AT390260B

AT390260B - Verfahren zum herstellen eines kunstharz-halbfabrikats sowie verwendung dieses halbfabrikats

Info

Publication number: AT390260B
Application number: AT0291887A
Authority: AT
Original assignee: Isovolta
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1990-04-10
Also published as: EP0347439A1; ATA291887A; AU2605488A; JPH02502090A; WO1989004340A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbfabrikats bestehend aus einem Trägermaterial, das mit einem gegebenenfalls in Form einer Lösung vorliegenden Kunstharzgemisch imprägniert und/oder beschichtet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Halbfabrikates bei einer durch Aushärten in einer Form erfolgenden Herstellung eines Körpers, der mechanisch 5 tragende Obeiflächenschichten und im Inneren einen Hohlraum oder einen Kern geringeren spezifischen Gewichtes als die mechanisch tragende Oberflächenschichten aufweist.

Ein bekanntes Halbfabrikat dieser Art ist z. B. ein mit einem Epoxydharzhärtergemisch imprägniertes Glasfasergewebe, das im allgemeinen als "Prepreg" bezeichnet wird. Solche Prepregs werden z. B. zur Herstellung von Tennisschlägern verwendet. Dabei werden Zuschnitte aus diesen Prepregs zwecks Bildung einer Schicht um 10 einen Schlauch gewickelt und - zusammen mit anderen zum Aufbau des Schlägers dienenden aushärtbaren faserverstärkten Kunststoffstücken - in eine Form eingelegt. Dieser bewickelte Schlauch verläuft dabei längs des Schlägerrahmens und ist in der Griffzone doppelt geführt Danach wird der Schlauch aufgeblasen und drückt dabei seine Prepreg-Bewicklung gegen die Forminnenfläche. Das in der Form eingebrachte faserverstärkte Epoxydharz wird dann bei erhöhter Temperatur zum Tennisschläger-Körper ausgehärtet wonach der Schlauch entlüftet und aus 15 dem Tennisschläger-Körper herausgezogen wird.

Bei einer solchen Tennisschlägerherstellung ergibt sich nun aber, weil der Querschnitt des Schlägerrahmens im wesentlichen rechteckig ist und außerdem an seinen Ecken flache Rippen aufweist, das Problem, daß der Druck, mit dem die Prepreg-Bewicklung gegen die Forminnenfläche gedrückt wird, an den Rippen nicht unbeträchtlich geringer ist als in den übrigen Bereichen. Dies kann aber zu einer ungünstigen Verteilung von 20 Harz und Faserverstärkung über dem Rahmen-Umfang führen.

Ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, bei dem ein Hohlraum im herzustellenden Bauteil gleichmäßig ausgefüllt wird, ist aus der US-PS 4,559.274 bekannt, bei dem z. B. zum Herstellen von Kraftfahrzeug-Karosserieteilen in einem Hohlraum, der durch eine zweischalige Stahlblechhülle umschlossen wird, plattenförmige Halbfabrikate aus einem aufschäumbaren faserverstärkten Kunststoffmaterial eingebracht werden, 25 die danach unter Wärmezufuhr aufschäumen und den Hohlraum ausfüllen. Angaben über die Art der Herstellung dieser aufschäumbaren Halbfabrikate werden dabei aber nicht gemacht

Der Erfindung liegt nun zunächst die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines aufschäumbaren ein Kunstharz und ein Trägermaterial enthaltendes Halbfabrikat anzugeben, welches bei der Erzeugung von Gegenständen, die man z B. in einer Form bei erhöhter Temperatur herstellt, mit dem Zwecke einsetzt eine 30 möglichst optimale Verteilung des Materials in der Form zu erzielen.

Diese Aufgabe wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Halbfabrikates gelöst das dadurch gekennzeichnet ist, daß das zur Imprägnierung und/oder Beschichtung dienende Kunstharzgemisch ein bei erhöhter Temperatur aktivierbares Treibmittel enthält und daß das imprägnierte und/oder beschichtete Trägermateiial danach zur Austreibung des Lösungsmittels erwärmt wird, ohne daß dadurch das Kunstharzgemisch 35 durch Aktivierung des Treibmittels aufschäumt Dabei erfolgt vorteilhaft zwecks Austreibung des Lösungsmittels die Erwärmung des imprägnierten und/oder beschichteten Trägermaterials auf Temperaturen, die niedriger als die Temperatur sind, bei der die Halbwertszeit des Treibmittels 0,1 h beträgt.

Die kontinuierliche Herstellung von plattenförmigen Schaumstoffen ist zwar aus der EP-A2-109.489 bekannt doch wird hier kein aufschäumbares Halbfabrikat, sondern ein bereits aufgeschäumtes plattenförmiges Produkt 40 erzeugt

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird das imprägnierte und/oder beschichtete Trägermaterial auf Temperaturen erwärmt, die niedriger als die Temperatur sind, bei der die Halbwertszeit des Treibmittels 0,5 h beträgt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Trägermaterial in an sich 45 bekannter Weise ein faseriges flächiges Material, wie ein Fasergewebe, ein Fasergelege, ein Faservlies oder dgl., eingesetzt das mit dem Kunstharzgemisch imprägniert wird.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man als Trägermaterial einen weitgehend kompakten Körper ein, der zumindest über einen Teil seiner Oberfläche mit dem Kunstharzgemisch beschichtet wird. 50 Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Verwendung der durch das erfindungsgemäße

Verfahren hergestellten Halbfabrikate bei einer durch Aushärten in einer Form erfolgenden Herstellung eines Körpers anzugeben, der mechanisch tragende Oberflächenschichten und im Inneren einen Hohlraum oder einen bleibenden Kem geringeren spezifischen Gewichts als die mechanisch tragenden Oberflächenschichten aufweist.

Diese Aufgabe wird in der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß 55 innerhalb der Form zwischen einem den späteren Hohlraum erzeugenden temporären Kem oder dem bleibenden Kem und der Forminnenfläche - zumindest über einen Teil der Forminnenfläche - das Halbfabrikat angebracht wird, daß die in die Form eingebrachten Materialien darauf erhitzt werden, so daß das Halbfabrikat-Material aufschäumt und den zwischen dem Kem und der Forminnenfläche noch verbleibenden freien Raum ausfüllt und schließlich aushärtet. 60 Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verwendung wird zwischen den Halbfabrikat-Lagen und der Forminnenfläche eine nicht schäumbare Deckschicht oder -Lage angebracht, gegen die das Halbfabrikat-Material anschäumt und sie dabei gegen die Forminnenfläche drückt und daß das aufgeschäumte -2-

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Halbfabrikat-Material sich während des Aushärtens mit der Deckschicht oder -Lage verbindet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verwendung schäumt das Halbfabrikat-Material an den bleibenden Kern an und verbindet sich mit diesem während des Aushärtens.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen bzw. der Figuren näher erläutert.

Beispiel 1: Für die Herstellung eines Halbfabrikates in Form eines Prepregs wird ein Epoxydharzgemisch verwendet, das aus einem Epoxydharz mit einem latenten Härter besteht, wie es üblicherweise zur Herstellung von Prepregs für Aushärtetemperaturen zwischen etwa 120 und 150 °C eingesetzt wird. Diesem Epoxydharzgemisch werden dann 3 Gew. % Azobisiobutyronitril als Treibmittel, das bei einer Temperatur von 102 °C eine Halbwertszeit von 0,1 h hat, und 1 Gew. % eines nichtionogenen Netzmittels zugesetzt und durch intensives Rühren im Harzgemisch fein dispergiert. Diese Mischung wird dann auf die für die spätere Verarbeitung als Imprägnier- bzw. Beschichtungslösung erforderliche Viskosität mit Aceton verdünnt

In einer Imprägniermaschine wird nun ein Glasfasergewebe in Bahnenform mit einem Flächengewicht von 280 g/m^ mit der genannten Imprägnierlösung getränkt und der Imprägniermittelaufirag mittels Abquetschwalzen eingestellt Nach Abdampfen des Acetons in einer Trockenzone, die während einer Verweilzeit von ca. 8 min bei Temperaturen von 65 - 70 °C erfolgt, erhält man ein grifftrockenes bzw. leicht klebriges, einen Harzgehalt von ca. 40 % aufweisendes Prepreg, das mit einem Trennpapier als Zwischenlage aufgerollt wird. Für die Herstellung eines Tennisschlägers werden nun, neben dem vorstehend beschriebenen treibmittelhältigen Prepreg, ein treibmittelfreies Prepreg eingesetzt, welches - analog wie vorstehend beschrieben - durch Imprägnieren eines Glasfasergewebes mit einem nun aber treibmittelfreien Epoxydhaizhärtergemisch hergestellt wurde. Bei der Herstellung eines Tennisschläger-Körpers werden Zuschnitte aus dem treibmittelfreien Prepreg und solche aus aus dem treibmittelhältigen Prepreg bzw. andere zum Aufbau des Tennisschlägers vorgesehene faserverstärkte aushärtbare Kunststoffstücke an- bzw. übereinandergelegt Dieses Gelege wird dann um einen Schlauch gewickelt, so daß die treibmittelfreien Prepregs außen zu liegen kommen, und das Ganze dann - wie bereits eingangs der Beschreibung erwähnt - in eine beheizte Form eingebracht und die in die Form eingebrachten Materialien auf eine Temperatur von etwa 140 °C gebracht Dabei wird das Treibmittel aktiviert und schäumt die in der Form eingesetzten treibmittelhältigen Prepregs auf das mehrfache ihres ursprünglichen Volumens auf.

Fig. 1 zeigt für diese Phase des Herstellungsverfahrens in einer Teildarstellung im Schnitt die verwendete Form mit den Formhälften (1) und (2) und einem Querschnitt des herzustellenden Tennisschäger-Rahmens mit dem äußeren Bereich (3), welcher von den treibmittelfreien Prepregs eingenommen wird, den Bereichen (4) mit den aufgeschäumten treibmittelhältigen Prepregs, sowie den aufgeblasenen Schlauch (5). Do- im Schlauch (5) herrschende Druck preßt die Schlauchwand und damit die Prepregs der Bereiche (3) und (4) in Richtung auf die Forminnenfläche (6). Die Wirkung dieses Druckes wird in den Umfangszonen (7) und (8) durch den Druck des in den Prepregs des Bereiches (4) aufschäumenden Treibmittels noch verstärkt und bewirkt, daß - insbesondere in dem Bereich der Rippen (9) - die Prepregs des Bereiches (3) mit ausreichendem Druck gegen die Forminnenfläche (6) gepreßt werden.

Bei der in der Form herrschenden Temperatur von 140 °C härten die mit den Prepregs eingesetzten Epoxydharze während etwa 15 min aus. Danach wird da- nun im wesentlichen fertige Tennisschläger-Körper der Form entnommen und der entlüftete Schlauch (5) aus ihm herausgezogen.

Beispiel 2:

Dieses Beispiel, das die Verwendung von treibmittelhältigen Prepregs bei der Herstellung eines Surfbrettes betrifft, sei nun anhand von Fig. 2 erläutert, welches in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch die bei diesem Verfahren benutzte Form mit den Formhälften (10) und (11) sowie die Anordnung der in die Form eingebrachten Materialien zeigt. Für die Herstellung des Surfbrettes werden zunächst - bei abgehobener oberer Formhälfte (11) treibmittelfreie Epoxydharz-Glasfasergewebe-Prepregs, so wie sie auch gemäß Beispiel 1 eingesetzt wurden, in die untere Formhälfte zur Bildung einer Schicht (12) eingesetzt, die über den Rand der Forminnenfläche der unteren Formhälfte (10) bei (13) krempenförmig übersteht. Danach wird ein Leichtbaukern (14) aus Polyurethanschaum, der - etwas verkleinert - bereits in etwa die endgültige Raumform des herzustellenden Surfbrettes aufweist, mit treibmittelhältigen Epoxydharz-Glasfasergewebe-Prepregs, so wie sie auch in Beispiel (1) eingesetzt wurden, zur Bildung einer aufschäumbaren Schicht bewickelt und der so bewickelte Kern (14) auf die Schicht (12) in die untere Formhälfte (10) eingesetzt. Auf diesen bewickelten Kem (14) werden nun dieselben treibmittelffeien Prepregs, wie sie zur Bildung der Schicht (12) verwendet wurden, in einer weiteren Schicht (15) aufgebracht, die an ihrem Rand bei (13) ebenfalls krempenförmig übersteht. Anschließend wird die Form durch Aufsetzen der oberen Formhälfte (11) geschlossen.

In den beheizten Formhälften werden nun die in der Form eingesetzten Materialien auf eine Temperatur von 120 °C aufgeheizt, wobei die in den eingesetzten Prepregs enthaltenen Epoxydharze verfließen und die treibmittelhältigen Prepregs aufschäumen, wobei diese das Material der Schichten (12) und (15) gegen die -3-

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Forminnenfläche (16) pressen. Das Material (17) der aufschäumenden Prepregs füllt dabei die im Formraum zwischen dem Kern (14) und der Schicht (15) noch bestehenden Hohlräume vollständig aus und kompensiert dabei gegebenenfalls bestehende geringe Abweichungen von der idealen Raumform des eingesetzten Leichtbau-Kems (14). Fig. 2 zeigt diese Phase des Verfahrensablaufes. Das Epoxydharz der eingesetzten Prepregs härtet dann bei der Temperatur von 120 °C während etwa 30 min aus, wobei alle in dem Formraum eingesetzten Materialkomponenten miteinander verkleben bzw. sich innig verbinden. Der im wesentlichen fertige Surfbrett-Rohling wird dann aus der Form ausgebracht und die bei (13) überstehenden und ausgehärteten Schichten (12) bzw. (15) durch mechanische Bearbeitung abgetragen.

Beispiel 3:

Eine andere vorteilhafte Verwendung eines tieibmittelhältigen Epoxydharz-Glasfasergewebe-Prepregs, die bei der Herstellung eines Skis realisiert wird, sei nun anhand von Fig. 3 beschrieben.

Bei einem üblichen Ski-Herstellungsverfahren werden die einzelnen Skibauteile in einer Preßform unter Druck und bei erhöhter Temperatur miteinander verbunden bzw. miteinander verklebt. Fig. 3 zeigt nun, wenn man von den zur Ausbildung der Skienden dienenden speziellen Bauteilen absieht, den in der Preßform aufgenommenen Skiaufbau.

Bei diesem Herstellungsverfahren werden nun zwischen den beiden Farmhälften der Preßform auf eine mit Stahlkanten (20) eingefaßte Skilauffläche (21), jeweils unter Zwischenschaltung einer Bindemittelschicht, ein als Zwischenlage dienendes Epoxydharz-Glasfaserrovinglaminat (22), ein als mechanischer Obergurt dienendes Epoxydhaiz-Glasfaserrovinglaminat (23) und ein Holzkem (24) aufeinandergestapelL Über den Holzkem werden dann Lagen (25) eines treibmittelhältigen Epoxydhaiz-Glasfasergewebe-Prepregs, einer Art wie sie auch gemäß Beispiel 1 verwendet wurden, gelegt, so daß sie auch die Seitenflächen des Holzkems (24) bedecken. Eine schalenförmige Außenhülle (26), die in einem getrennten Verfahren geformt wurde, wird nun über die Prepreg-Lagen (25) gestülpt und die Form durch Aufbringen der oberen Formhälfte (19) geschlossen. Die eingesetzte schalenförmige Außenhülle wird in einem separaten Herstellungsverfahren hergestellt und besteht z. b. an ihrer Innenseite aus einem Epoxydharz-Glasgewebelaminat, das an der später nach außen zu liegen kommenden Seite mit einer dekorativen verschleißfesten Oberflächenschicht wie ABS verbunden ist

Der Skiaufbau wird dann in der Preßform unter Druck während 20 min auf einer Temperatur von etwa 125 °C gehalten. Dabei schäumen die treibmittelhältigen Prepreg-Lagen (25) auf und füllen den Raum zwischen dem Holzkem (24) und der schalenförmigen Außenhülle (26) vollständig aus. In der weiteren Folge des Preßzyklus werden unter Aushärtung des Bindemittels bzw. der aufgeschäumten Prepreg-Lagen (25) die in der Preßform eingesetzten Skibauteile innig miteinander verbunden und der nun fertige Ski-Rohling schließlich der Preßform entnommen.

Beispiel 4:

In diesem Beispiel wird ein Halbfabrikat gemäß der Erfindung beschrieben, das aus einem plattenförmigen Körper besteht, der an einer Seite mit einem treibmittelhältigen Epoxydharz-Härtergemisch beschichtet ist. Dazu werden Phenolschichtpreßstoffplatten einseitig geschliffen und mit dem im Beispiel 1 beschriebenen treibmittelhältigen Harzgemisch mit einem Festharzauftrag von 100 g/m^ beschichtet, das anschließend bei 65 °C getrocknet wird und nach dem Abkühlen eine grifftrockene Bindemittelschicht bildet. Aus diesen beschichteten Platten werden nun in an sich bekannter Weise durch Zuschneiden bzw. Fräsen Skiseitenwangen hergestellt, die - wie nachstehend beschrieben - bei der Herstellung eines Skis verwendet werden.

Ein in einer Preßform aufgenommener Ski-Aufbau, der die vorstehend beschriebenen Skiseitenwangen enthält, sei nun anhand der schematischen Querschnittsdarstellung von Fig. 4 beschrieben. Dieser Skiaufbau enthält -zunächst so wie gemäß Beispiel 3 - unter Zwischenschaltung von Bindemittelschichten die von den Stahlkanten (20) eingefaßte Skilauffläche (21), die beiden Epoxydharz-Glasfaserrovinglaminate (22), (23) und den Holzkern (24). Zu beiden Seiten des Holzkems (24) werden nun die Seitenwangen (27) mit der Bindemittelschicht (28) nach innen eingesetzt und der Holzkem (24) und die beiden Seitenwangen (27) mit einem Oberflächenlaminat, das aus einem den mechanischen Obergurt des Skis bildenden Epoxydharz-Glasfaserrovinglaminat (29) und einer dekorativen Oberfläche (30) aus ABS besteht, abgedeckt.

Der Skiaufbau wird dann in der beheizten Preßform während 20 min auf einer Temperatur von 125 °C gehalten. Dabei erfolgt zunächst ein Aufschäumen der Bindemittelschicht (28), wodurch zwischen dem Holzkem (24) und den beiden Seitenwangen (27) ein für eine Verklebung ausreichender Druck erzeugt wird, der bei Einsatz eines nicht schäumenden, üblichen Bindemittels nicht in diesem Ausmaß zu erreichen ist. Nach Aushärtung der Bindemittelschichten während des restlichen Preßzyklus wird der nun im wesentlichen fertige Ski-Rohling der Preßform entnommen. -4-

Claims

Nr. 390 260 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Herstellen eines Halbfabrikats bestehend aus einem Trägermaterial, das mit einem gegebenenfalls in Form einer Lösung vorliegenden Kunstharzgemisch imprägniert und/oder beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Imprägnierung und/oder Beschichtung dienende Kunstharzgemisch ein bei erhöhter Temperatur aktivierbares Treibmittel enthält und daß das imprägnierte und/oder beschichtete Trägermateiial danach zur Austreibung des Lösungsmittels erwärmt wird, ohne daß dadurch das Kunstharzgemisch durch Aktivierung des Treibmittels aufschäumt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Austreibung des Lösungsmittels die Erwärmung des imprägnierten und/oder beschichteten Trägermaterials auf Temperaturen erfolgt, die niedriger als die Temperatur sind, bei der die Halbwertszeit des Treibmittels 0,1 h beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das imprägnierte und/oder beschichtete Trägermaterial auf Temperaturen erwärmt wird, die niedriger als die Temperatur sind, bei der die Halbwertszeit des Treibmittels 0,5 h beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägermaterial in an sich bekannter Weise ein faseriges flächiges Material, wie ein Fasergewebe, ein Fasergelege, ein Faservlies oder dgl., einsetzt, das mit dem Kunstharzgemisch imprägniert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägermaterial einen weitgehend kompakten Körper einsetzt, der zumindest über einen Teil seiner Oberfläche mit dem Kunstharzgemisch beschichtet wird.
6. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Halbfabrikates bei einer durch Aushärten in einer Form erfolgenden Herstellung eines Körpers, der mechanisch tragende Oberflächenschichten und im Inneren einen Hohlraum oder einen Kern geringeren spezifischen Gewichts als diese mechanisch tragenden Oberflächenschichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Form zwischen einem den späteren Hohlraum erzeugenden temporären Kem oder dem bleibenden Kern und der Forminnenfläche - zumindest über einen Teil der Forminnenfläche - das Halbfabrikat angebracht wird, daß die in die Form eingebrachten Materialien darauf erhitzt werden, so daß das Halbfabrikat-Material aufschäumt und den zwischen dem Kem und der Forminnenfläche noch verbleibenden freien Raum ausfüllt und schließlich aushärtet.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Halbfabrikat-Lagen und der Forminnenfläche eine nicht schäumbare Deckschicht oder -läge angebracht wird, gegen die das Halbfabrikat-Material anschäumt und sie dabei gegen die Forminnenfläche drückt und daß das aufgeschäumte Halbfabrikat-Material sich während des Aushärtens mit der Deckschicht oder -läge verbindet
8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbfabrikat-Material an den bleibenden Kem anschäumt und sich während des Aushärtens mit diesem verbindet Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-