Verwendung von Faserverbund-Werkstoffen zur Herstellung von technischen Textilien

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Faserverbund-Werkstoffs (auch Organoblech genannt) zur Herstellung von technischen Textilien, wobei der Fa- serverbund-Werkstoff eine thermoplastische Formmasse A, welche elastomere Eigenschaften aufweist, und mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B umfasst. Die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B ist in die Matrix der thermoplastischen Formmasse A eingebettet, wobei die thermoplastische Formmasse A bei der Herstellung des Werkstoffs mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist.

Faserverbund-Werkstoffe bzw. Organobleche bestehen meist aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in eine Polymer-Matrix eingebettet sind. Die Einsatzbereiche von Faserverbund-Werkstoffen sind vielfältig. Beispielsweise kommen Faserverbund- Werkstoffe im Fahrzeug- und Luftfahrt-Bereich zum Einsatz. Hierbei sollen Faserver- bund-Werkstoffe den Eintritt des totalen Versagensfalls (wie etwa Zerreißen oder sonstige Fragmentierung) verhindern, um die Unfallgefahr durch verteilte Bauteilfetzen zu vermindern. Viele Faserverbund-Werkstoffe sind in der Lage, bei Belastung vergleichsweise hohe Kräfte aufzunehmen, bevor es zum totalen Versagensfall kommt. Gleichzeitig zeichnen sich Faserverbund-Werkstoffe gegenüber herkömmlichen, nicht verstärkten Materialien durch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte und weiteren vorteilhaften Eigenschaften wie beispielsweise guter Alte- rungs- und Korrosionsbeständigkeit aus.

Festigkeit und Steifigkeit sind dabei an die Belastungsrichtung und Belastungsart an- passbar. Hierbei sind in erster Linie die Fasern für die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbund-Werkstoffs verantwortlich. Zudem bestimmt auch ihre Anordnung die mechanischen Eigenschaften des jeweiligen Faserverbund-Werkstoffs. Die Matrix dient dagegen meist primär zum Einleiten der aufzunehmenden Kräfte in die einzelnen Fasern und zur Beibehaltung der räumlichen Anordnung der Fasern in der gewünschten Orientierung. Da sowohl die Fasern als auch die Matrix-Materialien variierbar sind, kommen zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten von Fasern und Matrix-Materialien in Betracht.

Bei der Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen spielt die Verbindung von Fasern und Matrix zueinander eine wesentliche Rolle. Auch die Festigkeit der Einbettung der Fasern in die Polymer-Matrix (Faser-Matrix-Haftung) kann erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoffs haben. Zur Optimierung der Faser-Matrix- Haftung und um eine„geringe chemische Ähnlichkeit" zwischen den Faseroberflächen und der umgebenen Polymer-Matrix auszugleichen, werden Verstärkungsfasern re- gelmäßig vorbehandelt. Hierzu werden der sogenannten Schlichte (Schlichtemittel) regelmäßig Haftvermittler zugesetzt. Eine solche Schlichte wird regelmäßig während der Herstellung auf die Faser aufgebracht, um die Weiterverarbeitbarkeit der Fasern (wie Weben, Legen, Nähen) zu verbessern. Wenn die Schlichte für die spätere Weiterverarbeitung unerwünscht ist, muss sie erst in einem zusätzlichen Verfahrensschritt entfernt werden, etwa durch Herunterbrennen. In einigen Fällen werden Glasfasern auch ohne Schlichte verarbeitet. Dann wird für die Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs ein weiterer Haftvermittler in einem zusätzlichen Verfahrensschritt aufgebracht. Schlichte und/oder Haftvermittler bilden auf der Oberfläche der Fasern eine Schicht, welche die Wechselwirkung der Fasern mit der Umgebung wesentlich bestimmen kann. Heute steht eine Vielzahl unterschiedlicher Haftvermittler zur Verfügung. Der Fachmann kann je nach Anwen- dungsgebiet, zu verwendender Matrix und zu verwendenden Fasern einen geeigneten Haftvermittler auswählen, der mit der Matrix und mit den Fasern kompatibel ist.

Eine technische Herausforderung besteht darin, dass bei Eintritt des totalen Versagensfalls der Faserverbund-Werkstoff einen Sprödbruch erleiden kann. Folglich kann beispielsweise bei der Herstellung von technischen Textilien, die regelmäßig hoher Belastung ausgesetzt sind, eine erhebliche Unfallgefahr von zerrissenen Fasern ausgehen.

Daher ist es erwünscht, Faserverbund-Werkstoffe mit einem weiten Belastungsbereich, bei dem der totale Versagensfall unwahrscheinlich ist, bereitzustellen. Gewünscht sind zudem gute optische Eigenschaften, sowie die Möglichkeit, mittels der Faserverbund- Werkstoffe Bauteile mit glatten Oberflächen herstellen zu können.

In WO 2008/058971 werden Formmassen beschrieben, welche zwei Gruppen von Verstärkungsfasern verwenden. Die Gruppen von Verstärkungsfasern sind jeweils mit verschiedenen Haftvermittler-Komponenten versehen, welche die verschiedenen Faser-Matrix-Haftungen bewirken. Die zweite Faser-Matrix-Haftung ist geringer als die erste Faser-Matrix-Haftung, und die oberflächennahen Lagen von Verstärkungsfasern aus Verstärkungsfasern der ersten Gruppe werden mit größerer Faser-Matrix Haftung gebildet. Als Matrix-Materialien werden Duroplasten wie Polyester und die Thermoplasten Polyamid und Polypropylen vorgeschlagen.

WO 2008/1 19678 beschreibt ein Glasfaser-verstärktes Styrol-Acrylnitril Copolymer (SAN), welches durch Verwendung von Maleinsäureanhydrid-Gruppen-haltiges Styrol- Copolymer und geschnittenen Glasfasern in seinen mechanischen Eigenschaften verbessert wird. Es wird daher der Einsatz von Kurzfasern gelehrt. Es wird daher der Einsatz von Kurzfasern gelehrt. Es wird jedoch kein Hinweis auf Faserverbund-Werkstoffe gegeben.

CN 102924857 Mischungen aus Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, welche mit Schnittglas gemischt werden und dann relativ hohe Festigkeiten zeigen.

Jedoch ist die Spannungsrissbeständigkeit eines solchen Materials gegenüber Lösungsmitteln zu gering. Auch die Festigkeit gegenüber Glasfaserverbunden ist deutlich zu niedrig.

CN 101555341 beschreibt Mischungen aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Glasfasern, Maleinsäureanhydrid-haltigen Polymeren und Epoxidharzen. Bei der Herstellung werden ABS und das Maleinsäureanhydrid-haltige Polymer vorgelegt, um zunächst das Epoxidharz zuzugeben und dann die Glasfasern. Die Fließfähigkeit einer solchen Mischung, enthaltend ein (duromeres) Epoxidharz, ist sehr beschränkt.

KR 100376049 lehrt Mischungen aus SAN, Maleinsäureanhydrid- und N-Phenyl- maleinimid-haltigem Copolymer, geschnittenen Glasfasern und einem Aminosilan- basierten Kupplungsagens. Die Verwendung eines solchen Kupplungsagens führt zu zusätzlichen Verarbeitungsschritten und erhöht somit die Produktionskosten.

US 201 1/0020572 beschreibt Organoblech-Bauteile mit einem Hybrid-Design aus beispielsweise einer hoch fließfähigen Polycarbonat-Komponente. Dabei wird Polycarbo- nat (PC) durch geeignete Additive fließfähig gemacht, wie über hyperverzweigte Polyester, Ethylen/(Meth)acrylat Copolymere oder niedermolekulare Polyalkylenglykolester.

EP-A 2 251 377 beschreibt Organobleche, die mit einer Aminosilan-Schlichte behandelt sind. Es wird nicht gelehrt, Organobleche zur Herstellung von technischen Textilien zu verwenden.

(Glas-)Fasern werden im Stand der Technik häufig mit einer Schlichte behandelt, welche vor allem die Fasern gegenseitig schützen. Ein gegenseitiges Beschädigen durch Abrieb soll verhindert werden. Beim gegenseitigen mechanischen Einwirken soll es nicht zur Querfragmentierung (Bruchbildung) kommen.

Ferner kann mittels der Schlichte der Schneidevorgang der Faser erleichtert werden, um vor allem eine gleiche Stapellänge zu erhalten. Daneben kann durch die Schlichte eine Agglomeration der Fasern vermieden werden. Die Dispergierbarkeit von Kurzfa- sern in Wasser kann verbessert werden. Somit ist es möglich, gleichmäßige Flächengebilde nach dem Naßlegeverfahren zu erhalten.

Eine Schlichte kann dazu beitragen, dass ein verbesserter Zusammenhalt zwischen 5 den Glasfasern und der Polymer-Matrix, in welcher die Glasfasern als Verstärkungsfasern wirken, hergestellt wird. Dieses Prinzip findet vor allem bei den glasfaserverstärken Kunststoffen (GFK) Anwendung.

Bislang enthalten die Glasfaser-Schlichten generell eine große Anzahl an Bestandteil e) len, wie beispielsweise Filmbildner, Gleitmittel, Netzmittel und Haftvermittler.

Ein Filmbildner schützt die Glasfilamente vor gegenseitiger Reibung und kann zusätzlich eine Affinität zu Kunstharzen verstärken, um somit die Festigkeit und den Zusammenhalt eines Verbundwerkstoffes zu fördern. Stärkederivate, Polymere und Copoly- 15 mer von Vinylacetat und Acrylestern, Epoxidharz-Emulsionen, Polyurethanharze und Polyamide mit einem Anteil von 0,5 bis 12 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, sind zu nennen.

Ein Gleitmittel verleiht den Glasfasern und deren Produkten Geschmeidigkeit und ver- 20 mindert die gegenseitige Reibung der Glasfasern, sowie bei der Herstellung. Oftmals wird jedoch die Haftung zwischen Glas und Kunstharz durch die Verwendung von Gleitmitteln beeinträchtigt. Fette, Öle und Polyalkylenamine in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, sind zu nennen.

25 Ein Netzmittel bewirkt eine Herabsetzung der Oberflächenspannung und eine verbesserte Benetzung der Filamente mit der Schlichte. Für wässrige Schlichten sind beispielsweise Polyfettsäureamide mit einer Menge von 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schlichte, zu nennen.

30 Oftmals existiert keine geeignete Affinität zwischen der Polymer-Matrix und den Glasfasern. Diese Überbrückung können Haftvermittler übernehmen, welche die Adhäsion von Polymeren an der Faseroberfläche erhöhen. Die meisten organo-funktionellen Silane, wie beispielsweise Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxy- silan, Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und ähnliche sind zu nennen.

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Silane, welche einer wässrigen Schlichte zugesetzt werden, werden meist zu Silanolen hydrolysiert. Diese Silanole können dann mit reaktiven (Glas-)Faseroberflächen reagieren und somit eine Haftmittelschicht (mit einer Dicke von ca. 3 nm) bilden. Folglich können niedermolekulare, funktionale Agenzien mit Silanolgruppen auf der Glasoberfläche reagieren, wobei diese niedermolekularen Agenzien anschließend weiterreagieren (beispielsweise in Epoxidharzen) und dabei für eine chemische Anbindung der Glasfaser an die Polymer-Matrix sorgen. Eine solche Herstellung ist jedoch zeit- aufwändig und dauert bis zur vollständigen Aushärtung der Polymere (beispielsweise der oben genannten Epoxidharze) ungefähr zwischen 30 Minuten bis über eine Stunde.

Es erscheint daher wünschenswert, in einem verbesserten Verfahren bereits polymeri- sierte Schmelzen in Verbindung mit Glasfasern oder anderen Verstärkungsfasern zu bringen.

Eine Funktionalisierung durch Umsetzung mit Polymeren ist ebenfalls bekannt. So gelingt es, durch Verwendung niedermolekularer Polycarbonat-Typen das Glasfaserge- webe bzw. -gelege gut zu tränken und durch Reaktion von funktionellen Gruppen auf der Glasfaseroberfläche mit dem Polycarbonat eine„Pfropfung" durchzuführen, welche die Verträglichkeit zum Polymer erhöht. Diese Verfahrensweise hat jedoch den Nachteil, dass Polycarbonat (PC) eine sehr hohe Viskosität besitzt und für diesen Imprägnierschritt niedermolekulares, d.h. niedrigviskoses PC eingesetzt werden muss, wel- ches eine äußerst schlechte Gebrauchstauglichkeit, wie beispielsweise eine geringe Resistenz gegenüber Spannungsriss auslösenden Agenzien, wie polare Lösungsmittel, aufweist.

Eine technische Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverbund-Werkstoff (Orga- noblech) herzustellen, der geeignete Eigenschaften zur Herstellung von technischen Textilien aufweist. Der Faserverbund-Werkstoff sollte auf einem leicht zu verarbeitenden, gegen herkömmliche Lösemittel weitgehend inerten, gut Spannungsriss- beständigen, festen Verbundwerkstoff basieren und eine glatte Oberfläche aufweisen. Idealerweise kommt der Faserverbund-Werkstoff ohne Haftvermittler aus.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein Faserverbund-Werkstoff, enthaltend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, welche elastomere Eigenschaften aufweist, als Matrix, mindestens eine Lagen aus Verstärkungsfasern B, und optional mindestens ein Additiv C, wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix eingebettet ist, und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche der Verstärkungsfasern B reagiert, besonders zur Herstellung von technischen Textilien geeignet ist. Der erhaltene Faserverbund-Werkstoff weist eine gute Festigkeit auf und ist span- nungsriss- und lösungsmittelbeständig.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines thermoplasti- sehen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend (oder bestehend aus)

a) mindestens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix,

b) mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, und

c) optional mindestens ein Additiv C, wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix eingebettet ist und wobei die thermoplastische Formmasse A elastomere Eigenschaften aufweist und beim Herstellungsprozess des thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche beim Herstellungsprozess des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche der Verstär- kungsfasern B reagiert, zur Herstellung von technischen Textilien.

Daher betrifft die vorliegenden Erfindung auch, anders ausgedrückt, ein Verfahren zur Herstellung von technischen Textilien umfassend die folgenden Schritte: (i) Bereitstellen von

a) mindestens einer thermoplastischen Formmasse A als Matrix,

b) mindestens einer Lage aus Verstärkungsfasern B, und

c) optional mindestens eines Additiv C,

wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix der thermoplastischen Formmasse eingebettet ist und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert; (ii) Inkontaktbringen der Komponenten A und B, und optional C, mit einander, insbesondere durch Einlegen oder Beschichten der Komponente B mit einer (vorzugsweise durch Erwärmen erhaltenen) viskosen oder flüssigen thermoplastischen Formmasse A, optional ferner enthaltend mindestens eines Additiv C; und (iii) Reagieren lassen der mindestens einen chemisch reaktiven Funktionalität der Komponente A mit chemischen Gruppen der Oberfläche von Komponente B. Optional kann ein erhaltenes Textilteil (etwa ein Stoff) anschließend mit einem oder mehreren anderen erfindungsgemäßen Textilteilen und/oder einem oder mehreren anderen erfindungsgemäßen Textilteilen vernäht werden. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe könne so ausgestaltet sein, dass sie bedruckbar und/oder teilweise transluzent sind. Durch teilweise Transluzenz und Be- druckbarkeit lassen sich durch die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe vielfältige technische Textilien herstellen, die besonders gut färbbar sind. Die Erfindung betrifft besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend (oder bestehend aus) a) 30 bis 95, insbesondere 45 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 38 bis 70 Gew.- %, der thermoplastische Formmasse A mit elastomeren Eigenschaften,

b) 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere 10 bis 54,9 Gew.-%, besonders bevorzugt 29,9 bis 61 ,9 Gew.-%, der Verstärkungsfasern B, und

c) 0 bis 40, insbesondere 0,1 bis 10 Gew.-%, mindestens eines Additivs C.

Dem Fachmann wird verständlich sein, dass die thermoplastische Formmasse A erfin- dungsgemäß mindestens ein (Co)polymer umfasst, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagiert. Ein solches (Co)polymer umfasst mindestens ein funktionelles Monomer A-l, dessen Funktionalität während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagiert. Das Monomer A-l umfassende (Co)polymer wird hierin auch als Polymer-Komponente (A-a) bezeichnet.

Optional kann die thermoplastische Formmasse A noch ein oder mehrere (Co)polymere enthalten die wahlweise auch frei von einer solchen chemisch reaktiven Funktionalität sind (daher kein funktionales Monomer A-l enthalten) und somit während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs nicht mit chemischen Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfaser-Komponente B reagieren. Ein solches (Co)polymer wird hierin auch als Polymer-Komponente (A-b) bezeichnet.

Die Erfindung betrifft besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A amorph ist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A amorph ist und auf einem schlagzäh-modifizierten Sty- rol-Copolymer basiert, welches mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist. Oftmals ist A ein durch Monomere mit einer chemisch reaktiven Funktionalität modifiziertes SAN-Copolymer.

Ein solches Styrol-Copolymer kann, sofern als Polymer-Komponente (A-a) eingesetzt, etwa ein M-l-enthaltenes Styrol-Copolymer (beispielhaft ein Maleinsäureanhydrid- enthaltendes Styrol-Copolymer) sein. „Darauf basierend" ist im weitesten Sinne zu verstehen als die genannte(n) Komponente^) enthaltend, bevorzugt die genannte(n) Komponente(n) zu mehr als 50 Gew.-%, stärker bevorzugt zu mehr als 75 Gew.-%, noch stärker bevorzugt zu mehr als 90 Gew.-%, noch stärker bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-% enthaltend oder (weitgehend) aus der/den genannten Komponente(n) bestehend.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Matrix auf einer Formmasse A basiert, welche mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, wobei die Formmasse A ausgewählt ist aus der Gruppe beste- hend aus: Styrol-basierte Elastomere (S-TPE), hydrierte oder teilhydrierte Styrol- Butadien-(Block)-Copolymere, thermoplastische Elastomere auf Polyolefin-Basis, thermoplastische Polyurethane und elastomere Polyether/ester (z.B. Polyesterbasiertes Elastomer (beispielsweise des HYTREL® Typs), ggf. in Mischung mit Polymeren wie: Polystyrol (glasklar oder schlagfest), Styrol-Acrylnitril Polymere, Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymere, Styrol-Methylmethacrylat-Copolymere (SMMA), Methac- rylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (MABS) oder Acrylester-Styrol-Acrylnitril- Copolymere (ASA).

Es wird verstanden werden, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer- Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Jede der im vorangehenden Absatz genannten Copolymer- Komponenten kann demnach zusätzlich zu den explizit genannten Monomeren auch eine reaktive Funktionalität aufweisen, die während der Herstellung des Faserverbund- Werkstoffs mit der Oberfläche der Fasern B reagieren kann. Somit kann jeder der vorstehend genannten (Co)polymere auch eine Polymer-Komponente (A-a) darstellen.

Entsprechend werden die vorstehend genannten Polymer-Komponenten in ihrer Verwendung als Polymer-Komponente (A-a) in der Regel auch mindestens ein Monomer A-l, das die chemisch reaktive Funktionalität (daher die Reaktion mit Fasern B) vermittelt, umfassen. Optional können die vorstehend genannten Polymer-Komponenten in ihrer Verwendung als Polymer-Komponente (A-a) auch noch zusätzlich ein zweites Monomer (oder sogar noch ein drittes Monomer) umfassen, das die chemisch reaktive Funktionalität vermittelt.

Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) zusätzlich zu der einen oder den mehreren Polymer-Komponente(n) (A-a) eingesetzt werden. Auch hier können beispielhaft die vorstehend genannten (Co)polymere, dann jedoch ohne die Funktionalität (daher ohne reaktives Monomer A-l), eingesetzt werden.

Besonders bevorzugt basiert die Polymer-Komponente (A-a) der thermoplastischen Formmasse A auf einem SAN-Copolymer. Der Fachmann wird erkennen, dass das SAN-Copolymer dann zusätzlich ein Monomer A-l umfasst, das während dem Herstel- lungsprozess mit der Oberfläche der Fasern B reagiert. Entsprechend kann das SAN- Copolymer in seiner Verwendung als Polymer-Komponente (A-a) auch ein SAN-(M-I)- Copolymer (= SAN-(M-I)-Terpolymer) sein, beispielhaft ein SAN-MA-Copolymer (= SAN-MA-Terpolymer).

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die chemisch reaktive Funktionalität der thermoplastischen Formmasse A basierend auf Komponenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid-, N- Phenylmaleinimid-, tert.-Butyl(meth)acrylate- und Glycidyl(meth)acrylat-Funktion, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid-, N- Phenylmaleinimid- und Glycidyl(meth)acrylat-Funktion.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die thermoplastische Formmasse A 0,1 bis 10 Gew.-%, oftmals 0,15 bis 3 Gew.-%, an Monomeren A-l, bezogen auf die Menge der Komponente A, enthält, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Verstärkungsfasern B aus Glasfasern bestehen, welche bevorzugt als chemisch reaktive Funktionalität Silangruppen an der Oberfläche enthalten. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine oder mehrere der chemisch reaktiven Funktionalitäten aus der Gruppe: Hydroxy-, Ester- und Amino-Gruppen enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Verstärkungsfasern B aus Glasfasern bestehen, welche (bevorzugt) als chemisch reaktive Funktionalität Silanolgruppen an der Oberfläche enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Dicke von < 10 mm, vorzugsweise von < 2 mm, insbesondere von < 1 mm aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei der Faserverbund-Werkstoff schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält. Beispielhaft können die weiteren Schichten gleichartig oder auch andersartig aufgebaut sein als die oben beschriebenen.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung besonders die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, zur Her- Stellung von Oberflächenmaterialien für Sport-, Freizeit- und Sicherheitsschuhe.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, zur Herstellung von Bezügen für hohe mechanische Belastungen, insbesondere für Segel.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, enthaltend die Schritte: (i) Bereitstellen von:

(A) einer Matrix aus mindestens einer thermoplastischen Formmasse A mit elastomeren Eigenschaften, enthaltend ein Copolymer A-1 , das Monomere A-l enthält, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen;

(B) mindestens einer Verstärkungsfaser B, deren Oberfläche eine chemisch reaktive Funktionalität B-l aufweist, die mit den Monomeren A-l, eine kovalente Bindung eingehen können;

(ii) Schmelzen der thermoplastischen Formmasse A und Versetzen dieser Formmasse A mit der Verstärkungsfaser B aus Schritt (i); und

(iii) Reagieren der Monomere A-l des Copolymers A-1 mit der chemisch reaktive Funktionalität B-l der Verstärkungsfasern B aus Schritt (ii) unter Ausbildung kova- lenter Bindungen.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung technische Textilien, herge- stellt aus einem wie oben beschriebenen Faserverbund-Werkstoff, welcher wie oben beschrieben nach den Schritten (i) bis (iii) hergestellt wurde.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung Textilien hergestellt aus einem wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoff enthaltend die (oder bestehend aus den) Komponenten A bis C.

Komponente A

Der Faserverbund-Werkstoff enthält mindestens 20 Gew.-%, in der Regel mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbund-Werkstoffs, der ther- moplastischen Matrix M bzw. der thermoplastischen Formmasse A, welche elastomere Eigenschaften aufweist (Formmasse A). Die thermoplastische Formmasse A kann auch als thermoplastische oder (teil)vernetzte Elastomer-Formmasse A bezeichnet werden. Die thermoplastische Matrix (M), die die Formmasse A enthält, ist in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt von 30 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt von 35 bis 90 Gew.-%, oftmals von 35 bis 75 Gew.-% und insbesondere von 38 bis 70 Gew.- %, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, vorhanden. Bevorzugt entspricht die thermoplastische Matrix M der thermoplastischen Formmasse A.

Bevorzugt besteht die Formmasse A hauptsächlich (zu mehr als 50%, insbesondere zu mehr als 90%) aus einem Copolymer (A-1 ). Gemäß einer Ausführungsform besteht die Formmasse A zu mindestens 75 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 90 Gew.-% aus dem Copolymer A-1 . Die thermoplastische Formmasse A kann auch nur aus Copolymer A-1 bestehen. Für einen erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoff kommen als Formmasse A zwar beliebige thermoplastische Kunststoffe mit elastomeren Eigenschaften in Frage, insbesondere jedoch werden Styrol-basierte Elastomere (S-TPE), hydrierte oder teilhydrierte Styrol-Butadien-(Block)-Copolymere, thermoplastische Elastomere auf Polyole- fin-Basis, thermoplastische Polyurethane und elastomere Polyether/ester des HY- TREL® Typs verwendet, ggf. in Mischung mit nicht-schlagfest modifizierten oder mit schlagzäh-modifizierte Styrol-Copolymere, vorzugsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymere (ABS), Methacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (MABS) und Acrylester-Styrol-Acrylnitril-Copolymere (ASA).

Wie oben bereits ausgeführt, wird der Fachmann verstehen, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer-Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Bevorzugt wird demnach, dass mindestens eine der vorstehend genannten Polymer-Komponenten (daher mindestens ein (ggf. modifiziertem) Polystyrol und/oder mindestens ein Copolymer A-1 mindestens ein Monomer A-l umfasst.

Beispielhaft, im Falle der Verwendung von Maleinsäureanhydrid (MA) als Monomer A-l, kann das Polystyrol daher ein Polystyrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer sein.

Optional können zusätzlich zu der mindestens einen Polymer-Komponente (A-a) ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) eingesetzt werden. Es wird verstanden werden, dass dies optional auch Polystyrol und/oder ein Copolymer A-1 (jeweils kein Monomer A-l umfassend) sein kann.

Die thermoplastische Formmasse A (Komponente A) ist bevorzugt eine amorphe Formmasse, wobei amorpher Zustand der thermoplastischen Formmasse (Thermo- plast) bedeutet, dass die Makromoleküle ohne regelmäßige Anordnung und Orientierung, d.h. ohne gleich bleibenden Abstand, völlig statistisch angeordnet sind.

Bevorzugt weist die gesamte Komponente A amorphe, thermoplastische Eigenschaften auf, ist daher schmelzbar und (weitgehend) nicht kristallin. Dadurch ist der Schrumpf der Komponente A, und daher auch des gesamten Faserverbund-Werkstoffs, vergleichsweise gering. Es können besonders glatte Oberflächen bei den technischen Textilien erhalten werden. Alternativ enthält die Komponente A einen teilkristallinen Anteil von kleiner 50 Gew.-%, bevorzugt kleiner 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Komponente A. Teilkristalline Thermoplasten bilden sowohl chemisch regelmäßige, als auch geometrische Bereiche aus, d. h. es gibt Bereiche, in denen sich Kristalliten bilden. Kristalliten sind Parallelbündelungen von Molekülabschnitten oder Faltungen von Molekülketten. Einzelne Kettenmoleküle können dabei teilweise den kristallinen oder den amorphen Bereich durchlaufen. Sie können manchmal sogar mehreren Kristalliten gleichzeitig angehören. Die thermoplastische Formmasse A kann auch ein Blend von amorphen thermoplastischen Polymeren und teilkristallinen Polymeren sein. Komponente A kann z.B. ein Blend eines schlagzäh modifizierten Styrol-Acrylnitril-Copolymers mit einem oder mehreren Polycarbonat(en) und/oder einem oder mehreren teilkristallinen Polymeren (wie Polyamid) sein, wobei der Anteil teilkristalliner Mischkomponenten an der gesamten Komponente A kleiner als 50 Gew.-%, bevorzugt kleiner 40 Gew.-%, oftmals kleiner 25 Gew.-% sein sollte.

Erfindungsgemäß enthält die eingesetzte Komponente A mindestens ein Copolymer A- 1 , das Monomere A-l umfasst, die mit den funktionellen Gruppen B-l der eingebetteten Verstärkungsfasern B kovalente oder nicht kovalente Bindungen eingehen.

Der Anteil an Monomeren A-l in der Komponente A kann variabel gewählt sein. Je höher der Anteil an Monomeren A-l und der funktionellen Gruppen (B-l) ist, desto stärker kann auch die Bindung zwischen der Formmasse A und den Verstärkungsfasern B sein. Monomere A-l können in Copolymer A-1 noch als Monomere vorliegen oder in das Copolymer A-1 integriert sein. Vorzugsweise sind die Monomere A-l in das Copolymer A-1 integriert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Copolymer A-1 aufgebaut mit einem Anteil an Monomeren A-l von mindestens 0,1 Gew.-%, beispielsweise von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere von mindestens 1 Gew.-%, z. B. von 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf A-1 . Als Monomere A-l, die mit den funktionellen Gruppen B-l der Fasern B kovalente Bindungen eingehen können, kommen alle Monomere in Frage, die derartige Eigenschaften aufweisen. Bevorzugt sind dabei als Monomere A-l solche, die durch Reaktion mit Hydroxy- oder Aminogruppen kovalente Bindungen eingehen können. Bevorzugt, weisen die Monomere A-l auf:

(a) mindestens eine Funktionalität, die in der Lage ist, mit den funktionellen Gruppen B-l der Oberfläche der Fasern B (etwa durch Reaktion mit Hydroxy- und/oder Aminogruppen) kovalente Bindungen einzugehen; und

(b) mindestens eine zweite Funktionalität, die in der Lage ist, in das Copolymer A-1 eingebunden zu werden, beispielsweise eine Doppelbindung, bevorzugt eine endständige Doppelbindung, die mittels radikalischer Polymerisation in das Co- polymer A-1 eingebunden wird.

Optional kann das Copolymer A-1 oder auch ein anderes in der Komponente A enthaltenes (Co)polymer ein oder mehrere weitere Monomere enthalten, die in der Lage sind, mit den Fasern B kovalente oder nicht-kovalente Bindungen einzugehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Monomere A-l ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

Maleinsäureanhydrid (MA),

N-Phenylmaleimid (PM),

tert.-Butyl(meth)acrylat und

Glycidyl(meth)acrylat (GM).

Gemäß einer stärker bevorzugten Ausführungsform sind die Monomere A-l ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid (MA), N-Phenylmaleimid (PM) und Glycidyl(meth)acrylat (GM).

Es können auch zwei dieser Monomere A-l im Copolymer A-1 enthalten sein. Das Copolymer A-1 der Formmasse A kann optional weitere funktionelle Monomere A-Il bein- halten.

Die Matrix-Komponente M enthält mindestens eine thermoplastische Formmasse A, insbesondere eine solche, die für die Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen geeignet ist. Bevorzugt werden für die Formmasse A amorphe Thermoplaste mit Elasto- mer-Eigenschaften eingesetzt. Beispielsweise werden schlagzäh modifizierte Styrol- Acrylnitril-Copolymere, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Styrol- Methylmethacrylat-Copolymere (SMMA), Methacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymere (MABS) oder Acrylester-Styrol-Acrylnitril-Copolymere (ASA), wobei die schlagzäh modifizierten Styrol-Acrylnitril-Copolymere mit Monomeren (A-l) modifiziert sind, eingesetzt.

Es wird verstanden werden, dass hierbei mindestens eine der Polymer-Komponenten in der thermoplastische Formmasse A mit Monomer A-l modifiziert ist (Polymer- Komponente (A-a)), bevorzugt eine oder mehrere der vorstehend genannten Styrol- Copolymere mit Monomer A-l modifiziert ist. Beliebige weitere Polymer-Komponenten (etwa Styrol-Copolymere, bevorzugt solche wie vorstehend genannt) können optional zusätzlich in der thermoplastische Formmasse A enthalten sein, die optional nicht mit Monomer A-l modifiziert sind (Polymer-Komponente (A-b)) sind.

Auch Blends der zuvor genannten Copolymere (ein oder mehreren Polymer- Komponenten (A-a) und optional (A-b)) mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Mischkomponen- ten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.%. Ganz besonders bevorzugt werden SAN-(M-l)-Copolymere (mit Modifizierung durch Monomere A-l) als (optional auch als einziger polymerer Bestandteil) Bestandteil der thermoplastischen Formmasse A eingesetzt. Auch Blends der zuvor genannten Styrol-Copolymere mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Mischkomponenten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.%. Bevorzugt werden ABS-Copolymere (mit Modifizierung durch Monomere A-l) als Komponente A eingesetzt.

Ein erfindungsgemäßes (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer (als Polymer- Komponente (A-a)) als Formmasse A wird hergestellt aus, bezogen auf das (o Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 Gew.-%, (a-Methyl)Styrol, sowie 4,9 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 14,9 bis 40 Gew-%, Methylmethacrylat und 0,1 bis 5 Gew.- %, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-%, eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid. Das (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer kann zufällig oder als Blockpolymer aufgebaut sein. Komponente A kann auch hergestellt werden aus, bezogen auf Komponente A, mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 Gew.-%, vinylaromatisches Monomer, 4,9 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 14,9 bis 40 Gew-%, Methylmethacrylat und 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-%, eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid. Ein erfindungsgemäßes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer als Komponente A wird nach bekannten Methoden hergestellt aus Styrol, Acrylnitril, Butadien und einem funktionellen weiteren Monomer A-l, wie z. B. Methylmethacrylat. Das modifizierte ABS-Copolymer kann z. B. enthalten: bis zu 70 Gew.-% (etwa 35 bis 70 Gew.-%) Butadien, bis zu 99,9 Gew.-% (etwa 20 bis 50 Gew.-%) Styrol und bis zu 38 Gew.-% (etwa 9 bis 38 Gew.-%) Acrylnitril sowie 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10, stärker bevorzugt 0,1 bis 5, insbesondere 0,1 bis 3 Gew.-% eines Monomers A- I, wie Maleinsäureanhydrid. Komponente A kann auch hergestellt werden aus 3bis zu 70 Gew.-% (etwa 35 bis 70 Gew.-%) mindestens eines konjugierten Diens, bis zu 99,9 Gew.-% (etwa 20 bis 50 Gew.-%) mindestens eines vinylaromatischen Monomers und bis 38 Gew.-% (etwa 9 bis 38 gew.-%) Acrylnitril sowie 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt

0.1 bis 10, stärker bevorzugt 0,1 bis 5, insbesondere 0,1 bis 3 Gew.-%, eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das modifizierte ABS-Copolymer (als Polymer-Komponente (A-a)) enthalten: 35 bis 70 Gew.-% Butadien, 20 bis 50 Gew.-% Styrol und 9,9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-%, eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid. Komponente A kann auch hergestellt werden aus 35 bis 70 Gew.-% mindestens eines konjugierten Diens, 20 bis 50 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers und 9,9 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-%, eines Monomers A-

1, wie Maleinsäureanhydrid. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die erfindungsgemäße Komponenten A ein Styrol/Butadien Copolymer wie z.B. schlagfestes Polystyrol, ein Styrol- butadien-Blockcopolymer wie z.B. Styrolux®, Styroflex®, K-Resin, Clearen, Asaprene, ein Polycarbonat, ein amorpher Polyester oder ein amorphes Polyamid. Der Fachmann wird verstehen, dass erfindungsgemäß mindestens eine der (Co)polymer-Komponenten der thermoplastischen Formmasse A ein (Co)polymer darstellt, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität wie hierin beschrieben aufweist (Polymer-Komponente (A-a)). Dies kann auch eine Polymer-Komponente wie vorstehend beschrieben sein, die in der genannten Formmasse mindestens ein funkti- onales Monomer A-l enthält. Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) eingesetzt werden. Weitere bevorzugte Matrix-Materialien als Komponente A sind Styrol-basierte Elastomere („S-TPE") wie sie u.a. als Kraton® oder Asaflex bekannt sind. Es handelt sich hierbei bevorzugt um Materialien, welche aus linearen, verzweigten oder sternförmigen) Styrol-Butadien Blockcopolymeren bestehen oder diese enthalten. Auch hydrierte oder teilhydrierte Styrol-Butadien (Block)copolymere kommen in Frage. Ebenso in Frage kommen thermoplastische Elastomere auf Polyolefinbasis, sog. TPO. Hierbei kann es sich u.a. um Polyethylen und/oder Polypropylen (Block)copolymere, beispielsweise Polypropylen/Ethylen-Propylen-Dien PP/EPDM), handeln. Ebenso fallen thermoplastische Polyurethane („U-TPE") unter die möglichen Matrix-Materialien als Komponente A, genauso wie technische Elastomere (wie z.B. Polyether/ester Elastomere des HY- TREL® Typs). Besonders bevorzugt sind thermoplastisch verarbeitbare Elastomere.

Es wird verstanden werden, dass hierbei mindestens eine der Polymer-Komponenten in der thermoplastische Formmasse A mit Monomer A-l modifiziert ist (Polymer- Komponente (A-a)), bevorzugt eine oder mehrere der vorstehend genannten Styrol- basierte Elastomere mit Monomer A-l modifiziert ist. Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer- Komponente (A-b)) eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Matrix M aus mindestens zwei voneinander unterschiedlichen Formmassen A bestehen. Diese verschiedenen Formmassetypen können beispielsweise einen unterschiedlichen Schmelzflussindex (MFI), und/oder andere Co-Monomere oder Additive aufweisen. Gemäß der Erfindung kann der Begriff Molekulargewicht (Mw) im weitesten Sinne als die Masse eines Moleküls oder einen Bereich eines Moleküls (z.B. ein Polymerstrang, ein Blockpolymer oder ein kleines Molekül) verstanden werden, welches in g/mol (Da) und kg/mol (kDa) angegeben werden kann. Vorzugsweise ist das Molekulargewicht (Mw) das Gewichtsmittel, welches über die im Stand der Technik bekannten Verfahren bestimmt werden kann.

Bevorzugt weisen die Formmassen A ein Molekulargewicht Mw von 60.000 bis 400.000 g/mol, oftmals von 80.000 bis 350.000 g/mol auf, wobei Mw durch Lichtstreuung in Tetra hydrofu ran bestimmt werden kann (GPC mit UV-Detektor). Das Molekular- gewicht Mw der Komponente A kann in einem Bereich von +/- 20% variieren.

Vorzugsweise enthält die Komponente A ein durch eine chemisch reaktive Funktionalität modifiziertes Styrol-Copolymer, welches, bis auf den Zusatz der Monomere A-l, im Wesentlichen aus denselben Monomeren aufgebaut ist wie das „normale Styrol- Copolymer", wobei der Monomergehalt +/- 5%, das Molekulargewicht +/- 20% und der Schmelzflussindex (bestimmt bei einer Temperatur von 220 °C und einer Beladung von 10 kg nach dem ISO Verfahren 1 133) +/- 20% abweichen. Unter ISO Verfahren 1 133 wird bevorzugt DIN EN ISO 1 133-1 :2012-03 verstanden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schmelzflussrate (Melt Volume Rate, MVR) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A 10 bis 70 cm ³ /10min, bevorzugt 12 bis 70 cm ³ /10min, insbesondere 15 bis 55 cm ³ /10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133).

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schmelzflussrate (Melt Volume Rate, MVR) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A 10 bis 35 cm ³ /10min, bevorzugt 12 bis 30 cm ³ /10min, insbesondere 15 bis 25 cm ³ /10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133).

Alternativ kann die Schmelzflussrate (Melt Volume Rate, MVR) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A 35 bis 70 cm ³ /10min, bevorzugt 40 bis 60 cm ³ /10min, insbesondere 45 bis 55 cm ³ /10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133), betragen.

Alternativ oder zusätzlich kann die mittels eines Kapillarviskosimeters ermittelte Viskositätszahl (J = (η/η ₀ -1 ) ^■ 1/c) der als Polymermatrix eingesetzten thermoplastische Polymerzusammensetzung A, gemessen bei Raumtemperatut (20°C) für in Dimethylfor- mamid gelöstes Granulat, 50 bis 100 ml/g betragen, bevorzugt 55 bis 85 ml/g. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Viskositätszahl 55 bis 75 ml/g, bevorzugt 60 bis 70 ml/g, insbesondere 61 bis 67 ml/g. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform beträgt die Viskositätszahl 60 bis 90 ml/g, bevorzugt 65 bis 85 ml/g, insbesondere 75 bis 85 ml/g. Geeignete Herstellverfahren für Komponente A sind die Emulsions-, Lösungs-, Masseoder Suspensionspolymerisation, bevorzugt ist die Lösungspolymerisation (siehe GB 1472195). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Komponente A nach der Herstellung nach dem Fachmann bekannten Verfahren isoliert und vorzugsweise zu Granulat verarbeitet. Danach kann die Herstellung der Faserverbund- Werkstoffe erfolgen.

Komponente B Der Faserverbund-Werkstoff (Organoblech) enthält mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, der Verstärkungsfaser B (Komponente B). Die Verstärkungsfaser B ist in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt von 5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 65 Gew.-%, oftmals von 25 bis 65 Gew.-% und insbe- sondere von 29,9 bis 61 ,9 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, enthalten.

Die Verstärkungsfaser B wird vorzugsweise als Flächengebilde F eingesetzt. Die Verstärkungsfaser B kann jede Faser sein, deren Oberfläche funktionelle Gruppen auf- weist, die mit den Monomeren A-l der Komponente A, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen, eine kovalente Bindung eingehen können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Flächengebilde F Gewebe, Matten, Vliese, Gelege oder Gewirke. Auch können zusätzlich oder alternativ Endlosfasern (einschließlich Fasern die das Produkt einer Einzelfaserverdrillung sind) als Verstärkungsfasern B in dem Faserverbund-Werkstoff eingesetzt werden. Die Verstärkungsfasern B sind daher bevorzugt keine Kurzfasern („chopped fibers") und der Faserverbund-Werkstoff ist bevorzugt kein kurzglasfaserverstärkter Werkstoff. Mindestens 50 % der Verstärkungsfasern B weisen dabei bevorzugt eine Länge von mindestens 5 mm, stärker bevorzugt mindestens 10 mm oder mehr als 100 mm, auf. Die Länge der Verstärkungsfasern B hängt auch von der Größe des Textils ab, das aus dem Faserverbund-Werkstoff hergestellt wird.

Dem Fachmann ist bekannt, dass sich ein Gewebe, Gelege oder Gewirk von Kurzfa- sern unterscheidet, da bei ersteren zusammenhängende größere Flächengebilde F entstehen, die in der Regel länger als 5 mm sein werden. Der Fachmann weiß, dass hierbei die Gewebe, Gelege, Gewirke usw. bevorzugt so vorliegen, dass sie den Faserverbund-Werkstoff (weitgehend) durchziehen. Daher liegen die Gewebe oder Gelege bevorzugt so vor, dass sie das aus dem Faserverbund-Werkstoff bestehende Textil (weitgehend) durchziehen. Weitgehend durchziehen bedeutet hierbei, dass die Gewebe oder Gelege bzw. Endlosfasern mehr als 50%, bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, der Länge des Textils durchziehen. Die Länge des Textils ist hierbei die größte Ausdehnung dieses in einer der drei Raumrichtungen. Stärker bevorzugt durchziehen die Gewebe oder Gelege bzw. Endlosfasern mehr als 50%, be- vorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, der Fläche des Textils. Die Fläche des Textils ist hierbei der Fläche der größten Ausdehnung des Textils in zwei der drei Raumrichtungen. Das Textil ist bevorzugt (weitgehend) flächig. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die funktionellen Gruppen B-l an der Oberfläche der Verstärkungsfaser B ausgewählt aus Hydroxy-, Ester- und Aminogruppen. Besonders bevorzugt sind Hydroxy-Gruppen. Gemäß einer stärker bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern B Glasfasern, die Hydroxygruppen in Form von Silanolgruppen als chemisch reaktive Funktionalität B-l an der Oberfläche aufweisen.

Die Verstärkungsfasern B können in beliebiger Orientierung und Anordnung in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet sein. Die Verstärkungsfasern B liegen in dem Faserverbund-Werkstoff nicht statistisch gleichverteilt vor, sondern in Ebenen mit höherem und solchen mit niedrigerem Anteil (daher als mehr oder weniger separate Lagen). Vorzugsweise wird von einem laminatartigen oder laminaren Aufbau des Faserverbund-Werkstoffs ausgegangen.

Die Verstärkungsfasern B können etwa als Gewebe, Matten, Vliese, Gelege oder Gewirke vorliegen. Derartig gebildete flächige Laminate enthalten schichtweise aufgebaute Verbünde aus flächigen Verstärkungslagen (aus Verstärkungsfasern B) und Lagen der diese benetzenden und zusammenhaltenden Polymer-Matrix, enthaltend mindes- tens eine Komponente A. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern B schichtweise in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet. Bevorzugt liegen die Verstärkungsfasern B als Flächengebilde F vor.

In einem Gelege liegen die Fasern ideal parallel und gestreckt vor. Es werden zumeist Endlosfasern eingesetzt. Gewebe entstehen durch das Verweben von Endlosfasern, beispielsweise von Rovings. Das Verweben von Fasern geht zwangsläufig mit einer Ondulation der Fasern einher. Die Ondulation bewirkt insbesondere eine Absenkung der faserparallelen Druckfestigkeit. Matten bestehen meist aus Kurz- und Langfasern, die locker über ein Bindemittel miteinander verbunden werden. Durch den Einsatz von Kurz- und Langfasern sind die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Matten denen von Geweben unterlegen. Vliese sind Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs, die auf irgendeine Weise zu einem Vlies zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind. Gewirke sind Fadensysteme durch Ma- schenbildung.

Das Flächengebilde F ist bevorzugt ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vlies oder ein Gewirke. Besonders bevorzugt ist als Flächengebilde F ein Gelege oder ein Gewebe. Komponente C

Als weitere Komponente C enthält der eingesetzte Faserverbund-Werkstoff gegebe- nenfalls 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Summer der Komponenten A bis C, mindestens eines zu den Komponenten A und B unterschiedlichen Additivs (Hilfs- und Zusatzstoffe).

Teilchenförmige mineralische Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Stabilisatoren, Oxida- tions-Verzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung und Zersetzung durch ultraviolettes Licht, Gleit- und Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Farbstoffe und Pigmente und Weichmacher sind zu nennen. Auch Ester als niedermolekulare Verbindungen sind zu nennen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können auch zwei oder mehr dieser Verbindungen verwendet werden. Im Allgemeinen liegen die Verbindungen mit einem Molgewicht kleiner 3000 g/mol, vorzugsweise kleiner 150 g/mol vor.

Teilchenförmige mineralische Füllstoffe können zum Beispiel durch amorphe Kieselsäure, Carbonate wie Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat (Kreide), gepulverter Quarz, Glimmer, unterschiedlichste Silikate wie Tone, Muskovit, Biotit, Suzoit, Zinn- maletit, Talkum, Chlorit, Phlogopit, Feldspat, Calciumsilikate wie Wollastonit oder Kaolin, besonders kalzinierter Kaolin zur Verfügung gestellt werden.

Unter UV-Stabilisatoren fallen beispielsweise verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, die im Allgemeinen in Mengen bis zu 2 Gew.-% eingesetzt werden können.

Erfindungsgemäß können der thermoplastischen Formmasse Oxidationsverzögerer und Wärmestabilisatoren zugesetzt werden. Sterisch gehinderte Phenole, Hydrochino- ne, substituierte Vertreter dieser Gruppe, sekundäre aromatische Amine, gegebenen- falls in Verbindung mit phosphorhaltigen Säuren bzw. deren Salze, und Mischungen dieser Verbindungen, vorzugsweise in Konzentrationen bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, sind einsetzbar.

Ferner können gemäß der Erfindung Gleit- und Entformungsmittel, die in der Regel in Mengen bis zu 1 Gew.-% der thermoplastischen Masse zugesetzt werden. Zu nennen sind hier Stearinsäure, Stearylalkohol, Stearinsäurealkylester und -amide, vorzugsweise Irganox®, sowie Ester des Pentaerythrits mit langkettigen Fettsäuren. Es können die Calcium-, Zink- oder Aluminiumsalze der Stearinsäure sowie Dialkylketone, zum Beispiel Distearylketon, eingesetzt werden. Weiterhin können auch Ethylenoxid- Propylenoxid-Copolymere als Gleit- und Entformungsmittel verwendet werden. Ferner könne natürliche sowie synthetische Wachse verwendet werden. Zu nennen sind PP- Wachse, PE-Wachse, PA-Wachse, gepfropfte PO-Wachse, HDPE-Wachsen, PTFE- Wachse, EBS-Wachse, Montanwachs, Carnauba- und Bienenwachse.

Flammschutzmittel können sowohl halogenhaltige als auch halogenfreie Verbindungen sein. Geeignete Halogenverbindungen, wobei bromierte Verbindungen den chlorierten vorzuziehen sind, bleiben bei der Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Formmasse stabil, so dass keine korrosiven Gase freigesetzt werden und die Wirksamkeit dadurch nicht beeinträchtigt wird. Bevorzugt werden halogenfreie Verbindungen, wie zum Beispiel Phosphorverbindungen, insbesondere Phosphinoxide und Derivate von Säuren des Phosphors und Salze von Säuren und Säurederivaten des Phosphors, verwendet. Besonders bevorzugt enthalten Phosphorverbindungen Ester-, Alkyl-, Cycloalkyl- und/oder Aryl-Gruppen. Ebenfalls geeignet sind oligomere Phos- phorverbindungen mit einem Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol wie zum Beispiel in EP-A 0 363 608 beschrieben.

Ferner können Pigmente und Farbstoffe enthalten sein. Diese sind allgemein in Mengen von 0 bis 15, bevorzugt 0,1 bis 10 und insbesondere 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die Summer der Komponenten A bis C, enthalten. Die Pigmente zur Einfärbung von Thermoplasten sind allgemein bekannt, siehe zum Beispiel R. Gächter und H. Müller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, S. 494 bis 510. Als erste bevorzugte Gruppe von Pigmenten sind Weißpigmente zu nennen wie Zinkoxid, Zinksulfid, Bleiweiß (2 PbC03.Pb(OH)2), Lithopone, Antimonweiß und Titandioxid. Von den beiden gebräuchlichsten Kristallmodifikationen (Rutil- und Anatas-Typ) des Titandioxids wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der erfindungsgemäßen Formmassen verwendet.

Schwarze Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Eisen- oxidschwarz (Fe304), Spinellschwarz (Cu(Cr,Fe)204), Manganschwarz (Mischung aus Mangandioxid, Siliciumoxid und Eisenoxid), Kobaltschwarz und Antimonschwarz sowie besonders bevorzugt Ruß, der meist in Form von Furnace- oder Gasruß eingesetzt wird (siehe hierzu G. Benzing, Pigmente für Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), S. 78ff). Selbstverständlich können zur Einstellung bestimmter Farbtöne anorganische Buntpigmente wie Chromoxidgrün oder organische Buntpigmente wie Azopigmente und Phthalocyanine erfindungsgemäß eingesetzt werden. Derartige Pigmente sind allgemein im Handel erhältlich. Weiterhin kann es von Vorteil sein, die genannten Pigmente bzw. Farbstoffe in Mischung einzusetzen, zum Beispiel Ruß mit Kupferphtha- locyaninen, da allgemein die Farbdispergierung in den Thermoplasten erleichtert wird. Herstellung und Verwendung der Faserverbund-Werkstoffe (Organoblech) Vorzugsweise werden Organobleche im Spritzgieß- oder Pressverfahren verarbeitet. Somit kann durch eine Funktionsintegration, z.B. durch das Anspritzen oder Anpressen von Funktionselementen, ein weiterer Kostenvorteil generiert werden, da auf weitere Montageschritte, z.B. das Anschweißen von Funktionselementen, verzichtet werden kann.

Das Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werkstoffs enthält die Schritte:

Bereitstellen von:

(A) einer Matrix aus mindestens einer thermoplastischen Formmasse A mit elastomeren Eigenschaften, enthaltend ein Copolymer A-1 , das Monomere A-l enthält, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen (sowie optional ein oder mehrere weitere (Co)polymere (A-a) und/oder (A-b));

(B) mindestens einer Verstärkungsfaser B, deren Oberfläche eine chemisch reaktive Funktionalität B-l aufweist, die mit den Monomeren A-l, eine kovalente Bindung eingehen können;

Schmelzen der thermoplastischen Formmasse A und Versetzen (oder Inkon- takt-Bringen) dieser Formmasse A mit der Verstärkungsfaser B aus Schritt (i); und

(iii) Reagieren der Monomere A-l des Copolymers A-1 mit der chemisch reaktive Funktionalität B-l der Verstärkungsfasern B aus Schritt (ii) unter Ausbildung kovalenter Bindungen.

Das Herstellungsverfahren kann die bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen üblichen Phasen der Imprägnierung, Konsolidierung und Solidifikation (Verfestigung) umfassen, wobei der Prozess über die Wahl der Temperatur, des Drucks und der angewandten Zeiten beeinflusst werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält (oder besteht aus) der Faserverbund-Werkstoff: a) 30 bis 95 Gew.-% mindestens einer thermoplastischen Formmasse A mit elastomeren Eigenschaften,

5 bis 70 Gew.-% mindestens einer Verstärkungsfaser B, und

0 bis 40 Gew.-% mindestens eines Additivs C. Schritt (ii) des Verfahrens, das Schmelzen der Komponente A und das Versetzen (In- kontakt-Bringen) dieser Schmelze mit den Verstärkungsfasern B, kann auf jede hierzu geeignete Weise erfolgen. Bei einer solchen Imprägnierung kann die Matrix M in einen fließfähigen Zustand überführt werden und die Verstärkungsfasern B unter Ausbildung einer Grenzschicht benetzt werden.

Schritte (ii) und (iii) können alternativ gleichzeitig durchgeführt werden. Dann findet unmittelbar beim Versetzen der Komponente A mit den Verstärkungsfasern B eine chemische Reaktion statt, bei der die Monomere A-l mit der Oberfläche der Verstärkungsfasern B (in der Regel über eine Bindung an die funktionellen Gruppen B-l) eine kovalente Bindung ausbilden. Dies kann beispielhaft eine Veresterung sein (z.B. die Veresterung von Maleinsäureanhydrid-Monomeren mit Silanolgruppen einer Glasfaser). Alternativ kann die Ausbildung einer kovalenten Bindung auch in einem gesonderten Schritt initiiert werden (z.B. durch Temperaturerhöhung, Radikalstarter und/oder Photo-Initiation). Dies kann bei jeder geeigneten Temperatur durchgeführt werden.

Die Schritte (ii) und/oder (iii) werden bei einer Temperatur von mindestens 200°C, bevorzugt mindestens 250°C, stärker bevorzugt mindestens 300°C, insbesondere bei 300°C-340°C durchgeführt. Hierbei ist bevorzugt darauf zu achten, dass möglichst keine Pyrolyse auftritt und die verwendeten Komponenten thermisch nicht (oder nur wenig (daher zu <50 %)) zersetzt werden. Eine Ausnahme kann hierbei darstellen: eine Zusammensetzung, die durch thermische Abspaltung reaktive Gruppen freisetzt, wie beispielsweise tert- Butyl(meth)acrylat, wobei durch thermische Elimination bei Temperaturen von etwa ab 200 °C Isobuten freigesetzt wird und die verbleibende funktionelle Gruppe (im Wesentlichen eine Säurefunktion) dann mit der Faseroberfläche reagieren kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt daher bei der Durchführung der Schritte (ii) und/oder (iii) die Verweildauer bei Temperaturen von > 200°C nicht mehr als 10 min, bevorzugt nicht mehr als 5 min, stärker bevorzugt nicht mehr als 2 min, insbesondere nicht mehr als 1 min. Oftmals reichen 10 bis 60 Sekunden für die thermische Behandlung aus. Das Verfahren, insbesondere die Schritte (ii) und (iii), könne grundsätzlich bei beliebigem Druck durchgeführt werden (bevorzugt atmosphärischer Druck oder Überdruck), mit und ohne Anpressen der Komponenten. Bei einem Anpressen mit Überdruck können die Eigenschaften des Faserverbund-Werkstoffs verbessert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden daher die Schritte (ii) und/oder (iii) bei einem Pressdruck von 5-100 bar und einer Presszeit von 10-60 s, bevorzugt bei einem Pressdruck von 10-30 bar und einer Presszeit von 15-40 s, durchgeführt. Vorzugsweise werden mit mindestens einer chemisch reaktiven Funktionalität (A-l) versehene, schlagzäh modifizierte Styrol-Acrylnitril-Copolymere, also amorphe thermoplastische Matrices, als Komponente A verwendet. Somit kann die Oberflächenqualität, für die nachfolgend beschriebenen Anwendungen, im Vergleich zu den teilkristallinen Thermoplasten für derartige Textilien wesentlich gesteigert werden, da durch die gerin- gere Schwindung der amorphen Thermoplaste die Oberflächentopologie, aufgrund der faserreichen (Kreuzungspunkt bei Geweben) und faserarmen Regionen, wesentlich verbessert wird.

Bei der Konsolidierung werden Lufteinschlüsse in dem Faserverbund-Werkstoff ver- mindert und eine gute Verbindung zwischen Komponente A und Verstärkungsfasern B (insbesondere, wenn es sich um schichtenweise Verstärkungsfasern Fasern B handelt) hergestellt. Bevorzugt ist es, nach Imprägnierung und Konsolidierung einen (möglichst weitgehend) porenfreien Materialverbund zu erhalten. Alternativ können die genannten Schritte (i) bis (iii) in getrennter Abfolge ausgeführt werden. Beispielsweise können zunächst Lagen aus Verstärkungsfasern B mit unterschiedlich vorbereiteten Verstärkungsfasern B vorbereitet werden, wobei eine Imprägnierung der Verstärkungsfasern B mit der Matrix aus Komponente A stattfindet. Danach können imprägnierte Lagen mit Verstärkungsfasern B mit unterschiedlicher Fa- ser-Matrix-Haftung vorliegen, die in einem weiteren Arbeitsschritt zu einem Materialverbund als Faserverbund-Werkstoff konsolidiert werden können.

Bevor die Lagen aus Verstärkungsfasern B mit der Matrix aus Komponente A laminiert werden, kann wenigstens ein Teil der Verstärkungsfasern B einer Vorbehandlung un- terzogen werden, in deren Verlauf die spätere Faser-Matrix-Haftung beeinflusst wird. Die Vorbehandlung kann beispielsweise einen Beschichtungsschritt, einen Ätzschritt, einen Wärmebehandlungsschritt oder einen mechanischen Oberflächenbehandlungsschritt enthalten. Insbesondere kann beispielsweise durch Erhitzen eines Teils der Verstärkungsfasern B ein bereits aufgebrachter Haftvermittler teilweise entfernt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform betrifft die Verwendung eines erfin- dungsgemäßen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs zur Herstellung von Bezügen für hohe mechanische Belastungen,

wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden, der Faserverbund-Werkstoff schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs zur Herstellung von Bezügen für hohe mechanische Belastungen,

wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden und

wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Dicke von < 2 mm, bevorzugt < 1 mm, aufweist.

Eine solche Dicke von < 2 mm kann einen (teilweise) elastischen/flexibelen Faserver- bund-Werkstoff bereitstellen.

Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs zur Herstellung von Bezügen für hohe mechanische Belastungen,

wobei die Verstärkungsfasern B in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden, der Faserverbund-Werkstoff schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält,

wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Dicke von < 2 mm aufweist. Gemäß einer optionalen Ausführungsform wird bei der Herstellung des Faserverbund- Werkstoffs kein Haftvermittler, insbesondere kein Haftvermittler aus der Gruppe bestehend aus Aminosilanen und Epoxy-Verbindungen eingesetzt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfin- dung die Verwendung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs eine Dicke von < 10 mm, enthaltend:

a) 30 bis 95, insbesondere 38 bis 70 Gew.-%, der thermoplastische, amorphen Formmasse A mit elastomeren Eigenschaften, die auf einem schlagzäh-modifizierten Styrol-Copolymer basiert, aufweisend 0,1 bis 10 Gew.-% an Monomeren A-l, bezogen auf die Menge der Komponente A, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen. b) 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere 29,9 bis 61 ,9 Gew.-%, der Verstärkungsfasern B, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine oder mehrere der chemisch reaktiven Funktionalitäten aus der Gruppe: Hydroxy-, Ester- und Amino-Gruppen enthalten, wobei die Verstärkungsfasern B bevorzugt in Form eines Geleges, eines Gewebes, einer Matte, eines Vlieses oder eines Gewirkes eingesetzt werden, und c) 0 bis 40, insbesondere 0,1 bis 10 Gew.-%, mindestens eines Additivs C, wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix eingebettet ist und wobei die thermoplastische Formmasse A elastomere Eigenschaften aufweist und beim Herstellungsprozess des thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche beim Herstellungsprozess des Faserverbund-Werkstoffs mit chemischen Gruppen der Oberfläche der Verstärkungsfasern B reagiert, zur Herstellung von technischen Textilien, insbesondere zur Herstellung von Bezügen für hohe mechanische Belastungen. wobei der Faserverbund-Werkstoff bevorzugt schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei Schichten enthält.

Noch stärker bevorzugt weist der Faserverbund-Werkstoff noch weitere Eigenschaften wie hierin beschrieben auf.

Die Verstärkungslagen können beim Herstellungsprozess (Laminieren) vollständig miteinander verbunden werden. Derartige Faserverbund-Werkstoff-Matten bieten optimierte Festigkeit und Steifigkeit in der Faser-Richtung und können besonders vorteil- haft weiterverarbeitet werden.

Das Verfahren kann auch die Herstellung eines Formteils T umfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren als weiteren Schritt (iv) eine dreidimensionale Formgebung zu einem Formteil T. Dies kann auf beliebige Art erfol- gen, etwa durch mechanische Formgebung durch einen Formgebungskörper, der auch eine Walze mit Prägung sein kann. Bevorzugt wird der noch formbare Faserverbund- Werkstoff, bei dem die thermoplastische Formmasse A noch (teilweise) geschmolzen vorliegt geformt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein ausgehärteter Faserverbund- Werkstoff kaltgeformt werden. In einer weiteren Ausführungsform, wird am Ende des Verfahrens ein (weitgehend) festes Formteil T erhalten. Daher umfasst das Verfahren optional als weiteren Schritt (v) das Aushärten des aus einem der Schritte (iii) oder (iv) erhaltenen Produkts. Dieser Schritt kann auch als Solidifikation bezeichnet werden. Die in der Regel unter Wärmeentzug stattfindende Solidifikation kann anschließend zu einem gebrauchsfertigen Formteil T führen. Optional kann das Formteil T noch nachbearbeitet werden (z.B. entgratet, poliert, gefärbt usw.). Das Verfahren kann kontinuierlich, semikontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als kontinuierliches Verfahren durchgeführt, insbesondere als kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von glatten oder dreidimensional geprägten Folien. Alternativ könne auch Formteile T semi- oder diskontinuierlich hergestellt werden.

Die Verstärkungsfasern B können schichtweise als Lagen von (oder als Flächengebilde F aus) Verstärkungsfasern B in einem einzigen Verarbeitungsschritt mit der Matrix M, enthaltend Komponente A, imprägniert und konsolidiert werden.

Die Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs kann auf diese Weise in besonders effi- zienter Art erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform, ist vorgesehen, dass weitere Gruppen von Verstärkungsfasern B über weitere, abweichende Faser-Matrix-Haftungen mit der Matrix M gekoppelt sind.

Werden drei oder mehr Gruppen von Verstärkungsfasern B mit unterschiedlichen Faser-Matrix-Haftungen verwendet, kann das Verhalten des Faserverbund-Werkstoffs gezielt und höchst individuell beeinflusst werden. Dabei können jeweils unterschiedliche Faserarten oder gleiche Faserarten verwendet werden.

Beispielsweise können Gruppen von Verstärkungsfasern B jeweils mit verschiedenen Haftvermittler-Kompositionen versehen sein, welche die verschiedenen Faser-Matrix- Haftungen bewirken. Die unterschiedlichen Kompositionen können sich ausschließlich in den Konzentrationen unterscheiden oder auch andere Zusammensetzungen aufwei- sen. Wesentlich ist, dass durch die unterschiedlichen Haftvermittler-Kompositionen signifikant verschiedene Faser-Matrix-Haftungen eingestellt werden.

Bereits bei der Herstellung der Verstärkungsfasern kann der Haftvermittler als Teil der Schlichte aufgebracht werden. Es kann jedoch auch ein zusätzlicher Vorgang des thermischen Entschlichtens oder sonstiger Entschlichtung vorgesehen sein, der die bereits aufgebrachte Schlichte zerstört oder entfernt. Anschließend kann dann die Verstärkungsfaser mit einem Finish beschichtet werden, die den Haftvermittler enthält und auf die jeweilige Matrix und die gewünschte Faser-Matrix-Haftung abgestimmt ist.

Durch die Verwendung von beispielsweise Styroflex®, einem Styrol-Blockcopolymeren (S-TPE, Hersteller Styrolution, Deutschland), als Matrix M des Organoblechs, sind sehr flexible Materialien mit hoher Festigkeit in Faserrichtung zu erhalten. Diese hochfesten, flexiblen Materialien weisen in Obermaterialien für Sport-, Freizeit- und Sicherheits- schuhe, für Sitzbezüge in öffentlichen Verkehrsmitteln oder als hochbelastbarer Stoff (z.B. Segel) große Vorteile auf.

Die Organobleche können gleichzeitig durch die Verwendung von verschiedenen Fasern (z.B. Metall- oder Aramidfasern) funktionelle Eigenschaften übernehmen. Auch lederartige technische Textilien sind herstellbar. Nachfolgend sind einige konkrete Beispiele aufgezeigt: Obermaterial für Sport-, Freizeit und Sicherheitsschuhe:

Als Obermaterialien für Sport- und Freizeitschuhe werden oft aufgrund der hohen Belastung im Alltag und beim Sport strapazierfähige Materialien wie Echtleder, Kunstleder (PU), PVC, PET oder Naturfasern und Nylon (Polyamid) in Gewebeform eingesetzt. Diese eingesetzten Obermaterialien haben den Nachteil, dass sie mit steigender Flexibilität eine geringere Festigkeit aufweisen und somit nach einiger Zeit im Gebrauch oder bei Überbeanspruchung versagen. Durch den Einsatz einer Endlosfaser und die sehr flexible Matrix M (z.B. Styrolux®) im Organoblech, kann bei hoher Festigkeit eine hohe Flexibilität erreicht werden, also ein Eigenschaftsbild, welches mit anderen Materialien nicht erreicht werden könnte. Diese Organobleche können also als sehr strapazierfähige, feste, flexible Obermaterialien eingesetzt werden. Neben den verbesserten Eigenschaften kann gleichzeitig auch noch ein ästhetischer Vorteil entstehen, in dem man die Faser und / oder Matrix einfärbt. Auch der Einsatz als transparentes Material ist denkbar. Hiermit können darunter liegende Schichten sichtbar gemacht werden, um somit einen Tiefeneffekt hervorzurufen. Auch in Sicherheitsschuhen kann dieses Material aufgrund der hohen Festigkeit Vorteile haben. Durch den Einsatz von Glas-, Aramid- und / oder Stahlfasern kann das Obermaterial stich- und schneidfest ausgerüstet werden, sodass der Fuß durch das Obermaterial geschützt ist. Textilien für Bezüge

Sitzbezüge in öffentlichen Verkehrsmitteln sind durch die hohe Nutzung und Vandalis- mus meist sehr hoch belastet und müssen daher bereits nach kurzer Zeit ersetzt wer- den. Durch den Einsatz dieser flexiblen, hochfesten Organobleche als Ersatz für die derzeit genutzten Stoffe kann die Lebensdauer um ein vielfaches erhöht werden, da durch die höhere Festigkeit der Glasfasern ein Abrieb und das Zerstören durch Einstechen von scharfen Gegenständen beim Vandalismus verhindert werden kann. Großflächige Textilien

Segel bestehen aus verwebten Polyesterfäden. Der Nachteil der Polyesterfaser ist die geringere Festigkeit im Vergleich zur Glasfaser im Organoblech, so dass bei gleicher Belastbarkeit eine kleinere Grammatur des Glasgewebes im Organoblech gewählt werden kann. Somit können dünnere Material eingesetzt werden, was zu einer Kosten- und Gewichtsreduzierung führen kann. Zudem ist die Permeabilität durch die vollständige Imprägnierung des Gewebes mit beispielsweise Styroflex® wesentlich geringer, wodurch die Effizienz der Segel zusätzlich gesteigert werden kann.

Figuren

Figur 1 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 1 erhalten wurden. Figur 1A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 1 B zeigt die mikroskopische An- sieht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei die Fasern deutlich als horizontal verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 1 C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einigen Stellen nicht abgeschlossen ist.

Figur 2 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 2 erhalten wurden. Figur 2A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 2B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei die Fasern deutlich als verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 2C zeigt die 200- fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung teilweise nicht abgeschlossen ist. Figur 3 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 3 erhalten wurden. Figur 3A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 3B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 3C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung weitgehend abgeschlossen ist. Figur 4 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 4 erhalten wurden. Figur 4A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 4B zeigt die mikroskopische Ansicht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 4C zeigt die 200-fache Ver- großerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einzelnen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist.

Figur 5 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 5 erhalten wurden. Figur 5A stellt die visuelle Dokumentation dar. Figur 5B zeigt die mikroskopische An- sieht eines Schnitts durch den in horizontaler Orientierung angeordneten laminaren Faserverbund-Werkstoff (links: 25-fache Vergrößerung, rechts: 50-fache Vergrößerung), wobei keine Schicht aus Fasern erkennbar ist. Figur 4C zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an wenigen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist.

Figur 6 zeigt die Herstellung der Faserverbund-Werkstoffe (hier: Glasfaser-Gewebe) im Presseneinlauf V25-V28. Deutlich erkennbar ist, dass ein derartiges Herstellungsverfahren eine kontinuierliche Produktion erlaubt. Zudem ist durch die Einprägung des Musters erkennbar, dass der Faserverbund-Werkstoff auch dreidimensional formbar ist.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen und Ansprüchen näher beschrieben. Beispiele

Die nachfolgenden Versuche wurden auf einer Intervall-Heißpresse, welche in der Lage ist einen Faser/Folienverbund aus Polymerfolie, Schmelze oder Pulver herzustellen, zur quasi-kontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Textilien durchgeführt.

Plattenbreite: 660 mm

Laminat-Dicke: 0,2 bis 9,0 mm

Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug

Sandwichplattenstärke: max. 30 mm

Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke

Nennvorschub 5 m/h

Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)

Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen

Werkzeugtemperatur: bis 400 °C

Werkzeuglänge: 1000 mm

Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm

bevorzugte Produktionsrichtung: rechts nach links

Technische Daten der Schmelze-Plastifizierung:

Diskontinuierlicher Schmelze-Auftrag in Mittellage zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen

Schneckendurchmesser: 35mm

Max. Hubvolumen: 192 cm ³

Max. Schneckendrehzahl: 350 U/min

Max. Austragsstrom: 108 cm ³ /s

Max. Austragsdruck: 2406 bar spezifisch

Transparenz wurde an 1 mm Organoblech-Proben in % von weißem Tageslicht (100

%) gemessen (Transparenzmessgeräts Byk Haze gard i (BYK-gardner, USA) gemäß

ASTM D 1003 (etwa ASTM D 1003-13)).

Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche), insbesondere mit amorpher, thermoplastischer Matrix eignen sich besonders für die Herstellung von techni- sehen Textilien. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgezeigt.

Wenn nicht anders erwähnt werden die Fasern im Spritzgussverfahren hergestellt. Faserverbund-Werkstoff 1

40 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Komponente A, bestehend aus

75 Gew.-% Styrol-Butadien-Styrol-Elastomer Styroflex 2G66 (umfassend 65 Gew.-% Styrol und

35 Gew.-% Butadien) und

25 Gew.-% eines Styrol/Maleinsäureanhydrid (enthaltend 6% Maleinsäureanhydrid) Copolymeren

werden mit

60 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Glas-basierten Verstärkungsfaser mit chemisch reaktiver Funktionalität (Silangruppen) an der Oberfläche [GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH, als Komponente B] compoundiert.

Mit dem Faserverbund-Werkstoff werden dann folgende Textilien hergestellt:

Beispiel A: Sicherheitsschuhe

Beispiel B: Segel Beispiel C: Sitzbezug Mit den erfindungsgemäßen Organoblechen werden sowohl ein flexibles (z. B. Segel) als auch festes Textil (z.B. Schuh) hergestellt. Die Rissbeständigkeit der Endprodukte ist gegenüber herkömmlichen Textilien, ohne den erfindungsgemäßen Faserverbund- Werkstoff, deutlich optimiert.

Bedruckbare und färbbare Faserverbund-Werkstoffe Gefahrene Thermoplast Kombinationen A:

A1 (Vergleich): S/AN mit 75 % Styrol (S) und 25 % Acrylnitril (AN), Viskositätszahl

60, Mw von 250.000 g/mol (gemessen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eichstandards)

A2: S/AN/Maleinsäureanhydrid Copolymer mit der Zusammensetzung (Gew%): 74/25/1 , Mw von 250.000 g/mol (gemessen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eichstandards)

A3: Mischung aus A2 : A1 = 2 : 1

A4: Mischung aus A2 : A1 = 1 : 2

Verwendete Faser-Textilien B:

B1 : Bidirektionales Glasfasergelege 0/90° (GF-GE) mit Flächengewicht =

590g/m ² ,

Schuss + Kette = 1200tex [beispielsweise KN G 590.1 von P-D Glas- seiden GmbH]

B2: Glasfasergewebe Köper 2/2 (GF-KG) mit Flächengewicht = 576 g/m ² ,

Schuss, + Kette = 1200tex

Die im Zusammenhang mit Versuchen Nr. 1 -5 gefahrenen Kombinationen und Para- metereinstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:

Tabelle 1 . Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe

*Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41 .6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm

Versuchs-Nr. 1 (Vergleichsversuch)

Die Ergebnisse sind in Figur 1 gezeigt.

Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen Mikroimprägnierung: deutlich nicht abgeschlossen

Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:

Matrixschicht in Mittellage: deutlich erkennbar

Matrixschicht in Decklage: am Roving nicht erkennbar

Imprägnierung Kettfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert Imprägnierung Schussfäden: mittig deutlich unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert

Lufteinschlüsse: wenig, nur im Roving

Konsolidierung: ungenügend, Beschädigung Kett- und Schussfäden

Versuchs-Nr. 2

Die Ergebnisse sind in Figur 2 gezeigt. Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen

Mikroimprägnierung: an mehreren Stellen nicht abgeschlossen

Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:

Matrixschicht in Mittellage: erkennbar

Matrixschicht in Decklage: wenig am Roving erkennbar

Imprägnierung Kettfäden: mittig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend teilweise imprägniert, teilweise unimprägniert

Imprägnierung Schussfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht impräg- niert

Lufteinschlüsse: wenig

Konsolidierung: nicht ausreichend, deutliche Beschädigung Schussfäden

Versuchs-Nr. 3

Die Ergebnisse sind in Figur 3 gezeigt.

Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen

Mikroimprägnierung: abgeschlossen

Versuch Nr. 3, Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:

Matrixschicht in Mittellage: nicht erkennbar

Matrixschicht in Decklage: gut erkennbar

Imprägnierung Kettfäden: kaum unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert Imprägnierung Schussfäden: kaum unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert

Lufteinschlüsse: sehr viele, große Blasen erkennbar

Konsolidierung: gut, keine Beschädigungen

Versuchs-Nr. 4

Die Ergebnisse sind in Figur 4 gezeigt.

Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen

Mikroimprägnierung: überwiegend abgeschlossen

Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:

Matrixschicht in Mittellage: kaum erkennbar

Matrixschicht in Decklage: erkennbar

Imprägnierung Kettfäden: leicht unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert

Imprägnierung Schussfäden: unimprägnierte Bereiche erkennbar, aber umlaufend imprägniert

Lufteinschlüsse: keine erkennbar

Konsolidierung: befriedigend, mittlere Beschädigungen von Schussfäden erkennbar

Versuchs-Nr. 5

Die Ergebnisse sind in Figur 5 gezeigt.

Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen

Mikroimprägnierung: überwiegend abgeschlossen

Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:

Matrixschicht in Mittellage: nicht erkennbar

Matrixschicht in Decklage: erkennbar

Imprägnierung Kettfäden: wenig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert

Imprägnierung Schussfäden: wenig unimprägnierte Bereiche erkennbar, umlaufend gut imprägniert

Lufteinschlüsse: keine erkennbar

Konsolidierung: teilweise gut, teilweise ungenügend, lokale Beschädigungen von Schussfäden erkennbar Zusammenfassung der Versuchsergebnisse

Tabelle 2. Zusammenfassung Versuche und Bewertung

^* Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm

^** 1 = perfekt, 2= gut, 3=teilweise, 4= wenig, 5=schlecht/keine

Tabelle 3. Optischer und haptischer Vergleich der erfindungsgemäßen Versuchseinstellungen mit herkömmlichen Organoblechen

Versuchs- Composite Maleinsäure- OberBedruckbarkeit Trans¬

Nr. anhydrid- flächenmit 45 mdyne parenz

Konzentra- güte ^* Tinte ^** (%) tion

(Gew %)

1 (Vgl) A1 +B1 0 2 1

2 (Vgl.) A1 +B1 0 2 3

3 A2+B1 1 1 -2 1 40

4 A3+B1 0,66 1 -2 25

5 A4+B1 0,33 1 -2 1 20

6 Bond Laminates 0 4-5 0

Composite aus ca

60 % Glasfaser- Gewebe und 40 %

Polyamid

7 Composite aus ca. 0 4-5 5 0

60 % Glasfaser- Gewebe und 40 %

Polypropylen ^* 1 = vollständig glatt, 2= weitgehend glatt, 3= leicht rau, 4= mäßig rau, 5= Fasern sind deutlich zu spüren

^** 1 = perfekt, 2= gut, 3=teilweise, 4= wenig, 5=schlecht/keine

Versuchs-Nr. 6

Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Die im Zusammenhang mit Versuch Nr. 6 gefahrenen Kombinationen und Parameter- einstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:

Tabelle 4. Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe

^* Komponenten A + B1 : 0.465 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.6 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .669 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .1 17 mm

Durch Ihre teilweise Transluzenz und Bedruckbarkeit lassen sich durch die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe vielfältige technische Textilien herstellen, die be- sonders gut färbbar sind.

Beispiel für Mehrschicht-Organobleche 40 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, eines Acrylnitril-Styrol- Maleinsäureanhydrid-Copolymers als thermoplastische Formmasse A (hergestellt aus: 75 Gew.-% Styrol, 24 Gew.-% Acrylnitril und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid) wird mit 60 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, einer Glas-basierten Verstärkungsfaser mit chemisch reaktiver Funktionalität (Silangruppen) an der Oberfläche [GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH] compoundiert. Weitere Untersuchung von Mehrschichtigen Faserverbund-Werkstoffen

Technische Daten der Intervall-Heißpresse (IVHP):

Quasi-kontinuierliche Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen, Laminaten

und Sandwichplatten

Plattenbreite: 660 mm

Laminat-Dicke: 0,2 bis 9,0 mm

Laminat-Toleranzen: max. ± 0,1 mm entsprechend Halbzeug

Sandwichplattenstärke: max. 30 mm

Ausstoß: ca. 0,1 - 60 m/h, abhängig von Qualität und Bauteildicke

Nennvorschub 5 m/h

Werkzeugdruck: Presseinheit 5-25 bar, für minimale und maximale Werkzeuggröße stufenlos regelbar (optional)

Werkzeugtemperierung: 3 Heiz- und 2 Kühlzonen

Werkzeugtemperatur: bis 400 °C

Werkzeuglänge: 1000 mm

Öffnungsweg Presse: 0,5 bis 200 mm

Produktionsrichtung: rechts nach links

Technische Daten der Schmelze-Plastifizierung:

Diskontinuierlicher Schmelzeauftrag in Mittellage zur Herstellung von faserverstärkten thermoplastischen

Halbzeugen

Schneckendurchmesser: 35mm

Max. Hubvolumen: 192 cm ³

Max. Schneckendrehzahl: 350 U/min

Max. Austragsstrom: 108 cm ³ /s

Max. Austragsdruck: 2406 bar spezifisch

hierbei:

Schmelzevolumne: 22 ccm

isobar = druckgesteuerter Pressprozess

isochor = volumengesteuerter Pressprozess

T [°C] = Temperatur der Temperaturzonen ^* ( ^* Die Presse verfügt über 3 Heiz- und 2 Kühlzonen. Die Angabe bezieht in Produktionsrichtung)

p [bar] = Pressdruck pro Zyklus: Isochor 20

s [mm] = Wegbegrenzung Pressdicke: 1 .1 mm

Temperaturprofil: (i) 210 bis 245°C, daher ca. 220°C (ii) 300 bis 325°C, daher ca. 300°C

(iii) 270 bis 320°C, daher ca. 280 bis 320°C

(iv) 160 bis 180°C

(v) 80°C

t [sec] = Presszeit pro Zyklus: 20-30 s

Aufbau/Laminierung: 6-lagiger Aufbau mit Schmelze-Mittelschicht; Herstellungsverfahren: Schmelze-Direkt (SD)

Matrix-Komponenten A:

M1 (SAN Typ): Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid- (SAN-MA-) Terpolymer (S/AN/MA: 74/25/1 ) mit einem MA-Anteil von 1 Gew.-% und einem MVR von 22 cm ³ /10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133);

M1 b entspricht der vorgenannten Komponente M1 , wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden.

M2 (SAN Typ): Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid- (SAN-MA-) Terpolymer (S/AN/MA: 73/25/2,1 ) mit einem MA-Anteil von 2,1 Gew.-% und einem MVR von 22 cm ³ /10 min bei 220°C/10kg (gemessen nach IS01 133);

M2b entspricht der vorgenannten Komponente M2, wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden.

M3 (SAN Typ): Blend aus 33 Gew.-% M1 und 67 Gew.-% des SAN-Copolymers Lu- ran VLN, daher 0,33 Gew.-% MaleinsäureanhydridMA) im gesamten Blend;

M3b entspricht der vorgenannten Komponente M3, wobei der Matrix zusätzlich 2 Gew.- % Industrieruß beigemischt wurden. PA6: teilkristallines, leichtfließendes Polyamid Durethan B30S

PD(OD): leichtfließendes, amorphes Polycarbonat optischer Grade für optische

Discs); Faser-Komponenten B:

Glasfilament-Kopergewebe (Kurzbezeichnungen: GF-KG(LR) bzw. LR), Köperbindung 2/2, Flächengewicht 290 g/m ² , Roving EC9 68tex, Finish TF-970, Lieferbreite 1000 mm (Typ: 01 102 0800-1240; Hersteller: Hexcel, erhalten von: Lange + Ritter) Glasfilament-Köpergewebe (Kurzbezeichnungen: GF-KG(PD) bzw. PD), Köperbindung 2/2, Flächengewicht 320 g/m ² , Roving 320tex, Finish 350, Lieferbreite 635 mm (Typ: EC14-320-350, Hersteller und Lieferant: PD Glasseide GmbH Oschatz) Glasfilament-Gelege (Kurzbezeichnung: GF-GE(Sae) bzw. Sae) 0 45 90 -45°, Flächengewicht 313 g/m ² , Haupt-Roving 300tex, Finish PA-Schlichte, Lieferbreite

655mm (Typ: X-E-PA-313-655, Nr. 7004344, Hersteller und Lieferant: Saertex

GmbH&Co.KG) Sae n.s. = Glasfilament-Gelege 300 g/m ² , Herstellerbezeichnung: Saertex new sizing, +457-457+457-45°

Glasfaservlies (Kurzbezeichnung: GV50), Flächengewicht 50 g/m ² , Faserdurchmesser 10 μηη, Lieferbreite 640 mm (Typ: Evalith S5030, Hersteller und Lieferant: Johns Man- ville Europe)

Visuelle Bewertung

Alle hergestellten Faserverbund-Werkstoffe ließen sich jeweils als (groß)flächige Tex- tilwerkstoffe in einem Endlosverfahren herstellen, die problemlos (in kaschierbare, transportübliche Maße wie etwa 1 m x 0,6 m) die zuschneidbar waren. Bei den transparenten Faserverbund-Werkstoffen war das eingebettete Fasermaterial bei detaillierter Betrachtung im Gegenlicht gerade erkennbar. Bei den Faserverbund-Werkstoffen mit (schwarz) eingefärbter Matrix war das eingebettete Fasermaterial auch bei näherer optischer Betrachtung im Gegenlicht nicht/kaum erkennbar.

Mikroskopische Bewertung

Hierbei wurden Fehlstellen (Lunker, Einfall, etc.) über Auflichtmikroskopie und die Oberflächengüte über konfokale Laser-Scannning-Mikroskopie (LSM) bewertet. Mittels LSM wurde eine Aufsicht einer drei-dimensionalen (3D-)Höhenaufnahme (7,2 mm x 7,2 mm) des lokalen Messbereichs und eine zweidimensionalen (2D-)Darstellung der Höhenunterschiede nach Skalierung und Anwendung verschiedener Profilfilter erstellt. Messfehler und einen generellen Verzug/Schieflage der Probe wurden durch den Einsatz von Profilfiltern (Rauschfilter und Verkippungsfilter) ausgeglichen. Das 2D- Höhenprofil der Aufnahme wurde über definierte Messlinien durch integrierte Software in Linienprofile übertragen und computer-gestützt ausgewertet.

Es wurden Faserverbund-Werkstoffe mit jeweils vier in die jeweilige Matrix eingebetteten Lagen des entsprechenden Flächengebildes an Fasern (hier GF-KG(PD)(4) bzw. Sae(4)) hergestellt. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hatte keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Die Mittlere Wellentiefe (MW Wt) und der Raumittenwert (Ra) wurden für zahlreiche Faserverbund-Werkstoffe ermittelt. Es zeigte sich, dass die MW Wt für alle Faserverbund-Werkstoffe, bei denen die Matrix eine funktionale Komponente enthält, die mit den Fasern reagieren kann, deutlich < 10 μηη ist, wohingegen sie bei Faserverbund- Werkstoffen mit vergleichbaren PA6- und PD(OD)-Matrices deutlich <10 μηη ist. Auch die ermittelten Raumittenwerte waren deutlich niedriger für erfindungsgemäße Faserverbund-Werkstoffe. Beispielhaft zeigen dies die untenstehenden, gemessenen Werte.

Tabelle 5. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra)

Ebenso deutlich wurde dies, wenn anstelle des Gewebes ein Gelege (wie Sae) eingesetzt wird:

Tabelle 6. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra)

In weiteren Versuchen wurde die Festigkeit in Kett- und in Schussrichtung gesondert untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Faserverbund-Werkstoffe sowohl in Kett- wie auch in Schussrichtung sehr stabil sind. In Kettrichtung sind die faserverbund- Werkstoffe in der Regel noch stabiler als in Schussrichtung. Mechanische Eigenschaften

Matrix-Komponenten A

Die Matrix-Komponenten A sind wie oben beschrieben.

Faser-Komponenten B (sofern nicht oben beschrieben)

FG290 = Glasfilament-Gewebe 290g/m ² , Herstellerbezeichnung: Hexcel HexForce® 01202 1000 TF970 FG320 = Glasfilament-Gewebe 320g/m ² , Herstellerbezeichnung: PD Glasseide GmbH Oschatz EC 14-320-350

Sae = MuAx313, Glasfilament-Gelege 300g/m ² , Herstellerbezeichnung: Saertex X-E- PA-313-655

Sae n.s. = Glasfilament-Gelege 300g/m ² , Herstellerbezeichnung: Saertex new sizing, +457-457+457-45°

Anzahl an Schichten (z.B. 4x = vier Schichten des jeweiligen Fasergeleges bzw. der jeweiligen Fasern)

Es wurde für die Faserverbund-Werkstoffe die Durchstoßverhalten (Dart Test nach ISO 6603) ermittelt. Hierbei zeigten die Faserverbund-Werkstoffe eine hohe Stabilität von Fm >3000 N.

Optionale Weiterverarbeitung

Es konnte auch experimentell gezeigt werden, dass die erhaltenen Faserverbund- Werkstoffe gut dreidimensional umformbar waren, wie beispielsweise zu halbschalen- förmigen Werkstoffen, wie etwa Schuhkappen. Es zeigte sich zudem, dass die erhaltenen Faserverbund-Werkstoffe bedruckbar und kaschierbar waren.

Zusammenfassung der Versuchsergebnisse

Die Evaluierung von unterschiedlichen Textilsystemen auf Glasfaserbasis mit unterschiedlichen Matrixsystemen zu einem Faserverbund-Werkstoff hat gezeigt, dass gute Faserverbund-Werkstoffe reproduzierbar hergestellt werden können. Diese können farblos oder farbig hergestellt werden und optional nachträglich gefärbt und/oder kaschiert werden. Die Faserverbund-Werkstoffe zeigten gute bis sehr gute optische, hap- tische und mechanische Eigenschaften (etwa bezüglich ihrer Durchstoßfestigkeit). Mechanisch zeigten die Gewebe etwas größere Festigkeit als Gelege. Die Styrol- Copolymer-basierten Matrices (SAN-Matrices) führten tendenziell zu besseren Faserverbund-Werkstoffen bezüglich der den mechanischen Kennwerte als die alternativen Matrices wie PC und PA6. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe ließen sich halb- bzw. vollautomatisch mittels eines Endlosverfahrens herstellen. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche) lassen sich gut zu dreidimensionalen Formen, beispielsweise für Schuhkappen, umformen.