AT511507A1

AT511507A1 - Formmaterial

Info

Publication number: AT511507A1
Application number: ATA734/2011A
Authority: AT
Original assignee: Hexcel Holding Gmbh
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-15
Also published as: ES2788463T3; EP2709833A1; EP2709833B1; CN103702822A; KR102024363B1; US20150031818A1; BR112013028613A2; DK2709833T3; WO2012159977A1; US9809689B2; KR20140034245A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels sowie ein dafür geeignetes Formmaterial, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines Formmaterials, das ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial und ein zweites Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial zumindest teilweise bearbeitet ist; das Bereitstellen des Formmaterials in Relation zu einer Form zum Ausbilden eines Formteils; und das Bearbeiten des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels mittels einer Energiezufuhr an das Formteil. Die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels ist geringer, als die Energiezufuhr, die zum Bearbeiten des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist.

Description

1 • *

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formmaterial, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Vorformmaterial, ein Verfahren zur Herstellung eines Formmaterials, ein Verfahren zum Formen sowie einen aus dem zuvor genannten Formmaterial geformten Artikel.

EINFÜHRUNG

Verbundformmaterialien umfassen im Allgemeinen ein Verstärkungsmaterial, bei dem es sich üblicherweise um ein faseriges Material und ein Harzmaterial handelt. Die Formmaterialien werden in einer oder mehreren Schichten in einer Form aufgelegt, um ein Verbundstrukturformteil zu bilden, das im Anschluss zum Ausbilden eines Produkts oder Artikels ausgehärtet wird. Bei dem Harzmaterial kann es sich um ein Duroplast handeln, auch bekannt unter der Bezeichnung Thermoset. Ein Duroplast ist ein irreversibel aushärtendes Polymermaterial.

Das Material kann üblicherweise bei Umgebungstemperaturen aushärten, die typischerweise in einem Bereich zwischen -20°C und 30°C liegen, jedoch benötigt das Material eine lange Zeit., um bei diesen Temperaturen vollständig auszuhärten, typischerweise zwischen einer Stunde und mehreren Tagen oder gar Wochen und Monaten. Dies ist für die kommerzielle Herstellung von geformten Verbundprodukten nicht wünschenswert- Daher werden zur Reduktion der Formzeit die Aushärtungsreaktionen beschleunigt, indem man durch Erhitzen {im Allgemeinen über 40°C) oder durch Bestrahlung, so wie Elektronenstrahlbearbeitung, die Energie des Materials erhöht .

Bei der Aushärtungsreaktion handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Um diese Reaktion zu kontrollieren, erfolgt die Energiezufuhr typischerweise in zwei oder mehr Stufen, um zu verhindern, dass die exotherme Reaktion in dem Formteil außer Kontrolle gerät, was zu schlechten mechanischen Eigenschaften des geformten Artikels führen würde. Erfolgt die Energiezufuhr in Form von Erhitzen, um die Temperatur des Formteils zu erhöhen, so wird typischerweise in der ersten Bearbeitungsstufe die Temperatur mit der Zeit bis zu einem gewünschten ersten Niveau erhöht und dann für eine bestimmte Zeitdauer konstant gehalten (die so genannte Temperaturhaltestufe oder Temperaturhaitephase). Im Anschluss an die erste Temperaturhaltephase wird die Temperatur bis zu einem zweiten Niveau weiter erhöht und dann erneut für eine nachgereicht 2 * * • · · • · m · • · » · « · bestimmte Zeitdauer konstant gehalten (zweite Temperaturhaltepha-se). Die Temperaturerhöhung und die nachfolgende Temperaturhalte-phase können je nach den Eigenschaften des Formteils weiter wiederholt werden.

Die Bearbeitung eines Formteils mit herkömmlichen Verfahren erfordert also eine lange Zeit. Dadurch ist die Herstellung von Verbundformteilen, die duroplastische Harze enthalten, für eine Produktion im großen kommerziellen Maßstab weniger gut geeignet.

Des Weiteren ist die Bearbeitung von Formteilen im Allgemeinen kompliziert und es sind großes Fachwissen und ein hoher Geräteaufwand erforderlich, um die Energiezufuhr oder die Temperatur des Formteils während des Aushärtens zu kontrollieren. Oftmals wird das Formteil zusätzlich zum Erhitzen unter Verwendung von Temperaturkontrollgeräten einem Druck ausgesetzt, um ein ausreichendes Benetzen des Verstärkungsmaterials durch das Harzmaterial· zu gewährleisten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden oder zumindest zu vermindern und/oder allgemeine Verbesserungen bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren, ein Formteil, ein Formmaterial und ein geformter Artikel vorgesehen, so wie jeweils in einem der nachstehenden Ansprüche definiert.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines Formmaterials, das ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Ilarzmate-rial und ein zweites llarzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial zumindest teilweise bearbeitet ist; das ßereitstellen des Formmaterials in Relation zu einer Form zum Ausbilden eines Formteils; und das Bearbeiten des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels mittels einer Energiezufuhr an das Formteil. Die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels ist geringer, als die Energiezufuhr, die zum Ausbilden des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

Dadurch ergibt sich eine reduzierte Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils, was wiederum eine schnellere Bearbeitung

3 • · · · * · * • · · * · ermöglicht. Da die Bearbeitung zum Teil bereits während des Herstellungsprozesses des Formmaterials erfolgt, wird die Bearbeitung des Formteils zudem vereinfacht und effizienter. Dadurch reduzieren sich zum einen die Kosten des Formprozesses und zum anderen ebenso der Zeitaufwand zur Herstellung der geformten Artikel .

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Formteil durch Erhitzen auf eine Haltetemperatur und Halten bei dieser Haltetemperatur bearbeitet. Die Bearbeitung des Formteils erfolgt durch Erhitzen auf eine Aushärtetemperatur und Halten bei einer Haltetemperatur während einer Temperaturhaltephase, wobei die Tempera-turhaltephase kürzer ist als die Temperaturhaltephase, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt. Für die Inmould-Bearbeitung kann eine Haltetemperatur gewählt werden, die höher ist als die Haltetemperatur, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formmaterials bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines faserigen Verstärkungsmaterials, eines ersten Harzmaterials und einen zweiten Harzmaterials, wobei die Harzmaterialien jeweils in Kontakt mit dem faserigen Verstärkungsmaterial sind; sowie eine zumindest teilweise Bearbeitung des ersten Harzmaterials.

Das erste Harzmaterial wird teilweise bearbeitet, um das Material zum Teil auszuhärten, oder es wird vollständig zu einem ausgehärteten Material verarbeitet, bevor das Formmaterial in Relation zu einer Form positioniert wird. Dadurch werden wiederum die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formmaterials, wenn das Material in einer Form zu einem geformten Artikel verarbeitet wird, sowie die gesamte Zeit zur Bearbeitung des Formteils bis zur Aushärtung reduziert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind ein faseriges Verstärkungsmaterial sowie ein erstes und ein zweites Harzmaterial vorgesehen, wobei sich die Harzmaterialien jeweils in Kontakt [nachgereicht mit dem faserigen Verstärkungsmaterial befinden und das erste Harzmaterial zumindest teilweise bearbeitet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das faserige Verstärkungsmaterial mit den jeweiligen Harzmaterialien imprägniert und das erste und das zweite Harzmaterial umfassen das gleiche Harz. Das faserige Verstärkungsmaterial kann eine erste Schicht umfassen, die das ersten Harzmaterial umfasst, sowie eine zweite Schicht, die das zweite Ilarzmaterial umfasst.

Die erste und die zweite Schicht können bevorzugt zum Ausbilden des Formmaterials kombiniert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Schicht vollständig ausgehärtet und wird zur Ausbildung des Formmaterials mit einer nicht ausgehärteten zweiten Schicht kombiniert.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Formmaterial eine faserige Schicht umfassen, die ein teilweise oder vollständig ausgehärtetes erstes Harzmaterial und ein nicht ausgehärtetes oder teilweise nicht ausgehärtetes zweites Harzmaterial umfasst. Die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels ist geringer, als die Energiezufuhr, die zum Ausbilden des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Formmaterial zur Bearbeitung in einer einzelnen Temperaturhaltephase angepasst.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Temperaturhaltephase während des Bearbeitungsprozesses kürzer als die Temperaturhaltephase, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt. Das Material kann eine Haltetemperatur aufweisen, die höher ist als die Haltetemperatur, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formte.il erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Formmaterial vor dem Einbringen in die Form geformt oder ausgerichtet. Dadurch wird eine Anpassung des Materials an die Formoberfläche bereitgestellt. I NACHGEREICHT | 5 • * * « · · • · ··«·*· I · » ·«·· · ·« *

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Wie zuvor bereits besprochen, umfassen Formmaterialien ein Verstärkungsmaterial und ein Harzmaterial. Das Formmaterial wird zum Ausbilden eines geformten Artikels ausgehärtet. Bei dem Aushärteprozess kommt es durch einen Vernetzungsprozess zu einer Transformation des Harzes aus einer plastischen Substanz. Durch eine eine Zufuhr von Energie und/oder eine Zugabe von Katalysatoren werden die Molekülketten zur Reaktion an chemisch aktiven Stellen gebracht, was zu einer Verknüpfung zu einer starren, dreidimensionalen Struktur führt. In dem Vernetzungsprozess bildet sich ein Molekül mit einem höheren Molekulargewicht, wodurch sich ein Material mit einem höheren Schmelzpunkt ergibt. Während der Reaktion steigt das Molekulargewicht so lange an, bis der Schmelzpunkt über der Umgebungstemperatur liegt und das Material wird zu einem Feststoff. Ein unkontrolliertes erneutes Erhitzen des Materials führt zu einem Erreichen der Zersetzungstemperatur, bevor der Schmelzpunkt erreicht ist. Daher kann ein duroplastisches Material nicht geschmolzen und erneut geformt werden, wenn es einmal ausgehärtet ist.

In einem Formteil oder in einer Formteilzusammenstellung umfassend eine oder mehrere Prepreg-Schichten kann die Freisetzung von exothermer Energie während des Aushärtens signifikant sein, insbesondere im Zentrum bzw. in der Mitte des Formteils. Dies kann zu einer Überhitzung des Formteils führen, was sich als problematisch erweisen kann, wenn die Form keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden darf. Durch die Verwendung einer oder mehrerer Schichten an ausgehärtetem Material könnte diese Freisetzung von exothermer Energie signifikant reduziert werden.

Die Energiezufuhr durch Erhitzen erfolgt typischerweise in einer ersten Aushärtephase mit einer konstanten Temperatur bzw. einer ersten Temperaturhaltephase und einer nachfolgenden zweiten A.ushärtephase mit einer konstanten Temperatur bzw. einer zweiten Temperaturhaltephase sowie darauf folgenden Phasen, wobei die Temperatur in der zweiten oder den nachfolgenden Phasen entweder höher oder niedriger ist als in der jeweils vorhergehenden Phase. Dadurch wird das Aushärten des Verbundmaterials zu einem zeitaufwändigen Prozess, der damit wiederum weniger gut geeignet für eine Massenherstellung von großen geformten Teilen ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Her-

NACHGEREICHT

Stellung eines geformten Artikels bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines Formmaterials, das ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial und ein zweites Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial zumindest teilweise bearbeitet ist; das Bereitstellen des Formmaterials in Relation zu einer Form zum Ausbilden eines Formteiis; und das Bearbeiten des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels mittels einer Energiezufuhr an das Formteil.

Die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels ist geringer, als die Energiezufuhr, die zum Ausbilden des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein einphasiges Hit-zeaushärten, was zu einer Verbesserung hinsichtlich der Schnelligkeit und der Effizienz des Formprozesses führt. Dies wird zum größten Teil dadurch erreicht, dass in dem Formteil während des Aushärtens eine reduzierte Freisetzung exothermer Energie bzw. exothermer Hitze stattfindet, da das Formteil vor dem Aushärten bereits vollständig oder teilweise ausgehärtete Prepreg-Schichten einschließt.

Das Formmaterial kann auf unterschiedliche Arten hergestellt werden. In einer Ausführungsform kann ein mit Harz imprägniertes faseriges Material (mit Harz vorimprägniertes, faseriges Material oder "Prepreg") bis zum teilweisen oder vollständigen Aushärten bearbeitet sein. Dieses Material kann zum Ausbilden des Foriranate-rials mit einer weiteren Prepreg-Schicht kombiniert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Formmaterial eine oder mehrere Prepreg-Schichten und/oder teilweise bearbeitete Prepreg-Schichten umfassen.

In einer alternativen Ausführungsform wird das Formmaterial aus einem Prepreg-Vorläufer hergestellt, der bezüglich eines Teils oder eines Bereichs der Prepreg-Oberfläche teilweise oder vollständig bearbeitet ist. Auf diese Weise wird ein Formmaterial hergestellt, das sowohl bearbeitetes als auch nicht bearbeitetes Harzmaterial umfasst.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird das faserige Verstärkungsmaterial während der teilweisen oder vollständigen Bearbeitung einer Beanspruchung oder Spannung ausgesetzt, um eine lineare Anordnung der Fasern in dem faserigen Verstärkungsmaterial

NACHGEREICHT zu gewährleisten. Dies führt zu einer enormen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des geformten Artikels, nachdem das das Formmaterial enthaltende Formteil bearbeitet und ausgehärtet ist.

Das Formmaterial kann auf einer Rolle bereitgestellt und an Hersteller von geformten Produkten oder Artikeln geliefert wer' den. Bevorzugt wird das Material nach der Zusammenstellung des Formmaterials auf einer Rolle gekühlt, um die Aktivität des Harzes zu konservieren und die Stabilität des Formteils während des Transports und der Lagerung zu verbessern.

Typischerweise wird das Formmaterial mit einer oder mehreren faserigen Verstärkungsschichten bereitgestellt. Die faserigen Verstärkungsschichten können vollständig oder teilweise mit Harz imprägniert oder sogar trocken sein. Die separaten faserigen Verstärkungsschichten können aus identischen oder unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.

Das erste und zweite Harzmaterial können identisch sein oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. So kann z. B. das erste Harzmaterial bei Umgebungstemperatur eine höhere Viskosität aufweisen als das zweite Harzmaterial. Dies ermöglicht die Bearbeitung von geformten Produkten mit einem geringen Hohlraumanteil, da die niedrigere Viskosität des zweiten Harzmaterials die Harzimprägnierung des Formteils fördert. Liegen trockene faserige Schichten vor, so imprägniert das Harz diese Schichten während des Bearbeitungsprozesses.

Das erfindungsgemäße Formmaterial kann gemäß der Form geformt oder ausgerichtet sein. Dadurch wird eine gute Anpassung an die Formoberfläche gewährleistet. Bevorzugt ist das Formmaterial an eine Verwendung in komplexen Geometrien angepasst.

Die Harzmaterialien können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus duroplastischen Harzen, so wie Epoxid-, Cyanates-ter- und Phenolharzen. Geeignete Epoxidharze schließen ein: Bisphenol A-Diglycidylether, Bisphenol F-Diglycidylet.her, Epoxid-No-volac-Harze und N-Glycidylether, Glycidylester, aliphatische und cycloaliphatische Glycidylether, Glycidylether von Aminophenolen, Glycidylether von beliebigen substituierten Phenolen sowie Gemische daraus. Ebenfalls eingeschlossen sind modifizierte Gemische der zuvor genannten duroplastischen Polymere. Diese Polymere sind typischerweise durch die Zugabe von Kautschuk oder thermoplasti- f nachgereicht 8

sehen Stoffen modifiziert. Es kann ein beliebiger geeigneter Katalysator verwendet werden. Der Katalysator wird entsprechend dem verwendeten Harz ausgewählt. Ein geeigneter Katalysator zur Verwendung mit einem Epoxidharz ist ein Dicyandiamid-IIärtemittel.

Der Katalysator kann beschleunigt werden. Bei der Verwendung eines Dicyandiamid-Katalysators kann substituierter Harnstoff als Beschleuniger verwendet werden. Geeignete Beschleuniger schließen Diuron, Monuron, Fenuron, Chlortoluron, bis-Urea von Toluendiiso-cyanat und weitere substituierte Homologe ein. Das Epoxidhärtemittel kann ausgewählt sein aus Dapson (DDS), Diaminodiphenylme-than (DDM), dem BF3-Aminkomplex, substituierten Imidazolen, beschleunigten Anhydriden, Metaphenylendiamin, Diaminodipheny-lether, aromatischen Polyetheraminen, aliphatischen Aminaddukten, aliphatischen Aminsalzen, aromatischen Aminaddukten und aromatischen Aminsalzen.

Die Harzmaterialien können ein Mittel zur Verbesserung der Schlagzähigkeit umfassen. Geeignete Mittel zur Verbesserung der Schlagzähigkeit können ausgewählt sein aus flüssigem Kautschuk (so wie Acrylatkautschuk oder carboxylterminiertem Acrylnitrilkautschuk} , festem Gummi (so wie fester Nitrilkautschuk oder Kern/Mantel-Kautschuk), Thermoplasten (so wie Poly (ethersulfon), Poly(imid)), Blockcopolymeren (so wie Styrol-Butadien-Metha-crylat-Triblockcopolymeren) oder Gemischen daraus.

Das erste und das zweite Harzmaterial können voneinander verschieden oder identisch sein. Das erste Harzmaterial kann ein thermoplastisches Harz sein und das zweite Harzmaterial kann ein duroplastisches Harzmaterial sein.

Das faserige Verstärkungsmaterial kann ein beliebiges faseriges Material umfassen, so wie Glasfaser, Aramid, PAN oder Carbonfaser. Wie bereits besprochen, kann das faserige Verstärkungsmaterial ebenfalls mehrere Schichten an faserigem Material umfassen. Bevorzugt umfasst die faserige Verstärkungsschicht ausgerichtete fasern.

Die Schicht aus faserigem Material kann ein Gewicht in einem Bereich zwischen 100 und 10.000 gsm aufweisen, bevorzugt zwischen 200 und 8.000 gsm und mehr bevorzugt zwischen 200 und 4.000 gsm. Die Dicke der faserigen Schicht kann in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 10 mm liegen, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 8 mm.

Das faserige Material kann unidirektional, gewebt, kurzfase-

9 * « Μ·· · · rig, biaxial oder triaxial sein.

Typische Aushärtezyklen für das Formmaterial schließen einen Temperaturanstieg von einer Umgebungstemperatur auf Temperaturen von bis zu zwischen 30 und 160°C, bevorzugt zwischen 30 und 140°C ein, gefolgt von einer Temperaturhaltephase bei einer festgelegten Temperatur in einem Bereich zwischen 30 und 200°C, bevorzugt zwischen 50 und 140°C, mehr bevorzugt zwischen 50 und 90°C, für eine Zeitdauer in einem Bereich zwischen 5 Minuten und 10 Stunden, bevorzugt zwischen 10 Minuten und 5 Stunden, zwischen 10 Minuten und 4 Stunden, zwischen 30 Minuten und 2 Stunden. Im Anschluss an die Temperaturhaltephase wird die Temperatur weiter erhöht auf Temperaturen von bis zu zwischen 60 und 200°C, bevorzugt zwischen 60 und 140°C, gefolgt von einer Aushärtephase bei einer festgelegten Temperatur in einem Bereich zwischen 60 und 200°C, bevorzugt zwischen 50 und 140DC, mehr bevorzugt zwischen 50 und 90°C, für eine Zeitdauer in einem Bereich zwischen 5 Minuten und 10 Stunden, bevorzugt 10 Minuten und 5 Stunden, 10 Minuten und 4 Stunden, 30 Minuten und 3 Stunden, 30 Minuten und 2,5 Stunden.

Es folgt eine lediglich beispielhafte Veranschaulichung der

Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Formteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Formteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Formmaterials gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung des Formmaterials gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Figur 5 einen Vergleich zwischen dem herkömmlichen Aushärten eines Formteils und dem erfindungsgemäßen Aushärten eines Formteils .

Figur 1 zeigt ein Formmaterial 10, umfassend eine erste faserige Schicht 14, die mit einem ersten Harzmaterial imprägniert ist, das bis zum vollständigen Aushärten bearbeitet wurde, und eine weitere faserige Schicht 12, die mit einem zweiten Harzmate- nachgereicht 10 «* · ft«··»*«·· • ·· φ · · · · · • · · · · « · · · • · · · · ·♦#♦-·· ♦ · *·«·»?« · ·» rial imprägniert ist, das in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt .

Figur 2 zeigt ein alternatives Formmaterial 20, umfassend eine erste faserige Schicht, die mit einem ersten Harzmaterial 24 und einem zweiten Harzmaterial 22 imprägniert ist. Das erste Harzmaterial 24 wurde bis zum teilweisen Aushärten bearbeitet, wohingegen das zweite Harzmaterial 22 in einer nicht ausgehärteten Form voriiegt.

Die Formmaterialien 10, 20 können mittels Aufwickeln auf einer Rolle zusammengestellt werden oder in einer einzelnen oder in mehreren Schichten oder in Kombination mit weiteren Formmaterialien in einer Form aufgelegt werden, um ein Formteil auszubilden. Nach dem Auflegen erfolgt die Bearbeitung des Formteils durch Aushärten des Formteils zum Ausbilden eines geformten Artikels.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Prozesses zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formmaterials. Der Prozess umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird ein vorimprägniertes faseriges Material als Prepreg-Vorläufer 40 bereitgestellt. Ein Abschnitt dieses Materials wird zum Erhalt eines ausgehärteten Pre-pregs ausgehärtet 42, bevorzugt während sich das Verstärkungsmaterial unter Spannung befindet. Ein weiterer Abschnitt des Materials verbleibt in einem nicht bearbeiteten Zustand. Das ausgehärtete Prepreg und das nicht bearbeitete Prepreg werden dann in Schritt 44 kombiniert, um ein Formmaterial 46 auszubilden.

Im Gebrauch werden eine oder mehrere Schichten des Formmate-rials 10, 20 zum Ausbilden eines Formteils auf eine Formoberfläche aufgebracht. Die Formmaterialien können ebenfalls mit weiteren zusätzlichen Formmaterialien kombiniert werden. Das Formteil wird im Anschluss unter Anwendung eines geeigneten Aushärteschemas bearbeitet, umfassend einen Temperaturanstieg bis zu einer Aushärtetemperatur und eine einzige Temperaturhaltephase einer bestimmten Zeitdauer bei oder über der Aushärtetemperatur, während der das Formteil bis zum vollständigen Aushärten reagiert.

Im Anschluss an die Temperaturhaltephase erfolgt das Abkühlen des Formteils und dessen Ausformen als geformter Artikel.

Figur 4 zeigt ein bestimmtes Verfahren zur Herstellung des Formmaterials. In diesem Verfahren 50 wird das Harz durch eine Äushärtestation 56 über einer oder mehreren Positionen auf der Oberfläche des Prepreg-Vorläufers lokal ausgehärtet. Dadurch wird nachgereicht 11 11

* T • · 4 • · · i · III» ein Prepreg erhalten, das bearbeitete oder ausgehärtete Abschnitte 54 sowie nicht ausgehärtete oder nicht bearbeitete Abschnitte umfasst, in denen das Harz nach dem Bearbeiten des Formmaterials in einem Inmould-Auflegeverfahren noch ausgehärtet werden kann.

Figur 5 zeigt das Aushärten einer Formteilzusammenstellung, umfassend mehrere Prepreg-Schichten (50 Schichten) 100 und das gleiche Prepreg (25 Schichten) in Kombination mit dessen ausgehärtetem Gegenstück (25 Schichten), die mit dem nicht ausgehärteten Prepreg ineinandergreifend angeordnet sind.

Die herkömmliche Prepreg-Zusammenstellung 100 wird durch einen Temperaturanstieg bis zu einer Ilaltetemperatur von 80eC ausgehärtet. Während der Temperaturhaltephase 108 wird die exotherme Energie des Stapels frei gesetzt, was sich durch den Anstieg der Temperatur der Zusammenstellung mit einem Spitzenwert von 140°C nach 3,5 Stunden zeigt. Die Temperatur wird dann bis zur Aushärtetemperatur 112 von 120°C erhöht und die Zusammenstellung wird dann ausgehärtet.

Die erfindungsgemäße Zusammenstellung 102 wird durch einen Temperaturanstieg bis zu einer höheren Haltetemperatur von etwa 100°C ausgehärtet. Während der Temperaturhaltephase 110 erfolgt in dem Stapel die Freisetzung einer reduzierten Menge an exothermer Energie, die viel früher bereits nach 2,2 Stunden freigesetzt wird, was sich durch den Anstieg der Temperatur der Zusammenstellung mit einem Spitzenwert von 135°C zeigt. Die Temperatur wird dann bis zur Aushärtetemperatur 112 von 123°C erhöht und die Zusammenstellung wird dann ausgehärtet.

Wie aus dieser Figur hervorgeht, erfolgt das Aushärten einer Zusammenstellung, die das erfindungsgemäße Formmaterial umfasst, viel rascher und die Hitze- oder Energiezufuhr, die zum Bearbeiten und Aushärten des Materials erforderlich ist, ist ebenfalls reduziert.

Folglich werden ein Formmaterial sowie ein Verfahren zur Herstellung des Formmaterials mit einer reduzierten exothermen Freisetzung von Hitze oder Energie während der Inmould-Bearbei-tung des Materials bereitgestellt. Ein Teil der Bearbeitung, der üblicherweise während der Inmould-Bearbeitung stattfindet, erfolgt bereits während des Herstellungsprozesses des Formmateri-als. Dadurch ergeben sich ein einfacheres Aushärteschema, verbesserte Materialeigenschaften sowie eine verbesserte Qualität des

I NACHGEREICHT 12 4 * • m geformten Artikels, höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten und eine Reduktion der Energiezufuhr zur Inmould-Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden eines geformten Artikels.

Claims

13 • · · « #

► ♦ · · * PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels, umfassend : a) das Bereitstellen eines Formmaterials, das ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial und ein zweites Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial zumindest teilweise bearbeitet ist; gefolgt von b) dem Bereitstellen des Formmaterials in Relation zu einer Form zum Ausbilden eines Formteils; und c) der Inmould-Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels mittels einer Energiezufuhr an das Formteil, wobei die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels geringer ist als die Energiezufuhr, die zum Ausbilden des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

2. Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels, umfassend : a) das Bereitstellen eines Formmaterials, das ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial und ein zweites Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial zumindest teilweise bearbeitet ist; gefolgt von b) dem Bereitstellen des Formmaterials in Relation zu einer Form zum Ausbilden eines Formteils; und c) der Inmould-Bearbeitung des Formteils durch Erhitzen auf eine Aushärtetemperatur und Halten des Formteiis bei einer Haltetemperatur während einer Temperaturhaitephase, wobei die Temperaturhaltephase kürzer ist als die Temperaturhaitephase, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formte.il erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Ilarzmateriai in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formteil durch Erhitzen bis zu einer Aushärtetemperatur und Halten des Formteils bei einer Haltetemperatur in einer Temperaturhaltephase erfolgt, nachgereicht 14 « · « « · wobei die Temperaturhaltephase kürzer ist als die Tempera-turhaltephase, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Inmould-Bearbei-tung eine Ilaltetemperatur umfasst, die höher .ist als die Haltetemperatur, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das teilweise bearbeitete erste Harzmaterial zumindest teilweise ausgehärtet, bevorzugt vollständig ausgehärtet ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Formmaterials, umfassend: a) das Bereitstellen eines faserigen Verstärkungsmaterials, eines ersten Harzmaterials und einen zweiten Harzmaterials, wobei sich die Harzmaterialien jeweils in Kontakt mit dem faserigen Verstärkungsmaterial befinden; b) die zumindest teilweise Bearbeitung des ersten Harzmaterials, bevor das Formmaterial in Relation zu einer Form positioniert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt der teilweisen Bearbeitung zumindest das teilweise Aushärten, bevorzugt das vollständige Aushärten, des ersten Harzmaterials umfasst.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei mindestens ein Teil des Formmaterials während der teilweisen Bearbeitung des ersten Harzmaterials geformt oder ausgerichtet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei in Schritt a) das faserige Verstärkungsmaterial mit den jeweiligen Harzmaterialien imprägniert ist und das erste und zweite Harzmaterial das gleiche Harz oder unterschiedliche Harze ^HrW"i(i|· ' ~ NACHGEREICHT ^mi'iHainn m, uv.:. · 15 15

* umfassen .

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das faserige Verstärkungsmaterial eine erste Schicht umfasst, die das erste Harzmaterial umfasst, und eine zweite Schicht, die das zweite Ilarz-material umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren den Schritt des Kombinierens der teilweise bearbeiteten ersten Schicht und der zweiten Schicht zum Ausbilden des Formmaterials umfasst.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die erste Schicht bei der teilweisen Bearbeitung des ersten Ilarzmaterials geformt oder ausgerichtet ist.

13. Formmaterial umfassend ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial und ein zweites Harzmaterial, wobei sich die Harzmaterialien jeweils in Kontakt mit dem faserigen Verstärkungsmaterial befinden, wobei das erste Harzmaterial vor der Inmould-Bearbeitung des Formmaterials zumindest teilweise bearbeitet ist.

14. Material nach Anspruch 13, wobei die Energiezufuhr zur Bearbeitung des Formteils zum Ausbilden des geformten Artikels geringer ist als die Energiezufuhr, die zur Inmould-Bearbeitung des geformten Artikels aus einem Formmaterial erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

15. Material nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Temperaturha1-tephase während der Bearbeitung kürzer ist als die Tempera-turhaltephase, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

16. Material nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Mate- nachgereicht

16 ' · » · « * 4 * · « • ♦ * · · · 4 • · * ·»··· « « » rial eine Haltetemperatur aufweist, die höher ist als die Haltetemperatur, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste und zweite Harzmateriai umfasst, wobei das erste Harzmaterial in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt.

17. Material nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das faserige Verstärkungsmaterial eine erste Schicht umfasst, die das erste Harzmaterial umfasst, und eine zweite Schicht, die das zweite Harzmaterial umfasst, wobei sich zum Ausbilden des Formmaterials die teilweise bearbeitete erste Schicht in Kontakt mit der zweiten Schicht befindet.

18. Material nach Anspruch 17, wobei das faserige Verstärkungsmaterial weitere Verstärkungsschichten umfasst.

19. Material nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Formmaterial geformt oder ausgerichtet ist.

20. Material nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei eine oder mehrere Verstärkungsschichten zumindest teilweise mit einem Harzmaterial imprägniert sind.

21. Material nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das Harzmaterial mit der Oberfläche einer faserigen Verstärkungsschicht verbunden ist. NACHGEREICHT « · m 1/3

Fig.1

Fig.2 nachgereicht • * 2/3

Fig.3 54

Fig.4 * *

13 Printöd: 23-04-2012 E025 102011/00734 A 734/2011 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels, umfassend: a) das Bereitstellen eines Formmaterials (10, 20, 46), das ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial (24) und ein zweites Harzmaterial (22) umfasst, wobei das erste Harzmaterial (24) zumindest teilweise bearbeitet ist; gefolgt von b) dem Bereitstellen des Formmaterials (10, 20, 46) in Relation zu einer Form zum Ausbilden eines Formteils; und c) der Inmould-Bearbeitung des Formteils durch Erhitzen auf eine Aushärtetemperatur (112) und Halten des Formteils bei einer Haltetemperatur während einer Temperaturhaltephase (110), wobei die Temperaturhaltephase (110) kürzer ist als die Temperaturhaltephase (108), die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste (24) und zweite (22) Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial (24) in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt, und wobei die Inmould-Bearbeitung eine Haltetemperatur umfasst, die höher ist als die Haltetemperatur, die zur Herstellung des geformten Artikels aus einem Formteil erforderlich ist, das das gleiche erste (24) und zweite (22) Harzmaterial umfasst, wobei das erste Harzmaterial· (24) in einer nicht bearbeiteten Form vorliegt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das teilweise bearbeitete erste Harzmaterial (24) zumindest teilweise ausgehärtet, bevorzugt vollständig ausgehärtet ist. 3. Verfahren zur Herstellung eines Formmaterials (10, 20, 46), umfassend: a) das Bereitstellen eines faserigen Verstärkungsmaterials, eines ersten Harzmaterials (24) und einen zweiten Harzmaterials (22), wobei sich die Harzmaterialien (22, 24) jeweils in Kontakt mit dem faserigen Verstärkungsmaterial befinden; b) die zumindest teilweise Bearbeitung des ersten Harzmaterials (24), bevor das Formmaterial (10, 20, 46) in Relation zu einer Form positioniert wird.

NACHGEREICHT

14 Printed: 23-04-2012 E025 10 2011/00734 A 734/2011 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der teilweisen Bearbeitung zumindest das teilweise Aushärten, bevorzugt das vollständige Aushärten, des ersten Harzmaterials (24) umfasst. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei mindestens ein Teil des Formmaterials (10, 20, 46) während der teilweisen Bearbeitung des ersten Harzmaterials (24) geformt oder ausgerichtet ist. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in Schritt a) das faserige Verstärkungsmaterial mit den jeweiligen Harzmaterialien (22, 24) imprägniert ist und das erste (24) und zweite (22) Harzmaterial das gleiche Harz oder unterschiedliche Harze umfassen. 7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das faserige Verstärkungsmaterial eine erste Schicht (14) umfasst, die das erste Harzmaterial umfasst, und eine zweite Schicht (12), die das zweite Harzmaterial umfasst. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren den Schritt des Kombinierens der teilweise bearbeiteten ersten Schicht (14) und der zweiten Schicht (12) zum Ausbilden des Formmaterials (10, 20, 46) umfasst. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die erste Schicht (14) bei der teilweisen Bearbeitung des ersten Harzmaterials geformt oder ausgerichtet ist. 10. Formmaterial (10, 20, 46) umfassend ein faseriges Verstärkungsmaterial, ein erstes Harzmaterial (24) und ein zweites Harzmaterial (22), wobei sich die Harzmaterialien (22, 24) jeweils in Kontakt mit dem faserigen Verstärkungsmaterial befinden, wobei das erste Harzmaterial (24) zumindest teilweise bearbeitet ist. 11. Material nach Anspruch 10, wobei das faserige Verstärkungsmaterial eine erste Schicht (14) umfasst, die das erste Harzmaterial umfasst, und eine zweite Schicht (12), die das zweite Harz-

nachgereicht

printedi23-04-2012 E025 10 2011/00734 15 A 734/2011 material umfasst, wobei sich zum Ausbilden des Formmaterials die teilweise bearbeitete erste Schicht (14) in Kontakt mit der zweiten Schicht (12) befindet. 12. Material nach Anspruch 11, wobei das faserige Verstärkungsmaterial weitere Verstärkungsschichten umfasst. 13. Material nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Formmaterial (10, 20, 46) geformt oder ausgerichtet ist. 14. Material nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine oder mehrere Verstärkungsschichten zumindest teilweise mit einem Harzmaterial (22, 24) imprägniert sind. 15. Material nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Harzmaterial (22, 24) mit der Oberfläche einer faserigen Verstärkungsschicht verbunden ist. NACHGEREICHT