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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
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
Prepregherstellung
Bestreuen mit Pulverharz
Besprühen/Imprägnierenmit Harzlösung
Fasermatten/ Vliesstoffe
Konfektionieren der Prepregs
TrocknenVorhärtung
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
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
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
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
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
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%
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
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
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
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
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
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
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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
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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]
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Verbundeigenschaften
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]
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Faser/Matrix-Einbettung in faserverstärkten MER-Verbunden
REM-Aufnahmen von den Bruchstellen faserverstärkter MER-Verbunde
100% Flachsfaserverstärkung 80:20 Flachs/PET-Faserverstärkung
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
Verbundeigenschaften
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
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Agrolinz Melamin GmbH
Verbundeigenschaften
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 Agrolinz Melamin GmbH
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