[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102011017126A1 - Formteil mit Carbonfasern - Google Patents

Formteil mit Carbonfasern Download PDF

Info

Publication number
DE102011017126A1
DE102011017126A1 DE102011017126A DE102011017126A DE102011017126A1 DE 102011017126 A1 DE102011017126 A1 DE 102011017126A1 DE 102011017126 A DE102011017126 A DE 102011017126A DE 102011017126 A DE102011017126 A DE 102011017126A DE 102011017126 A1 DE102011017126 A1 DE 102011017126A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
matrix material
molding
base body
acrylates
carbon fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102011017126A
Other languages
English (en)
Inventor
wird später genannt werden Erfinder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102011017126A priority Critical patent/DE102011017126A1/de
Publication of DE102011017126A1 publication Critical patent/DE102011017126A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
    • B29C70/865—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding completely encapsulated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0827—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2033/00—Use of polymers of unsaturated acids or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2033/04—Polymers of esters
    • B29K2033/08—Polymers of acrylic acid esters, e.g. PMA, i.e. polymethylacrylate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
    • C08J2333/06—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters of esters containing only carbon, hydrogen, and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Ein Formkörper besteht aus einem Verbundwerkstoff, welcher Carbonfasern, Acrylharze und Photoinitiatoren umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Formteil umfassend Carbonfasern und einen gehärteten Matrixwerkstoff, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils umfassend die Schritte:
    • – Bereitstellen eines Formwerkzeugs und/oder eines Grundkörpers;
    • – optional Anordnen von Carbonfasern oder Carbonfasermatten in dem Formwerkzeug und/oder auf dem Grundkörper;
    • – Einbringen und/oder Auftragen eines viskosen Matrixwerkstoffs in das Formwerkzeug und/oder auf den Grundkörper mittels Gießen, Einspritzen, Beschichten, Sprühen oder Tauchen; und
    • – Härten des Matrixwerkstoffs mittels UV-Licht und/oder Erwärmung.
  • Faserverbundwerkstoffe bestehen aus Fasern bzw. Filamenten, die in einen Matrixwerkstoff, wie Epoxidharz eingebettet sind. Faserverbundwerkstoffe werden unter Anderem in der Luft-, Raumfahrt- und Automobiltechnik, im Anlagenbau, in Windkraftturbinen, in Fahrrädern und Sportgeräten, wie Tennisschlägern, Ski und Surfbrettern eingesetzt. Neben Glasfaserkompositen (GFK) werden in zunehmendem Maß Carbonfaserkomposite (CFK) verwendet.
  • EP 2 042 554 A1 offenbart Polylactid-Zusammensetzungen, die spezifische thermische Eigenschaften aufweisen und mittels Spritzguss, Extrusionsblasen, Vakuum- und Luftdruckabformung oder Extrusion verarbeitet werden können. Die aus den Polylactid-Zusammensetzungen erzeugten Formteile weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit, Gasbarriere und Zähigkeit sowie eine geringe Oberflächenrauheit auf.
  • US 2010/0112357 A1 beschreibt eine Zusammensetzung aus 60 bis 97 Gew.-% Polylactid und 3 bis 40 Gew.-% einer Mischung aus zwei Komponenten A und B, worin A ein Copolymer aus Ethylen und einem ungesättigten Monomer mit mindestens einer Epoxid-, Carboxy- oder Acetanhydrid-Gruppe sowie optional Alkyl(meth)acrylat ist, B ein Copolymer aus Ethylen und Alkyl(meth)acrylat ist und das Gewicht der Komponente A bezogen auf das Gewicht von (A + B) einen Anteil von 0,1 bis 0,49 hat. Im Weiteren wird ein Verfahren Herstellung von Formkörpern aus der Zusammensetzung offenbart.
  • DE 43 25 775 C2 offenbart Verfahren zum Wiederverwerten von Abfällen oder Reststücken aus kohlenstoffaserhaltigen Verbundwerkstoffen mit Matrizes aus hochmolekularen organischen Verbindungen wie thermoplastischen Kunstharzen, duroplastischen Kunstharzen, organischen Elasten, Pechen und Mischungen derartiger Stoffe.
  • In dem überwiegenden Teil der gebräuchlichen Faserverbundwerkstoffe werden Matrixwerkstoffe auf Basis von Epoxidharzen eingesetzt. Epoxidharze weisen einige Nachteile auf wie witterungsbedingte Alterung, die durch UV-Strahlung beschleunigt wird. Bei Personen, die berufsbedingt ungehärtete Epoxidharze verarbeiten, werden gehäuft Allergien und krankhafte Reizungen der Haut und Atemwege beobachtet. Über das Langzeitverhalten von Epoxidharzen in Deponien liegt, nicht zuletzt wegen der hohen Beständigkeit, nur wenig Information vor. Die Ablagerung ausgehärteter Epoxidharze auf Deponien ist ohne Mineralisierung nicht gestattet. Nicht verwendete Ausgangskomponenten (Binder, Härter) sind Sonderabfall. Als Duroplaste sind Epoxidharze für Recycling ungeeignet.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, Formteile für den Leichtbau, insbesondere für Automobile und Flugzeuge bereitzustellen, die sich gegenüber dem Stand der Technik durch niedrige Material- und Fertigungskosten auszeichnen. Zudem sollen die erfindungsgemäßen Formteile eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Sonnenstrahlung sowie eine erhöhte Kratzfestigkeit aufweisen. Es sollen Formteile geschaffen werden, deren Oberfläche auch ohne Lackierung einen hohen Glanz hat.
  • Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, Formteile bereitzustellen, die sich in besonderem Maße eignen für Recycling, Entsorgung auf Deponien und biologische Umsetzung mittels Bakterien.
  • Die vorstehenden Aufgaben werden gelöst durch ein Formteil umfassend Carbonfasern und einen gehärteten Matrixwerkstoff, wobei der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Acrylharze und ein oder mehrere Photoinitiatoren beinhaltet. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Formteils zeichnen sich dadurch aus, dass
    • – der Anteil der Acrylharze in dem Matrixwerkstoff 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 85 Gew.-%, und insbesondere 50 bis 80 Gew.-% beträgt;
    • – die Acrylharze gewählt sind aus der Gruppe, umfassend Alkyl-(Meth)acrylate, Methyl(Meth)acrylate, Ethyl-Acrylate, n-Butyl-Acrylate, Isobutyl-Acrylate, n-Octyl-Acrylate, 2-Ethylhexyl-Acrylate, Styrolmethacrylate, Bisphenol-A-Glycidyl-Methacrylat, Triethylenglycol-Dimethacrylat und Urethandimethacrylat;
    • – der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Polylactide umfasst, wobei der Anteil an Polylactiden in dem Matrixwerkstoff 2 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, und insbesondere 20 bis 40 Gew.-% beträgt;
    • – der Matrixwerkstoff Poly-L-Lactid und/oder Poly-D-Lactid enthält;
    • – der Matrixwerkstoff 0,5 bis 20 Gew.-% Additive, insbesondere Pigmente und/oder UV-Stabilisatoren umfasst;
    • – die Photoinitiatoren gewählt sind aus der Gruppe umfassend Phenylpropandion, Dibenzoylperoxid, Campherchinon, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, 2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphinoxid, 2-ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoat, 2-Hydroxy-2-Methyl-1-Phenyl-1-Propan, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphinoxid;
    • – das Formteil einen Grundkörper umfasst, wobei der Grundkörper aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff mit zellularer Struktur und insbesondere aus einem geschäumten Polymer oder einem polymeren Material mit Wabenstruktur besteht;
    • – der Matrixwerkstoff den Grundkörper umschließt;
    • – das Formteil flächenhaft ausgebildet ist und eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm3, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 g/cm3, und insbesondere 1,2 bis 1,6 g/cm3 aufweist; und
    • – das Formteil eine oder mehrere Carbonfasermatten umfasst.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße, im Wesentlichen aus Acrylharzen und Photoinitiatoren bestehende Matrixwerkstoff es gestattet, Formteile von hoher Qualität einfach und kostengünstig herzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Formteilen für den Leichtbau bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren umfassend die Schritte
    • – Bereitstellen eines Formwerkzeugs und/oder eines Grundkörpers;
    • – optional Anordnen von Carbonfasern oder Carbonfasermatten in dem Formwerkzeug und/oder auf dem Grundkörper;
    • – Einbringen und/oder Auftragen eines viskosen Matrixwerkstoffs in das Formwerkzeug und/oder auf den Grundkörper mittels Gießen, Einspritzen, Beschichten, Sprühen oder Tauchen; und
    • – Härten des Matrixwerkstoffs mittels UV-Licht und/oder Erwärmung; wobei
    • – der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Acrylharze und ein oder mehrere Photoinitiatoren umfasst.
  • Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, dass
    • – der Matrixwerkstoff 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 85 Gew.-%, und insbesondere 50 bis 80 Gew.-% Acrylharze enthält;
    • – der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Polylactide umfasst, wobei der Anteil an Polylactiden in dem Matrixwerkstoff 2 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, und insbesondere 20 bis 40 Gew.-% beträgt;
    • – der Matrixwerkstoff 0,5 bis 20 Gew.-% Additive, insbesondere Pigmente und/oder UV-Stabilisatoren enthält;
    • – der Grundkörper aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff mit zellularer Struktur und insbesondere aus einem geschäumten Polymer oder einem polymeren Material mit Wabenstruktur besteht; und
    • – der Matrixwerkstoff vor dem Einbringen und/oder Auftragen in das Formwerkzeug repektive auf den Grundkörper mit Carbonfasern vermischt wird.
  • Bevorzugt werden als Acrylharze für den Matrixwerkstoff Methacrylsäuremethylester (MMA) oder eine Mischung aus MMA und granulat- oder pulverförmigem Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet. Beispielsweise werden für die MMA- und PMMA-Komponente des Matrixwerkstoffs Materialien wie VISIOMER®MMA respektive PLEXIGLAS® Molding Compounds von Evonik Industries eingesetzt. Über das Gewichtsverhältnis von granulat- bzw. pulverförmigem PMMA zu dem niederviskosen MMA wird die Viskosität der Acrylkomponente auf den für die jeweilige Anwendung gewünschten Wert eingestellt.
  • In Weiterbildung der Erfindung werden für den Matrixwerkstoff neben oder anstelle von MMA und/oder PMMA ein oder mehrere Harze verwendet, die gewählt sind aus der Gruppe umfassend Bisphenol-A-diglycidyl-methacrylat (BisGMA), Biphenyl-dimethacrylat (BPDM), Dimethacryloxy-ethyl-phosphat (DMEP), Trihydroxybutyl-methacrylat (EM), Ethyl-methacrylat (EMA), 4-Methacryloxyethyl-trimellitat-anhydrid (4-META), Dihydroxypropyl-methacrylat (GM), Hydroxyethyl-methacrylat (HEMA), Hydroxypropyl-methacrylat (HIPMA), Methacrylat (MA), 10-Methacryloyloxy-decyl-dihydrogen-phosphat (MDP), Mono-methacryloyloxyethyl-hexahydrogenphthalat (MEC), Mono-methacryloyloxyethyl-maleat (MEM), Mono-methacryloxyethyl-phthalat (MEP), Mono-methacryloxyethyl-succinat (MES), N-Methacryloyloxyethyl-N-methyl-formamid (NMFNMF), N-Methacryloyl-5-aminosalicylsäure (NMSA), N-Phenyl-glycin-glycidyl-methacrylat (NPGGMA), N-Tolylglycin-glycidyl-methacrylat (NTGGMA), Polyethylenglycol-dimethacrylat (PECDMA), 3-Hydroxy-2,2-di(hydroxymethyl)propyl-methacrylat (PEMA), Dipentaerythtritolpentamethacrylat monophosphat (PENTA), 2-Methacryloxy-ethyl-phenyl-hydrogenphosphat (Phenyl-P), Pyromellitsäure-diethylmethacrylat (PMDM), Polymethylmethacrylat (PMMA), Tri-N-butylboran (partiell oxidiert) (TBBO), Triethylenglycol-dimethacrylat (TEGDMA), Urethandimethacrylat (UDMA), Urethan-tetramethacrylat (UTMA), sowie Ethylendiamintetraacetat (EDTA) und N-Phenyl-glycin (NPG).
  • Erfindungsgemäß beträgt der Anteil an Photoinitiatoren in dem Matrixwerkstoff 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 3 Gew.-% und insbesondere 0,2 bis 2 Gew.-%.
  • Als Additive für den Matrixwerkstoff sind insbesondere einer oder mehrere der nachfolgend genannten Stoffe vorgesehen:
    • – Toluidin zum Beschleunigen der Photopolymerisation;
    • – Hydrochinon als Inhibitor der Photopolymerisation, damit diese nicht bereits durch normales Tageslich startet; und
    • – Benzophenon als UV-Stabilisator.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird auf die Oberfläche des gehärteten Formteils ein Farblack und/oder ein Schutzlack aufgebracht, wobei der Schutzlack vorzugsweise nanoskalige Füllstoffe enthält, die der Oberfläche des Formteils eine hohe Kratzfestigkeit und Verschleißbeständigkeit verleihen. Insbesondere ist ein Schutzlack auf Basis eines oder mehrerer Acrylharze und nanoskaliger Partikel aus Siliziumdioxid vorgesehen. Hierbei bezeichnet der Begriff ”nanoskalig” Siliziumdioxidpartikel, die in mindestens einer Dimension, wie Länge, Breite, Dicke oder volumen-äquivalenter Kugeldurchmesser eine Abmessung von kleiner/gleich 100 nm haben. Die nanoskaligen Siliziumdioxidpartikel sind insbesondere mit Polysiloxan umhüllt, um eine feste Ankopplung an die umgebende Matrix aus härtbarem bzw. gehärtetem Acrylharz zu gewährleisten.
  • Die für das erfindungsgemäße Formteil verwendeten Carbonfasern werden in Form von Kurzschnittfasern, Kurzschnittfäden, Bändern, Gewebematten und/oder Prepregs bereitgestellt. Hierbei bezeichnet der Begriff Prepreg Bänder oder Gewebematten, die mit einem Harz, vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Matrixwerkstoff imprägniert und ggf. vorgehärtet sind.
  • Neben den im Stand der Technik gebräuchlichen, in der Regel aus Polyacrylnitril (PAN) hergestellten Carbonfasern und daraus gefertigten Bündeln (sogenannten Rovings), Bändern, Tauen, Gewebematten und Prepregs werden erfindungsgemäß auch Carbonfasern und Carbonfaser-Textilien aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Lignin eingesetzt. Carbonfasern aus Lignin weisen ähnliche mechanische Eigenschaften wie aus PAN gewonnene Carbonfasern, z. B. Tenax® von Toho Tenax Co. Ltd. auf, unterscheiden sich jedoch geringfügig durch ihre Mikrostruktur und einen Gehalt an Asche, Schwefel, Natrium, Kalium und Kalzium im Bereich von kleiner 1000 ppm Gewicht.
  • Vorzugsweise sind die Carbonfasern mit einer haftvermittelnden Schicht – im Folgenden als Schlichte bezeichnet, ausgestattet. Die Schlichte enthält ein oder mehrere Acrylharze und/oder Polysiloxane. Insbesondere werden für die Schlichte lineare Polysiloxane des Typs R3SiO[R2SiO]nSiR3 mit n = 0, 1, 2, 3 (z. B. Poly(dimethylsiloxan)) und verzweigte Polysiloxane, die als verzweigende Elemente trifunktionelle oder tetrafunktionelle Siloxaneinheiten aufweisen, verwendet. Die Verzweigungsstelle(n) ist/sind dabei entweder in eine Kette oder einen Ring eingebaut. In Weiterbildung der Erfindung ist eine Schlichte vorgesehen, die zyklische Polysiloxane aus difunktionellen Siloxaneinheiten enthält.
  • Die Formteile werden gemäß einem der nachfolgend beschriebenen Verfahren unter Verwendung einer Form und/oder eines Grundkörpers hergestellt. Der Grundkörper, der ggf. den Träger oder Kern des Formteils bildet, besteht aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff mit zellularer Struktur, wie einem geschäumten Polymer oder einem polymeren Material mit Wabenstruktur. Insbesondere ist ein Grundkörper vorgesehen, der geschäumtes PMMA, beispielsweise ROHACELL® von Evonik Industries beinhaltet. In einer zweckmäßigen Ausführungsform besteht der Grundkörper aus einem Verbundwerkstoff, in welchem eine dicke Schicht aus geschäumtem Polymer mit einer oder zwei dünneren Schichten aus massivem Polymer laminiert ist.
  • Auf den Grundkörper werden lose Carbonfasern oder textile Gewirke oder Gewebe aus Carbonfasern aufgebracht. Soweit erforderlich oder zweckmäßig werden die Carbonfasern/-textilien mit dem Grundkörper verklebt, indem die Oberfläche des Grundkörpers vor dem Aufbringen der Carbonfasern/-textilien mit ungehärtetem Matrixwerkstoff bestrichen und nach dem Aufbringen der Carbonfasern/-textilien mittels Warmluft oder durch Bestrahlung mit UV-Licht partiell oder vollständig gehärtet wird. Hieran anschließend wird mittels Pinsel, Walze, Sprühpistole, Gießen oder Tauchen ungehärteter Matrixwerkstoff derart aufgebracht, dass die von den Carbonfasern/-textilien gebildete Oberfläche teilweise oder vollständig mit Matrixwerkstoff bedeckt ist. Der Matrixwerkstoff wird mittels Warmluft und/oder UV-Licht gehärtet, um gegebenenfalls weitere Doppellagen aus Carbonfasern/-textilien und Matrixwerkstoff aufzubringen und zu härten. Im Weiteren sieht die Erfindung vor, dass gemäß alternativen dem Fachmann bekannten Härtungsverfahren der Matrixwerkstoff in einem Ofen, einem Autoklaven oder in einer Vakuumpresse gehärtet wird. Eine Vakuumpresse umfasst einen Foliensack oder eine randseitig gasdicht mit dem Grundkörper verklebte Folie sowie eine Pumpe, mittels der in dem Foliensack bzw. in dem Raum zwischen der Folie und dem Grundkörper ein Unterdruck erzeugt wird. Durch den äußeren Luftdruck wird die Folie mit einem Druck von etwa 1 bar auf die Oberfläche des Matrixwerkstoffs bzw. des Formteils gepresst. Durch den Anpressdruck der Folie wird die letzte bzw. äußere Lage des Matrixwerkstoffs und damit die Oberfläche des Formteils geglättet. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer offenen halbseitigen Gießform, die z. B. aus Stahl, Aluminium oder GFK besteht und in die vorzugsweise eine dünne Trennfolie eingelegt ist, eine Lage aus Carbonfasern/-textilien angeordnet, mit Matrixwerkstoff beschichtet und der Matrixwerkstoff anschließend gehärtet. Wie vorstehend geschildert, werden eine oder mehrere Doppellagen aus Carbonfasern/-textilien und Matrixwerkstoff in die Gießform eingebracht und gehärtet.
  • Vorzugsweise wird die halbseitige Gießform nach dem letzten Auftrag von ungehärtetem Matrixwerkstoff mit einer Vakuumpresse ausgestattet. Hierzu wird eine Folie gasdicht mit dem Rand der halbseitigen Gießform verklebt und an eine Öffnung in der Folie eine Pumpe angeschlossen, mittels welcher der Raum zwischen der Gießform und der Folie evakuiert wird. In Weiterbildung der Erfindung wird zur Herstellung des Formteils sowohl eine offene halbseitige Gießform als auch ein Grundkörper verwendet.
  • Schließlich ist im Rahmen der Erfindung der Einsatz von gegebenenfalls beheizbaren geschlossenen Spritzgussformen, vorzugsweise in Verbindung mit einem Grundkörper vorgesehen. In einer zweckmäßigen Weiterbildung des Verfahrens ist die Spritzgussform mit Fenstern oder Lichtleitstrukturen ausgestattet, die für UVA-Licht, d. h. Licht mit Wellenlängen im Bereich von 300 bis 400 nm eine Transmission von größer/gleich 60%, vorzugsweise größer/gleich 80% je 10 mm Dicke aufweisen. Als Material für derartige Fenster bzw. Lichtleitstrukturen eignet sich z. B. synthetisches Quarzglas. Erfindungsgemäß ist jedoch auch die Verwendung von Fenstern bzw. Lichtleitstrukturen aus gewöhnlichen Glassorten vorgesehen, die für Licht mit Wellenlängen von 350 bis 400 nm eine Transmission von größer/gleich 60% je 10 mm Dicke aufweisen. Die Fenster bzw. Lichtleitstrukturen ermöglichen es, den in der Spritzgussform befindlichen Matrixwerkstoff mittels UVA-Licht teilweise oder vollständig zu härten. Insbesondere ist vorgesehen, den Matrixwerkstoff bis zu einem Grad vorzuhärten, der es gestattet, das Formteil ohne unerwünschte Änderung seiner Gestalt und Abmessungen, d. h. ohne merklichen Verzug aus der Spritzgussform zu entnehmen und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt thermisch und/oder mittels UVA-Licht vollständig auszuhärten. Ein derartiges Verfahren zeichnet sich durch einen hohen Durchsatz und eine effiziente, d. h. wirtschaftliche Nutzung der teuren Spritzgussformen aus.
  • Geeignete Spritzgussformen umfassen zwei oder mehrere Gussformteile. Eines oder mehrere der Gussformteile weisen einen oder mehrere Einspritzkanäle auf, durch welche der viskose Matrixwerkstoff unter einem Druck von einigen bar bis zu 2000 bar, vorzugsweise 8 bis 900 bar injiziert wird. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formteils wird die Spritzgussform geöffnet, um in einem der mindestens zwei Gussformteile Carbonfasermatten und gegebenenfalls einen Grundkörper der vorstehend beschriebenen Art anzuordnen. Je nach Konstruktionsvorgabe werden die Carbonfasermatten und gegebenenfalls der Grundkörper in einer bestimmten Reihenfolge eingebracht, wobei der Grundkörper auch vor den Carbonfasermatten eingelegt werden kann. Anschließend wird die Spritzgussform geschlossen und der Matrixwerkstoff eingespritzt und mittels UVA-Licht und gegebebenfalls thermisch gehärtet.
  • Bevorzugt wird der Matrixwerkstoff mit UV-Licht mit Wellenlängen im Bereich von 300 bis 400 nm gehärtet (sogenanntes UVA), da Acrylharze in diesem Bereich eine moderate Extinktion von etwa 0,04 bis 0,7 aufweisen und das UV-Licht somit den Matrixwerkstoff durchdringen kann. Geeignete UVA-Lampen mit einer Strahlungsintensität von mehr als 120 mW/cm2 sind u. a. erhältlich von der Dr. Hönle AG.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2042554 A1 [0003]
    • US 2010/0112357 A1 [0004]
    • DE 4325775 C2 [0005]

Claims (17)

  1. Formteil umfassend Carbonfasern und einen gehärteten Matrixwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Acrylharze und ein oder mehrere Photoinitiatoren beinhaltet.
  2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Acrylharze in dem Matrixwerkstoff 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 85 Gew.-%, und insbesondere 50 bis 80 Gew.-% beträgt.
  3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Acrylharze gewählt sind aus der Gruppe, umfassend Alkyl-(Meth)acrylate, Methyl-(Meth)acrylate, Ethyl-Acrylate, n-Butyl-Acrylate, Isobutyl-Acrylate, n-Octyl-Acrylate, 2-Ethylhexyl-Acrylate, Styrolmethacrylate, Bisphenol-A-Glycidyl-Methacrylat, Triethylenglycol-Dimethacrylat und Urethandimethacrylat.
  4. Formteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Polylactide umfasst, wobei der Anteil an Polylactiden in dem Matrixwerkstoff 2 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, und insbesondere 20 bis 40 Gew.-% beträgt.
  5. Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff Poly-L-Lactid und/oder Poly-D-Lactid enthält.
  6. Formteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff 0,5 bis 20 Gew.-% Additive, insbesondere Pigmente und/oder UV-Stabilisatoren umfasst.
  7. Formteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Photoinitiatoren gewählt sind aus der Gruppe umfassend Phenylpropandion, Dibenzoylperoxid, Campherchinon, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenyl-phosphinoxid, 2-ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoat, 2-Hydroxy-2-Methyl-1-Phenyl-1-Propan, Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphinoxid.
  8. Formteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil einen Grundkörper umfasst, wobei der Grundkörper aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff mit zellularer Struktur und insbesondere aus einem geschäumten Polymer oder einem polymeren Material mit Wabenstruktur besteht.
  9. Formteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff den Grundkörper umschließt.
  10. Formteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil flächenhaft ausgebildet ist und eine Dichte von 1,0 bis 2,0 g/cm3, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 g/cm3, und insbesondere 1,2 bis 1,6 g/cm3 aufweist.
  11. Formteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil eine oder mehrere Carbonfasermatten umfasst.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Formteils umfassend die Schritte – Bereitstellen eines Formwerkzeugs und/oder eines Grundkörpers; – optional Anordnen von Carbonfasern oder Carbonfasermatten in dem Formwerkzeug und/oder auf dem Grundkörper; – Einbringen und/oder Auftragen eines viskosen Matrixwerkstoffs in das Formwerkzeug und/oder auf den Grundkörper mittels Gießen, Einspritzen, Beschichten, Sprühen oder Tauchen; – Härten des Matrixwerkstoffs mittels UV-Licht und/oder Erwärmung; dadurch gekennzeichnet, dass – der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Acrylharze und ein oder mehrere Photoinitiatoren umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 85 Gew.-%, und insbesondere 50 bis 80 Gew.-% Acrylharze enthält.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff ein oder mehrere Polylactide umfasst, wobei der Anteil an Polylactiden in dem Matrixwerkstoff 2 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, und insbesondere 20 bis 40 Gew.-% beträgt.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff 0,5 bis 20 Gew.-% Additive, insbesondere Pigmente und/oder UV-Stabilisatoren enthält.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Leichtbauwerkstoff mit zellularer Struktur und insbesondere aus einem geschäumten Polymer oder einem polymeren Material mit Wabenstruktur besteht.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff vor dem Einbringen und/oder Auftragen in das Formwerkzeug respektive auf den Grundkörper mit Carbonfasern vermischt wird.
DE102011017126A 2011-04-14 2011-04-14 Formteil mit Carbonfasern Ceased DE102011017126A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011017126A DE102011017126A1 (de) 2011-04-14 2011-04-14 Formteil mit Carbonfasern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011017126A DE102011017126A1 (de) 2011-04-14 2011-04-14 Formteil mit Carbonfasern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011017126A1 true DE102011017126A1 (de) 2012-10-18

Family

ID=46935533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011017126A Ceased DE102011017126A1 (de) 2011-04-14 2011-04-14 Formteil mit Carbonfasern

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011017126A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4325775C2 (de) 1993-07-31 2002-06-20 Sgl Carbon Ag Verfahren zum Wiederverwerten von kohlenstoffaserhaltigen Verbundwerkstoffen
DE69923549T2 (de) * 1998-03-09 2006-02-16 Stick Tech Oy Neues prepreg
EP2042554A1 (de) 2006-06-01 2009-04-01 Tohcello Co., Ltd. Formkörper aus polymilchsäurezusammensetzungen
US20090258965A1 (en) * 2006-06-30 2009-10-15 Stick Tech Oy Fiber-reinforced composites and method for the manufacture thereof
US20100112357A1 (en) 2006-06-16 2010-05-06 Arkema France Poly(lactic acid) composition with improved impact resistance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4325775C2 (de) 1993-07-31 2002-06-20 Sgl Carbon Ag Verfahren zum Wiederverwerten von kohlenstoffaserhaltigen Verbundwerkstoffen
DE69923549T2 (de) * 1998-03-09 2006-02-16 Stick Tech Oy Neues prepreg
EP2042554A1 (de) 2006-06-01 2009-04-01 Tohcello Co., Ltd. Formkörper aus polymilchsäurezusammensetzungen
US20100112357A1 (en) 2006-06-16 2010-05-06 Arkema France Poly(lactic acid) composition with improved impact resistance
US20090258965A1 (en) * 2006-06-30 2009-10-15 Stick Tech Oy Fiber-reinforced composites and method for the manufacture thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Produktinformation "Visiomer® MMA", Download aus dem Internet über www.visiomer.com am 9.12.2011 *
Produktinformation „Visiomer® MMA", Download aus dem Internet über www.visiomer.com am 9.12.2011

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012212944B4 (de) Verringerung von Durchdruck bei mit langen Fasern verstärkten Verbundstoffen durch Zusatz von Kohlenstoff-Nanoröhren
WO2012013364A1 (de) Verfahren zur kratz- und abrasionsbeständigen beschichtung und physikalischen mattierung von kunststoffsubstraten, insbesondere polymethylmethacrylat, mit nanokompositlack
EP3365166B1 (de) Mehrschichtiges verbundbauteil
DE102008004112A1 (de) Textiles Halbzeug mit wenigstens einer mit einem Kleber versehenen Oberfläche
DE102012104513A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Folie mit mattierter Oberfläche
DE102014220751B4 (de) UV-härtende Zusammensetzung mit verbesserter Lichtbeständigkeit und deren Verwendung
DE102011015947A1 (de) Faserbund-Mehrschicht-Karosseriebauteil und dessen Herstellungsverfahren
US20150375464A1 (en) Method for producing a multilayer composite material, multilayer composite material obtained by the method and mechanical parts or structures produced with said material
DE102012016418A9 (de) Dentaler Haftvermittler für Hochleistungspolymere
DE3636755A1 (de) Verfahren zur herstellung von hohlkoerpern
DE102010031639A1 (de) Verbundbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
DE102009010283B4 (de) Bauteil mit einer verbesserten Beschichtung, Verfahren zum Herstellen eines Bauteils und dessen Verwendung
DE102015217301A1 (de) Klebeband, das insbesondere in einem Verfahren zum Verbinden zweier faserverstärkter Kunststoffbauteile eingesetzt werden kann
DE102011017126A1 (de) Formteil mit Carbonfasern
EP2436364A3 (de) Lackzusammensetzung umfassend ein Monomer mit einem polyalicyclischen Strukturelement
EP3398972B1 (de) Harzzusammensetzung für faserverstärkte kunststoffe, bahn aus faserverstärktem kunststoff und formkörper
DE102011011173A1 (de) Formteil mit Carbonfasern
DE102016220806A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Außenhautbauteils eines Fahrzeugs
DE102019217560A1 (de) Transferfolie zum Übertragen von Beschichtungsmaterialien auf Bauteile
DE102015217312A1 (de) Klebeband, das insbesondere in einem Verfahren zum Verbinden zweier faserverstärkter Kunststoffbauteile eingesetzt werden kann
DE102015220672A1 (de) Mehrschichtiges Verbundbauteil
DE102011122233A1 (de) Thermoplastische Multimaterialfolie
EP2643394B1 (de) Formteile aus faserverstärkten materialien mit lackierten oberflächen und ihre herstellung
DE102016213206A1 (de) Mehrschichtiges Verbundbauteil
DE102019110124A1 (de) Reaktiv-Spritzgussverfahren mit Aktivierung durch UV-Strahlung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R163 Identified publications notified
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20121010