DE202017004083U1

DE202017004083U1 - Faser-Matrix-Halbzeuge mit abdichtenden Decklagen

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Publication number: DE202017004083U1
Application number: DE202017004083.2U
Authority: DE
Original assignee: Bond Laminates GmbH
Current assignee: Bond Laminates GmbH
Priority date: 2017-07-29
Filing date: 2017-07-29
Publication date: 2017-08-11
Anticipated expiration: 2027-07-30

Abstract

Faser-Matrix-Halbzeug enthaltend
a) einen Kern aus 1 bis 15 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, wobei die Faserhalbzeuglagen jeweils ein Flächengewicht im Bereich von 5 g/m² bis 3000 g/m² aufweisen,
und die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen mit wenigstens einer Matrixkomponente imprägniert ist,
und der Faser-Matrix-Halbzeug-Kern einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75% und einen Volumenanteil an Gas oder Luft von weniger als 15%, aufweist,
und der als Matrixkomponente einzusetzende wenigstens eine Thermoplast einen gemäß ISO 1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg zu bestimmenden MFR im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min aufweist,
worauf
b) wenigstens einseitig eine Decklage einer Thermoplastfolie mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm aufgebracht ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Faser-Matrix-Halbzeug enthaltend einen Kern aus Faserhalbzeuglagen die mit wenigstens einer Matrixkomponente imprägniert sind sowie wenigstens eine Decklage einer hochviskosen, zähen Folie, die bei der Formung des Bauteils wie eine Tiefziehfolie eingesetzt wird, womit Poren, die beim Umformen herkömmlicher Faser-Matrix-Halbzeuge entstehen können, vermieden oder geschlossen werden können.
Stand der Technik
Faser-Matrix-Halbzeuge sind Composites aus Faserhalbzeugen, worin Fasermaterialien in Form von Fasern, Faserbündeln oder Filamenten, bereitgestellt als Faserhalbzeuglagen, von einer schützenden und lagebestimmenden Thermoplastmatrix umhüllt sind. Verschiedentlich, so auch im Rahmen dieser Erfindung, werden für derartige Faser-Matrix-Halbzeuge die Begriffe Faserverbundwerkstoff, Composite oder Organoblech verwendet.
Faser-Matrix-Halbzeuge werden bereits heute in hohen Stückzahlen beispielsweise bei der Bond-Laminates GmbH, Brilon, Deutschland in Form von Plattenware hergestellt und unter dem Namen Tepex^® vertrieben. Diese Faser-Matrix-Halbzeuge in Form von Plattenware weisen bereits alle technischen Eigenschaften auf, die als Anforderungen an daraus zu fertigende Bauteile gestellt werden. Die Verarbeitung von Faser-Matrix-Halbzeugen in Form von Plattenware zum fertigen Bauteil, das schließlich beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, erfolgt in weiteren Prozessschritten, insbesondere durch Umformen, Trennen, Fügen, Veredeln etc.
Für die textile Verstärkung eines Faser-Matrix-Halbzeugs kommen textile Halbzeuge zum Einsatz, worin eine Vielzahl von Einzelfilamenten in geeigneter Weise im Verbund miteinander stehen. Insbesondere handelt es sich dabei um flächige Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, vorzugsweise in Gewebeform, worin gegebenenfalls zusätzlich noch Langfasern verarbeitet sein können.
Die in den Faserhalbzeuglagen einzusetzenden Endlosfasern zeichnen sich durch hohe mechanische Leistungsfähigkeit bei geringem Gewicht aus. Vorzugsweise handelt es sich dabei um technische Fasern, insbesondere um Glas- oder Kohlenstofffasern. Letztere sind dem Fachmann auch bekannt als Carbonfasern.
Die hohe Anisotropie ist eine Eigenart der als textile Verstärkung in Faser-Matrix-Halbzeugen eingesetzten Faserhalbzeuglagen, auch als textile Halbzeuge bezeichnet. Erst diese Anisotropie, d. h. die richtungsabhängigen Eigenschaften, wie z. B. die hohe massebezogene Festigkeit und Steifigkeit textiler Halbzeuge, ermöglicht die Herstellung von Faser-Matrix-Halbzeugen mit hohem Leichtbaupotential, insbesondere beim Einsatz in strukturellen und semistrukturellen Anwendungen.
Faser-Matrix-Halbzeuge sind also leichte und steife Plattenhalbzeuge aus einer thermoplastischen Matrix, in die Endlosfasern, teilweise oder vollständig imprägniert, eingebettet sind. Während die Fasern darin maßgeblich die mechanischen Eigenschaften des Verbunds wie Festigkeit und Steifigkeit bestimmen, überträgt die thermoplastische Matrix die Kräfte zwischen den Fasern, stützt die Fasern gegen Ausknicken und schützt sie vor äußeren Angriffen. Die Fasern können dabei in nur eine Richtung orientiert sein (unidirektional, z. B. als Band (engl. „Tape”)), die unidirektionalen Lagen können in einem multiaxialen Lagenaufbau im Composite gestapelt vorliegen, in zwei Richtungen rechtwinklig zueinander stehen (wie in konventionellen Geweben), oder quasi-isotrop in Form von Endlosfasermatten mit nahezu stochastischer Faserorientierung platziert werden. Endlosfasern haben den Vorteil, dass sie sehr gestreckt mit hohem Orientierungsgrad und dadurch in größeren Mengen in die thermoplastische Matrix eingebracht werden können. Außerdem ermöglichen gerichtete Endlosfasern den direkten Kraftfluss zwischen Krafteinleitungspunkten innerhalb von Faser-Matrix-Halbzeugen hauptsächlich über die Fasern, was die mechanische Leistungsfähigkeit eines Erzeugnisses auf Basis eines solchen Faser-Matrix-Halbzeugs steigert.
Faser-Matrix-Halbzeuge können aufgrund ihrer hohen spezifischen Eigenschaften schon mit sehr geringen Wanddicken als Substitutionswerkstoff für spritzgegossene Bauteile eingesetzt werden. Insbesondere Spritzgussbauteile mit großen Fließlängen aber mit nur Wanddicken von ca. 1,8 mm, vorzugsweise eingesetzt im Karosserierohbau, als Schottwände oder Komponententräger, können durch ein signifikant dünneres Faser-Matrix-Halbzeug mit beispielsweise einer Dicke von nur 0,6 mm ersetzt werden.
Bei diesen geringen Materialdicken kommen aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel möglichst wenige Faserhalbzeuglagen bzw. Gewebelagen mit relativ hohem Flächengewicht zum Einsatz. Bei der Umformung solch dünner Faser-Matrix-Halbzeuge kann es, je nach Umformkontur, lokal durch die Verstreckung der Faserhalbzeuglagen, insbesondere im Falle eines Gewebes, an den Kreuzungspunkten der Rovings zu Porenbildung kommen. Als Folge dessen erzielen Erzeugnisse oder Bauteile auf Basis dieser dünnen Faser-Matrix-Halbzeuge nicht immer die in der Automobilindustrie geforderte Dichtigkeit gegen Feuchtigkeit oder Spritzwasser.
Die mechanischen Eigenschaften von Faser-Matrix-Halbzeugen beruhen zudem auch auf einem hohen Faservolumenanteil. Die Verstärkungsfasern innerhalb eines Faser-Matrix-Halbzeugs tragen aber nur dann zu den mechanischen Eigenschaften des Bauteils bei, wenn sie maximal mit der thermoplastischen Matrix imprägniert und eingebunden sind. Diese Imprägnierung mit einer im Vergleich zu Duromeren hochviskosen thermoplastischen Schmelze erfordert jedoch hohe Drücke, hohe Temperaturen und eine lange Verweilzeit, wodurch die Fertigungskosten erhöht und der Einsatz als Leichtbauwerkstoff limitiert wird. Zudem kann eine Erhöhung des Druckes bei der Imprägnierung, was wiederum hinsichtlich einer Abdichtung des Hochdruckbereiches einer Produktionsanlage nicht unproblematisch ist, nur mit einer Erhöhung der Anlagekosten erreicht werden. Zur Reduktion der Matrixviskosität kann aber auch die Temperatur aus Gründen der thermischen Degradierung der Matrix nicht beliebig erhöht werden. Eine Reduzierung der Matrixviskosität kann durch den Einsatz von niedermolekularen Polymeren erzielt werden. Zwar verkürzt dies die Imprägnierzeit und erhöht damit die Produktionsgeschwindigkeit, jedoch verhindert das nachträgliche Ausgasen niedermolekularer Bestandteile aus der Matrix, das sogenannte Fogging, aufgrund strenger Grenzwerte einen Einsatz im Fahrzeuginnenbereich von Kraftfahrzeugen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Faser-Matrix-Halbzeuge bereit zu stellen, die gegenüber dem Stand der Technik keine, oder zumindest eine erheblich reduzierte Porenbildung nach der Umformung und ein geringes Emissionsverhalten (fogging) hinsichtlich niedermolekularer Bestandteile aufweisen. Niedermolekulare Bestandteile im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Monomere des als Matrix eingesetzten Thermoplasten oder dessen (bezogen auf den Thermoplasten) bzw. deren (bezogen auf die Monomere) thermische Zersetzungsprodukte.
Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Faser-Matrix-Halbzeug enthaltend

a) einen Kern aus 1 bis 15 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, bevorzugt 1 bis 10 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, besonders bevorzugt 1 bis 5 Faserhalbzeuglagen, ganz besonders bevorzugt 1 Faserhalbzeuglage, wobei die Faserhalbzeuglage(n) jeweils ein Flächengewicht im Bereich von 5 g/m² bis 3000 g/m², bevorzugt im Bereich von 100 g/m² bis 900 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von 300 g/m² bis 750 g/m², aufweisen, und die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen mit wenigstens einer Matrixkomponente imprägniert ist, und dieser Faser-Matrix-Halbzeug-Kern einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich 39 bis 55%, und einen Volumenanteil an Gas oder Luft von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%, aufweist, und der als Matrixkomponente einzusetzende wenigstens eine Thermoplast einen hohen MFR aufweist, bevorzugt eine gemäß ISO 1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg zu bestimmende MFR im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min, besonders bevorzugt eine MFR im Bereich von 100 bis 400 g/10 min, ganz besonders bevorzugt Polyamid oder Polypropylen, insbesondere bevorzugt Polypropylen,

b) wenigstens einseitig, vorzugsweise beidseitig, eine Decklage einer Thermoplastfolie mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 μm, aufgebracht ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik erzielen erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeuge auch nach Umformung die von der Automobilindustrie geforderte Sperrwirkung gegenüber Feuchtigkeit und Spritzwasser und zeichnen sich durch deutlich reduzierte Emissionen niedermolekularer Bestandteile (Fogging) aus der thermoplastischen Matrixkomponente aus, ohne dass verarbeitungstechnische Nachteile, insbesondere während der Imprägnierung der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen, auftreten. Die technische Überlegenheit erfindungsgemäßer, mit wenigstens einer Decklage versehener, Faser-Matrix-Halbzeuge gegenüber dem Stand der Technik wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung anhand eines Umformtests belegt, wie er im Beispielteil beschrieben ist.
Die Erfindung betrifft aber auch die Verwendung von Thermoplastfolien mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 μm, vorzugsweise mit Polypropylen oder Polyamid als Thermoplast, besonders bevorzugt mit Polypropylen mit einen nach ISO1133 bei 230°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg zu bestimmenden MFR im Bereich von 0,5 bis 50 g/10 min, bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 g/10 min, zur wasserfesten Ausrüstung Thermoplast basierter Faser-Matrix-Halbzeuge.
Zur Klarstellung sei ferner angemerkt, dass alle aufgeführten, allgemeinen oder in Vorzugsbereichen genannten Definitionen und Parameter in beliebigen Kombinationen umfasst sind. Im Rahmen dieser Anmeldung zitierte Normen gelten in der zum Anmeldetag gültigen Fassung.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Imprägnierverfahren zur Herstellung eines Faser-Matrix-Halbzeugs durch

a) Bereitstellen von 1 bis 15 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, bevorzugt 1 bis 10 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, besonders bevorzugt 1 bis 5 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, ganz besonders bevorzugt 1 Faserhalbzeuglage, wobei die Faserhalbzeuglage(n) jeweils ein Flächengewicht im Bereich von 100 g/m² bis 900 g/m², bevorzugt im Bereich von 300 g/m² bis 750 g/m², aufweisen,
b) Bereitstellen wenigstens eines Thermoplasten für die Matrixkomponente, bevorzugt Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA), besonders bevorzugt Polypropylen, wobei die MFR der Matrixkomponente im Falle von Polypropylen nach ISO1133 bei 230°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min, bevorzugt im Bereich von 60 bis 400 g/10 min liegt,
c) Auftragen des wenigstens einen Thermoplasten für die Matrixkomponente auf die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen,
d) Imprägnieren und Konsolidieren der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen mit dem wenigstens einen Thermoplasten zu einem Verbund, und das Faser-Matrix-Halbzeug einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich 45 bis 55%, und einem Volumenanteil an Gas oder Luft von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%, aufweist, durch Einwirken von Temperaturen ≥ der Schmelztemperatur des wenigstens einen Thermoplasten und zusätzlichem Druck auf die mit Thermoplast beaufschlagte Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen,
e) Simultanes, ein- oder beidseitiges Zuführen von Thermoplastfolie mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 μm, aus einem Thermoplasten, bevorzugt aus Polypropylen (PP) oder Polyamid (PA), besonders bevorzugt aus Polypropylen mit einer nach ISO1133 bei 230°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg zu bestimmenden MFR im Bereich von 0,5 bis 50 g/10 min, bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 g/10 min,
f) Aufbringen der wenigstens einen, vorzugsweise der zwei, Decklage(n) Thermoplastfolie durch stoffschlüssiges, thermisches Fügen und Evakuieren etwaiger Lufteinschlüsse unter Druck und Temperatur, und
g) Abkühlen unter Erhalt des Faser-Matrix-Halbzeugs.

Alternativ kann das Aufbringen der Decklage(n) auch in einem separaten und/oder nachgeschalteten Prozess stattfinden.
Indem man auf die mit Matrixkomponente beaufschlagte Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen Temperaturen gleich oder oberhalb des Schmelzpunkts der Matrixpolymer sowie Druck einwirken lässt, erfolgt eine Imprägnierung der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen, die im Rahmen einer sich anschließenden oder gleichzeitig stattfindenden Konsolidierung zu einer hervorragenden Faseranbindung innerhalb des Faser-Matrix-Halbzeugs führt.
Das zusätzliche stoffschlüssige Aufbringen wenigstens einer Decklage aus Thermoplastfolie bei Temperaturen gleich oder oberhalb des Schmelzpunkts des für die Folie eingesetzten Thermoplasten, sowie hohem Druck, führt zu erfindungsgemäßen, abgedichteten Faser-Matrix-Halbzeugen.
Erfindungsgegenstand sind schließlich auch gegen Wasser oder Feuchtigkeit abgedichtete Erzeugnisse enthaltend wenigstens ein mit wenigstens einer Deckfolie versehenes, erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug, oder alternativ abgedichtete Erzeugnisse enthaltend wenigstens ein mit wenigstens einer Deckfolie versehenes, erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug, das zusätzlich mit Spritzgussmassen überspritzt, hinterspritzt oder umspritzt ist bzw. an dem Funktionselemente angespritzt sind. Letztere können aus den erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeugen herstellt werden, indem entweder während der Konsolidierung oder in einem zusätzlichen Verfahrensschritt, vorzugsweise während eines Umformschritts, Verstärkungen, vorzugsweise rippenförmige Verstärkungsstrukturen, oder Funktionselemente durch Spritzguss oder mittels Fließpressen an das Faser-Matrix-Halbzeug angefügt werden.
Begriffsbestimmungen
Die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe „über”, „bei” oder „etwa” sollen bedeuten, dass der danach genannte Betrag oder Wert der konkrete Wert oder ein etwa gleicher Wert sein kann. Der Ausdruck soll vermitteln, dass ähnliche Werte zu erfindungsgemäß gleichwertigen Ergebnissen oder Effekten führen und von der Erfindung mit umfasst werden.
Eine „Faser” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein makroskopisch homogener Körper mit hohem Verhältnis von Länge zu seiner Querschnittsfläche. Der Faserquerschnitt kann eine beliebige Form sein, ist aber in der Regel rund oder oval. Gemäß „http://de.wikipedia.org/wiki/Faser-Kunststoff-Verbund” unterscheidet man

– geschnittene Fasern, auch als Kurzfasern bezeichnet, mit einer Länge im Bereich von 0,1 bis 1 mm,
– Langfasern mit einer Länge im Bereich von 1 bis 50 mm und
– Endlosfasern mit einer Länge L > 50 mm.

Faserlängen können beispielsweise durch Microfokus-Röntgen-Computertomographie (μ-CT) bestimmt werden; DGZfP-Jahrestagung 2007 – Vortrag 47.
Die MFR, Schmelze-Masse-Fließrate, dient zur Charakterisierung des Flusses einer Schmelze eines Thermoplasten und wird gemäß der Norm ISO 1133 bestimmt.
In den erfindungsgemäß einzusetzenden Faserhalbzeuglagen sind die Endlosfasern in der Weise angeordnet, dass zumindest eine Faser oder ein Faserstrang mindestens eine andere Faser oder einen anderen Faserstrang berührt. Der Begriff „Flächengewicht” bezeichnet die Masse eines erfindungsgemäß einzusetzenden Faserhalbzeugs in Abhängigkeit von der Fläche und bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die trockene Faserschicht. Das Flächengewicht wird nach DIN EN ISO 12127 bestimmt.
„Imprägniert” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Matrixkomponente in die Vertiefungen und Hohlräume des Fasermaterials bzw. Faserhalbzeugs eindringt und das Fasermaterial benetzt. „Konsolidiert” im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass im Faser-Matrix-Halbzeug ein Volumenanteil an Luft von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% vorliegt. Imprägnierung (Benetzung des Fasermaterials durch den wenigstens einen Thermoplast) und Konsolidierung (Minimieren des Anteils eingeschlossener Gase) können gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgen und/oder durchgeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Vorzugsweise betrifft die vorliegende Erfindung ein Faser-Matrix-Halbzeug enthaltend

a) einen Kern aus 1 bis 15 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, bevorzugt 1 bis 10 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, besonders bevorzugt 1 bis 5 Faserhalbzeuglagen, ganz besonders bevorzugt 1 Faserhalbzeuglage, wobei die Faserhalbzeuglage(n) jeweils ein Flächengewicht im Bereich von 5 g/m² bis 3000 g/m², bevorzugt im Bereich von 100 g/m² bis 900 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von 300 g/m² bis 750 g/m², aufweisen, und die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen mit wenigstens einer Matrixkomponente imprägniert ist, und dieser Faser-Matrix-Halbzeug-Kern einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich 39 bis 55%, und ein Volumenanteil an Luft oder Gas von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%, aufweist, und der als Matrixkomponente einzusetzende wenigstens eine Thermoplast einen hohen MFR aufweist, bevorzugt eine gemäß ISO 1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg zu bestimmende MFR im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min, besonders bevorzugt eine MFR im Bereich von 100 bis 400 g/10 min, ganz besonders bevorzugt Polyamid oder Polypropylen, insbesondere bevorzugt Polypropylen,

b) wenigstens einseitig, vorzugsweise beidseitig, eine Decklage einer Thermoplastfolie mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 μm aufgebracht ist und der Thermoplast der Folie Polypropylen oder Polyamid, vorzugsweise Polypropylen, ist, besonders bevorzugt Polypropylen mit einer nach ISO1133 bei 230°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg zu bestimmenden MFR im Bereich von 0,5 bis 50 g/10 min, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 g/10 min.

Verfahrensschritt a)
Die im Verfahrensschritt a) bereitzustellenden Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern enthalten vorzugsweise keine zerkleinerten Fasern oder Teilchen, insbesondere keine Kurzfasern. Vorzugsweise werden Endlosfasern aus Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern eingesetzt, besonders bevorzugt aus Glasfasern. Aber auch andere Fasern, insbesondere aus Metall, Kunstfasern, Mineralfasern, Naturfasern, können eingesetzt werden. Diese werden entweder im Gemisch mit Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern oder als separate Materialien auszuwählen aus der Gruppe Gewebe, Gelege, Multiaxialgelege, Gesticke, Geflechte, Vliese, Filze, Matten und unidirektionale Faserstränge eingesetzt.
Die erfindungsgemäß bevorzugt in den Faserhalbzeuglagen einzusetzenden Glasfasern weisen bevorzugt entweder eine kreisförmige Querschnittsfläche und einen mittleren Filament-Durchmesser im Bereich von 6 bis 18 μm, bevorzugt im Bereich von 9 bis 17 μm, oder eine flache Gestalt und nicht-kreisförmige Querschnittsfläche, deren Hauptquerschnittsachse eine mittlere Breite im Bereich von 6 bis 40 μm und deren Nebenquerschnittsachse eine mittlere Breite im Bereich von 3 bis 20 μm besitzt, auf. Die Glasfasern werden bevorzugt aus der Gruppe der E-Glasfasern, A-Glasfasern, C-Glasfasern, D-Glasfasern, S-Glasfasern und/oder R-Glasfasern ausgewählt, wobei E-Glas besonders bevorzugt ist.
Erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzende Faserhalbzeuglagen basieren auf Glasfaserrovings, die in der Regel über ihre Filamentzahl charakterisiert sind. Gemäß ISO 1144 und DIN 60905, Teil 1: „Tex-System; Grundlagen" ist das Tex-System international und national eingeführt worden. Das tex ist Einheit und Grundgröße des Tex-Systems. Ein tex entspricht einem Gewicht von einem Gramm pro 1000 m Rovinglänge. Erfindungsgemäß bevorzugte Größen für erfindungsgemäß einzusetzende Glasfaserrovings liegen im Bereich von 300 tex bis 2400 tex, besonders bevorzugt im Bereich von 600 tex bis 1200 tex. Ganz besonders bevorzugt sind Glasfaserrovings mit 300 tex, 600 tex, 1100 tex, 1200 tex und 2400 tex, insbesondere 600 tex und 1200 tex.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Fasern der Faserhalbzeuglagen oberflächenmodifiziert, besonders bevorzugt mit einem Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem.
Im Falle der erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugten Glasfasern werden bevorzugt Haftvermittler bzw. Haftvermittlersysteme auf Silanbasis verwendet. Erfindungsgemäß einzusetzende Haftvermittler auf Silanbasis werden in EP 2468810 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit vollumfänglich umfasst wird.
Insbesondere bei Verwendung von Glasfasern werden zusätzlich zu Silanen als Haftvermittler bevorzugt auch Polymerdispersionen, Emulgatoren, Filmbildner (insbesondere Polyepoxid-, Polyether-, Polyolefin-, Polyvinylacetat-, Polyacrylat- oder Polyurethanharze oder Mischungen davon), Verzweiger, weitere Haftvermittler, Gleitmittel, pH-Puffersubstanzen und/oder Glasfaserverarbeitungshilfsmittel (beispielsweise Netzmittel und/oder Antistatika) verwendet. Die weiteren Haftvermittler, Gleitmittel und sonstigen Hilfsstoffe, Verfahren zur Herstellung der Schlichten, Verfahren zur Beschlichtung und Nachbearbeitung der Glasfasern sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in K. L. Löwenstein, "The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres", Elsevier Scientific Publishing Corp., Amsterdam. London, New York, 1983, beschrieben. Die Glasfasern können über beliebige Methoden beschlichtet werden, bevorzugt mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen, insbesondere mit Sprüh- oder Walzenapplikatoren. Auf die mit hoher Geschwindigkeit aus Spinndüsen gezogenen Glasfilamente können sofort nach ihrem Erstarren, d. h. noch vor dem Aufwickeln oder Schneiden, Schlichten aus Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem aufgetragen werden. Es ist aber auch möglich, die Fasern im Anschluss an den Spinnprozess in einem Tauchbad aus Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem zu beschlichten.
In den erfindungsgemäß einzusetzenden Faserhalbzeuglagen werden die Fasern insbesondere mit einem geeigneten Schlichtesystem bzw. einem Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem auf Silanbasis ausgerüstet.
Besonders bevorzugte Haftvermittler auf Silanbasis für die Vorbehandlung der Glasfasern sind Silanverbindungen der allgemeinen Formel (I) (X-(CH₂)_q)_k-Si-(O-C_rH_2r+1)_4-k (I) in der die Substituenten folgende Bedeutung haben:
X für NH₂-, HO- oder
steht,
q für eine ganze Zahl von 2 bis 10, bevorzugt für 3 oder 4 steht,
r für eine ganze Zahl von 1 bis 5, bevorzugt für 1 oder 2 steht und
k für eine ganze Zahl von 1 bis 3, bevorzugt für 1 steht.
Ganz besonders bevorzugte Haftvermittler sind monomere organofunktionelle Silane, insbesondere 3-Aminopropyltrimethoxysilan, Aminobutyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, Amino-butyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltris-methoxyethoxysilan, 3-Aminopropyl-methyl-diethoxysilan, N-Methyl-2-Aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Methyl-2-Aminoethyl-3-aminopropyl-methyl-dimethoxysilan, N-Methyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrimeth-oxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, Vinyl-triethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan (Dynasilan Damo von Hüls AG), N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltriethoxysilan, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-β-(aminoethyl)-N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan.
Die Silanverbindungen werden im Allgemeinen in Mengen im Bereich von 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,5 Gew.-% und insbesondere in Mengen im Bereich von 0,25 bis 1 Gew.-% bezogen auf den Füllstoff zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt.
Die im Verfahrensschritt a) einzusetzenden Faserhalbzeuglagen enthalten die Endlosfasern vorzugsweise in Form eines Materials aus der Gruppe Gewebe, Gelege, Multiaxialgelege, Gesticke, Geflechte, Vliese, Filze, Matten und unidirektionale Faserstränge oder Gemische dieser Materialien. Besonders bevorzugte Faserhalbzeuglagen sind Gewebe. Ganz besonders bevorzugt sind Gewebe, die man aus Rovings herstellt. In den erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden Geweben sind die zu verwendenden Fasern in der Weise angeordnet, dass zumindest eine Faser oder ein Faserstrang mindestens eine andere Faser oder einen anderen Faserstrang berührt. Die dabei zu verwendenden Bindungen sowie die dafür zu verwendenden Kurzzeichen sind in der DIN 61101-1 und in der DIN ISO 9354 festgelegt.
Vorzugsweise einzusetzende Gewebe weisen eine Leinwand-, Köper-, Satin-, Atlas- oder eine Dreherbindung auf. Besonders bevorzugt sind Gewebe mit Leinwand- oder Köperbindung. Bevorzugte Gewebe mit Köperbindung sind Gleichgratköper, Mehrgratköper, Breitgratköper, Steilgratköper, Flachgratköper, Spitzgratköper, Fischgratköper, Kreuzgratköper, mit Satin- oder Atlasbindung. Besonders bevorzugte Köpergewebe sind Köper 2/2, Köper 2/1 oder Köper 3/1.
Erfindungsgemäß einzusetzende Faserhalbzeuge sind beispielsweise bei der P-D Glasseiden GmbH, Oschatz unter der Bezeichnung GW123-580 erhältlich.
Verfahrensschritt b)
Erfindungsgemäß wird für die Matrixkomponente als Thermoplast vorzugsweise Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP) eingesetzt.
Insbesondere ganz besonders bevorzugt ist als Matrixkomponente Polypropylen (PP), ein teilkristalliner Thermoplast der durch Polymerisation des Monomers Propen mit Hilfe von Katalysatoren gewonnen wird. Insbesondere bevorzugt ist Polypropylen mit einer hohen Fließrate, bevorzugt im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min (ISO1133, 230°C, 2,16 kg), besonders bevorzug im Bereich von 100 bis 400 g/10 min (ISO1133, 230°C, 2,16 kg). Erfindungsgemäß einzusetzendes PP [CAS Nr. 9003-07-0] ist beispielsweise bei der Borealis AG, Wien unter der Bezeichnung BJ100HP erhältlich.
In einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt b) als Matrixkomponente wenigstens Polyamid (PA) eingesetzt. PA kann aus unterschiedlichen Bausteinen synthetisiert und nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden und im speziellen Anwendungsfall allein eingesetzt oder in dem Fachmann bekannter Weise zu Werkstoffen mit speziell eingestellten Eigenschaftskombinationen ausgerüstet werden. Geeignet sind auch PA-Blends mit Anteilen von anderen Polymeren, bevorzugt von Polyethylen, Polypropylen, ABS, wobei gegebenenfalls ein oder mehrere Kompatibilisatoren eingesetzt werden können. Die Eigenschaften der Polyamide können nach Bedarf durch Zusatz von Elastomeren verbessert werden. Zur Herstellung von PA sind eine Vielzahl von Verfahrensweisen bekannt, wobei je nach gewünschtem Endprodukt unterschiedliche Monomerbausteine oder verschiedene Kettenregler zur Einstellung eines angestrebten Molekulargewichtes oder auch Monomere mit reaktiven Gruppen für später beabsichtigte Nachbehandlungen eingesetzt werden. Bevorzugt einzusetzendes PA wird über Polykondensation in der Schmelze hergestellt, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die hydrolytische Polymerisation von Lactamen als Polykondensation verstanden wird. Erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzendes PA geht von Diaminen und Dicarbonsäuren und/oder Lactamen mit wenigstens 5 Ringgliedern oder entsprechenden Aminosäuren aus. Als Edukte kommen bevorzugt aliphatische und/oder aromatische Dicarbonsäuren, besonders bevorzugt Adipinsäure, 2,2,4-Trimethyladipinsäure, 2,4,4-Trimethyl-adipinsäure, Azelainsäure, Sebazinsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, aliphatische und/oder aromatische Diamine, besonders bevorzugt Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, 1,9-Nonandiamin, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-hexamethylendiamin, die Isomeren Diamino-dicyclohexylmethane, Diaminodicyclohexylpropane, Bis-aminotnethylcyclohexan, Phenylendiamine, Xylylendiamine, Aminocarbonsäuren, insbesondere Aminocapronsäure, oder die entsprechenden Lactame in Betracht. Copolyamide aus mehreren der genannten Monomeren sind eingeschlossen. Besonders bevorzugt wird PA aus Lactamen eingesetzt, ganz besonders bevorzugt werden Caprolactame, insbesondere bevorzugt wird ε-Caprolactam eingesetzt. Auch durch aktivierte anionische Polymerisation hergestelltes PA oder durch aktivierte anionische Polymerisation hergestelltes Copolyamid mit Polycaprolactam als Hauptbestandteil kann erfindungsgemäß eingesetzt werden. Die aktivierte anionische Polymerisation von Lactamen zu Polyamiden wird in technischem Maßstab so durchgeführt, dass man einerseits eine Lösung von Katalysator in Lactam, gegebenenfalls mit Schlagzähmodifikator, und andererseits eine Lösung von Aktivator in Lactam herstellt, wobei üblicherweise beide Lösungen so zusammengesetzt sind, dass ein Zusammengeben im gleichen Verhältnis die gewünschte Gesamtrezeptur ergibt. Weitere Additive können gegebenenfalls der Lactamschmelze zugegeben werden. Die Polymerisation erfolgt durch Vermischen der Einzellösungen zur Gesamtrezeptur bei Temperaturen im Bereich von 80°C bis 200°C, bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 100°C bis 140°C. Als Lactame kommen cyclische Lactame mit 6 bis 12 C-Atomen in Frage, bevorzugt Laurinlactam oder ε-Caprolactam, besonders bevorzugt ε-Caprolactam. Der Katalysator ist ein Alkali- oder Erdalkalilactamat, bevorzugt als Lösung in Lactam, besonders bevorzugt Natriumcaprolactamat in ε-Caprolactam. Als Aktivator im erfindungsgemäßen Sinne können N-Acyllactame oder Säurechloride oder, bevorzugt, aliphatische Isocyanate, besonders bevorzugt Oligomere des Hexamethylendiisocyanats eingesetzt werden. Als Aktivator kann sowohl die Reinsubstanz wie auch bevorzugt eine Lösung, bevorzugt in N-Methylpyrrolidon, dienen.
Besonders geeignet sind Polyamide mit einer relativen Lösungsviskosität in m-Kresol im Bereich von 2,0 bis 4,0 bevorzugt im Bereich von 2,2 bis 3,5 ganz besonders im Bereich von 2,4 bis 3,1. Die Messung der relativen Lösungsviskosität η_rel erfolgt gemäß EN ISO 307. Das Verhältnis der Auslaufzeit t des in m-Kresol gelösten Polyamids zur Auslaufzeit t (0) des Lösungsmittels m-Kresol bei 25°C ergibt die relative Lösungsviskosität gemäß der Formel η_rel = t/t(0). Besonders geeignet sind zudem Polyamide mit einer Zahl an Aminoendgruppen im Bereich von 25 bis 90 mmol/kg, bevorzugt im Bereich 30 bis 70 mmol/kg, ganz besonders im Bereich von 35 bis 60 mmol/kg. Ganz besonders bevorzugt werden teilkristalline Polyamide oder darauf basierende Compounds als Matrixpolymer eingesetzt.
Teilkristalline Polyamide besitzen gemäß DE 10 2011 084 519 A1 eine Schmelzenthalpie im Bereich von 4 bis 25 J/g, gemessen mit der DSC-Methode gemäß ISO 11357 beim 2. Aufheizen und Integration des Schmelzpeaks. Im Gegensatz dazu besitzen amorphe Polyamide eine Schmelzenthalpie von weniger als 4 J/g, gemessen mit der DSC-Methode gemäß ISO 11357 beim 2. Aufheizen und Integration des Schmelzpeaks.
Erfindungsgemäß bevorzugt als Matrixkomponente einzusetzendes Polyamid 6 [CAS Nr. 25038-54-4] ist beispielweise bei der Lanxess Deutschland GmbH, Köln unter der Bezeichnung Durethan^® B31SK erhältlich.
Die erfindungsgemäß als Matrixkomponente in Verfahrensschritt b) einzusetzenden Thermoplasten können in reiner Form, aber auch als Copolymere, Terpolymere etc. sowie in Form von physikalischen Mischungen (Blends) von wenigstens zwei Thermoplasten eingesetzt werden. Bevorzugte, als Mischungspartner einzusetzende Thermoplasten werden ausgewählt aus der Gruppe Polycarbonat (PC), thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polymilchsäuren (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylen (POM) und Polystyrol (PS).
Vorzugsweise wird der wenigstens eine Thermoplast der Matrixkomponente zusammen mit wenigstens einem Füll- und/oder Verstärkungsstoff oder Additiv eingesetzt. Diese Füll- und Verstärkungsstoffe und Additive können in Mengen und in Formen eingesetzt werden, wie sie dem Fachmann allgemein bekannt sind, einschließlich in Form von sogenannten Nano-Materialien, bei denen mindestens eine Abmessung der Teilchen im Bereich von 1 bis 1000 nm vorliegt.
Bevorzugte Füll- und/oder Verstärkungsstoffe im als Matrixkomponente einzusetzenden Thermoplasten werden ausgewählt aus der Gruppe Glimmer, Silikat, Quarz, Wollastonit, Kaolin, amorphe Kieselsäuren, nanoskalige Mineralien, insbesondere Montmorillonite oder Nano-Böhmit, Magnesiumcarbonat, Kreide, Feldspat, Bariumsulfat, Glaskugeln, Mahlglas und/oder faserförmige Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffen auf der Basis von Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern. Bevorzugt werden mineralische teilchenförmige Füllstoffe auf der Basis von Glimmer, Silikat, Quarz, Wollastonit, Kaolin, amorphe Kieselsäuren, Magnesiumcarbonat, Kreide, Feldspat, Bariumsulfat und/oder Glasfasern eingesetzt. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß mineralische teilchenförmige Füllstoffe auf der Basis von Wollastonit, Kaolin und/oder Glasfasern eingesetzt, vorzugsweise Glasfasern, insbesondere Kurzglasfasern. Gemäß „http://de.wikipedia.org/wiki/Faser-Kunststoff-Verbund” werden geschnittene Fasern auch als Kurzfasern bezeichnet und zeichnen sich durch eine Länge im Bereich von 0,1 bis 1 mm aus.
Bevorzugt können ferner auch nadelförmige mineralische Füllstoffe eingesetzt werden. Unter nadelförmigen mineralischen Füllstoffen wird erfindungsgemäß ein mineralischer Füllstoff mit stark ausgeprägtem nadelförmigen Charakter verstanden. Insbesondere seien nadelförmige Wollastonite genannt.
Bevorzugt weist der einzusetzende mineralische Füllstoff und/oder Verstärkungsstoff ein Länge:Durchmesser-Verhältnis im Bereich von 2:1 bis 35:1, besonders bevorzugt im Bereich von 3:1 bis 19:1, am meisten bevorzugt im Bereich von 4:1 bis 12:1 auf. Die mittlere Teilchengröße der einzusetzenden nadelförmigen mineralischen Füllstoffe liegt bevorzugt bei kleiner 20 μm, besonders bevorzugt bei kleiner 15 μm, insbesondere bevorzugt bei kleiner 10 μm bestimmt mit einem CILAS GRANULOMETER.
Bevorzugt können Füllstoff und/oder Verstärkungsstoff in einer Ausführungsform oberflächenmodifiziert sein, bevorzugt mit einem Haftvermittler bzw. Haftvermittlersystem, insbesondere auf Silanbasis. Die Vorbehandlung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Insbesondere bei Verwendung von Glasfasern können zusätzlich zu Silanen auch Polymerdispersionen, Filmbildner, Verzweiger und/oder Glasfaserverarbeitungshilfsmittel verwendet werden.
Besonders bevorzugt als Füll- und/oder Verstärkungsstoff sind Glasfasern, die einen mittleren Faserdurchmesser im Bereich von 7 bis 18 μm, bevorzugt im Bereich von 9 bis 15 μm haben, und in Form geschnittener oder gemahlener Glasfasern zugesetzt werden. Eine Längen- und Dickenbestimmung der Glasfaser kann, wie in EP 0 399 320 B2 beschrieben, halbautomatisch anhand rasterelektronen-mikroskopischer Bilder (REM) mittels Grafiktableau und rechnergestützter Datenerfassung bestimmt werden. Bevorzugt sind die Glasfasern mit einem geeigneten Schlichtesystem auf Silanbasis ausgerüstet.
Einzusetzende Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe können verarbeitungsbedingt in der thermoplastischen Matrix einen kleineren d97- bzw. d50-Wert aufweisen; als in der ursprünglich eingesetzten Form. Insbesondere die Glasfasern können verarbeitungsbedingt im Thermoplasten für den Einsatz im Verfahrensschritt b) kürzere Längenverteilungen als ursprünglich eingesetzt aufweisen. Die mittlere Teilchengröße d50 ist der aus der Teilchenesd ermittelte Wert, zu dem 50 Massenprozent der Teilchen einen äquivalenten Kugeldurchmesser kleiner als diesen d50 Wert aufweisen. Die zugrunde liegende Norm ist ISO 13317-3.
Die Füll- und/oder Verstärkungsstoffe können einzeln oder als Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Füllstoffen und/oder Verstärkungsstoffen eingesetzt werden.
Bevorzugte Additive für den als Matrixkomponente einzusetzenden Thermoplasten werden ausgewählt aus der Gruppe Flammschutzmittel, Elastomermodifikatoren, Weichmacher, di- oder mehrfunktionelle verzweigend oder kettenverlängernd wirkende Additive, Fließhilfsmittel, Gleit- und Entformungsmittel, Keimbildner, kristallisationsfördernde Mittel, Thermo- und UV-Stabilisatoren, Färbemittel, vorzugsweise Farbstoffe, Pigmente, Ruß, Säurefänger, Gammastrahlenstabilisatoren, Antistatika, Laserabsorber, Verträglichkeitsmacher, weitere Füllstoffe und andere Verarbeitungshilfsmittel. Die einzusetzenden Additive können jeweils alleine oder in Mischung bzw. in Form von Masterbatchen eingesetzt werden.
Als Flammschutzmittel können handelsübliche, organische Halogenverbindungen mit Synergisten oder handelsübliche organische Stickstoffverbindungen oder organisch/anorganische Phosphorverbindungen einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Auch mineralische Flammschutzadditive wie Magnesiumhydroxid oder Ca-Mg-Carbonat-Hydrate (z. B. DE-A 4 236 122 ) können eingesetzt werden. Ebenso kommen Salze aliphatischer oder aromatischer Sulfonsäuren in Frage. Als halogenhaltige, insbesondere bromierte oder chlorierte Verbindungen, kommen vorzugsweise infrage: Ethylen-1,2-bistetrabromphthalimid, epoxidiertes Tetrabrombisphenol-A-Harz, Tetrabrombisphenol-A-oligocarbonat, Tetrachlorbisphenol-A-oligocarbonat, Pentabrompolyacrylat, bromiertes Polystyrol und Decabromdiphenylether. Als organische Phosphorverbindungen sind vorzugsweise die Phosphorverbindungen gemäß WO-A 98/17720 geeignet, insbesondere Triphenylphosphat (TPP), Resorcinol-bis-(diphenylphosphat) (RDP) und die daraus abgeleiteten Oligomere sowie Bisphenol-A-bis-diphenylphosphat (BDP), ferner organische und anorganische Phosphonsäurederivate und deren Salze, außerdem roter Phosphor, Phosphite, Hypophosphite, Phospinoxide, Phosphazene, Melaminpyrophosphat und deren Mischungen. Als Stickstoffverbindungen kommen solche aus der Gruppe der Allantoin-, Cyanursäure-, Dicyandiamid, Glycouril-, Guanidin- Ammonium- und Melaminderivate, bevorzugt Allantoin, Benzoguanamin, Glykouril, Melamin, Kondensationsprodukte des Melamins, insbesondere Melem, Melam oder Melom, bzw. höher kondensierte Verbindungen dieses Typs und Addukte des Melamins mit Säuren, insbesondere mit Cyanursäure, hier vor allem Melamincyanurat, Phosphorsäure, hier vor allem Melaminphosphat, oder kondensierte Phosphorsäuren, hier vor allem Melaminpolyphosphat, in Frage. Als Synergisten werden vorzugsweise Antimonverbindungen, insbesondere Antimontrioxid, Natriumantimonat und Antimonpentoxid, Zinkverbindungen, insbesondere Zinkborat, Zinkoxid, Zinkphosphat und Zinksulfid, Zinnverbindungen, insbesondere Zinnstannat oder Zinnborat, sowie Magnesiumverbindungen, insbesondere Magnesiumoxid, Magnesiumcarbonat oder Magensiumborat, eingesetzt. Auch können dem Flammschutzmittel sogenannte Kohlenstoffbildner, insbesondere Phenol-Formaldehydharze, Polycarbonate, Polyphenylether, Polyimide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyphenylosulfide oder Polyetherketone sowie Antitropfmittel, insbesondere Tetrafluorethylenpolymerisate, zugesetzt werden.
Bevorzugt einzusetzende Elastomermodifikatoren umfassen u. a. ein oder mehrere Pfropfpolymerisate von

i) 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 90 Gew.-%, wenigstens eines Vinylmonomeren auf
ii) 95 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 10 Gew.-% einer oder mehrerer Pfropfgrundlagen mit Glasübergangstemperaturen < 10°C, vorzugsweise < 0°C, besonders bevorzugt < –20°C.

Die Pfropfgrundlage ii) hat im allgemeinen eine mittlere Teilchengröße (d50-Wert) im Bereich von 0,05 bis 10 μm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1 μm.
Monomere sind vorzugsweise Gemische aus

i.i) 50 bis 99 Gew.-% Vinylaromaten und/oder kernsubstituierten Vinylaromaten, insbesondere Styrol, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, p-Chlorstyrol, und/oder Methacrylsäure-(C1-C8)-Alkylester, insbesondere. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat) und
i.ii) 1 bis 50 Gew.-% Vinylcyanide, insbesondere ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril und Methacrylnitril, und/oder (Meth)Acrylsäure-(C₁-C₈)-Alkylester, insbesondere Methylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, n-Butylacrylat, t-Butylacrylat, und/oder Derivate, insbesondere Anhydride und Imide ungesättigter Carbonsäuren, insbesondere Maleinsäureanhydrid oder N-Phenyl-Maleinimid).

Bevorzugte Monomere i.i) sind ausgewählt aus mindestens einem der Monomere Styrol, α-Methylstyrol und Methylmethacrylat, bevorzugte Monomere i.ii) sind ausgewählt aus mindestens einem der Monomere Acrylnitril, Maleinsäureanhydrid, Glycidylmethacrylat und Methylmethacrylat.
Besonders bevorzugte Monomere sind i.i) Styrol und i.ii) Acrylnitril.
Für die in den Elastomermodifikatoren einzusetzenden Pfropfpolymerisate geeignete Pfropfgrundlagen ii) sind vorzugsweise Dienkautschuke, EPDM-Kautschuke, also solche auf Basis Ethylen/Propylen und gegebenenfalls Dien, ferner Acrylat-, Polyurethan-, Silikon-, Chloropren und Ethylen/Vinylacetat-Kautschuke. EPDM steht für Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk.
Bevorzugte Pfropfgrundlagen ii) sind Dienkautschuke, insbesondere auf Basis Butadien, Isopren etc oder Gemische von Dienkautschuken oder Copolymerisate von Dienkautschuken oder deren Gemischen mit weiteren copolymerisierbaren Monomeren, insbesondere gemäß i.i) und i.ii) mit der Maßgabe, dass die Glasübergangstemperatur der Komponente ii) bei < 10°C, vorzugsweise bei < 0°C, besonders bevorzugt bei < –10°C liegt.
Besonders bevorzugte Propfgrundlagen ii) sind ABS-Polymerisate (Emulsions-, Masse- und Suspensions-ABS) wobei ABS für Acrylnitril-Butadien-Styrol steht, wie sie z. B. in der DE-A 2 035 390 oder in der DE-A 2 248 242 bzw. in Ullmann, Enzyklopädie der Technischen Chemie, Bd. 19 (1980), S. 280 ff. beschrieben sind. Der Gelanteil der Pfropfgrundlage ii) beträgt bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-% (in Toluol gemessen).
Die Elastomermodifikatoren bzw. Pfropfpolymerisate werden durch radikalische Polymerisation, bevorzugt durch Emulsions-, Suspensions-, Lösungs- oder Massepolymerisation, insbesondere durch Emulsions- oder Massepolymerisation hergestellt.
Besonders geeignete Pfropfkautschuke sind auch ABS-Polymerisate, die durch Redox-Initiierung mit einem Initiatorsystem aus organischem Hydroperoxid und Ascorbinsäure gemäß US-A 4 937 285 hergestellt werden.
Da bei der Pfropfreaktion die Pfropfmonomeren bekanntlich nicht unbedingt vollständig auf die Pfropfgrundlage aufgepfropft werden, werden erfindungsgemäß unter Pfropfpolymerisaten auch solche Produkte verstanden, die durch (Co)Polymerisation der Pfropfmonomere in Gegenwart der Pfropfgrundlage gewonnen werden und bei der Aufarbeitung mit anfallen.
Ebenfalls geeignete Acrylatkautschuke basieren auf Pfropfgrundlagen ii) die vorzugsweise Polymerisate aus Acrylsäurealkylestern, gegebenenfalls mit bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf ii) anderen polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Monomeren. Zu den bevorzugten polymerisierbaren Acrylsäureestern gehören C₁-C₈-Alkylester, vorzugsweise Methyl-, Ethyl-, Butyl-, n-Octyl- und 2-Ethylhexylester; Halogenalkylester, vorzugsweise Halogen-C₁-C₈-alkylester, wie Chlorethylacrylat, Glycidylester sowie Mischungen dieser Monomeren. Dabei sind Propfpolymerisate mit Butylacrylat als Kern und Methylmethacrylaten als Schale, insbesondere Paraloid^® EXL2300, Fa. Dow Corning Corporation, Midland Michigan, USA, besonders bevorzugt.
Weitere bevorzugt geeignete Pfropfgrundlagen gemäß ii) sind Silikonkautschuke mit pfropfaktiven Stellen, wie sie in DE-A 3 704 657 (= US 4 859 740 ), DE-A 3 704 655 (= US 4 861 831 ), DE-A 3 631 540 (= US 4 806 593 ) und DE-A 3 631 539 (= US 4 812 515 ) beschrieben werden.
Bevorzugte Propfpolymerisate mit einem Silikonanteil sind solche, die Methylmethacrylat oder Styrol-Acrylnitril als Schale und ein Silikon/Acrylat-Propf als Kern aufweisen. Unter solchen mit Styrol-Acrylnitril als Schale kann z. B. Metablen^® SRK200 eingesetzt werden. Unter solchen mit Methylmethacrylat als Schale können Z. B. Metablen^® S2001, Metablen^® S2030 und/oder Metablen^® SX-005 eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird Metablen^® S2001 eingesetzt. Die Produkte mit dem Handelsnamen Metablen^® sind erhältlich bei Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Tokio, Japan.
Zur Vernetzung können Monomere mit mehr als einer polymerisierbaren Doppelbindung copolymerisiert werden. Bevorzugte vernetzende Monomere sind Ester ungesättigter Monocarbonsäuren mit 3 bis 8 C-Atomen und ungesättigter einwertiger Alkohole mit 3 bis 12 C-Atomen, oder gesättigter Polyole mit 2 bis 4 OH-Gruppen und 2 bis 20 C-Atomen, bevorzugt Ethylenglykoldimethacrylat, Allylmethacrylat; mehrfach ungesättigte heterocyclische Verbindungen, bevorzugt Trivinyl- und Triallylcyanurat; polyfunktionelle Vinylverbindungen, bevorzugt Di- und Trivinylbenzole; aber auch Triallylphosphat und Diallylphthalat.
Bevorzugte vernetzende Monomere sind Allylmethacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Diallylphthalat und heterocyclische Verbindungen, die mindestens 3 ethylenisch ungesättigte Gruppen aufweisen.
Besonders bevorzugte vernetzende Monomere sind die cyclischen Monomere Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, Triacryloylhexahydro-s-triazin, Triallylbenzole. Die Menge der vernetzten Monomere beträgt vorzugsweise 0,02 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.-%, bezogen auf die 100 Gew.-% der Pfropfgrundlage ii).
Bei cyclischen vernetzenden Monomeren mit mindestens 3 ethylenisch ungesättigten Gruppen ist es vorteilhaft, die Menge auf unter 1 Gew.-% der Pfropfgrundlage ii) zu beschränken.
Bevorzugte ”andere” polymerisierbare, ethylenisch ungesättigte Monomere, die neben den Acrylsäureestern gegebenenfalls zur Herstellung der Pfropfgrundlage ii) dienen können, sind Acrylnitril, Styrol, α-Methylstyrol, Acrylamide, Vinyl-C₁-C₆-alkylether, Methylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Butadien. Bevorzugte Acrylatkautschuke als Pfropfgrundlage ii) sind Emulsionspolymerisate, die einen Gelgehalt von mindestens 60 Gew.-% aufweisen.
Neben Elastomermodifikatoren, die auf Propfpolymeren beruhen, können ebenfalls nicht auf Propfpolymeren basierende Elastomermodifikatoren eingesetzt werden, die Glasübergangstemperaturen < 10°C, vorzugsweise < 0°C, besonders bevorzugt < –20°C aufweisen. Bevorzugt gehören hierzu Elastomere mit einer Blockcopolymerstruktur sowie weiterhin thermoplastisch aufschmelzbare Elastomere, insbesondere EPM-, EPDM- und/oder SEBS-Kautschuke (EPM = Ethylen-Propylen-Copolymer, EPDM = Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und SEBS = Styrol-Ethen-Buten-Styrol Copolymer).
Die in diesem Kapitel Elastomermodifikator angegebenen Gewichtsprozente beziehen sich auf 100 Gew.-% Elastomermodifikator.
Bevorzugt einzusetzende Weichmacher sind Phthalsäuredioctylester, Phthalsäuredibenzylester, Phthalsäurebutylbenzylester, Kohlenwasserstofföle oder N-(n-Butyl)benzolsulfonamid.
Bevorzugte di- oder mehrfunktionelle verzweigend oder kettenverlängernd wirkende Additive sind niedermolekulare oder oligomere Verbindungen, die über mindestens zwei und höchstens 15 verzweigend oder kettenverlängernd wirkende funktionelle Gruppen pro Molekül verfügen, welche mit primären und/oder sekundären Aminogruppen, und/oder Amidgruppen und/oder Carbonsäuregruppen reagieren können. Kettenverlängernd wirkende funktionelle Gruppen sind bevorzugt Isocyanate, Alkohole, blockierte Isocyanate, Epoxide, Maleinsäureanhydrid, Oxazoline, Oxazine, Oxazolone.
Besonders bevorzugte di- oder mehrfunktionelle verzweigend oder kettenverlängernd wirkende Additive sind Diepoxide auf Basis Diglycidylether, insbesondere Bisphenol und Epichlorhydrin, auf Basis von Aminepoxidharz, insbesondere Anilin und Epichlorhydrin, auf Basis von Diglycidylester, insbesondere cycloaliphatische Dicarbonsäuren und Epichlorhydrin, einzeln oder in Mischungen sowie 2,2-Bis[p-hydroxy-phenyl]-propandiglycidylether, Bis-[p-(N-methyl-N-2,3-epoxy-propylamino)-phenyl]-methan sowie epoxidierte Fettsäureester des Glycerins, enthaltend mindestens zwei und höchstens 15 Epoxidgruppen pro Molekül.
Besonders bevorzugte di- oder mehrfunktionelle verzweigend oder kettenverlängernd wirkende Additive sind Glycidylether, ganz besonders bevorzugt Bisphenol A-Diglycidylether und epoxidierte Fettsäureester des Glycerins, sowie auch ganz besonders bevorzugt epoxidiertes Sojaöl [CAS Nr. 8013-07-8].
Zur Verzweigung/Kettenverlängerung sind zudem besonders bevorzugt geeignet:

1. Poly- bzw. Oligoglycidyl- oder Poly-(β-methylglycidyl)-ether erhältlich durch Umsetzung einer Verbindung mit mindestens zwei freien alkoholischen Hydroxygruppen und/oder phenolischen Hydroxygruppen und einem geeignet substituierten Epichlorhydrin unter alkalischen Bedingungen, oder in Anwesenheit eines sauren Katalysators und anschließender Alkalibehandlung. Poly- bzw. Oligoglycidyl- oder Poly-(β-methylglycidyl)-ether leiten sich bevorzugt ab von acyclischen Alkoholen, insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol und höheren Poly-(oxyethylen)-glykolen, Propan-1,2-diol, Poly-(oxypropylen)-glykolen, Propan-1,3-diol, Butan-1,4-diol, Poly-(oxytetramethylen)-glykolen, Pentan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, Hexan-2,4,6-triol, Glycerin, 1,1,1-Trimethylpropan, Bistrimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit sowie von Polyepichlorhydrinen. Sie leiten sich aber auch bevorzugt ab von cycloaliphatischen Alkoholen, insbesondere 1,3- oder 1,4-Dihydroxycyclohexan, Bis-(4-hydroxycyclohexyl)-methan, 2,2-Bis-(4-hydroxycyclohexyl)-propan oder 1,1-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohex-3-en oder sie besitzen aromatische Kerne, insbesondere N,N-Bis-(2-hydroxyelhyl)anilin oder p,p'-Bis-(2-hydroxyethyl-amino)-diphenylmethan. Die Epoxidverbindungen können sich bevorzugt auch von einkernigen Phenolen ableiten, insbesondere von Resorcin oder Hydrochinon, oder sie basieren auf mehrkernigen Phenolen, insbesondere auf Bis-(4-hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan, 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon oder auf unter sauren Bedingungen erhaltene Kondensationsprodukte von Phenolen mit Formaldehyd, insbesondere Phenol-Novolake.
2. Poly- bzw. Oligo-(N-glycidyl)-Verbindungen ferner erhältlich durch Dehydrochlorierung der Reaktionsprodukte von Epichlorhydrin mit Aminen, die mindestens zwei Aminowasserstoffatome enthalten. Bei diesen Aminen handelt es sich bevorzugt um Anilin, Toluidin, n-Butylamin, Bis-(4-aminophenyl)methan, m-Xylylendiamin oder Bis-(4-methylaminophenyl)-methan, aber auch N,N,O-Triglycidyl-m-aminophenyl oder N,N,O-Triglycidyl-p-aminophenol. Zu den Poly-(N-glycidyl)-Verbindungen zählen aber auch bevorzugt N,N'-Diglycidylderivate von Cycloalkylenharnstoffen, besonders bevorzugt Ethylenharnstoff oder 1,3-Propylenharnstoff, und N,N'-Diglycidylderivate von Hydantoinen, insbesondere 5,5-Dimethylhydantoin.
3. Poly- bzw. Oligo-(S-glycidyl)-Verbindungen, insbesondere Di-S-glycidylderivate, die sich von Dithiolen, bevorzugt Ethan-1,2-dithiol oder Bis-(4-mercaptomethylphenyl)-ether, ableiten.
4. Epoxidierte Fettsäureester des Glycerins, insbesondere epoxidierte Pflanzenöle. Sie werden durch Epoxidierung der reaktionsfähigen Olefingruppen von Triglyceriden ungesättigter Fettsäuren erhalten. Die Herstellung epoxidierter Fettsäureester des Glycerins kann ausgehend von ungesättigten Fettsäureestern des Glycerins, bevorzugt von Pflanzenölen, und organischen Peroxycarbonsäuren (Prileschajew-Reaktion) erfolgen. Verfahren zur Herstellung von epoxidierten Pflanzenölen sind zum Beispiel in Smith, March, March's Advanced Organic Chemistry, 5. Auflage, Wiley-Interscience, New York, 2001 beschrieben. Bevorzugte epoxidierte Fettsäureester des Glycerins sind Pflanzenöle. Erfindungsgemäß besonders bevorzugter epoxidierter Fettsäureester des Glycerins ist epoxidiertes Sojaöl [CAS Nr. 8013-07-8].
5. Kettenverlängernd oder verzweigend wirkende Additive enthaltend mindestens einen mehrwertigen Alkohol mit mindestens 3 Alkoholgruppen und einem Molekulargewicht oberhalb von 200 g/mol. Ganz besonders bevorzugt liegt das Molekulargewicht dieser Komponenten im Bereich von oberhalb von 200 g/mol und unterhalb von 600 g/mol. Insbesondere erfindungsgemäß einzusetzende, mehrwertige Alkohole gehören hierbei zur Gruppe der aliphatischen mehrwertigen Alkohole, der aliphatisch-cycloaliphatischen mehrwertigen Alkohole oder der cycloaliphatischen mehrwertigen Alkohole sowie der Kohlenhydrate.

Eine aliphatische Kette im mehrwertigen Alkohol kann dabei nicht nur Kohlenstoffatome sondern auch Heteroatome ausgewählt aus der Gruppe Stickstoff, Schwefel oder Sauerstoff enthalten. Ein cycloaliphatisches Strukturelement als Teil des mehrwertigen Alkohols kann monocyclisch oder Teil eines bicyclischen oder polycyclischen Ringsystems sein. Dabei kann die Ringstruktur ausschließlich aus Kohlenstoffatomen oder aber heterocyclisch sein. Ein heterocyclischer Ring als Teil des mehrwertigen Alkohols kann monocyclisch oder Teil eines bicyclischen oder polycyclischen Ringsystems sein und dabei ein oder mehrere Heteroatome bevorzugt aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten. Dabei kann der mehrwertige Alkohol auch mindestens einen weiteren Substituenten wie Ether-, Carboxyl-, Ester oder Amidgruppen enthalten.
Bevorzugt sind dabei solche mehrwertigen Alkohole, bei denen mindestens ein Paar an Alkoholen dahingehend in Beziehung steht, dass die mit den Alkoholen jeweils verknüpften Kohlenstoffatome durch mindestens ein Atom voneinander getrennt sind. Besonders bevorzugt sind dabei solche mehrwertige Alkohole, bei denen mindestens ein Paar an Alkoholen dahingehend in Beziehung steht, dass die mit den Alkoholen jeweils verknüpften Kohlenstoffatome durch ein Kohlenstoffatom voneinander getrennt sind.
Insbesondere ganz besonders bevorzugte mehrwertige Alkohole sind ausgewählt aus der Gruppe Dipentaerythritol [CAS-Nr. 126-58-9] und Tripentaerythritol [CAS-Nr. 78-24-0], wobei Dipentaerythritol insbesondere bevorzugt ist.
Bevorzugt einzusetzende Fließhilfsmittel sind Copolymerisate aus mindestens einem α-Olefin mit mindestens einem Methacrylsäurester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols. Besonders bevorzugt sind dabei Copolymerisate, bei denen das α-Olefin aus Ethen und/oder Propen aufgebaut ist, insbesondere aus Ethen. Bevorzugt sind zudem Methacrylsäurester oder Acrylsäureester, die als Alkoholkomponente lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit 6 bis 20 C-Atomen enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist Acrylsäure-(2-ethyl)-hexylester. Insbesondere bevorzugt wird ein Copolymerisat aus Ethen und Acrylsäure-(2-ethyl)-hexylester als Fließhilfsmittel eingesetzt. Als Fließhilfsmittel geeignete Copolymerisate zeichnen sich neben der Zusammensetzung auch durch das niedrige Molekulargewicht aus. Dementsprechend weisen als Fließhilfsmittel einzusetzende Copolymerisate aus mindestens einem α-Olefin mit mindestens einem Methacrylsäurester oder Acrylsäureester eines aliphatischen Alkohols vorzugsweise einen MFI-Wert gemessen bei 190°C und einer Belastung von 2,16 kg von mindestens 100 g/10 min, bevorzugt von mindestens 150 g/10 min, besonders bevorzugt von mindestens 300 g/10 min auf. Der MFI, Melt-Flow-Index, dient zur Charakterisierung des Flusses einer Schmelze eines Thermoplasten und unterliegt den Normen ISO 1133 oder ASTM D 1238. Der MFI bzw. alle Angaben zum MFI im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich bzw. wurden einheitlich nach ISO 1133 bei 190°C und einem Prüfgewicht von 2,16 kg gemessen bzw. bestimmt.
Bevorzugte Gleit- und Entformungsmittel werden ausgewählt aus der Reihe der langkettigen Fettsäuren, insbesondere Stearinsäure oder Behensäure, deren Salze, insbesondere Ca oder Zn Stearat, sowie deren Esterderivate, insbesondere Pentaerythritoltetrastearat, oder Amidderivate, insbesondere Ethylen-bis-stearylamid, Montanwachse sowie niedermolekulare Polyethylen bzw. Polypropylenwachse. Montanwachse im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Mischungen aus geradkettigen, gesättigten Carbonsäuren mit Kettenlängen von 28 bis 32 C Atomen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden Gleit- und/oder Entformungsmittel aus der Gruppe der Ester oder Amide gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Carbonsäuren mit 8 bis 40 C-Atomen mit aliphatischen gesättigten Alkoholen oder Aminen mit 2 bis 40 C-Atomen sowie Metallsalze gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Carbonsäuren mit 8 bis 40 C-Atomen eingesetzt, wobei Ethylen-bis-stearylamid, Calciumstearat und/oder Ethylenglycoldimontanat, hier insbesondere Licowax^® E der Fa. Clariant, Muttenz, Basel ganz besonders bevorzugt ist und Pentaerythritoltetrastearat und Ethylen-bis-stearylamid insbesondere ganz besonders bevorzugt sind.
Bevorzugte Nukleierungsmittel sind Natrium- oder Calciumphenylphosphinat, Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid sowie Talkum.
Bevorzugte Thermostabilisatoren werden ausgewählt aus der Gruppe der elementaren Metalle, vorzugsweise Eisen, der Eisensalze, der Kupfersalze, insbesondere Kupfer(I)iodid, letzteres bevorzugt in Kombination mit Kaliumsalzen und/oder mit Natriumhypophosphit (NaH₂PO₂) eingesetzt wird. Besonders bevorzugt sind dabei Kombinationen aus Kupferiodid und Kaliumbromid sowie Kombinationen aus Kupferiodid, Kaliumiodid und Natriumhypophosphit.
Ebenfalls bevorzugte Thermostabilisatoren werden ausgewählt aus der Gruppe der sterisch gehinderten Phenole, der aliphatisch oder aromatisch substituierten Phosphite, Ester der 3,3-Thiodipropionsäure, der sterisch gehinderten Amine, insbesondere Tetrametyhlpiperidin-Derivate, der aromatischen sekundären Amine, insbesondere Diphenylamine, Hydrochinone, der substituierten Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone, sowie verschieden substituierte Vertreter dieser Gruppen.
Ebenfalls bevorzugte Thermostabilisatoren werden ausgewählt aus der Gruppe der polyhydrischen Alkohole mit wenigstens zwei Hydroxylgruppen. Besonders bevorzugt sind dabei Dipentaerythritol, Tripentaerythritol, Pentaerythritol sowie Mischungen davon.
Des Weiteren bevorzugt sind Thermostabilisatoren ausgewählt aus der Gruppe der schwefelhaltigen Stabilisatoren, insbesondere Sulfide, Dialkylthiocarbamate oder Thiodipropionsäuren.
Die Thermostabilisatoren können einzeln oder als Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Thermostabilisatoren/Thermostabilisatorsystemen eingesetzt werden.
Als UV-Stabilisatoren werden bevorzugt sterisch gehinderte Amine, substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole oder Benzophenone eingesetzt.
Als Farbmittel werden bevorzugt anorganische Pigmente, insbesondere Titandioxid, Ultramarinblau, Eisenoxid, Zinksulfid oder Ruß, weiterhin organische Pigmente, bevorzugt Phthalocyanine, Chinacridone, Perylene sowie Farbstoffe, bevorzugt Nigrosin oder Anthrachinone eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind dabei Ruß und Nigrosin.
Als Säurefänger werden bevorzugt Hydrotalcit, Kreide, Böhmit oder Zinkstannate eingesetzt.
Als Additive zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit können bevorzugt Leitfähigkeitsruße, Graphene, Graphit sowie andere übliche, nicht faserige Additive zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zugesetzt werden. Als nanoskalige Additive können bevorzugt sogenannte „single wall Kohlenstoff-Nanotubes” oder „multi wall Kohlenstoff-Nanotubes” eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt werden die Additive im Thermoplasten der Matrixkomponente in einem vorgelagerten Schritt dispergiert und compoundiert. Compoundieren ist ein Begriff aus der Kunststofftechnik, welcher mit Kunststoffaufbereitung gleichzusetzen ist und den Veredelungsprozess von Kunststoffen durch Beimischung von Zuschlagstoffen (Füllstoffe, Additive usw.) zur gezielten Optimierung der Eigenschaftsprofile beschreibt. Die Compoundierung erfolgt vorzugsweise in Extrudern und umfasst die Verfahrensoperationen Fördern, Aufschmelzen, Dispergieren, Mischen, Entgasen und Druckaufbau. Das Dispergieren erfolgt vorzugsweise mittels eines Schmelzmischverfahrens in wenigstens einem Mischwerkzeug. Mischwerkzeuge sind vorzugsweise Einzel- oder Doppelschneckenextruder oder Banbury-Mischer. Die einzelnen Komponenten werden in wenigstens einem Mischwerkzeug, bevorzugt bei Temperaturen im Bereich um den Schmelzpunkt des Thermoplasten, mit demselben zu einer als Matrixkomponente einzusetzenden Thermoplast-Zubereitung gemischt und als Strang ausgetragen. Üblicherweise wird der Strang bis zur Granulierfähigkeit abgekühlt und dann granuliert.
Vorzugsweise wird die Matrixkomponente im Verfahrensschritt b) in Form eines Pulvers bereitgestellt. Vor dem Vermahlen zu einem Pulver liegt der wenigstens eine Thermoplast bzw. die Thermoplast-Zubereitung in der Regel als Granulat, Flakes oder andere makroskopische Teile vor. Vorzugsweise erfolgt das Mahlen bei tiefen Temperaturen als sogenanntes kryogenes Mahlen.
Verfahrensschritt c)
Der Auftrag des wenigstens einen Thermoplasten bzw. Thermoplast-Zubereitung – hiernach als Matrixkomponente bezeichnet – auf die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen, auch als textiles Halbzeug bezeichnet, erfolgt im Verfahrensschritt c) mittels konventioneller Mittel, vorzugsweise durch Streuen, Rieseln, Drucken, Spritzen, Sprühen, Tränken, Benetzen im Schmelzebad, thermisches Spritzen oder Flammspritzen, oder durch Fließbett-Beschichtungsverfahren. In einer Ausführungsform können mehrere Thermoplastschichten auf die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern aufgebracht werden. In einer Ausführungsform wird die Matrixkomponente in Form einer Folie auf die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern aufgetragen.
Der Auftrag der Matrixkomponente auf die Gesamtheit der Faserhalbzeuglagen erfolgt in Mengen, woraus ein Faser-Matrix-Halbzeug mit einem nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien nach DIN 1310 im Bereich von 15 bis 75%, vorzugsweise im Bereich von 45 bis 65%, resultiert.
In einer Ausführungsform folgt dem Pulverauftrag ein Sinterschritt, bei dem die Matrixkomponente nach dem Auftrag auf die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern gesintert wird. Durch das Sintern, gegebenenfalls unter Druck, wird die Matrixkomponente erhitzt, wobei die Temperatur jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des jeweils einzusetzenden wenigstens einen Thermoplasten bleibt. Dabei kommt es in der Regel zu einer Schwindung, weil sich die Pulverpartikel der Matrixkomponente verdichten und Porenräume in der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen aufgefüllt werden.
Anschließend wird die mit Matrixkomponente beaufschlagte Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen im Verfahrensschritt d) dem Einfluss von Druck und Temperatur unterzogen. Vorzugsweise erfolgt dies unter Vorwärmen der mit Matrixkomponente beaufschlagten Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen außerhalb der Druckzone.
Verfahrensschritt d)
Im Verfahrensschritt d) wird die mit Matrixkomponente beaufschlagte Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen aufgeheizt, um die Imprägnierung und Konsolidierung derselben einzuleiten. Zusätzlich wird hierzu Druck angewandt.
Durch den Einfluss von Druck und Wärme schmilzt die Matrixkomponente und durchdringt die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen, dessen Fasern damit imprägniert werden. Durch Entweichen von vorhandenem oder sich dabei bildendem Gas oder Luft aus den Hohlräumen der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen, aber auch aus den Hohlräumen zwischen Matrixkomponente und Fasermaterial, findet die Konsolidierung statt. Die Gase enthalten Gas der Umgebung, insbesondere Luft oder Stickstoff, und/oder Wasser, vorzugsweise in Dampfform, und/oder thermische Zersetzungsprodukte des eingesetzten Thermoplasten.
Vorzugsweise wird im Verfahrensschritt d) ein Druck im Bereich von 2 bis 100 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 bar, angewandt.
Die im Verfahrensschritt d) anzuwendende Temperatur ist größer oder gleich der Schmelztemperatur des Thermoplasten der Matrixkomponente. In einer Ausführungsform liegt die im Verfahrensschritt d) anzuwendende Temperatur mindestens 10°C über der Schmelztemperatur der Matrixkomponente. In einer weiteren Ausführungsform liegt die anzuwendende Temperatur mindestens 20°C über der Schmelztemperatur der Matrixkomponente. Die Beheizung kann durch eine Vielzahl von Mitteln erfolgen, vorzugsweise Kontaktheizung, strahlende Gasheizung, Infrarotheizung, Konvektion oder erzwungene Konvektion, Induktionsheizung, Mikrowellenheizung oder Kombinationen davon. Im unmittelbaren Anschluss daran erfolgt die Konsolidierung.
Die Vorgänge der Imprägnierung und Konsolidierung sind insbesondere abhängig von den Parametern Temperatur und Druck. In einer Ausführungsform ist der anzuwendende Druck zusätzlich noch von der Zeit abhängig.
Vorzugsweise werden die genannten Parameter angewandt, bis das resultierende Faser-Matrix-Halbzeug einen Hohlraumgehalt von weniger als 5% aufweist. Besonders bevorzugt wird angestrebt, dass der Hohlraumgehalt von weniger als 5% innerhalb einer Zeitdauer von weniger als 10 Minuten, bei Temperaturen oberhalb 100°C erzielt wird, besonders bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 100°C bis 350°C. Vorzugsweise werden Drücke oberhalb von 20 bar angewandt.
Die Druckbeaufschlagung kann durch ein statisches Verfahren oder durch ein kontinuierliches Verfahren (auch als dynamischer Prozess bekannt) erfolgen, wobei ein kontinuierliches Verfahren aus Geschwindigkeitsgründen bevorzugt ist.
In einer Ausführungsform kann im Verfahrensschritt d) das zu erzeugende Faser-Matrix-Halbzeug durch ein gleichzeitig anzuwendendes Formgebungsverfahren in eine gewünschte Geometrie oder Konfiguration geformt werden. Bevorzugte Formgebungsverfahren für die geometrische Gestaltung von Faser-Matrix-Halbzeugen sind Formpressen, Stanzen, Pressen oder jedes Verfahren unter Verwendung von Wärme und/oder Druck. Besonders bevorzugt ist das Pressen. Vorzugsweise wird beim Formgebungsverfahren der Druck durch die Verwendung einer hydraulischen Formpresse aufgetragen. Beim Pressen wird auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des wenigstens einen Thermoplasten in der Matrix vorgewärmt und mit einer Form-, einer Formungseinrichtung oder einem Formwerkzeug, insbesondere wenigstens einer Formpresse, die gewünschte Form bzw. Geometrie des zu erzeugenden Faser-Matrix-Halbzeugs erzielt.
Zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften im zu erzeugenden Faser-Matrix-Halbzeug ist eine möglichst vollständige Imprägnierung der Filamente der erfindungsgemäß einzusetzenden Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen mit der Matrixkomponente wünschenswert, was sich durch einen möglichst geringen Hohlraumgehalt bzw. Gasanteil messen lässt, insbesondere durch eine Dichtebestimmung gemäß DIN EN ISO 1183-1 (2013-04) oder durch Schliffbildmikroskopie.
Das Prinzip des Imprägnierens besteht im Tränken einer trockenen Faserstruktur mit einer Matrix aus Thermoplasten bzw. Thermoplastzubereitung. Das Durchströmen des Faserhalbzeugs ist mit dem Fließen eines inkompressiblen Fluids durch ein poröses Grundmedium vergleichbar. Die Strömung wird mit Hilfe der Navier-Stokes Gleichung beschrieben: ρ dv / dt = –∇P + η∇²v worin ρ die Dichte, v den Geschwindigkeitsvektor, ∇P den Druckgradienten und η die Viskosität des verwendeten Fluids darstellt. Geht man davon aus, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Thermoplasten bzw. der Thermoplastzubereitung – auch als Matrix bezeichnet – in der Verstärkungsstruktur als gering einzustufen ist, können die Trägheitskräfte in obiger Gleichung (deren linke Seite) vernachlässigt werden. Folglich vereinfacht sich die Gleichung zu der als Stokes-Gleichung bekannten Form: 0 = –∇P + η∇²v
Zeitgleich zur Imprägnierung oder im Anschluss an die Imprägnierung findet die Konsolidierung statt, worunter man das Exprimieren von eingeschlossener Luft und anderen Gasen versteht. Auch die Konsolidierung ist insbesondere abhängig von den Parametern Temperatur und Druck sowie zusätzlich gegebenenfalls von der Zeit. In der Gleichung findet sich auch die Viskosität wieder. Es wird deutlich, dass mit einer Verringerung der Viskosität die Imprägnierzeit und/oder der Imprägnierdruck verringert werden können, um so zu einem wirtschaftlicheren Prozess beizutragen.
Da sowohl der Vorgang der Imprägnierung als auch der Vorgang der Konsolidierung von den Parametern Temperatur und Druck abhängig sind, wird der Fachmann diese Parameter dem jeweils in Verfahrensschritt b) einzusetzenden Thermoplasten anpassen. Zudem wird er auch den Zeitraum, über den der Druck angewandt wird, entsprechend dem einzusetzenden Thermoplasten anpassen.
Damit die Imprägnierung und die Konsolidierung zu erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeugen mit abdichtenden Decklagen führt, wird Verfahrensschritt d) vorzugsweise in wenigstens einer kontinuierlichen Formpresse, Doppelbandpresse oder Intervallheizpresse durchgeführt. Insbesondere bevorzugt wird eine Doppelbandpresse eingesetzt.
Bevorzugt anzuwendende Imprägniertechnik ist die Laminierung. Bevorzugte Laminierungstechniken umfassen ohne Einschränkung Kalander, Flachbett-Laminierung und Doppelbandpresse-Laminierung. Wenn das Imprägnierungsverfahren als Laminierung durchgeführt wird, ist vorzugsweise eine gekühlte Doppelbandpresse (siehe EP 0 485 895 B1 ) oder eine Intervallheizpresse einzusetzen.
Das erfindungsgemäße Imprägnierverfahren zeichnet sich durch schnelle Imprägnierung und hohe Produktivität aus und erlaubt Faser-Matrix-Halbzeuge in hohen Raten zu erzeugen.
Verfahrensschritt e)
Im Verfahrensschritt e) wird dem Herstellungsprozess des Faser-Matrix-Halbzeugs ein- oder beidseitig eine Thermoplastfolie zugeführt, um wenigstens eine Decklage auf Basis eines artgleichen Polymers wie im Verfahrensschritt b) oder artungleichen Thermoplasten auf das zu fertigende Faser-Matrix-Halbzeug stoffschlüssig aufzubringen [Potente, H.: Fügen von Kunststoffen. Hanser Verlag München, 2004]. Auch wenn hier als Verfahrensschritt e) dargestellt, erfolgt dieser erfindungsgemäß bevorzugt simultan bzw. zeitgleich mit Verfahrensschritt d). Auf die Oberflächen des sich in Verfahrensschritt d) bildenden Faser-Matrix-Halbzeugs wird auf diese Weise wenigstens eine, vorzugsweise auf beiden Seiten jeweils eine hochmolekulare Folie aufgebracht, die als Sperrschicht gegen niedermolekulare Bestandteile bzw. deren Abgabe an die Umgebung dient. Auf diese Weise erhält man erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeuge mit geringem Anteil an Poren oder Lufteinschlüssen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der hochmolekularen Folie um eine Thermoplastfolie, insbesondere um eine Folie aus der Gruppe Blasfolie, Flachfolie, Gießfolie, Castfolie und kalandrierte Folie.
Eine erfindungsgemäß einzusetzende Folie basiert vorzugsweise auf Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP), insbesondere auf Polypropylen (PP).
Vorzugsweise weist der wenigstens eine Thermoplast für eine als Decklage einzusetzende Folie eine deutlich geringere Fließfähigkeit (MFR gemäß ISO1133) auf, als der im Verfahrensschritt b) für die Matrixkomponente bereitgestellte Thermoplast.
Bevorzugt liegt der MFR der Matrixkomponente im Bereich von 60 bis 400 g/10 min (230°C, 2,16 kg), während der MFR der Decklage bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 g/10 min (230°C, 2,16 kg) liegt.
Vorzugsweise ist der Schmelzpunkt des Thermoplasten für die Matrixkomponente und der Schmelzpunkt des Thermoplasten für die Decklage ähnlich, wobei die Zersetzungstemperaturen der verwendeten Thermoplasten in keinem Fall überschritten werden darf. Vorzugsweise beträgt die Abweichung der Schmelzpunkte des wenigstens einen Thermoplasten für die Matrixkomponente und der Schmelzpunkt des wenigstens einen Thermoplasten für die Folie nicht mehr als 40°C, besonders bevorzugt nicht mehr als 20°C, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 10°C. Die Schmelztemperaturen (Kristallitschmelzebereich) von PP liegen im Bereich von 160–165°C. Kristallitschmelze- und Zersetzungstemperaturen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung im DSC-Verfahren gemäß ISO11357-1 ermittelt.
Um die Adhäsionsmechanismen zwischen dem Thermoplasten der Matrixkomponente und dem Thermoplasten der Decklage(n) zu fördern, werden beide Komponenten vorzugsweise durch ein Heizmittel auf dasselbe thermische Energieniveau angehoben, das eine ausreichende Molekülbeweglichkeit ermöglicht. Bevorzugt befinden sich beide Komponenten im Verfahrensschritt e), d. h. im Moment des Zusammenführens, im schmelzeförmigen Zustand, der vom Schmelzpunkt des jeweils eingesetzten Thermoplasten in der Matrixkomponente bzw. in der Folie abhängig ist.
Besonders bevorzugt werden in beiden Komponenten, d. h. in der Matrixkomponente und in der Folie, artgleiche Thermoplasten eingesetzt. Artgleich im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass im Falle von Polypropylen in der Folie auch in der Matrixkomponente Polypropylen eingesetzt wird oder im Falle von Polyamid in der Folie auch Polyamid in der Matrixkomponente eingesetzt wird. Ganz besonders bevorzugt wird als Matrixkomponente Polypropylen und als Decklage(n) wenigstens eine Folie aus Polypropylen eingesetzt. In alternativer Ausführungsform wird ganz besonders bevorzugt als Matrixkomponente Polyamid und als Decklage(n) wenigstens eine Folie aus Polyamid eingesetzt.
Vorzugsweise werden als Decklage handelsübliche Thermoplastfolien eingesetzt, zu deren Herstellung typische Folien- bzw. Extrusionsthermoplasten eingesetzt werden, die in der Regel eine höhere Viskosität als entsprechende Spritzgussthermoplasten aufweisen. Die gemäß ISO1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg gemessene MFR des Folienwerkstoffs der Decklage(n) liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 g/10 min. Ganz besonders bevorzugt liegt die gemäß ISO1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg gemessene MFR des Folienwerkstoffs der Decklage(n) im Bereich von 1 bis 5 g/10 min, wenn die gemäß DIN1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg gemessene MFR des Matrixwerkstoffes im Bereich von 60 bis 400 g/10 min liegt.
Die Herstellung der im Verfahrensschritt e) einzusetzenden Thermoplastfolien ist dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus Joachim Nentwig, „Kunststofffolien" Hanser Verlag München, 1994, S. 75. Bei der Herstellung erfindungsgemäß bevorzugter Castfolien wird zunächst der zu deren Herstellung einzusetzende Thermoplast in Form von Granulat im Extruder plastifiziert. Anschließend verteilt eine Breitschlitzdüse den schmelzeförmigen Thermoplasten auf eine laufende, wassergekühlte Walze (Chill; Roll) oder ein Glättwerk. Dieses Verfahren ermöglicht eine hohe Produktionsgeschwindigkeit und hohe Transparenz. Auf diese Weise werden rund 80 Prozent aller Stretchfolien als Castfolie hergestellt [www. http://www.dm-folien.com/lexikon; Saechtling Kunststofftaschenbuch, Hanser Verlag München, 2004, S. 251.
In einer weiteren Ausführungsform können als Decklagen mehrschichtige Folien eingesetzt werden, die aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren bestehen. Mindestens eine Schicht der Folie besteht dann aus dem artgleichen Material wie die Matrixkomponente, vorzugsweise PP oder PA, die weitere Schicht bzw. weiteren Schichten aus einem artgleichen oder artungleichen Material.
Die wenigstens eine Decklage einer Thermoplastfolie kann in einer Ausführungsform bereits im Verfahrensschritt d) dem Herstellprozess des Faser-Matrix-Halbzeugs zugeführt werden, indem sie ein- oder beidseitig von einer Vorratsrolle mit einer Abrollvorrichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich zusammen mit den in den Verfahrensschritten a) bis c) bereitgestellten Edukten c) der Imprägnierung und der Konsolidierung zugeführt und dabei entsprechendem Druck- und entsprechenden Temperaturverhältnissen ausgesetzt werden bzw. wird.
Vorzugsweise wird dabei bzw. im Verfahrensschritt e) ein Druck im Bereich von 2 bis 100 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 bar, angewandt. Es ist dabei das Entweichen von vorhandenem oder sich dabei bildendem Gas zwischen den Faserhalbzeuglagen, dem Thermoplasten bzw. Thermoplastzubereitung für die Matrixkomponente sowie den Decklagen anzustreben, so dass eine einschlussfreie, vollflächige Verbindung zwischen allen Materialien resultiert. Die zu verdrängenden Gase enthalten insbesondere Luft oder Stickstoff und/oder Wasser, vorzugsweise in Dampfform, und/oder thermische Zersetzungsprodukte oder monomere Bestandteile der eingesetzten Thermoplaste.
Die im Verfahrensschritt e) anzuwendende Temperatur ist größer oder gleich der Schmelztemperatur des in Verfahrensschritt e) einzusetzenden Folienthermoplasten. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die im Verfahrensschritt e) anzuwendende Temperatur mindestens 10°C über der Schmelztemperatur des einzusetzenden Folienthermoplasten. In einer weiteren Ausführungsform liegt die anzuwendende Temperatur mindestens 20°C über der Schmelztemperatur des einzusetzenden Folienthermoplasten. Die Beheizung kann durch eine Vielzahl von Mitteln erfolgen, vorzugsweise Kontaktheizung, strahlende Gasheizung, Infrarotheizung, Konvektion oder erzwungene Konvektion, Induktionsheizung, Mikrowellenheizung oder Kombinationen davon.
Während der niedriger viskose Matrixthermoplast die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen penetriert und diese imprägniert und konsolidiert, verbindet sich der höherviskose Folienthermoplast der Decklage stoffschlüssig mit der sich bildenden Oberfläche des Faser-Matrix-Halbzeugs. Die Thermoplastfolie der Decklage(n) wird somit auf das Faser-Matrix-Halbzeug aufgeschweißt. Aufgrund der Viskositätsunterschiede kommt es zu keiner ausgeprägten Vermischung der Polymere, sondern der Folienthermoplast bildet eine in sich geschlossene Oberflächenschicht aus. Vorzugsweise ist dabei jeglicher Lufteinschluss zwischen der wenigstens einen Decklage und dem Faser-Matrix-Halbzeug zu vermeiden. Erfindungsgemäß als Folienthermoplast einzusetzendes PP [CAS Nr. 9003-07-0] ist beispielsweise bei der Borealis AG, Wien unter der Bezeichnung HD214CF erhältlich. Erfindungsgemäß als Folienthermoplast einzusetzendes Polyamid 6 [CAS Nr. 25038-54-4] ist beispielweise bei der Lanxess Deutschland GmbH, Köln unter der Bezeichnung Durethan^® B31SK erhältlich.
Verfahrensschritt f)
Nach dem Konsolidieren und Aufbringen der Decklagen lässt man das erfindungsgemäße Halbzeug mit abdichtenden Decklagen unter Druck auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Thermoplasten der Matrixkomponente und des Folienthermoplasten abkühlen, auch als Solidifikation bezeichnet, und entnimmt es aus der Presse. Der Begriff der Solidifikation beschreibt das Erstarren des Gemisches aus Faserstruktur und flüssiger Matrix durch Abkühlen oder durch chemische Vernetzung zu einem Festkörper. Bei der Solidifikation erstarren die Schmelzen wieder und bilden die feste stoffschlüssige Verbindung aus. Vorzugsweise fällt das erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeug mit Decklage(n) nach dem Pressvorgang als Plattenware an. Mit dem Verfahrensschritt f) ist das erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeug mit wenigstens einer Decklage fertig und kann konfektioniert und/oder weiteren Verarbeitungsprozessen zugeführt werden.
Im Falle einer gleichzeitigen Formgebung kann das erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeug mit wenigstens einer Decklage auch in einer vorzugebenden Formgebung anfallen. Erfolgt im Verfahrensschritt d) gleichzeitig eine Formgebung, so wird nach dem Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Matrixthermoplasten und des Folienthermoplasten, vorzugsweise auf eine Temperatur, in der das Bauteil bzw. Erzeugnis handhabbar ist (< 70 +/–5°C), besonders bevorzugt auf Raumtemperatur (23 +/–2°C), das Faser-Matrix-Halbzeug zusammen mit wenigstens einer Decklage der Form entnommen.
Alternativ zum oben beschriebenen Verfahrensablauf können die Decklagen auch ein- oder beidseitig in einem nachgeschalteten Prozess inline- oder offline auf das imprägnierte und konsolidierte Faser-Matrix-Halbzeug aufgebracht werden. Dies geschieht in einem Presskörper unter Druck und bei entsprechender Temperatur. Dabei gelten die gleichen Randbedingungen wie zuvor beschrieben, so dass durch Verschweißen der Decklagen mit dem Faser-Matrix-Halbzeug, bestehend aus der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen und Matrixthermoplasten, eine stoffschlüssige Verbindung zu Stande kommt.
Bei der Herstellung thermoplastischer FKV-Plattenhalbzeuge (FKV = Faser-Kunststoff-Verbund) wie den erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeugen mit wenigstens einer Decklage wird in Abhängigkeit von den zu erzielenden Materialdurchsätzen in Film-Stacking-, Prepreg- und Direktverfahren unterschieden. Für hohen Materialdurchsatz werden im Fall der Direktverfahren die Matrix- und die Textilkomponente direkt im Bereich des Materialeinlaufs des Pressprozesses zusammengeführt. Dies ist in der Regel mit einem hohen anlagentechnischen Aufwand verbunden. Für geringe bis mittlere Mengen wird neben den Prepregverfahren häufig das Film-Stacking-Verfahren eingesetzt. Hierbei durchläuft ein aus alternierend angeordneten Folien- und Textillagen bestehender Aufbau den Pressprozess. Die Art des Pressprozesses orientiert sich am geforderten Materialausstoß und der Materialvielfalt. Hier unterscheidet man, nach zunehmendem Materialdurchsatz, zwischen statischen, semi-kontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren. Der anlagentechnische Aufwand und die Anlagenkosten steigen dabei mit der Zunahme des Materialdurchsatzes (AKV-Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V., Handbuch Faserverbund-Kunststoffe, 3. Aufl. 2010, Vieweg-Teubner, 236).
Erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeuge mit wenigstens einer als Decklage einzusetzenden hochviskosen, zähen Folie, die bei der Formung des Bauteils wie eine Tiefziehfolie eingesetzt wird, können für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden sie im Automotive Bereich als Komponenten für Pkw, Lkw, Verkehrsflugzeuge, in der Luft- und Raumfahrt, in der Bahn, aber auch für Garten- und Haushaltsgeräte, als Computer-Hardware, in handgeführten elektronischen Geräten, in Freizeitartikeln und Sportgeräten, als Maschinenbauteile, in Gebäuden, in Photovoltaikanlagen oder in mechanischen Vorrichtungen eingesetzt. Der jeweilige Einsatz erfordert unter Umständen entsprechend additivierte Thermoplastzubereitungen, auch als Compounds bezeichnet, zur Beaufschlagung der Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen im Verfahrensschritt c).
In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße mit wenigstens einer Decklage versehene Faser-Matrix-Halbzeug mit einer Spritzgussmasse überspritzt, umspritzt, hinterspritzt oder es werden Funktionselemente angespritzt. Dies kann entweder während des Herstellprozesses eines erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeugs erfolgen, oder in einem nachgelagerten Verfahrensschritt. Das Überspritzen, Umspritzen, Hinterspritzen oder das Anspritzen bzw. Anformen weiterer Funktionselemente erfolgt durch Gießen oder Spritzgießen, bevorzugt Spritzgießen. Dieses kann vollflächig, partiell oder umlaufend erfolgen. Das Spritzgießen kann dabei ein Hinterspritzen und/oder Anspritzen und/oder Umspritzen sein. Vorzugsweise wird dabei das In-Mold-Forming (IMF) angewandt, ein integratives Spritzgieß-Sonderverfahren, das zur Herstellung hybrider Strukturbauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen dient; siehe http://www.industrieanzeiger.de/home//article/12503/11824771/. Durch IMF ist es möglich, im Kantenbereich eines Faser-Matrix-Halbzeugs freiliegende Verstärkungsfasern einzuschließen. Hierdurch wird ein Strukturbauteil mit besonders glatten Kanten erzeugt. Durch das IMF wird aber auch ein anzuformendes Funktionselement geformt und gleichzeitig mit der Faser-Matrix-Halbzeug-Komponente verbunden, insbesondere ohne Einsatz zusätzlicher Klebemittel. Das Prinzip des IMF ist auch aus DE 4101106 A1 , US 6036908 B , US 6475423 B1 oder WO 2005/070647 A1 bekannt.
Für das Überspritzen, Hinterspritzen, Umspritzen oder das Anspritzen von Funktionselementen, insbesondere im IMF, kommt eine Spritzgusszusammensetzung auf Basis thermoplastischer Kunststoffe infrage, bevorzugt auf Basis von Polyamid oder Polypropylen (PP). Weitere Ausführungsvarianten finden sich in DE 10 2006 013 684 A1 .
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten sowohl die Faser-Matrix-Halbzeug-Komponente als auch die Spritzgusszusammensetzung denselben Thermoplasten. Insbesondere bevorzugt enthalten sowohl die Faser-Matrix-Halbzeug-Komponente als auch die Deckfolie sowie die Spritzguss-Komponente denselben Thermoplasten.
Bevorzugte Funktionselemente aus der Spritzgusskomponente sind Befestigungen oder Halterungen und sonstige Applikationen, die nicht durch die Faser-Matrix-Halbzeug-Komponente, sondern aufgrund eventueller geometrischer Komplexität durch die Spritzguss-Komponente, vorzugsweise mittels IMF, abgebildet werden müssen.
Im Falle eines nachgelagerten Verfahrensschrittes wird zur Durchführung des IMF ein erfindungsgemäßes Halbzeug mit wenigstens einer Decklage als Plattenware bereit gestellt, mittels Wärme plastifiziert und in ein Formwerkzeug, vorzugsweise ein Spritzgießwerkzeug, mit entsprechend gestaltetem Formhohlraum eingelegt. Die Formgebung des erfindungsgemäßen Halbzeugs erfolgt mit der Schließbewegung des Werkzeuges. Anschließend wird die Spritzguss-Komponente eingespritzt. Ziel dabei ist, dass es zwischen dem Faser-Matrix-Halbzeug und dem Thermoplast der Spritzguss-Komponente zu einer stoffschlüssigen Verbindung kommt. Am besten erreicht man eine solche stoffschlüssige Verbindung, wenn beide Thermoplasten dieselbe Polymerbasis haben. Erfindungsgemäß bevorzugt ist, wenn beide Komponenten jeweils auf Polypropylen oder jeweils auf PA6 basieren, wobei auch das IMF von Prozessparametern wie Schmelzetemperatur und Druck abhängig ist. Dieselben Merkmale gelten auch für den Fall, dass das IMF bereits im Herstellprozess eines erfindungsgemäßen Halbzeuges mit abdichtenden Decklagen mit gleichzeitigem Umformprozess angewandt wird.
Eine weitere Verarbeitungsmöglichkeit für erfindungsgemäße Faser-Matrix-Halbzeuge mit wenigstens einer Decklage stellt weiterhin allgemein das gemeinsame Verpressen mit anderen Halbzeugen oder Pressmassen dar. Dabei unterscheidet man zwischen Fließ- und Formpressen.
Beim Fließpressen wird ein Organoblech, wie ein erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug, analog wie oben beschrieben umgeformt, jedoch wird die konturfüllende Masse nicht durch ein Spritzgießaggregat zur Verfügung gestellt und mittels einer Hubbewegung eines externen Druckerzeugers (vgl. Schnecke im Spritzgießaggregat oder Kolben in Kolbenspritzeinheit) eingebracht. Vielmehr wird eine fließfähige, thermoplastische Formmasse drucklos in das Werkzeug eingebracht und die Schmelzebewegung, also das Hinterformen und Formfüllen, wird durch den Schließhub des Fließpresswerkzeuges durch einen geeigneten Druckerzeuger/Presskörper induziert. Ein Beispiel für dieses Verfahren sind die sog. E-LFT oder D-LFT-Verfahren [Plastverarbeiter, Sept. 2008: Ein starkes Stück: Wirtschaftliches Herstellen hochbelasteter Bauteile aus faserverstärktem Thermoplast,]. Es können aber auch Zuschnitte aus GMT (Glasmattenverstärkte Thermoplaste) als fließfähige Pressmasse verwendet werden.
Beim Formpressen wird ein erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug mit wenigstens einer Deckfolie zusammen mit vorbereiteten Formpresshalbzeugen aufgeheizt, indem die Zuschnitte aufeinanderliegend in einen geeigneten Aufheizofen eingebracht werden und dort auf die Umformtemperatur aufgeheizt werden. Anschließend werden die Zuschnitte gemeinsam in das Umformwerkzeug transferiert und dort durch das schließende Werkzeug zum Bauteil geformt. Formpresshalbzeuge können in einer Ausführungsform Mischvliese aus Glas- und PP-Fasern sein, die als LWRT (Lightweight Reinforced Thermoplastics) bezeichnet werden, aber auch Mischvliese mit Naturfasern, wie sie beispielsweise häufig im Fahrzeuginnenraum als Türverkleidungen eingesetzt werden.
Ganz besonders bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung Faser-Matrix-Halbzeuge enthaltend
einen Kern aus 1 bis 10 Lagen aus Endlosfasern bestehendes Rovingglasgewebe, bevorzugt 1 bis 5 Lagen, besonders bevorzugt 1 Lage,
und die Gesamtheit aller Lagen mit Polypropylen imprägniert ist,
und der Faser-Matrix-Halbzeug-Kern einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich 45 bis 55%, und einen Volumenanteil an Luft oder Gas von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%, aufweist,
worauf ein oder beidseitig Decklagen einer Thermoplastfolie mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 μm, aufgebracht sind.
Insbesondere bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung Faser-Matrix-Halbzeuge enthaltend
einen Kern aus 1 bis 10 Lagen aus Endlosfasern bestehendes Rovingglasgewebe, bevorzugt 1 bis 5 Lagen, besonders bevorzugt 1 Lage,
und die Gesamtheit aller Lagen mit Polypropylen mit einer MFR im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min gemäß ISO1133, bei 230°C, und einem Gewicht von 2,16 kg, vorzugsweise einen MFI im Bereich von 100 bis 400 g/10 min gemäß ISO1133, bei 230°C, und einem Gewicht von 2,16 kg, imprägniert ist,
und der Faser-Matrix-Halbzeug-Kern einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60%, besonders bevorzugt im Bereich 35 bis 50%, und einen Volumenanteil an Luft oder Gas von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5%, aufweist,
worauf
ein oder beidseitig Decklagen aus Polypropylen mit einem MFI im Bereich von 0,5 bis 50 g/10 min gemäß ISO1133, bei 230°C, und einem Gewicht von 2,16 kg, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 g/10 min gemäß ISO1133, bei 230°C, und einem Gewicht von 2,16 kg, aufgebracht sind.
Die erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeuge werden vorzugsweise im Kraftfahrzeugbau, hier insbesondere als Türmodul, eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher Türmodulkomponenten enthaltend wenigstens ein erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug.
Die erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeuge eignen sich zudem als Komponenten für Medien-Behälter, vorzugsweise in Ölwannen oder Kraftstoffbehältern, aber auch Gasbehälter. Dabei kann es sich um gasdichte Behälter handeln, die unter Druck stehen oder bei denen Gase/Kraftstoffe bei Normaldruck eingelagert werden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher Medien-Behälter enthaltend wenigstens ein erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug.
Beispiele
Zum Nachweis, dass ein erfindungsgemäßes Thermoplast basiertes Faser-Matrix-Halbzeug mit Decklagen aus Thermoplastfolie den Ansprüchen der Automobilindustrie an wasserdichten Komponenten entspricht. wurden zwei verschiedene Faser-Matrix-Halbzeuge untersucht:
Faser-Matrix-Halbzeug (A)
Beim Faser-Matrix-Halbzeug (A) (FMH(A)) handelte es sich um ein konventionelles, handelsübliches Faser-Matrix-Halbzeug Tepex^® dynalite 104-RG601(1)/39%-0,6mm des Herstellers Bond-Laminates GmbH, Brilon, Deutschland. Bei diesem in Form von Plattenware zu beziehendem Faser-Matrix-Halbzeug handelte es sich um ein Composite bestehend aus einer Lage Rovingglasgewebe in Leinwandbindung (DIN 61101-1) mit einem Flächengewicht von 600 g/m² (DIN EN ISO 12127) (= Textil), sowie einer einzigen, homogenen Polypropylen-Matrixkomponente mit einem MFR von 100 g/10 min (ISO 1133, 230°C, 2,16 kg), in die das Textil vollkonsolidiert und vollimprägniert eingebettet ist.
Die Compositehalbzeuge FMH(A) wurden experimentell hinsichtlich des Porengehaltes, also des Einschlusses von Luft oder Gas, untersucht. Dazu wurde mittels eines Computertomografen Micro CT nanotom S des Herstellers General Electric Aufnahmen eines Querschnitts untersucht. Aus statistischen Gründen wurden jeweils drei Prüfkörper untersucht, an denen jeweils 5 Wiederholungsmessungen durchgeführt wurden. Mittels einer optischen Auswertesoftware konnte bei beiden Compositehalbzeugen ein Porengehalt von 4–5% ermittelt werden. Aus statistischen Gründen wurden jeweils drei Prüfkörper untersucht, an denen jeweils 5 Wiederholungsmessungen durchgeführt wurden. Die Dicke des Faser-Matrix-Halbzeugs betrug im plattenförmigen Rohzustand 0,6 mm, der Faservolumenanteil betrug 39%_vol. (DIN EN ISO 1172).
Faser-Matrix-Halbzeug (B)
Beim Faser-Matrix-Halbzeug (B) (FMH(B)) handelte es sich um ein erfindungsgemäßes Faser-Matrix-Halbzeug das zusätzlich zu den in FMH(A) verwendeten Komponenten mit beidseitig aufgebrachten Decklagen aus hochviskosem Folienwerkstoff auf Basis von Polypropylen mit einem MFR von 1 g/10 min (ISO 1133, 230°C, 2,16 kg) bestand. Diese Decklagen mit einer Dicke von jeweils 120 μm im folienförmigen Rohzustand wurden im Imprägnier- und Konsolidierprozess auf ein Faser-Matrix-Halbzeug aufgebracht, das aus einer Lage Rovingglasgewebe in Leinwandbindung (DIN 61101-1) mit einem Flächengewicht von 600 g/m² (DIN EN ISO 12127) sowie einer homogenen Polypropylen-Matrixkomponente mit einem MFR von 100 g/10 min (ISO 1133, 230°C, 2,16 kg) aufgebaut war. Beim FMH(B) wurde die als Matrixkomponente aufzubringende Polypropylenmenge so eingestellt, dass eine theoretische Dicke von 0,36 mm bei einem rechnerischen Faservolumengehalt von 65 Vol.-% beim vollkonsolidierten und vollimprägnierten Halbzeug ohne Decklagen erzielt wurde. Nach dem Aufbringen der Decklagen (2 × 120 μm) lag aus Vergleichsgründen ein FMH(B) in einer zum FMH(A) analogen Dicke von 0,6 mm bei einem Faservolumengehalt von 39 Vol.-%_l (DIN EN ISO 1172) vor.
Auch die Compositehalbzeuge FMH(B) wurden experimentell hinsichtlich des Porengehaltes, also des Einschlusses von Luft oder Gas, untersucht. Dazu wurde mittels eines Computertomografen Micro CT nanotom S des Herstellers General Electric Aufnahmen eines Querschnitts untersucht. Aus statistischen Gründen wurden jeweils drei Prüfkörper untersucht, an denen jeweils 5 Wiederholungsmessungen durchgeführt wurden. Mittels einer optischen Auswertesoftware konnte bei beiden Compositehalbzeugen ein Porengehalt von 4–5% ermittelt werden. Aus statistischen Gründen wurden jeweils drei Prüfkörper untersucht, an denen jeweils 5 Wiederholungsmessungen durchgeführt wurden.
Umformungsuntersuchungen
Beide FMH(A) und FMH(B) wurden in einem identischen Umformprozess weiterverarbeitet. Dazu wurde eine vertikal schließende Thermoformmaschine des Typs KT6800 des Herstellers Sumitomo (Formungskraft 640 kN) verwendet, die mit einem beidseitigen Infrarotheizfeld mit Pyrometer-Temperaturregelung des Herstellers Krelus ausgerüstet war (Metallfolienstrahler, Gesamtleistung 20 kW).
Als Umformwerkzeug diente ein Stahlwerkzeug mit einer polierten Aluminiumkavität. Das Werkzeug vertilgte über eine konventionelle Wassertemperierung. Die Geometrie der im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen mit FMH(A) und FMH(B) nach dem Umformprozess erzeugten Demonstrator-Erzeugnisse ist in 1 dargestellt. Bei der Geometrie handelte es sich um einen Demonstrator, der ausschließlich die Grenzen beim Umformen von thermoplastischen Faser-Matrix-Halbzeugen darstellen soll. Die Geometrie des in 1 dargestellten Demonstrators wies lokal hohe Umformgrade auf und kam damit realen Erzeugnissen für die Automobilindustrie, z. B. Türmodulkomponenten, nahe, bei denen lokal hohe Umformgrade auftreten, etwa in Geometrievertiefungen zum Einbau von Lautsprechergehäusen oder Türfächern etc.
Der Verfahrensablauf des Umformprozesses war wie folgt, wobei jeweils 5 FMH(A) und jeweils 5 FMH(B) diesem Umformprozess unterzogen wurden:

1) Bereitstellung eines rechteckigen Faser-Matrix-Halbzeug-Zuschnittes in einem Spannrahmen,
2) Plastifizierung des Zuschnittes,
3) Schließen des Werkzeuges und Umformung des plastifizierten Zuschnittes unter Druck,
4) Abkühlen des Erzeugnisses im geschlossenen Werkzeug unter Druck,
5) Entnahme des Erzeugnisses.

Die dabei angewandten Verfahrensparameter wurden vorab anhand Versuchen mit konventionellen Halbzeugen entwickelt und optimiert und sind in Tab. 1 dargestellt. Die Verfahrensparameter wurden dabei mit dem primären Ziel optimiert, eine möglichst porenfreie Oberfläche am Erzeugnis des Umformprozesses zu erzielen.

Parameter	Wert
Material	FMH(A) und FMH(B), wie beschrieben, Dicke 0,6 mm
Spannrahmen	626 × 380 mm
Zuschnittgröße der geprüften FMH(A) und (B)	280 × 280 mm
Heizleistung	55%
Oberflächentemperatur d. plastifizierten Halbzeuges	190°C
Handlingzeit bis Schließen des Werkzeuges	5 s
Werkzeugtemperatur (isotherm)	90°C
Flächendruck beim Umformen	7 N/mm²
Kühlzeit bis unter Druck	40 s

Tab. 1

Überraschenderweise wurde trotz Prozessoptimierung beim FMH(A) (= nicht erfindungsgemäß) keine Umformung erzielt, bei der keine Fehlstellen in Form sichtbarer Poren ins Erzeugnis eingebracht wurden.
Im Gegensatz dazu lag nach der Umformung bei identischen Verfahrensparametern FMH(B) mit einer porenfreien Oberfläche vor so dass auf eine Dichtigkeit gegenüber wässrigen Medien bzw. Feuchtigkeit geschlossen wurde.

Nr. Testergebnis FMH(A) Testergebnis FMH(B)

1 – +

2 – +

3 – +

4 – +

5 – +

Tab. 2: Zusammenfassung von 5 optischen Dichtheitsprüfungen
Die Bewertung des Vorhandenseins von Poren aufgrund der Umformung beider untersuchter Faser-Matrix-Halbzeug Typen erfolgte optisch, indem die Bauteile gegen das Licht gehalten wurden und auf Poren in Form von Durchbrüchen oder Löchern untersucht wurden. Ein „+” kennzeichnet jeweils eine einwandfreie, geschlossene Wandung bzw. Oberfläche der untersuchten Probe, während ein „–„ bezeichnet, dass sichtbare Durchbrüche oder Löcher in der Wandung bzw. Oberfläche einer Probe festgestellt wurden, woraus auf eine unzureichende Dichtheit gegenüber Feuchtigkeit und wässrigen Medien geschlossen wurde.
Die Poren in Form beobachteter Durchbrüche oder Löcher an Erzeugnissen auf Basis von FMH(A) wurden insbesondere in Bereichen lokal hoher Umformgrade festgestellt, vornehmlich in den steilen Flankenbereichen und Radien.
Zusammengefasst: Die Dichtigkeit beim erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Halbzeug (B) mit abdichtenden Decklagen war trotz bzw. nach Umformung deutlich höher, als beim konventionellen Faser-Matrix-Halbzeug (A).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims

Faser-Matrix-Halbzeug enthaltend a) einen Kern aus 1 bis 15 Faserhalbzeuglagen aus Endlosfasern, wobei die Faserhalbzeuglagen jeweils ein Flächengewicht im Bereich von 5 g/m² bis 3000 g/m² aufweisen, und die Gesamtheit aller Faserhalbzeuglagen mit wenigstens einer Matrixkomponente imprägniert ist, und der Faser-Matrix-Halbzeug-Kern einen nach DIN 1310 definierten Volumenanteil an Fasermaterialien im Bereich von 15 bis 75% und einen Volumenanteil an Gas oder Luft von weniger als 15%, aufweist, und der als Matrixkomponente einzusetzende wenigstens eine Thermoplast einen gemäß ISO 1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg zu bestimmenden MFR im Bereich von 50 bis 1000 g/10 min aufweist, worauf b) wenigstens einseitig eine Decklage einer Thermoplastfolie mit einer Stärke im Bereich von 20 bis 200 μm aufgebracht ist.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrixkomponente ein Thermoplast mit einer gemäß ISO 1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg zu bestimmenden MFR im Bereich von 100 bis 400 g/10 min eingesetzt wird
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrixkomponente Polyamid oder Polypropylen eingesetzt wird, vorzugsweise Polypropylen.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage beidseitig aufgebracht ist.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der bzw. den Decklagen um eine Folie aus der Gruppe Blasfolie, Flachfolie, Gießfolie, Castfolie und kalandrierte Folie handelt.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzusetzende Folie auf Polyamid oder Polypropylen, vorzugsweise auf Polypropylen basiert.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die MFR der Matrixkomponente im Bereich von 60 bis 400 g/10 min gemäß ISO1133, bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg liegt, während die MFR der Decklage(n) im Bereich von 1 bis 5 g/10 min gemäß ISO 1133, bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg liegt.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Schmelzpunkte des wenigstens einen Thermoplasten für die Matrixkomponente und der Schmelzpunkt des Thermoplasten für die Folie der Decklage(n) nicht mehr als 40°C beträgt.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Polypropylen in der Folie auch in der Matrixkomponente Polypropylen eingesetzt wird, oder im Falle von Polyamid in der Folie auch Polyamid in der Matrixkomponente eingesetzt wird.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemäß ISO1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg gemessene MFR des Folienwerkstoffs der Decklage(n) im Bereich von 1 bis 5 g/10 min, wenn die gemäß ISO1133 bei 230°C und einem Gewicht von 2,16 kg gemessene MFR des Matrixwerkstoffes im Bereich von 60 bis 400 g/10 min liegt.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Decklagen mehrschichtige Folien eingesetzt werden, die aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren bestehen.
Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit einer Spritzgussmasse überspritzt, umspritzt oder hinterspritzt ist, oder Funktionselemente angespritzt sind.
Türmodulkomponenten oder Medien-Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens ein Faser-Matrix-Halbzeug gemäß einen der Ansprüche 1 bis 12 enthalten.