaservlieslage zum Aufbau der Lage aus faserverstärktem Kunststoff ist möglich. Es ist auch möglich, dass eine Vielzahl von faserverstärkten Kunststofflagen verwendet werden, die als Fasermaterial unterschiedliche Textillagen aufweisen. Beispielweise kann eine erste faserverstärkte Kunststofflage die zellstoffbasierten Filamente in Form eines oder mehrerer Gewebe aufweisen. Eine zweite faserverstärkte Kunststofflage kann die zellstoffbasierten Filamente in Form eines Vliesmaterials und/oder einer unidirektionalen Lage aufweisen. Die erste und die zweite faserverstärkte Kunststofflage bilden dann die mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff.

Jede Lage aus faserverstärktem Kunststoff kann folglich eine Mehrzahl von Faserlagen aufweisen.

Vorzugsweise bestehen die unidirektionalen Lagen, die Gewebe, Gestricke, Gewirke, Netze und/oder die Wirrfaservlieslage vollständig (also zu 100% Gew.% ) aus den zellstoffbasierten Fasern in Form von Filamenten. Es ist aber auch möglich, dass die oben genannten Lagen nur teilweise aus den zellstoffbasierten Fasern in Form von Filamenten bestehen. Beispielweise kann jede Lage zu mindestens 20 Gew%, oder 40 Gew% oder 60 Gew% aus zellstoffbasierten Fasern in Form von Filamenten bestehen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern der entsprechenden Lage. Vorzugsweise können die Cellulose-Filamente in den o.g. Lagen mit Viskose-Stapelfasern, sonstigen cellulosischen Fasern, darunter Naturfasern, wie Baumwolle, Flachs, Hanf, Jute, Sisal, Ramie, usw. kombiniert werden. Es sind jedoch auch Kombinationen mit anderen polymeren Synthesefasern sowie mit Glas-, oder Carbonfasern denkbar. Unidirektionale Lagen, Gewebe, Gestricke, Gewirke, Netze und/oder Wirrvlieslagen wie hier beschrieben sind dem Fachmann auch unter der Bezeichnung „textile Halbzeuge“ bekannt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass nur einzelne Lagen vollständig aus zellstoffbasierten Fasern in Form von Filamenten bestehen und kombiniert werden mit Lagen, die vollständig oder teilweise aus Fasern gebildet werden, die nicht zellstoffbasiert sind.

In einer Ausführungsform weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff als Kunststoff eine Matrix aus duroplastischem Material, zum Beispiel ungesättigte Polyesterharze (UP), Vinylester- (VE), Polyurethan- (PU), oder Epoxidharze (EP), auf. Vorzugsweise weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff als Kunststoff lediglich eine Matrix aus duroplastischem Material auf, das seinerseits teilweise auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden kann, wie zum Beispiel das Produkt „PTP“ der Firma Biocomposites and More GmbH, ein Polymer Material basierend auf Triglyceriden und Polycarbonsäureanhydriden.

In einer anderen Ausführungsform weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff als Kunststoff eine Matrix aus einem thermoplastischen Material, zum Beispiel Polyester, Polyamid, oder ähnliches auf.

In einer Ausführungsform besteht der Kunstsoff der mindestens einen Lage aus faserverstärktem Kunststoff vollständig aus den bisher genannten Matrixmaterialien. Vollständig in diesem Zusammenhang bedeutet, dass der Kunststoff zu über 80 Gew.%, vorzugsweise zu über 90 Gew.% und besonders bevorzugt zu 100 Gew.% aus den genannten Matrixmaterialien besteht.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Lage aus faserverstärktem Kunststoff als Kunststoff sowohl thermoplastische wie auch duroplastische Kompomenten auf. Die beiden Komponenten können dabei zu einem homogenen Material miteinander vermengt sein oder sie können an unterschiedlichen Stellen in der Lage aus faserverstärktem Kunststoff enthalten sein. So sind beispielsweise Ausführungsformen möglich, in denen die im faserverstärkten Kunststoff eingebetteten Fasern mit einem thermoplastischen Überzug versehen sind und dann in ein duroplastisches Material eingebettet werden. Der thermoplastische Überzug schafft so eine zusätzliche Grenzfläche zwischen den Fasern und dem duroplastischen Material, welche zusätzliche Schlagkräfte aufnehmen kann. Die Wirkung des thermoplastischen Überzugs besteht dabei darin, die Haftung zwischen den Fasern und dem duroplastischen Material zu verringern und so in dem Material eine zusätzliche Sollbruchstelle zu schaffen.

In einer Ausführungsform kann das mehrlagige Material mehr als eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff aufweisen, wobei jede Lage aus faserverstärktem Kunststoff einen anderen Kunststoff aufweist oder die Lagen alle den gleichen Kunststoff aufweisen.

In einer Ausführungsform wird das Matrixmaterial, das den Kunststoff der faserverstärkten Kunststofflage bildet, zu mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 20 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 40 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffs der Lage aus faserverstärktem Kunststoff. Bei einem so aufgebauten mehrlagigen Material basiert nicht nur das Fasermaterial (zumindest teilweise) auf einem nachwachsenden Rohstoff, sondern auch der Kunststoff basiert zumindest anteilig auf nachwachsendem Material. Vorteilhafterweise kann somit eine faserverstärkte Kunststofflage hergestellt werden, deren CCh-Bilanz gegenüber klassischen faserverstärkten Kunststoffstoffen, die bisher eingesetzt werden (insbesondere glasfaserverstärktes, konventionelles, das heißt, erdölbasiertes UP, bzw. EP), signifikant niedriger ausfällt und die somit als besonders nachhaltiges Material gelten kann.

In einer Ausführung wird als Schaumstruktur-Material geschäumtes Polyester, geschäumtes Polystyrol, geschäumtes Polyvinylchlorid, geschäumtes Polypropylen, geschäumtes Polyethersulfon, geschäumtes Polyurethan, geschäumtes Epoxidharz und/oder Mischungen der genannten Materialien verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform wird als Schaumstruktur-Matenal Cellulose-, beziehungsweise auf Rezyklatmaterial basierender Partikelschaum verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform wird als Schaumstruktur-Material eine Wabenstruktur verwendet. Eine Wabenstruktur kann beispielsweise eine sogenannte Honeycomb-Struktur sein. Die Wabenstruktur kann aus einem Schaummaterial - wie oben beschrieben - hergestellt sein, oder aus einem anderen Material. In einer Ausführungsform handelt es sich dabei um ein Cellulose basiertes Material. Als Bindemittel zur Ausbildung entsprechender Schaumstrukturen in Wabenstruktur können die oben genannten geschäumten Polymere, sowie Wasserglas (Kaliumsilikat), oder andere Bindemittel, beziehungsweise Klebstoffe zum Einsatz kommen, vorzugsweise solche, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. In einer Ausführungsform ist die Wabenstruktur ausgebildet aus einem zellstoffbasierten Material (beispielweise Cellulose), das beispielweise mittels eines Wetlaid-Prozesses in die Wabenstruktur gebracht wurde.

Vorzugsweise besteht das Schaumstruktur-Material zu mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 20 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 40 Gew.-% und besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus nachwachsenden oder aus rezyklierten Rohstoffen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schaumstruktur-Materials. Erneut wird auch hier die CO2 -Bilanz des Produktes deutlich verbessert, wenn weiteres Material aus nachwachsenden Rohstoffen verwendet wird. Darüber hinaus kann auch die Recyclingfähigkeit des mehrlagigen Materials verbessert werden, wenn vermehrt Material aus nachwachsenden Rohstoffen verwendet wird. Cellulosefasern, als ein Beispiel für zellstoffbasiertes Fasermaterial, weisen beispielweise günstigere Recyclingeigenschaften auf, als Glasfasern. Bei Verfahren des werkstofflichen Recyclings erfahren Cellulosefasern in der Regel geringere Fasereinkürzungen, als Glasfasern, was den technischen Nutzwert von Cellulosefaser- Recyclingmaterial gegenüber demjenigen von Glasfaser-Recyclingmaterial erhöht. Bei Verfahren der thermischen Verwertung wird Cellulose einer CO2-neutralen Zweitnutzung als Energieträger zugeführt, während Glasfasern Schlacken bilden, die im Betrieb von Müllheizkraftwerken nachteilig sind.

Insgesamt bildet das mehrlagige Material ein Produkt mit einer nachhaltigen Charakteristik, die beispielsweise bei umweltbewussten Personen zu einer erhöhten Kaufbereitschaft führen kann.

Sowohl die zellstoffbasierten Filamente als auch das Matrixmaterial und die Schaumstruktur-Material können mit einer flammhemmenden Ausrüstung versehen werden. Auch die zellstoffbasierten Filamente können eine flammhemmende Ausrüstung enthalten. Die flammhemmende Ausrüstung der Matrix, der zellstoffbasierten Filamente und der Schaumstruktur können auf anorganischen Flammschutzmitteln wie Vermiculit oder Aluminiumhydroxid ebenso beruhen kann wie auf organischen Flammschutzmittteln wie Organophosphorverbindungen wie Tris(chlorethyl)phosphat (TCEP), Trischlorpropylphosphat (TCPP), Trisdichlorisopropylphosphat (TDCPP), Triphenylphosphat (TPP), Tris-2-ethylhexylphosphat (TEHP), Trikresylphosphat (TKP), Isopropyliertes Triphenylphosphat (ITP), Mono-, Bis- und Trisisopropylpheny)phosphate unterschiedlichen

Isopropylierungsggrades, Resorcinolbisdiphenylphosphat (RDP), Bisphenol-A- bisdiphenylphosphat (BDP) oder Vinylphosphonsäure. Auch Kombinationen von zwei oder mehr der genannten Verbindungen sind möglich. Die Flammschutzmittel können dabei in das Material der Fasern, der Matrix oder des Schaumstruktur- Matenals eingebettet sein. Die Fasern können mit dem Flammschutzmittel überzogen sein.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Dachkonstruktion für einen Wohnwagen, ein Wohnmobil, ein Mobilheim, einen Carport, ein Vordach oder ein Gebäude, dass mindestens ein mehrlagiges Material wie oben beschrieben aufweist. Eine solche Dachkonstruktion kann teilweise oder vollständig aus dem oben beschriebenen mehrlagigen Material bestehen.

Vorzugsweise kann das mehrlagige Material beispielweise in einer Laminatstruktur mit anderen Lagen die Außenlage der Dachkonstruktion bilden. Die Außenlage ist dabei die Lage, die der Außenwelt zugewandt ist, wohingegen die der Außenlage gegenüberliegende Lage (Innenlage) dem Objekt zugewandt ist.

Die faserverstärkte Kunststofflage des mehrlagigen Materials kann als Außenlage des beschriebenen mehrlagigen Materials im Vakuum infusionsverfahren hergestellt werden. Hierdurch, beziehungsweise durch die Anwendung ähnlicher Formgebungsverfahren, ist es möglich, dem mehrlagigen Material eine hohe Oberflächengüte (Class A) zu verleihen, sei es per Gelcoat-Behandlung, oder durch eine an die Formgebung direkt anschließende Lackierung. In einfacher Weise wird so eine Dachkonstruktion bereitgestellt, die eine besonders hohe Schlagfestigkeit aufweist, eine gute CO2-Bilanz hat und darüber hinaus noch die Weiterverarbeitung, wie beispielweise die Lackierung, erleichtert. Weiterhin vorteilhaft ist eine solche Dachkonstruktion sehr leicht und erhöht somit das Gewicht - beispielweise von Wohnmobilen - im Vergleich zu herkömmlichen glasfaserverstärkten Kunststoff-Dachkonstruktionen nicht. Die Dachkonstruktion ist so auch vorteilhaft für Vorbauten geeignet, bei denen die Stützelemente der Dachkonstruktion in der Regel weniger massiv ausgebaut sind (beispielweise aus Designgründen) und eine geringere Traglast aufweisen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bootswand, hergestellt zumindest teilweise aus dem mehrlagigen Material. In einer Ausführungsform der Bootswand weist die Bootswand das mehrlagige Material als Innenlage auf, wohingegen die Außenlage (die mit Wasser in Kontakt kommt, sofern das Boot im Wasser schwimmt) weiteres Material aufweist. Durch das mehrlagige Material als Innenlage kann die Innengestaltung der Bootswand besonders einfach optisch ansprechend ausgestaltet werden (beispielweise durch eine entsprechende Lackierung) und trotzdem ist die Bootswand gegenüber von Tritten der Insassen aufgrund ihrer verbesserten Schlagfestigkeit vor Beschädigungen geschützt.

In einer Bootswand kann das mehrlagige Material nach der vorliegenden Anmeldung Teil einer größeren Laminatstruktur sein, die das mehrlagige Material nach der vorliegende Anmeldung entweder auf der Innenseite (der dem Wasser abgewandten Seite), der Außenseite (der dem Wasser zugewandten Seite) oder in ihrem Inneren enthält. Die Verwendung von zellstoffbasierten Fasern wie beispielsweise Rayon oder anderen Cellulosefilamenten in einem Composite, das zum Wasser hin mit EP-Harz, Glasfaser, Osmoseblockern, Gelcoat und Antifouling im Unterwasserbereich von Booten geschützt ist, kann bei Anstoß an Hindernisse, Grundberührung oder Zusammenstoß im Unterwasserbereich, etwa mit von Frachtschiffen verlorenen Containern, wesentlich mehr Energie aufnehmen als herkömmliche Composites. Dadurch werden Leckagen weniger auftreten oder kleiner ausfallen und damit eher mit Bordmitteln (Pumpen, Dichtmitteln) beherrschbar werden. Im ungünstigsten Fall verlängert es die Zeit, die für das Herannahen von Helfern oder zum Einstieg der Besatzung in entsprechende Rettungsschwimmkörper auf See notwendig ist. Der Sicherheitsgewinn einer derart ausgeführten Bootswand ist im Unterwasserbereich sicher signifikant. Die Verwendung einer geeigneten Matrix und die sichere Durchtränkung der Fasern sind allerdings Voraussetzung für diesen Einsatz.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Kopfbedeckung zur Benutzung in Sport und/oder im Straßenverkehr, die ein mehrlagiges Material mit den Merkmalen wie oben beschrieben aufweist. Eine solche Kopfbedeckung zeichnet sich durch eine hohe Schlagfestigkeit aus, wodurch beispielweise eine gute Arbeitsschutzklasse für die Kopfbedeckung erreicht werden kann, ohne dass die Kopfbedeckung unvorteilhaft schwer und dadurch unbequem wird. Die Kopfbedeckung kann vollständig oder zumindest teilweise aus dem mehrlagigen Material bestehen. Bei einer Kopfbedeckung, die nur teilweise aus dem mehrlagigen Material besteht, ist es bevorzugt, wenn das mehrlagige Material als Außenlage verwendet wird. Diese Außenlage kann auch wieder besonders gut lackiert werden, so dass beispielweise Warnfarben als Lackierung die Sicherheit der Kopfbedeckung erhöhen können. Bei der Kopfbedeckung kann es sich um einen Schutzhelm zum Fahrrad oder Motorrad fahren, Skilaufen, Snowboarden oder Klettern oder um eine Reiterkappe handeln.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Platte zur Verwendung als Schutz von Fahrzeugen, die mindestens ein mehrlagiges Material, wie oben beschrieben, aufweist. Beispielsweise kann ein Unterbodenschutzelement das mehrlagige Material aufweisen und das Fahrzeug beispielweise gegen Rollsplitt schützen. Eine Prallplatte ist eine weiteren Anwendungsmöglichkeit für das mehrlagige Material. Das mehrlagige Material nach der vorliegenden Anmeldung kann darüber hinaus als leichtgewichtiges Material im Luftfahrzeugbau zum Beispiel für Flugzeuge oder Hubschrauber zum Einsatz kommen, zum Beispiel zur Fertigung von Rumpf- oder Tragflächenelementen, im Bereich Triebwerksumantelungen, Vorflügel und Radome, als Schalenmaterial für Höhen- oder Seitenleitwerke oder als Material für aerodynamische Klappen wie Krüger-, Fowler-, Lande- oder Störklappen oder für Ruder wie Seiten-, Höhen- oder Querruder. Auch eine Verwendung für Kombinationen verschiedener Klappen- oder Rudertypen, die dem Fachmann zum Beispiel unter der Bezeichnung „Flaperons“ bekannt sind, kann das mehrlagige Material nach der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden. Beim Einsatz des mehrlagigen Materials in den vorgenannten Anwendungen führt die Hagelbeständigkeit der entsprechend hergestellten Elemente zu einer verbesserten Betriebssicherheit insbesondere weil eine erhöhte Sicherheit gegen den Aufprall von Hagelkörnern, herumfliegenden Teilen wie Schotter oder Abfall, Vögeln oder ballistischen Geschossen gewährleistet ist.

Darüber hinaus ist auch im Flugzeugbau eine Verwendung als Prallplatte möglich und zwar als Teil sogenannter „unpaved strip kits“ oder „gravel kits“, die für Flugzeuge zum Einsatz kommen, die dadurch zur Landung auf unbefestigten Pisten ausgestattet werden. In einem solchen Fall können Prallplatten, die das mehrlagige Material nach der vorliegenden Anmeldung enthalten, oberhalb der Fahrwerke angebracht werden um aufgewirbelten Schotter oder anderes Material vom Rumpf oder von den Triebwerken und/oder Propellern fernzuhalten. Zur Verwendung in Prallplatten für Flugzeuge ist das mehrlagige Material nach der vorliegenden Anmeldung besonders geeignet, da es gegenüber dem hierfür bisher verwendeten Aluminium eine deutliche Gewichtsersparnis bedeutet.

Weiterhin ist es möglich, dass das mehrlagige Material in Kombination mit anderen Materialien verwendet wird. Beispielweise kann ein solches zusammengesetztes Material Glasfaser-, oder Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe als Basislage aufweisen und damit eine verstärkt strukturgebende Komponente, während an der Außenseite das mehrlagige Material, wie in dieser Anmeldung beschrieben, zur Herstellung einer schlagzähen Oberfläche zur Anwendung kommt. Das gilt sowohl für Cellulosefaser verstärkte Kunststoffmaterialien und entsprechende Bauteile auf Basis duroplastischer, wie thermoplastischer Matrices.

Claims

Kompositmaterial Patentansprüche:

1 . Mehrlagiges Material beinhaltend mindestens eine Lage aus faserverstärktem Kunststoff und mindestens eine Lage Schaumstruktur- Matenal, gekennzeichnet dadurch, dass die Lage aus faserverstärktem Kunststoff Cellulosefasern in Form von Filamenten enthält, die nach einem Regeneratverfahren und/oder nach einem Direktlöseverfahren gewonnen wurden und dass der faserverstärkte Kunststoff ein duroplastisches Matrixmaterial enthält.

2. Mehrlagiges Material nach Anspruch 1 , wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff mindestens 20 Gew% Cellulosefasern in Form von Filamenten enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lage aus faserverstärktem Kunststoff.

3. Das mehrlagige Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den Cellulosfasern um Rayonfasern handelt.

4. Das mehrlagige Material nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff Cellulosefasern in Form von einer oder mehreren unidirektionalen Lagen enthält.

5. Das mehrlagige Material nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff Cellulosefasern in Form von Garnen enthält.

6. Das mehrlagige Material nach Anspruch 5, wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff die Game in Form von unidirektionalen Lagen, Geweben, Gestricken oder Gewirken enthält.

7. Das mehrlagige Material nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei die Lage aus faserverstärktem Kunststoff Epoxidharze, enthält.

8. Das mehrlagige Material nach Anspruch 7, wobei das Matrixmaterial zu mindestens 10 Gew.-% aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wurde, bezogen auf das Gesamtgewicht der mindestens einen Lage aus faserverstärktem Kunststoff.

9. Das mehrlagige Material nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei die Cellulosefasern einen thermoplastischen Überzug aufweisen.

10. Das mehrlagige Material nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das Schaumstruktur-Material geschäumtes Polyester, geschäumtes Polystyrol, geschäumtes Polyvinylchlorid, geschäumtes Polypropylen, geschäumtes Polyethersulfon, geschäumtes Polyurethan, geschäumtes Epoxidharz oder Mischungen der genannten Materialien aufweist.

11 . Das mehrlagige Material nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schaumstruktur-Material zu mindestens 10 Gew. % aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wurde.

12. Das mehrlagige Material nach Anspruch 1 , wobei das Schaumstruktur- Matenal Cellulose-und/oder Rezyklatmaterial basierten Partkelschaum- und/oder Wabenstruktur-Materialien aufweist.

13. Eine Dachkonstruktion für einen Wohnwagen, ein Wohnmobil, ein

Mobilheim, einen Carport, ein Vordach oder ein Gebäude aufweisend mindestens ein mehrlagiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Eine Dachkonstruktion nach Anspruch 13, wobei das mehrlagige Material mit der Lage aus faserverstärktem Kunststoff eine Außenlage bildet.

15. Eine Kopfbedeckung zur Benutzung in Sport und Straßenverkehr aufweisend mindestens ein mehrlagiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

16. Eine Prallplatte, oder ein Unterbodenschutzelement, oder eine Bootswand, oder ein Luftfahrzeugbauteil aufweisend mindestens ein mehrlagiges Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12.