20. Hofer Vliesstoff-Tage 09./10. November 2005 …...Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Carmen Knobelsdorf 20. Hofer Vliesstoff-Tage 09./10. November 2005

Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Carmen Knobelsdorf

20. Hofer Vliesstoff-Tage 09./10. November 2005

Herstellung nachverformbarer Vliesstoff/Duromer-Halbzeuge für die Verbundtechnologie

C. Knobelsdorf, T. Reußmann, R. Lützkendorf

Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff- Forschung e.V., Germany

A. Endesfelder, H. Braun

AMI Agrolinz Melamin International GmbH, Austria

20. Hofer Vliesstoff-Tage 09./10. November 2005

Gliederung:

• Einleitung

• Vlies- und Prepregherstellung

• Verfahrenstechniken zur Verbundherstellung

• Synthese und Eigenschaften der MER-Harze

• Prepreg- und Verbundherstellung mit MER-Harzen

• Materialeigenschaften von Naturfaser/MER-Verbunden

Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH

Vliesherstellung

Faserballen Ballenöffner Speiser Multimischer Flockespeiser

Vliesherstellung Vernadelung

Verstärkungs-komponente

Faser Vlies / MatteBand


Prepregherstellung

Bestreuen mit Pulverharz

Besprühen/Imprägnierenmit Harzlösung

Fasermatten/ Vliesstoffe

Konfektionieren der Prepregs

TrocknenVorhärtung


Vorteile der Pulverimprägnierung

Vorteile der Pulverimprägnierung im Vergleich zur konventionellenSprühtechnik:

• Saubere Technologie

• Kontinuierlicher Prozess, der für verschiedene Verstärkungsmaterialien (Vliese, Gelege, Gewebe) geeignet ist

• Keine Trocknungsprozesse erforderlich

• Wiederverwertung von Randabschnitten möglich

• Herstellung von lagerfähigen Prepregs

• Hohe Fasergehalte realisierbar

• Variation der Verbundeigenschaften über die Vlieszusammensetzung


Weiterverarbeitung der Prepregs zu Verbundwerkstoffen

FormpressenVerfahrenstechnik: Pressverfahren

Fließpressen

Einfaches PresswerkzeugTauchkantenwerkzeug

Fließpressen (Halbzeug: Granulat oder Platte) - Zuschnitte kleiner als Bauteilgröße- Fließvorgänge- unterschiedliche Wanddicken,

Stege und Verrippungen möglich

Formpressen (Halbzeug: Matte) - Zuschnitt größer oder gleich Bauteilgröße - keine Fließvorgänge- großflächige Teile mit gleicher Wanddicke- Verrippungen nicht möglich


Produktion und Eigenschaften von Duroplasten

EpoxidharzeElektrolaminate

FormmassenKlebstoffe

Lacke/BeschichtungenMelaminharze

ElektrolaminateFormmassen

ImprägnierungenLacke/Beschichtungen

Textilhilfsmittel

HarnstoffharzeFormmassen

Lacke/BeschichtungenSchaumstoffe

Textilhilfsmittel

1% FuranharzeKitte/Massen

Schleifscheiben

PhenolharzeElektrolaminate

FormmassenImprägnierungen

Lacke/BeschichtungenReibbeläge

SchaumstoffeSchleifscheiben

unges. PolyesterFormmassen

Lacke/BeschichtungenVergußmassen

Absolut: 1,2-1,3 Mio. Tonnen ohne PUR-, Acrylat- und Silikonharze

Quelle:Statistiken 1996

Eigenschaften:

• Gutes elektrisches u. thermi-sches Isolationsvermögen

• Hohe Festigkeit, Steifigkeit u. Oberflächenhärte

• Hohe Dimensionsstabilität• Niedriger thermischer

Ausdehnungskoeffizient• Günstiges thermo-

mechanisches Verhalten• Hohe Medienbeständigkeit• Keine Spannungsrisskorrosion• Hohe thermische Beständigkeit• Günstiges Brandverhalten ohne

halogenhaltige Flammschutz-mittel

8%

14%

49%22%

6%


Schema zur Herstellung der Harzsynthese für MER

Melamin

+ CH3OH+ CH2O

Methoxymethylmelamine

- H2OC

CCN

NN

NH2

NH2NH2

OligomelaminmethyletherPolymelaminmethylether

C

CCN

NN

NH

NNH

CH3 O - CH2

CH2 - O CH3

CH2 - O CH32

Stark vereinfacht !

- CH3OH

1. Stufe

2. Stufe

1. >NCH2OR + HN< >NCH2N< + ROH2. >NCH2OR + HOCH2N< >NCH2N< + ROH + CH2O


Eigenschaften der MER-Harze für die Halbzeugherstellung

Lagerstabile Feststoff-Harze in Granulatform oder als Pulver -> Vorteile der Pulverimprägnierung nutzen

definiertes Korngrößenspektrum des Harzpulvers -> gleichmäßigeVerteilung im Faservlies

Im unvernetzten Zustand thermoplastische Eigenschaften mit Erweichungs-punkt von ca. 90°C -> Verarbeitung wie Thermoplast; in der Wärme schmelzbarund formbar, Vorverfestigung von Rohvliesen

Im Temperaturbereich von 170°C bis 200°C Vernetzung zum Duroplasten

Typische Eigenschaften der vernetzten Harze: thermostabil, schwerentflamm-bar, hart, abriebfest, beständig gegen Chemikalien


Halbzeugherstellung mit der Nadelvliestechnik

Stufen der Prepregherstellung

Pulverstreueinrichtung

IR - FeldVlies

Harz

beharzte Vliese

StanzenKonfektioniertes

Halbzeug Verbundherstellung-

Prepregs

Nadelvlies:Röstflachs, 40 mmFG 300 –1000g/m²ED 25 / cm²


Verbundherstellung im Formpressverfahren

PrepregsMassives Formteil

Sandwichbauteil mit Wabenkern

Formpressen der Prepregs

Formpressen der Prepregs

Pressparameter:-Druck 700 N/cm²-Temperatur 180-200°C-Zeit 1-5 min


Verbundeigenschaften

Einfluss des Fasergehaltes auf die Verbundfestigkeit und die Schlagzähigkeitvon MER/Flachs-Verbunden

10

15

20

25

30

20 40 60 80

Fasergehalt [Gew.-%]

Schlagzähigkeit [kJ/m²]

0

40

80

120

160

200

20 40 60 80

Zugfestigkeit, [N/mm²]Biegefestigkeit, [N/mm²]

Fasergehalt [Gew.-%]

Festigkeit [N/mm²]



Einfluss des PET-Faseranteils auf die Schlagzähigkeit und den Zug-E-Modul von MER/Flachs-Verbunden

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40

PET-Faseranteil im Flachsfaservlies [Gew.-%]

Schlagzähigkeit [kJ/m²]

8000

10000

12000

14000

16000

0 10 20 30 40PET-Faseranteil im

Flachsfaservlies [Gew.-%]

Zug-E-Modul [N/mm²]


Faser/Matrix-Einbettung in faserverstärkten MER-Verbunden

REM-Aufnahmen von den Bruchstellen faserverstärkter MER-Verbunde

100% Flachsfaserverstärkung 80:20 Flachs/PET-Faserverstärkung



0255075

100125150175200

MER 919 MF 139

PF 9071 SW EP Araldite LY 5138-2

Zugfestigkeit[N/mm²]

Biegefestigkeit[N/mm²]

Schlagzähigkeit[kJ/m²]

Mechanische Kennwerte von flachsfaserverstärkten MER-Verbunden im Vergleich zumit Melamin-Formaldehyd-, Phenol- und Epoxidharz gebundenen FasermattenFasergehalt 65-70 Gew.-%, Fasermatte: Flachs/PET 80:20



0

3000

6000

9000

12000

15000

MER 919 MF 139

PF 9071 SW EP-Araldite LY 5138-2

Zug-E-Modul[N/mm²]

Biege-E-Modul[N/mm²]

Mechanische Kennwerte von flachsfaserverstärkten MER-Verbunden im Vergleich zumit Melamin-Formaldehyd-, Phenol- und Epoxidharz gebundenen FasermattenFasergehalt 65-70 Gew.-%, Fasermatte: Flachs/PET 80:20


Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung

Zusammenfassung

o Die Pulverstreutechnik ist eine geeignete Technologie zur Herstellung von nachverformbaren Vliesstoff / MER-Halbzeugen.

o Das Harz wird thermisch auf den Fasermatten fixiert; es resultieren lagerfähige Prepregs.

o Die Bauteilherstellung erfolgt im klassischen Formpressverfahren (vorhandene Anlagen-technik kann genutzt werden).

o Das optimale Verarbeitungsfenster für die untersuchten Harze liegt bei Presstemperaturen zwischen 180°C und 200°C und Taktzeiten von 1- 5 min.

o Bei der Verarbeitung mit Heißentformung muss durch Entlüften das Werkzeug entgast werden.

o Die mechanischen Verbundkenndaten der flachsfaserverstärkten MER-Verbunde ordnen sich in die für duroplastische Formmassen bekannten Bereiche ein.

o Die Verbundeigenschaften sind über ein breites Verarbeitungsfenster stabil und gut reproduzierbar

Agrolinz Melamin GmbH

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