WO2013050074A1 - Method for producing fiber-reinforced composite materials - Google Patents
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- WO2013050074A1 WO2013050074A1 PCT/EP2011/067411 EP2011067411W WO2013050074A1 WO 2013050074 A1 WO2013050074 A1 WO 2013050074A1 EP 2011067411 W EP2011067411 W EP 2011067411W WO 2013050074 A1 WO2013050074 A1 WO 2013050074A1
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- B29K2077/00—Use of PA, i.e. polyamides, e.g. polyesteramides or derivatives thereof, as moulding material
Definitions
- the present invention relates to a method for producing molded parts from fiber-reinforced composite materials and to binders for pre-forming textile structures in the production of structural materials by the RIM or RTM method.
- a known process for the production of fiber-reinforced sandwich components based on cast polyamide is based on the so-called RTM process (resin transfer molding).
- the core is provided with layers of dry, ie. H. non-preimpregnated fiber material arranged in a sealable form.
- the mold consists of two heatable mold halves whose inner contour corresponds to the outer contour of the finished component. In the closed mold space, liquid resin is supplied to the dry fiber material. The resin is cured by heating the mold.
- the resin can be supplied either at overpressure in the RTM form or at vacuum in the RTM form.
- the respective pressure difference is u. a. the avoidance of unwanted air pockets in the cover layer.
- the present invention was therefore based on the object to remedy the aforementioned disadvantages. Surprisingly, it has now been found that this object is achieved by first pretreating a textile structure with a polymeric binder and subjecting it to a shaping step, and bringing the binder-containing, shaped textile structure thus obtained into contact with a polymerizable composition and polymerizing it.
- a first subject of the invention is therefore a process for producing molded parts from fiber reinforced composites, comprising: a1) impregnating a textile structure with at least one liquid binder composition in the form of a solution or dispersion of a polymeric binder in a solvent, a2) forming the textile Structure wherein steps a1) and a2) may be performed in any order to obtain an impregnated formed textile structure, b) at least partially removing the solvent from the impregnated molded textile structure to obtain a binder-containing molded texti - len structure, c) impregnating the obtained in step b), binder-containing, shaped textile structure with a polymerizable composition and polymerization of the polymerizable composition.
- Another object of the invention is a composite molding obtainable by the process as defined above and hereinafter.
- Another object of the invention is the use of such a composite material molding as a shell for safety helmets, z. B. as a head protection for persons.
- Another object of the invention is a liquid binder composition consisting of an amorphous polyamide and a solvent or a solvent mixture.
- Another object of the invention is the use of a liquid binder composition as defined above and for pre-forming textile structures in the production of composites by the RIM or RTM process.
- a "fiber reinforced composite molding” means an article comprising a fiber reinforced composite material or made of a fiber reinforced composite material having a shape suitable for a desired application.
- the textile structure can be brought into contact with the at least one liquid binder composition by customary methods known to the person skilled in the art.
- the binder-containing, shaped, textile structure obtained in step b) can be brought into contact with the polymerisable composition by customary methods known to the person skilled in the art.
- the impregnation in steps a1) and c) can each independently, z. Example, by conventional application methods such as spraying, brushing, pouring, dipping, printing, etc., take place.
- the impregnation can be carried out using reduced pressure.
- a phase of reduced pressure may be followed by a phase of reduced pressure.
- the textile structure is preferably sprayed with the liquid binder composition in step a1).
- the process according to the invention makes it possible to produce molded parts from fiber-reinforced composite materials of consistent quality.
- fiber-reinforced composite materials with constant mechanical properties. These include, for example, tensile strength, modulus of elasticity, impact resistance and the like.
- the textile structure used in the method according to the invention serves as a reinforcing material for the production of the composite molded parts.
- fibers or fiber structures are suitable as a textile structure.
- the textile structure is preferably selected from rovings, fabrics (including microfiber fabrics), knits (knitwear), knits, mats, mats, nonwovens, felts, etc., and combinations thereof.
- textile fabrics can be used from fibers, for. In the form of linen, strings, ropes, yarns or threads.
- the fibers may be of natural or synthetic origin.
- fibers of inorganic materials and fibers of organic materials can be used.
- Fibers of organic materials may include natural polymers, synthetic polymers, or combinations thereof, or may consist of natural polymers, synthetic polymers, or combinations thereof.
- Suitable fibers include inorganic materials such as high modulus carbon fibers, silicate and non-silicate glasses of various types, carbon, boron, silicon carbide, metals, metal alloys, metal oxides, metal nitrides, metal carbides and silicates and organic materials such as natural and synthetic polymers, for example polyacrylonitriles, polyesters , ultra-high-elongation polyolefin fibers, polyamides, polyimides, aramids, liquid-crystal polymers, polyphenylene sulfides, polyether ketones, polyether ether ketones, polyetherimides, cotton, cellulose and other natural fibers such as flax, sisal, kenaf, hemp, abaca.
- inorganic materials such as high modulus carbon fibers, silicate and non-silicate glasses of various types, carbon, boron, silicon carbide, metals, metal alloys, metal oxides, metal nitrides, metal carbides and silicates and organic materials such as natural and synthetic
- high-melting materials for example glasses, carbon, aramids, liquid-crystal polymers, polyphenylene sulfides, polyether ketones, polyether ether ketones and polyetherimides.
- the fibers used according to the invention are particularly preferably selected from glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, steel fibers, ceramic fibers, various temperature-resistant polymeric fibers and combinations thereof.
- Particularly suitable textile structures are rovings of the abovementioned fibers, preferably nonlinear and linear structures, particularly preferably flat shaped bodies such as fibers, yarns, threads, ropes and textile structures such as woven, knitted, knitted, braided and nonwoven fabrics.
- Nonwovens, felts, fabrics, rovings, roving fabrics and mats are particularly suitable as a textile structure.
- Tissues, nonwovens and scrims are particularly suitable as textile structures.
- the textile structure preferably comprises or consists of glass fibers, carbon fibers and / or fibers of temperature-resistant plastics.
- Particularly preferred are textile structures based on glass, carbon or aramid fibers, especially glass or carbon fibers.
- the composite moldings according to the invention preferably have a content of fibers of 20 to 85 vol .-%, particularly preferably 40 to 70 vol .-%, based on the total volume of the composite molding on.
- a special embodiment are composite moldings with purely unidirectional reinforcement.
- Composite moldings with purely unidirectional reinforcement preferably have a content of fibers of 30 to 90% by volume, particularly preferably 40 to 80% by volume, based on the total volume of the composite molding.
- the reinforcing material may be evenly distributed in the composite molding according to the invention, but it may also be used in certain parts of the composite material, for. B. in the edge regions and / or particular reinforcement zones, be present in a greater proportion than in other parts of the composite material.
- the liquid binder composition used in step a1) contains from 1 to 30% by weight, especially from 2 to 20% by weight, based on its total weight, of the polymeric binder.
- the polymeric binder contained in the binder composition preferably comprises at least one thermoplastic polymer.
- the polymeric binder contained in the binder composition consists of a thermoplastic polymer or a mixture of thermoplastic polymers.
- the thermoplastic polymer is selected from polyamides and blends of polyamides.
- Suitable z As polyamides derived from lactams with 7 to 13 ring members such as polycaprolactam, polycapryllactam and polylaurolactam and polyamides obtained by reacting dicarboxylic acids with diamines.
- dicarboxylic acids z. B. alkanedicarboxylic acids having 6 to 12, in particular 6 to 10 carbon atoms and aromatic dicarboxylic acids, in particular adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, terephthalic acid and / or isophthalic acid.
- Particularly suitable diamines are alkanediamines having 6 to 12 carbon atoms and aromatic diamines such as m-xylylenediamine, di (4-aminophenyl) methane,
- polyamides which are obtainable by copolymerization of two or more of the abovementioned monomers or mixtures of a plurality of polyamides are suitable, the mixing ratio being arbitrary.
- the following non-exhaustive list contains suitable polyamides and their monomers.
- PA 4 pyrrolidone, PA 6 ⁇ -caprolactam, PA 7 ethanolactam, PA 8 capryllactam, PA 9 9-aminopelargonic acid, PA 1 1 1 1 -aminoundecanoic acid, PA 12 laurolactam.
- AA / BB-polymers PA 46 tetramethylenediamine, adipic acid,
- PA 66 hexamethylenediamine, adipic acid
- PA 69 hexamethylenediamine, azelaic acid
- PA 610 hexamethylenediamine, sebacic acid
- PA 612 hexamethylenediamine, decanedicarboxylic acid
- PA 613 hexamethylenediamine, undecanedicarboxylic acid
- PA 1212 1, 12-dodecanediamine, decanedicarboxylic acid,
- PA 1313 1, 13-diaminotridecane, undecanedicarboxylic acid,
- PA 6T hexamethylenediamine, terephthalic acid
- PA MXD6 m-xylylenediamine, adipic acid
- PA 6-3-T trimethylhexamethylenediamine, terephthalic acid
- PA 6 / 6T see PA 6 and PA 6T
- PA 6/66 (see PA 6 and PA 66),
- PA 6/12 see PA 6 and PA 12
- PA 66/6/610 see PA 66, PA 6 and PA 610
- PA 6I / 6T see PA 61 and PA 6T
- PA PA PACM 12 diaminodicyclohexylmethane, laurolactam,
- PA 6I / 6T / PACM such as PA 6I / 6T + diaminodicyclohexylmethane
- PA 12 / MACMT laurolactam dimethyldiaminodicyclohexylmethane, terephthalic acid
- PA PDA-T phenylenediamine, terephthalic acid.
- thermoplastic polymer is selected from amorphous polyamides and blends of amorphous polyamides.
- the thermoplastic polymer is selected from polyamide 6, polyamide 66, polyamide 6/66, and blends containing polyamide 6, polyamide 66, and / or polyamide 6/66 as the major component.
- a "main constituent" is understood to mean that a thermoplastic polymer composition containing at least 50% by weight, based on the total weight, of polyamide 6, polyamide 66 and / or nylon 6/66 is used.
- Ultramid® 1 C BASF SE a polyamide 6/66/136.
- Suitable solvents for the liquid binder composition are water, alkanols, such as C 1 - to C 20 -alkanols, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, Tanol, iso-butanol, tert-butanol, n-pentanol, iso-pentanol, n-hexanol, isohexanol, n-heptanol, iso-heptanol, n-octanol, iso-octanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone , Esters, such as ethyl acetate and halogenated solvents, such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride, or mixtures thereof, preferably water, C 1 -C 12 -alkanols, such as methanol, ethanol,
- the solvent used is preferably water or an aqueous-alcoholic solvent. Particularly preferred solvents are water / ethanol or water / propanol mixtures.
- the liquid binder composition used is a solution of a polyamide or polyamide blend in a water / ethanol or water / propanol mixture.
- step b) of the process according to the invention the solvent is at least partially removed.
- a binder-containing, shaped, textile structure is obtained, which is then impregnated in step c) with a polymerizable composition and subjected to polymerization.
- step b) The partial removal of the solvent in step b) can be carried out by customary methods known to the person skilled in the art. This preferably includes evaporation under reduced pressure and / or elevated temperature.
- the solvent is preferably removed in step b) to at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight, in particular at least 70% by weight, based on the original amount of solvent.
- the solvent is at least 80 wt .-%, more preferably at least 90 wt .-%, based on the amount originally used, removed.
- step c) of the process according to the invention the binder-containing, shaped textile structure obtained in step b) is impregnated with a polymerizable composition and subsequently subjected to a polymerization.
- the polymerizable composition is preferably selected from polyamide resins, epoxy resins or polyurethane resins.
- the polymerizable composition contains as polymerizable constituents a lactam or lactam resin.
- Specially suitable polymerizable compositions are available under the name "cast polyamides".
- the polymerizable composition used in step c) preferably contains ⁇ -caprolactam as the polymerizable constituent. Suitable is the use of ⁇ -caprolactam as the sole polymerizable component and of mixtures containing ⁇ -caprolactam and at least one component copolymerizable therewith.
- Up to 20 wt .-%, that is 0 to 20 wt .-%, preferably 0 to 17 wt .-%, particularly preferably 0 to 15 wt .-% of caprolactam can by co-monomers from the group of lactams with at least 4 C atoms are used. Particularly preferred as a comonomer is o-lauryl lactam.
- the polymerizable composition used is a mixture of ⁇ -caprolactam and ⁇ -laurolactam.
- the mixing ratio of ⁇ -caprolactam and ⁇ -laurolactam is generally from 1000: 1 to 1: 1000, preferably 100: 1 to 1: 100, more preferably 10: 1 to 1:10, in particular 2: 1 to 1: 2.
- activators of the polymerizable composition are compounds which can be prepared by reacting isocyanates, for example HDI (hexamethylene diisocyanate) with lactams, for example ⁇ -caprolactam, and blocked isocyanates, isophthaloylbiscaprolactam, terephthaloyl-biscaprolactam, esters, such as dimethylphthalate-polyethylene glycol , Polyols or polydienes in combination with acid chlorides, carbonylbiscaprolactam, hexamethylene diisocyanate or acyl lactamate, preferably isocyanates, hexamethylene diisocyanate or acyl lactamate, more preferably hexamethylene diisocyanate or acyl lactamate and alkaline catalysts such as magnesium halo lactamates, alkali caprolactamates, aluminum or magnesium lactam, sodium caprolactamate or magnesium Bromide lactamate, preferably alkali caprolact
- activators all activators that are used for the activated anionic polymerization can be used, such.
- N-acyl lactams such as N-acetyl caprolactam, substituted triazines, carbodiimides, cyanamides, mono- and polyisocyanates and the corresponding masked isocyanate compounds.
- the activators are preferably used in concentrations of 0.1 to 1 mol%, based on the Lammenammenge.
- lactams with at least five ring members such as.
- Suitable alkaline catalysts can be prepared by reacting a polyether with the corresponding alkali or alkaline earth metal compound, such as.
- the catalysts are generally added in amounts of from 0.1 to 40% by weight, preferably from 0.2 to 15% by weight, based on the polymerisable components.
- Suitable catalysts for the polymerization are potassium or sodium lactamates. Particularly suitable is sodium caprolactamate, which can be easily prepared from NaH and ⁇ -caprolactam.
- the mixing ratio of caprolactam, activator and alkaline catalyst can be varied within wide limits, as a rule, the molar ratio of caprolactam to activator to alkaline catalyst is 1000: 1: 1 to 1000: 200: 50.
- the polymerization is preferably carried out at a temperature in a range of 50 to 250 ° C, more preferably 70 to 200 ° C, especially 100 to 190 ° C.
- the binder composition used is a thermoplastic polymer selected from polyamides and blends of polyamides and a polymerizable composition containing as polymerizable constituents a lactam or lactam resin.
- a thermoplastic polymer selected from polyamides and blends of polyamides and a polymerizable composition containing as polymerizable constituents a lactam or lactam resin.
- Such a system is characterized by excellent compatibility of the components used.
- the binder composition shows little or no inhibiting effect on the polymerizable composition.
- step a2) is carried out before step a1), the already deformed fabric remains in the mold after evaporation of the solvent.
- the tissues treated in this way can also be deformed by heating in a second step.
- the deformation can be carried out in the injection molding tool, but also in an upstream step. Processes for the production of structural components are known, for example, from the plastics manual "Duroplast 10", Hanserverlag 1988 on page 825 et seq.
- the pre-formed textile can either be left in the heated mold after drying of the binder or introduced into the final polymerization tool.
- the caprolactam can be introduced together with the activators and catalysts, saturates the textile structure and hardens. It can be polymerized at mold temperatures of 100 to 190 ° C and optionally postpolymerized at temperatures of 80 to 150 ° C.
- a suitable sequence of processing steps is:
- the inventive method is particularly simple and cheap and therefore suitable for large series.
- the process according to the invention can be carried out as follows:
- the core can be arranged in a sealable form with layers of binder-containing, dried, textile structures arranged thereon.
- the mold usually consists of two heatable mold halves whose inner contour and their outer contour correspond to the finished components.
- molten lactam can be supplied to the dry pre-formed fiber material with the additives required for the polymerization.
- the lactam can be cured by heating the mold.
- the resin at atmospheric pressure preferably at a pressure of 1, 1 to 20 bar, preferably 1, 5 to 5 bar, more preferably 1, 0 to 3.0 bar or at a pressure of 0.001 to 0.9 bar, preferably 0.1 to 0.8 bar, more preferably 0.2 to 0.6 bar in the RTM or RIM form are supplied.
- the invention also generally relates to the use of a liquid binder composition, as defined above, for pre-forming textile structures in the production of composites.
- the composite materials are then produced by the RIM or RTM process.
- the term composite material is then generally understood as meaning materials made of two or more bonded materials, such as particle composite materials (dispersion materials, fiber composite materials, laminates, and interpenetration composite materials.) Preference is given to fiber composites and layered composites (laminates); fiber composites are particularly preferred.
- the composite parts produced according to the invention are preferably suitable for use as a shell for safety helmets as head protection for persons.
- safety helmets for persons who drive or drive a motor vehicle, motorcycle, bicycle, etc.
- safety helmets for sporting activities such as mountaineering, roller skating, etc.
- safety helmets for children safety helmets as protection against injury for disabled persons
- safety helmets for occupational safety z. B. in construction, mining, etc.
- the fabric or textile structures used to reinforce the component are either pre-loaded into the mold, impregnated with the binder and pre-formed by closing the tool and evaporating the solvent and injecting the activated and catalyzed lactam, or they are pre-formed in a second heated tool and then into introduced the polymerization.
- Catalyst 17 to 19% strength by weight sodium caprolactamate in caprolactam: Brüggolene® C10 (Brüggemann, Heilbronn)
- caprolactam AP-Nylon® caprolactam (Brüggemann, Heilbronn)
- the resulting molded article was perfect and showed no surface disorder.
- the glass fiber mats used for reinforcement (manufacturer: Saertex) 5 x 90/10 (basis weight 424 g / m 2 ) were placed in the tool (hat shape) and adapted by hand to the contours.
- the tool was poured out with a cast polyamide system from Brüggemann (Heilbronn) as described above.
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen sowie Bindemittel zum Vorverformen von textilen Strukturen bei der Herstellung von Strukturwerkstoffen nach dem RIM- oder RTM- Verfahren. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Sandwich-Bauteilen auf Basis von Gusspolyamid beruht auf dem sogenannten RTM -Verfahren (Resin-Trans- fer-Molding). Bei diesem Verfahren wird der Kern mit hierauf angeordneten Schichten aus trockenem, d. h. nicht vorimprägniertem, Fasermaterial in einer verschließbaren Form angeordnet. Die Form besteht aus zwei heizbaren Formhälften, deren Innenkon- tur der Außenkontur des fertigen Bauteils entspricht. Im geschlossenen Formraum wird dem trockenen Fasermaterial flüssiges Harz zugeführt. Das Harz wird durch Beheizen der Form ausgehärtet. Hierbei kann das Harz entweder bei Überdruck in der RTM- Form oder bei Vakuum in der RTM-Form zugeführt werden. Der jeweilige Druckunterschied dient u. a. der Vermeidung unerwünschter Lufteinschlüsse in der Deckschicht. Mittels trockener Fasergelege werden verschiedene Nachteile der Prepreg-Technik vermieden. In der Literatur wird der Begriff RIM -Verfahren oft synonym zum RTM- Verfahren verwendet. Auch im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das RIM -Verfahren synonym zum RTM-Verfahren. Aus der EP-A-722 825 ist ein RTM-Verfahren bekannt, welches Überdruck in der Form anwendet. Description: The present invention relates to a method for producing molded parts from fiber-reinforced composite materials and to binders for pre-forming textile structures in the production of structural materials by the RIM or RTM method. A known process for the production of fiber-reinforced sandwich components based on cast polyamide is based on the so-called RTM process (resin transfer molding). In this process, the core is provided with layers of dry, ie. H. non-preimpregnated fiber material arranged in a sealable form. The mold consists of two heatable mold halves whose inner contour corresponds to the outer contour of the finished component. In the closed mold space, liquid resin is supplied to the dry fiber material. The resin is cured by heating the mold. In this case, the resin can be supplied either at overpressure in the RTM form or at vacuum in the RTM form. The respective pressure difference is u. a. the avoidance of unwanted air pockets in the cover layer. By means of dry fiber scrims various disadvantages of the prepreg technique are avoided. In the literature, the term RIM method is often used synonymously with the RTM method. For the purposes of the present invention, the RIM method is synonymous with the RTM method. From EP-A-722 825 an RTM process is known which uses overpressure in the mold.
Entsprechende RTM-Verfahren, welche Vakuum in der Form vorschlagen, sind aus der EP-A-770 472, der EP-A-786 330 und der EP-A-1 281 505 bekannt. Corresponding RTM processes which suggest vacuum in the mold are known from EP-A-770 472, EP-A-786 330 and EP-A-1 281 505.
Ein RTM-Verfahren, bei dem unter Überdruck Harz injiziert wird und unterstützend ein Vakuum in der gasdicht geschlossenen Form hergestellt wird, ist aus der An RTM process, in which under pressure is injected resin and supporting a vacuum in the gas-tight closed mold is made, is from the
WO-A-02/074469 bekannt. Die zuvor genannten Verfahren lassen jedoch zu wünschen übrig. Insbesondere ist es schwierig, auf diese Weise faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit gleichbleibender Qualität herzustellen. Insbesondere ist es schwierig, gleichbleibende mechanische Eigenschaften reproduzierbar zu gewährleisten. WO-A-02/074469 known. However, the aforementioned methods leave something to be desired. In particular, it is difficult in this way fiber-reinforced composites with consistent To produce quality. In particular, it is difficult to ensure consistent mechanical properties reproducible.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den zuvor genannten Nachteilen abzuhelfen. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe gelöst wird, wenn man eine textile Struktur zunächst mit einem polymeren Bindemittel vorbehandelt und einem Formungsschritt unterzieht und die so erhaltene bindemit- telhaltige, geformte, textile Struktur mit einer polymerisierbaren Zusammensetzung in Kontakt bringt und polymerisiert. The present invention was therefore based on the object to remedy the aforementioned disadvantages. Surprisingly, it has now been found that this object is achieved by first pretreating a textile structure with a polymeric binder and subjecting it to a shaping step, and bringing the binder-containing, shaped textile structure thus obtained into contact with a polymerizable composition and polymerizing it.
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen, umfassend: a1 ) Imprägnieren einer textilen Struktur mit wenigstens einer flüssigen Bindemittel- Zusammensetzung in Form einer Lösung oder Dispersion eines polymeren Bindemittels in einem Lösungsmittel, a2) Formen der textilen Struktur, wobei die Schritte a1 ) und a2) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können und wobei man eine imprägnierte, geformte textile Struktur erhält, b) zumindest teilweises Entferne des Lösungsmittels aus der imprägnierten, geformten, textilen Struktur unter Erhalt einer bindemittelhaltigen, geformten, texti- len Struktur, c) Imprägnieren der in Schritt b) erhaltenen, bindemittelhaltigen, geformten, textilen Struktur mit einer polymerisierbaren Zusammensetzung und Polymerisation der polymerisierbaren Zusammensetzung. A first subject of the invention is therefore a process for producing molded parts from fiber reinforced composites, comprising: a1) impregnating a textile structure with at least one liquid binder composition in the form of a solution or dispersion of a polymeric binder in a solvent, a2) forming the textile Structure wherein steps a1) and a2) may be performed in any order to obtain an impregnated formed textile structure, b) at least partially removing the solvent from the impregnated molded textile structure to obtain a binder-containing molded texti - len structure, c) impregnating the obtained in step b), binder-containing, shaped textile structure with a polymerizable composition and polymerization of the polymerizable composition.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundwerkstoffformteil, das nach dem Verfahren wie zuvor und im Folgenden definiert erhältlich ist. Another object of the invention is a composite molding obtainable by the process as defined above and hereinafter.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines solchen Verbund- werkstoffformteils als Schale für Sicherheitshelme, z. B. als Kopfschutz für Personen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine flüssige Bindemittelzusammensetzung, bestehend aus einem amorphen Polyamid und einem Lösemittel oder einem Lösemittelgemisch. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer flüssigen Bindemittelzusammensetzung wie zuvor und im Folgenden definiert, zum Vorverformen von texti- len Strukturen bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen nach dem RIM- oder RTM- Verfahren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein "Formteil aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen" einen Gegenstand, der einen faserverstärkten Verbundwerkstoff umfasst oder aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff besteht und der eine für eine gewünschte Anwendung geeignete Form aufweist. Zum Imprägnieren im Schritt a1 ) kann die textile Struktur mit der wenigstens einen flüssigen Bindemittelzusammensetzung nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren in Kontakt gebracht werden. Zum Imprägnieren im Schritt c) kann die in Schritt b) erhaltene, bindemittelhaltige, geformte, textile Struktur mit der polymerisierbaren Zusammensetzung nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren in Kontakt ge- bracht werden. Das Imprägnieren in den Schritten a1 ) und c) kann jeweils unabhängig voneinander, z. B. durch konventionelle Auftragungsverfahren wie Besprühen, Bestreichen, Gießen, Tauchen, Bedrucken, etc., erfolgen. Das Imprägnieren kann unter Anwendung von vermindertem Druck erfolgen. Gegebenenfalls kann sich an eine Phase mit vermindertem Druck eine Phase mit erhöhtem Druck anschließen. Another object of the invention is the use of such a composite material molding as a shell for safety helmets, z. B. as a head protection for persons. Another object of the invention is a liquid binder composition consisting of an amorphous polyamide and a solvent or a solvent mixture. Another object of the invention is the use of a liquid binder composition as defined above and for pre-forming textile structures in the production of composites by the RIM or RTM process. In the context of the present invention, a "fiber reinforced composite molding" means an article comprising a fiber reinforced composite material or made of a fiber reinforced composite material having a shape suitable for a desired application. For impregnation in step a1), the textile structure can be brought into contact with the at least one liquid binder composition by customary methods known to the person skilled in the art. For impregnation in step c), the binder-containing, shaped, textile structure obtained in step b) can be brought into contact with the polymerisable composition by customary methods known to the person skilled in the art. The impregnation in steps a1) and c) can each independently, z. Example, by conventional application methods such as spraying, brushing, pouring, dipping, printing, etc., take place. The impregnation can be carried out using reduced pressure. Optionally, a phase of reduced pressure may be followed by a phase of reduced pressure.
Bevorzugt wird zum Imprägnieren die textile Struktur in Schritt a1 ) mit der flüssigen Bindemittelzusammensetzung besprüht. For impregnation, the textile structure is preferably sprayed with the liquid binder composition in step a1).
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ermöglicht, Formteile aus faserverstärk- ten Verbundwerkstoffen mit gleichbleibender Qualität herzustellen. Insbesondere gelingt es, faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften bereitzustellen. Hierzu gehören beispielsweise Zugfestigkeit, E-Modul, Schlagzähigkeit und dergleichen. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte textile Struktur dient als Verstärkungsmaterial zur Herstellung der Verbundwerkstoffformteile. Als textile Struktur eignen sich prinzipiell Fasern oder Fasergebilde. Die textile Struktur ist vorzugsweise ausgewählt unter Rovings, Geweben (einschließlich Mikrofasergeweben), Gestricken (Strickwaren), Gewirken, Gelegen, Matten, Vliesen, Filzen, etc. und Kombinationen davon. Zur Bereitstellung der Fasergebilde können textile Flächengebilde aus Fasern eingesetzt werden, z. B. in Form von Leinen, Schnüren, Seilen, Garnen oder Zwirnen. The process according to the invention makes it possible to produce molded parts from fiber-reinforced composite materials of consistent quality. In particular, it is possible to provide fiber-reinforced composite materials with constant mechanical properties. These include, for example, tensile strength, modulus of elasticity, impact resistance and the like. The textile structure used in the method according to the invention serves as a reinforcing material for the production of the composite molded parts. In principle, fibers or fiber structures are suitable as a textile structure. The textile structure is preferably selected from rovings, fabrics (including microfiber fabrics), knits (knitwear), knits, mats, mats, nonwovens, felts, etc., and combinations thereof. To provide the fiber structure textile fabrics can be used from fibers, for. In the form of linen, strings, ropes, yarns or threads.
Die Fasern können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Zur Bereitstellung der textilen Strukturen können Fasern aus anorganischen Materialen und Fasern aus organischen Materialen eingesetzt werden. Fasern aus organischen Materialen können natürliche Polymere, synthetische Polymere oder Kombinationen davon umfassen oder aus natürlichen Polymeren, synthetischen Polymeren oder Kombinationen davon bestehen. Als Fasern eignen sich anorganische Materialien wie Hochmodulcarbonfasern, silikatische und nicht silikatische Gläser der verschiedensten Art, Kohlenstoff, Bor, Sili- ciumcarbid, Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide, Metallnitride, Metallcarbide und Silikate sowie organische Materialien wie natürliche und synthetische Polymere, beispielsweise Polyacrylnitrile, Polyester, ultrahochgereckte Polyolefinfasern, Polyamide, Polyimide, Aramide, Liquid-Crystal-Polymere, Polyphenylensulfide, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyetherimide, Baumwolle, Cellulose und andere Naturfasern, beispielweise Flachs, Sisal, Kenaf, Hanf, Abaca. Bevorzugt sind hochschmelzende Materialien, beispielsweise Gläser, Kohlenstoff, Aramide, Liquid-Crystal-Polymere, Polyphenylensulfide, Polyetherketone, Polyetheretherketone und Polyetherimide. Besonders bevorzugt sind die erfindungsgemäß eingesetzten Fasern ausgewählt unter Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Stahlfasern, Keramikfasern, davon verschiedenen temperaturbeständigen polymeren Fasern und Kombinationen davon. The fibers may be of natural or synthetic origin. To provide the textile structures, fibers of inorganic materials and fibers of organic materials can be used. Fibers of organic materials may include natural polymers, synthetic polymers, or combinations thereof, or may consist of natural polymers, synthetic polymers, or combinations thereof. Suitable fibers include inorganic materials such as high modulus carbon fibers, silicate and non-silicate glasses of various types, carbon, boron, silicon carbide, metals, metal alloys, metal oxides, metal nitrides, metal carbides and silicates and organic materials such as natural and synthetic polymers, for example polyacrylonitriles, polyesters , ultra-high-elongation polyolefin fibers, polyamides, polyimides, aramids, liquid-crystal polymers, polyphenylene sulfides, polyether ketones, polyether ether ketones, polyetherimides, cotton, cellulose and other natural fibers such as flax, sisal, kenaf, hemp, abaca. Preference is given to high-melting materials, for example glasses, carbon, aramids, liquid-crystal polymers, polyphenylene sulfides, polyether ketones, polyether ether ketones and polyetherimides. The fibers used according to the invention are particularly preferably selected from glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, steel fibers, ceramic fibers, various temperature-resistant polymeric fibers and combinations thereof.
Als textile Struktur eignen sich speziell Rovings der zuvor genannten Fasern, bevorzugt nicht lineare und lineare Gebilde, besonders bevorzugt flächige Formkörper wie Fasern, Garne, Zwirne, Seile und textile Gebilde wie Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte und Vliese. Als textile Struktur eignen sich ganz speziell Vliese, Filze, Gewebe, Rovings, Rovinggewebe und Matten. Als textile Strukturen eignen sich ganz speziell Gewebe, Vliese und Gelege. Die textile Struktur umfasst oder besteht vorzugsweise aus Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Fasern temperaturbeständiger Kunststoffe. Besonders bevorzugt sind textile Strukturen auf Basis von Glas-, Kohle- oder Aramidfasern, speziell Glas- oder Kohlefasern. Die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffformteile weisen vorzugsweise einen Gehalt an Fasern von 20 bis 85 Vol.-%, besonders bevorzugt 40 bis 70 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Verbundwerkstoffformteils, auf. Eine spezielle Ausgestaltung sind Verbundwerkstoffformteile mit rein unidirektionaler Verstärkung. Verbundwerkstoffformteile mit rein unidirektionaler Verstärkung weisen vorzugsweise einen Gehalt an Fasern von 30 bis 90 Vol.-%, besonders bevorzugt 40 bis 80 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Verbundwerkstoffformteils, auf. Das Verstärkungsmaterial kann in dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffformteil gleichmäßig verteilt sein, es kann jedoch auch in bestimmten Teilen des Verbundwerkstoffs, z. B. in den Randbereichen und/oder besonderen Verstärkungszonen, in einem größeren Anteil vorhanden sein als in anderen Teilen des Verbundwerkstoffes. Particularly suitable textile structures are rovings of the abovementioned fibers, preferably nonlinear and linear structures, particularly preferably flat shaped bodies such as fibers, yarns, threads, ropes and textile structures such as woven, knitted, knitted, braided and nonwoven fabrics. Nonwovens, felts, fabrics, rovings, roving fabrics and mats are particularly suitable as a textile structure. Tissues, nonwovens and scrims are particularly suitable as textile structures. The textile structure preferably comprises or consists of glass fibers, carbon fibers and / or fibers of temperature-resistant plastics. Particularly preferred are textile structures based on glass, carbon or aramid fibers, especially glass or carbon fibers. The composite moldings according to the invention preferably have a content of fibers of 20 to 85 vol .-%, particularly preferably 40 to 70 vol .-%, based on the total volume of the composite molding on. A special embodiment are composite moldings with purely unidirectional reinforcement. Composite moldings with purely unidirectional reinforcement preferably have a content of fibers of 30 to 90% by volume, particularly preferably 40 to 80% by volume, based on the total volume of the composite molding. The reinforcing material may be evenly distributed in the composite molding according to the invention, but it may also be used in certain parts of the composite material, for. B. in the edge regions and / or particular reinforcement zones, be present in a greater proportion than in other parts of the composite material.
Bevorzugt enthält die in Schritt a1 ) eingesetzte flüssige Bindemittelzusammensetzung 1 bis 30 Gew.-%, besonders 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, des polymeren Bindemittels. Das in der Bindemittelzusammensetzung enthaltene polymere Bindemittel umfasst vorzugsweise wenigstens ein thermoplastisches Polymer. Preferably, the liquid binder composition used in step a1) contains from 1 to 30% by weight, especially from 2 to 20% by weight, based on its total weight, of the polymeric binder. The polymeric binder contained in the binder composition preferably comprises at least one thermoplastic polymer.
In einer speziellen Ausführung besteht das in der Bindemittelzusammensetzung enthaltene polymere Bindemittel aus einem thermoplastischen Polymer oder einer Mischung thermoplastischer Polymere. In a specific embodiment, the polymeric binder contained in the binder composition consists of a thermoplastic polymer or a mixture of thermoplastic polymers.
Bevorzugt ist das thermoplastische Polymer ausgewählt unter Polyamiden und Blends von Polyamiden. Geeignet sind z. B. Polyamide, die sich von Lactamen mit 7 bis 13 Ringgliedern ableiten wie Polycaprolactam, Polycapryllactam und Polylaurinlactam sowie Polyamide, die durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit Diaminen erhalten werden. Als Dicarbon- säuren sind z. B. Alkandicarbonsäuren mit 6 bis 12, insbesondere 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und aromatische Dicarbonsäuren einsetzbar, insbesondere Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, Terephthalsäure und/oder Isophthalsäu- re. Preferably, the thermoplastic polymer is selected from polyamides and blends of polyamides. Suitable z. As polyamides derived from lactams with 7 to 13 ring members such as polycaprolactam, polycapryllactam and polylaurolactam and polyamides obtained by reacting dicarboxylic acids with diamines. As dicarboxylic acids z. B. alkanedicarboxylic acids having 6 to 12, in particular 6 to 10 carbon atoms and aromatic dicarboxylic acids, in particular adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, terephthalic acid and / or isophthalic acid.
Als Diamine eignen sich besonders Alkandiamine mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen sowie aromatische Diamine wie m-Xylylendiamin, Di-(4-aminophenyl)methan, Particularly suitable diamines are alkanediamines having 6 to 12 carbon atoms and aromatic diamines such as m-xylylenediamine, di (4-aminophenyl) methane,
Di-(4-aminocyclohexyl)-methan, 2,2-Di-(4-aminophenyl)-propan, 2,2-Di-(4-aminocyclo- hexyl)-propan oder 1 ,5-Diamino-2-methyl-pentan. Weiterhin sind Polyamide, die durch Copolymerisation zweier oder mehrerer der vorgenannten Monomeren erhältlich sind oder Mischungen mehrerer Polyamide geeignet, wobei das Mischungsverhältnis beliebig ist. Die nachfolgende nicht abschließende Aufstellung enthält geeignete Polyamide und deren Monomere. Di (4-aminocyclohexyl) methane, 2,2-di (4-aminophenyl) propane, 2,2-di- (4-aminocyclohexyl) propane or 1,5-diamino-2-methyl pentane. Furthermore, polyamides which are obtainable by copolymerization of two or more of the abovementioned monomers or mixtures of a plurality of polyamides are suitable, the mixing ratio being arbitrary. The following non-exhaustive list contains suitable polyamides and their monomers.
AB-Polymere: AB-polymers:
PA 4 Pyrrolidon, PA 6 ε-Caprolactam, PA 7 Ethanolactam, PA 8 Capryllactam, PA 9 9-Aminopelargonsäure, PA 1 1 1 1 -Aminoundecansäure, PA 12 Laurinlactam. PA 4 pyrrolidone, PA 6 ε-caprolactam, PA 7 ethanolactam, PA 8 capryllactam, PA 9 9-aminopelargonic acid, PA 1 1 1 1 -aminoundecanoic acid, PA 12 laurolactam.
AA/BB-Polymere: PA 46 Tetramethylendiamin, Adipinsäure, AA / BB-polymers: PA 46 tetramethylenediamine, adipic acid,
PA 66 Hexamethylendiamin, Adipinsäure, PA 66 hexamethylenediamine, adipic acid,
PA 69 Hexamethylendiamin, Azelainsäure, PA 69 hexamethylenediamine, azelaic acid,
PA 610 Hexamethylendiamin, Sebacinsäure, PA 610 hexamethylenediamine, sebacic acid,
PA 612 Hexamethylendiamin, Decandicarbonsäure, PA 612 hexamethylenediamine, decanedicarboxylic acid,
PA 613 Hexamethylendiamin, Undecandicarbonsäure, PA 613 hexamethylenediamine, undecanedicarboxylic acid,
PA 1212 1 ,12-Dodecandiamin, Decandicarbonsäure, PA 1212 1, 12-dodecanediamine, decanedicarboxylic acid,
PA 1313 1 ,13-Diaminotridecan, Undecandicarbonsäure, PA 1313 1, 13-diaminotridecane, undecanedicarboxylic acid,
PA 6T Hexamethylendiamin, Terephthalsäure, PA 6T hexamethylenediamine, terephthalic acid,
PA 9T Nonyldiamin/Terephthalsäure, PA 9T nonyldiamine / terephthalic acid,
PA MXD6 m-Xylylendiamin, Adipinsäure, PA MXD6 m-xylylenediamine, adipic acid,
PA 6I Hexamethylendiamin, Isophthalsäure, PA 6I hexamethylenediamine, isophthalic acid,
PA 6-3-T Trimethylhexamethylendiamin, Terephthalsäure, PA 6-3-T trimethylhexamethylenediamine, terephthalic acid,
PA 6/6T (siehe PA 6 und PA 6T), PA 6 / 6T (see PA 6 and PA 6T),
PA 6/66 (siehe PA 6 und PA 66), PA 6/66 (see PA 6 and PA 66),
PA 6/12 (siehe PA 6 und PA 12), PA 6/12 (see PA 6 and PA 12),
PA 66/6/610 (siehe PA 66, PA 6 und PA 610), PA 66/6/610 (see PA 66, PA 6 and PA 610),
PA 6I/6T (siehe PA 61 und PA 6T), PA 6I / 6T (see PA 61 and PA 6T),
PA PACM 12 Diaminodicyclohexylmethan, Laurinlactam, PA PACM 12 diaminodicyclohexylmethane, laurolactam,
PA 6I/6T/PACM wie PA 6I/6T + Diaminodicyclohexylmethan, PA 6I / 6T / PACM such as PA 6I / 6T + diaminodicyclohexylmethane,
PA 12/MACMI Laurinlactam, Dimethyldiaminodicyclohexylmethan, Isophthalsäure, PA 12 / MACMI laurolactam, dimethyldiaminodicyclohexylmethane, isophthalic acid,
PA 12/MACMT Laurinlactam, Dimethyldiaminodicyclohexylmethan, Terephthalsäure,PA 12 / MACMT laurolactam, dimethyldiaminodicyclohexylmethane, terephthalic acid,
PA PDA-T Phenylendiamin, Terephthalsäure. PA PDA-T phenylenediamine, terephthalic acid.
Es können auch Mischungen obiger Polyamide eingesetzt werden. It is also possible to use mixtures of the above polyamides.
Speziell ist das thermoplastische Polymer ausgewählt unter amorphen Polyamiden und Blends amorpher Polyamide. Specifically, the thermoplastic polymer is selected from amorphous polyamides and blends of amorphous polyamides.
Vorzugsweise ist das thermoplastische Polymer ausgewählt unter Polyamid 6, Polyamid 66, Polyamid 6/66 und Blends, die Polyamid 6, Polyamid 66 und/oder Polyamid 6/66 als Hauptbestandteil enthalten. Unter einem "Hauptbestandteil" wird dabei verstanden, dass eine thermoplastische Polymerzusammensetzung eingesetzt wird, die zu mindestens 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, Polyamid 6, Polyamid 66 und/oder Polyamid 6/66 enthält. Preferably, the thermoplastic polymer is selected from polyamide 6, polyamide 66, polyamide 6/66, and blends containing polyamide 6, polyamide 66, and / or polyamide 6/66 as the major component. A "main constituent" is understood to mean that a thermoplastic polymer composition containing at least 50% by weight, based on the total weight, of polyamide 6, polyamide 66 and / or nylon 6/66 is used.
Als kommerziell erhältliches polymeres Bindemittel eignet sich speziell Ultramid® 1 C der BASF SE, ein Polyamid 6/66/136. As a commercially available polymeric binder is particularly suitable Ultramid® 1 C BASF SE, a polyamide 6/66/136.
Als Lösungsmittel für die flüssige Bindemittelzusammensetzung eignen sich Wasser, Alkanole wie d- bis C2o-Alkanole, Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Bu- tanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, iso-Pentanol, n-Hexanol, iso-Hexanol, n-Heptanol, iso-Heptanol, n-Octanol, iso-Octanol, Ketone wie Aceton, Methylethylke- ton, Ester wie Essigsäureethylester und halogenierte Lösemittel wie Methylenchlorid, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff oder deren Gemische, bevorzugt Wasser, d- bis Cs-Alkanole wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, sec.-Butanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, iso-Pentanol, n-Hexanol, iso-Hexanol, n-Heptanol, iso-Heptanol, n-Octanol, iso-Octanol oder deren Gemische, besonders bevorzugt Wasser, d- bis C4-Alkanole wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso- Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, sec.-Butanol, tert.-Butanol, oder deren Gemische. Suitable solvents for the liquid binder composition are water, alkanols, such as C 1 - to C 20 -alkanols, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, Tanol, iso-butanol, tert-butanol, n-pentanol, iso-pentanol, n-hexanol, isohexanol, n-heptanol, iso-heptanol, n-octanol, iso-octanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone , Esters, such as ethyl acetate and halogenated solvents, such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride, or mixtures thereof, preferably water, C 1 -C 12 -alkanols, such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec. Butanol, tert-butanol, n-pentanol, iso-pentanol, n-hexanol, iso-hexanol, n-heptanol, iso-heptanol, n-octanol, iso-octanol or mixtures thereof, particularly preferably water, d- to C4 Alkanols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, or mixtures thereof.
Bevorzugt wird als Lösungsmittel Wasser oder ein wässrig-alkoholisches Lösungsmittel eingesetzt. Besonders bevorzugt als Lösungsmittel sind Wasser/Ethanol- oder Was- ser/Propanol-Gemische. In einer bevorzugten Ausführungsform wird als flüssige Bindemittelzusammensetzung eine Lösung eines Polyamids oder Polyamidblends in einem Wasser/Ethanol- oder Wasser/Propanol-Gemisch verwendet. The solvent used is preferably water or an aqueous-alcoholic solvent. Particularly preferred solvents are water / ethanol or water / propanol mixtures. In a preferred embodiment, the liquid binder composition used is a solution of a polyamide or polyamide blend in a water / ethanol or water / propanol mixture.
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Lösungsmittel zumindest teilweise entfernt. Dabei wird eine bindemittelhaltige, geformte, textile Struktur erhalten, die anschließend in Schritt c) mit einer polymerisierbaren Zusammensetzung imprägniert und einer Polymerisation unterzogen wird. In step b) of the process according to the invention, the solvent is at least partially removed. In this case, a binder-containing, shaped, textile structure is obtained, which is then impregnated in step c) with a polymerizable composition and subjected to polymerization.
Das teilweise Entfernen des Lösungsmittels in Schritt b) kann nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Dazu zählt bevorzugt das Verdampfen unter vermindertem Druck und/oder erhöhter Temperatur. The partial removal of the solvent in step b) can be carried out by customary methods known to the person skilled in the art. This preferably includes evaporation under reduced pressure and / or elevated temperature.
Bevorzugt wird das Lösungsmittel in Schritt b) zu mindestens 30 Gew.-%, bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, insbesondere mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf die ur- sprüngliche Lösungsmittelmenge, entfernt. Speziell wird das Lösungsmittel zu mindestens 80 Gew.-%, spezieller zu mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf die ursprünglich eingesetzte Menge, entfernt. The solvent is preferably removed in step b) to at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight, in particular at least 70% by weight, based on the original amount of solvent. Specifically, the solvent is at least 80 wt .-%, more preferably at least 90 wt .-%, based on the amount originally used, removed.
In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in Schritt b) erhaltene, binde- mittelhaltige, geformte, textile Struktur mit einer polymerisierbaren Zusammensetzung imprägniert und anschließend einer Polymerisation unterzogen. In step c) of the process according to the invention, the binder-containing, shaped textile structure obtained in step b) is impregnated with a polymerizable composition and subsequently subjected to a polymerization.
Die polymerisierbare Zusammensetzung ist vorzugsweise ausgewählt unter Polyamidharzen, Epoxidharzen oder Polyurethanharzen. The polymerizable composition is preferably selected from polyamide resins, epoxy resins or polyurethane resins.
Bevorzugt enthält die polymerisierbare Zusammensetzung als polymerisierbare Bestandteile ein Lactam oder Lactamharz. Speziell geeignete polymerisierbare Zusammensetzungen sind unter der Bezeichnung "Gusspolyamide" erhältlich. Die in Schritt c) eingesetzte polymerisierbare Zusammensetzung enthält als polymeri- sierbaren Bestandteil vorzugsweise ε-Caprolactam. Geeignet ist der Einsatz von ε-Caprolactam als alleinigem polymerisierbarem Bestandteil und von Gemischen, die ε-Caprolactam und wenigstens eine damit copolymerisierbare Komponente enthalten. Bis zu 20 Gew.-%, also 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 17 Gew.-%, besonders be- vorzugt 0 bis 15 Gew.-% des Caprolactams können durch Co-Monomere aus der Gruppe der Lactame mit mindestens 4 C-Atomen verwendet werden. Besonders bevorzugt als Comonomer ist o-Lauryllactam. Preferably, the polymerizable composition contains as polymerizable constituents a lactam or lactam resin. Specially suitable polymerizable compositions are available under the name "cast polyamides". The polymerizable composition used in step c) preferably contains ε-caprolactam as the polymerizable constituent. Suitable is the use of ε-caprolactam as the sole polymerizable component and of mixtures containing ε-caprolactam and at least one component copolymerizable therewith. Up to 20 wt .-%, that is 0 to 20 wt .-%, preferably 0 to 17 wt .-%, particularly preferably 0 to 15 wt .-% of caprolactam can by co-monomers from the group of lactams with at least 4 C atoms are used. Particularly preferred as a comonomer is o-lauryl lactam.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als polymerisierbare Zusammensetzung eine Mischung aus ε-Caprolactam und ω-Lauryllactam eingesetzt werden. Das Mischungsverhältnis von ε-Caprolactam und ω-Lauryllactam beträgt in der Regel 1000 : 1 bis 1 : 1000, bevorzugt 100 : 1 bis 1 : 100, besonders bevorzugt 10 : 1 bis 1 : 10, insbesondere 2 : 1 bis 1 : 2. Als weitere Komponenten (Aktivatoren) der polymerisierbaren Zusammensetzung eignen sich Verbindungen, die durch Umsetzung von Isocyanaten, beispielsweise HDI (Hexamethylendiisocyanat) mit Lactamen, beispielweise ε-Caprolactam, hergestellt werden können und blockierte Isocyanate, Isophthaloylbiscaprolactam, Terephthaloyl- biscaprolactam, Ester wie Dimethylphthalat-polyethylenglykol, Polyole oder Polydiene in Kombination mit Säurechloriden, Carbonylbiscaprolactam, Hexamethylendiisocyanat oder Acyllactamat, bevorzugt Isocyanate, Hexamethylendiisocyanat oder Acyllactamat, besonders bevorzugt Hexamethylendiisocyanat oder Acyllactamat und alkalische Katalysatoren wie Magnesiumhalogenlactamate, Alkalicaprolactamate, Aluminium- oder Magnesiumlactam, Natrium-Caprolactamat oder Magnesium-Bromidlactamat, bevor- zugt Alkalicaprolactamate, Aluminium- oder Magnesiumlactam, Natrium-Caprolactamat oder Magnesium-Bromidlactamat, besonders bevorzugt Natrium-Caprolactam oder Magnesium-Bromidlactamat. In a preferred embodiment, the polymerizable composition used is a mixture of ε-caprolactam and ω-laurolactam. The mixing ratio of ε-caprolactam and ω-laurolactam is generally from 1000: 1 to 1: 1000, preferably 100: 1 to 1: 100, more preferably 10: 1 to 1:10, in particular 2: 1 to 1: 2. Other components (activators) of the polymerizable composition are compounds which can be prepared by reacting isocyanates, for example HDI (hexamethylene diisocyanate) with lactams, for example ε-caprolactam, and blocked isocyanates, isophthaloylbiscaprolactam, terephthaloyl-biscaprolactam, esters, such as dimethylphthalate-polyethylene glycol , Polyols or polydienes in combination with acid chlorides, carbonylbiscaprolactam, hexamethylene diisocyanate or acyl lactamate, preferably isocyanates, hexamethylene diisocyanate or acyl lactamate, more preferably hexamethylene diisocyanate or acyl lactamate and alkaline catalysts such as magnesium halo lactamates, alkali caprolactamates, aluminum or magnesium lactam, sodium caprolactamate or magnesium Bromide lactamate, preferably alkali caprolactamate, aluminum or magnesium lactam, sodium caprolactamate or magnesium bromide lactamate, more preferably sodium caprolactam or magnesium bromide lactamate.
Als Aktivatoren können alle Aktivatoren, die für die aktivierte anionische Polymerisation verwendet werden, eingesetzt werden, so z. B. N-Acyllactame, wie N-Acetyl-capro- lactam, substituierte Triazine, Carbodiimide, Cyanamide, Mono- und Polyisocyanate und die entsprechenden maskierten Isocyanatverbindungen. Die Aktivatoren werden vorzugsweise in Konzentrationen von 0,1 bis 1 Mol-%, bezogen auf die Lactammenge, verwendet. Mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren können Lactame mit mindes- tens fünf Ringgliedern, wie z. B. Caprolactam, Laurinlactam, Capryllactam, Önanthlac- tam, die entsprechenden C-substituierten Lactame oder Gemische der genannten Lactame polymerisiert werden. Die Polymerisation kann in Gegenwart wenigstens eines alkalischen Katalysators erfolgen. Geeignete alkalische Katalysatoren können hergestellt werden durch Umsetzung eines Polyethers mit der entsprechenden Alkali- bzw. Erdalkaliverbindung, wie z. B. dem Alkoholat, Amid, Hydrid, Grignard-Verbindungen sowie den Alkali- bzw. Erdalkalimetallen. Die Katalysatoren werden in der Regel in Mengen von 0,1 bis 40 Gew.- %, bevorzugt 0,2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die polymerisierbaren Komponenten, zugesetzt. Gut geeignete Katalysatoren für die Polymerisation sind Kalium- oder Natrium-Lacta- mate. Besonders gut geeignet ist Natrium-Caprolactamat, das einfach aus NaH und ε-Caprolactam hergestellt werden kann. As activators, all activators that are used for the activated anionic polymerization can be used, such. N-acyl lactams, such as N-acetyl caprolactam, substituted triazines, carbodiimides, cyanamides, mono- and polyisocyanates and the corresponding masked isocyanate compounds. The activators are preferably used in concentrations of 0.1 to 1 mol%, based on the Lammenammenge. With the catalysts of the invention lactams with at least five ring members, such as. As caprolactam, laurolactam, capryllactam, Önanthlac- tam, the corresponding C-substituted lactams or mixtures of said lactams are polymerized. The polymerization can be carried out in the presence of at least one alkaline catalyst. Suitable alkaline catalysts can be prepared by reacting a polyether with the corresponding alkali or alkaline earth metal compound, such as. As the alkoxide, amide, hydride, Grignard compounds and the alkali or alkaline earth metals. The catalysts are generally added in amounts of from 0.1 to 40% by weight, preferably from 0.2 to 15% by weight, based on the polymerisable components. Suitable catalysts for the polymerization are potassium or sodium lactamates. Particularly suitable is sodium caprolactamate, which can be easily prepared from NaH and ε-caprolactam.
Das Mischungsverhältnis von Caprolactam, Aktivator und alkalischem Katalysator kann in weiten Grenzen variiert werden, in der Regel beträgt das Molverhältnis von Caprolactam zu Aktivator zu alkalischem Katalysator 1000 : 1 : 1 bis 1000 : 200 : 50. The mixing ratio of caprolactam, activator and alkaline catalyst can be varied within wide limits, as a rule, the molar ratio of caprolactam to activator to alkaline catalyst is 1000: 1: 1 to 1000: 200: 50.
Die Polymerisation erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 50 bis 250 °C, besonders bevorzugt 70 bis 200 °C, speziell 100 bis 190 °C. The polymerization is preferably carried out at a temperature in a range of 50 to 250 ° C, more preferably 70 to 200 ° C, especially 100 to 190 ° C.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in der Bindemittelzusammensetzung ein thermoplastisches Polymer eingesetzt, das ausgewählt ist unter Polyamiden und Blends von Polyamiden und eine polymerisierbare Zusammensetzung eingesetzt, die als polymerisierbare Bestandteile ein Lactam oder Lactamharz enthält. Ein solches System zeichnet sich durch ausgezeichnete Verträglichkeit der eingesetzten Komponenten aus. Insbesondere zeigt die Bindemittelzusammensetzung nur geringe bzw. keinerlei inhibierende Wirkung auf die polymerisierbare Zusammensetzung. In a particularly preferred embodiment, the binder composition used is a thermoplastic polymer selected from polyamides and blends of polyamides and a polymerizable composition containing as polymerizable constituents a lactam or lactam resin. Such a system is characterized by excellent compatibility of the components used. In particular, the binder composition shows little or no inhibiting effect on the polymerizable composition.
Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Schritt a2) vor dem Schritt a1 ) durch- geführt, so bleibt das schon verformte Gewebe nach dem Abdampfen des Lösemittels in der Form. Die derart behandelten Gewebe können aber auch in einem zweiten Schritt durch Erhitzen verformt werden. Das Verformen kann im Spritzgusswerkzeug, aber auch in einem vorgeschalteten Schritt durchgeführt werden. Verfahren zur Herstellung von Strukturbauteilen sind beispielsweise aus dem Kunst- stoffhandbuch„Duroplaste 10", Hanserverlag 1988 auf Seite 825 ff bekannt. If, in the method according to the invention, step a2) is carried out before step a1), the already deformed fabric remains in the mold after evaporation of the solvent. However, the tissues treated in this way can also be deformed by heating in a second step. The deformation can be carried out in the injection molding tool, but also in an upstream step. Processes for the production of structural components are known, for example, from the plastics manual "Duroplast 10", Hanserverlag 1988 on page 825 et seq.
Das vorverformte Textil kann nach dem Trocknen des Bindemittels entweder in der beheizten Form belassen oder in das endgültige Polymerisationswerkzeug eingebracht werden. Dort kann nach den beschriebenen Verfahren das Caprolactam zusammen mit den Aktivatoren und Katalysatoren eingebracht werden, durchtränkt die textile Struktur und härtet aus. Es kann bei Werkzeugtemperaturen von 100 bis 190 °C polymerisiert und gegebenenfalls bei Temperaturen von 80 bis 150 °C nachpolymerisiert werden. Eine geeignete Abfolge der Verarbeitungsschritte ist: The pre-formed textile can either be left in the heated mold after drying of the binder or introduced into the final polymerization tool. There, according to the described method, the caprolactam can be introduced together with the activators and catalysts, saturates the textile structure and hardens. It can be polymerized at mold temperatures of 100 to 190 ° C and optionally postpolymerized at temperatures of 80 to 150 ° C. A suitable sequence of processing steps is:
1 . Zuschneiden des oder der Gewebe 1 . Cutting the fabric or tissues
2. Plazieren der Gewebe im Vorwerkzeug oder RTM-Werkzeug, eventuell verformen 2. Place the tissue in the pre-tool or RTM tool, possibly deform
3. Einsprühen mit gelöstem Thermoplasten 3. Spraying with dissolved thermoplastic
4. Abdampfen Lösemittel 4. Evaporate solvent
5. Schließen des Werkzeugs 5. Close the tool
6. Vorverformungsschritt 6. Pre-deformation step
7. Entnahme des Gewebeteils und Überführung in RTM-Werkzeug oder Weiterver- arbeitung im Werkzeug 7. Removal of the fabric part and transfer to RTM tool or further processing in the tool
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach und billig und deswegen für Großserien geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie folgt durchgeführt werden: The inventive method is particularly simple and cheap and therefore suitable for large series. The process according to the invention can be carried out as follows:
In einer bevorzugten Ausführungsform kann man nach dem sogenannten RTM- (Re- sin-Transfer-Molding) bzw. RIM- (Reaction-Injection-Molding) Verfahren arbeiten. Bei diesem Verfahren kann der Kern mit hierauf angeordneten Schichten aus Bindemittel enthaltenden, getrockneten, textilen Strukturen in einer verschließbaren Form angeordnet werden. Die Form besteht in der Regel aus zwei heizbaren Formhälften, deren Innenkontur und deren Außenkontur den fertigen Bauteilen entsprechen. Im geschlossenen Formraum kann dem trockenen vorverformten Fasermaterial aufgeschmolzenes Lactam mit den zur Polymerisation erforderlichen Additiven zugeführt werden. Das Lactam kann durch Beheizen der Form ausgehärtet werden. Hierbei kann das Harz bei Normaldruck (Atmosphärendruck), bevorzugt bei einem Druck von 1 ,1 bis 20 bar, bevorzugt 1 ,5 bis 5 bar, besonders bevorzugt 1 ,0 bis 3,0 bar oder bei einem Druck von 0,001 bis 0,9 bar, bevorzugt 0,1 bis 0,8 bar, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,6 bar in der RTM- bzw. RIM-Form zugeführt werden. In a preferred embodiment, it is possible to work according to the so-called RTM (resine transfer molding) or RIM (reaction injection molding) method. In this process, the core can be arranged in a sealable form with layers of binder-containing, dried, textile structures arranged thereon. The mold usually consists of two heatable mold halves whose inner contour and their outer contour correspond to the finished components. In the closed mold space molten lactam can be supplied to the dry pre-formed fiber material with the additives required for the polymerization. The lactam can be cured by heating the mold. Here, the resin at atmospheric pressure (atmospheric pressure), preferably at a pressure of 1, 1 to 20 bar, preferably 1, 5 to 5 bar, more preferably 1, 0 to 3.0 bar or at a pressure of 0.001 to 0.9 bar, preferably 0.1 to 0.8 bar, more preferably 0.2 to 0.6 bar in the RTM or RIM form are supplied.
Gegenstand der Erfindung ist auch ganz allgemein die Verwendung einer flüssigen Bindemittelzusammensetzung, wie zuvor definiert, zum Vorverformen von textilen Strukturen bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen. Bevorzugt erfolgt die Herstellung der Verbundwerkstoffe dann nach dem RIM- oder RTM-Verfahren. Unter dem Begriff Verbundwerkstoff werden dann ganz allgemein Werkstoffe aus zwei oder mehr verbundenen Materialien verstanden wie Teilchenverbundwerkstoffe (Dis- persionswerkstoffe, Faserverbundwerkstoffe, Schichtverbundwerkstoffe (Laminate) und Durchdringungsverbundwerkstoffe. Bevorzugt sind Faserverbundwerkstoffe und Schichtverbundwerkstoffe (Laminate), insbesondere bevorzugt sind Faserverbundwerkstoffe. The invention also generally relates to the use of a liquid binder composition, as defined above, for pre-forming textile structures in the production of composites. Preferably, the composite materials are then produced by the RIM or RTM process. The term composite material is then generally understood as meaning materials made of two or more bonded materials, such as particle composite materials (dispersion materials, fiber composite materials, laminates, and interpenetration composite materials.) Preference is given to fiber composites and layered composites (laminates); fiber composites are particularly preferred.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoffteile eignen sich bevorzugt zur Verwendung als Schale für Sicherheitshelme als Kopfschutz für Personen. Dazu zäh- len z. B. Sicherheitshelme für Personen, die ein Kraftfahrzeug, Motorrad, Fahrrad, etc. führen bzw. fahren, Sicherheitshelme für sportliche Betätigungen wie Bergsteigen, Rollerskate fahren, etc., Sicherheitshelme für Kinder, Sicherheitshelme als Verletzungsschutz für behinderte Personen, Sicherheitshelme für den Arbeitsschutz, z. B. im Baugewerbe, Bergbau, etc. The composite parts produced according to the invention are preferably suitable for use as a shell for safety helmets as head protection for persons. These include z. B. safety helmets for persons who drive or drive a motor vehicle, motorcycle, bicycle, etc., safety helmets for sporting activities such as mountaineering, roller skating, etc., safety helmets for children, safety helmets as protection against injury for disabled persons, safety helmets for occupational safety, z. B. in construction, mining, etc.
Die Erfindung wird anhand der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert. The invention will be further illustrated by the following non-limiting examples.
Beispiele Examples
Die zur Verstärkung des Bauteils verwendeten Gewebe oder textilen Strukturen werden entweder vorher ins Werkzeug eingelegt, mit dem Bindemittel getränkt und durch Schließen des Werkzeugs und Abdampfen des Lösemittels vorverformt und das aktivierte und katalysierte Lactam eingespritzt oder sie werden in einem zweiten beheizten Werkzeug vorverformt und dann in das Polymerisationswerkzeug eingebracht. The fabric or textile structures used to reinforce the component are either pre-loaded into the mold, impregnated with the binder and pre-formed by closing the tool and evaporating the solvent and injecting the activated and catalyzed lactam, or they are pre-formed in a second heated tool and then into introduced the polymerization.
Einsatzstoffe: Starting Materials:
Polyamid: Ultramid® 1 C (BASF SE) Polyamide: Ultramid® 1 C (BASF SE)
Katalysator: 17 bis 19 gew.-%iges Natriumcaprolactamat in Caprolactam: Brüggolene® C10 (Firma Brüggemann, Heilbronn) Catalyst: 17 to 19% strength by weight sodium caprolactamate in caprolactam: Brüggolene® C10 (Brüggemann, Heilbronn)
Aktivator: 17 gew.-%iges geblocktes Diisocyanat in Caprolactam: Brüggolene® C20 (Firma Brüggemann, Heilbronn) Activator: 17% strength by weight blocked diisocyanate in caprolactam: Brüggolene® C20 (Brüggemann, Heilbronn)
Gusspolyamid: Caprolactam: AP-Nylon® Caprolactam (Firma Brüggemann, Heilbronn) Cast polyamide: caprolactam: AP-Nylon® caprolactam (Brüggemann, Heilbronn)
Beispiel 1 example 1
5 Lagen einer Glasfasermatte (Hersteller Fa. Saertex) 5 x 90/10 (Flächengewicht 424 g/m2) wurden in das Werkzeug (Hutform) eingelegt und mit der Hand den Kontu- ren angepasst und mit 50 ml einer Lösung aus 10 Gew.-% Polyamid in Ethanol/Wasser mit einem Volumenverhältnis von 9 : 1 besprüht. Nach Abtrocknen des Lösungsmittels bei 30 bis 150 °C wurde das Werkzeug geschlossen und bei 150 °C Werkzeugtempe- ratur mit einem Gusspolyamid auf Basis von Caprolactam ausgegossen. Der Aktivator und der Katalysator wurden gemäß Datenblatt eingesetzt. Das Gusspolyamid wurde in zwei Strömen zugeführt, die unmittelbar vor ihrem Einsatz vermischt wurden. Der erste Strom enthielt etwa 1 bis 3 Gew.-% Aktivator und der zweite Strom etwa 1 ,5 bis 3 Gew.-% Katalysator. Nach 4 Minuten wurde das Formteil entnommen. 5 layers of a glass fiber mat (manufacturer: Saertex) 5 x 90/10 (basis weight 424 g / m 2 ) were placed in the tool (hat shape) and adapted by hand to the contours and with 50 ml of a solution of 10 wt. % Polyamide in ethanol / water at a volume ratio of 9: 1 sprayed. After drying the solvent at 30 to 150 ° C, the tool was closed and at 150 ° C Werkzeugtempe- poured with a cast polyamide based on caprolactam. The activator and the catalyst were used according to the data sheet. The cast polyamide was fed in two streams which were mixed immediately prior to their use. The first stream contained about 1 to 3 wt% activator and the second stream about 1.5 to 3 wt% catalyst. After 4 minutes, the molding was removed.
Das erhaltene Formteil war perfekt und wies keine Störungen der Oberfläche auf. The resulting molded article was perfect and showed no surface disorder.
Vergleichsbeispiel A Comparative Example A
Die zur Verstärkung verwendeten Glasfasermatten (Hersteller Fa. Saertex) 5 x 90/10 (Flächengewicht 424 g/m2) wurden in das Werkzeug (Hutform) eingelegt und mit der Hand den Konturen angepasst. Bei 150 °C Werkzeugtemperatur wurde das Werkzeug mit einem Gusspolyamidsystem der Firma Brüggemann (Heilbronn) wie oben be- schrieben ausgegossen. The glass fiber mats used for reinforcement (manufacturer: Saertex) 5 x 90/10 (basis weight 424 g / m 2 ) were placed in the tool (hat shape) and adapted by hand to the contours. At 150 ° C tool temperature, the tool was poured out with a cast polyamide system from Brüggemann (Heilbronn) as described above.
Die eingelegten Gewebe waren verrutscht, die Qualität des erhaltenen Formteils wegen Oberflächenstörungen unbefriedigend. The inserted fabrics had slipped, the quality of the resulting molding unsatisfactory because of surface noise.
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
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