DE102009044515A1

DE102009044515A1 - Membranstruktur für vakuum-unterstütztes Formen faserverstärkten Gegenstandes

Info

Publication number: DE102009044515A1
Application number: DE200910044515
Authority: DE
Inventors: Vishal Overland Park Bansal; Nusrat Farzana
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: BHA Altair LLC
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2010-05-20
Also published as: CN101797804A; US8388885B2; US20100285297A1; CN101797804B; MX2009011981A; BRPI0904732A2

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes. Das Verfahren schließt die Stufen des Bereitstellens einer Hohlräume darin aufweisenden Fasermattenstruktur ein. Eine Membranstruktur ist über mindestens einen Abschnitt der Faserstruktur gelegt. Die Membranstruktur schließt eine mikroporöse Membran ein. Mindestens die mikroporöse Membran der Membranstruktur hat eine Ölbeständigkeits-Bewertung von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen. Eine Mischung aus Harz und Härter wird bereitgestellt. Das Harz wird durch Anlegen eines Vakuums an die Faserstruktur und die Membranstruktur in Hohlräume der Faserstruktur eingebracht, wobei die Membranstruktur das Hindurchfließen von Harz verhindert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes und besonders auf das Herstellen des Gegenstandes durch ein vakuum-unterstütztes Formverfahren unter Anwendung einer Membran.
Verbundgegenstände, die aus einer faserverstärkten Harzmatrix hergestellt sind, die bei relativ erhöhten Temperaturen eingesetzt werden sollen, sind bekannt. Solche Verbundgegenstände können z. B. Strahltriebwerks-Schaufeln, Strahltriebwerks-Rümpfe, Bootskörper, Autokörper und -Komponenten, Windturbinen-Schaufeln, Flugzeugstrukturen, wie Flügel, Flügelteile, Radarkuppeln, Flugzeugrumpf-Komponenten, Nasenkegel, Klappenführungen, Fahrwerk und rückwärtige Querwand sein. Die in dem Verbundgegenstand eingesetzten verstärkenden Fasern kann irgendeine geeignete technische Fasern sein, wie Fiberglas, Kohlenstoff, Aramid, Keramik, Hybrid und Ähnliche. In Abhängigkeit von dem Einsatz, in dem der Verbundgegenstand benutzt werden wird, kann der Gegenstand mit einem bei einer erhöhten Temperatur aufgebrachten Harz hergestellt werden, sodass die Oberflächenspannung des Harzes relativ gering ist.
Die bekannten Verbundgegenstände können durch Einbringen von Harz mittels Vakuum in eine faserverstärkte Schicht hergestellt werden. Laminiertes Folienmaterial wird benachbart der faserverstärkten Schicht angeordnet. Das laminierte Folienmaterial schließt eine Membran ein. Es ist be kannt, dass das Harz bei relativ hohen Temperaturen in die faserverstärkte Schicht eingeführt wird, sodass das Harz eine relativ geringe Oberflächenspannung aufweist. Das Harz kann zuweilen die Membran benetzen oder durch diese hindurchdringen. Wenn Benetzen oder Hindurchdringen auftritt, wird das Formvverfahren weniger effektiv gemacht.
Es besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten Membranstruktur, die dem Benetzen der oder Hindurchdringen durch die Membran besser widersteht, zum Einsatz in vakuumunterstützten Formoperationen mit Harzen bei einer relativ hohen Temperatur und/oder die relativ geringe Oberflächenspannungen aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes. Das Verfahren schließt die Stufen des Bereitstellens einer Fasermattenstruktur mit Hohlräumen darin ein. Eine Membranstruktur wird über mindestens einen Abschnitt der Fasermattenstruktur gelegt. Die Membranstruktur schließt eine mikroporöse Membran ein. Mindestens die mikroporöse Membran der Membranstruktur hat ein Öl-beständigkeits-Bewertung von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen. Eine Harz- und Härtermischung wird bereitgestellt. Das Harz wird durch Anlegen eines Vakuums an die Fasermattenstruktur und die Membranstruktur in Hohlräume der Fasermattenstruktur eingebracht, wobei die Membranstruktur das Hindurchfließen des Harzes verhindert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes. Das Verfahren schließt die Stufen des Bereitstellens einer Fasermattenstruktur mit Hohlräumen darin ein. Eine Membranstruktur wird über die Fasermattenstruktur gelegt. Die Membranstruktur hat eine Ölbeständigkeits-Bewertung von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,005 CEM (US-Fuss³/min) pro US-Fuß² bei 125 Pascal, wie durch ASTM D737-Testen bestimmt. Eine Harz- und Härtermischung wird bereitgestellt. Das Harz wird durch Anlegen eines Vakuums an die Fasermattenstruktur und die Membranstruktur in Hohlräume der Fasermattenstruktur eingebracht, wobei die Membranstruktur das Hindurchfließen des Harzes verhindert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Membranstruktur zum Einsatz beim Transfer- bzw. Spritzpressen, bei dem eine Harz- und Härtermischung benutzt wird. Die Membranstruktur schließt eine mikroporöse Membran ein. Ein poröses Gewebe wird mit der mikroporösen Membran laminiert. Ein Behandlungsmaterial wird auf mindestens die mikroporöse Membran aufgebracht. Die mikroporöse Membran hat eine Ölbeständigkeit von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen, und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,005 CEM pro US-Fuß², bestimmt durch ASTM D737-Testen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden besser verstanden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Verbundgegenstand veranschaulicht, der gemäß einem Aspekt der Erfindung mit Faserverstärkung hergestellt ist,
2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ist, die die Herstellung eines Abschnittes des in 1 gezeigten Verbundgegenstandes gemäß einem Aspekt veranschaulicht,
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Membranstruktur ist, die in 2 veranschaulicht ist, eingesetzt bei der Herstellung mindestens eines Abschnittes des Verbundgegenstandes gemäß einem Aspekt,
4 eine Ansicht ähnlich 3 ist, die eine Membranstruktur gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung veranschaulicht,
5 eine Ansicht ähnlich 3 ist, die eine Membranstruktur gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung veranschaulicht und
6 eine Ansicht ähnlich 3 ist, die eine Membranstruktur gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgegenstandes, der mit einer faserverstärkten Harzmatrix unter Einsatz einer neuen und verbesserten oleophoben mikroporösen Membranstruktur hergestellt ist, wird unten detailliert beschrieben. Die neue und verbesserte oleophobe mikroporöse Membranstruktur widersteht zu einem bisher unbekannten Ausmaß dem Lecken, „Benetzen” oder dem Durchgang von Harz mit relativ geringen Oberflächenspannungen, während sie den Durchgang von Gas gestattet. Die Membranstruktur gestattet ein relativ gleichmäßiges Anlegen eines Vakuums an den gesamten Verbundge genstand oder erwünschte ausgewählte Abschnitte des Verbundgegenstandes während eines Formverfahrens. Die Membranstruktur ermöglicht auch den Gebrauch von Harz bei Betriebsbedingungen, bei denen das Harz relativ geringe Oberflächenspannungen aufweist. Die Membranstruktur erleichtert weiter einen kontrollierten Harzfluss und verringert Fehler in dem Gegenstand, die von einem ungleichmäßigen Harzfluss resultieren könnten. Produktionszyklus-Zeit zusammen mit Arbeitszeit sind zusammen mit einer Verringerung der Kosten der verbrauchbaren Materialien des Verfahrens verringert. Der Einsatz der neuen und verbesserten oleophoben mikroporösen Membranstruktur ergibt, z. B., verbesserte Qualität des fertigen Teiles, geringeren Porengehalt, verringerte manuelle Nacharbeit und optimierte Verhältnisse von Faser zu Harz.
Aus einer faserverstärkten Harzmatrix hergestellte Verbundgegenstände können, gemäß einem nicht einschränkendem Beispiel, einen Gegenstand 20 einschließen, wie einen kohlenstoff-verstärkten Rumpf oder ein solches Gehäuse für ein Flugzeugstrahltriebwerk 22, wie in 1 veranschaulicht. Der Gegenstand 20 oder Rumpf ist um das Strahltriebwerk 22 herum angeordnet. Wegen seiner Nähe zum Strahltriebwerk können zumindest Abschnitte des Gegenstandes 20 oder des Rumpfes für ausgedehnte Zeiten erhöhten Temperaturen (z. B. 180°C), wie während des Betriebes des Strahltriebwerkes, ausgesetzt sein. Während ein Strahltriebwerks-Rumpf offenbart und beschrieben ist, kann der Gegenstand 20, ohne Einschränkung, Strahltriebwerks-Schaufeln, Strahltriebwerks-Rümpfe, Bootsrümpfe, Fahrzeugkörper und -Komponenten, Windturbinen-Schaufeln, Flugzeugstrukturen, wie Flügel, Flügelteile, Radarkuppeln, Flugzeugrumpf-Komponenten, Nasenkegel, Klappenführungen, Fahrwerk und rückwärtige Querwand einschließen.
Die Anwendung kann für den Gegenstand 20 eine relativ hohe Festigkeit über die Zeit, während der er erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, oder relativ geringes Gewicht erfordern, für das eine technische Faser benutzt wird, wie Fiberglas, Kohlenstoff, Aramid, Keramik, Hybrid und Ähnliche oder Mischungen davon. Der Gegenstand 20 kann mit einem vakuumunterstützten Formverfahren hergestellt werden, wenn relativ hohe Dimensionstoleranz erforderlich ist, geringer Porengehalt oder ein hoher Gehalt an verstärkender Faser erwünscht ist. Vakuum-unterstützte Formverfahren benutzen häufig ein Harz oder Harz- und Härtermischung bei relativ erhöhter Temperatur, sodass seine bzw. ihre Oberflächenspannung relativ gering ist.
Der Gegenstand 20 ist, gemäß einem Aspekt der Erfindung, aus einer kohlenstofffaser-verstärkten Harzmatrixstruktur hergestellt. Die kohlenstofffaser-verstärkte Struktur des Gegenstandes 20 kann aus einer oder mehreren Schichten von kohlenstofffaser-verstärktem Material hergestellt werden. Der Gegenstand 20 wird hergestellt durch Einbringen von Harz, mit oder ohne Härter, mittels Vakuum in die kohlenstofffaserverstärkte Struktur. Das Harz wird bei einer relativ hohen Temperatur in die kohlenstofffaser-verstärkte Struktur eingebracht, sodass das Harz eine relativ geringe Oberflächenspannung aufweist.
Der Gegenstand 20 kann aus einem Paar von Teilen hergestellt sein. Die Teile des Gegenstandes 20 werden separat hergestellt. Die Teile des Gegenstandes 20 werden dann durch geeignete Mittel aneinander befestigt, um den fertigen Gegenstand 20, wie in 1 veranschaulicht, zu bilden.
In 2 kann jeder Teil des Gegenstandes 20 einen Kern 40 einschließen. Der Kern 40 schließt typischerweise eine Vielzahl von Rillen ein, um den Harzfluss durch den Kern und den Rest des Gegenstandes 20 während der Herstellung zu erleichtern. Der Kern 40 kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein, wie polymerem Schaum, Holz und/oder einem wabenartigen Metall. Beispiele geeigneter polymerer Schäume schließen, ohne Einschränkung, PVC-Schäume, Polyolefin-Schäume, Epoxy-Schäume, Polyurethan-Schäume, Polyisocyanurat-Schäume und Mischungen daraus ein.
Der Gegenstand 20 schließt auch mindestens eine Schicht aus strukturell verstärkendem Material 42 benachbart dem Kern 40 ein. Jede Schicht des strukturell verstärkenden Materials 42 ist aus einer Matte verstärkender Fasern gebildet. Typischerweise ist die Matte eine gewebte Matte verstärkender Fasern oder eine nicht-gewebte Matte gerichtet orientierter verstärkender Fasern. Die Matte verstärkender Fasern hat Hohlräume durch das strukturell verstärkende Material 42 hindurch, die vollständig mit Harz zu füllen sind. Beispiele geeigneter verstärkender Fasern schließen, ohne Einschränkung, Glasfasern, Graphitfasern, Kohlenstofffasern, polymere Fasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Kenaffasern, Jutefasern, Flachsfasern, Hanffasern, Zellulosefasern, Sisalfasern, Kokosfasern und Hybridfasern und Ähnliche oder Mischungen davon ein.
Während der Herstellung wird ein Harz, das auch eine Harz- und Härtermischung sein kann, zum Füllen der Hohlräume in der Matte verstärkender Fasern in das strukturell verstärkende Material 42 des Gegenstandes 20 eingebracht und dann gehärtet. Das eingebrachte Harz kann mit Wärme und/oder Zeit gehärtet werden, um den Gegenstand 20 zu ergeben. Das gehärtete Harz gibt jeden fertigen Gegenstand 20 Integrität und Festigkeit. Beispiele geeigneter Harze schließen, ohne Einschränkung, Vinylesterharze, Epoxyharze, Polyesterharze, Harze auf der Grundlage des Diglycidylethers von Bisphenol A und Mischungen daraus ein. Die Auswahl eines Harzes kann von dem be absichtigten Einsatz des Gegenstandes 20, der benutzten verstärkenden Faser und dem Herstellungsvefahren abhängen.
Eine besonders geeignete Harz- und Härtermischung ist kommerziell unter dem Handelsnamen RTM-6 von der Hexcel-Corporation erhältlich. Das Harz ist ein Monokomponenten-Material, bei dem ein Vernetzer oder Härter mit dem Harz vermischt ist. Ein Beispiel eines geeigneten Vernetzers ist eine Mischung cycloaliphatischer Amine. Gehärtet zeigt das Harz ein dreidimensionales strukturelles Netzwerk mit stabilen Eigenschaften bei der relativ hohen Temperatur, der es ausgesetzt sein kann.
Die Harz- und Härtermischung hat eine relativ geringe Oberflächenspannung bei der erhöhten Temperatur, bei der es typischerweise in die verstärkende Fasermatte eingebracht wird, wie in der folgenden Grafik veranschaulicht. Wird sie, z. B., bei 100°C aufgebracht, dann liegt die Oberflächenspannung der Harz- und Härtermischung im Bereich von etwa 21 bis 22 dyn/cm. Bei 80°C liegt die Oberflächenspannung der Harz- und Härtermischung im Bereich von etwa 23 bis 24 dyn/cm. Beim Annähern an 180°C beträgt die geschätzte Oberflächenspannung der Harz- und Härtermischung etwa 13 dyn/cm. Die Harz- und Härtermischung mit dieser relativ geringen Oberflächenspannung kann durch die bisher bekannten Membranstrukturen hindurchlecken oder diese „benetzen”, die bei vakuum-unterstützten Harz-Spritzform-Verfahren eingesetzt wurden. OBERFLÄCHENSPANNUNG VON HARZ/HÄRTERMISCHUNG IN ABHÄNGIGKEIT VON DER TEMPERATUR
Während der Herstellung des Gegenstandes 20 wird das strukturell verstärkende Material 42, wenn irgendeines benutzt wird, relativ zum Kern 40 angeordnet und dann in einer Form 60 angeordnet. Ein Trennmaterial 80 wird auf die ausgesetzte oder äußere Oberfläche des strukturell verstärkenden Materials 42 des Gegenstandes 20 aufgebracht. Das Trennmaterial 80 befindet sich in der Form eines Trennfilms und einer Abziehschicht. Eine oleophobe und gasdurchlässige Membranstruktur oder Membranbaueinheit 82 wird dann über dem Trennmaterial 80 und dem Gegenstand 20 aufgebracht, um das Verfahren zum Einbringen des Harzes zu erleichtern.
Ein Lufttransport-Material 84 kann über der Membranstruktur oder -baueinheit 82 angeordnet werden, um das Entgasen des Werkstückes weiter zu unterstützen, indem es dem während des Einbringens des Harzes verdrängten Gas gestattet, aus den Hohlräumen des strukturell verstärkenden Materials 42 zu entweichen. Lufttransport-Material 84 kann aus irgendeinem geeigneten Sieb- bzw. Netz- oder Gewebematerial gebildet sein, z. B. einem Polyethylennetz.
Ein gasundurchlässiger Vakuum-Beutelfilm oder Vakuumfilm 86, der aus einem geeigneten Material, z. B. einem Polyamid, gebildet ist, wird über dem Lufttransport-Material 84 angeordnet. Ein Vakuumverbindung 100 erstreckt sich durch eine seitliche Kante des Vakuum-Beutelfilmes 86. Eine Abdichtung 102 erstreckt sich um die Peripherie der Form 60 zwischen der Form und dem Vakuum-Beutelfilm 86, um ein Austreten von Gas und Harz zu verhindern. Die Abdichtung 102 befindet sich in Strömungsmittelverbindung mit der Vakuumverbindung 100.
Eine Harz-Einbringverbindung 104 erstreckt sich durch einen zentralen Abschnitt des Vakuum-Beutelfilmes 86. Die Harz-Einbringverbindung 104 befindet sich in Strömungsmittelverbindung mit einem Harz-Zufuhrrohr 106, das sich im Wesentlichen über das Ausmaß der Form 60 erstreckt. Das Harz-Zufuhrrohr 106 ist benachbart dem Gegenstand 20 angeordnet.
Das Harz wird in die Harz-Zufuhrverbindung 104, das Harz-Zufuhrrohr 106 und die strukturell verstärkenden Materialien 42 eingeführt, während ein Vakuum durch die Vakuumverbindung 100 eingerichtet wird. Das Vakuum erleichtert den Harzfluss und lässt das Harz in die Hohlräume des strukturell verstärkenden Materials eindringen. Membran-Baueinheit 82 verhindert, dass das Harz von den strukturell verstärkenden Materialien 42 wegfließt, während sie das Entweichen des durch das eingebrachte Harz verdrängten Gases zur Vakuumverbindung 100 gestattet. Die Zufuhr von Harz und das Anlegen des Vakuums an den Gegenstand 20 werden beendet. Das Harz wird dann gehärtet. Die Harz-Zufuhrverbindung 104 und das -Zufuhrrohr 106, Luft transport-Material 84, Vakuum-Beutelfilm 86, Membranbaueinheit 82 und Trennmaterial 80 werden von dem Gegenstand 20 entfernt. Der Gegenstand 20 kann dann aus der Form 60 entfernt werden und man kann ihn dann weiter härten, verwenden, endbearbeiten oder mit anderen Komponenten zusammenbauen.
In einem Aspekt der Erfindung schließt die Membran-Baueinheit 82 (3) eine mikroporöse Membran 120 ein, die thermisch oder mittels Klebstoff mit einem porösen Gewebe-Stützmaterial 122 laminiert ist. Die Membran-Baueinheit 82 hat eine Membranseite 124 und eine Gewebestützseite 126.
Die Membran 120 ist vorzugsweise eine mikroporöse polymere Membran, die das Strömen von Gasen, wie Luft oder Wasserdampf, in oder durch die Membran gestattet, und sie ist hydrophob. Die Membran 120 ist aus irgendeinem geeigneten Material, z. B., Polytetrafluorethylen, Polyolefin, Polyamid, Polyester, Polysulfon, Polyether, Acryl- und Methacryl-Polymeren, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen, Polyethylen, Polyphenylensulfon und Mischungen daraus gebildet. Eine bevorzugte, mikroporöse, polymere Membran zum Gebrauch als die Membran 120 ist ein expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), das vorzugsweise zumindest teilweise gesintert wurde.
Eine ePTFE-Membran umfasst typischerweise eine Vielzahl von Knoten, die durch Fibrillen verbunden sind, um eine mikroporöse Gitterstruktur zu bilden, wie bekannt ist. Die Membran 120 hat eine mittlere Porengröße von etwa 0,01 Mikrometer (μm) bis etwa 10 μm. Oberflächen der Knoten und Fibrillen bilden zahlreiche miteinander verbundene Poren, die sich zwischen den gegenüberliegenden Hauptseitenoberflächen der Membran in einem gewundenen Pfad vollständig durch die Membran 120 erstrecken. Typischerweise liegt die Porosität (d. h., der Prozentsatz offenen Raumes in dem Volumen der Memb ran 120) der Membran 120 zwischen etwa 50% und etwa 98%. Das Material, die mittlere Porengröße und die Oberflächenenergie der Membran 120 helfen, die Oleophobizität der Membran zu begründen.
die Membran 120 wird vorzugsweise hergestellt durch Extrudieren einer Mischung von feinen Polytetrafluorethylen(PTFE)-Pulverteilchen (erhältlich von DuPont unter der Bezeichnung feines TEFLON^®-Pulverharz) und Schmiermittel. Das Extrudat wird dann kalandriert. Das kalandrierte Extrudat wird dann in mindestens einer Richtung und vorzugsweise zwei orthogonalen Richtungen „expandiert” oder gereckt, um die Fibrillen zu bilden, die die Knoten in einer dreidimensionalen Matrix oder Gitterstruktur verbinden. „Expandiert” soll bedeuten, über die elastische Grenze des Materials hinaus genügend gereckt, um eine bleibende Verformung oder Dehnung der Fibrillen zu bewirken. Die Membran 120 wird dann vorzugsweise erhitzt oder „gesintert”, um Restspannung im Membranmaterial zu verringern und zu minimieren. Die Membran 120 kann ungesintert oder teilgesintert sein, wie es für den beabsichtigten Gebrauch der Membran geeignet ist. Ein Beispiel geeigneter Eigenschaften der Membran 120 schließt ein Einheitsgewicht von etwa 0,42 Unzen pro Yard², eine Luftdurchlässigkeit von etwa 1,5 CFM, einen Mullen-Wassereintrittsdruck von etwa 15 psi und eine Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeitsrate (MVTR) von etwa 60.000 g/m² pro Tag (g/m²/Tag) ein.
Es ist bekannt, dass die poröse ePTFE-Membran 120, während sie ausgezeichnete hydrophobe Eigenschaften aufweist, oleophil ist. D. h., dass das die Membran 120 bildende Material angreifende Mittel, wie die Harz- und Härtermischung, bei relativ erhöhter Temperatur, bei der sie eine relativ geringe Oberflächenspannung aufweist, wie 24 dyn/cm oder weniger, nicht abhält.
Es können andere Materialien und Verfahren benutzt werden, um eine geeignete Membran 120 zu bilden, die eine offene Porenstruktur aufweist. Andere geeignete Materialien, die zum Bilden einer porösen Membran eingesetzt werden können, schließen, z. B., ohne Einschränkung, Polyolefin, Polyamid, Polyester, Polysulfon, Polyether, Acryl- und Methacryl-Polymere, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen, Polyethylen, Zellulosepolymer und Kombinationen daraus ein. Andere geeignete Verfahren zum Herstellen einer mikroporösen Membran 120 schließen Schäumen, Abschaben, Gießen oder Übereinanderlegen von Fasern oder Nanofasern irgendwelcher der geeigneten Materialien ein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zumindest die Membran 120 der Membran-Baueinheit 82 mit einem oleophoben Fluorpolymermaterial in einer solchen Weise behandelt, dass stärkere oleophobe Eigenschaften resultieren, ohne dass die Gasdurchlässigkeit beeinträchtigt wird. Gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt wird die gesamte Membran-Baueinheit 82 vorzugsweise mit dem oleophoben Fluorpolymermaterial behandelt. Der oleophobe Fluorpolymerüberzug haftet an den Knoten und Fibrillen, die die Poren in der Membran 120 bilden, und an den Oberflächen der Poren in dem Gewebe-Stützmaterial 122.
Beträchtlich verbesserte oleophobe Eigenschaften zumindest der mikroporösen Membran 120 können realisiert werden, wenn die die Poren der Membran 120 bildenden Oberflächen mit dem oleophoben Fluorpolymermaterial behandelt werden. Die Behandlung kann auf die Membran 120, das Stützmaterial 122 oder die Membran-Baueinheit 82 durch irgendwelche geeigneten Mittel ausgeführt werden, wie solche, die in der US-PS 6,228,477 oder der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung 2004/0059717 offenbart und beschrieben sind. Die verstärkten oleophoben Eigenschaften der Membran 120, des Stützmaterials 122 oder der Membran-Baueinheit 82 sind wichtig, da Harz- und Härtermischungen, die benutzt werden, relativ geringe Oberflächenspannungen aufweisen.
Der Begriff „oleophob” wird benutzt, um eine Materialeigenschaft zu beschreiben, die beständig ist gegen Benetzen durch flüssige angreifende Materialien, wie Harz. Eine „oleophobe Eigenschaft” oder „Oleophobizität” der Membran-Baueinheit 82 wird typischerweise auf einer Skala von 1 bis 8 gemäß dem AATCC-Test 118 bewertet. Dieser Test bewertet objektiv die Beständigkeit einer Testprobe gegen Benetzen durch verschiedene standardisierte angreifende Flüssigkeiten, die unterschiedliche Oberflächenspannungen aufweisen. In dem Test werden acht angreifende Standard-Flüssigkeiten, bezeichnet als #1 bis #8, eingesetzt. Die angreifende Flüssigkeit #1 ist Mineralöl (Oberflächenspannung: 31,5 dyn/cm bei 25°C) und die angreifende Flüssigkeit #8 ist Heptan (Oberflächenspannung: 19,61 dyn/cm bei 25°C). Gemäß dem Testverfahren werden fünf Tropfen der angreifenden Flüssigkeit auf einer Seite der Membran-Baueinheit 82, die getestet werden soll, angeordnet. Ein Versagen tritt auf, wenn ein Lecken oder Benetzen der Membran-Baueinheit 82 durch eine ausgewählte angreifenden Flüssigkeit innerhalb von 30 Sekunden auftritt.

Die oleophobe Beurteilungszahl der Membran-Baueinheit 82 entspricht der letzten erfolgreich getesteten angreifenden Flüssigkeit. Je höher die oleophobe Beurteilungszahl, um so stärker ist die oleophobe Eigenschaft oder Oleophobizität, wie durch die Beständigkeit gegen Hindurchdringen von angreifenden Flüssigkeiten relativ geringerer Oberflächenspannung gezeigt. Es wurde festgestellt, dass sowohl die Membranseite 124 als auch die Gewebeseite 126 der Membran-Baueinheit 82 in der Lage waren, einen Angriff durch Hexan zu bestehen, das eine relativ geringere Oberflächenspannung auf weist als Heptan. Siehe die folgende Tabelle für die Beziehung der Oberflächenspannung und Temperatur von angreifenden Mitteln.

Oberflächenspannung in dyn/cm bei °C
Ölabweisungsgrad Zahl	Angreifende Flüssigkeit	20	25	40	50	60	70	80	90	100
0	Keine
1	Kaydol		31,5
2	65 Vol% Kaydol:35 Vol% n-Hexadecan		28
3	n-Hexadecan	27,50	27,07	25,79	24,94	24,08	23,23	22,38	21,52	20,67
4	n-Tetradecan	26,60	26,17	24,86	23,99	23,12	22,26	21,39	20,52	19,65
5	n-Dodecan	25,40	24,96	23,63	22,75	21,86	20,98	20,10	19,21	18,33
6	n-Decan	23,80	23,34	21,96	21,04	20,12	19,20	18,28	17,36	16,44
7	n-Octan	21,60	21,12	19,70	18,75	17,80	16,85	15,89	14,94	13,99
8	n-Heptan	20,10	19,61	18,14	17,16	16,18	15,20	14,22	13,24	12,26
8+	n-Hexan	18,40	18,35

Es wurde daher eine neue, nicht standardgemäße Beurteilungszahl von „8+” eingeführt, um anzuzeigen, dass eine getestete Probe dem Eindringen von Hexan unter Standard-Testbedingungen widerstand. Der Ausdruck „vorzugsweise mindestens eine Beurteilung der Zahl 8” bedeutet, dass durch die getestete Probe eine Beurteilung der Standardzahl 8 oder mehr, wie 8+, erzielt wurde Dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber bekannten Membran-Baueinheiten, die in vakuumunterstützten Formverfahren eingesetzt wurden.
Probenlaminate in Form von Membran-Baueinheiten 82 wurden gemäß einem Aspekt der Erfindung behandelt. Die aus der Behandlung resultierenden Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Ölabhaltung

Membranseite Gewebeseite Luftdurchlässigkeit (CFM)

8+ 8+ 0,1
Einige Membranen 120 sind relativ dünn und zerbrechlich. Das Gewebe-Stützmaterial 142 wird in die Membran-Baueinheit 82 eingeführt, um der Membran 120 eine Abstützung zu bieten. Das Stützmaterial 122 kann andere oder alternative Funktionen haben, einschließlich, z. B., Beschränken oder Verhindern des Fließens der gleichen und/oder verschiedenen Teilchen und Strömungsmittel, wie bei der Membran 120 und/oder Schützen der Membran 120 oder anderer Schichten in der Membran-Baueinheit 82 vor Beschädigung beim Handhaben.
Das Gewebe-Stützmaterial 122 kann aus ungewebten oder gewebten polymeren Fasern gebildet sein, z. B., Polyesterfasern, Nylonfasern, Polyethylenfasern und deren Mischungen. Das Stützmaterial 122 wird typischerweise aus einem porösen gewebten, ungewebten oder Scrim aus polymerem Material gebildet. Häufig wird das Stützmaterial 122 unter Einsatz eines faserförmigen Materials hergestellt, doch können auch andere poröse Materialien benutzt werden. Die mittlere Porengröße des Stützmaterials 122 ist üblicherweise größer als die mittlere Porengröße der Membran 120, obwohl dies in einigen Anwendungen nicht erforderlich ist. In einigen Anwendungen wirkt das Stützmaterial 122 zumindest teilweise als Filter des Strömungsmittels, das in den oder durch den laminierten Gegenstand strömt. Typischerweise beträgt die mittlere Porengröße des Stützgewebes etwa 500 μm oder weniger und häufig mindestens etwa 0,5 μm. Die Porosität des Stützgewebes liegt häufig im Bereich von etwa 20% bis fast 90%.
Geeignete polymere Materialien für das poröse Stützmaterial 122 schließen, z. B., gereckte oder gesinterte Kunststoffe, wie Polyester, Polypropylen, Polyethylen und Polyamide (z. B. Nylon) ein. Diese Materialien sind häufig in verschiedenen Gewichten erhältlich, einschließlich, z. B., etwa 17 g/m² (0,5 oz/yd²), etwa 34 g/m² (1 oz/yd²) und etwa 68 g/m² (2 oz/yd²). Gewebte Gewebe, wie gewebte Nylontaft-Ausrüstung ohne Schlichten von 70 Denier können auch benutzt werden. Ein anderes geeignetes Gewebe ist ein ungewebtes Textil, wie ein Polyester-kaschierter Bikomponentenfließstoff von 1,8 oz/yd².
Die Membran-Baueinheit 82 ist gasdurchlässig und oleophob. D. h., die Membran-Baueinheit 82 gestattet den Durchgang von Gasen. Die zusätzliche Ausführung einer oleophoben Behandlung erhöht die Beständigkeit der Membran-Baueinheit 82 gegen Benetzen durch Harz, Öl oder ölige Substanzen. Die Membran-Baueinheit 82 hat ein Ölabhaltung oder Beständigkeitsbeurteilung von mindestens einer Zahl 8, wie durch AATCC 118-Testen bestimmt. Die Membran-Baueinheit 82 hat auch eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,01 CFM/US-Fuß² bei 125 Pascal/US-Fuß² der Membran, gemessen durch ASTM D737-Testen.
Die resultierende Membran-Baueinheit 82 hat, gemäß dem in 3 veranschaulichten Aspekt, eine Membranseite 124 und eine Gewebeseite 126. Die Membran-Baueinheit 82 ist hydrophob auf sowohl der Membranseite 124 als auch auf der Gewebeseite 126. D. h., die Membran-Baueinheit 82 verhindert den oder widersteht dem Durchgang von Flüssigkeiten, wie Wasser, durch den laminierten Gegenstand. Die Membran-Baueinheit 82 ist gasdurchlässig und feuchtigkeitsdampf-durchlässig. D. h., die Membran-Baueinheit 82 gestattet den Durchgang von Gasen, wie Luft, Kohlendioxid und Wasserdampf.
Auf die gesamte Membran-Baueinheit 82 wird, gemäß einem Aspekt der Erfindung, eine oleophobe Behandlung aus einem anorganischen Lösungsmittel angewandt, um der gesamten Membran-Baueinheit eine verbesserte Oleophobizität zu verleihen. Die zusätzliche Ausführung der oleophoben Behandlung erhöht die Beständigkeit der Membran-Baueinheit 82 gegen den Durchgang des Harzes von entweder der Membranseite 124 oder der Gewebeseite 126 aus. Es wird jedoch klar sein, dass nur die Membran 120 behandelt werden kann, um ihre Oleophobizität zu erhöhen.
Das Stützmaterial 122 und die Membran 120 werden miteinander laminiert. Die Laminierung des Stützmaterials 122 und der Membran 120 kann nach einer Vielfalt von Verfahren erfolgen, wie thermischer Laminierung oder Klebstoff-Laminierung. 3 veranschaulicht einen Aspekt einer Membran-Baueinheit 82, bei der das Stützmaterial 122 und die Membran 120 durch thermische Laminierung verbunden sind. Die Membran 120 ist vorzugsweise eine mikroporöse expandierte Polytetrafluorethylen(ePTFE)-Membran, erhältlich von der BHA Group, Inc., als Teil Nummer QM902. Das Gewebe-Stützmaterial 122 ist vorzugsweise eine poröse Schicht von spinngebundenem Material, erhältlich von Freudenberg als Teil Nummer Novatexx 2425. Die Membran 120 und das Gewebe-Stützmaterial 122 werden miteinander laminiert. Die laminierte Membran-Baueinheit 82 wird dann behandelt, um, gemäß einem Aspekt, oleophobe Eigenschaften zu verstärken.
Es wurde festgestellt, dass ein anorganisches Strömungsmittel unter superkritischen Bedingungen das bevorzugte fluorierte Polymer-Behandlungsmaterial auflösen kann. Die resultierende Lösung ist in der Lage, die Membran-Baueinheit 82 zu benetzen und mit dem gelösten fluorierten Polymer-Behandlungsmaterial in die Poren der mikroporösen Membran 120 einzu dringen. Die Lösung mit gelöstem fluoriertem Polymer-Behandlungsmaterial hat eine Oberflächenspannung, Viskosität und einen relativen Kontaktwinkel, die es dem gelösten Behandlungsmaterial gestatten, mit dem anorganischen Lösungsmittel leicht in die engsten Poren der Membran 120 und des Stützmaterials 122 getragen zu werden.
Das anorganische Lösungsmittel ist vorzugsweise Kohlendioxid in einer superkritischen Phase. Die Oberflächenspannung der superkritischen Kohlendioxid(SCCO₂)-Lösung ist geringer als 1 dyn/cm und am bevorzugtesten geringer als 0,1 dyn/cm, sodass sie in die sehr engen Bereiche der zu behandelnden Membran-Baueinheit 82, wie die Poren der Membran 120, eintreten kann. Superkritisches Kohlendioxid hat auch eine Viskosität von weniger als etwa 0,1 Centipoise. Die Viskosität und Oberflächenspannung der Lösung sind außerordentlich gering, sodass es sehr wenig Widerstand gegen die Strömung gibt, was zur Möglichkeit des Eintritts selbst in die engsten Poren der Membran 120 führt. Eine effektive Behandlung ist möglich, selbst wenn sich die Membran-Baueinheit 82 in einem begrenzten Zustand befindet, wie in einer dicht gewickelten Rolle aus Folienmaterial.
Das fluorierte Polymer-Behandlungsmaterial oder Fluorpolymer wird auf und um die Oberflächen der Knoten und Fibrillen herum, die die sich durch die Membran 120 erstreckenden Poren bilden, und den Poren des Stützmaterials 122 abgeschieden. Dies resultiert in einem relativ dünnen und gleichmäßigen Überzug, der auf praktisch alle Oberflächen der Membran-Baueinheit 82 aufgebracht wird. Nachdem eine vorbestimmte richtige Menge des fluorierten Polymer-Behandlungsmaterials auf der Membran-Baueinheit 82 abgeschieden ist, sind die Poren hinsichtlich des Strömungsbereiches gegenüber denen eines unbehandelten laminierten Gegenstandes nicht dramatisch verringert. Verbesserte oleophobe Eigenschaften sind sowohl auf der Membranseite 124 als auch auf der Gewebeseite 126 der Membran-Baueinheit 82 realisiert.
Beispiele geeigneter fluorierter Polymer-Behandlungsmaterialien schließen solche ein, die einen Fluoralkyl-Abschnitt oder, vorzugsweise, einen Perfluoralkyl-Abschnitt aufweisen. Ein solches fluoriertes Polymer-Behandlungsmaterial ist ein Perfluoralkyl-Acryl-Copolymer, das als Fabati 100 bezeichnet wird und von Micell Technologies, Inc. entworfen und synthetisiert wurde. Tabati 100 wurde in MIBK (Methylisobutylketon) unter Einsatz von TAN (1,1,2,2-Tetrahydroperfluoroctylacrylat), Butylacrylat, einem Vernetzungsmittel TMI (Isopropenyl-a,a-dimethylbenzylisocyanat), Vazo 52-Initiator (2,4-Dimethyl-2,2'-azobispentannitril) synthetisiert. Das Tabati 100-Behandlungsmaterial wird durch Härtung nach der Behandlung mit Wärme vernetzt. Ein anderes geeignetes Perfluoralkyl-Acryl-Copolymer ist Fabati 200. Fabati 200 ist ähnlich Fabati 100, hat jedoch nicht das Vernetzungsmittel (TMI) und HBA (4-Hydroxybutylacrylat) wird anstelle von Butylacrylat eingesetzt. Das Fabati 200-Behandlungsmaterial erfordert daher kein Erhitzen nach der Behandlung.
Eine Vielfalt anorganischer Lösungsmittel kann in der Lösung, die das oleophobe fluorierte Polymer-Behandlungsmaterial enthält, eingesetzt werden. Der Begriff „anorganisches Lösungsmittel” bezieht sich auf nicht-wässerige Lösungsmittel und Kombinationen von nicht-wässerigen Lösungsmitteln und, im Besonderen, auf Lösungsmittel, die anorganische Verbindungen umfassen. Geeignete anorganische Lösungsmittel schließen, z. B., Kohlendioxid (CO₂), Ammoniak (NH₃), Harnstoff [(NH₂)₂CO], anorganische Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Kohlenstofftetrachlorid und Kohlenstofftetrafluorid und Oxide von Kohlenstoff, wie Kohlendioxid (CO₂), Koh lenmonoxid (CO), Kaliumcarbonat und Natriumbicarbonat ein. Eine Auswahl des Lösungsmittels oder von Lösungsmitteln kann beeinflusst werden durch eine Vielfalt von Faktoren, einschließlich Löslichkeit des Behandlungsmaterials im Lösungsmittel, Molekulargewicht des Lösungsmittels und Polarität des Lösungsmittels. In bevorzugten Aspekten der Erfindung wird das Behandlungsmaterial in dem anorganischen Lösungsmittel vollständig gelöst. In anderen Aspekten der Erfindung ist das Behandlungsmaterial in dem anorganischen Lösungsmittel nicht vollständig gelöst.
Die Menge des fluorierten Polymer-Behandlungsmaterials in der Lösung kann über einen weiten Bereich variieren. Typischerweise beeinflusst die Menge des fluorierten Polymer-Behandlungsmaterials in der Lösung die resultierende Oleophobizität der Membran-Baueinheit 82. Typischerweise beträgt die Menge des fluorierten Polymer-Behandlungsmaterials oder Fluorpolymers in der Lösung etwa 25 Gew.-% oder weniger und vorzugsweise etwa 10 Gew.-% oder weniger. Für viele Anwendungen, für die die Membran-Baueinheit 82 benutzt wird, liegt die Menge des Fluorpolymer-Behandlungsmaterials in dem anorganischen Lösungsmittel im Bereich von etwa 0,8 Gew.-% bis etwa 10,0 Gew.-% und, vorzugsweise, von etwa 2,0 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-%.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden das Stützmaterial 122 und Membran 120 der Membran-Baueinheit 82 nach der Laminierung des Stützmaterials 122 und der Membran 120 zusammen behandelt. Typischerweise benetzt während der Behandlung die Lösung des fluorierten Polymers das Stützmaterial 122 und Membran 120 der Membran-Baueinheit 82 und sättigt sie vorzugsweise. Der Gebrauch eines anorganischen Lösungsmittels erleichtert die relativ gleichmäßige Verteilung des fluorierten Polymer-Behandlungsmaterials im Stützmaterial 122 und der Membran 120 des laminierten Gegenstandes. Das anorganische Lösungsmittel wird dann entfernt. Das fluorierte Polymer-Behandlungsmaterial haftet an dem Stützmaterial 122 und der Membran 120 und fördert die Oleophobizität an beiden Seiten 124, 126 der Membran-Baueinheit 82.
Wahlweise kann die behandelte Membran-Baueinheit 82 dann durch Erhitzen „gehärtet” werden. Das „Härtungs”-Verfahren erhöht die Oleophobizität durch Erlauben von Umlagerungen des Fluorpolymers zu einer oleophoben Orientierung. Die Härtungstemperatur variiert bei den Fluorpolymeren.
Die Membran-Baueinheit 82 hat eine relativ hohe Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeitsrate (MVTR) und Luftdurchlässigkeit, während die oleophoben Eigenschaften durch das Behandlungsmaterial verbessert sind. Beide Seiten 124, 126 der Membran-Baueinheit 82 haben eine Ölabhalte-Beurteilung von mindestens einer Nummer 8, wie durch AATCC 118-Testen bestimmt, und vorzugsweise mindestens eine Nummer 8+-Beurteilung. Die Membran-Baueinheit 82 hat vorzugsweise eine Feuchtigkeitsdampf-Durchlässigkeitsrate (MVTR) von mindestens 1.500 g/m²/Tag und bevorzugter mindestens 15.000 g/m²/Tag, gemessen durch JISL-1099B2-Testen. Die Membran-Baueinheit 82 hat vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,005 CFM/US-Fuß² der Membran, vorzugsweise mindestens 0,01 CFM/US-Fuß² der Membran und bevorzugter mindestens 0,05 CFM/US-Fuß² der Membran, gemessen durch ASTM D737-Testen.
Verbesserte oleophobe Eigenschaften der Membran-Baueinheit 82 werden gemäß einem Aspekt der Erfindung durch Behandeln von Oberflächen, die Poren in der Membran 120 und dem Stützmaterial 122 bilden, ebenso wie den Oberflächen der Membranseite 124 und der Gewebeseite 126 der Membran-Baueinheit 82 mit einem fluoriertem Polymer-Behandlungsmaterial oder Fluorpolymer realisiert. Die Membran-Baueinheit 82 weist, gemäß einem Aspekt der Erfindung, den Behandlungsmaterial-Überzug selbst auf den engsten Poren der Membran 120 des laminierten Gegenstandes auf. Das aufgebrachte Behandlungsmaterial modifiziert Eigenschaften der gesamten Membran-Baueinheit 82, wie Oleophobizität.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist es, zwei oder mehr Membran-Baueinheiten 82 zu benutzen, die physisch übereinander gelegt sind, statt miteinander laminiert zu sein. Beim Testen schloss eine Proben-Membranstruktur drei Membran-Baueinheiten 82 ein, die übereinander gelegt waren. Die resultierende Membranstruktur widerstand dem Lecken und Benetzen mit der Mischung aus RTM-6-Harz und Härter, bis die Temperatur der Mischung aus Harz und Härter 180°C erreichte. Die Oberflächenspannung bei 180°C für die Mischung aus dem RTM-6-Harz und Härter beträgt etwa 13 dyn/cm. In Begriffen des AATCC 118-Testens hatte die Membran-Baueinheit 82 eine Abhalte-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8 und selbst einer Zahl 8+. Die Luftdurchlässigkeit dieser Membranstruktur betrug 0,1 CFM bei 125 Pascal pro US-Fuß² der Membran, gemessen durch ASTM D737-Testen.
Eine Membran-Baueinheit 82a schließt, gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, der in 4 veranschaulicht ist, zwei Membran-Baueinheiten 82, wie sie in 3 veranschaulicht sind, miteinander laminiert und dann der oleophoben Behandlung unterworfen ein. Die Membran-Baueinheit 82a hat eine Membranseite 124 und eine Gewebeseite 126. Die Membran-Baueinheit 82a ist sowohl auf der Membranseite 124 als auch der Gewebeseite 126 hydrophob. D. h., die Membran-Baueinheit 82a verhindert den oder widersteht dem Durchgang von Flüssigkeiten, wie Wasser, durch den laminierten Gegenstand. Die Membran-Baueinheit 82a ist gasdurchlässig und Feuchtigkeits dampf-durchlässig. D. h., die Membran-Baueinheit 82a gestattet den Durchgang von Gasen, wie Luft, Kohlendioxid und Wasserdampf.
Die Membran-Baueinheit 82a ist oleophob. Die Ausführung der oleophoben Behandlung erhöht die Beständigkeit der Membran-Baueinheit 82a gegen Lecken oder Benetztwerden durch flüssiges Harz, Öl oder ölige Substanzen. Die Membran-Baueinheit 82a hat eine Ölabhaltungs- oder Beständigkeits-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8, wie durch AATCC 118-Testen bestimmt, und vorzugsweise eine Beurteilung von mindestens einer Zahl 8+. Die Membran-Baueinheit 82a hat auch eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,01 CFM/ft² bei 125 Pascal, wie durch ASTM D737-Testen bestimmt.
Die Membran-Baueinheit 82b schließt, gemäß einem anderen Aspekt, der in 5 veranschaulicht ist, zwei Membran-Baueinheiten ein, die miteinander laminiert sind. Die Membran-Baueinheit 82b ist ähnlich der Membran-Baueinheit 82a. Die eingesetzten Membranen 140 wurden jedoch einer anderen oleophoben Behandlung unterworfen als die Membran 120. Die Membranen 140 sind nach dem in US-PS 6,288,477 offenbarten Verfahren behandelt. Die behandelten Membranen 140 wurden dann mit unbehandelten Gewebe-Stützmaterial laminiert, um die Membran-Baueinheit 82b zu bilden. Die Membran-Baueinheit 82b hat eine Membranseite 144 und eine Gewebeseite 126. Die Membran-Baueinheit 82b ist hydrophob sowohl an der Membranseite 144 als auch an der Gewebeseite 126. D. h., die Membran-Baueinheit 82b verhindert den oder widersteht dem Durchgang von Flüssigkeiten, wie Wasser, durch den laminierten Gegenstand. Die Membran-Baueinheit 82b ist gasdurchlässig und Feuchtigkeitsdampf-durchlässig. D. h., die Membran-Baueinheit 82b gestattet den Durchgang von Gasen, wie Luft, Kohlendioxid und Wasserdampf.
Die Membran-Baueinheit 82b ist oleophob. Die Ausführung der oleophoben Behandlung erhöht die Beständigkeit der Membran-Baueinheit 82b gegen Lecken oder Benetztwerden durch Harz, Öl oder ölige Substanzen. Die Membran-Baueinheit 82b hat eine Ölabhaltungs- oder Beständigkeits-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8, wie durch AATCC 118-Testen bestimmt, und vorzugsweise eine Beurteilung von mindestens einer Zahl 8+. Die Membran-Baueinheit 82b hat auch eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,01 CFM/ft² bei 125 Pascal pro US-Fuß² der Membran, gemessen durch ASTM D737-Testen.
Die Membran-Baueinheit 82c schließt, gemäß noch einem anderen Aspekt, der in 6 veranschaulicht ist, zwei Membranen 120 und 160 ein, die mit dem Stützmaterial 122 laminiert sind. Die Membranen 120 und 160 können miteinander laminiert oder während der Herstellung als ein Stück integral ausgebildet sein. Die Membranen 120, 160 können identisch sein oder unterschiedliche Dicken, Porengrößen, Hohlräume oder andere Eigenschaften aufweisen. Jede, keine oder beide Membranen 120, 160 können behandelt sein, um ihre oleophoben Eigenschaften zu verstärken. Die Membranen 120, 160 sind mit dem Gewebe-Stützmaterial 122 laminiert. Die Membran-Baueinheit 82c könnte nach dem Laminieren behandelt werden, um die Oleophobizität zu erhöhen. Die Membranen 120, 160 könnten auf gegenüberliegenden Seiten des Gewebe-Stützmaterials 122 angeordnet sein.
Die Membran-Baueinheit 82c hat eine Membranseite 164 und eine Gewebeseite 126. Die Membran-Baueinheit 82c ist hydrophob sowohl an der Membranseite 164 als auch an der Gewebeseite 126. D. h., die Membran-Baueinheit 82c verhindert den oder widersteht dem Durchgang von Flüssigkeiten, wie Wasser, durch den laminierten Gegenstand. Die Membran-Baueinheit 82c ist gasdurchlässig und Feuchtigkeitsdampf-durchlässig. D. h., die Membran-Baueinheit 82c gestattet den Durchgang von Gasen, wie Luft, Kohlendioxid und Wasserdampf.
Die Membran-Baueinheit 82c hat verstärkte oleophobe Eigenschaften. Die Ausführung der oleophoben Behandlung erhöht die Beständigkeit der Membran-Baueinheit 82c gegen Lecken oder Benetztwerden durch Harz, Öl oder ölige Substanzen. Die Membran-Baueinheit 82c hat eine Ölabhaltungs- oder Beständigkeits-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8, wie durch AATCC 118-Testen bestimmt, und vorzugsweise eine Beurteilung von mindestens einer Zahl 8+, sodass sie den Harzfluss durch die Membran-Baueinheit hemmen kann, wenn die Oberflächenspannung des Harzes bei 25°C geringer ist als 19,61 dyn/cm. Die Membran-Baueinheit 82c hat auch eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,01 CFM/ft² bei 125 Pascal pro US-Fuß² der Membran, gemessen durch ASTM D737-Testen.
Ein alternativer Aspekt der Erfindung ist es, zwei oder mehr Membran-Baueinheiten 82c einzusetzen, die physisch übereinander gelegt sind, statt miteinander laminiert zu sein. Beim Testen schloss eine Proben-Membranstruktur drei Membran-Baueinheiten 82c ein, die übereinander gelegt waren. Die resultierende Membranstruktur widerstand einem Lecken und Benetzen mit einer Mischung aus RTM-6-Harz und dem Härter, bis die Temperatur der Mischung aus Harz und Härter 180°C erreichte. Die Oberflächenspannung der Mischung aus dem RTM-6-Harz und Härter bei 180°C beträgt etwa 13 dyn/cm. In Begriffen des AATCC 118-Testens hat die Membran-Baueinheit 82 eine Abhalte-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8 und sogar einer Zahl 8+. Die Luftdurchlässigkeit dieser Membranstruktur betrug 0,1 CFM bei 125 Pascal/US-Fuß² der Membran, gemessen durch ASTM D737-Testen.
Während die Erfindung in Begriffen verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, das sich die Erfindung über die spezifisch offenbarten Ausführungsformen auf andere alternative Ausführungsformen und/oder Anwendungen der Systeme, Techniken und offensichtlichen Modifikationen und Äquivalente solcher offenbarten Ausführungsformen erstreckt. Es ist daher beabsichtigt, dass der Umfang der offenbarten Erfindung nicht durch die oben beschriebenen, speziell offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein sollte.
Ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes. Das Verfahren schließt die Stufen des Bereitstellens einer Hohlräume darin aufweisenden Fasermattenstruktur ein. Eine Membranstruktur ist über mindestens einen Abschnitt der Faserstruktur gelegt. Die Membranstruktur schließt eine mikroporöse Membran ein. Mindestens die mikroporöse Membran der Membranstruktur hat eine Ölbeständigkeits-Bewertung von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen. Ein Mischung aus Harz und Härter wird bereitgestellt. Das Harz wird durch Anlegen eines Vakuums an die Faserstruktur und die Membranstruktur in Hohlräume der Faserstruktur eingebracht, wobei die Membranstruktur das Hindurchfliessen von Harz verhindert.

20: Gegenstand
22: Strahltriebwerk
40: Kern
42: strukturell verstärkendes Material
60: Form
80: Trennmaterial
82: Membran-Baueinheit
84: Lufttransport-Membran
86: Vakuumbeutel-Film
100: Vakuum-Verbindung
102: Abdichtung
104: Harzeinbring-Verbindung
106: Harz-Zufuhrrohr
120: Membran
122: Stützmaterial
124: Membranseite
126: Gewebeseite
140: Membran
144: Membranseite
160: Membran
164: Membranseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6228477 [0037]
- US 6288477 [0062]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- AATCC 118-Testen [0005]
- AATCC 118-Testen [0006]
- ASTM D737-Testen [0006]
- AATCC 118-Testen [0007]
- ASTM D737-Testen [0007]
- AATCC-Test 118 [0038]
- AATCC 118-Testen [0045]
- ASTM D737-Testen [0045]
- AATCC 118-Testen [0057]
- ASTM D737-Testen [0057]
- AATCC 118-Testens [0059]
- ASTM D737-Testen [0059]
- AATCC 118-Testen [0061]
- ASTM D737-Testen [0061]
- AATCC 118-Testen [0063]
- ASTM D737-Testen [0063]
- AATCC 118-Testen [0066]
- ASTM D737-Testen [0066]
- AATCC 118-Testens [0067]
- ASTM D737-Testen [0067]
- AATCC 118-Testen [0069]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes, wobei das Verfahren die Stufen umfasst: Bereitstellen einer Fasermatten-Struktur, die Hohlräume darin enthält, Aufbringen einer Membranstruktur über mindestens einem Abschnitt der Faserstruktur, wobei die Membranstruktur eine mikroporöse Membran einschließt, wobei zumindest die mikroporöse Membran der Membranstruktur eine Ölbeständigkeits-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8 aufweist, bestimmt durch AATCC 118-Testen, Bereitstellen einer Harz- und Härtermischung und Einbringen des Harzes in Hohlräume der Faserstruktur durch Anlegen eines Vakuums an die Faserstruktur und die Membranstruktur, wobei die Membranstruktur das Hindurchfließen des Harzes verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die mikroporöse Membran der Membranstruktur mindestens eine Schicht einschließt, die aus expandiertem Polytetrafluorethylen hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Membranstruktur weiter eine oleophobe Behandlung einschließt und die Membranstruktur eine Ölbeständigkeits-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Harz- und Härtermischung Diglycidylether von Bisphenol-A einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Membranstruktur eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,005 CFM/ft² aufweist, wie durch ASTM D737-Testen bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Membranstruktur eine Gewebeschicht umfasst, die mit der mikroporösen Membran laminiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Membranstruktur dem Benetzen durch Harz- und Härtermischung mit einer Oberflächenspannung so gering wie etwa 13 dyn/cm widersteht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Membranstruktur mindestens zwei mikroporöse Membranen und mindestens eine Gewebeschicht einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Gegenstandes, wobei das Verfahren die Stufen umfasst: Bereitstellen einer Fasermatten-Struktur, die Hohlräume darin aufweist, Aufbringen einer Membranstruktur über der Faserstruktur, wobei die Membranstruktur eine Ölbeständigkeits-Beurteilung von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen, und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,005 CFM/US-Fuß² hat, bestimmt durch ASTM D737-Testen, aufweist Bereitstellen eines Harzes, Einbringen des Harzes in Hohlräume der Faserstruktur durch Anlegen eines Vakuums an die Faserstruktur und die Membran struktur, wobei die Membranstruktur das Hindurchfliessen von Harz verhindert.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Membranstruktur einem Benetzen durch Harz mit einer Oberflächenspannung so gering wie etwa 13 dyn/cm widersteht.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Membranstruktur eine aus expandiertem Polytetrafluorethylen hergestellte mikroporöse Membran einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Membranstruktur weiter eine oleophobe Behandlung einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Harz Diglycidylether von Bisphenol-A einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Membranstruktur mindestens zwei mikroporöse Membranen und mindestens eine Gewebeschicht einschließt.
Membranstruktur zum Einsatz in einer Formoperation, bei der eine Mischung aus Harz und Härter benutzt wird, wobei die Membranstruktur umfasst: eine mikroporöse Membran, ein poröses Gewebe, das mit der mikroporösen Membran laminiert ist, und ein Behandlungsmaterial, das auf mindestens die mikroporöse Membran aufgebracht ist, wobei die mikroporöse Membran eine Ölbeständigkeit von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,005 CFM/US-Fuß² aufweist, bestimmt durch ASTM D737-Testen.
Membranstruktur nach Anspruch 15, worin das Behandlungsmaterial ein Fluorpolymer umfasst.
Membranstruktur nach Anspruch 16, worin das Behandlungsmaterial ein Perfluoralkyl-Acryl-Copolymer umfasst.
Membranstruktur nach Anspruch 17, worin die Membranstruktur einem Benetzen durch ein angreifendes Mittel mit einer Oberflächenspannung so gering wie etwa 13 dyn/cm widersteht.
Membranstruktur nach Anspruch 15, worin die Membranstruktur mindestens zwei mikroporöse Membranen und mindestens eine Gewebeschicht einschließt.
Membranstruktur nach Anspruch 15, worin das poröse Gewebe mit der mikroporösen Membran unter Bildung eines Laminates mit einer Membranseite und einer Gewebeseite laminiert ist und ein Behandlungsmaterial auf das Laminat aufgebracht ist, um ein behandeltes Laminat zu bilden, wobei das behandelte Laminat eine Ölbeständigkeit von mindestens einer Zahl 8, bestimmt durch AATCC 118-Testen sowohl auf der Membranseite als auch der Gewebeseite, und eine Luftdurchlässigkeit durch das behandelte Laminat von mindestens 0,005 CFM/US-Fuß², bestimmt durch ASTM D737-Testen, aufweist.