Herstellung und deren Verwendung"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Verbundsystem mit carbonfaserhaltigem Material, ein Verfahren zu seiner Herstellung und deren Verwendung.

Aus dem Stand der Technik sind unzählige Zusammensetzungen mit Carbonfasern bekannt. Die DE 696 30 778T2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontrollierten Anbringen bzw. Aufbringen von Poylmerzusammensetzungen auf eine Materialbahn Hierbei wird auf poröse Bahnen, insbesondere Gewebe entweder mit Siliconharzen Oberflächen beschichtet oder gesättigt bzw. imprägniert. Als Fasern werden neben den natürlichen Fasern wie Jute, Baumwolle, Wolle, Leinen auch synthetische Fasern wie z.B. Polyamide Aramide oder auch Mischungen eingesetzt. Die Materialbahnen werden gemäß dem Verfahren gespannt und die Polymerzusammensetzung aufgesprüht, so dass sie auch einen Grossteil der Zwischenräume benetzt. Hierbei wird eine stark verdünnte Polymerzusammensetzung auf die unter Spannung stehende Oberfläche aufgebracht

Die DE 600 02 352T2 offenbart Segel die in Segmente aufgeteilt sind und Verfahren zu deren Herstellung. Hierbei werden neben dem vorhandenen Material Haftmittel, welche aus einem Harz und einer Faser besteht sind hier eine weitere Faser die der Verstärkung dient integriert und eine zweite Verstärkungsfaser, die sich bezüglich der Kraftlinien des Segels angeordnet sind. Diese Fasern können Monofasermaterial, Multifasergarne aus der Gruppe

BESTÄTIGUNGSKOPIE von Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder ähnlichen stammen. Zusätzlich werden die Segelsegmente auch noch vernäht.

Die DE 200 06 448U1 offenbart Stoffe für Schutzbekleidungen aus flammenhemmendem Material. Hierbei handelt es sich, um ein System aus einem Gewebe mit einem Spinnfaden aus Aramidfasern unterschiedlicher Art und Mischungen von unterschiedlichen Aramidfasern sowie einem Anteil einer elastomeren Faser. Ein Verbundsystem aus unterschiedlichen Geweben die miteinander vernetzt sind kann dem Dokument nicht entnommen werden.

Die DE 199 41 669A offenbart einen Gewebeschlauch. Hierbei handelt es sich um ein dreiteiliges System wobei die Innenbeschichtung aus einem flexiblen Material, wie flexiblen Polyamid, flexiblen Polyethylen oder ähnliche. Hierin wird ein Gewebe aus Carbonfasern, Aramidfasern, Glasfasern und ähnlichen eingelagert. Im vorliegenden Fall werden Systeme entwickelt, die nur für höheren Druck ausgelegt sind und zusätzlich in einem Behältnis geschützt liegen. Die Flexibilität des Systems ist nicht gegeben und auch keine Anwendung als grundsätzlich flexibles System.

Die DE 35 41 193 C2 offenbart ein Verbundfolienmaterial, welches aus einer Faserschicht besteht, die gegebenenfalls feuerfest ist und neben Keramikfasem, Glasfasern, Kohlenstofffasern auch Metallfasern enthalten kann und mit einer Siliconpolymerschicht, die ein anorganisches Material enthält laminiert ist..

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es gewesen ein flexibles Verbundsystem mit carbonfaserhaltigem Material zur Verfügung zu stellen, dass transparent ist, eine verbesserte Haptik aufweist, erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit und UV-Strahlung hat.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es somit gewesen ein flexibles Verbundmaterial zur Verfügung zustellen, das nicht die Nachteile des Standes der Technik aufweist. Vorteilhafterweise werden eine gute Haptik, Widerstandsfähigkeit gegen Äußere Einflüsse und ein Schutz des darunter liegenden Materials gewährleistet

Erfindungsgemäß besteht das flexibles Verbundmaterial aus einer ersten flexiblen Schicht der Grundschicht, aus der Gruppe von Fasern, Garnen, Geweben, Gewirken, Vliesen, Matten, oder ähnlichem, gegebenenfalls einer weiteren flexiblen Schicht gemäß der ersten Schicht, einer weiteren flexiblen Schicht aus einem carbonfaserhaltigen Material und einem die flexiblen Schichten tränkenden Harz, das die Flexibilität der Schichten aufrecht erhält. In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen flexiblen Verbundmaterials ist eine weitere flexible carbonfaserhaltigen Schicht und/oder glasfaserverstärkten Schicht zwischen der ersten flexiblen Schicht, der Grundschicht, und der carbonfaserhaltigen Schicht angeordnet ist.

Erfindungsgemäß weist das flexibles Verbundmaterial in der Grundschicht, Materialien aus der Gruppe von natürlichen Stoffen wie Jute, Leinen, Baumwolle, Wolle oder ähnlichem oder aber aus Kunststoffen wie Nylon, Polyacrylaten, Polyvinylalkohol, Polypropylen, Polyethylen und hochdotiertes Polyethylen oder ähnliche sowie Mischungen dieser auf

In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen flexiblen Verbundmaterials ist eine weitere flexible Schicht solche aus der Gruppe von Aramid-Fasern wie meta-Aramid- Fasem oder para-Aramid-Fasem, Poly(p-phenylenterephthalamid (PPD-T)), Copolymere von Aramiden und Poly(p-phenylenterephthalamid (PPD-T)), Nylon, Polyvinylalkohol und hochdotiertes Polyethylen oder Mischungen dieser eingesetzt werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen flexiblen Verbundmaterials ist als flexible Schicht aus einem kohlenstofffaserhaltigen Material solche aus der Gruppe der Kohlefasern auf Zellulosebasis, Polyacrylnitril(PAN), Pech, CFK-Werkstoffe oder ähnliche.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen flexiblen Verbundmaterials wird nach dem Aushärten des flexiblen Verbundmaterials auf die Unterseite der Grundschicht des flexiblen Verbundmaterials mit einer Klebeschicht benetzt.

Als glasfaserverstärkte Kunststoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verbundwerkstoffe aus einer Kombination einer Kombination von einem dreidimensionalen System aus Polymeren und als Verstärker wirkenden Glasfasern verstanden. Die zur Faserverstärkung verwendeten Glasmaterialien liegen in dem glasfaserverstärktem oder kohlefaserverstärktem Kunststoff als Faser, Garn, Vlies, Gewebe, Gewirke oder Matte vor. Erfindungsgemäß können als Kunststoff sowohl Duroplaste, Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Phenol- und Furanharze- als auch Polyamide, Polycarbonate, Polyurethane, Polyacteale, Polyphenylenoxide, Polypropylene und Styrolcopolymere verwendet werden. Das Verhältnis des Verstärkerstoffs zu dem eingesetzten Kunststoff liegt im Bereich von 1 bis 90 vor. Hierbei ist die Flexibilität der glasfaserverstärkten oder kohlefaserverstärkten Kunststoffe als Faser, Garn, Vlies, Gewebe, Gewirke oder Matte entscheidend.

Die Matrix des erfindungsgemäßen kunststoffhaltigen Systems besteht aus einem bauschigen Nonwoven-Material z.B. aus einer gekräuselten nicht-elastischen Stapelfaser, die der flammenhemmenden Faser entspricht. Beispielhaft seien Polyesterfasern und Aramidfasern, Polyester-Stapelfasern, Stapelfasern oder gemischte Stapelfasern aus Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat, Poly-1 ,4- dimethylcyclohexanterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polypivalolacton und Copolyester hiervon, Polyester und Mehrkomponenten-Stapelfasern aus zwei oder mehr von diesen PoIy- estern. Die bevorzugten Polyesterfasern enthalten eine Phosphor- oder Halogen- Verbindung, um die Flammschutzwirkung und Wärmebeständigkeit zu verbessern.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Faser" eine langer, biegsamer, kohäsiver, natürlicher oder synthetisch hergestellter fadenförmigen Gegenstand, wie ein Monofilament, Stapelfaser, Filament oder dergleichen verstanden. Eine für die Erfindung brauchbare Faser hat vorzugsweise eine Länge von mindestens dem Hundertfachen ihres Durchmessers oder ihrer Dicke. Die Fasern können angesehen werden als in der Form von Einheiten vorliegend, die mit bekannten Techniken hergestellt werden zu Garnen oder dergleichen. Fasern können durch bekannte Techniken zu Geweben oder Vliesen (insbesondere Textilien) verarbeitet werden, einschließlich Weben, Stricken, Flechten, Verfilzen, Zwirnen, Ausbildung von Matten, Nadeln, Pressen und dergleichen.

Bevorzugt sind Fasern wie solche, die zum Spinnen zu Garnen oder dergleichen verwendet werden mit einer Länge von mindestens etwa 5 mm. Fasern, wie sie beispielsweise abgeleitet sind aus Cellulose, wie sie für die Herstellung von Papier verwendet werden, können verwendet werden zusammen mit langen Fasern, wie zuvor angegeben, und wie sie dem Fachmann gut bekannt sind.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Filament" Fasern Undefinierter Länge verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Garn" zur Bezeichnung eines kontinuierlichen Stranges aus einer Vielzahl von Fasern, Filamenten oder dergleichen in Bündelform, der geeignet sein kann zum Stricken, Weben oder anderweitiger Form zur Ausbildung eines Textilmaterials. Garn kann aus einer Zahl von Fasern hergestellt werden, die miteinander verzwirnt sind oder aus einer Zahl von Filamenten, die zusammengelegt sind ohne Verzwirnen (einem nicht gezwirnten Garn).Eine flexible poröse Bahn, die als Ausgangsmaterial für die Erfindung verwendet wird, ist im Allgemeinen und üblicherweise im Wesentlichen plan oder flach und hat im Allgemeinen einander gegenüberliegende parallele Außenoberflächen. Solch eine Bahn hat einen dreidimensionalen Aufbau mit einer Vielzahl von Fasern und dazwischen angeordneten Zwischenräumen oder ist eine Matrix mit offenen Zellen oder Poren. Die Matrix kann aus polymeren Feststoffen, einschließlich Fasern und nicht faserigen Bestandteilen bestehen. Nicht fasrige Bestandteile, wie teilchenförmige Füllstoffe, Bindemittel, Farbstoffe, Schlichten können den Fasern in der Bahn zugefügt werden. Bevorzugte Bahnen weisen mindestens 85% ihres Aufbaues aus faserförmigen oder Fasermaterialien auf und sind unbehandelt mit jeglichem Schlichtmittel, Beschichtung oder Dergleichen. Zusätzlich können als flexible Grundschicht auch Leder (einschließlich natürlicher und synthetisch hergestellte Leder), aufgeschäumte Kunststofffolien oder Filme mit offenen Zellen erstanden werden Aufgeschäumte Kunststofffolien oder Filme als Träger werden entweder durch Formulieren eines Aufschäummittels mit einem Harz oder durch Einblasen von Luft in eine flüchtige Flüssigkeit in das noch flüssige Polymer während seiner Ausformung in eine Folie oder Film hergestellt. Ein aufgeschäumter Träger weist einen Innenaufbau auf, der gekennzeichnet ist durch ein Netzwerk von Gasräumen oder Zellen, die den geschäumten Träger weniger dicht machen als das feste Polymer. Aufgeschäumte Folien oder Filme, die erfindungsgemäß als Ausgangsträgermaterialien verwendet werden, sind flexibel und haben einen offenzelligen Aufbau. Hierbei ist erfindungsgemäß auf die Flexibilität und Verformbarkeit zu achten, wie sie bei den Geweben, Gewirken, Matten, Vliesen und ähnlichen vorliegt.

Im Rahmen der Erfindung können ebenfalls synthetische Leder in zwei generelle Kategorien eingeteilt werden, beschichtete Gewebe und Poromerics. Synthetische Leder, die Poromerics sind, werden so hergestellt, dass sie möglichst lederähnlich sind bezüglich Atmungsaktivität und Wasserdampfdurchlässigkeit als auch bezüglich Bearbeitbarkeit, Maschinenverträglichkeit und anderer Eigenschaften. Synthetische Leder, die beschichtete Gewebe sind, weisen wie Porometrics ein Gleichgewicht von physikalischen Eigenschaften und wirtschaftlichen Überlegungen auf. Üblicherweise ist die Beschichtung entweder ein Vinylpolymer oder ein Polyurethan. Vinylbeschichtungen können entweder fest oder expandierte Vinylpolymere sein, die inneren Luftblasen aufweisen, wie sie üblicherweise geschlossenzellige Schäume haben. Wegen dieses Aufbaus haben sie üblicherweise eine nicht poröse Vorderoberfläche oder Aussehen. Dieser Aufbau führt zu schlechter Atmungsaktivität und Wasserdampfdurchlässigkeit. Weil jedoch das Innere oder die Rückseite porös sind, können diese Materialien für die Zwecke der Erfindung benutzt werden durch Aufbringen des härtbaren thixotropen Materials und ein oder mehrerer Modifiziermittel auf die rückseitige Oberfläche derselben.

Fasern können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Mischungen von natürlichen Fasern und synthetischen Fasern können auch verwendet werden. Beispiele von natürlichen Fasern schließen ein Baumwolle, Wolle, Seide, Jute, Leinen und dergleichen. Beispiele von synthetischen Fasern schließen ein, Acetat, Polyester (einschließlich Polyethylenterephthalat), Polyamide (einschließlich Nylon), Acrylpolymere, Olefine, Aramide, Acalone, Gläser, Modacrylpolymere, Novolide, Nitrilfasern, Rayon, Saran, Spandex, Vinylfasern, Vinyonfasem, regenerierte Cellulose, Celluloseacetate und dergleichen. Mischungen von natürlichen und synthetischen Fasern können ebenso verwendet werden. Bezüglich der flüssigen Dispersionen oder Lösungen von Fluorchemikalien, die gegebenenfalls zur Vorbehandlung der flexiblen Schichten verwendet werden können, bezieht sich der Ausdruck „Imprägnierung" auf die Penetration solcher Dispersionen oder Lösungen in die flexible Schicht und die Verteilung solcher Dispersionen in vorzugsweise gleichmäßiger Form und gesteuerter Weise in der flexible Schicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Aufbringung der Siliconharzzusammensetzung in eine flexible Schicht, die Verteilung dieser Zusammensetzung über die flexible Schicht und das resultierende, zumindest teilweise Benetzen, Imprägnieren von mindestens einem Teil der Fasern der flexiblen Schicht durch Siliconharzzusammensetzung, und die üblicherweise im Wesentlichen plan oder flach und hat im Allgemeinen einander gegenüberliegende parallele Außenoberflächen der mindestens zwei flexiblen Schichten, nämlich der Grundschicht und der carbofaserhaltigen flexiblen Schicht. Solch eine flexible Schicht hat einen dreidimensionalen Aufbau mit einer Vielzahl von Fasern und dazwischen angeordneten Zwischenräumen oder ist eine Matrix mit offenen Zellen oder Poren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann diese Matrix aus polymeren Feststoffen, einschließlich Fasern und nicht-faserigen Bestandteilen bestehen. Nicht fasrige Bestandteile, wie teilchenförmige Füllstoffe, Bindemittel, Farbstoffe, Schlichten können den Fasern in der Bahn zugefügt werden.

Bevorzugte flexible Schichten weisen mindestens 85% ihres Aufbaues aus faserförmigen oder Fasermaterialien auf und sind unbehandelt mit jeglichem Schlichtmittel, Beschichtung oder dergleichen.

Beispielhaft seien für die Aramid-Fasem z.B. meta-Aramid-Fasem oder para-Aramid-Fasem genannt. Zu dieser Gruppe gehören Poly(p-phenylenterephthalamid (PPD-T)), Copolymere von Aramiden und Poly(p-phenylenterephthalamid (PPD-T)), Nylon, Polyvinylalkohol und hochdotiertes Polyethylen. Von diesen werden die meta-Aramid-Fasern bevorzugt, weil diese nicht nur gute Flammschutzwirkung und Wärmebeständigkeit aufweisen, sondern auch erhöhte mechanische Eigenschaften, z.B. hinsichtlich Festigkeit und Modul zeigen.

Erfindungsgemäß werden in dem flexiblen Verbundmaterial als Siliconharze solche aus der Gruppe der Organopolysiloxane, Polyacryloxyalkylalkoxysilane, Polyvinylsilane, Polysilthian, Polysilizan, Kohlenwasserstoffpolymerisate mit einer Silicium enthaltenden Seitenkette, Polysilane oder Mischungen dieser.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials umfassend:

-Zusammenführen einer unteren flexiblen Grundschicht mit einer darüber liegenden carbonfaserhaltigen flexiblen Schicht; -Durchdringen der Schichten mit einer Siliconzusammensetzung, die ein Siliconharz aufweist;

- Aushärtung des Siliconharzes unter Erhalt der Flexibilität der Schichten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Durchdringung" das Aufbringen eines halbflüssigen Materials auf eine oder beide Seiten eines textilen Materials zu beschreiben. Wenn die Beschichtung getrocknet wurde bildet sie eine Bindung mit dem textilen Material.

Diese Beschichtung hüllt ein und/oder umgibt und/oder kapselt die einzelnen Fasern, oder kleidet Zellen oder Porenwände der flexiblen Schicht. Die Dicke der Siliconharzschicht liegt im Allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 50 pm und vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 20 pm.

Der Ausdruck „Flexibilität" bezieht sich hier auf das Vermögen des erfindungsgemäßen flexiblen Verbundmaterials, die mit einem gehärteten Polymer behandelt wurde zum Zurückkehren in den Ausgangszustand.

Der hier verwendete Ausdruck „Härtung" oder „Härten" bezieht sich auf die Änderung des Zustandes, Bedingung und/oder der Struktur in einem Material wie eine härtbare Polymerzusammensetzung, die üblicherweise, jedoch nicht zwangsläufig eingeleitet wird durch mindestens eine Variable, wie Zeit, Temperatur, Strahlung, Präsenz und Menge eines Härtungskatalysators im Material oder eines Härtungsbeschleunigers oder dergleichen. Der Ausdruck „Härten" oder „gehärtet" schließt teilweise oder vollständiges Härten ein. In jedem Falle können beim Härten, wie dem Härten einer solchen Polymerzusammensetzung, die selektiv in einer flexiblen Schicht angeordnet wurde, die Bestandteile einer solchen Zusammensetzung ein oder mehrere vollständige oder unvollständige Umsetzungen erfahren, wie (a) Polymerisation, (b) Vernetzung oder (c) andere Reaktionen in Abhängigkeit von der Natur der Zusammensetzung, die gehärtet wird, den Anwendungsparametern und vorhersehbaren anderen Faktoren. Es ist klar, dass die Erfindung Polymere einschließt, die nach dem Aufbringen nicht oder nur teilweise gehärtet werden.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen flexiblen Verbundmaterials ist dieses so ausgestaltet, dass die unterschiedlichen flexiblen Schichten vor dem Zusammenführen durch eine Vorrichtung geführt werden und von beiden Seiten besprüht, imprägniert oder gesättigt werden und dann zusammengeführt und gepresst werden, ohne dass sich nach dem Aushärten des Siliconharzes die Flexibilität stark erniedrigt.

In einer weiteren Variante des Herstellungsverfahrens ist zwischen der Grundschicht und der kohlenstofffaserhaltigen flexiblen Schicht mindestens eine weitere flexible Schicht angeordnet. Hierbei kann es sich auch um glasfaserverstärkte Kunststoffe handeln, die ebenfalls als flexible Schichten definiert sind. Während des Herstellungsverfahrens kann die Viskosität der Siliconharzzusammensetzung während des Auftrags verringert werden. Vorteilhafterweise wird hierdurch die

Durchdringung der unterschiedlichen flexiblen Schichten erleichtert.

Bevorzugt erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Viskositätserniedrigung der

Siliconharzzusammensetzung mittels Besprühung gegebenenfalls mit einer Imprägnierung.

Bei der Viskositätserniedrigung der Siliconharzzusammensetzung erfolgt diese bei 25°C und liegt im Bereich von größer 1000 mPa s bis 2000000 mPa s bei einer Schergeschwindigkeit von 10 " ¹ /s.

Die Aushärtung des Siliconharzes erfolgt mittels Temperatur im Bereich von 80 bis 300 ⁰ C für

20 sec bis 300 sec, gegebenenfalls mittels Unterdruck.

Bevorzugt werden Temperaturen im Bereich von 120 ⁰ C bis 177°C und Aushärtzeiten im

Bereich von 30 sec. bis zu 1 min. verwendet.

Optional können sowohl längere als auch kürzere Härtungszeiten und -temperaturen verwendet werden, wenn eine Wärmehärtung erfolgt. Die Strahlungshärtung mit einem Elektronenstrahl oder ultraviolettem Licht kann ebenfalls für das erfindungsgemäße Produkt verwendet werden. In Ausnahmefällen können ebenfalls Platinkatalysatoren eingesetzt werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass beim Einsatz von Platinkatalysatoren das Härten beschleunigt wird und bei der Nutzung bevorzugt bei niedrigen Temperaturen und kurzen Härtungszeiten gearbeitet wird.

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In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Aushärten des flexiblen Verbundmaterials die Unterseite der Grundschicht des flexiblen Verbundmaterials mit einer Klebeschicht benetzt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des flexiblen Verbundmaterials als Innenmaterial für die Auskleidung von Kraftfahrzeugen. Hierbei erfolgt die Verwendung des flexiblen Verbundmaterials als Seitenverkleidung für Türen oder als Cockpitobermaterial in Kraftfahrzeugen oder als Außenmaterial für motorgetriebene Fahrzeuge zu Wasser zu Lande und in der Luft.