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Title:
FIBRE-REINFORCED THERMOPLASTIC LAMINATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/028200
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a laminate for producing fibre-reinforced plastic parts in a fusion or compression moulding process, from a thermoplastic film. According to the invention, a self-adhesive coating incorporating continuous filament yarn, woven fibres or a mat, is applied to one side of said film.

Inventors:
PATINO GERMAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/009270
Publication Date:
March 31, 2005
Filing Date:
August 18, 2004
Export Citation:
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Assignee:
TESA AG (DE)
PATINO GERMAN (DE)
International Classes:
B32B27/08; C09J7/02; (IPC1-7): B32B27/08; C09J7/02; C09J7/04
Foreign References:
US4454192A1984-06-12
AU7355574A1975-01-09
EP0528563A21993-02-24
GB1475986A1977-06-10
EP0336727A21989-10-11
US4770490A1988-09-13
Attorney, Agent or Firm:
TESA AG (Hamburg, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Laminat zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen mittels Schmeiz/ Pressverfahren aus einer thermoplastischen Folie, auf die einseitig eine selbstkle bende Beschichtung aufgebracht ist, in der Filamentgarne, Gewebe oder Gelege ein gelegt sind.
2. Laminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Folienmaterial Hochleistungsthermoplaste wie PES, PET, PA oder gängige ther moplastische Kunststoffe wie PE oder PP eingesetzt werden.
3. Laminat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fasermaterialien Glasoder Kohlenstofffasern, Kombinationen aus beiden Faser typen oder Aramidfasern eingesetzt werden.
4. Laminat nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentgarne unidirektional sind.
5. Laminat nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstklebende Beschichtung aus einer Klebemasse besteht, die die Faserbenet zung durch die Polymermatrixschmelze der Folie nicht negativ beeinflusst.
6. Laminat nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite thermoplastische Folie auf die selbstklebende Beschichtung zuka schiert ist.
7. Verwendung eines Laminats nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche zur Herstellung von thermoplastischen"Prepregs", mehrschichtigen Flachkörpern, Wickelteilen (Rohre) einfachen Pressteilen (Profile) oder dreidimensionalen Formteilen.
8. Verwendung von Laminaten nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche zur Herstellung von mehrlagigen Körpern, in dem die Laminate aufeinander gelegt und verpresst werden.
Description:
Beschreibung Faserverstärktes thermoplastisches Laminat Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes thermoplastisches Laminat sowie die beson- ders vorteilhafte Verwendung desselben zur Herstellung von faserverstärkten Halbzeu- gen sowie faserverstärkten Formteilen in Heißpressen.

Bei sogenannten Halbzeugen wird unterschieden zwischen vorimprägnierten und nicht vorkonsolidierten Halbzeugen (Manson, J. A. Advanced Thermoplastic Composites (Kausch, H. H. Ed. ), Hanser Publisher, Munich, 1993).

Vorimprägnierte Halbzeuge, sogenannte"Prepregs"werden wie folgt hergestellt : - Schmelzimprägnierung - Pulverimprägnierung - Lösungsmittelimprägnierung Nicht vorkonsolidierte Halbzeuge werden wie folgt hergestellt : - Folienimprägnierung (Film Stacking) - Mischgarnimprägnierung In der AU A 73 55 574 wird unter anderem ein klebendes Produkt offenbart, das aus zumindest zwei Trägerschichten besteht, von denen eine als Polyurethanschaumschicht aufgeführt ist. Zwischen den beiden Schichten ist eine klebende Beschichtung vorhan- den. Zwischen den beiden äußeren Schichten können verstärkende Fäden eingelegt sein, wobei diese nicht in den äußeren Schichten, sondern in der Klebmasse angeordnet sind.

Das Produkt dient als medizinische Bandage.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Laminat zur Verfügung zu stellen, das einzeln oder in mehrlagigen Gebilden in einer Heißpresse zu starren Platten oder mehrdimensionalen Formteilen weiter verarbeitet werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Laminat, wie es im Hauptanspruch niedergelegt ist.

Die Unteransprüche umfassen vorteilhafte Ausführungsformen desselben sowie beson- ders geeignete Einsatzfelder.

Demgemäß betrifft die Erfindung ein Laminat aus einer thermoplastischen Folie, auf die einseitig eine selbstklebende Beschichtung aufgebracht ist, in der insbesondere unidirek- tionale Filamentgarne, Gewebe oder Gelege eingelegt sind.

Thermoplaste sind polymere, bei Gebrauchstemperatur weiche oder harte Werkstoffe, die oberhalb der Gebrauchstemperatur einen Fließübergangsbereich besitzen. Thermo- plaste bestehen aus linearen oder verzweigten Polymeren, die im Falle amorpher Ther- moplaste oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg), im Falle (teil) kristalliner Thermo- plaste oberhalb der Schmelztemperatur (Tm) prinzipiell fließfähig werden. Sie können im erweichten Zustand durch Pressen, Extrudieren, Spritzgießen oder andere Form- gebungsverfahren zu Formteilen verarbeitet werden.

Als Folienmaterialien kommen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Hochleistungsthermoplaste in Frage, zum Beispiel PES, PET oder PA. Auch gängige Kunststoffe wie zum Beispiel PE oder PP liegen im Rahmen der Erfindung.

Die Fasern können aus organischen oder anorganischen Materialien bestehen. Als Fasermaterialien kommen insbesondere Glas-oder Kohlenstofffasern in Frage. Kombi- nationen aus beiden Fasertypen oder der Einsatz von Aramidfasern sind ebenfalls mög- lich.

Vorteilhafterweise ist die Orientierung der Verstärkungsfäden oder-fasern entsprechend der Beanspruchung des Laminats im Gebrauch ausgerichtet.

Je nach Anforderungen wird das Volumenverhältnis zwischen Fasern und Folie zwischen 40 % und 70 % eingestellt. Dicke der Folie (n), Komplexität der Verstärkungsstruktur (uni- direktionale Filamentgarne, Gewebe oder Gelege) und Anzahl der Lagen werden so auf- einander abgestimmt, dass einerseits die gewünschten mechanischen Eigenschaften erreicht werden und andererseits eine größtmögliche Faserbenetzung bei dem Konsoli- dierungsvorgang erreicht wird.

Als selbstklebende Beschichtung kommen spezielle Schmelzkleber oder Acrylatmassen in Frage. Diese Klebemassen charakterisieren sich dadurch, dass sie die Faserbenet- zung durch die Polymermatrixschmelze nicht negativ beeinflussen.

Es können prinzipiell verschiedene Polymersysteme gewählt werden, wobei sich beson- ders die sogenannten Hotmelt Massen als vorteilhaft erwiesen haben.

Als Klebemasse ist eine solche auf Acrylathotmelt-Basis geeignet, die einen K-Wert von mindestens 20 aufweist, insbesondere größer 30 (gemessen jeweils in 1 Gew. -% iger Lösung in Toluol, 25°C), erhältlich durch Aufkonzentrieren einer Lösung einer solchen Masse zu einem als Hotmelt verarbeitbaren System.

Das Aufkonzentrieren kann in entsprechend ausgerüsteten Kesseln oder Extrudern statt- finden, insbesondere beim damit einhergehenden Entgasen ist ein Entgasungs-Extruder bevorzugt.

Eine derartige Klebemasse ist in der DE 43 13 008 C2 dargelegt. Diesen auf diesem Wege hergestellten Acrylatmassen wird in einem Zwischenschritt das Lösungsmittel voll- ständig entzogen.

Der K-Wert wird dabei insbesondere bestimmt in Analogie zu DIN 53 726.

Zusätzlich werden dabei weitere leichtflüchtige Bestanteile entfernt. Nach der Beschich- tung aus der Schmelze weisen diese Massen nur noch geringe Anteile an flüchtigen Bestandteilen auf. Somit können alle im oben angeführten Patent beanspruchten Mono- mere/Rezepturen übernommen werden. Ein weiterer Vorteil der im Patent beschriebenen

Massen ist darin zu sehen, dass diese einen hohen K-Wert und damit ein hohes Mole- kulargewicht aufweisen. Dem Fachmann ist bekannt, dass sich Systeme mit höheren Molekulargewichten effizienter vernetzen lassen. Damit sinkt entsprechend der Anteil an flüchtigen Bestandteilen.

Die Lösung der Masse kann 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere 30 bis 70 Gew.-% Lösungsmittel enthalten.

Vorzugsweise werden handelsübliche Lösungsmittel eingesetzt, insbesondere niedrig siedende Kohlenwasserstoffe, Ketone, Alkohole und/oder Ester.

Weiter vorzugsweise werden Einschnecken-, Zweischnecken-oder Mehrschnecken- extruder mit einer oder insbesondere zwei oder mehreren Entgasungseinheiten einge- setzt.

In der Klebemasse auf Acrylathotmelt-Basis können Benzoinderivate einpolymerisiert sein, so beispielsweise Benzoinacrylat oder Benzoinmethacrylat, Acrylsäure-oder Methacrylsäureester. Derartige Benzoinderivate sind in der EP 0 578 151 A beschrieben.

Die Klebemasse auf Acrylathotmelt-Basis kann UV-vernetzt werden. Andere Vernet- zungsarten sind aber auch möglich, zum Beispiel die Elektronenstrahlenvernetzung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden als Selbstklebemassen Copo- lymerisate aus (Meth) acrylsäure und deren Estern mit 1 bis 25 C-Atomen, Malein-, Fumar-und/oder Itaconsäure und/oder deren Estern, substituierten (Meth) acrylamiden, Maleinsäureanhydrid und anderen Vinylverbindungen, wie Vinylestern, insbesondere Vinylacetat, Vinylalkoholen und/oder Vinylethern eingesetzt.

Der Restlösungsmittel-Gehalt sollte unter 1 Gew.-% betragen.

Die Dicke der selbstklebenden Beschichtung liegt in einer weiteren besonders vorteilhaf- ten Ausführungsform der Erfindung zwischen 5 g/m2 und 30 g/m2.

Weiter vorteilhaft ist ein Laminat, bei dem eine zweite thermoplastische Folie auf die selbstklebende Beschichtung zukaschiert ist, wobei die beiden Folien nicht identisch zu sein brauchen.

Die erfindungsgemäßen Halbzeuge können für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen mittels Schmeiz-/Pressverfahren eingesetzt werden.

Unter Einwirkung von Druck und Wärme, zum Beispiel durch Heißpressen, kann diese verstärkte Folie (Faser/Polymerkombination) hervorragend für die Herstellung von a) thermoplastischen"Prepregs" b) mehrschichtigen Flachkörpern, sogenannten"Organoblechen" c) Wickelteilen (Rohre), d) einfachen Pressteilen (Profile) oder e) dreidimensionalen Formteilen eingesetzt werden.

Bei der Fertigung derartiger Halbzeuge beziehungsweise Formteile schmilzt die Poly- merfolie, benetzt die Verstärkungsfasern und die vollständige Konsolidierung zwischen Fasern und Polymermatrix findet statt. Die so hergestellten Halbzeuge können mit Ein- satz von Druck-und Wärmeprozessen zu komplexeren Fertigteilen weiter verarbeitet werden.

Weiter vorteilhaft können die Laminate zur Herstellung von mehrlagigen Körpern verwen- det werden, indem die Laminate aufeinander gelegt und verpresst werden.

Auf diese Weise lassen sich Körper herstellen, die exakt an die jeweiligen Anforderungen (mechanischer Stress beispielsweise) angepasst sind.

Abgesehen von den prozessbedingten Vorteilen, wie zum Beispiel niedrige Herstellungs- kosten, reduziertem Energieaufwand und minimierter Umweltbelastung, die sich bei dem Einsatz von erfindungsgemäßen Folien ergeben, ist mit folgenden Zusatzvorteilen zu rechnen :

Flexible Kombination von Matrix-und Fasermaterialien ; dadurch wird die Berechnung und Herstellung von Organoblechen erleichtert 'Die Vorfixierung der Fasern begünstigt eine gleichmäßige Benetzung der Fasern durch die Matrixschmelze.

Die flexible Matrixfolie erlaubt ein besseres Handling der Halbzeuge.

Breitere Nutzbreiten als bisher üblich (bis 300 mm) sind möglich, erfindungemäße Folien können zu Rollen mit einer Nutzbreite größer 500 mm gewickelt werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Figuren näher erläutert werden, ohne damit die. Erfindung unnötig einschränken zu wollen.

Es zeigen Figur 1 ein erfindungsgemäßes Laminat aus einer thermoplastischen Folie, auf die einseitig eine selbstklebende Beschichtung aufgebracht ist, in der unidirektio- nale Fasern eingelegt sind, Figur 2 ein weiteres Laminat und Figur 3 ein Laminat, dem eine zweite Polymerfolie zukaschiert ist, Figur 4 einen mehrlagigen Körper, der aus einer beliebigen Kombination von erfin- dungsgemäßen Lanimaten gebildet ist.

In der Figur 1 ist ein Laminat gezeigt, das aus einer thermoplastischen Folie 1 besteht, auf die einseitig eine selbstklebende Beschichtung 2 aufgebracht ist, in der unidirektio- nale Fasern 3 eingelegt sind.

Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Laminat, bei dem die Schichtdicke der selbst- klebenden Beschichtung 2 derart ist, dass die Fasern 3 vollständig darin eingebettet sind.

Das Laminat weist somit selbstklebende Eigenschaften auf.

Anwendungstechnisch hat dies den Vorteil, dass die Ausrichtung und Positionierung ein- zelner Laminat-Lagen erleichtert wird.

In Figur 3 ist ein weiteres vorteilhaftes Laminat dargestellt. Bei diesem Laminat ist eine zweite thermoplastische Folie 4 auf die selbstklebende Beschichtung 2 zukaschiert. Die Polymerfolie 4 kann, muss aber nicht, identisch mit der Folie 1 sein.

Figur 4 zeigt einen mehrlagigen Körper, der aus einer beliebigen Kombination von erfin- dungsgemäßen Laminaten 11,12, 13 gebildet ist.

Bei mehrschichtigen Kombinationen lassen sich die mechanischen Anforderungen an die Halbzeuge und später an die Formteile durch die gezielte Anordnung beziehungsweise Orientierung der Fasern in den einzelnen Lagen gut erfüllen.