Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Werkstoffen aus amorphen, chemisch modifizierten Polymeren

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbund- Werkstoffen (auch Organobleche genannt), enthaltend eine thermoplastische Formmasse A und mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, wobei das mindestens ein Flächengebilde F aus Verstärkungsfasern B in die Matrix mit der thermoplastischen Formmasse A eingebettet wird und wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist. Die Erfindung betrifft auch Flächengebilde aus Verstärkungsfasern.

Faserverbund-Werkstoffe bzw. Organobleche bestehen meist aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in einer Polymer-Matrix eingebettet sind. Die Einsatzbereiche von Faserverbund-Werkstoffen sind vielfältig. Beispielsweise kommen Faserverbund- Werkstoffe im Fahrzeug- und Luftfahrt-Bereich zum Einsatz. Hierbei sollen Faserverbund-Werkstoffe das Zerreißen oder sonstige Fragmentierungen der Matrix verhindern, um somit die Unfallgefahr durch verteilte Bauteilfetzen zu vermindern. Viele Faserver- bund-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 Alterungs- und Korrosionsbeständig- keit aus.

Festigkeit und Steifigkeit der Faserverbund-Werkstoffe sind dabei an die Belastungsrichtung und Belastungsart anpassbar. Hierbei sind in erster Linie die Fasern für die Festigkeit und Steifigkeit des Faserverbund-Werkstoffs verantwortlich. Zudem be- stimmt 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 regelmäßig vorbehandelt. Hierzu werden der soge- nannten Schlichte regelmäßig Haftvermittler zugesetzt. Eine solche Schlichte (Schlichtemittel) 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 Anwendungsgebiet, 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 im Bau von Elementen, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, eine erhebliche Unfallgefahr von zerrissenen Bauteilen entstehen. Daher ist es gewünscht, Faserverbund-Werkstoffe mit einem weiten Belastungsbereich, bei dem der totale Versagensfall unwahrscheinlich ist, bereitzustellen. Gewünscht sind zudem gute optische Eigenschaften, wie die Möglichkeit, mittels der Faserverbund-Werkstoffe verschiedene Elemente mit glatten Oberflächen herstellen zu können.

In WO 2008/058971 werden Formmassen beschrieben, welche Gruppe 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 sind mit größerer Faser-Matrix Haftung gebildet. Als Matrixmaterialien 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 ver- bessert wird. Es wird daher der Einsatz von Kurzfasern gelehrt. Es wird jedoch kein Hinweis auf Faserverbund-Werkstoffe gegeben.

CN 102924857 beschreibt 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), Glasfa- sern, 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, enthaltend Einzelfasern und Faser-Rovings.

(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 Kurzfasern 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 organofunktionellen Sila- ne, wie beispielsweise Aminopropyl-triethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 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 Imprägnierungsschritt niedermolekulares, d.h. niedrigviskoses PC eingesetzt werden muss, welches eine äußerst schlechte Gebrauchstauglichkeit, wie beispielsweise eine geringe Resistenz gegenüber Spannungsriss auslösenden Agenzien, wie polare Lösungsmittel, aufweist.

Eine technische Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Fa- serverbund-Werkstoffs (Organoblech), der geeignete Eigenschaften zur Herstellung von Formkörpern, Folien und Beschichtungen aufweist, bereitzustellen. Der Faserverbund-Werkstoff sollte auf einem leicht zu verarbeitenden, gegen herkömmliche Lösemittel weitgehend inerten, gut spannungsrissbeständigen, festen Verbundwerkstoff basieren und eine glatte Oberflächen aufweisen. Idealerweise kommt der Faserver- bund-Werkstoff ohne Haftvermittler aus. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Faserverbund-Werkstoff, welcher aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist bzw. erhalten wird.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein Faserverbund-Werkstoff, enthaltend min- destens eine thermoplastische Formmasse A als Matrix, mindestens eine Lage aus Verstärkungsfasern B, und optional mindestens ein Additiv C, wobei die mindestens eine Lage der Verstärkungsfasern B in die Matrix eingebettet ist, und wobei die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Faserverbund-Werkstoffs mit chemi- sehen Gruppen der Oberfläche von Komponente B reagiert, einen Faserverbund- Werkstoff ergibt, welcher eine gute Festigkeit aufweist und spannungsriss- und lösungsmittelbeständig ist. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betriff somit ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs aus einer thermoplastischen Matrix M, enthaltend mindestens eine thermoplastische Formmasse A, und Verstärkungsfasern B, umfassend die Schritte:

i) Bereitstellen mindestens eines Flächengebildes F aus Verstärkungsfasern B, ii) Einbringen des mindestens einem Flächengebildes F in eine thermoplastische Matrix M,

iii) Reaktion von funktionellen Gruppen der thermoplastischen Matrix M mit polaren Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfasern B,

iv) Konsolidierung des Faserverbund-Werkstoffs,

v) ggf. Abkühlen (und gegebenenfalls weitere Verfahrensschritte).

Dem Fachmann wird verständlich sein, dass die thermoplastische Formmasse A erfindungsgemäß mindestens ein (Co)polymer umfasst, das mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, welche während des Herstellungsprozesses des Fa- serverbund-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 ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei der Fa- serverbund-Werkstoff enthält:

a) mindestens eine thermoplastische Formmasse als Matrix M,

b) mindestens ein Flächengebilde F aus Verstärkungsfasern B, und

c) optional mindestens ein Additiv C, bei dem mehrere Flächengebilde F aus Verstärkungsfasern B in die Matrix M eingebettet sind und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung besonders ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei der Faserverbund-Werkstoff aus

a) 30 bis 95 Gew.-% der thermoplastischen Matrix M,

b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, und

c) 0 bis 40 Gew.-% des Additivs C

besteht.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung besonders ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die als Matrix eingesetzte thermoplastische Formmasse A amorph ist.

Das Verfahren kann zu zur Herstellung eines (teilweise) lichtdurchlässigen und/oder bedruckbaren Faserverbund-Werkstoffs W verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung besonders ein wie oben be- schriebenes Verfahren, wobei die thermoplastische Formmasse A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol (glasklar oder schlagfest), Styrol-Acrylnitril- Copolymere, alpha-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh modifizierte Acryl- nitril-Styrol-Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, Styrol- Methylmethacrylat-Copolymere und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymere, sowie Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid.

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 (Poly- mer-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. Dann können diese auch bezeichnet werden als beispielsweise: Poly- styrol-(A-l)-Copolymer, Styrol-Acrylnitril-(A-l)-Copolymer, a-Methylstyrol-Acrylnitril-(A-l)- Copolymer, schlagzäh modifiziertes Acrylnitril-Styrol-(A-l)-Copolymer, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-(A-l)-Copolymer (ABS-(A-I)) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester- (A-I)-Copolymer (ASA-(A-I)). Auch Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid sind möglich.

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.

Beispielhaft können daher die vorstehend genannten Polymer-Komponenten (in ihrer Verwendung als Polymer-Komponente (A-a)) im Falle der Verwendung von Maleinsäureanhydrid (MA) als Monomer A-l auch bezeichnet werden als beispielsweise: Polysty- rol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, schlagzäh modifiziertes Ac- rylnitril-Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, insbesondere Acrylnitril-Butadien- Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ABS-MA) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester- Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ASA-MA). Auch Blends der genannten Copolymere mit Polycarbonat oder Polyamid sind möglich. Es wird verstanden werden, dass entsprechendes auch für andere Monomere A-l gilt.

Optional können ein oder mehrere beliebige weitere (Co)polymere ohne eine solche Funktionalität (als Polymer-Komponente (A-b)) zusätzlich zu der einen oder den meh- reren Polymer-Komponente(n) (A-a) eingesetzt werden. Auch hier können beispielhaft die vorstehend genannten (Co)polymere (daher Polystyrol, Styrol-Acrylnitril- Copolymere, α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere, schlagzäh modifizierte Acrylnitril- Styrol-Copolymere, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymere (ASA), sowie Blends der genannten Copoly- mere mit Polycarbonat oder Polyamid), 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 erkennt, dass das SAN-Copolymer dann zusätzlich ein Monomer A-l umfasst, das während dem Herstellungsprozess mit der Oberfläche der Fasern B reagiert. Entsprechend kann das SAN-Copolymer in seiner Verwendung als Polymer- Komponente (A-a) auch ein SAN-(M-l)-Copolymer (= SAN-(M-I)-Terpolymer) sein, beispielhaft ein SAN-MA-Copolymer (= SAN-MA-Terpolymer). In einer weiteren Ausführungsform, betrifft die Erfindung besonders ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die chemisch reaktive Funktionalität der thermoplastischen Formmasse A basiert auf Komponenten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maleinsäureanhydrid-, N-Phenylmaleinimid-, tert.-Butyl(meth)acrylat- und Gly- cidyl(meth)acrylat-Funktion, etwa ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Malein- säureanhydrid-, N-Phenylmaleinimid- und Glycidyl(meth)acrylat-Funktion.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei zur Herstellung von der thermoplastischen Formmasse A mindestens 0,1 Gew.-%, oftmals 0,15 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-%, Monomere (A-l), bezogen auf Komponente A, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen, verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasen B eine oder mehrere der Funk- tionen aus der Gruppe Hydroxy-, Ester- und Amino-Gruppen enthält.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei Komponente A hergestellt wird aus 65 bis 80 Gew.-% mindestens eines vinylaromatischen Monomers, 19,9 bis 32 Gew.-% Acrylnitril und 0,1 bis 5 Gew.- % eines Monomers (A-l), welches eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, und wobei das Flächengebildes F ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vliese oder ein Gewirke ist.

Dem Fachmann ist bekannt, dass sich Flächengebilde F von Kurzfasern unterschei- den, da bei ersteren zusammenhängende, größere Flächengebilde entstehen, die in der Regel länger als 5 mm sein werden. Der Fachmann weiß, dass hierbei die Flächengebilde bevorzugt so vorliegen, dass sie den Faserverbund-Werkstoff (weitgehend) durchziehen. Daher liegen die Flächengebilde F bevorzugt so vor, dass sie den Faserverbund-Werkstoff (weitgehend) durchziehen. Weitgehend durchziehen bedeutet hierbei, dass die Flächengebilde F mehr als 50%, bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, der Länge des Faserverbund-Werkstoffs durchziehen. Die Länge des Faserverbund-Werkstoffs ist hierbei die größte Ausdehnung in einer der drei Raumrichtungen. Stärker bevorzugt durchziehen die Flächengebilde F mehr als 50%, bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 90%, der Fläche des Faserver- bund-Werkstoffs. Die Fläche ist hierbei der Fläche der größten Ausdehnung in zwei der drei Raumrichtungen. Der Faserverbund-Werkstoff ist bevorzugt (weitgehend) flächig.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei Komponente A hergestellt wird aus 65 bis 80 Gew.-% (o Methyl)Styrol, 19,9 bis 32 Gew.-% Acrylnitril und 0, 1 bis 3 Gew.-% Maleinsäureanhydrid, und wobei das Flächengebildes F ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vliese oder ein Gewirke ist. Besonders bevorzugt liegt der Gehalt an Maleinsäureanhydrid in der Komponente A bei 0,2 bis 2 Gew.-%, noch stärker bevorzugt bei 0,33 bis (etwa) 1 Gew.-%, insbesondere bei (etwa) 1 Gew.-% (daher 0,5 bis 1 ,49 Gew.%), wie aus den experimentellen Beispielen ersichtlich ist. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die Verstärkungsfasen B aus Glasfasern bestehen, welche (bevorzugt) als chemisch reaktive Funktionalität Silangruppen an der Oberfläche enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die Verstärkungsfasen B aus Glasfasern bestehen, welche (bevorzugt) als chemisch reaktive Funktionalität Silanolgruppen an der Oberfläche enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Verrippung oder einen Sand- wichaufbau aufweist und schichtartig aufgebaut ist. Die Verfahrensschritte zur Verrippung sind dem Fachmann bekannt.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei der Faserver- bund-Werkstoff schichtartig aufgebaut ist und mehr als zwei, oftmals mehr als drei Schichten enthält. Beispielhaft können alle Schichten gleichartig und erfindungsgemäß sein oder manche der Schichten können andersartig aufgebaut sein als die erfindungsgemäßen. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die Temperatur zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs (insbesondere bei Schritt (iii)) mindestens 200 °C, bevorzugt mindestens 250 °C und besonders bevorzugt mindestens 300 °C beträgt. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, wobei die Verweildauer zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs bei Temperaturen von mindestens 200 °C bei maximal 10 Minuten, bevorzugt maximal 5 Minuten, besonders bevorzugt maximal 2 Minuten und insbesondere bei maximal 1 Minute liegt. Die thermische Behandlung dauert oftmals von 10 bis 60 Sekunden.

In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Faserverbund-Werkstoff, hergestellt durch ein wie oben beschriebenen Verfahren. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung eines wie oben beschriebenen Faser- verbund-Werkstoffs zur Herstellung von Formkörpern, Folien und Beschichtungen.

Komponente A

Der Faserverbund-Werkstoff enthält mindestens 20 Gew.-%, in der Regel mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Faserverbund-Werkstoffs, der thermoplastischen Matrix M bzw. der thermoplastischen Formmasse A. Die thermoplastische Matrix M, die die thermoplastische Formmasse A enthält, ist in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt von 30 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt von 32 bis 90 Gew.-%, oftmals von 35 bis 80 Gew.-% und insbesondere von 38 bis 70 Gew.-%, be- zogen auf den Faserverbund-Werkstoff, vorhanden. Bevorzugt entspricht die thermoplastische Matrix M der thermoplastischen Formmasse A.

Bevorzugt besteht die thermoplastische Formmasse A hauptsächlich (zu mehr als 50%) aus Polystyrol oder einem Copolymer (A-1 ). Gemäß einer Ausführungsform be- steht die thermoplastische 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 thermoplastische Formmasse A zwar beliebige thermoplastische Kunststoffe in Frage, insbesondere jedoch werden Styrol-Copolymere, insbesondere SAN, SMMA (Styrol- Methylmethacrylat-Copolymere), ABS und ASA eingesetzt, sowie Polystyrol (glasklar, „PS") oder auch schlagfestes Polystyrol (high impact polystyrene,„HIPS"). 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 (Styrol-Copolymer, insbesondere SAN, SMMA, ABS und ASA)) 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 (S-MA), das Copolymer A-1 beispielhaft Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (SAN- MA), Styrol-Methylmethacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (SMMA-MA), Acryl- nitril-Butadien-Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ABS-MA), Acrylester-Styrol- Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (ASA-MA) 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, SAN, SMMA, ABS und/oder ASA (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 thermoplastische Formmasse A amorphe, thermoplastische Eigenschaften auf, ist daher schmelzbar und (weitgehend) nicht kristallin. Dadurch ist der Schrumpf der thermoplastische Formmasse A, und daher auch des gesamten Faserverbund-Werkstoffs, vergleichsweise gering. Es können besonders glatte Oberflächen bei den Formteilen erhalten werden.

Alternativ enthält die Komponente A einen teil-kristallinen Anteil von kleiner 60 Gew.- %, bevorzugt kleiner 50 Gew.-%, besonders 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 ein Blend von amorphen thermoplastischen Polymeren und teilkristallinen Polymeren sein. Die thermoplastische Formmasse A kann z.B. ein Blend eines Styrol-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.-% sein sollte.

Erfindungsgemäß enthält die eingesetzte thermoplastische Formmasse A Polystyrol oder mindestens ein Copolymer A-1 , das Monomere A-l umfasst, die mit den funktionellen Gruppen B-l der eingebetteten Verstärkungsfasern B kovalente Bindungen ein- gehen. Der Anteil an Monomeren A-l in der thermoplastischen Formmasse 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 thermoplastischen 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. Vor- zugsweise 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.-%, bevorzugt von mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere von mindestens 1 Gew.-%, z.B. 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Copolymer 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 Hydroxyl- 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 Copolymer A-1 eingebunden wird.

Optional kann das Copolymer A-1 oder auch ein anderes in der thermoplastischen Formmasse 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 thermoplastischen Formmasse A kann optional weitere funktionelle Monomere A-Il beinhalten.

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 eingesetzt. Beispielweise werden Styrolcopolymere eingesetzt, wie Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN) oder α-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere (AMSAN), 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).

Auch Blends der zuvor genannten Copolymere mit Polycarbonat oder teilkristallinen Polymeren wie Polyamid, sind geeignet, vorausgesetzt, der Anteil teilkristalliner Misch- komponenten an der Komponente A ist kleiner als 50 Gew.%. Ganz besonders bevorzugt werden ABS Copolymere (mit Modifizierung durch Monomere A-l) als thermoplastische Formmasse A 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 Mischkomponenten 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.

Ein erfindungsgemäß verwendetes, modifiziertes (a-Methyl)Styrol-Acrylnitril-Copolymer (als Polymer-Komponente (A-a)) als thermoplastische Formmasse A wird hergestellt aus, bezogen auf das (a-Methyl)Styrol-Acrylnitril-Copolymer, 58 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 65 bis 80 Gew.-% (a-Methyl)Styrol, 14,9 bis 37 Gew.-%, vorzugsweise 19,9 bis 32 Gew.-% Acrylnitril und 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% Maleinsäureanhydrid.

Auch Mischungen aus Styrol-Acrylnitril-Copolymer mit a-Methyl-Styrol-Acrylnitril- Copolymer sind zu nennen.

Ein erfindungsgemäßes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer als thermoplastische Formmasse 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 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 bis 38 Gew.-% Acrylnitril sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.-% eines Monomers A-l, wie Maleinsäureanhydrid. Ein erfindungsgemäßes (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer (als Polymer- Komponente (A-a)) als thermoplastische Formmasse A wird hergestellt aus, bezogen auf das (a-Methyl)Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 Gew.-% (a-Methyl)Styrol und 5 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew-% Methylmethacrylat. Das (o 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 und 5 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew-% Methylmethacrylat.

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, in der genannten Formmasse mindestens ein funktionales Monomer A-l aufweisend. 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 thermoplastischen 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 thermoplastischen Formmassen A ein Molekulargewicht Mw von 60.000 bis 400.000 g/mol, besonders bevorzugt von 80.000 bis 350.000 g/mol auf, wobei Mw durch Lichtstreuung in Tetrahydrofuran bestimmt werden kann (GPC mit UV-Detektor). Das Molekulargewicht Mw der thermoplastischen Formmassen A kann in einem Bereich von +/- 20% variieren.

Vorzugsweise enthält die thermoplastische Formmasse 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 Visko- sitätszahl (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 bevorzug- ten 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-, Masse- oder 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 Ver- Stärkungsfaser B ist in dem Faserverbund-Werkstoff bevorzugt von 5 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 65 Gew.-%, oftmals von 20 bis 60 Gew.-% und insbesondere von 29,9 bis 61 ,9 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, enthalten. Die Verstärkungsfaser B wird als Flächengebilde F eingesetzt. Die Verstärkungsfaser B kann jede Faser sein, deren Oberfläche funktionelle Gruppen B-l aufweist, die mit den Monomeren A-l der Komponente A eine kovalente Bindung eingehen können.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die funktionellen Gruppen B-l an der Ober- fläche 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 als Flächengebilde F in beliebiger Orientierung und Anordnung in den Faserverbund-Werkstoff eingebettet sein. Die Verstärkungsfasern B liegen in dem Faserverbund-Werkstoff nicht statistisch gleichverteilt vor, sondern als Flächengebilde, d.h. 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 Flächengebilde F der 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 mindestens eine thermoplastischer Formmasse 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 Ur- sprungs, die auf irgendeine Weise zu einem Vlies zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind. Gewirke sind Fadensysteme durch Maschenbildung.

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 gegebenenfalls 0 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Summer der Komponenten A bis C, eines oder mehrerer, zu den Komponenten A und B unterschiedlicher Additive (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 sind 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, oftmals 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 Kao- lin, 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, gegebenenfalls 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 Phosphorverbindungen 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 Titan- dioxids wird insbesondere die Rutilform zur Weißfärbung der erfindungsgemäßen Formmassen verwendet.

Schwarze Farbpigmente, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind Eisenoxidschwarz (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. Verfahren zur Herstellung der Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche)

Vorzugsweise werden Organobleche im Spritzgieß- oder Pressverfahren verarbeitet. Somit kann durch eine Funktionsintegration, z.B. das Anspritzen oder Anpressen von Funktionselementen, ein weiterer Kostenvorteil generiert werden, da auf weitere Mon- tageschritte, z.B. das Anschweißen von Funktionselementen, verzichtet werden kann.

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

(i) Bereitstellen von: mindestens einer thermoplastischen Formmasse A als Matrix M, enthaltend (oder bestehend aus) Polystyrol oder mindestens ein Copolymer A- 1 , das Monomere A-l enthält (sowie optional ein oder mehrere weitere (Co)polymere (A-a) und/oder (A-b));

mindestens eines Flächengebildes F aus Verstärkungsfasern B, deren Oberfläche funktionelle Gruppen B-l aufweist, die mit den Monomeren A-l, eine kovalente Bindung eingehen können;

optional mindestens einem Additiv C; (ii) Einbringen des mindestens einem Flächengebildes F in eine thermoplastische Matrix M; und

Reagieren mindestens eines Teils der Monomere A-l des Polystyrols oder des Copolymers A-1 mit mindestens einem Teil der funktionellen Gruppen B-l der mindestens einen Verstärkungsfaser B aus Schritt (ii) unter Ausbildung kovalen- ter 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, b) 5 bis 70 Gew.-% mindestens einer Verstärkungsfaser B, und

c) 0 bis 40 Gew.-%, oftmals 0,1 bis 25 Gew.-%, mindestens eines Additivs C.

Das Einbringen des mindestens einem Flächengebildes F in eine thermoplastische Matrix M von Schritt (ii) erfolgt vorzugsweise über Schmelzen der thermoplastischen Formmasse A und Inkontakt-Bringen dieser mit mindestens einem Flächengebilde F aus Verstärkungsfaser B aus Schritt (i).

Schritt (ii) des Verfahrens, das Schmelzen der thermoplastischen Formmasse A und das Inkontakt-Bringen dieser Schmelze mit den Verstärkungsfasern B, kann auf jede hierzu geeignete Weise erfolgen. Bei einer solchen Imprägnierung kann die Matrix M, bestehend aus mindestens einer thermoplastischen Formmasse A, in einen fließfähigen Zustand überführt werden und die Verstärkungsfasern B unter Ausbildung einer Grenzschicht benetzt werden. Schritte (ii) und (iii) können auch gleichzeitig durchgeführt werden. Dann findet unmittelbar beim Inkontakt-Bringen der thermoplastischen Formmasse A mit den Verstärkungsfasern B eine chemische Reaktion statt, bei der die Monomere A-l mit der Ober- fläche 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 Silanolgrup- pen einer Glasfaser). Alternativ kann die Ausbildung einer kovalenten Bindung auch in einem gesonderten Schritt initiiert werden (z.B. durch Temperaturerhöhung, Radikal- starter 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 Styrol-Copolymere, also amorphe thermoplastische Matrices, als thermoplastische Formmasse A verwendet. Somit kann die Oberflächenqualität, für die nachfolgend beschriebenen Anwendungen, im Vergleich zu den teilkristallinen Thermoplas- ten für derartige Verkleidungsteile wesentlich gesteigert werden, da durch die geringere Schwindung der amorphen Thermoplaste die Oberflächentopologie, aufgrund der faserreichen (Kreuzungspunkt bei Geweben) und faserarmen Regionen, wesentlich verbessert wird. In Schritt (iv), bei der Konsolidierung, werden Lufteinschlüsse in dem Faserverbund- Werkstoff vermindert und eine gute Verbindung zwischen thermoplastischer Formmasse A und Verstärkungsfaser B (insbesondere, wenn es sich um schichtenweise eingebettete Verstärkungsfasern B handelt) hergestellt. Bevorzugt ist es, nach Imprägnierung und Konsolidierung einen (möglichst weitgehend) porenfreien Materialverbund zu erhalten.

Alternativ können die genannten Schritte 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 thermoplastischer Formmasse A stattfindet. Danach können imprägnierte Lagen mit Verstärkungsfasern B mit unterschiedlicher Faser-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 thermoplastischer Formmasse A laminiert werden, kann wenigstens ein Teil der Verstärkungsfasern B einer Vorbehandlung unterzogen 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.

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

Dass Verfahren kann auch die Herstellung eines Formteils T umfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren als weiteren Schritt (v) eine dreidimensionale Formgebung zu einem Formteil T.

Dies kann auf beliebige Art erfolgen, etwa durch mechanische Formgebung durch ei- nen 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. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs, wobei Komponente A hergestellt wird aus

65 bis 80 Gew.-% (a-Methyl)Styrol,

19,9 bis 32 Gew.-% Acrylnitril und

0,1 bis 3 Gew.-% Maleinsäureanhydrid,

wobei das Flächengebildes F ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vliese oder ein Gewirke ist, und

wobei die Verweildauer zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs bei Temperaturen von mindestens 200 °C bei maximal 10 Minuten liegt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Faserverbund-Werkstoffs aus einer thermoplastischen Matrix M, enthaltend

a) 30 bis 95 Gew.-% einer als Matrix M eingesetzten, amorphen thermoplastischen Formmasse A, wobei zur Herstellung von der thermoplastischen Formmasse A mindestens 0.1 Gew.-% Monomere, bezogen auf Komponente A, welche eine chemisch reaktive Funktionalität aufweisen, verwendet werden,

insbesondere wobei Komponente A hergestellt wird aus 65 bis 80 Gew.-% (o Methyl)Styrol, 19,9 bis 32 Gew.-% Acrylnitril und 0,1 bis 3 Gew.-% (insbesondere 0.33 bis 1 Gew.-%) Maleinsäureanhydrid und/oder wobei das Flächengebildes F ein Gelege, ein Gewebe, eine Matte, ein Vliese oder ein Gewirke ist,

b) 5 bis 70 Gew.-% der Verstärkungsfasern B, wobei die Verstärkungsfasern B aus Glasfasern bestehen, welche als chemisch reaktive Funktionalität Silanolgruppen an der Oberfläche enthalten, und

c) 0 bis 40 Gew.-% des Additivs C

bei dem mehrere Flächengebilde F aus Verstärkungsfasern B in die Matrix M eingebettet sind und die thermoplastische Formmasse A mindestens eine chemisch reaktive Funktionalität aufweist, umfassend die Schritte: i) Bereitstellen mindestens eines Flächengebildes F aus Verstärkungsfasern B, wobei die Oberfläche der Verstärkungsfasern B eine oder mehrere der Funktionen aus der Gruppe Hydroxy-, Ester- und Amino-Gruppen enthält,

ii) Einbringen des mindestens einem Flächengebildes F in die thermoplastische Matrix M, bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens 200°C,

iii) Reaktion von funktionellen Gruppen der thermoplastischen Matrix M mit polaren Gruppen an der Oberfläche der Verstärkungsfasern B, wobei die Verweildauer zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs bei Temperaturen von mindestens 200 °C bei maximal 10 Minuten liegt, und

iv) Konsolidierung des Faserverbund-Werkstoffs,

v) ggf. Abkühlen und weitere Verfahrensschritte,

bevorzugt wobei der Faserverbund-Werkstoff eine Verrippung oder einen Sandwichaufbau aufweist und schichtartig aufgebaut ist. Noch stärker bevorzugt weist das Verfahren bzw. weist der Faserverbund-Werkstoff noch eine oder mehrere weitere Eigenschaften wie hierin beschrieben auf.

Bevorzugt wird am Ende des Verfahrens ein (weitgehend) festes Formteil T erhalten. Bevorzugt umfasst daher das Verfahren als weiteren Schritt (v) das Aushärten des Formteils T oder des aus Schritt (iv) erhaltenen Produkts.

Dieser Schritt kann auch als Solidifikation bezeichnet werden. Die in der Regel unter Wärmeentzug stattfindende Solidifikation kann anschließend zu einem gebrauchsferti- gen 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 zu Herstellung von glatten oder dreidimensional geprägten Folien.

Alternativ könne auch Formteile T semi- oder diskontinuierlich hergestellt werden.

Die Organobleche besitzen eine amorphe, thermoplastische Matrix M. Diese können im Spritzgießverfahren mit einer Verrippung angebracht werden, auf einen geschäumten, thermoplastischen Kern oder auf einen Wabenkern als Deckschichten aufkaschiert (verschweißt) werden. Die Verbesserung der Bauteilsteifigkeit durch eine Verrippung (Bildung einer gerippten Struktur) wird durch die Vergrößerung des Flächenträgheitsmomentes begründet. Generell beinhaltet die optimale Rippendimensionierung produktionstechnische, ästheti- sehe und konstruktive Gesichtspunkte.

Die Verstärkungsfasern B können als Flächengebilde F aus von Verstärkungsfasern B in einem einzigen Verarbeitungsschritt mit der Matrix M, enthaltend eine thermoplastische Formmasse A, imprägniert und konsolidiert werden. Die Herstellung des Faser- verbund-Werkstoffs kann auf diese Weise in besonders effizienter Art erfolgen.

Figuren

Figur 1 zeigt den Faserverbund-Werkstoff, der nach Versuchs-Nr. 1 (Vgl.) erhalten wurden. Figur 1A 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 horizontal verlaufende dunkle Schicht zwischen den hellen Schichten aus thermoplastischer Formmasse erkennbar sind. Figur 1 B zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei er- kennbar wird, dass die Imprägnierung an einigen Stellen nicht abgeschlossen ist.

Figur 2 zeigt den erfindungsgemäß hergestellten Faserverbund-Werkstoff, der nach Versuchs-Nr. 2 erhalten wurden. Figur 2A 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 2B zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung weitgehend abgeschlossen ist.

Figur 3 zeigt den Faserverbund-Werkstoff, der nach Versuchs-Nr. 3 erhalten wurden. Figur 3A 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 kaum erkennbar ist. Figur 3B zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an einzelnen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist.

Figur 4 zeigt den Faserverbund-Werkstoff, der nach Versuchs-Nr. 4 erhalten wurden. Figur 4A 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 4B zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an wenigen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist.

Figur 5 zeigt die Faserverbund-Werkstoffe, die nach Versuchs-Nr. 5 erhalten wurden. Figur 5A 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 5B zeigt die 200-fache Vergrößerung, wobei erkennbar wird, dass die Imprägnierung an wenigen Stellen nicht vollständig abgeschlossen ist.

Figur 6 zeigt schematisch die Entstehung von unerwünschter Bildung von Oberflächenwellen (Textur).

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele, Figuren und Ansprüche näher beschrieben.

Beispiele

Beispiel 1

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 Halbzeugen, Laminaten und Sandwichplatten 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 sind:

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)).

Komponenten:

A1 : Styrol-Acrylnitril (S/AN) Copolymer mit der Zusammensetzung 75 Gew.-% Styrol (S) und 25 Gew.-% Acrylnitril (AN), Viskositätszahl 60, Mw von 250.000 g/mol (gemes- sen via Gel Permeations Chromatographie an Standard Säulen mit monodispersen Polystyrol Eichstandards)

A2: S/AN/Maleinsäureanhydrid (S/AN/MSA) Copolymer mit der Zusammensetzung (Gew.-%): 74/25/1 ; Konzentration an funktionellen Gruppen: 1 Gew.-% MSA (98.1 g/mol) in 74 Gew.-% Styrol (104.2 g/mol) und 25 Gew.-% AN (53.1 g/mol), 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 , Konzentration an funktionellen Gruppen: 0,67 Gew.- % MSA

A4. Mischung aus A2 : A1 = 1 : 2, Konzentration an funktionellen Gruppen: 0,33 Gew.- % MSA B1_: Bidirektionales Glasfasergelege 0/90° mit Flächengewicht = ca. 590 g/m2, Schuss + Kette = 1200tex (=1200 g/1000m) [beispielsweise KN G 590.1 von P-D Glasseiden GmbH] B2: Glasfaser-Köpergewebe 2/2 mit Flächengewicht = ca. 576 g/m2, Schuss + Kette = 1200tex [beispielsweise GW 123-580K2 von P-D Glasseiden GmbH]

Die Kombinationen und Parametereinstellungen zu dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:

Tabelle 1 : Details zur Herstellung der Faserverbund-Werkstoffe gemäß V1 (Vgl.), V2 bis V5.

^* 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

Komponenten A + B2: 0.454 mm Dicke Textilaufbau, 0.653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41.0 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 .660 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 .106 mm

Die Ergebnisse zu Versuchen 1 bis 5 werden nachfolgend zusammengefasst:

Versuch Nr. 1 (Vgl.)

Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen

Mikroimprägnierung: vereinzelt nicht abgeschlossen

Mikroskopische Bewertung im Halbzeug-Inneren:

Matrixschicht in Mittellage: kaum erkennbar

Matrixschicht in Decklage: am Roving erkennbar Imprägnierung Kettfäden: mittig vereinzelt unimprägnierte Bereiche, umlaufend gut imprägniert

Imprägnierung Schussfäden: mittig unimprägnierte Bereiche, umlaufend leicht imprägniert

Konsolidierung: nicht ausreichend, deutliche Beschädigung Schussfäden erkennbar

Das Ergebnis ist in Figur 1 dargestellt.

Versuchs Nr. 2

Visuelle Bewertung an der Halbzeug-Oberfläche:

Makroimprägnierung: abgeschlossen

Mikroimprägnierung: abgeschlossen

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

Konsolidierung: gut, keine Beschädigungen von Kett- und Schussfäden erkennbar

Das Ergebnis ist in Figur 2 dargestellt. Versuchs Nr. 3

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 Das Ergebnis ist in Figur 3 dargestellt.

Versuchs Nr. 4

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

Das Ergebnis ist in Figur 4 dargestellt.

Versuchs Nr. 5

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

Das Ergebnis ist in Figur 5 dargestellt.

Zusammenfassung der Versuchsergebnisse Tabelle 2: Zusammenfassung der Versuche und Bewertung der Imprägnation und Konsolidierung.

^* 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 Komponenten A + B2: 0,454 mm Dicke Textilaufbau, 0,653 mm Dicke Matrixaufbau, Gesamtvolumen Matrix: 22 ml, Faser-Volumenanteil: 41 ,0 %, Gesamtdichte Halbzeug: 1 ,660 g/ml, Gesamtdicke Halbzeug: 1 ,106 mm

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

Tabelle 2 stellt dar, dass die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe (Versuchsnummern 2 bis 4) unerwarteter Weise verbesserte Eigenschaften in der Konsolidierung und in der Mikro-Imprägnation aufweisen.

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

^* 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 Parametereinstellungen sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:

Tabelle 4. Herstellungsbedingungen der Faserverbund-Werkstoffe W

^* 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

Tabelle 5. Vergleich der Biegefestigkeit.

Tabelle 5 zeigt die in einer Versuchsreihe erhaltenen Faserverbund-Werkstoffe W. Es wurden jeweils reines SAN (A1 ) sowie ein S/AN/Maleinsäureanhydrid Copolymer (A2) mit einer handelsüblichen Gelege- und Gewebeverstärkung in einem identischen Pro- zess kombiniert und geprüft. Der Faservolumengehalt der Verbünde betrug 42%. Die verbesserte Qualität der Imprägnierung und Verbindung zwischen Faser und Matrix zeigt sich nicht an der Biegesteifigkeit, aber deutlich an der Biegefestigkeit (Bruchspannung) der untersuchten Proben. Versuchs-Nr. 7

Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6. Vergleich der Wellentiefe Wt.

Hierbei sind die Komponenten wie folgt definiert:

SAN: SAN-MA-Terpolymer, Gewichtszusammensetzung (Gew.-%): 73/25/2, Mw:

250.000 g/mol (gemessen via Gelpermeations-Chromatographie an Stan- dard-säulen mit monodispersen Polystyrol-Standards), MVR: 15-25 cm ³ /10 min bei 220°C/10kg (IS01 133), Viskositätszahl (in DMF) J = 61 -67 ml/g

PC OD: leichtfließendes, amorphes Polycarbonat optischer Grade für optische

Discs)

PA6: teilkristallines, leichtfließendes Polyamid 6

Fasern (B3): Glasfasergewebe Köper 2/2 (GF-KG) mit Flächengewicht = 300 g/m ² ,

Schuss, + Kette = 320tex

Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, ist die Verwendung von SAN-MA-Terpolymer besonders vorteilhaft bezüglich des Erhalts einer geringen Wellentiefe der Oberfläche. PC OD zeigte sich als spannungsrissempfindlich.

Beispiele für Mehrschicht-Organobleche Die beschriebenen Faserverbund-Werkstoffe (Organobleche), insbesondere mit amorpher, thermoplastischer Matrix eignen sich besonders für die Herstellung von transparenten und transluzenten Formkörper, Folien und Beschichtungen. Einige Beispiele sind nachfolgend aufgezeigt. Wenn nicht anders erwähnt werden die Formteile in Spritzgussverfahren hergestellt. Beispiel 1 : Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs M

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.

Beispiel 2: Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs N

65 Gew.-%, bezogen auf den Faserverbund-Werkstoff, eines Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymer als thermoplastische Formmasse A (ABS hergestellt aus: 45 Gew.-% Butadien, 30 Gew.-% Styrol, 24 Gew.-% Acrylnitril und 1 Gew.-% Maleinsäureanhydrid) wird mit 35 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. Der Faserverbund- Werkstoff wird im Anschluss verrippt.

Beispiel 3: Herstellung von Formteilen aus den Faserverbund-Werkstoffen M und N

Beispiel A: Waschmaschinenfenster

Beispiel B: Linsenabdeckungen

Es wird eine erhöhte Steifigkeit des Fensters und der Linsenabdeckung gegenüber entsprechenden aus Glas bestehenden Materialien beobachtet. Ferner sind die Orga- nobleche weniger empfindlich gegenüber Kratzern und Druck.

Weitere Versuche zur Biegespannung an mit Flächengebilden verstärkten Faser- Verb u n d -Wi rkstoff e n

Die Komponenten sind wie oben definiert. Die Biegespannung und das Biegemodul wurden nach DIN 14125:201 1 -05 bestimmt.

Die Kombinationen und Parametereinstellungen zu dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt: Tabelle 7: Zusammensetzungen Vgl. 1 , Vgl. 2, Vgl. 10 und Vgl. 15 sowie der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen V3 bis V9 und V1 1 bis V14. X: Gewichtsverhältnis Komponente A : B = 60 : 40

In Tabelle 7 werden die Bedingungen der durchgeführten Versuche dargestellt.

Hierbei wurden die Edukte, sowie die Temperatur und die Presszeit variiert. Der Pressdruck betrug in allen Versuchsreihen ca. 20 bar.

Tabelle 8: Mittelwerte der maximalen Biegespannung der Kett- und Schussrichtung der hergestellten Organobleche gemäß den Mischungen Vgl. 2, V5, V7, V9, Vgl. 10, V12 bis V14 und Vgl. 15, wobei die Herstellungstemperatur je mindestens 300 °C betrug.

Nr. Faserrichtung Mittelwerte der maximale Biegespannung [MPa]

Vgl. 2 Kettrichtung 21 1 ,23

Schussrichtung 184,94

V5 Kettrichtung 670,48

Schussrichtung 271 ,05

V7 Kettrichtung 590,98

Schussrichtung 301 ,21

V9 Kettrichtung 371 ,73

Schussrichtung 244,62

Vgl. 10 Kettrichtung 319,8 Schussrichtung 236,01

V12 Kettrichtung 556,15

Schussrichtung 484,24

V13 Kettrichtung 528,96

Schussrichtung 386,83

V14 Kettrichtung 513,95

Schussrichtung 413,86

Vgl. 15 Kettrichtung 423,03

Schussrichtung 301 ,40

Die in Tabelle 8 dargestellten Werte sind das Mittel von je neun Messungen.

Tabelle 8 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Organobleche V5, V7, V9, V12, V13 und V14 eine höhere mittlere maximale Biegespannung aufweisen als die Organobleche, welche eine Matrix enthaltend 75 Gew.-% Styrol (S) und 25 Gew.-% Acrylnitril (AN), aufweist (Vgl. 10 und Vgl. 15). Auch der Vergleich von V9 mit Vgl. 10 zeigt, dass unter den gleichen Bedingungen (T=320 °C und t=30 s) das erfindungsgemäße Organoblech eine größere Biegespannung sowohl in der Kett- als auch in der Schussrichtung aufweist.

Es zeigt sich, dass durch das Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Werkstoffs mit einer thermoplastischen Formmasse A, Verstärkungsfasern B verbesserte Produkte erhalten werden können.

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:

Schmelzevolumen: 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-Kopergewebe (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°, Flä- chengewicht 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 Orga- nobleche in einem Endlosverfahren herstellen, die problemlos (in kaschierbare, trans- portübliche 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 Faser- verbund-Werkstoffe. Beispielhaft zeigen dies die untenstehenden, gemessenen Werte. Tabelle 9. Messergebnisse der LSM-Vermessung mit SAN-Matrixsystem - Wellentiefe (Wt) und Raumittenwert (Ra)

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

Tabelle 10. 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.

Als besonders vorteilhaft erwies es sich, bei der Compoundierung der Fasern mit der matrix höhere Temperaturen > 300°C, wie etwa 310°C oder 320°C zu verwenden. Hierdurch konnten besonders gute Verstärkungen der Biegespannung erreicht werden. 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)

Hergestellt wurden folgende transparente Faserverbund-Werkstoffe, in die jeweils flä- chiges Fasermaterial eingebracht wurde. Die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe wiesen jeweils eine Dicke von etwa 1 ,1 mm auf. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hat keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen oder optischen Eigenschaften. Für die Pro- ben wurden folgende Biegefestigkeiten nach DIN EN ISO 14125 ermittelt:

Tabelle 1 1 . Transparente Faserverbund-Werkstoffe - Biegefestigkeit

Hergestellt wurden zudem folgende schwarz eingefärbte Faserverbund-Werkstoffe, bei denen der Matrix 2 Gew.-% Industrieruß beigemischt und in die jeweils flächiges Fasermaterial eingebracht wurde. Die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe wiesen jeweils eine Dicke von etwa 1 ,1 mm auf. Um die Vergleichbarkeit der Proben weiter zu erhöhen, wurden auf die hergestellten Faserverbund-Werkstoffe jeweils beidseitig ein dünnes Glasfaservlies (GV50, siehe oben) aufgebracht. Dieses hat keinen merklichen Einfluss auf die mechanischen oder optischen Eigenschaften. Für die Proben wurden folgende Biegefestigkeiten nach DIN EN ISO 14125 ermittelt: Tabelle 12. Intransparente Faserverbund-Werkstoffe - Biegefestigkeit

Zusammenfassend zeigte sich, dass die eingesetzten Gewebe (FG290 und FG320) zu Faserverbund-Werkstoffen mit besonders hoher Biegefestigkeit verarbeitet werden können. Die erfindungsgemäßen Faserverbund-Werkstoffe, bei denen die Matrix eine mit den Fasern reagierende Komponenten (hier: Maleinsäureanhydrid (MA)) enthält, weisen eine signifikant höhere Biegefestigkeit auf als die Vergleichsformmassen ohne eine solche Komponente, wie etwa PC(OD) oder PA6.

Im Vergleich dazu wurde für den nicht-erfindungsgemäßen, mit Kurzglasfasern verstärkten Faserverbund-Werkstoff Luran 378P G7 lediglich eine Biegefestigkeit von 150 MPa gefunden, daher eine deutlich niedrigere Biegefestigkeit. Zusätzlich wurde für die Faserverbund-Werkstoffe die Schlagzähigkeit bzw. das Durchstoßverhalten (Dart Test nach ISO 6603) ermittelt. Auch hier 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 zu dreidimensionalen Halbzeugen umformbar waren, wie beispielsweise zu halbschalenförmigen Halbzeugen. 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 (Organoblech) hat gezeigt, dass gute Faserverbund-Werkstoffe (als Organobleche und daraus hergestell- ten Halbzeugen) reproduzierbar hergestellt werden können. Diese können farblos oder farbig hergestellt werden. Die Faserverbund-Werkstoffe zeigten gute bis sehr gute optische, haptische und mechanische Eigenschaften (etwa bezüglich ihrer Biegefestigkeit und Durchstoßfestigkeit). Mechanisch zeigten die Gewebe etwas größere Festigkeit und Steifigkeit als Ge- lege. 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 Halbzeugen umformen.