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DE102012200059A1 - Composites - Google Patents

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DE102012200059A1 DE201210200059 DE102012200059A DE102012200059A1 DE 102012200059 A1 DE102012200059 A1 DE 102012200059A1 DE 201210200059 DE201210200059 DE 201210200059 DE 102012200059 A DE102012200059 A DE 102012200059A DE 102012200059 A1 DE102012200059 A1 DE 102012200059A1
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fiber composite
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Herbert Börger
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Thermoplast Composite GmbH
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Abstract

Ein Faserverbundwerkstoff hat ein Fasermaterial (5) mit Filamenten (6). Weiterhin hat der Faserverbundwerkstoff eine Kunststoffmatrix (8), in die das Fasermaterial (5) eingebettet ist, und einen Haftvermittler (9), mit dem die Filamente (6) des Fasermaterials (5) beschichtet sind. Das Fasermaterial (5) ist aus mindestens einem der folgenden Materialen ausgewählt: Glas, Kohlenstoff, Armid, Basalt, Polyester, Naturfaser. Die Kunststoffmatrix (8) ist als thermoplastischer Kunststoff ausgeführt. Der Haftvermittler (9) ist auf Basis mindestens eines der folgenden Materialen ausgewählt: Silan, Polypropylen (PP), Titanat, Aluminium, Chrom, Zirkon und Bor. Es resultiert eine Materialkombination von Fasermaterial/Kunststoffmatrix/Haftvermittler, die sich in besonderer Weise für die Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes eignet, insbesondere für die Herstellung von Bändern aus dem Faserverbundwerkstoff.A fiber composite material has a fiber material (5) with filaments (6). Furthermore, the fiber composite material has a plastic matrix (8), in which the fiber material (5) is embedded, and a bonding agent (9), with which the filaments (6) of the fiber material (5) are coated. The fiber material (5) is selected from at least one of the following materials: glass, carbon, armide, basalt, polyester, natural fiber. The plastic matrix (8) is designed as a thermoplastic material. The adhesion promoter (9) is selected based on at least one of the following materials: silane, polypropylene (PP), titanate, aluminum, chromium, zirconium and boron. The result is a material combination of fibrous material / plastic matrix / adhesion promoter, which is particularly suitable for the Production of a fiber composite material is suitable, in particular for the production of tapes of the fiber composite material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserverbundwerkstoff mit einem Fasermaterial, einer Kunststoffmatrix, in die das Fasermaterial eingebettet ist und mit einem Haftvermittler, mit dem Filamente des Fasermaterials beschichtet sind.The invention relates to a fiber composite material with a fiber material, a plastic matrix, in which the fiber material is embedded and with an adhesion promoter, are coated with the filaments of the fiber material.

Faserverbundwerkstoffe sind bekannt aus der US 2011/0070989 A1 , der WO 2009/109593 A1 , der DE 10 2005 023 420 A1 , De 10 2005 040 620 A1 , der DE 10 2010 023 879 A1 , der DE 10 2009 011 668 A1 , der JP 2011-074381 A , der US 2006/0049541 A1 , der WO 2011/014638 A1 , der US 2007/0117909 A1 und der US 2011/0230615 A1 .Fiber composites are known from the US 2011/0070989 A1 , of the WO 2009/109593 A1 , of the DE 10 2005 023 420 A1 , De 10 2005 040 620 A1 , of the DE 10 2010 023 879 A1 , of the DE 10 2009 011 668 A1 , of the JP 2011-074381 A , of the US 2006/0049541 A1 , of the WO 2011/014638 A1 , of the US 2007/0117909 A1 and the US 2011/0230615 A1 ,

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Materialkombinationen Fasermaterial/Kunststoffmatrix/Haftvermittler anzugeben, die sich in besonderer Weise für die Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes eignen und insbesondere für die Herstellung von Bändern aus dem Faserverbundwerkstoff.It is an object of the present invention to provide material combinations of fiber material / plastic matrix / adhesion promoter, which are particularly suitable for the production of a fiber composite material and in particular for the production of tapes of the fiber composite material.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Materialkombinationen, die im Anspruch 1 angegeben sind.This object is achieved by the combination of materials that are specified in claim 1.

Bei der Herstellung von Faserverbundwerstoffen existiert eine komplexe Wechselwirkung zwischen den beteiligten Materialien, also zwischen dem Fasermaterial, dem Material der Kunststoffmatrix und dem Material des Haftvermittlers. Diese Wechselwirkung hängt stark von den Verarbeitungsbedingungen bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes ab. Die erfindungsgemäßen Materialkombinationen Fasermaterial/Kunststoffmatrix/Haftvermittler sind insbesondere optimiert für eine Bandfertigung eines Faserverbundwerkstoffes. Das mit der Kunststoffmatrix imprägnierte Faserband kann dann als Zwischenprodukt beispielsweise zur Herstellung von Formkörpern, zum Beispiel Platten oder Profilen, aus dem Faserverbundwerkstoff genutzt werden, der insbesondere schichtweise aufgebaut sein kann. Bei der Faserbandherstellung werden auf das Materialsystem Fasermaterial/Kunststoffmatrix/Haftvermittler Temperatur und Druck sowie gegebenenfalls Scherkräfte ausgeübt. Es kommt dabei darauf an, dass die Materialkombination Fasermaterial/Kunststoffmatrix/Haftvermittler diese Verarbeitungsparameter nicht nur toleriert, sondern bei diesen Verarbeitungsparametern auch eine gute Benetzung des Fasermaterials mit der Kunststoffmatrix erfolgt. Typische Temperaturbereiche bei der Verarbeitung können bis zu 250°C, bis zu 300°C, bis zu 380°C, bis zu 400°C gehen oder sogar darüber hinaus gehen. Scherkräfte können mit Frequenzen in Bereichen zwischen 1 Hz und 40 kHz in die Materialkombination eingebracht werden. Druck- bzw. Scherkräfte können Werte im Bereich beispielsweise zwischen 0.01 MPa und 2 MPa erreichen. Dabei erfolgt sowohl die Temperatur- als auch die Kraftbeaufschlagung in der Regel nur kurzzeitig, beispielsweise für mehrere Sekunden oder einzelne Minuten. Es hat sich herausgestellt, dass Materialkombinationen zu guten Ergebnissen hinsichtlich des erzeugten Faserverbundwerkstoffes und insbesondere zu einer guten und vollständigen Benetzung des Fasermaterials mit der Kunststoffmatrix führen, die bislang aufgrund des Vorurteils mangelnder Temperaturfestigkeit oder zu hoher Viskosität nicht in Betracht gezogen wurden. Erfindungsgemäß wurden die verschiedenen Materialkombinationen getestet und hinsichtlich ihrer Eignung zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes bewertet. Dabei ergab sich, dass unter den erfindungsgemäßen Materialkombinationen Fasermaterial/Kunststoffmatrix/Haftvermittler solche sind, die sich entgegen der Erwartung gut zum Aufbau des Faserverbundwerkstoffes eignen. Soweit als Fasermaterial eine Glasfaser eingesetzt wird, kann diese vom Typ TufRov® 4510, TufRov® 4575, TufRov® 4585, TufRov® 4588, TufRov® 4599 oder TufRov® 4854 sein. Soweit als Fasermaterial eine Kohlefaser zum Einsatz kommt, kann diese vom Typ Grafil/Pyrofil® TRHSO 60k, Pyrofil® 34-24k oder Pyrofil® TRW40 50k sein. Der Haftvermittler kann in Form eines Copolymers bzw. in Form eines Blends mit zum Beispiel 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Maleinsäureanhydrid zum Einsatz kommen. Auch die Kunststoffmatrix kann in Form eines Copolymers bzw. in Form eines Blends bzw. in Form einer Mischung zum Einsatz kommen.In the manufacture of Faserverbundwerstoffen exists a complex interaction between the materials involved, ie between the fiber material, the material of the plastic matrix and the material of the adhesion promoter. This interaction strongly depends on the processing conditions in the production of the fiber composite material. The material combinations of the invention fiber material / plastic matrix / adhesion promoter are particularly optimized for a strip production of a fiber composite material. The impregnated with the plastic matrix sliver can then be used as an intermediate, for example, for the production of moldings, for example plates or profiles, from the fiber composite material, which may be constructed in particular layer by layer. In the production of fiber slivers temperature and pressure as well as, if necessary, shearing forces are exerted on the material system fiber material / plastic matrix / adhesion promoter. It is important that the material combination of fiber material / plastic matrix / adhesion promoter not only tolerates these processing parameters, but that the processing parameters also result in good wetting of the fiber material with the plastic matrix. Typical temperature ranges during processing can go up to or even exceed 250 ° C, up to 300 ° C, up to 380 ° C, up to 400 ° C. Shearing forces can be introduced into the material combination with frequencies in ranges between 1 Hz and 40 kHz. Pressure or shear forces can reach values in the range, for example, between 0.01 MPa and 2 MPa. In this case, both the temperature and the force is usually only briefly, for example, for several seconds or individual minutes. It has been found that material combinations lead to good results in terms of the fiber composite produced and in particular to a good and complete wetting of the fiber material with the plastic matrix, which were previously considered due to the prejudice lacking temperature resistance or high viscosity. According to the invention, the various combinations of materials were tested and evaluated with regard to their suitability for the production of the fiber composite material. It was found that among the material combinations according to the invention fiber material / plastic matrix / adhesion promoter are those which, contrary to expectations, are well suited to the construction of the fiber composite material. As far as a glass fiber is used as fibrous material, this may be of the type TufRov ® 4510, TufRov ® 4575, TufRov ® 4585, TufRov ® 4588, TufRov ® 4599 or TufRov ® 4854th As far as the fiber material is a carbon fiber is used, these may be of type Grafil / Pyrofil® ® TRHSO 60k, Pyrofil® ® 34-24k or Pyrofil® ® TRW40 50k. The adhesion promoter can be used in the form of a copolymer or in the form of a blend with, for example, 0.5% by weight to 5% by weight of maleic anhydride. The plastic matrix can also be used in the form of a copolymer or in the form of a blend or in the form of a mixture.

Faserdurchmesser nach Anspruch 2 ergeben einen Faserverbundwerkstoff mit guter Benetzung und entsprechend guter Stabilität. Der Faserdurchmesser kann bei 6 μm, kann bei 7 μm, kann im Bereich von 10 μm oder kann bei 17 μm liegen.Fiber diameter according to claim 2 provide a fiber composite material with good wetting and correspondingly good stability. The fiber diameter may be at 6 μm, at 7 μm, may be in the range of 10 μm or may be at 17 μm.

Faser-Feinheiten nach Anspruch 3 ergeben ebenfalls eine gute Benetzung. Die Faser-Feinheit kann im Bereich von 1.200 tex und kann im Bereich von 2.400 tex liegen.Fiber finenesses according to claim 3 also give a good wetting. The fiber fineness can be in the range of 1,200 tex and can be in the range of 2,400 tex.

Fasermaterial nach Anspruch 4 führt zu einem stabilen Faserverbundwerkstoff. Das Fasermaterial kann einen sehr hohen Anteil an Endlos- bzw. Lang-Fasern haben und kann praktisch ausschließlich aus Endlos- bzw. Lang-Fasern bestehen. Die Lang-Fasern können Faserlängen im Bereich zwischen 12,5 mm und 50 mm aufweisen. Es können auch Lang-Fasern mit Längen bis 80 mm zum Einsatz kommen, die insbesondere versetzt zueinander parallel angeordnet sein können. Endlos-Fasern haben demgegenüber eine größere Länge. Je nach den Anforderungen an die Festigkeit und/oder an das Zug-E-Modul können Lang-Fasern, isotrop und/oder anisotrop angeordnet, und/oder Endlos-Fasern zum Einsatz kommen.Fiber material according to claim 4 leads to a stable fiber composite material. The fiber material can have a very high proportion of continuous or long fibers and can consist almost exclusively of endless or long fibers. The long fibers may have fiber lengths ranging between 12.5 mm and 50 mm. It is also possible to use long fibers with lengths of up to 80 mm which, in particular, can be arranged offset parallel to one another. Endless fibers, in contrast, have a greater length. Depending on the requirements of the strength and / or the tensile modulus of elasticity, long fibers, isotropically and / or anisotropically arranged, and / or endless fibers can be used.

Faserbündel bzw. Rovings führen zu einem stabilen Faserverbundwerkstoff. Das Faserbündel kann im Bereich von 10.000 Einzelfasern, im Bereich von 12.000 Einzelfasern, im Bereich von 18.000 Einzelfasern, im Bereich von 20.000 Einzelfasern, im Bereich von 30.000 Einzelfasern, im Bereich von 40.000 Einzelfasern, im Bereich von 50.000 Einzelfasern und kann im Bereich von 60.000 Einzelfasern haben. Fiber bundles or rovings lead to a stable fiber composite material. The fiber bundle can range from 10,000 single fibers, in the range of 12,000 individual fibers, in the range of 18,000 individual fibers, in the range of 20,000 individual fibers, in the range of 30,000 individual fibers, in the range of 40,000 individual fibers, in the range of 50,000 individual fibers and can in the range of 60,000 Have individual fibers.

Eine Zugfestigkeit nach Anspruch 6 ergibt einen zugstabilen Faserverbundwerkstoff. Die Zugfestigkeit kann im Bereich von 3 GPa, kann im Bereich von 4 GPa liegen, kann 4,9 GPa betragen und kann auch mehr als 5 GPa betragen.A tensile strength according to claim 6 results in a tensile fiber composite material. The tensile strength may be in the range of 3 GPa, may be in the range of 4 GPa, may be 4.9 GPa, and may be more than 5 GPa.

Ein Zug-E-Modul nach Anspruch 7 ergibt einen stabilen Faserverbundwerkstoff. Das Zug-E-Modul kann im Bereich von 60 GPa, 70 GPa oder auch im Bereich von noch höheren Werten, zum Beispiel im Bereich von 100 GPa oder von 250 GPa liegen.A tensile modulus of elasticity according to claim 7 results in a stable fiber composite material. The tensile modulus of elasticity can be in the range of 60 GPa, 70 GPa or even in the range of even higher values, for example in the range of 100 GPa or 250 GPa.

Kunststoffmaterialien nach Anspruch 8 haben sich als besonders geeignet herausgestellt. Die angegebenen Materialien können in Form von Copolymeren bzw. in Form von Blends zum Einsatz kommen. Soweit die Kunststoffmatrix in Form von SAN oder in Form von AMSAN eingesetzt wird, kann die Handelstype Luran® VLN, Luran® 358, Luran® 378 P, Luran® HH-120 zum Einsatz kommen. Auch die Type Luran® 358 mit einer Polycarbonat-(PC)-Beimischung kann zum Einsatz kommen. Bei einem derartigem Polycarbonat-Blend kann ein Polycarbonat-Gewichtsanteil von 20% bis 60% zum Einsatz kommen. Insbesondere kann ein SAN/PC-Blend zum Einsatz kommen. Auch eine andere Luran®-Type kann zum Einsatz kommen. Auch Zusatzstoffe können dem Kunststoffmaterial hinzugefügt werden, beispielsweise Talkum, welches zum Beispiel mit einem Anteil von 1% des Gesamtgewichts vorliegen kann. Ein Faserverbundwerkstoff mit Glas- und/oder Kohlefasern und einer Kunststoffmatrix auf Basis SAN und/oder AMSAN und/oder SAN-PC ergibt einen Faserverbundwerkstoff mit ausgeglichenen Eigenschaften hinsichtlich einer Zug- und einer Druck-Belastung.Plastic materials according to claim 8 have been found to be particularly suitable. The specified materials can be used in the form of copolymers or in the form of blends. As far as the plastic matrix in the form of SAN or AMSAN in the form of is used, the trade Type Luran ® VLN, Luran ® 358, Luran ® 378 P can Luran ® HH-120 are used. The Type Luran ® 358 with a polycarbonate (PC) -Beimischung can be used. In such a polycarbonate blend, a polycarbonate weight fraction of 20% to 60% can be used. In particular, a SAN / PC blend can be used. Another Luran ® type can also be used. Additives can also be added to the plastic material, for example talcum, which may for example be present at a level of 1% of the total weight. A fiber composite material with glass and / or carbon fibers and a plastic matrix based on SAN and / or AMSAN and / or SAN-PC results in a fiber composite material with balanced properties in terms of tensile and compressive stress.

Polyamid-Kunststoffmatrizen nach Anspruch 9 haben sich als besonders geeignet herausgestellt. Als PA 6i kann die Handelstype Durethan® T40 zum Einsatz kommen. Als Polyamid PA 6.6 T kann die Handelstype Ultramid® T 15 zum Einsatz kommen. Eine Kombination aus Glasfaser mit PA 6.6 T, insbesondere eine Kombination aus TufRov® 4510 mit PA 6.6 T, lässt sich zum Beispiel bei sehr hohen Temperaturen verarbeiten, was die Benetzung begünstigt. Eine Kombination aus Glasfaser und amorphem PA 6i führt zum Beispiel trotz der hochviskosen Kunststoffmatrix zu einer guten Benetzung.Polyamide plastic matrices according to claim 9 have been found to be particularly suitable. As a PA 6i, the commercial grade Durethan ® T40 can be used. As polyamide PA 6.6 T the commercial grade Ultramid ® T 15 can be used. A combination of glass fiber PA 6.6 T, especially a combination of TufRov ® 4510 with PA 6.6 T and can be processed, for example, at very high temperatures, which favors the wetting. For example, a combination of glass fiber and amorphous PA 6i leads to good wetting despite the high-viscosity plastic matrix.

Eine Vicat-Erweichungstemperatur nach Anspruch 10 hat sich für eine gute Benetzung als besonders geeignet herausgestellt. Die Vicat-Erweichungstemperatur kann im Bereich von 100°C liegen und kann insbesondere 106°C oder 107°C betragen. Die Vicat-Erweichungstemperatur kann im Bereich 120°C liegen.A Vicat softening temperature according to claim 10 has been found to be particularly suitable for good wetting. The Vicat softening temperature may be in the range of 100 ° C and may in particular be 106 ° C or 107 ° C. The Vicat softening temperature may be in the range 120 ° C.

Eine Schmelze-Volumenfließrate nach Anspruch 11 hat sich für eine gute Benetzung als vorteilhaft herausgestellt. Die Schmelze-Volumenfließrate kann, wiederum gemessen bei 220°C mit 10 kg Belastungsmasse, im Bereich von 20 cm3/10 min oder im Bereich von 22 cm3/10 min liegen und kann Werte bis zu 70 cm3/10 min oder darüber annehmen.A melt volume flow rate according to claim 11 has been found to be advantageous for good wetting. The melt volume-flow rate can, again measured at 220 ° C with 10 kg load mass, ranging from 20 cm 3/10 min or in the range of 22 cm 3/10 min are and can reach values up to 70 cm 3/10 min or above accept.

Haftvermittler nach Anspruch 12, zum Beispiel mindestens ein Aminosilan, haben sich für die für die Erzielung einer guten Benetzung als geeignet herausgestellt. Der Haftvermittler kann auf Basis mindestens einer der folgenden Silanverbindungen hergestellt sein: Aminopropyltrimethoxysilan, Aminobutyltrimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Aminobutyltriethoxysilan sowie auf Basis eines Silanes mit einer Glycidylgruppe als Substituent.Adhesion promoters according to claim 12, for example at least one aminosilane, have proven to be suitable for achieving good wetting. The adhesion promoter can be prepared on the basis of at least one of the following silane compounds: aminopropyltrimethoxysilane, aminobutyltrimethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, aminobutyltriethoxysilane and also based on a silane having a glycidyl group as substituent.

Ein Gewichtsverhältnis nach Anspruch 13 begünstigt eine gute Benetzung.A weight ratio according to claim 13 favors a good wetting.

Formkörper nach Anspruch 14 ergeben einen besonders stabilen und auf die jeweiligen Werkstoff-Anforderungen abgestimmten Faserverbundwerkstoff. Der Faserverbundwerkstoff kann als Faserverbundwerkstoff-Band, insbesondere als Endlos-Band gefertigt sein.Shaped bodies according to claim 14 provide a particularly stable and matched to the particular material requirements fiber composite material. The fiber composite material can be manufactured as a fiber composite material band, in particular as an endless band.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In this show:

1 Einen Schnitt durch einen Ausschnitt eines flächigen Formkörpers aus einem Faserverbundwerkstoff; 1 A section through a section of a flat shaped body of a fiber composite material;

2 eine Ausschnittsvergrößerung aus 1, die ein Faserbündel zeigt; 2 an excerpt from 1 showing a fiber bundle;

3 eine Ausschnittsvergrößerung aus 2, die eine einzelne, mit einem Haftvermittler beschichtete Faser zeigt. 3 an excerpt from 2 which shows a single fiber coated with a primer.

Ein Faserverbundwerkstoff ist durch einen flächigen Formkörper 1 gebildet, der beispielsweise als Profil oder als Platte ausgeführt sein kann. Der Formkörper 1 hat mehrere Schichten 2, 3, 4 aus dem Faserverbundwerkstoff. Die Schichten 2 bis 4 können Abschnitte eines Faserverbund-Zwischenproduktes in Form eines Endlos-Bandes aus dem Faserverbundwerkstoff sein.A fiber composite material is characterized by a flat shaped body 1 formed, which may for example be designed as a profile or as a plate. The molded body 1 has several layers 2 . 3 . 4 from the fiber composite material. The layers 2 to 4 may be sections of a fiber composite intermediate in the form of an endless belt of the fiber composite.

Teil des Faserverbundwerkstoffes ist ein Fasermaterial 5 mit Einzelfasern bzw. Filamenten 6, die zu Faserbündeln bzw. Rovings 7 zusammengefasst sind. Das Fasermaterial 5 ist in eine Kunststoffmatrix 8 eingebettet. Die Filamente 6 sind mit einem Haftvermittler 9 beschichtet, der auch als Schlichte (seizing) bezeichnet wird. Part of the fiber composite material is a fiber material 5 with single fibers or filaments 6 leading to fiber bundles or rovings 7 are summarized. The fiber material 5 is in a plastic matrix 8th embedded. The filaments 6 are with a bonding agent 9 coated, which is also referred to as seizing.

Innerhalb des Mehrschicht-Aufbaus des Formkörpers 1 können in den einzelnen Schichten die Fasern des Fasermaterials 5 unterschiedlich aufgebaut und/oder angeordnet und/oder orientiert sein. Innerhalb der Schichten 2 bis 4 kann das Fasermaterial 5 in Form von Endlos-Fasern oder auch in Form eines Fasergewebes vorliegen. Zwischen den Schichten 2 bis 4 kann die Art und der Aufbau des Fasermaterials 5 variieren.Within the multi-layer structure of the molding 1 can in the individual layers of the fibers of the fiber material 5 be constructed differently and / or arranged and / or oriented. Within the layers 2 to 4 can the fiber material 5 in the form of continuous fibers or in the form of a fiber fabric. Between the layers 2 to 4 can the nature and structure of the fiber material 5 vary.

Das Fasermaterial 5 ist aus mindestens einem der folgenden Materialen ausgewählt: Glas, Kohlenstoff, Aramid, Basalt, Polyester oder Naturfaser.The fiber material 5 is selected from at least one of the following materials: glass, carbon, aramid, basalt, polyester or natural fiber.

Bei der Kunststoffmatrix 8 handelt es sich um einen thermoplastischen Kunststoff.In the plastic matrix 8th it is a thermoplastic.

Der Haftvermittler 9 ist auf Basis mindestens eines der folgenden Materialien ausgewählt: Silan, Aminosilan, Polypropylen (PP), Titan, Aluminium, Chrom, Zirkon oder Bor. Als Haftvermittler kann zumindest anteilsweise ein Copolymer mit zum Beispiel 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Maleinsäureanhydrid zum Einsatz kommen.The bonding agent 9 is selected on the basis of at least one of the following materials: silane, aminosilane, polypropylene (PP), titanium, aluminum, chromium, zirconium or boron. The coupling agent used may at least partially be a copolymer with, for example, 0.5% by weight to 5% by weight. % Maleic anhydride are used.

Soweit als Fasermaterial 5 eine Glasfaser eingesetzt ist, kann eine Glasfaser des Typs TufRov® 4510, TufRov® 4575, TufRov® 4585, TufRov® 4588, TufRov® 4599 oder TufRov® 4854 zum Einsatz kommen. Soweit als Fasermaterial 5 eine Polyfaser zum Einsatz kommt, kann eine Faser des Typs Grafil®/Pyrofil® TRHSO 60k, Pyrofil® 34-24k, Pyrofil® TRW40 50k zum Einsatz kommen. Kohlefasermaterial 7 für das Fasermaterial 5 kann auch auf Zellulosebasis oder auf Basis von Polyacrylnitril (PAN) gefertigt sein.As far as fiber material 5 an optical fiber is used a glass fiber of the type TufRov ® 4510, TufRov ® 4575, TufRov ® 4585, TufRov ® 4588, TufRov ® 4599 or 4854 TufRov ® can be used. As far as fiber material 5 a Polyfaser is used, a fiber of the type Grafil ® / Pyrofil ® TRHSO 60k, Pyrofil ® 34-24k, Pyrofil ® are used TRW40 50k. carbon fiber material 7 for the fiber material 5 can also be manufactured on a cellulose basis or based on polyacrylonitrile (PAN).

Der Durchmesser der Filamente 6 kann im Bereich zwischen 5 μm und 50 μm liegen und kann insbesondere im Bereich von 6 μm, 7 μm, 10 μm und 17 μm liegen.The diameter of the filaments 6 may be in the range between 5 microns and 50 microns and may be in particular in the range of 6 microns, 7 microns, 10 microns and 17 microns.

Die Filamente 6 können eine Feinheit von 500 tex bis 5.000 tex aufweisen. Ein tex bezeichnet dabei ein g/m. Feinheiten zum Beispiel im Bereich von 1.200 tex und von 2.400 tex sind möglich.The filaments 6 can have a fineness of 500 tex to 5,000 tex. A tex indicates a g / m. For example, subtleties in the range of 1,200 tex and 2,400 tex are possible.

Das Fasermaterial 5 kann Endlos- bzw. Lang-Fasern aufweisen und kann ausschließlich aus derartigen Fasern aufgebaut sein.The fiber material 5 may comprise endless or long fibers and may be constructed exclusively of such fibers.

Die Rovings 7 können mehr als 1.000 Einzelfasern aufweisen, zum Beispiel 10.000 (10k) Einzelfasern, 12.000 (12k) Einzelfasern, 18.000 (18k) Einzelfasern, 20.000 (20k) Einzelfasern, 30.000 (30k) Einzelfasern, 40.000 (40k) Einzelfasern, 50.000 (50k) Einzelfasern oder 60.000 (60k) Einzelfasern.The rovings 7 may comprise more than 1,000 individual fibers, for example 10,000 (10k) single fibers, 12,000 (12k) single fibers, 18,000 (18k) single fibers, 20,000 (20k) single fibers, 30,000 (30k) single fibers, 40,000 (40k) single fibers, 50,000 (50k) single fibers or 60,000 (60k) single fibers.

Das Fasermaterial 5 kann eine Zugfestigkeit von mehr als 1 GPa aufweisen. Die Zugfestigkeit kann im Bereich von 3 GPa, im Bereich von 4 GPa, im Bereich 4,5 GPa, im Bereich von 4,75 GPa, im Bereich 4,9 GPa liegen oder kann auch mehr als 5 GPa betragen.The fiber material 5 may have a tensile strength greater than 1 GPa. The tensile strength may be in the range of 3 GPa, in the range of 4 GPa, in the range of 4.5 GPa, in the range of 4.75 GPa, in the range of 4.9 GPa, or may be more than 5 GPa.

Das Fasermaterial 5 kann ein Zug-E-Modul von mehr als 60 GPa, beispielsweise 70 GPa oder auch von 100 GPa aufweisen. Das Zug-E-Modul des Fasermaterials 5 kann im Bereich 250 GPa liegen.The fiber material 5 may have a tensile modulus of greater than 60 GPa, for example 70 GPa or even 100 GPa. The tensile E modulus of the fiber material 5 can be in the range 250 GPa.

Die Kunststoffmatrix 8 kann aus mindestens einem der folgenden Polymere ausgewählt sein: Polyamid (PA), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Alpha-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymer (AMSAN), Styrol-Acrylnitril-Polycarbonat-Copolymer (SAN-PC), Polyethylen (PE), Polypropylen PP), eines oder mehrere weitere Polyolefine, Acrylester-Styrol, Acrylnitril (ASA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylensulfid (PPF), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PEF), Polyetheretherketon (PEEK), Therpolymerstyrol/Acrylnitril/Maleinsäureanhydrid, Polymer auf Basis Acryl- und Methacrylsäureesther, Copolymer aus Hexamethylendiamin, Terephthal und Isophthalsäure. Bei den SAN- und AMSAN-Kunststofftypen kann es sich um diejenigen mit den Handelbezeichnungen Luran® VLN, Luran® 358, Luran® 378 P. Luran®H-120, Luran® 358 mit PC-Beimischung oder um eine andere Luran®-Type handeln. Für die Kunststoffmatrix 8 kann auch das Polymer Polyoxymethylen (POM) oder eine Mischung aus Polyoxymethylen (POM) und thermoplastischem Polyurethan (PUR) ausgewählt sein. Diese Varianten für die Kunststoffmatrix 8 führen zu einer steifen und zähen Matrix, was zu einer entsprechend hohen Energieaufnahmemöglichkeit des Faserverbundwerkstoffs führt.The plastic matrix 8th may be selected from at least one of the following polymers: polyamide (PA), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), alpha-methylstyrene-acrylonitrile copolymer (AMSAN), styrene-acrylonitrile-polycarbonate copolymer (SAN-PC), polyethylene ( PE), polypropylene PP), one or more other polyolefins, acrylic ester-styrene, acrylonitrile (ASA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPF), polysulfone (PSU), polyethersulfone (PEF ), Polyetheretherketone (PEEK), thermopolymerstyrene / acrylonitrile / maleic anhydride, polymer based on acrylic and methacrylic acid esters, copolymer of hexamethylenediamine, terephthalic and isophthalic acid. In the case of SAN and AMSAN plastic types may be those having the trade designations Luran ® VLN, Luran ® 358, Luran ® 378 P. Luran ® H-120, Luran ® 358 with PC admixture or to another Luran ® grade act. For the plastic matrix 8th The polymer polyoxymethylene (POM) or a mixture of polyoxymethylene (POM) and thermoplastic polyurethane (PUR) may also be selected. These variants for the plastic matrix 8th lead to a stiff and tough matrix, which leads to a correspondingly high energy absorption capability of the fiber composite material.

Die Kunststoffmatrix 8 kann aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt sein: PA 6.6 T, PA 6.6 i, PA 6, PA 6.6, PA 6/66, PA 66, PA 12, PA 6.10, PA 6 T/6 I. Bei PA 6.6 i kann es sich um die Type Durethan® T 40 und bei PA 6.6 T kann es sich um die Type Ultramid® T 15 handeln.The plastic matrix 8th may be selected from at least one of the following materials: PA 6.6 T, PA 6.6 i, PA 6, PA 6.6, PA 6/66, PA 66, PA 12, PA 6.10, PA 6 T / 6 I. For PA 6.6 i it can be of the type Durethan ® T 40 and of PA 6.6 T it can be of the type Ultramid ® T 15.

Die Kunststoffmatrix 8 kann eine Vicat-Erweichungstemperatur haben, die im Bereich von mindestens 75°C liegt. Die Vicat-Erweichungstemperatur kann im Bereich 100°C liegen, kann 106°C oder 107°C betragen und kann im Bereich von 120°C liegen.The plastic matrix 8th may have a Vicat softening temperature which is in the range of at least 75 ° C. The Vicat softening temperature may be in the range of 100 ° C, may be 106 ° C or 107 ° C, and may be in the range of 120 ° C.

Die Kunststoffmatrix 8 kann eine Schmelze-Volumenfließrate, gemessen bei 220°C mit 10 kg Belastungsmasse, haben, die größer ist als 10 cm3/10 min. Diese Schmelze-Volumenfließrate ist ein Maß für die Viskosität der Kunststoffmatrix 8. Die Schmelze-Volumenfließrate kann im Bereich von 20 cm3/10 min, im Bereich von 22 cm3/10 min betragen und kann einen Betrag von 70 cm3/10 min oder noch höher haben. The plastic matrix 8th may have a melt volume flow rate, measured at 220 ° C with 10 kg load mass, have greater than 10 cm 3/10 min. This melt volume flow rate is a measure of the viscosity of the plastic matrix 8th , The melt volume-flow rate can have even higher in the range of 20 cm 3/10 min, in the range of 22 cm 3/10 min can be and an amount of 70 cm 3/10 minutes or more.

Der Haftvermittler 9 kann auf Basis mindestens eines der folgenden Materialien ausgewählt sein: Triethoxysilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-amionpropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan und γ-Chlorpropyltrimethoxysilan. Der Haftvermittler 9 kann auf Basis eines Aminosilanes hergestellt sein. Als Aminosilan kann γ-Aminopropyltriethoxysilan oder N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan zum Einsatz kommen. Der Haftvermittler 9 kann auf Basis mindestens einer der folgenden Silanverbindungen hergestellt sein: Aminopropyltrimethoxysilan, Aminobutyltrimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Aminobutyltriethoxysilan sowie auf Basis eines Silanes mit einer Glycidylgruppe als Substituent.The bonding agent 9 may be selected on the basis of at least one of the following materials: triethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ- aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-amionopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane and γ-chloropropyltrimethoxysilane. The bonding agent 9 can be made on the basis of an aminosilane. As the aminosilane, γ-aminopropyltriethoxysilane or N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane can be used. The bonding agent 9 may be prepared based on at least one of the following silane compounds: aminopropyltrimethoxysilane, aminobutyltrimethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, aminobutyltriethoxysilane and on the basis of a silane having a glycidyl group as substituent.

Ein Gewichtsverhältnis zwischen dem Hauptvermittler 9 und dem Filament 6, auf welchem der Haftvermittler 9 als Beschichtung aufgetragen ist, kann im Bereich zwischen 0,1% und 2%, zum Beispiel im Bereich zwischen 0,5% und 1%, liegen und kann insbesondere bei 0,7% liegen.A weight ratio between the main mediator 9 and the filament 6 on which the bonding agent 9 is applied as a coating may range between 0.1% and 2%, for example in the range between 0.5% and 1%, and may in particular be 0.7%.

Bei der Herstellung des Formkörpers 1 wird zunächst ein Endlos-Band aus dem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Das Endlos-Faserband wird dann abschnittsweise konfektioniert, die Band-Abschnitte werden geschichtet und, insbesondere unter Einfluss von Druck und Temperatur, zum Formkörper 1 geformt.In the production of the molding 1 First, an endless belt made of fiber composite material is produced. The endless sliver is then assembled in sections, the band sections are layered and, in particular under the influence of pressure and temperature, to the molding 1 shaped.

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Claims (14)

Faserverbundwerkstoff – mit einem Fasermaterial (5) mit Filamenten (6), – mit einer Kunststoffmatrix (8), in die das Fasermaterial (5) eingebettet ist, und – mit einem Haftvermittler (9), mit dem die Filamente (6) des Fasermaterials (5) beschichtet sind, – wobei das Fasermaterial (5) aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: Glas, Kohlenstoff, Aramid, Basalt, Polyester, Naturfaser, – wobei die Kunststoffmatrix (8) als thermoplastischer Kunststoff ausgeführt ist, – wobei der Haftvermittler (9) auf Basis mindestens eines der folgenden Materialien ausgewählt ist: Silan, Polypropylen (PP), Titanat, Aluminium, Chrom, Zirkon und Bor.Fiber composite - with a fiber material ( 5 ) with filaments ( 6 ), - with a plastic matrix ( 8th ) into which the fiber material ( 5 ), and - with a bonding agent ( 9 ), with which the filaments ( 6 ) of the fiber material ( 5 ), the fiber material ( 5 ) is selected from at least one of the following materials: glass, carbon, aramid, basalt, polyester, natural fiber, - the plastic matrix ( 8th ) is designed as a thermoplastic material, - wherein the adhesion promoter ( 9 ) is selected on the basis of at least one of the following materials: silane, polypropylene (PP), titanate, aluminum, chromium, zirconium and boron. Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserdurchmesser der Filamente (6) im Bereich zwischen 5 μm und 50 μm liegt.Fiber composite material according to claim 1, characterized in that the fiber diameter of the filaments ( 6 ) is in the range between 5 microns and 50 microns. Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (6) eine Feinheit von 500 tex bis 5.000 tex aufweisen.Fiber composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the filaments ( 6 ) have a fineness of 500 tex to 5,000 tex. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (5) Endlos- bzw. Lang-Fasern aufweisen.Fiber composite material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fiber material ( 5 ) Have endless or long fibers. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (5) Faserbündel (7) mit mehr als 1.000 Einzelfasern aufweist.Fiber composite material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber material ( 5 ) Fiber bundles ( 7 ) with more than 1,000 individual fibers. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (5) eine Zugfestigkeit von mehr als 1 GPa aufweist.Fiber composite material according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fiber material ( 5 ) has a tensile strength of more than 1 GPa. Faserverbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (5) ein Zug-E-Modul von mehr als 50 GPa aufweist.Fiber composite material, characterized in that the fiber material ( 5 ) has a tensile Young's modulus greater than 50 GPa. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix (8) aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: Polyamid (PA), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Alpha-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymer (AMSAN), Styrol-Acrylnitril-Polycarbonat-Copolymer (SAN-PC), Polyethylen (PE), Polypropylen PP), eines oder mehrere weitere Polyolefine, Acrylester-Styrol, Acrylnitril (ASA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylensulfid (PPF), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PEF), Polyetheretherketon (PEEK), Therpolymerstyrol/Acrylnitril/Maleinsäureanhydrid, Polymer auf Basis Acryl- und Methacrylsäureesther, Copolymer aus Hexamethylendiamin, Terephthal und Isophthalsäure, Polyoxymethylen (POM), Mischung aus Polyoxymethlen (POM) und thermoplastischem Polyurethan (PUR).Fiber composite material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the plastic matrix ( 8th ) is selected from at least one of the following materials: polyamide (PA), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), alpha-methylstyrene-acrylonitrile copolymer (AMSAN), styrene-acrylonitrile-polycarbonate copolymer (SAN-PC), polyethylene ( PE), polypropylene PP), one or more other polyolefins, acrylic ester-styrene, acrylonitrile (ASA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPF), polysulfone (PSU), polyethersulfone (PEF ), Polyetheretherketone (PEEK), thermopolymerstyrene / acrylonitrile / maleic anhydride, polymer based on acrylic and methacrylic acid esters, copolymer of hexamethylenediamine, terephthalic and isophthalic acid, polyoxymethylene (POM), mixture of polyoxymethylene (POM) and thermoplastic polyurethane (PUR). Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix (8) aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: PA 6.6 T. PA 6.6 i, PA 6, PA 6.6, PA 6/66, PA 66, PA 12, PA 6.10, PA 6 T/6 I.Fiber composite material according to claim 8, characterized in that the plastic matrix ( 8th ) is selected from at least one of the following materials: PA 6.6 T. PA 6.6 i, PA 6, PA 6.6, PA 6/66, PA 66, PA 12, PA 6.10, PA 6 T / 6 I. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix (8) eine Vicat-Erweichungstemperatur hat, die im Bereich von mindestens 75°C liegt.Fiber composite material according to one of claims 1 to 9, characterized in that the plastic matrix ( 8th ) has a Vicat softening temperature which is in the range of at least 75 ° C. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix (8) eine Schmelze-Volumenfließrate, gemessen bei 220°C mit 10 kg Belastungsmasse, hat, die größer ist als 10 cm3/10 min.Fiber composite material according to one of claims 1 to 10, characterized in that the plastic matrix ( 8th ) A melt volume flow rate, measured at 220 ° C with 10 kg load mass, has greater than 10 cm 3/10 min. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler (9) aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: Triethoxysilan, Vinyltris(β-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-amionpropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan und γ-Chlorpropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan oder N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan.Fiber composite material according to one of claims 1 to 11, characterized in that the adhesion promoter ( 9 ) is selected from at least one of the following materials: triethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane , N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-amionopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane and γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane or N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Gewichtsverhältnis zwischen dem Haftvermittler (9) und den Filamenten (6) des Fasermaterials (5) im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-%.Fiber composite material according to one of claims 1 to 12, characterized by a weight ratio between the adhesion promoter ( 9 ) and the filaments ( 6 ) of the fiber material ( 5 ) in the range of 0.1% to 2% by weight. Faserverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gestaltet als Formkörper (1) aus mehreren Schichten (2 bis 4) mit faserverstärktem Kunststoffmaterial.Fiber composite material according to one of claims 1 to 13, designed as a shaped body ( 1 ) of several layers ( 2 to 4 ) with fiber reinforced plastic material.
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