DE102014006007A1 - Use of a fiber composite material with a volumised fiber-containing intermediate layer for sheathing and / or covering of heated machine surfaces and method for producing such a fiber composite material - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft die neuartige Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs umfassend eine erste Lage aus Fasermaterial, eine auf der ersten Lage angeordnete zweite Lage aus Fasermaterial sowie eine auf dieser angeordnete dritte Lage aus Fasermaterial, welche mit einem aushärtbaren, temperaturbeständigen Reaktionsharz getränkt sind, wobei die Fasern der zweiten Lage volumisierte Fasern mit daran anhaftenden Mikrokörpern aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial sind, und die Fasern der ersten und der dritten Lage lediglich eine Schlichte zur Anbindung an das Reaktionsharz aufweisen, zur Ummantelung und/oder Abdeckung von beheizten Maschinenoberflächen, insbesondere beheizten Werkzeugaußenflächen, Maschinenrahmen und Heizplattenaußenflächen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkstoffs.The invention relates to the novel use of a fiber composite material comprising a first layer of fiber material, a second layer of fiber material disposed on the first layer and a third layer of fiber material disposed thereon, which are impregnated with a curable, temperature-resistant reaction resin, wherein the fibers of the second Volumized fibers with adhered microbodies of a thermoplastic material are, and the fibers of the first and the third layer only have a sizing for connection to the reaction resin, for sheathing and / or covering of heated machine surfaces, in particular heated tool outer surfaces, machine frame and Heizplattenaußenflächen. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a material.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs mit einer volumisierte Fasern enthaltenden Zwischenlage zur Ummantelung und/oder Abdeckung von beheizten Maschinenoberflächen sowie ein Verfahren zu Herstellung eines solchen Faserverbundwerkstoffs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, 9 und 11.The invention relates to the use of a fiber composite material with an intermediate layer containing volumised fibers for sheathing and / or covering heated machine surfaces and to a method for producing such a fiber composite material according to the preamble of claims 1, 9 and 11.

Bei beheizten Maschinen und Werkzeugen, wie z. B. Presswerkzeugen, lassen sich der Energiebedarf sowie auch die zum Hochfahren der Maschinen erforderlichen Aufheizzeiten dadurch signifikant senken, dass die Außenseiten der beheizten Bauteile mit einem thermischen Isolierwerkstoff bedeckt werden. Hierzu werden bekanntermaßen Thermoisolierplatten auf der Basis von glasfaserverstärkten Polyester- oder Phenolharzen oder von verpresstem und gesintertem Polytetrafluorethylen(PTFE)- und Siliziumdioxid-Pulver eingesetzt, die jedoch chemisch nicht sehr beständig sind und zudem nur eine vergleichsweise geringe thermische Isolationsfähigkeit besitzen. So sind Thermoisolierplatten aus PTFE- und Siliziumdioxid-Pulver zwar chemisch beständig, sie weisen aber eine relativ hohe Wärmeleitzahl von etwa 0,29 W/mK auf. Zudem besitzen die Werkstoffe aufgrund der enthaltenen Glasfasern eine vergleichsweise hohe Dichte, was insbesondere bei bewegten Maschinenteilen eine zusätzliche Antriebsleistung beim Beschleunigen und Abbremsen der Bauteile erforderlich macht.For heated machines and tools, such as. As pressing tools, the energy requirements and also the time required to start the machinery heating times can significantly reduce the fact that the outer sides of the heated components are covered with a thermal insulating material. For this purpose, it is known to use thermal insulation plates based on glass-fiber-reinforced polyester or phenolic resins or pressed and sintered polytetrafluoroethylene (PTFE) and silicon dioxide powders, which, however, are not chemically very stable and, moreover, have only a comparatively low thermal insulation capacity. Although thermal insulation panels made of PTFE and silica powder are chemically resistant, they have a relatively high thermal conductivity of about 0.29 W / mK. In addition, the materials have a comparatively high density due to the contained glass fibers, which makes an additional drive power when accelerating and decelerating the components required especially for moving machine parts.

Aus der EP 1 535 957 B1 der Anmelderin ist ein plattenförmiger thermischer Isolierwerkstoff bekannt, der einer Dicke von 3 bis 15 mm besitzt und einen Gehalt von 5 bis 70 Gew.-% Hohlkugeln mit einem mittleren Durchmesser von 0,01 bis 300 μm enthält, die aus Glas, Keramik oder einem hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Kunststoff bestehen. Die Schrift gibt keinen Hinweis darauf, als Grundwerkstoff ein mehrlagiges Fasermaterial zu verwenden bei dem in einer der Zwischenlagen volumisierte Glasfasern eingesetzt werden, die mit daran anhaftenden Mikrokörpern aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial ummantelt sind. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, weist der Werkstoff zwar gegenüber den zuvor beschriebenen Isolierwerkstoffen eine verbesserte thermische Isolationsfähigkeit auf, besitzt jedoch lediglich eine geringe Druckfestigkeit und Stabilität, so dass es bei der Montage an der Außenseite eines beheizten Maschinenteils leicht zu Beschädigungen des Materials kommt, wenn dieses – wie z. B. beim Transport des Bauteils – mit anderen Gegenständen in Stoßkontakt gelangt.From the EP 1 535 957 B1 The applicant is a plate-shaped thermal insulating material is known, which has a thickness of 3 to 15 mm and a content of 5 to 70 wt .-% of hollow spheres with an average diameter of 0.01 to 300 .mu.m, made of glass, ceramic or a high temperature resistant thermoplastic consist. The document gives no indication to use as a base material, a multilayer fiber material in which one of the intermediate layers volumized glass fibers are used, which are coated with adhering thereto microbodies of a thermoplastic material. As has been shown in practice, the material has an improved thermal insulation capability compared to the insulating materials described above, but has only a low compressive strength and stability, so that it easily comes to damage to the material when mounted on the outside of a heated machine part if this - such. B. during transport of the component - comes into shock contact with other objects.

Weiterhin wird von der Anmelderin seit einigen Jahren unter der Handelsbezeichnung S 4000® ein thermischer Isolierwerkstoff auf Glasfaserbasis vertrieben, bei dem durch den Einsatz eines speziellen UP-Harzes eine Temperaturbeständigkeit von ca. 230°C im direkten Kontakt mit Werkzeugoberflächen und ein Wärmeleitwert λ von lediglich 0,15 W/m K erzielt wird.Furthermore, a thermal insulation material based on glass fibers has been marketed by the Applicant for some years under the trade name S 4000® , in which by using a special UP resin a temperature resistance of about 230 ° C in direct contact with tool surfaces and a thermal conductivity λ of only 0.15 W / m K is achieved.

Die WO 2006 105814 A1 beschreibt einen Faserverbundwerkstoff, der Glasfasern enthält, die durch Mikrohohlkörper volumisiert sind, um die Dichte des Werkstoffs zu verringern. Die Schrift gibt keinen Hinweis darauf, aus welchem Material die Mikrohohlkörper bestehen, bzw. den Werkstoff zur thermischen Isolation von beheizten Maschinenteilen zu verwenden.The WO 2006 105814 A1 describes a fiber composite containing glass fibers volumized by microvoids to reduce the density of the material. The document gives no indication of what material consist of the micro hollow body, or to use the material for thermal insulation of heated machine parts.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen thermischen Isolierwerkstoff mit einer gegenüber den zuvor beschriebenen Werkstoffen erhöhten Isolationsfähigkeit und Stoßfestigkeit sowie einer verringerten Dichte zu schaffen, mit welchem sich beheizte Maschinenteile dauerhaft thermisch isolieren und gegen Stöße schützen lassen.Accordingly, it is the object of the present invention to provide a thermal insulation material with respect to the previously described materials increased insulation and impact resistance and a reduced density, with which heated machine parts permanently thermally insulate and protect against shocks.

Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen thermischen Isolierwerkstoffs zu schaffen.Moreover, it is a further object of the present invention to provide a method of making such a thermal insulating material.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1, 9 und 11 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1, 9 and 11.

Gemäß der Erfindung umfasst ein Faserverbundwerkstoff zur Verwendung als Ummantelung und/oder Abdeckung von beheizten Maschinenoberflächen, insbesondre beheizten Werkzeugaußenflächen, Maschinenrahmen und Heizplattenaußenflächen, eine erste Lage aus Fasermaterial, eine auf der ersten Lage angeordnete zweite Lage aus Fasermaterial sowie eine auf dieser angeordnete dritte Lage aus Fasermaterial, welche mit einem aushärtbaren, temperaturbeständigen Reaktionsharz getränkt sind. Der Faserverbundwerkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass die Fasern der zweiten Lage volumisierte Fasern mit daran anhaftenden Mikrokörpern aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, sind, wohingegen die Fasern der ersten und der dritten Lage lediglich eine Schlichte zur Anbindung an das Reaktionsharz aufweisen.According to the invention, a fiber composite material for use as a sheath and / or cover of heated machine surfaces, in particular heated tool outer surfaces, machine frame and Heizplattenaußenflächen comprises a first layer of fiber material, disposed on the first layer second layer of fiber material and arranged on this third layer Fiber material, which are impregnated with a curable, temperature-resistant reaction resin. The fiber composite material is characterized in that the fibers of the second layer are volumized fibers with adhered microbodies of a thermoplastic material, whereas the fibers of the first and the third layer have only a sizing for attachment to the reaction resin.

Obgleich die Mikrokörper aus einem im Wesentlichen volumeninkompressiblen thermoplastischen Kunststoff-Vollmaterial bestehen können, sind diese bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Mikro-Hohlkörper ausgeführt, die eine Wandstärke im Bereich zwischen 1 Mikrometer und 100 Mikrometern besitzen.Although the microbodies may consist of a substantially volume-incompressible thermoplastic resin solid material, in the preferred embodiment of the invention they are designed as microbubbles having a wall thickness in the range between 1 micrometer and 100 micrometers.

Die Mikrokörper sind vorzugsweise Kugeln oder Hohlkugeln, die einen mittleren Durchmesser im Bereich von 10 Mikrometern und 500 Mikrometern, bevorzugt 100 Mikrometer besitzen.The microbodies are preferably spheres or hollow spheres having a mean diameter in the Range of 10 microns and 500 microns, preferably 100 microns possess.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Mikrokörper aus hochtemperaturbeständigem Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET) oder extrudiertem Polypropylen (EPP) und werden als Pulver auf die Fasern der zweiten Lage aufgebracht und thermisch und/oder chemisch an diesen fixiert.In the preferred embodiment of the invention, the microbodies are made of high temperature resistant polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET) or extruded polypropylene (EPP) and are applied as powders to the fibers of the second layer and thermally and / or chemically fixed thereto.

Die Fasern der ersten und/oder der zweiten und/oder der dritten Lage sind vorzugsweise Glasfasern aus Vollmaterial. Um die Dichte des erfindungsgemäßen Werkstoffs weiter zu verringern, kann es jedoch ebenfalls vorgesehen sein, bevorzugt die Fasern der zweiten Lage als Hohlglasfasern auszuführen, welche mit den Mikrokörpern ummantelt sind, wohingegen die Glasfasern der ersten und zweiten Lage zur Erhöhung der Druckfestigkeit der Außenseite des Sandwichs aus Vollmaterial bestehen, welches lediglich mit einer Schlichte versehen ist, um die Anhaftung des Reaktionsharzes zu verbessern.The fibers of the first and / or the second and / or the third layer are preferably glass fibers made of solid material. However, in order to further reduce the density of the material according to the invention, it may also be provided preferably to carry out the fibers of the second layer as hollow glass fibers encased in the microbodies, whereas the glass fibers of the first and second layers to increase the compressive strength of the outside of the sandwich made of solid material, which is only provided with a size to improve the adhesion of the reaction resin.

Als Reaktionsharz gelangt bevorzugt ein duroplastisches Harz, insbesondere ein ungesättigtes Polyesterharz, zum Einsatz, das eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 120°C, vorzugsweise mindestens 180°C und besonders bevorzugt mindestens 200°C besitzt.The reaction resin preferably used is a thermosetting resin, in particular an unsaturated polyester resin, which has a temperature resistance of at least 120 ° C., preferably at least 180 ° C. and particularly preferably at least 200 ° C.

Durch den Einsatz des neuen Werkstoffs ergeben sich für den Betreiber der beheizten Werkzeuge folgende Vorteile:
Aufgrund der deutlich verringerten Dichte des neuen Werkstoffs erhöht sich die thermische Isolationsfähigkeit bei gleicher Materialstärke um ca. 33% gegenüber einem glasfaserverstärktem Kunststoff mit ca. 35 Gew.-% Faseranteil.The use of the new material offers the following advantages to the operator of the heated tools:
Due to the significantly reduced density of the new material, the thermal insulation capacity increases with the same material thickness by about 33% compared to a glass fiber reinforced plastic with about 35 wt .-% fiber content.

Dementsprechend kann bei einem beheizten Werkstück bei vorgegebener Oberflächentemperatur die Dicke des Werkstoffs entsprechend reduziert werden, wodurch eine entsprechende Raumersparnis erhalten wird. Weiterhin besitzt der Werkstoff aufgrund seiner reduzierten Dichte bei einer vorgegebenen Dicke des Werkstoffs ebenfalls ein geringeres Gewicht, wodurch die Antriebsleistungen bei dynamisch bewegten Werkzeugen insgesamt verringert werden können.Accordingly, in the case of a heated workpiece with a given surface temperature, the thickness of the material can be correspondingly reduced, whereby a corresponding space saving is obtained. Furthermore, the material also has a lower weight due to its reduced density at a given thickness of the material, whereby the drive power can be reduced overall in dynamically moving tools.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der neuartige Werkstoff auch eine gegenüber dem Standardmaterial S 4000® verringerte spezifische Wärmekapazität besitzt, wodurch die zum Aufheizen eines mit dem Werkstoff ummantelten Werkzeugs benötigte thermische Energiemenge verringert wird.A further advantage is the fact that the novel material also has a specific heat capacity which is reduced compared to the standard material S 4000® , which reduces the amount of thermal energy required to heat a tool sheathed with the material.

Durch die in der zweiten Lage eingesetzten Hohlkörper aus thermoplastischem Kunststoffmaterial ergibt sich in Verbindung mit dem Glasfasermaterial dieser Lage nach dem Aushärten des Harzes eine vergleichsweise hohe Elastizität der zweiten Lage, die harte Schläge und Stöße auf die dritte Lage, welche insbesondere beim Transport eines Werkzeugs häufig auftreten, sehr gut absorbiert, ohne dass sich die zweite Lage hierbei dauerhaft plastisch deformiert, wie dies bspw. bei Hohlkugeln aus Glas der Fall ist. Dadurch wirkt die äußere dritte Lage sozusagen als Schutzlage, welche die Schläge und Stöße großflächig in die zweite Lage einleitet.Due to the hollow body made of thermoplastic material used in the second layer results in connection with the glass fiber material of this layer after curing of the resin, a comparatively high elasticity of the second layer, the hard knocks and bumps on the third layer, which in particular when transporting a tool often occur, very well absorbed, without the second layer here permanently plastically deformed, as is the case, for example, with hollow spheres of glass. As a result, the outer third layer acts as a protective layer, so to speak, which introduces the shocks and impacts over a large area into the second layer.

Der neuartige Werkstoff besitzt den weiteren Vorteil, dass sich die Außenlage aufgrund der hohen Isolationswirkung der zweiten Lage bei höheren Temperaturen im Dauereinsatz nicht verfärbt, was bei den derzeit bekannten Isolierwerkstoffen mit lediglich einer Lage, wie bspw. S 4000®, zu einem unschönen Erscheinungsbild führt und von den Herstellern der Werkzeuge nicht gewünscht wird.The novel material has the further advantage that the outer layer does not discolor at high temperatures in continuous use due to the high insulating effect of the second layer, which leads to an unsightly appearance in the currently known insulating materials with only one layer, such as S 4000 ® and not desired by the manufacturers of the tools.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffs besteht darin, dass der Sandwich aus erster, zweiter und dritter Lage – wie die Anmelderin in überraschender Weise gefunden hat – trotz des vergleichsweise geringen Verstärkungsfaseranteils gute Biegefestigkeiten aufweist. Dies ist darauf zurück zu führen, dass die Verstärkungsfasern vorrangig in den äußeren Lagen des Werkstoffs angeordnet sind.Another advantage of the material according to the invention is that the sandwich of first, second and third layer - as the Applicant has found in a surprising manner - despite the comparatively low reinforcing fiber content has good flexural strengths. This is due to the fact that the reinforcing fibers are located primarily in the outer layers of the material.

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffs darin, dass dieser durch Schrauben direkt an der Außenfläche des beheizten Werkzeugs befestigt werden kann, da die dritte Lage aus herkömmlichem GFK-Material eine vergleichsweise hohe Druckfestigkeit besitzt, die ein direktes Verschrauben zulässt. Dies ist bei einem Isolationsmaterial, welches lediglich aus dem Werkstoff der zweiten Lage gefertigt ist, nicht, bzw. nur eingeschränkt möglich, da dieses eine deutlich verminderte Druckfestigkeit aufweist.Finally, another advantage of the material according to the invention is that it can be fixed by screws directly to the outer surface of the heated tool, since the third layer of conventional GRP material has a relatively high compressive strength, which allows direct screwing. This is in an insulating material, which is made only of the material of the second layer, not, or only partially possible, since this has a significantly reduced pressure resistance.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken zeichnet sich ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Faserverbundwerkstoffs durch die folgenden Verfahrensschritte aus:

  • – Aufbringen einer ersten Lage aus Fasermaterial auf ein sich bewegendes Transportband,
  • – Aufbringen einer zweiten Lage aus mit einem Pulver aus Mikrokörpern ummantelten Fasern auf die erste Lage,
  • – Aufbringen einer dritten Lage aus Fasermaterial auf die sich bewegende zweite Lage,
  • – Tränken der ersten, zweiten und dritten Lage mit einem härtbaren Reaktionsharz, insbesondere einem UP-Harz,
  • – Zuführen eines mit der Geschwindigkeit des ersten Transportbandes parallel zu diesem bewegten zweiten Transportbandes von oben her auf die Oberseite der dritten Lage, und
  • – Aushärten des Reaktionsharzes durch Zuführen von Wärmeenergie oder elektromagnetischer Strahlung in das Reaktionsharz der ersten, zweiten und dritten Lage, während sich diese zwischen dem ersten und zweiten Transportband bewegen.
According to another idea on which the invention is based, a method for producing the fiber composite material described above is characterized by the following method steps:
  • Applying a first layer of fiber material to a moving conveyor belt,
  • Applying a second layer of fibers coated with a powder of microbodies to the first layer,
  • Applying a third layer of fibrous material to the moving second layer,
  • Impregnating the first, second and third layers with a curable reaction resin, in particular a UP resin,
  • - Feeding one at the speed of the first conveyor belt parallel to this moved second conveyor belt from the top to the top of the third layer, and
  • Curing the reaction resin by supplying heat energy or electromagnetic radiation into the reaction resin of the first, second and third layers as they move between the first and second conveyor belts.

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn auf die Oberseite des ersten Transportbandes vor dem Aufbringen der ersten Lage aus Fasermaterial eine Trennfolie und nach dem Tränken der dritten Lage mit Reaktionsharz eine weitere Trennfolie auf die Oberseite der dritten Lage aufgebracht wird.It is particularly advantageous if a release film is applied to the top of the first conveyor belt prior to application of the first layer of fiber material and after impregnation of the third layer with reaction resin, a further release film on top of the third layer.

Alternativ zu dem zuvor beschriebenen Verfahren, welches in einer Doppelbandpresse durchgeführt wird, lässt sich der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff durch die folgenden Verfahrensschritte auch in einer Form herstellen:

  • – Aufbringen einer ersten Lage aus Fasermaterial in die Form,
  • – Aufbringen einer zweiten Lage aus mit einem Pulver aus Mikrokörpern ummantelten Fasern auf die erste Lage,
  • – Aufbringen einer dritten Lage aus Fasermaterial auf die sich innerhalb der Form befindende zweite Lage,
  • – druckdichtes Verschließen der Form
  • – Tränken der ersten, zweiten und dritten Lage mit einem härtbaren Reaktionsharz, insbesondere einem UP-Harz, unter Einsatz von Unter- und/oder Überdruck, und
  • – Aushärten des Reaktionsharzes.
As an alternative to the method described above, which is carried out in a double-belt press, the fiber composite according to the invention can also be produced in a mold by the following method steps:
  • Applying a first layer of fibrous material into the mold,
  • Applying a second layer of fibers coated with a powder of microbodies to the first layer,
  • Applying a third layer of fiber material to the second layer located within the mold,
  • - Pressure-tight closing of the mold
  • - impregnating the first, second and third layers with a curable reaction resin, in particular an UP resin, using underpressure and / or overpressure, and
  • - curing of the reaction resin.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform im Detail beschrieben.The invention is described below with reference to a preferred embodiment in detail.

Der erfindungsgemäße Isolierwerkstoff besitzt eine erste Lage aus einem bekannten glasfaserverstärkten Kunststoff, bspw. einem Gelege, einem Komplex oder einem Gewebe aus Glasfasern, die als Matte bereit gestellt wird und mit einem hochtemperaturbeständigen Harz, bevorzugt einem UP-Harz, getränkt ist. Der Werkstoff der ersten Lage wird von der Anmelderin unter der Handelsbezeichnung S 4000 ® vertrieben. Er besitzt bei einer drucklosen Anwendung eine Temperaturbeständigkeit im Bereich von ca. 230°C im direkten Kontakt mit Werkzeugoberflächen und einen Wärmeleitwert λ von 0,15 W/m K.The insulating material according to the invention has a first layer of a known glass fiber reinforced plastic, for example. A scrim, a complex or a fabric of glass fibers, which is provided as a mat and impregnated with a high temperature resistant resin, preferably an UP resin. The material of the first layer is sold by the applicant under the trade name S 4000 ®. It has a temperature resistance in the range of about 230 ° C in direct contact with tool surfaces and a thermal conductivity λ of 0.15 W / m K.

Der neuartige Isolierwerkstoff umfasst weiterhin eine zweite Lage aus Glasfasern, bspw. ein Glasfasergewebe, ein Gewirk oder einen Glasfaserkomplex, die ebenfalls als Matte bereit gestellt werden und bei denen die Fasern bevorzugt aus Vollmaterial bestehen, die z. B. eine Erweichungstemperatur von über 230°C besitzen, jedoch auch als Hohlfasern ausgeführt sein können. An den Fasern der zweiten Lage sind leichte, voluminöse Elemente aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial physikalisch oder chemisch angebunden, die dafür sorgen, dass der Gesamtverbund ein hohes Volumen bei geringem Gewicht aufweist. Obgleich diese voluminösen Elemente, die nachfolgend als „Mikrokörper” bezeichnet werden, grundsätzlich auch aus einem thermoplastischen Kunststoff-Vollmaterial bestehen können, sind diese bevorzugt thermoplastische Hohlkörper, insbesondere Hohlkugeln, die über ein partielles Aufschmelzen oder über einen Klebevorgang, d. h. chemisch, eine ausreichend feste Bindung mit den Glasfasern der zweiten Lage eingehen. Die Glasfasern der zweiten Lage sind dabei bevorzugt vollständig mit einer Lage aus Mikrokörpern ummantelt und werden durch diese volumisiert, wobei zwischen den Mikrokörpern eine Vielzahl von Zwischenräumen gebildet werden, in die das flüssige Reaktionsharz eindringen kann. Die Mikrokörper aus thermoplastischem Kunststoffmaterial, die wie ein Puder um die Glasfasern der Glasmatte, bzw. des Gewebes oder Gewirks oder Geleges der zweiten Lage herum angeordnet sind, weisen eine Schmelztemperatur von nicht weniger als 120°C auf. Sie bestehen erfindungsgemäß aus Hochtemperatur-PVC (Polyvinylchlorid), d. h. aus PVC mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 150°C. Alternativ können die Mikro-Hohlkörper auch aus Hochtemperatur-PET (Polyethylenterephthalat), aus extrudiertem Polypropylen (EPP) oder aus einem anderen geeigneten thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen, welches sich insbesondere zu einem Mikro-Hohlkörper formen lässt, dessen Innenraum mit Luft oder einem anderen Gas, z. B. Stickstoff, gefüllt ist. Von den für die Mikrokörper der zweiten Lage eingesetzten Arten von thermoplastischen Kunststoffen werden erfindungsgemäß diejenigen Kunststoffe einer Art ausgewählt, die eine möglichst hohe Schmelztemperatur besitzen.The novel insulating material further comprises a second layer of glass fibers, for example. A glass fiber fabric, a knitted fabric or a fiberglass complex, which are also provided as a mat and in which the fibers are preferably made of solid material, the z. B. have a softening temperature of about 230 ° C, but may also be designed as hollow fibers. On the fibers of the second layer are light, voluminous elements of a thermoplastic material physically or chemically bonded, which ensure that the overall composite has a high volume with low weight. Although these bulky elements, which are referred to below as "microbodies", in principle, may also consist of a thermoplastic plastic solid material, these are preferably thermoplastic hollow body, in particular hollow spheres, which via a partial melting or an adhesive process, d. H. chemically enter into a sufficiently strong bond with the glass fibers of the second layer. The glass fibers of the second layer are preferably completely encased with a layer of microbodies and are volumized by these, wherein between the microbodies a plurality of gaps are formed, in which the liquid reaction resin can penetrate. The micro-bodies of thermoplastic material, which are arranged like a powder around the glass fibers of the glass mat, or of the fabric or knitted fabric or fabric of the second layer around, have a melting temperature of not less than 120 ° C. They consist according to the invention of high-temperature PVC (polyvinyl chloride), d. H. made of PVC with a melting point above 150 ° C. Alternatively, the micro-hollow body can also be made of high-temperature PET (polyethylene terephthalate), extruded polypropylene (EPP) or other suitable thermoplastic material, which in particular can be formed into a micro-hollow body, the interior with air or other gas, z. As nitrogen, is filled. Of the types of thermoplastics used for the microbody of the second layer, those plastics of a type which have the highest possible melting temperature are selected according to the invention.

Die zweite Lage kann eine Dicke im Bereich von z. B. 6 mm aufweisen und wird vorzugsweise in Form von einer oder mehreren übereinander gelegten Matten mit daran anhaftenden Mikro-Hohlkörpern bereitgestellt, die jeweils eine Dicke im genannten Bereich von z. B. 2–3 mm aufweist, so dass in Abhängigkeit von der gewünschten Isolationsfähigkeit des erfindungsgemäßen Isolierwerkstoffs, d. h. dem gewünschten Wärmeleitwert λ, eine zweite Lage mit einer Dicke von z. B. bis zu 20 mm oder mehr erzeugt werden kann. Der in der zweiten Lage eingesetzte mattenförmige Werkstoff ist in der WO 2006 105814 A1 beschrieben.The second layer may have a thickness in the range of z. B. 6 mm and is preferably provided in the form of one or more superimposed mats with adhered thereto micro-hollow bodies, each having a thickness in said range of z. B. 2-3 mm, so that, depending on the desired insulating ability of the insulating material according to the invention, ie the desired thermal conductivity λ, a second layer having a thickness of z. B. up to 20 mm or more can be generated. The mat-shaped material used in the second layer is in the WO 2006 105814 A1 described.

Auf die zweite Lage ist weiterhin eine dritte Lage aus einem GFK-Material aufgebracht, das vorzugsweise aus demselben Werkstoff wie die erste Lage besteht und bevorzugt auch die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die erste Lage besitzt, z. B. 1.0–1.5 mm.On the second layer further comprises a third layer of a GRP material applied, which preferably consists of the same material as the first layer and preferably also has the same or substantially the same thickness as the first layer, for. B. 1.0-1.5 mm.

Der neuartige Isolierwerkstoff wird dadurch hergestellt, dass auf einer vorbereiteten Glasfasermatte für die erste Lage, eine oder mehrere Lagen des mattenförmigen Glasfasermaterials mit den daran anhaftenden Hohlkörpern sowie eine dritte Lage aus Glasfasermaterial angeordnet werden, wobei die Fasern der ersten und dritten Lage lediglich eine Schlichte aufweisen, welche die zuverlässige Anbindung des Harzes ermöglicht. Dieser Sandwich wird anschließend mit dem flüssigen Reaktionsharz imprägniert, wobei die Ober- und Unterseite des Sandwichs mit Folien abgedeckt werden. Nach der Imprägnierung wird der imprägnierte Sandwich durch eine sogenannte Doppelbandpresse transportiert und unter Zuhilfenahme eines geringen Druckes kalibriert und ausgehärtet. Die Aushärtung des Harzes kann hierbei als Kalt- oder Warmhärtung vorgenommen werden. Die Vorschubgeschwindigkeit bei der hierdurch in vorteilhafter Weise ermöglichten Endlosfertigung des neuartigen Werkstoffs innerhalb der Doppelbandpresse beträgt ca. 40 cm pro Minute, sodass mit einer solchen Presse, je nach Breite und Dicke des produzierten, vorzugsweise plattenförmigen Materials, pro Tag ca. 5 Tonnen an Material kontinuierlich hergestellt werden können. The novel insulating material is produced by arranging one or more layers of the mat-shaped glass fiber material with the hollow bodies adhering to it and a third layer of glass fiber material on a prepared glass fiber mat for the first layer, the fibers of the first and third layers having only one size , which allows the reliable connection of the resin. This sandwich is then impregnated with the liquid reaction resin, covering the top and bottom of the sandwich with films. After impregnation, the impregnated sandwich is transported through a so-called double belt press and calibrated with the aid of a low pressure and cured. The curing of the resin can be done here as cold or hot curing. The feed rate at the thereby advantageously made possible continuous production of the novel material within the double belt press is about 40 cm per minute, so with such a press, depending on the width and thickness of the produced, preferably plate-shaped material, per day about 5 tons of material can be produced continuously.

Gemäß der Erfindung wird der neuartige Werkstoff zur Isolation von beheizten Werkzeugoberflächen, bspw. von Pressformen etc., verwendet, bei denen die erste Lage direkt an der heißen Werkzeugaußenseite anliegt, welche im Fall des vorzugsweise eingesetzten UP-Harzes eine Temperatur von bis zu 230°C aufweisen kann. Wie sich in überraschender Weise gezeigt hat, nimmt die Temperatur innerhalb der ersten, z. B. 1,5 mm dicken Lage soweit ab, dass sich die Mikrokörper aus thermoplastischem Kunststoffmaterial in der zweiten Lage nicht über eine Temperatur von ca. 160°C hinaus erhitzen. Aufgrund der geringen Dichte des Werkstoffs und der gegenüber dem ursprünglichen Werkstoff um ca. 33% verbesserten thermischen Isolationsfähigkeit weist der neuartige Werkstoff einen entsprechend verbesserten Wärmeleitwert λ von 0,1 W/Km anstelle von 0,15 W/Km bei dem in der ersten und dritten Lage eingesetzten glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial mit der gleichen Dicke auf, welches von seinen Eigenschaften her dem von der Anmelderin gefertigten Werkstoff mit der Handelsbezeichnung S 4000® entspricht. Durch diese in überraschender Weise erzielte Absenkung des Wärmeleitwerts des 3-lagigen Sandwichs ergibt sich an der Außenseite der dritten Lage bei einem Sandwich mit einer Gesamtdicke im Bereich von ca. 8–9 mm lediglich eine Temperatur von 115°C. Dadurch kann die Außenseite der dritten Lage problemlos kurzzeitig mit einem Körperteil berührt werden, ohne dass die betreffende Person Verbrennungen erleidet.According to the invention, the novel material for insulating heated tool surfaces, for example. Of press molds, etc., used, in which the first layer is applied directly to the hot tool outside, which in the case of preferably used UP resin, a temperature of up to 230 ° C may have. As has been shown in a surprising manner, the temperature within the first, z. B. 1.5 mm thick layer so far from that the micro-body of thermoplastic material in the second layer does not heat above a temperature of about 160 ° C addition. Due to the low density of the material and about 33% improved thermal insulation capacity compared to the original material, the novel material has a correspondingly improved thermal conductivity λ of 0.1 W / Km instead of 0.15 W / Km at the in the first and third layer used glass fiber reinforced plastic material of the same thickness, which corresponds in terms of its properties to the applicant's manufactured material with the trade name S 4000 ® . As a result of this surprisingly achieved reduction in the thermal conductivity of the 3-layered sandwich, a temperature of only 115 ° C. results on the outside of the third layer in the case of a sandwich with a total thickness in the range of approximately 8-9 mm. As a result, the outside of the third layer can be easily touched for a short time with a body part, without the person concerned suffering burns.

Durch den Einsatz von thermoplastischen Mikro-Hohlkörpern, die an die Verstärkungsfasern in der zweiten Lage angebunden sind, sowie die Abdeckung dieser zweiten Lage mit Glasfasermatten und die Imprägnierung und Aushärtung dieses Sandwiches mit ein und demselben temperaturstabilen Harz gelingt es, einen wärmebeständigen Composite-Werkstoff zu schaffen, der neben einer geringen Dichte und guten mechanischen Festigkeit auch eine deutlich verringerte Wärmeleitfähigkeit aufweist. In diesem Zusammenhang wurde von der Anmelderin in überraschender Weise gefunden, dass die Wärmeleitfähigkeit des neuartigen Werkstoffs sogar unterhalb der Wärmeleitfähigkeit des ausgehärteten duroplastischen Harzes ohne Verstärkungsanteil liegt.Through the use of thermoplastic micro-hollow bodies, which are connected to the reinforcing fibers in the second layer, and the covering of this second layer with glass fiber mats and the impregnation and curing of this sandwich with one and the same temperature-stable resin succeeds to a heat-resistant composite material create, in addition to a low density and good mechanical strength also has a significantly reduced thermal conductivity. In this context, it has surprisingly been found by the applicant that the thermal conductivity of the novel material is even below the thermal conductivity of the cured thermosetting resin without reinforcement.

Weiterhin wurde von der Anmelderin in diesem Zusammenhang erkannt, dass die Verwendung von Hohlkörpern aus glasigem oder keramischem Werkstoff, wie z. B. Hohlglasfasern, oder Hohlglaskugeln, zwar insgesamt zu einer Reduzierung der Dichte eines daraus gefertigten mehrlagigen Werkstoffs führt, dieser jedoch gegenüber einem Werkstoff aus herkömmlichem harzgetränktem Glasfaser-Vollmaterial hingegen keine verringerte Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie dies aufgrund der durch die enthaltenen Hohlglaskugeln oder Hohlglasfasern verringerten Dichte auf den ersten Blick anzunehmen wäre. Demgegenüber werden bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff durch die eingebrachten Mikrokörper aus thermoplastischem Material sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Dichte in überraschender Weise reduziert, insbesondere dann, wenn Mikrokörper verwendet werden, die als Hohlkörper, insbesondere als Hohlkugeln, ausgeführt sind.Furthermore, it was recognized by the applicant in this context that the use of hollow bodies made of vitreous or ceramic material, such. For example, hollow glass fibers, or hollow glass spheres, although overall leads to a reduction in the density of a multilayer material produced therefrom, but this has no reduced thermal conductivity compared to a material made of conventional resin-impregnated glass fiber solid, as this is due to the reduced by the hollow glass spheres or hollow glass fibers contained density to assume at first glance. In contrast, both the thermal conductivity and the density are surprisingly reduced in the material according to the invention by the introduced micro body made of thermoplastic material, especially when micro bodies are used, which are designed as hollow bodies, in particular as hollow spheres.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • WO 2006105814 A1 [0005, 0028] WO 2006105814 A1 [0005, 0028]

Claims (11)

Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs umfassend eine erste Lage aus Fasermaterial, eine auf der ersten Lage angeordnete zweite Lage aus Fasermaterial sowie eine auf dieser angeordnete dritte Lage aus Fasermaterial, welche mit einem aushärtbaren, temperaturbeständigen Reaktionsharz getränkt sind, wobei die Fasern der zweiten Lage volumisierte Fasern mit daran anhaftenden Mikrokörpern aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial sind, und die Fasern der ersten und der dritten Lage lediglich eine Schlichte zur Anbindung an das Reaktionsharz aufweisen, zur Ummantelung und/oder Abdeckung von beheizten Maschinenoberflächen, insbesondere beheizten Werkzeugaußenflächen, Maschinenrahmen und Heizplattenaußenflächen.Use of a fiber composite comprising a first layer of fibrous material, a second layer of fibrous material disposed on the first layer, and a third layer of fibrous material disposed thereon impregnated with a curable, temperature resistant reaction resin, the fibers of the second layer having volumized fibers thereon adherent microbodies of a thermoplastic material are, and the fibers of the first and the third layer only have a size for connection to the reaction resin, for sheathing and / or covering of heated machine surfaces, in particular heated tool outer surfaces, machine frame and Heizplattenaußenflächen. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokörper aus Vollmaterial insbesondere aus einem im Wesentlichen volumeninkompressiblen thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen.Use according to claim 1, characterized in that the microbodies of solid material in particular consist of a substantially volume-compressible thermoplastic material. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokörper Mikro-Hohlkörper sind, die eine Wandstärke im Bereich zwischen 1 Mikrometern und 100 Mikrometern besitzen.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the micro-bodies are micro-hollow bodies which have a wall thickness in the range between 1 micrometer and 100 micrometers. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokörper Kugeln oder Hohlkugeln sind, die einen mittleren Durchmesser im Bereich von 10 Mikrometern und 500 Mikrometern, bevorzugt 100 Mikrometer besitzen.Use according to any one of the preceding claims, characterized in that the microbodies are spheres or hollow spheres having a mean diameter in the range of 10 microns and 500 microns, preferably 100 microns. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokörper aus hochtemperaturbeständigem Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET) oder extrudiertem Polypropylen (EPP) bestehen.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the microbodies consist of high-temperature-resistant polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET) or extruded polypropylene (EPP). Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokörper als Pulver auf die Fasern der zweiten Lage aufgebracht und thermisch und/oder chemisch an diesen fixiert sind.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the microbodies are applied as powder to the fibers of the second layer and are thermally and / or chemically fixed thereto. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der ersten und/oder der zweiten und/oder der dritten Lage Glasfasern und/oder Hohlglasfasern sind, oder solche enthalten.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers of the first and / or the second and / or the third layer are glass fibers and / or hollow glass fibers, or contain such. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsharz ein duroplastisches Harz, insbesondere ein ungesättigtes Polyesterharz, ist, das eine Temperaturbeständigkeit von zumindest 120°C, vorzugsweise zumindest 180°C und besonders bevorzugt zumindest 200°C aufweist.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction resin is a thermosetting resin, in particular an unsaturated polyester resin, which has a temperature resistance of at least 120 ° C, preferably at least 180 ° C and more preferably at least 200 ° C. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs zur Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Aufbringen einer ersten Lage aus Fasermaterial auf ein sich bewegendes Transportband, – Aufbringen einer zweiten Lage aus mit einem Pulver aus Mikrokörpern ummantelten Fasern auf die erste Lage, – Aufbringen einer dritten Lage aus Fasermaterial auf die sich bewegende zweite Lage, – Tränken der ersten, zweiten und dritten Lage mit einem härtbaren Reaktionsharz, insbesondere einem UP-Harz, – Zuführen eines mit der Geschwindigkeit des ersten Transportbandes parallel zu diesem bewegten zweiten Transportbandes von oben her auf die Oberseite der dritten Lage, und – Aushärten des Reaktionsharzes durch Zuführen von Wärmeenergie oder elektromagnetischer Strahlung in das Reaktionsharz der ersten, zweiten und dritten Lage, während sich diese zwischen dem ersten und zweiten Transportband bewegen.Process for producing a fiber composite material for use according to one of the preceding claims, characterized by the following process steps: Applying a first layer of fiber material to a moving conveyor belt, Applying a second layer of fibers coated with a powder of microbodies to the first layer, Applying a third layer of fibrous material to the moving second layer, Impregnating the first, second and third layers with a curable reaction resin, in particular a UP resin, - Feeding a with the speed of the first conveyor belt parallel to this moving second conveyor belt from the top to the top of the third layer, and Curing the reaction resin by supplying heat energy or electromagnetic radiation into the reaction resin of the first, second and third layers as they move between the first and second conveyor belts. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberseite des ersten Transportbandes vor dem Aufbringen der ersten Lage aus Fasermaterial eine Trennfolie aufgebracht wird, und dass nach dem Tränken der dritten Lage mit Reaktionsharz eine weitere Trennfolie auf die Oberseite der dritten Lage aufgebracht wird.A method according to claim 9, characterized in that on the top of the first conveyor belt before applying the first layer of fiber material, a release film is applied, and that after impregnation of the third layer with reaction resin, a further release film is applied to the top of the third layer. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs zur Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Aufbringen einer ersten Lage aus Fasermaterial in eine Form, – Aufbringen einer zweiten Lage aus mit einem Pulver aus Mikrokörpern ummantelten Fasern auf die erste Lage, – Aufbringen einer dritten Lage aus Fasermaterial auf die sich innerhalb der Form befindende zweite Lage, – druckdichtes Verschließen der Form – Tränken der ersten, zweiten und dritten Lage mit einem härtbaren Reaktionsharz, insbesondere einem UP-Harz, unter Einsatz von Unter- und/oder Überdruck, und – Aushärten des ReaktionsharzesProcess for producing a fiber composite material for use according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized by the following process steps: Applying a first layer of fibrous material into a mold, Applying a second layer of fibers coated with a powder of microbodies to the first layer, Applying a third layer of fiber material to the second layer located within the mold, - Pressure-tight closing of the mold - impregnating the first, second and third layers with a curable reaction resin, in particular an UP resin, using underpressure and / or overpressure, and - curing of the reaction resin
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