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EP2852643A1 - Gelcoat auf epoxidharzbasis zur oberflächenvergütung von bauteilen aus faserverstärkten kunststoffen - Google Patents

Gelcoat auf epoxidharzbasis zur oberflächenvergütung von bauteilen aus faserverstärkten kunststoffen

Info

Publication number
EP2852643A1
EP2852643A1 EP13735186.2A EP13735186A EP2852643A1 EP 2852643 A1 EP2852643 A1 EP 2852643A1 EP 13735186 A EP13735186 A EP 13735186A EP 2852643 A1 EP2852643 A1 EP 2852643A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
gelcoat
composition
composition according
parent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13735186.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens BÜNING
Jochen Wehner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mankiewicz Gebr and Co GmbH and Co KG
Original Assignee
Mankiewicz Gebr and Co GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mankiewicz Gebr and Co GmbH and Co KG filed Critical Mankiewicz Gebr and Co GmbH and Co KG
Publication of EP2852643A1 publication Critical patent/EP2852643A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D163/00—Coating compositions based on epoxy resins; Coating compositions based on derivatives of epoxy resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/15—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with at least one layer being manufactured and immediately laminated before reaching its stable state, e.g. in which a layer is extruded and laminated while in semi-molten state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/043—Improving the adhesiveness of the coatings per se, e.g. forming primers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
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    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2305/00—Condition, form or state of the layers or laminate
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    • B32B2305/076—Prepregs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J2475/04—Polyurethanes
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31511—Of epoxy ether

Definitions

  • the invention relates to compositions based on epoxy resins for the production of gel coats and the use of these gel coats for the surface treatment of fiber-reinforced plastics. Moreover, the invention relates to processes for the preparation of the gel coats and to processes for the production of surface-tempered components made of fiber-reinforced plastics, in particular production processes which use prepregs.
  • the component surfaces are painted with appropriate coating materials, in particular weather-resistant and corrosion-protecting coatings, e.g. be used based on aliphatic polyurethanes.
  • appropriate coating materials in particular weather-resistant and corrosion-protecting coatings, e.g. be used based on aliphatic polyurethanes.
  • the surfaces to be painted must be pretreated consuming.
  • a paintable surface is usually used in several processes -
  • CONFIRMATION COPY received steps. First, the surface of the demolded component is abraded to completely remove any existing mold release agent. Then, the surface is coated or troweled with a putty to balance the surface defects, such as pores or protruding single fibers, that are revealed by the abrasion. After the putty has set, the surface is re-ground to obtain a smooth, paintable surface.
  • Gelcoat is a composition based on a resin system that is applied in an in-mold process on surfaces of composite components. Through the use of gelcoats, tempered surfaces are obtained in the manufacturing process of the component, which are smooth and at the same time easy to sand. They can be painted directly after sanding. In general, the gelcoat is applied as a first layer in a component form and as far as precured or gelled that he has the degree of dryness 6 according to DIN 53 150 and meets the mechanical requirements of the other process.
  • the fibers are applied in the form of fabrics, nonwovens or sheets, and the laminating resin containing the curable resins used as the matrix. The entire structure is then cured.
  • the gelcoat film must be strong enough to allow the fibers to be laid up and, if necessary, removed without damaging the film. ended. For very large shapes such as rotor blades for wind turbines, fiber fabrics or fleeces are usually placed by hand. The gelcoat film must therefore be accessible without damage.
  • the filler distributed in the resin system builds up a framework which causes the necessary mechanical stability even at a low pre-hardening or a slight progress of the hardening reaction of the gelcoat. More advantageous is the use of transparent gel coats, since laminating defects such as gas bubbles or dry, not resin-wetted points in the laminate can be detected and repaired immediately after demolding of the component. Transparent gelcoats without fillers have to be pre-cured much more strongly in order to achieve the required stability of the film. However, the greater progress of the curing reaction leads to significantly shorter lamination times.
  • the lamination time is the time between the time when the gelcoat film applied to the mold is tack-free and the time at which the gelcoat film must be overlaminated to ensure adhesion between gelcoat and laminate.
  • Parent component comprising at least one or more
  • Epoxy resins and a hardener component having one or more amines.
  • a hardener component having one or more amines.
  • gelcoat resin systems based on
  • the gel coats based on epoxy resins according to the invention exhibit no monomer emissions. Also, they show little to no shrinkage during the Curing so that stresses in the composite / gelcoat interface are avoided and a stable interface is obtained. Furthermore, composites based on epoxy resins (EP) show good adhesion to the gelcoats according to the invention.
  • UP unsaturated polyesters
  • EP epoxy resins
  • Epoxy resins suitable in accordance with the present invention are aromatic glycidyl compounds, e.g. Glycidyl ether of bisphenol A, glycidyl ether of bisphenol F,
  • Phenol novolak glycidyl ethers cresol novolak glycidyl ethers, glyoxoldrapraphenyl tetraglycidyl ethers, p-tert-butyl phenyl glycidyl ethers, cresyl glycidyl ethers, N, N-diglycidyl aniline, p-aminophenol triglycide, 4,4-diamino diphenylmethane tetraglycide, cycloaliphatic glycidyl compounds, such as Tetrahydrophthalic diglycidyl ether, hexahydrophthalic diglycidyl ether, cyclohexane-dimethanol diglycidyl ether, glycidyl ether of hydrogenated bisphenol A and glycidyl ether of hydrogenated bisphenol F, epoxidized cycloolefins, aliphatic
  • the composition comprises one or more polyols.
  • the polyols may be included in both the parent component and the hardener component. According to the invention, the polyols are preferably used in the parent component. Suitable polyols are, for example, polyacrylate polyols, polyester polyols, polyether polyols, polycarbonate polyols, polycaprolactones and polyurethane polyols. preferred
  • average molar masses based on the number average of the polyols are 1000 to 3000, preferably 1500 to 2500, particularly preferably 1800 to 2000, g / mol.
  • the polyols are used in amounts of from 2 to 40, preferably from 5 to 30, particularly preferably from 10 to 20, percent by weight of polyols, based on the parent component including the polyols.
  • Polytetrahydrofuran polyols are preferably used.
  • fillers and / or pigments can be used in small amounts.
  • fillers are understood to be particles which are practically insoluble in the application medium and are used to influence optical properties.
  • they can also contribute to increasing the volume, to achieving or improving technical properties.
  • pigments in the application medium is understood to mean virtually insoluble substances which are used as colorants or colorants.
  • compositions are easily clouded with fillers and / or pigments for better handling, so that it is recognizable in the application where material has already been applied.
  • the composition according to the invention preferably contains in the main component at most 5, preferably at most 2, more preferably at most 1, very preferably at most 0.5, weight percent fillers and / or pigments based on the parent component. Become bigger
  • the composition is intransparent.
  • Suitable fillers and pigments are e.g. mineral substances such as kaolin or talc, synthetic substances such as e.g. Barium sulfate or calcium carbonate and the inorganic or organic pigments commonly used in paint production and mixtures thereof. Titanium dioxide or carbon black is preferably used according to the invention.
  • the hardener component has one or more amines.
  • suitable amines are polyamines from the group of polyethylenepolyamines, for example ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,3-pentanediamine, 2-methylpentamethylenediamine, propyleneamines such as propylenediamine, dipropylenetriamine, diethylaminopropylamine, trimethylhexamethylenediamine, polyethers polyamines, for example polyoxypropylene diamines or polyoxypropylene triamines, polyoxypropylene polyamines, polyoxyethylene polyamines, polytetrahydrofuran polyamines or butanediol ether diamine or N-aminopropylcyclohexylamine, alkylenediamines, for example hexamethylenediamine, trimethylhexamethylenediamine or methylpent
  • Cycloaliphatic amines in particular isophorodiamine, are preferably used.
  • the amines are used in amounts of from 60 to 100, preferably from 80 to 95, particularly preferably from 85 to 95, percent by weight, based on the hardener component.
  • the hardener components according to the invention may contain accelerators.
  • Suitable accelerators are tertiary amines such. N, N-dimethylaniline or benzyldimethylamine, alcoholates, imidazoles, Mannich bases such as e.g. Dimethylaminomethylphenol or tris (dimethylamino-methyl) -phenol, boron trifluoride complexes, Broenstedt acids, alkylphenols, polyphenols, onium salts, triarylsulfonium salts, iron-arene complexes or salts of alkali or alkaline earth metals, such as e.g. Lithium bromide or calcium nitrate.
  • Preferred accelerators are phenols, polyphenols, alkali and alkaline earth metal salts. Calcium nitrate tetrahydrate is particularly preferably used.
  • the accelerators are used in amounts of from 0.2 to 40, preferably from 0.5 to 20, particularly preferably from 1 to 10, percent by weight, based on the hardener component.
  • the composition contains plasticizers.
  • Suitable plasticizers are polyurethane prepolymers with blocked Isocyanate groups.
  • the plasticizers can be used both in the parent component and in the hardener component.
  • Isocyanate prepolymers blocked with substituted phenols and / or pyrazoles are preferably used in the parent component, as described in patent application EP 0688803 A1.
  • the patent application EP 0688803 A1 is hereby expressly included in the disclosure of the present invention.
  • Particularly preferred are linear polymers with alkylphenol-capped terminal isocyanate groups. If the plasticizers are used in the hardener component, preference is given to isocyanate prepolymers whose isocyanate groups are blocked with secondary monoamines, as described in the patent application EP 0457089 A2.
  • the plasticizers are used in the hardener component, preference is given to isocyanate prepolymers whose isocyanate groups are blocked with secondary monoamines, as described in the patent application EP 0457089 A
  • Patent application EP 0457089 A2 is hereby expressly included in the disclosure of the present invention.
  • compositions according to the invention may comprise the customary additives known to the person skilled in the art.
  • rheology additives such as fumed silica, flow control agents or defoamers in the usual amounts can be used.
  • the use of epoxy resins and amines in the molar ratio of the epoxide groups to epoxide-reactive NH groups (EP: NH) of from 1 to 0.7 to 1 to 1.4, particularly preferably from 1 to 0.8 to is preferred 1 to 1.3, most preferably from 1 to 0.9 to 1 to 1.2.
  • the gel coats which can be prepared from the compositions according to the invention are transparent, ie have little coverability.
  • the hiding power of the gel coats according to the invention is determined according to DIN EN ISO 2814 on a check card. Covering the checks could only be determined with layer thicknesses of more than 1 mm.
  • the commonly used layer thickness of a gelcoat is significantly lower at about 500 ⁇ m.
  • the gelcoats according to the invention have relatively short gelation times. Due to their short fishing times, the occupancy time of the mold is significantly reduced, which allows short mold loading cycles. They are tough in the gelled state as a gelcoat film and not brittle. The comparison with conventional transparent gel coats shows for the gel coats according to the invention a significantly better elongation at break and tear propagation resistance. Also, a repositioning of applied prepregs without damage is possible on the gelcoat films according to the invention.
  • the gelcoats according to the invention have the mechanical stability required for the further process steps.
  • they also meet the increased requirements for the production of laminates or fiber-reinforced plastic composite components in the prepreg process. They show as well as the usual, filled gel coats good adhesion to the laminate, are well sandable and paintable in the cured state.
  • the object underlying the invention is further achieved by the use of the invention suitable gel coats for surface treatment of fiber-reinforced plastic composite components or laminates.
  • the gelcoats are preferably applied to surfaces of the components in an internal method.
  • the gelcoat film is introduced as the first layer in the component form.
  • the composition according to the invention is first introduced into a mold within the pot life.
  • the pot life is the period in which the mixture can be processed. It begins with the time at which both reaction components are mixed and ends at the time when the viscosity of the reaction mixture has increased too much to allow the application of a uniformly thick layer.
  • the gelled film, the gelcoat film is sufficiently mechanically stable not to be damaged when the laminating resin and fibers are applied, but is still sufficiently reactive to form a stable bond with the laminating resin upon cure.
  • Used laminating resins are, for example, epoxy resins, unsaturated polyester resins and vinyl ester resins.
  • Used fibers are, for example, fabrics, scrims or nonwovens made of glass, carbon or plastic fibers.
  • the contacting of the gelcoat layer with the laminating resin must take place within the lamination time of the gelcoat. Subsequently, laminating resin and gelcoat are completely cured.
  • the gelcoats according to the invention are preferably used for the surface treatment of epoxy resin composites, since they show better adhesion to these materials than gelcoats based on other resin systems. In addition, they contain no volatile monomers and are therefore less hazardous to occupational hygiene.
  • the object underlying the invention is further achieved by processes for the production of surface-modified fiber-reinforced plastic composite components or laminates.
  • the provided components, the parent and the hardener component of the composition according to the invention are mixed.
  • the mixture is mixed with the methods of application familiar to the person skilled in the art, such as e.g. Brushing, rolling, spraying or casting introduced as a first layer in a component mold.
  • the applied mixture is gelatinized or precured to the gelcoat film.
  • the fibers are applied to the gelcoat film in the form of woven, laid or nonwoven fabrics and the laminating resin.
  • the entire structure is cured to the component.
  • the component is removed from the mold, its surface ground and then painted.
  • Fibers and laminating resin can be applied to the gelcoat film in a variety of ways.
  • the person skilled in the usual laminating procedures are common, such as vacuum bag method, injection method, infusion method and wet lamination.
  • One possibility for producing the fiber composite material is the use of prepregs.
  • Prepregs are impregnated Resin fiber mats that are inserted into the component mold. The resin is partially precured and has a relatively high tack at room temperature.
  • a problem with the use of prepregs is the repositioning on the gelcoat film. Component molds are usually pretreated with a release agent so that the gelcoat film itself has no adhesion to the mold. If sticky prepreg is placed on the gelcoat and then peeled off again, the gelcoat must not break or break.
  • the gelcoat film Since there is no adhesion to the mold, the gelcoat film must be mechanically stable accordingly.
  • the gelcoats according to the invention form films which have the required mechanical properties, so that they are preferably used in prepreg processes.
  • the compositions of the invention require only short gelation times. Since the curing process in the prepreg process is significantly faster than in the other processes, they are also particularly suitable in this regard for use in these processes.
  • the elongation at break is determined by mandrel bending test according to the test specification DIN EN ISO 1519.
  • DIN EN ISO 1519 test specification
  • metal plates on which the coating to be examined has been applied are bent around a mandrel.
  • the tear strength is determined by tear propagation tests in accordance with the test specification DIN EN ISO 13937-2. It measures the force that must be expended to increase a crack in the coating being tested. The higher the force applied, the tighter the coating is.
  • the prepreg repositionability is determined by the following experimental setup, which simulates a laminate construction in a component form.
  • a release agent is applied on a sufficiently large metal plate.
  • an area of 1 m 2 is coated on the thus prepared plate with a gelcoat composition.
  • the composition is gelated to the gelcoat film at the given temperature and duration.
  • a prepreg in DIN A4 size is placed in the middle and pressed with a defined force for 1 minute. Subsequently, will pulled off the prepreg at an angle of 90 ° jerky.
  • the visible damages of the gelcoat film are evaluated as follows:
  • Tables 2a and 2b show the results of the tests on gelcoat films that have been gelled under different conditions.
  • the gelcoats according to the invention show markedly improved values in terms of elongation at break and tear propagation resistance.
  • the detachment of an applied and pressed pre-preg does not damage the gel coats according to the invention. They can thus be used without the usual disadvantages in prepreg process.
  • the gelcoat compositions are introduced into a mold and gelled, and prepreg is applied to the resulting gelcoat film.
  • the mold is closed, a vacuum bag applied and evacuated.
  • the entire structure is cured, the conditions of curing by the prepreg used are given.
  • the following tests are carried out on the cured laminates.
  • the elongation at break is determined by the above-mentioned mandrel bending test.
  • metal strips were coated with gelcoat, the gel coat was gelled and cured under temperature conditions as were used in the curing of the prepreg laminates.
  • the adhesive strength of the gelcoat on the laminate is determined by tear-off tests according to the test specification DIN EN ISO 4624. The higher the tension to tear off the punch, the stronger the adhesion.
  • the sandability or abrasion and their paintability or the adhesion of coatings on the surfaces are determined.
  • the abrasion resistance is determined according to the test specification ASTM D 4060 with a S33 wheel, 500 revolutions, 1000 g load, gravimetrically. The larger the weight difference, the higher the abrasion and the better the sanding ability.
  • the laminate surfaces are first sanded with 180 grit sandpaper. Then the sanding dust is removed and the surface is painted with a suitable, commercially available varnish. After complete curing of the lacquer layer, the adhesion or adhesive strength is determined by tear tests according to the test specification DIN EN ISO 4624. The higher the tension to tear off the punch, the stronger the adhesion.
  • Table 3 shows the results of the surface-modified laminates according to the invention in comparison to the customary surface-modified laminates.
  • the laminates according to the invention like the conventional laminates, meet all requirements with regard to adhesion, sandability and paintability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen zur Herstellung eines Gelcoats enthaltend eine Stammkomponente und eine Härterkomponente, wobei die Zusammensetzung zumindest ein Epoxidharz, zumindest ein Polyol, zumindest ein Amin und maximal 5 Gewichtsprozent Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Gelcoats und Verfahren zur Oberflächenvergütung von faserverstärkten Kunststoffen sowie Verfahren zur Herstellung von oberflächenvergüteten Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere Herstellungsverfahren, welche Prepregs einsetzen.

Description

Gelcoat auf Epoxidharzbasis zur Oberflächenvergütung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen
Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen auf Basis von Epoxidharzen zur Herstellung von Gelcoats und die Verwendung dieser Gelcoats zur Oberflächenvergütung von faserverstärkten Kunststoffen. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der Gelcoats sowie Verfahren zur Herstellung von oberflächenvergüteten Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen, insbesondere Herstellungsverfahren, welche Prepregs einsetzen.
Oberflächen von Laminaten bzw. Bauteilen aus Fasern wie z.B. Glas-, Kohle- oder Kunststofffasern in einer Matrix aus härtbaren Harzen wie z.B. Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen oder Vinylesterharzen haben in der Regel wenig ansehnliche Oberflächen, die außerdem nicht licht- und witterungsbeständig sind. Sollen diese Bauteile in Anwendungen, bei denen dekorative oder bewitterungsbeständige Oberflächen erforderlich sind, eingesetzt werden, so müssen sie mit Schutzbeschichtungen versehen werden.
In der Regel werden die Bauteiloberflächen mit entsprechenden Beschichtungsstoffen lackiert, wobei vor allem bewitterungsbeständige und vor Korrosion schützende Lacke z.B. auf Basis von aliphatischen Polyurethanen eingesetzt werden. Um eine ausreichende Haftung der Beschichtung auf dem Bauteil zu erhalten, müssen die zu lackierenden Oberflächen jedoch aufwendig vorbehandelt werden. Eine lackierfähige Oberfläche wird üblicherweise in mehreren Verfahrens -
BESTÄTIGUNGSKOPIE schritten erhalten. Zunächst wird die Oberfläche des entformten Bauteils abgeschliffen, um vorhandenes Formtrennmittel vollständig zu entfernen. Anschließend wird die Oberfläche mit einer Spachtelmasse beschichtet oder gespachtelt, um die durch das Abschleifen freigelegten Oberflächendefekte wie Poren oder hervorstehende einzelne Fasern auszugleichen. Nach dem Aushärten der Spachtelmasse wird die Oberfläche erneut geschliffen, um eine glatte, lackierfähige Oberfläche zu erhalten.
Eine Alternative zu diesen zeit- und arbeitsaufwendigen Vorbehandlungsverfahren ist der Einsatz eines Gelcoats. Als Gelcoat wird eine Zusammensetzung basierend auf einem Harzsystem bezeichnet, das in einem In-Mold-Verfahren auf Oberflächen von Bauteilen in Verbundbauweise aufgebracht wird. Durch den Einsatz von Gelcoats werden im Herstellungsprozess des Bauteils vergütete Oberflächen erhalten, die glatt und gleichzeitig gut schleifbar sind. Sie können nach dem Schleifen direkt lackiert werden. In der Regel wird der Gelcoat als erste Schicht in eine Bauteilform appliziert und soweit vorgehärtet bzw. angeliert, dass er den Trockengrad 6 nach DIN 53 150 aufweist und die mechanischen Anforderungen des weiteren Verfahrens erfüllt. Auf dem angelierten Gelcoat-Film werden die Fasern z.B. in Form von Geweben, Vliesen oder Gelegen und das Laminierharz , das die als Matrix eingesetzten härtbaren Harze enthält, aufgebracht. Der gesamte Aufbau wird anschließend ausgehärtet. Der Gelcoat-Film muss so stabil sein, dass die Fasern aufgelegt und gegebenenfalls wieder abgezogen werden können, ohne den Film zu beschä- digen. Bei sehr großen Formen wie z.B. Rotorblättern für Windkraftanlagen, werden Fasergewebe oder -vliese üblicherweise per Hand aufgelegt. Der Gelcoat-Film muss daher auch ohne Beschädigung begehbar sein.
Bisher werden gefüllte Gelcoats eingesetzt. Der im Harzsystem verteilte Füllstoff baut ein Gerüst auf, das schon bei einer geringen Vorhärtung bzw. einem geringen Fortschritt der Härtungsreaktion des Gelcoats die notwendige mechanische Stabilität bewirkt. Vorteilhafter ist die Verwendung transparenter Gelcoats, da Laminierfehler wie zum Beispiel Gasblasen oder trockene, nicht harzbenetzte Stellen im Laminat unmittelbar nach der Entformung des Bauteils erkannt und repariert werden können. Transparente Gelcoats ohne Füllstoffe müssen deutlich stärker vorgehärtet werden, um die geforderte Stabilität des Films zu erreichen. Der stärkere Fortschritt der Aushärtungs- reaktion führt jedoch zu deutlich kürzeren Laminier- zeiten. Als Laminierzeit wird dabei der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, in dem der in die Form applizierte Gelcoat-Film klebfrei ist, und dem Zeitpunkt, in dem der Gelcoat-Film überlaminiert sein muss, um noch eine Haftung zwischen Gelcoat und Laminat sicherzustellen, bezeichnet.
Transparente Gelcoats werden aus diesen Gründen bisher nur zur Herstellung von Laminaten unter Verwendung von flüssigen Laminierharzen eingesetzt. In Prepreg-Verfahren muss die mechanische Stabilität des Gelcoat-Films deutlich höher sein, da die Klebrigkeit der Prepregs ihre Handhabung insbesondere das Aufbringen auf den Gelcoat-Film erschwert. Positionskorrekturen sind in Regel nicht möglich, da beim Abziehen des Prepregs vom Gelcoat-Film der Film reißt oder gar der gesamte Aufbau aus der Form gerissen wird. Wird der Gelcoat-Film jedoch stärker vorgehärtet, um eine höhere Stabilität zu erreichen, wird die Lamierzeit zu kurz, um die Laminatschichten insbesondere in größeren Formen aufbauen zu können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Mittel und Verfahren zur Verfügung zu stellen, die den Einsatz von transparenten Gelcoats unter Beibehaltung der bekannten Vorteile insbesondere im Prepreg-Verfahren ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Zusammensetzung zur Herstellung eines Gelcoats gemäß Hauptanspruch sowie durch ihre Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung eines mit Gelcoat beschichteten Bauteils gemäß den Nebenansprüchen. Bevorzugte Ausführungs- formen offenbaren die Unteransprüche und die Beschreibung .
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zur
Herstellung eines Gelcoats enthaltend eine
Stammkomponente, die zumindest ein oder mehrere
Epoxidharze aufweist, und eine Härterkomponente, die ein oder mehrere Amine aufweist. Im Unterschied zu den üblichen Gelcoat -Harzsystemen auf Basis
radikalisch härtender Harze wie ungesättigter Polyester (UP) , Vinylester oder Acrylat -terminierter Oligomere, zeigen die erfindungsgemäßen Gelcoats auf Basis von Epoxidharzen keine Monomeremissionen. Auch zeigen sie wenig bis keinen Schrumpf während des Aushärtens, so dass Spannungen in der Grenzfläche Verbundwerkstoff/Gelcoat vermieden werden und eine stabile Grenzfläche erhalten wird. Weiterhin zeigen Verbundwerkstoffen auf Basis von Epoxidharzen (EP) gute Haftung zu den erfindungsgemäßen Gelcoats.
Erfindungsgemäß geeignete Epoxidharze sind aromatische GlycidylVerbindungen wie z.B. Glycidylether des Bisphenol A, Glycidylether des Bisphenol F,
Phenolnovolak-Glyzidylether, Kresolnovolak-Glycidyl - ether, Glyoxaltetraphenoltetraglycidylether, p-tert.- Butyl-Phenylglycidylether, Kresylglycidylether, N,N- Diglycidylanilin, p-Aminophenol -triglycid, 4,4-Di- aminodiphenylmethan-tetraglycid, cycloaliphatische GlycidylVerbindungen, wie z.B. Tetrahydrophtalsäure- diglycidylether , Hexahydrophtalsäurediglycidylether , Cyclohexan-Dimethanol-Diglycidylether, Glycidylether von hydriertem Bisphenol A und Glycidylether von hydriertem Bisphenol F, epoxidierte Cycloolefine , aliphatische Glycidylether wie z.B. Trimethylol- propantriglycidylether, die Diglycidylether von 1,6- Hexandiol und 1 , 4 -Butandiol , n-Dodecylglycidylether , n-Tetradecylglycidylether sowie Glycidylether von Polyoxyalkylenpolyolen . Dabei können nieder- und mittelviskose flüssige Epoxidharztypen, halbfeste und feste Epoxidharztypen sowie deren Gemische eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt werden Glycidylether des Bisphenol A, Glycidylether des Bisphenol F, Trimethylolpropantriglycidylether und deren Gemische eingesetzt. Die Epoxidharze werden in Mengen von 40 bis 90, bevorzugt von 60 bis 80, besonders bevorzugt von 65 bis 75, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente eingesetzt. Weiterhin weist die Zusammensetzung ein oder mehrere Polyole auf. Die Polyole können sowohl in der Stammkomponente als auch in der Härterkomponente enthalten sein. Erfindungsgemäß bevorzugt werden die Polyole in der Stammkomponente eingesetzt. Geeignete Polyole sind z.B. Polyacrylat-Polyole , Polyester-Polyole , Polyether- Polyole, Polycarbonat - Polyole, Polycapro- lactone sowie Polyurethan-Polyole . Bevorzugte
mittlere Molmassen bezogen auf das Zahlenmittel der Polyole sind 1000 bis 3000, bevorzugt 1500 bis 2500, besonders bevorzugt 1800 bis 2000, g/mol. Die Polyole werden in Mengen von 2 bis 40, bevorzugt von 5 bis 30, besonders bevorzugt von 10 bis 20, Gewichtsprozent Polyole bezogen auf die Stammkomponente einschließlich der Polyole eingesetzt. Bevorzugt werden Polytetrahydrofuran-Polyole eingesetzt.
Um die Applikation der transparenten Gelcoats zu erleichtern, können Füllstoffe und/oder Pigmente in geringen Mengen eingesetzt werden. Als Füllstoffe werden im Weiteren aus Teilchen bestehende, im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Substanzen verstanden, die zur Beeinflussung optischer Eigenschaften verwendet werden. Zusätzlich können sie auch zur Vergrößerung des Volumens, zur Erzielung oder Verbesserung technischer Eigenschaften beitragen. Im Weiteren werden unter dem Begriff Pigmente im Anwendungsmedium praktisch unlösliche Substanzen verstanden, die als farbgebende Substanzen oder Farbmittel eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen werden zur besseren Handhabung ganz leicht mit Füllstoffen und/oder Pigmenten eingetrübt, so dass bei der Applikation erkennbar ist, wo schon Material appliziert wurde. Dazu enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung bevorzugt in der Stammkomponente maximal 5, bevorzugt maximal 2, besonders bevorzugt maximal 1 , ganz besonders bevorzugt maximal 0,5, Gewichtsprozent Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente. Werden größere
Mengen eingesetzt, wird die Zusammensetzung intransparent. Geeignete Füllstoffe und Pigmente sind z.B. mineralische Stoffe wie Kaolin oder Talkum, synthetische Stoffe wie z.B. Bariumsulfat oder Calciumcarbonat sowie die in der Lackherstellung üblicherweise eingesetzten anorganischen oder organischen Pigmente und deren Gemische. Erfindungsgemäß bevorzugt wird Titandioxid oder Ruß eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Härterkomponente ein oder mehrere Amine auf. Geeignete Amine sind z.B. Polyamine aus der Gruppe der Polyethylenpolyamine wie z.B. Ethylendiamin, Di- ethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylen- pentamin, Pentaethylenhexamin, 1 , 3 -Pentandiamin, 2- Methylpentamethylendiamin, Propylenamine wie z.B. Propylendiamin, Dipropylentriamin, Diethylamino- propylamin, Trimethylhexamethylendiamin, Polyether- polyamine wie z.B. Polyoxypropylendiamine oder Poly- oxypropylentriamine , Polyoxypropylenpolyamine , Poly- oxyethylenpolyamine , Polytetrahydrofuranpolyamine oder Butandioletherdiamin oder N-Aminopropylcyclo- hexylamin, Alkylendiamine wie z.B. Hexamethylendi- amin, Trimethylhexamethylendiamin oder Methylpenta- methylendiamin, cycloaliphatische Amine wie z.B. Tri- cyclododecandiamin, N-Aminoethylpiperazin, Isophoron- diamin oder Diaminocyclohexan, aromatische Amine wie z.B. Diaminodiphenylmethan oder Diaminodiphenyl - sulfon, araliphatische Amine wie z.B. m-Xylylendiamin und deren Modifikationen wie beispielsweise Poly- aminoamide, Mannichbasen und Epoxidaddukte sowie deren Mischungen. Bevorzugt werden cycloaliphatische Amine insbesondere Isophorodiamin eingesetzt. Die Amine werden in Mengen von 60 bis 100, bevorzugt von 80 bis 95, besonders bevorzugt von 85 bis 95, Gewichtsprozent bezogen auf die Härterkomponente eingesetzt .
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Härterkomponenten Beschleuniger enthalten. Geeignete Beschleuniger sind tertiäre Amine wie z. B. N,N-Di- methylanilin oder Benzyldimethylamin, Alkoholate, Imidazole, Mannichbasen wie z.B. Dimethylaminomethyl- phenol oder Tris (dimethylamino-methyl) -Phenol , Bor- trifluordikomplexe, Broenstedt -Säuren, Alkylphenole , Polyphenole, Onium-Salze, Triarylsulfoniumsalze , Eisen-Aren-Komplexe oder Salze von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie z.B. Lithiumbromid oder Calcium- nitrat . Bevorzugte Beschleuniger sind Phenole, Polyphenole, Alkali- und Erdalkalimetallsalze. Besonders bevorzugt wird Calciumnitrattetrahydrat eingesetzt. Die Beschleuniger werden in Mengen von 0,2 bis 40, bevorzugt von 0,5 bis 20, besonders bevorzugt von 1 bis 10, Gewichtsprozent bezogen auf die Härterkomponente eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung Weichmacher. Geeignete Weichmacher sind Polyurethanprepolymere mit blockierten Isocyanatgruppen. Die Weichmacher können dabei sowohl in der Stammkomponente als auch in der Härterkomponente eingesetzt werden. In der Stammkomponente werden bevorzugt Isocyanatprepolymere blockiert mit substituierten Phenolen und/oder Pyrazolen eingesetzt wie sie in der Patentanmeldung EP 0688803 AI beschreibt. Die Patentanmeldung EP 0688803 AI wird hiermit ausdrücklich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen. Besonders bevorzugt sind lineare Polymere mit Alkylphenol verkappten endständigen Isocyanatgruppen. Werden die Weichmacher in der Härterkomponente eingesetzt, so sind Isocyanatprepolymere bevorzugt, deren Isocyanatgruppen mit sekundären Monoaminen blockiert sind wie in der Patentanmeldung EP 0457089 A2 beschrieben. Die
Patentanmeldung EP 0457089 A2 wird hiermit ausdrücklich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen .
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen die üblichen, dem Fachmann geläufigen Additive enthalten. So können beispielsweise Rheologie-Additive wie pyrogene Kieselsäure, Verlaufshilfsmittel oder Entschäumer in den üblichen Mengen eingesetzt werden .
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Einsatz von Epoxidharzen und Aminen im molaren Verhältnis der Epoxid- gruppen zu gegen Epoxidgruppen reaktiven N-H-Gruppen (EP:N-H) von 1 zu 0,7 bis 1 zu 1,4, besonders bevorzugt von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,3, ganz besonders bevorzugt von 1 zu 0,9 bis 1 zu 1,2. Die aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen herstellbaren Gelcoats sind transparent, d.h. wenig deckfähig. Die Deckfähigkeit der erfindungsgemäßen Gelcoats wird nach DIN EN ISO 2814 auf einer Karokarte bestimmt. Eine Abdeckung der Karos konnte erst bei Schichtdicken über 1 mm festgestellt werden. Die üblicherweise eingesetzte Schichtdicke eines Gelcoats liegt mit etwa 500 μπι deutlich darunter.
Die erfindungsgemäßen Gelcoats haben relativ kurze Angelierzeiten. Durch ihre kurzen Angelierzeiten wird die Belegungszeit der Form deutlich verringert, was kürze Formbelegungszyklen erlaubt . Sie sind im angelierten Zustand als Gelcoat-Film zäh und nicht spröde. Der Vergleich mit üblichen transparenten Gelcoats zeigt für die erfindungsgemäßen Gelcoats eine deutlich bessere Bruchdehnung und Weiterreißfestigkeit. Auch ist auf den erfindungsgemäßen Gelcoat- Filmen eine Repositionierung von aufgelegten Prepregs ohne Beschädigung möglich.
Die erfindungsgemäßen Gelcoats weisen trotz ihrer Transparenz die für die weiteren Verfahrensschritte erforderliche mechanische Stabilität auf. Insbesondere erfüllen sie auch die erhöhten Anforderungen zur Herstellung von Laminaten bzw. Faserkunststoff- verbundbauteilen im Prepreg-Verfahren. Sie zeigen ebenso wie die üblichen, gefüllten Gelcoats gute Haftung auf dem Laminat, sind im ausgehärteten Zustand gut schleifbar und lackierfähig.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung des erfindungs- gemäßen Gelcoats zur Oberflächenvergütung von Faserkunststoffverbundbauteilen oder Laminaten. Bevorzugt werden die Gelcoats dabei in einem In- old-Verfahren auf Oberflächen der Bauteile aufgebracht. Dazu wird der Gelcoat-Film als erste Schicht in die Bauteilform eingebracht. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird nach dem Vermischen ihrer Reaktionskomponenten, der Stamm- und der Härterkomponente, innerhalb der Topf zeit zuerst in eine Form eingetragen. Die Topf- zeit ist dabei der Zeitraum, in dem die Mischung verarbeitbar ist. Sie beginnt mit dem Zeitpunkt, in dem beiden Reaktionskomponenten vermischt werden, und endet an dem Zeitpunkt, in dem die Viskosität der Reaktionsmischung zu stark angestiegen ist, um die Applikation einer gleichmäßig dicken Schicht zu ermöglichen. Die nach dem Gelieren erhaltene Schicht, der Gelcoat-Film, ist hinreichend mechanisch stabil, um bei Auftragen des Laminierharzes und der Fasern nicht beschädigt zu werden, ist jedoch noch ausreichend reaktiv, um beim Aushärten mit dem Laminierharz eine stabile Verbindung einzugehen. Eingesetzte La- minierharze sind beispielsweise Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze und Vinylesterharze . Eingesetzte Fasern sind beispielsweise Gewebe, Gelege oder Vliese aus Glas-, Kohle- oder Kunststofffasern . Um eine ausreichende Haftung zwischen Laminierharz und Gelcoat zu gewährleisten, muss das Inkontaktbringen der Gelcoatschicht mit dem Laminierharz innerhalb der Laminierzeit des Gelcoats erfolgen. Anschließend werden Laminierharz und Gelcoat vollständig ausgehärtet . Die erfindungsgemäßen Gelcoats werden bevorzugt zur Oberflächenvergütung von Epoxidharz-Verbundwerkstoffen verwendet, da sie eine bessere Haftung zu diesen Werkstoffen zeigen als Gelcoats auf Basis anderer Harzsysteme. Darüber hinaus enthalten sie keine flüchtigen Monomeren und sind deshalb arbeitshygienisch weniger bedenklich.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch Verfahren zur Herstellung von oberflächenvergüteten Faserkunststoffverbundbauteilen oder Laminaten gelöst . Zunächst werden die bereit gestellten Komponenten, die Stamm- und die Härterkomponente, der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemischt. Die Mischung wird mit den dem Fachmann geläufigen Applikationsverfahren wie z.B. Streichen, Rollen, Spritzen oder Gießen als erste Schicht in eine Bauteilform eingebracht. Anschließend wird die aufgetragene Mischung zum Gelcoat-Film angeliert bzw. vorgehärtet. Auf den Gelcoat-Film werden die Fasern in Form von Geweben, Gelegen oder Vliesen und das Laminierharz aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird der gesamte Aufbau zum Bauteil ausgehärtet . Das Bauteil wird der Form entnommen, seine Oberfläche geschliffen und anschließend lackiert.
Fasern und Laminierharz können auf verschieden Weise auf den Gelcoat-Film angebracht werden. Dem Fachmann sind die üblichen Laminierverfahren geläufig wie beispielsweise Vakuumsack-Verfahren, Injektionsverfahren, Infusionsverfahren und Nasslaminieren . Eine Möglichkeit den Faserverbundwerkstoff zu erzeugen ist der Einsatz von Prepregs . Prepregs sind imprägnierte Harz-Faser-Matten, die in die Bauteilform eingelegt werden. Das Harz ist teilweise vorgehärtet und besitzt bei Raumtemperatur eine relative starke Klebrigkeit. Ein Problem beim Einsatz von Prepregs ist das Repositionieren auf dem Gelcoat-Film. Bauteilformen sind üblicherweise mit einem Trennmittel vorbehandelt, so dass der Gelcoat-Film selbst keine Haftung zur Form hat. Wird klebriges Prepreg auf den Gelcoat gelegt und dann wieder abgezogen, darf der Gelcoat nicht reißen oder brechen. Da keine Haftung zur Form besteht, muss der Gelcoat-Film entsprechend mechanisch stabil sein. Die erfindungsgemäßen Gelcoats bilden Filme, welche die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen, so dass sie bevorzugt in Prepreg-Verfahren eingesetzt werden. Darüber hinaus erfordern die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen nur kurze Angelierzeiten. Da der Aushärtungs- prozess im Prepreg-Verfahren deutlich schneller ist als in den anderen Verfahren, sind sie auch in dieser Hinsicht besonders geeignet für den Einsatz in diesen Verfahren .
Zum Vergleich der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gelcoats und der handelsüblichen transparenten Gelcoats werden folgende Beispiele erfindungsgemäßer GelcoatZusammensetzungen untersucht .
Tabelle la: Zusammensetzung Stammkomponente
Tabelle lb: Zusammensetzung Härterkomponente
Tabelle lc : Zusammensetzung Gelcoats
StammHärterMolares
Beispiel Nr. komponente komponente Mengenverhältnis MV
1.1 Sl HB 1, 09
1.2 Sl HA 1, 13
1.3 S2 HB 0, 87
1.4 S3 HA 1, 07
2.1 handelsüblicher transparenter Gelcoat
2.2 handelsüblicher transparenter Gelcoat An Gelcoat-Filmen, die unter verschiedenen Härtungs¬ bedingungen angeliert wurden, werden folgende Prüfungen zum Bruchdehnungsverhalten, zur Weiterreißfestigkeit und zur Prepreg-Repositionierbarkeit durchgeführt .
Die Bruchdehnung wird über Dornbiegeversuch nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 1519 bestimmt. Dazu werden Metallplatten, auf die die zu untersuchende Be- schichtung aufgebracht wurde, um einen Dorn gebogen. Je kleiner der Radius des Dorns , um den die Platte ohne eine Beschädigung oder Bruch der Beschichtung gebogen werden kann, desto größer ist die Bruchdehnung der Beschichtung.
Die Weiterreißfestigkeit wird über Weiterreißversuche nach der PrüfVorschrift DIN EN ISO 13937-2 bestimmt. Dabei wird die Kraft gemessen, die aufgewendet werden muss, um einen Riss in der zu untersuchenden Beschichtung zu vergrößern. Je höher die aufgewendete Kraft ist, desto reißfester ist die Beschichtung.
Die Prepreg-Repositionierbarkeit wird durch folgenden Versuchsaufbau bestimmt, der einen Laminataufbau in einer Bauteilform simuliert. Auf eine hinreichend große Metallplatte wird ein Trennmittel aufgetragen. Anschließend wird auf der so vorbereiteten Platte eine Fläche vom 1 m2 mit einer Gelcoat-Zusammensetz- ung beschichtet. Die Zusammensetzung wird zum Gel- coat-Film angeliert bei vorgegebener Temperatur und Dauer. Auf den Gelcoat-Film wird mittig ein Prepreg in DIN-A4 -Größe aufgelegt und mit einer definierten Kraft 1 Minute lang festgedrückt. Anschließend wird das Prepreg in einem Winkel von 90° ruckartig abgezogen. Die sichtbaren Beschädigungen des Gelcoat- Films werden wie folgt bewertet:
++ keine Veränderungen
+ Ablösung des Gelcoat-Films von der
Metallplatte an bis zu drei Stellen ohne Beschädigung des Gelcoat-Films selbst
0 Ablösungen an bis zu 10 Stellen mit
Beschädigungen an bis zu drei Stellen größere Beschädigungen des Gelcoat-Films vollständiges Ablösen des Gelcoat-Films von der Metallplatte
Die Tabellen 2a und 2b zeigen die Ergebnisse der Prüfungen an Gelcoat-Filmen, die unter verschiedenen Bedingungen angeliert wurden. Die erfindungsmäßen Gelcoats zeigen deutlich verbesserte Werte in Bezug auf die Bruchdehnung und Weiterreißfestigkeit. Im Gegensatz zu den handelsüblichen Gelcoats beschädigt das Ablösen eines aufgelegten und angedrückten Pre- pregs die erfindungsgemäßen Gelcoats nicht. Sie können somit ohne die üblichen Nachteile auch in Prepreg-Verfahren eingesetzt werden.
Tabelle 2a: Eigenschaften der Gelcoat-Filme
angeliert bei 60 °C, Temperatur wird bis zum Erreichen von Trockengrad 6 nach DIN 53 150 gehalten
1) Wert wurde nicht bestimmt
2) Wert nicht messbar, da die Beschichtung zersplittert
Tabelle 2b: Eigenschaften der Gelcoat-Filme
angeliert bei 23 °C, Temperatur wird 18 Stunden gehalten
Wert wurde nicht bestimmt
Wert nicht messbar, da die Beschichtung zersplittert An den ausgehärteten Laminaten werden folgende Prüfungen zur Haftung des Laminats auf dem Gelcoat, zur Schleifbarkeit und zur Lackierbarkeit durchgeführt. Dazu werden die Gelcoat-Zusammsetzungen in eine Form eingebracht und angeliert, auf den erhaltenen Gel- coat-Film wird Prepreg aufgebracht. Die Form wird geschlossen, ein Vakuumsack angelegt und evakuiert. Der gesamte Aufbau wird ausgehärtet, wobei die Bedingungen des Aushärtens durch das eingesetzte Prepreg vorgegeben sind. An den ausgehärteten Laminaten werden folgende Prüfungen durchgeführt .
Die Bruchdehnung wird anhand des oben genannten Dornbiegeversuchs bestimmt. Dazu wurden wie oben beschrieben Metallstreifen mit Gelcoat beschichtet, der Gelcoat angeliert und unter Temperaturbedingungen, wie sie auch bei der Härtung der Prepreg-Laminate angewandt wurden ausgehärtet. Je kleiner der Dorndurchmesser, desto größer die Bruchdehnung. Die Haftfestigkeit des Gelcoats am Laminat wird durch Abreißversuche nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 4624 bestimmt. Je höher die zum Abreißen des Stempels aufzuwendende Spannung, desto stärker die Haftung.
Zur Beurteilung der durch Gelcoat vergüteten Laminat - Oberflächen werden ihre Schleifbarkeit bzw. ihr Abrieb und ihre Lackierbarkeit bzw. die Haftung von Lackierungen auf den Oberflächen bestimmt. Der Abriebwiderstand wird nach der Prüfvorschrift ASTM D 4060 mit einem S33-Rad, 500 Umdrehungen, 1000 g Last, gravimetrisch bestimmt. Je größer die Gewichtsdifferenz, desto höher der Abrieb und desto besser die Schleifbarkeit . Zur Bewertung der Lackierbarkeit werden die Laminat - Oberflächen zunächst mit 180er Schleifpapier angeschliffen. Anschließend wird der Schleifstaub entfernt und die Oberfläche mit einem geeigneten, handelsüblichen Lack lackiert. Nach dem vollständigen Aushärten der Lackschicht wird die Haftung bzw. Haftfestigkeit durch Abreißversuche nach der Prüfvorschrift DIN EN ISO 4624 bestimmt. Je höher die zum Abreißen des Stempels aufzuwendende Spannung, desto stärker die Haftung.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der erfindungsgemäß oberflächenvergüteten Laminate im Vergleich zu den üblichen oberflächenvergüteten Laminaten. Die erfindungsgemäßen Laminate erfüllen ebenso wie die üblichen Laminate alle Anforderungen in Bezug auf Haftung, Schleifbarkeit und Lackierbarkeit.
Tabelle 3 : Eigenschaften der ausgehärteten Laminate
1) nicht bestimmt

Claims

Patentansprüche
1. Zusammensetzung zur Herstellung eines Gelcoats enthaltend eine Stammkomponente und eine Härterkomponente, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stammkomponente zumindest ein Epoxidharz ausgewählt aus Glycidylethern des Bisphenol A, Glycidylethern des Bisphenol F, Trimethylol - propantriglycidylether sowie deren Gemischen aufweist ,
dass die Stammkomponente weiterhin maximal
5 Gew.-% Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Gesamtmasse der Stammkomponente aufweist, dass die Härterkomponente zumindest ein
cycloaliphatisches Amin aufweist,
und dass zumindest ein Polytetrahydrofuran-Polyol in der Stammkomponente oder in der
Härterkomponente enthalten ist.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stammkomponente Füllstoffe und/oder Pigmente in Mengen von maximal 2, bevorzugt maximal 1, besonders bevorzugt maximal 0,5, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente aufweist .
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stammkomponente Epoxidharze in Mengen von 40 bis 90, bevorzugt von 60 bis 80, besonders bevorzugt von 65 bis 75, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente enthält .
4. Zusammensetzung nach einem der voranstehenden An Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu¬ sammensetzung Polytetrahydrofuran-Polyole in Mengen von 2 bis 40, bevorzugt von 5 bis 30, besonders bevorzugt von 10 bis 20, Gewichtsprozent bezogen auf die Stammkomponente einschließlich der Polyole enthält.
5. Zusammensetzung nach einem der voranstehenden An Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Polytetrahydrofuran-Polyole eine mittlere
Molmasse von 1000 bis 3000, bevorzugt 1500 bis 2500, besonders bevorzugt von 1800 bis 2000 g/mo bezogen auf das Zahlenmittel, aufweisen.
6. Zusammensetzung nach einem der voranstehenden An Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härter komponente Amine in Mengen von 60 bis 100, bevor zugt 80 bis 95, besonders bevorzugt 85 bis 95, Gewichtsprozent bezogen auf die Härterkomponente enthält .
7. Zusammensetzung nach einem der voranstehenden An Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das cycloaliphatische Amin Isophorodiamin ist.
8. Zusammensetzung nach einem der voranstehenden An Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Epoxidharze und Amine im molaren Verhältnis Epoxidgruppen zu N-H-Gruppen von 1 zu 0,7 bis 1 zu 1,4, besonders bevorzugt von 1 zu 0,8 bis 1 zu 1,3, ganz besonders bevorzugt von 1 zu 0,9 bis 1 zu 1,2, aufweist.
9. Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung weiterhin Weichmacher enthält ausgewählt aus der Gruppe der Polyurethanpre- polymere mit blockierten Isocyanatgruppen .
10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stammkomponente ein oder mehrere Weichmacher enthält, wobei die Weichmacher Isocyanatprepolymere blockiert mit substituierten Phenolen und/oder Pyrazolen sind.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Härterkomponente ein oder mehrere Weichmacher enthält, wobei die Weichmacher Isocyanatprepolymere blockiert mit sekundären Monoaminen sind.
12. Verwendung eines Gelcoats zur
Oberflächenvergütung von Faserkunststoffverbundbauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gelcoat herstellbar ist aus einer Zusammensetzung umfassend eine Stammkomponente und eine Härterkomponente, wobei die Zusammensetzung zumindest ein Epoxidharz, zumindest ein Polyol , zumindest ein Amin und maximal 5 Gew.-% Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente
aufweist .
13. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenvergüteten Faserkunststoffverbundbauteils umfassend
- Bereitstellen einer Zusammensetzung umfassend eine Stammkomponente und eine Härterkomponente, wobei die Zusammensetzung zumindest ein
Epoxidharz, zumindest ein Polyol , zumindest ein Amin und maximal 5 Gew.-% Füllstoffe und/oder Pigmente bezogen auf die Stammkomponente aufweist ,
- Mischen der Stammkomponente und der Härterkomponente der Zusammensetzung,
- Aufbringen der Mischung in eine Bauteil -Form,
- Angelieren der Mischung zu einem Gelcoat-Film,
- Aufbringen eines Fasergewebes, Faservlieses oder Fasergeleges und eines Lamierharzes auf den Gelcoat-Film,
- Aushärten des Laminataufbaus zu einem Bauteil .
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Gelcoat-Film ein oder mehrere Prepregs enthaltend Fasergewebe oder Faservlies und Laminierharz aufgebracht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Gelcoat-Film in einer Schichtdicke eingesetzt wird, in der der Gelcoat- Film nicht deckfähig ist.
16. Bauteil aus Faserkunststoffverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauteils eine Gelcoatschicht aufweist, wobei die Gelcoatschicht hergestellt ist aus einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11. Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage ist.
EP13735186.2A 2012-05-21 2013-05-21 Gelcoat auf epoxidharzbasis zur oberflächenvergütung von bauteilen aus faserverstärkten kunststoffen Withdrawn EP2852643A1 (de)

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