Verfahren zum Herstellen eines eingefärbten Faserverbundwerkstoffes und solcher Faserverbundwerkstoff sowie daraus hergestelltes Umform teil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines eingefarbten Faserverbundwerkstoffes und einen eingefärbten Faserverbundwerkstoff als Vormaterial für ein Umformteil, wie es etwa als Teil eines Sportartikels, als Dekorelement im Innern von Personenwagen gehobener Ausstattung oder als Batteriedeckel bzw. sonstige Gehäuseschale eines Mobiltelefons oder sonstigen elektronischen Konsumartikels ausgebildet wird.

An ein derartiges, insbesondere in Tiefziehverfahren erstelltes Umformteil werden in der Praxis vielfach einander widersprechende Anforderungen gestellt. Insbesondere soll es trotz extrem flacher Ausbildung außerordentlich biege- und verwinddungssteif sein, und das bei gefälligem Aussehen und hervorragender Haptik aber niedrigen Material- und Herstellungskosten. Das Äußere soll durch eine vorgebbare Einfärbung bestechen, aber eine markante Faserstruktur eines laminierten Verstärkungsgewebes soll doch - insbesondere wenn es sich nicht um einfache Gelege sondern um Gewebe bestimmter Musterauslegungen handelt - weiterhin signifikant in Erscheinung treten.

Vorliegend wird zur Vereinfachung der Darstellung stets nur von faserverstärkenden Geweben gesprochen, die im Rahmen vorliegender Erfindung gleichermaßen ein- oder mehrlagig sowie auch als Gewirke, Gelege, Faserstränge (Rovings), Filze und dergleichen Matten ausgelegt sein können. Stets handelt es sich um, zumeist definiert orientierte, Faserstrukturen, die z.B. beidseitig mit durchsichtigem duropiastischem oder, vorzugsweise, thermoplastischem Kunststoff zu einem beliebigen Faserverbundwerkstoff, gegebenenfalls auch zu einem so genannten Organoblech, laminiert sind.

Vor allem bei gesteigerten mechanischen Anforderungen an faserverstärkte thermoplastische Umformteile liegt es an sich nahe, für das Verstärkungsgewebe auf Karbon-Fasern zurückzugreifen. Die weisen nicht nur besonders hohe Festigkeit auf, als Umformteil liefert ihre Gewebestruktur auch angenehme Haptik und edles Aussehen. Solche Umformteile sind aber wegen der elektrisch leitenden Eigenschaften von Karbon und des daraus resultierenden Abschirmverhaltens nicht bei Geräten einsetzbar, in die z.B., etwa wie bei Mobiltelefonen, eine Funkantenne integriert ist. Dieses Manko zu schlechter Isoliereigenschaften für elektronische Anwendungen ist bei den ebenfalls außerordentlich festen Kev- lar- bzw. Aramid-Fasern zwar nicht gegeben; aber infolge deren Bedarfes etwa für Schutzhelme und für schusssichere Westen sind solche Gewebe zu für Konsumgüter vertretbaren Preisen kaum verfügbar.

Deshalb bleibt zumeist nur der Rückgriff auf thermoplastische Laminate mit den herkömmlichen Glasfaser-Verstärkungsgeweben, die, insbesondere mehrlagig, auch sehr gute mechanische Festigkeiten zeigen. Allerdings ist das Aussehen der daraus erstellten glasigfarblosen Umformteile überhaupt nicht ansprechend und deshalb - zumal im Vergleich zu Karbon-Umformteilen - insbesondere für Einsatz bei höherpreis igen Konsumgütern ungeeignet. Man kann die einzelnen Glasfasern auch nicht einfarben, um dadurch dem späteren Gewebe und den daraus erstellten Umformteilen ein wertigeres Aussehen zu vermitteln, weil die Fasern, bedingt durch die Oberflächenstruktur monolithischer Materialien, praktisch keine Farbe annehmen.

Zwar lässt sich statt der einzelnen Fasern das Glasfaser-Gewebe insgesamt, vor seinem Laminieren, durch Tauchen in ein Farbbad vollständig mit Farbe überziehen. Dann hält die eintrocknende Farbe, die anschließend noch eine metallische Glanzbedampfung erfahren muß, sich zwar auf der unebenen Gewebestruktur; aber dabei laufen diese Unebenheiten weitgehend mit Farbe voll, so dass nach dem Trocknen des Farbbelages die nun nivellierte Gewebestruktur kaum noch wie gewünscht gestalterisch und haptisch in Erscheinung tritt - jedenfalls nicht mehr haptisch ansprechend und auch nicht mehr visuell als Designbeitrag; die innere Gewebestruktur ist äußerlich verloren gegangen. Außerdem hat letztlich die Metallisierung wieder die Nachteile der elektrischen Leitfähigkeit zur Folge. In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, bei einem glasfaserverstärkten Umformteil ohne spürbare Beeinträchtigung der haptischen Eigenschaften und der visuellen Erscheinung dessen Faserstruktur diese in unterschiedlich vorgebbaren Farben und dabei insbesondere auch im höherwertigen, schwarzgrauen Karbonschi rruner aufscheinen zu lassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im jeweiligen Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach wird entweder die noch nicht verwebte Faser, insbesondere Endlosfaser, oder - vorzugsweise - das Faser-Gewebe des späteren Verbundwerkstoffes mit einem farbpigmentiertem Lack besprüht, etwa einem wie er, auch als Porzellanfarbe bezeichnet, zu farbbrilliantem Veredeln von Gegenständen aus Glas oder aus Metall durch kratzfestes Bedrucken deren Oberflächen eingesetzt wird. Der dadurch auf dem Gewebe einseitig oder beidseitig punktuell relativ dicht erzielte, z.B. kundenspezifisch farbige, Niederschlag wird dann nach Art einer Lackaushärtung thermisch fixiert, ehe die Matte in herkömmlicher Weise durchsichtig oder durchscheinend laminiert wird. Das Erfordernis einer metallischen Glanzbedampfung des Farbauftrages (wie nach dem herkömmlichen Farb-Tauchen) entfällt bei dieser Sprüheinfärbung.

Solches ein- oder auch beidseitiges Aufsprühen von Lack mit Farbpigmenten in Lösungs- mittel-Überschuss führt also nicht zu einem über die Oberfläche praktisch geschlossenem Farbauftrag, sondern eher zu mehr oder weniger dicht vorgebbarem, längs der Struktur der Gewebeoberfläche haftendem punktuellem Niederschlag der Farbpigmente, ohne die strukturellen Gewebeunebenheiten einzuebnen. Beim Betrachten des Faserverbundwerkstoffes mit zuvor derart besprühtem Gewebe, insbesondere unter Lichteinfall darauf, tritt im Innern des Verbundwerkstoffes keine Absorption wie auf einer durch Tauchen eingeebneten und matt eingefärbter Oberfläche auf; und auch keine flächige Reflexion auf noch schwach welliger und nach Metallisieren glänzender Oberfläche; sondern nach Maßgabe der Intensität des aufgesprühten Lackes und. der Brillanz seiner Farbpigmente wird gewissermaßen das Streulicht einer Vielzahl punktueller Lichtquellen von den Oberflächen der einzelnen Fasern aus dem Innern der laminierten Gewebestruktur heraus abgestrahlt. Das erbringt ohne metallische Bedampfung den angestrebten farbbrillanten Glanzeffekt, und das unter Aufrechterhalten der visuellen und haptischen Eigenschaften der Gewebestruktur am später aus diesem Verbundwerkstoff erstellten Umformteil. -

So lassen sich Umformteile aus Verbundwerkstoffen auch mit dem preiswert verfügbaren Glasfaser-Gewebe in unterschiedlichsten brillanten Farben und Farbkombinationen unter Beibehalten einer signifikanten Gewebe-Struktur erzielen. Für die Fertigung wird das Gewebe von einer Vorratsspule abgezogen und durch eine einseitig oder beidseitig darauf einwirkende Spritzkabine zum Besprühen mit Farbpigmenten in Lösungsmittel-Überschuss geführt, sowie anschließend etwa durch einen Tunnelofen wie er zur Lackaushärtung im industriellen Einsatz ist, um abschließend als die ohne Beeinträchtigung der Erscheinung ihrer Gewebestruktur brillant eingefärbte Gewebebahn wieder aufgehaspelt zu werden.

Wenn das Aufsprühen des Farbniederschlages nicht derart großflächig in einer Spritzautomatenkabine oder etwa mit einer Spritzpistole erfolgt, sondern graphisch gezielt berandet mittels einer Düse etwa nach Art des Schreibkopfsystemes von Tintenstrahldruckern, dann lassen sich auf das noch unbeschichtete Gewebe auch beispielsweise mehrfarbige Ornamente, Logos oder Beschriftungen aufbringen, die nach dem durchsichtigen oder durchscheinenden Laminieren, und nach dem Umformen zum Gebrauchsgegenstand, auf dessen strukturierter und dadurch haptisch besonders hochwertiger Oberfläche in beliebigen Farbkombinationen prägnant in Erscheinung treten.

Um einen als faserverstärktes Vormaterial für Tiefzieh-Umformteile dienenden leichten Hochleistungs-Faserverbundwerkstoff ohne Metallisierung kundenspezifisch brillant ein- zufarben, ohne dadurch das haptisch hochwertige Erscheinen seines Faser-Gewebes zu beeinträchtigen, wird das Gewebe also erfindungsgemäß vor seinem Laminieren vollflächig oder graphisch begrenzt mit Glanzlack besprüht. Die sich dadurch dicht punktuell auf dem Verlauf der Faseroberflächen des Gewebes niederschlagenden Pigmente werden dann thermisch ausgehärtet, ehe das so eingefärbte Gewebe zu tafelförmigem oder kontinuierlichem Faserverbundwerkstoff als Vormaterial für einen etwa thermisch umzuformenden Gegenstand laminiert wird.

Zu näherer Veranschaulichung des erfindungsgemäß eingefärbten Faserverbundwerkstoffes wird auf nachstehende Beschreibung eines in der Zeichnung skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispieles verwiesen.

In der einzigen Zeichnungsfigur ist stark vergrößert und nicht maßstabgerecht in abgebrochener Schnittdarstellung ein Verbundwerkstoff 10 mit einlagigem Faser-Gewebe 1 1 skizziert, dessen ett- und Schussfasern 13 hier zu einer Leinenstruktur verwoben sind. Bei den Verstärkungsfasern 13 handelt es sich in der Regel um Glasfasern, aber auch andere Materialien wie Aramidfasern können erfindungsgemäß unter farbbrillanter Erscheinung der Gewebestruktur aber ohne Auswirkung auf elektrische Funktionen eingefärbt sein. Das Gewebe 1 1 wurde, hier einseitig, mit einem farbigen Glanzlack besprüht. Das ergab einen der Gewebestruktur folgenden, hier übertrieben diskontinuierlich skizzierten Niederschlag brillanter da feinkörniger Farbpigmente 12 auf den miteinander verwobenen Fasern 13.

Bei dem Glanzlack handelt es sich bevorzugt um ein Sol-Gel-Hybridlacksystem, wie es etwa, nach Verdampfen des Beschichtungs-Lösungsmittels im aufgesprühten Hydrolyse- Sol, als hochvernetzter Klarlack-Gelfilm als dekorative, kratzfeste Schutzschicht auf Glasflächen oder als schmutzabweisende Beschichtung auf Sanitärkeramik zum Einsatz kommt. Das Sol ist im Rahmen vorliegender Erfindung aber mit sehr feinkörnigen und besonders farbintensiven Pigmenten 12 dotiert, die bei der abschließenden, thermisch geförderten Kondensation des Sol zum Gel, der Gewebestruktur folgend, auf den Faseroberflächen gut haften bleiben.

Die auf dem Gewebe 1 1 im Gel gebundenen Pigmente 12 wurden, nach kurzzeitigem Antrocknen, zum Stabilisieren auf den Faseroberflächen unter Förderung der Kondensationsreaktion vom Sol zum Gel etwa in einem Infrarot-Durchlaufofen bei einer Temperatur in der Größenordnung von ca. 180°Celsius gehalten und dann langsam abgekühlt. Daraufhin erfolgte in üblicher Weise das wenigstens einseitige, gewöhnlich beidseitige Laminieren des so eingefärbten Gewebes 1 1 zum Faserverbundwerkstoff 10 mit einer Matrix 14 aus einem an dem Gewebe 1 1 gut haftenden, durchsichtigen oder durchscheinenden Kunststoff wie Polyamid, oder auch Polypropylen oder Polyurethan.

Die Bahnen- oder Bogenware des so z.B. kundenspezifisch eingefärbten Faserverbundwerkstoffes kann produktspezifisch zugeschnitten werden, etwa für thermisches Tiefziehen zu einem hochfesten Umformteil wie dem sehr dünnen und flachen aber flächensteifen und infolge seiner oberflächigen Gewebestruktur haptisch wie visuell ansprechenden Batteriedeckel oder dergleichen funk- und elektronikverträglichen flachen Gehäuseschale eines elektrischen Konsumgerätes.