Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil aus Silikon gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine Verwendung desselben gemäß Patentanspruch 8 und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Patentanspruch 9.

Der derzeitige Stand der Technik zur Herstellung von Verbundbauteilen aus Silikon ist in der US 5 370 598 A beschrieben. Darin wird bei einer wiederverwendbaren Vakuumhaube auf einen Grundkörper aus Silikon in den Randbereichen eine Schicht aus Perfluorethylenpropylen (FEP) aufgeklebt. Zwischen die beim Zusammenfalten der Haube aufeinandertreffenden FEP-Schichten wird ein leicht lösbares Dichtband eingefügt.

Für sich abrupt ändernde oder hinterschnittene Konturen an Formwerkzeugen ist ein festes Silikon-Material nur bedingt geeignet, da es sich schwer an die gewünschte Kontur anpasst. Formen aus sehr weichem Silikon sind dagegen schwer handhabbar, da sie nicht die gewünschte Steifigkeit aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil aus Silikon und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, dass allen Anforderungen an Flexibilität und Steifigkeit gerecht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 hinsichtlich der Vorrichtung und durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 hinsichtlich des Verfahrens gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung sieht vor, dass das Verbundbauteil von wenigstens zwei an wenigstens einer Kante aneinander stoßenden, nebeneinander angeordneten flächigen Bereichen aus Silikon mit unterschiedlichen Materialeigenschaften gebildet wird, die unter etwa den gleichen Bedingungen, insbesondere im gleichen Temperaturbereich gemeinsam aushärten. Die verschiedenen, das Verbundbauteil bildenden Silikon-Bereiche weisen einen unterschiedlichen Gehalt an Füllstoffen und anderen Inhaltsstoffen, insbesondere an Kieselsäure auf oder unterscheiden sich in anderen Eigenschaften, wie ihrer Shore-Härte, ihrer Elastizität, ihrer Dehäsivität zu benachbarten anderen Bauteilen oder in ihrer Farbe oder Transparenz. Dadurch können beispielsweise bei einer Verwendung des Verbundbauteils als Vakuumhaube ein erster steiferer, an den Randbereichen der Vakuumhaube angeordneter Bereich aus Silikon mit einer größeren Shore-Härte als Rahmen für eine bessere Handhabung und mit einer für eine bessere Haftung eines Dichtbandes reduzierten Dehäsivität mit einem zweiten Bereich aus Silikon, der sehr weich und anschmiegsam ausgebildet ist und sich dadurch auch an schwierigere Werkzeugformen in Ecken und bei Hinterschnitten gut anpassen kann, mit einem dritten Bereich aus Silikon, der transparent ausgebildet ist, um den Materialfluss in bestimmten Bereichen, die bei Einsatz der Vakuumhaube unter dieser liegen, beobachten zu können, und mit einem vierten Bereich aus Silikon, der eine im Rohzustand hohe Reißfestigkeit - im Sinne einer hohen Viskosität - auch bei größeren Flächen aufweist, in einem einzigen gemeinsamen Aushärtungsprozess zu einem einzigen integralen Bauteil zusammengefügt werden.

Die gute Verbindung zwischen den verschiedenen Bereichen aus Silikon ermöglicht auch eine einfache, auch nachträgliche Reparatur im Falle einer Beschädigung des Verbundbauteils, da der beschädigte Bereich einfach mit einem Messer herausgeschnitten und durch ein gleich großes Stück aus dem selben, aber noch unvernetzten Material ersetzt werden kann, das einfach durch leichtes Andrücken und Kneten mit den Schnittkanten am Ausschnitt des Verbundbauteils verbunden werden kann und anschließend ausvulkanisiert wird.

Auch eine nachträgliche Änderung des Verbundbauteils ist ebenso einfach möglich, beispielsweise das nachträgliche partielle Ersetzen eines nicht-transparenten Materialbereichs durch ein transparentes Silikonmaterial, falls nachträglich festgestellt wird, dass ein Durchsichtsbereich an dieser Stelle nützlich ist.

Alle beteiligten Rohmaterialien sind so aufeinander abgestimmt, dass sie unter gleichen Reaktionsbedingungen gleichzeitig ein chemisches Netzwerk aufbauen und zueinander eine Haftung ausbilden. Durch diese Vorgänge entsteht ein formstabiles Produkt. Die Aushärtetemperatur liegt vorzugsweise bei etwa 80° C, die vorteilhaft durch einen Heißluftofen erzeugt wird. Die bevorzugte Aushärtedauer beträgt dabei etwa 25 Minuten. Die Aushärtezeit verkürzt sich zum Beispiel durch Anheben der Temperatur bis auf etwa 110 ⁰ C auf etwa 1 bis 2 Minuten.

Die verschiedenen, das Verbundbauteil bildenden Bereiche aus Silikon weisen einen unterschiedlichen Gehalt an Füllstoffen und anderen Inhaltsstoffen, insbesondere an Kieselsäure auf oder unterscheiden sich in anderen Eigenschaften, wie Härte, Elastizität oder den selbsttrennenden Eigenschaften (Dehäsivität). Die Shore-Härten werden dabei zwischen etwa 15 Shore A bis etwa 80 Shore A variiert.

Die verschiedenen, das Verbundbauteil bildenden Bereiche aus Silikon sind bevorzugt durch organische Peroxide vernetzbar, die sich beim Aushärten durch Zerfall verflüchtigen und deren Zersetzungsprodukte durch anschließendes Tempern verdampfen und dadurch entfernbar sind. Auch ein Entfernen durch Auswaschen oder Extraktion ist möglich. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Verbundbauteil mit vier verschiedenen, integral miteinander verbundenen Materialbereichen aus Silikon, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Randbereich einer Form mit einer in diese eingelegten herkömmlichen Vakuumhaube,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Fig. 2, mit einem in einer Formecke angeordneten Druckstück,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Fig. 3 mit einer erfindungsgemäßen, aus mehreren Materialbereichen bestehenden Vakuumhaube,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch einen Silikon-Druckkörper mit einem Kernmaterial im festen Aggregatszustand,

Fig. 6 den Silikon-Druckkörper gemäß Fig. 5 beim Übergang in den flüssigen Aggregatszustand,

Fig. 7 eine Verwendung eines herkömmlichen Silikon-Druckkörpers in einer Werkzeugform mit einer ungleichen Druckverteilung,

Fig. 8 eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Silikon-Druckkörpers in einer Werkzeugform mit einer homogenen Druckverteilung,

Fign.9-13 die Ausdehnung von erfindungsgemäßen Silikon-Druckkörpern beim Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatszustand,

Fign. 14-15 die Wirkungsweise einfacher und doppelt wirkender Silikon- Druckkörper in Verbindung mit einer harten Trennschicht. Das in Figur 1 dargestellte Verbundbauteil 10 besteht aus vier Bereichen 12, 14, 16 und 18 aus Silikon, die jeweils unterschiedliche Material-Eigenschaften aufweisen und die in beliebiger Zusammensetzung auch einzeln miteinander kombinierbar sind. Die Bereiche 12, 14, 16 und 18 aus Silikon sind an ihren Kanten stumpf aneinander stoßend - ohne sich zu überlappen (weil dadurch unter Umständen unerwünscht steife Bereiche entstehen würden) - durch Anlegen der Kanten aneinander bei Raumtemperatur fest miteinander verbunden. Die Verbindung kann vorteilhaft noch unterstützt werden durch leichtes Kneten des Materials im Kantenbereich. Durch die Vernetzung der Materialien entsprechend der oben beschriebenen Aushärtung wird die Verbindung dauerhaft. Der erste Bereich 12 ist beispielsweise aus einem relativ steifen Silikonmaterial, wie zum Beispiel einem Silikonmaterial mit der Werkstoffbezeichnung HFH5770/71 der Anmelderin ausgebildet. Dieses Material ist härter, beispielsweise mit einer Shore- Härte von etwa 80 Shore A eingestellt, um das Handling des Verbundbauteils 10 - beispielsweise einer in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Vakuummembran 20, durch Bildung eines relativ steifen Rahmens zu erleichtern. Der Bereich 12 kann bei der Herstellung einfach am Rand eines im Übrigen bereits aus den Bereichen 14 und/oder 16 und/oder 18 zusammengefügten Verbundbauteils angelegt werden und vernetzt sich dann direkt bei der Aushärtung mit den jeweils benachbarten anderen Bereichen 14, 16, 18. Durch eine bewusste Verringerung der dehäsiven Eigenschaften bietet der Bereich 12 für in den Figuren nicht dargestellte, auf ihr angebrachte Dichtbänder eine besonders gute Haftung.

Das Basismaterial des Silikon-Verbundbauteils 10 wird vom Bereich 18 gebildet. Dieser wird gebildet von einer ca. 2 mm starken, kalandrierten Rohsilikonplatte, die zum Beispiel aus einem Silikonmaterial mit der Werkstoffbezeichnung HFH5770/64 der Anmelderin besteht. Diese weist eine Shore-Härte von 50 Shore A auf und ist aufgrund ihrer Zusammensetzung im rohen Zustand relativ reißfest und damit gut drapierbar. Sie weist ferner eine speziell dehäsive Einstellung auf, um bei der Herstellung von Faserverbundkunststoff-Bauteilen (FVK) eine Alternative zur Vakuumfolie auch bei direktem Harzkontakt zu bieten. Das Material des Bereichs 18 ist zäh, sehr reißfest, temperaturbeständig und gut handhabbar auch bei Herstellung großflächigerer Verbundbauteile 10. Für Bereiche des Verbundbauteils 10, die eine Durchsicht erfordern, ist der Bereich 16 vorgesehen, dessen Silikonmaterial dem des Bereichs 18 bezüglich der dehäsiven Eigenschaften und der Reißfestigkeit ähnelt, jedoch transparent ausgebildet ist. Hierdurch können Durchsicht-Fenster in das Verbundbauteil 10 integriert werden, durch die beispielsweise der Materialfluss an bestimmten Stellen einer Form gut beobachtet werden kann.

Für Bereiche, die zum Beispiel einen besonderen Andruck und eine besondere Flexibilität erfordern, um sich zum Beispiel an komplizierte Werkstück-Konturen, beispielsweise mit Hinterschnitten, anzupassen, ist zum Beispiel das Material HFH5770/69 des Silikon-Bereichs 14 im Rohzustand besonders flexibel und anschmiegsam ausgebildet. Im Übrigen weist das Material des Bereichs 14 jedoch Eigenschaften auf, die dem Silikonmaterial des Bereichs 18 ähneln.

Für alle Bereiche 12, 14, 16, 18 aus Silikon gelten folgende Gemeinsamkeiten:

Die Mischungen der Bereiche 12, 14, 16 und 18 dürfen nicht wärmer als bei Raumtemperatur gelagert werden. Eine Kühlung des Materials ist möglich, wenn beim Auftauen das Eindringen von Schwitzwasser vermieden wird.

Um größere Verbundbauteile 10 oder Vakuummembranen 20 zu realisieren als dies mit einer gelieferten Bahnbreite unmittelbar möglich wäre, können die Silikonplatten beliebig oft nebeneinander gelegt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Material auf Stoß gelegt wird und sich nicht überlappt. Durch leichtes Andrücken oder Kneten an der Stoßkante lassen sich die Bahnen gut miteinander verbinden.

Härtezeiten des Silikons HFH5770/64:

Die angegebenen Härtezeiten sind Mindestangaben. Längere Härtezyklen sind bei Temperaturen unter 120 ⁰ C unkritisch. Die Temperaturen und Härtezeiten der übrigen Bereiche aus Silikon sind den Angaben aus der vorstehenden Tabelle sehr ähnlich. Solange bei der Härtung des Silikons drucklos gearbeitet wird, sollte die Temperatur unter 100 ⁰ C bleiben. Bei der Vernetzungszeit muss die Zeit für das Durchwärmen des Materials (ca. 1 min. pro 1 mm Materialstärke) und der Form berücksichtigt werden.

In einem Vorversuch ist die Reaktion mit den späteren Kontaktmaterialien (Formtrennmittel, Offsetwachs) zu prüfen, da manche Materialen zu Vernetzungsstörungen führen können.

Um bei der Herstellung der Vakuummembran ein Ankleben am Werkzeug zu vermeiden, ist eventuell nach einer Ermittlung des Anklebens in einem Vorversuch zusätzlich ein teflon- bzw. fluorpolymerbasiertes Trennmittel einzusetzen. Sehr gut geeignet ist das Trennmittel MonoCoat 1561 W von der Fa. Chemtrend. Um dieses Trennmittel aufzubringen, muss das Werkzeug auf über 100 ⁰ C erhitzt und das Trennmittel entsprechend den Herstellerangaben auf das erhitzte Werkzeug fein aufgesprüht werden.

Eine Alternative zum vorstehend genannten Trennmittel ist LUBKO 1325PS von der Fa. Julius Hoesch. Dieses Trennmittel ist ebenfalls Teflon basiert. Es kann bei Raumtemperatur auf das Werkzeug aufgetragen werden und hat eine gute Trennwirkung zu Epoxy-Prepregs und zu Silikon.

Eine weitere kostengünstigere Alternative für Aluminium- und Stahlwerkzeuge ist das Aufbringen einer wässrigen Spülmittellösung (ca. 10%). Diese Lösung muss ebenfalls auf das erhitzte Werkzeug aufgesprüht werden. Nach der Vernetzung ist ein typischer süßlicher Geruch festzustellen, der durch Tempern in einem Heißluftofen (mit Abluft) für ca. 1 h bei 200 ⁰ C entfernt wird. Andernfalls würde sich nach einiger Zeit ein feiner weißer Belag an der Oberfläche des Silikon-Verbundbauteils bilden, der bei der weiteren Verwendung stören könnte. Dickwandige Teile müssen gegebenenfalls länger getempert werden. Durch das Tempern wird außerdem der Schrumpf der Form von ca. 3% vervollständigt und die Maße der gefertigten Teile sind gleichmäßiger. Aufgrund der dehäsiven Einstellung des Silikons der Bereiche 14, 16 und 18 bzw. 24, 26 und 28 sind nur wenige Dichtbänder zur unmittelbaren Verwendung auf diesen geeignet. Tests haben ergeben, dass das Dichtband Egopon 219 (Hersteller: Fa. EGO, Gilching), die Dichtbänder AT 200 Y, gelb und GS213-3, grün (Fa. Beyer GmbH, Köln) gute Haftwerte zu den Mischungen der Silikon- Bereiche 14, 16 und 18 bzw. 24, 26 und 28 erzielen.

In einer bevorzugten Alternative ist die Integration eines nicht dehäsiv eingestellten Silikon-Bereichs 12 bzw. 22 mit der Werkstoffbezeichnung HFH5770/71 der Anmelderin am Rand des Verbundbauteils 10 bzw. der Vakuummembran 20 vorgesehen. Das Silikon der Silikon-Bereiche 12 bzw. 22 ist vorteilhaft härter eingestellt, um die Handhabung des Verbundbauteils 10 bzw. der Vakuummembrane 20 zu erleichtern. Diese Mischung kann bei der Herstellung einfach am Rand angelegt werden und vernetzt sich dann direkt bei der Vulkanisation mit den bereits verbundenen Silikon-Bereichen 14, 16 und 18 bzw. 24, 26 und 28. Die Mischung des Silikon-Bereichs 12 zeigt eine besonders gute Haftung zu Dichtbändern.

In Fig. 2 ist eine herkömmliche Vakuummembran oder Vakuumhaube 20 im Randbereich einer Form 30 eingelegt. Da übliche Vakuumhauben 20 eine gewisse Steifigkeit aufweisen, können sich diese nur schwer an eine Formecke 32 anpassen und sich dort anlegen. Im Bereich der Formecke 32 kann somit nicht der gewünschte Druck aufgebaut werden. Dies ist in Fig. 3 dadurch verbessert, dass im Bereich der Formecke 32 ein Druckstück 29 aus Silikon, beispielsweise aus HFH5770/69, angeordnet ist, das einen verbesserten Druckaufbau der Vakuumhaube 20 ermöglicht.

Eine erfindungsgemäße Vakuumhaube 20 gemäß Fig. 4 vereint alle positiven Materialeigenschaften des Verbundbauteils 10, in dem sie verschiedene Materialbereiche sinnvoll zu einem einzigen Bauteil zusammenfasst. Der Randbereich der Vakuumhaube 20 wird von einem ersten Silikon-Bereich 22 aus einem relativ steifen Silikonmaterial mit der Werkstoffbezeichnung HFH5770/71 der Anmelderin gebildet. Es entspricht in seinen Eigenschaften dem bereits weiter oben beschriebenen ersten Silikon-Bereich 12 des Verbundbauteils 10.

Daran schließt sich nach innen ein zweiter Silikon-Bereich 24 an, an dem an der Unterseite eine trapezförmige Dichtungslippe 241 angeformt ist, die sich in eine Dichtnut 31 oder einen Dichtungskanal einer festen Werkzeugform 30 einlegt. An der Unterseite der Dichtungslippe 241 ist eine Vakuum-Nut 242 vorgesehen, die gewährleistet, dass die Dichtungslippe 241 sich nicht mit ihrer Unterseite vollflächig an die Dichtnut 31 anlegt und dadurch den Aufbau eines Werkzeugseitig erzeugten Vakuums in der Dichtnut 31 verhindert, das für das dichte Anliegen der Dichtungslippe 241 an deren gesamtem Umfang vorteilhaft ist. Der zweite Silikon-Bereich 24 überbrückt auch den Eckbereich 32 der Form 30 und ist auch zu diesem Zweck analog zum zweiten Silikon-Bereich 14 des Verbundbauteils 10 im Rohzustand besonders gut verformbar ausgebildet ist.

An den zweiten Silikon-Bereich 24 schließt sich nach innen ein dritter Silikon- Bereich 26 an, der analog des dritten Silikon-Bereichs 16 des Verbundbauteils 10 transparent ausgebildet ist und dadurch einen Durchsichtsbereich bildet.

An den dritten Silikon-Bereich 26 schließt sich nach innen ein vierter Silikon-Bereich 28 an, der analog des vierten Silikon-Bereichs 18 des Verbundbauteils 10 vom Basismaterial gebildet wird.

Herstellung eines Druckkörpers, beispielsweise für Hohlräume bei der Herstellung von FVK-Bauteilen: Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Silikondruckkörper für eine gezielte Druckerhöhung in einer Form geschaffen wird, der in ein vorstehend beschriebenes Verbundbauteil 10 bzw. eine Vakuumhaube 20 in einfacher Weise integrierbar ist. Derzeit werden luftgefüllte Foliensäcke oder vorgeformte Latexsäcke in Hohlräume platziert, um beim Aushärten eines FVK-Bauteils, beispielsweise eines Rohres, den erforderlichen Gegendruck herstellen zu können. Das Problem dabei ist, dass bei einem Foliensack die Kontaktfläche sehr unregelmäßig wird. Der Latexschlauch muss sehr aufwändig hergestellt werden und stellt damit in der Regel ein teures Zukaufteil dar. Die Haltbarkeit ist bei beiden Systemen sehr eingeschränkt. Luftgefüllte Foliensäcke bilden ein Einwegsystem; die Latexvariante ist aufgrund der fehlenden Dehäsivität des Materials zu den Harzen ebenfalls relativ kurzlebig. Um den Innendruck optimal aufbauen zu können, muss auch eine Verbindung nach außen offen sein, um den Innensack mit Atmosphärendruck bzw. dem Autoklaven- Innendruck beaufschlagen zu können. Es wird auch versucht, das Problem mit soliden Silikon-Druckkörpern zu lösen. Da dieses Material aber einen Schrumpf nach der Vernetzung von etwa 2 - 3% aufweist, wird hier ggf. im Aushärteprozess zu wenig Druck aufgebracht.

Die neue Lösung sieht die Herstellung eines Silikon-Druckkörpers mit einem innen liegendem Kernmaterial aus einem Stoff mit einem geeigneten hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten vor. Vorteilhaft ist dabei ein im Arbeitsbereich erfolgender Phasenübergang von einem festen in einen flüssigen Aggregatszustand und die damit verbundene starke Ausdehnung des Kernmaterials. Da das Material flüssig wird, wird der entstehende Druck gleichmäßig in alle Raumrichtungen verteilt. Ein geeignetes Material zur Füllung des Silikon-Druckkörpers ist beispielsweise Paraffinwachs, das je nach Sorte einen Schmelzpunkt zwischen etwa 45 ⁰ C und etwa 110 ⁰ C hat.

In Fig. 5 und 6 und 9 bis 13 ist an einem ersten Beispiel gezeigt, wie sich ein Silikon-Druckkörper 34, bestehend aus einer geschlossenen Silikonhülle 38 und einem von dieser aufgenommenen Kernmaterial 36, ausgehend vom festen Aggregatszustand (Fig. 5) beim Übergang in den festen Aggregatszustand ausdehnt (siehe 36' und 38' in den Fign. 6, 11 und 13) und dadurch für einen nicht dargestellten, die Silikonhülle 38 eng umgebenden rohrförmigen Formkörper beim Aushärten von innen her die gewünschte Gegendruckkraft entfaltet, um bei diesem einen definierten Innendurchmesser zu erzeugen. Die geschlossene Silikonhülle 38 bewirkt zum einen eine Trennwirkung zum Kunstharz des zu erzeugenden Formteils und zum anderen einen Einschluss des im heißen Zustand flüssigen Kernmaterials 36.

In Fig. 7 ist dargestellt, wie sich bei der Herstellung eines Faserverbundkunststoffteils (FVK-Teils) 60 in einer Werkzeug-Form 50 bei Verwendung eines herkömmlichen massiven Silikon-Formteils (Druck-Kissen) 52 der von oben wirkende Druck mit einer Druckkraft F1 in einer Vertiefung 51 der Werkzeug-Form 50 zum Boden 510 der Vertiefung zu einer geringeren Druckkraft F2 und zu den Seitenwänden 512 zu einer noch geringeren Druckkraft F3 reduziert.

In Fig. 8 ist dagegen im Unterschied zur Fig. 7 im Bereich der Vertiefung 51 ein Silikon-Druckkörper 54 mit einem in einer Silikonhülle 58 aufgenommenen, unter Temperatureinwirkung dehnbaren Kernmaterial 56 zusätzlich in das Silikon-Formteil 52 eingesetzt. Dadurch werden bei der temperaturbedingten Ausdehnung des Kernmaterials 56 und damit auch der Silikonhülle 58 gleichmäßige Druckkräfte F2 auf den Boden 510 und die Seitenwände 512 der Vertiefung 51 ausgeübt. Das Faserverbundkunststoffteil 60 erhält dadurch auch im Bereich der Vertiefung 51 eine gleichmäßige definierte Kontur.

In den Figuren 14, 15 und 16 ist anhand weiterer Ausführungsbeispiele dargestellt, wie mittels einer relativ harten Trennschicht 40, beispielsweise aus Metallblech oder Glasfaser verstärktem Kunststoff (GFK), die das Kernmaterial 36 bzw. 46 eines einfachen Silikon-Druckkörpers 34 (Fig. 16) oder eines doppelt wirkenden Silikon- Druckkörpers 34, 44 (Fign. 14 und 15) an einer Seite (Fign. 14 und 15) oder an mehreren Seiten (Fig. 16) umgibt, sehr gezielt unterschiedliche, nur in bestimmte Richtungen wirksame Druckkräfte bei Ausdehnung des Kernmaterials erzeugt werden können. Durch eine teilweise Kapselung des Kernmaterials 36, 46 oder durch harte Bereiche im Druckkörper kann eine Richtung der Druckausbreitung vorgegeben werden. In Fig. 15 wird durch den schmaleren oberen Silikon-Druckkörper 34, der gegenüber dem breiteren unteren Silikon-Druckkörper 44 durch eine horizontale, flache Trennschicht 40 abgetrennt ist, eine Aufwölbung A nach oben erzeugt, da sich die Druckkräfte des Kernmaterials 36 im oberen Silikon-Druckkörper 34 stärker nach oben entfalten können und dadurch die Silikonhülle 38 nach oben wölben.

In Fig. 16 wird das Kernmaterial 36 unten und zu allen Seiten von einer relativ harten Trennschicht 40 umgeben. Dadurch entfalten sich die Druckkräfte des Kernmaterials 36 stärker nach oben und erzeugen eine Aufwölbung A im oberen Teil der Silikonhülle 38.

Die Silikon-Druckkörper 34 bzw. 44 sind hervorragend dazu geeignet, in ein eingangs beschriebenes Verbundbauteil 10 oder in eine Vakuumhaube 20 integriert zu werden.

Durch des Volumenverhältnis von Kernmaterial zu Silikon können für unterschiedliche Druckkörper unterschiedliche Drücke realisiert werden.

Die Herstellung eines Silikon-Druckkörpers 34, 44, 54 erfolgt dadurch, dass ein vorgeformter Körper aus dem Kernmaterial 36, 46, 56 mit rohem Silikon umhüllt wird. Wichtig ist dabei eine Vermeidung von Lufteinschlüssen. Das kann mit HTV-

(Hochtemperatur-vernetzenden) Silikonen oder gießbaren RTV-(Raumtemperatur- vernetzenden) Silikonen erfolgen. Die HTV-Variante ist in den vorstehend beschriebenen Vakuumhaubenaufbau 20 auch integrierbar. Durch Vernetzung bekommt das umhüllende Silikon seine Stabilität.

Das Kernmaterial 36, 46, 56 ist so zu wählen, dass die Temperatur des Phasenübergangs über der Vernetzungstemperatur des Silikons, aber unterhalb der Vernetzungstemperatur des zu härtenden Harzes des Bauteils liegt, wobei vorteilhafter Weise der Phasenübergang erst oberhalb des Erweichungspunkts des Harzes liegt, um Lufteinschlüsse im Bauteil zu vermeiden. Beispiele:

HTV (hochtemperaturvernetzendes (80°C))-Silikon und 120°C-Harz-System

Phasenübergang optimal zwischen 90 ⁰ C und 110 ⁰ C. RTV (raumtemperaturvernetzendes) Silikon und 80°C-Harz-System

Phasenübergang zwischen 30°C und 70°C, optimal bei 5O ⁰ C bis 70°C.

Gemäß einer weiteren Variante können Teilbereiche eines Verbundbauteils 10, beispielsweise der Vakuumhaube 20 oder die gesamte Vakuumhaube 20 auch aus Fluorkautschuk (FPM oder FKM) gebildet werden. Insbesondere solche Teilbereiche einer Vakuummembran 20, die mit wärmehärtenden Harzen mit einem hohen Styrolanteil (z.B. ungesättigten Polyesterharzen (UP-Harzen) und Vinylesterharzen (VE-Harzen)) in Berührung kommen werden aus Fluorkautschuk (FPM oder FKM) gebildet.

In diesem Fall hat Silikon den Nachteil, dass es in Styrol quillt und sich dadurch die Dauer der Verwendbarkeit verkürzt. FPM quillt weniger und ist dadurch vorteilhaft. Einsatzgebiete sind Vakuumhauben für Autoklav oder Infusionsprozesse aber auch für Membranen für Verarbeitungsprozesse mit Wärmeträgerölen (z.B. Quickstepverfahren).

Verarbeitung der FPM-Membranen:

Die Aushärtungstemperatur der FPM-Membranen beträgt etwa 130 bis 300 ⁰ C, vorzugsweise etwa 150 bis 180 ⁰ C. Die Härtezeit beträgt etwa 2h bis 30 sec, vorzugsweise etwa 60 min bis 6 min. Die Aushärtung erfolgt unter Druck. Der Druck sollte über dem Wasserdampfdruck der gewählten Verarbeitungstemperatur liegen. Die Vulkanisation sollte unter Luftabschluss erfolgen. Eine thermische Nachbehandlung unter Frischluftzufuhr (Tempern) ist vorteilhaft. Kombinationsmöglichkeiten:

FPM ist auch kombinierbar mit Silikon (VMQ), z.B. für elastische Randbereiche ohne Harzkontakt oder mit Hydriertem Nitrilkautschuk (HNBR), z.B. für flexiblere Bereiche mit besseren mechanischen Eigenschaften (z.B. noch höherer Reißfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit) als Silikon.

Verarbeitung: (Herstellung der FPM-Membran):

Die rohe FPM-Mischung wird als zugeschnittene Folie (Kalanderplatte) auf die feste Formseite aufgelegt. Gegebenenfalls kann die Mischung auf 70 - 100 ⁰ C erwärmt werden, um eine bessere Formbarkeit zu erzielen. Die Überlappungen können zur Erhöhung der Klebrigkeit der Mischung mit Methyl-Ethyl-Keton (MEK) oder Aceton bestrichen werden. Dadurch wird eine bessere Verbindung der einzelnen Zuschnitte erreicht, wenn die Membran im Autoklaven hergestellt wird.

Darüber kommt eine Trennfolie (Abreißgewebe), vorzugsweise eine perforierte Polypropylen- (PP) Folie oder ein nicht anhaftendes Gewebe, beispielsweise aus Polyamid (PA). Darüber wird ein Vliesgewebe gelegt, um die Absaugung der vorhandenen Luft zu gewährleisten. Über das Vliesgewebe kommt ein Einweg- Vakuum-Foliensack. Das Ganze wird mit Vakuum unter Druck, vorzugsweise im Autoklaven geheizt. Sobald das Material im Vulkanisationsprozess eine gewisse Temperatur erreicht, fällt die Viskosität stark ab und die rohe Kautschukfolie schmiegt sich den Konturen der Form an.

Eine Herstellung in einer Heizpresse ist ebenfalls denkbar, aber aufgrund hoher Werkzeugkosten weniger favorisiert.

Eine weitere Variante sieht eine Herstellung eines Verbundbauteils 10, beispielsweise einer Vakuummembran 20 aus einer ersten Schicht aus Ethylen-

Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) als Trägermaterial vor, das mit einer darüber angeordneten Schicht aus Polyethylen (PE) verbunden ist, die die gewünschte

Epoxid-trennende Oberfläche der Vakuummembran 20 bildet. Die vorzugsweise dünne PE-Folie geht dabei eine untrennbare Verbindung mit dem EPDM ein. Die EPDM-Schicht sorgt für die Formhaltigkeit und den Luftabschluss. Als Dichtbänder sind hier herkömmliche Butyl-Dichtbänder verwendbar. Gemäß einer weiteren Variante können die Silikon-Bereiche 12, 14, 16, 18; 22, 24, 26, 28 des Verbundbauteils 10, der Vakuumhaube 20 oder der Silikon-Druckkörper 34, 44, 54 zumindest in Teilbereichen mittels einer Prepreg-Einlage verstärkt werden. Als Prepreg werden vorgefertigte, mit einem aushärtbaren Kunstharz imprägnierte Gewebe bezeichnet, die leicht in eine gewünschte Form gebracht und durch eine Wärmebehandlung oder einen anderen Energieeintrag wie eine Bestrahlung mit UV-Licht vernetzt werden können. Bei den Silikon-Druckkörpern 34, 44, 54 können durch in die Wand integrierte Prepregs beispielsweise die steiferen Trennschichten 40 unmittelbar ausgebildet werden.

Bezugszeichenliste

10 Verbundbauteil

12 (erster) Silikon-Bereich

14 (zweiter) Silikon-Bereich

16 (dritter) Silikon-Bereich

18 (vierter) Silikon-Bereich

20 Vakuumhaube (Vakuummembran)

22 (erster) Silikon-Bereich (an 20)

24 (zweiter) Silikon-Bereich (an 20) 241 Dichtungslippe (an 24)

242 Vakuum-Nut (in 241)

26 (dritter) Silikon-Bereich (an 20)

28 (vierter) Silikon-Bereich (an 20)

29 Druckstück

30 Werkzeug-Form

31 Dichtnut (in 30)

32 Formecke

34 Silikon-Druckkörper

36 Kernmaterial

38 Silikonhülle

40 Trennschicht

44 Silikon-Druckkörper

46 Kernmaterial

48 Silikonhülle

50 Werkzeug-Form

51 Vertiefung (in 50)

510 Boden (von 51)

512 Seitenwand (von 51)

52 Silikon-Formteil

54 Silikon-Druckkörper

56 Kernmaterial

58 Silikonhülle

60 Faserverbundkunststoffteil (FVK-Teil) A Aufwölbung

F, F1. F2.F3 Druckkräfte