DE102006039572A1 - Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges beinhaltend einen zähigkeitssteigernden Werkstoff - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges, beinhaltend einen zähigkeitssteigernden Werkstoff zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles, wobei der zähigkeitssteigernde Werkstoff auf die Außenseite von unidirektionalen oder multiaxialen Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken, Matten oder Geflechten aufgebracht wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Bauteiles beinhaltend einen zähigkeitssteigernden Werkstoff zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und dem Oberbegriff des Anspruches 2.
  • Für die Herstellung von hochwertigen Bauteilen aus mit einem Harzsystem vorimprägnierten Faserhalbzeug, den sogenannten „Composites", werden bekannterweise aufgrund der Anforderungen der Praxis verstärkt sogenannte zähigkeitssteigernde Werkstoffe – in Fachkreisen „Toughener" genannt – für das Matrixsystem eingesetzt. Diese zähigkeitssteigernden Werkstoffe haben eine dämpfende Wirkung, d. h. daß sie z. B. bei einer Stoßbelastung das Delaminierverhalten des Faserhalbzeugbauteiles positiv beeinflussen. Ein eventuell auftretender Schaden am Bauteil soll so begrenzt werden oder erst gar nicht entstehen.
  • Bei der Verarbeitung von vorimprägniertem Faserhalbzeug, sogenannten Prepregs, ist diese Art der „Zähigkeitssteigerung" schon lange bekannt. Dazu werden bei der Herstellung der vorimprägnierten Faserhalbzeugteile in das Harz sogenannte „weiche Anteile" oder „weiche Partikel" eingebracht. Dies sind üblicherweise Thermoplaste oder Elastomere. Sie bleiben be dingt durch ihre Größe vor Ort und dringen nicht in oder durch die Faserbündel.
  • Da vorimprägnierte Faserhalbzeuge, sogenannte Prepregs, jedoch aufgrund der höheren Kosten und schlechteren Drapierfähigkeit nicht überall einzusetzen sind, hat man versucht, auch zähigkeitssteigernde Werkstoffe bei Infusions- oder Injektionsbauteilen einzusetzen. Um dies zu erreichen, werden dem Harz, der späteren Matrix, diese zähigkeitssteigernden Werkstoffe beigemengt.
  • Die zähigkeitssteigernden Werkstoffe können Plastifizierer, wie z. B. sich im Harz auflösende Kautschuktypen oder Thermoplaste sein, welche sich in der Matrix gut verteilen. Sie erhöhen aber teilweise die Viskosität der späteren Matrix und daher werden sie auch als Faser, Pulver oder Vlies auf das textile Halbzeug aufgebracht, um eine gute, aber unkontrollierte Vorverteilung zu erreichen.
  • Es gibt allerdings auch die Möglichkeit, nanoskalige Feststoffe, wie z. B. Kaolin, Silikate, Gummi oder nicht schmelzende Thermoplaste den Harzen zuzumischen. Diese zähigkeitssteigernden Werkstoffe sind sehr klein (üblich sind 10–100 nm), so daß sie üblicherweise ohne größere Probleme bei der Infiltration oder Injektion mit dem Harz in das Bauteil eingebracht werden können. Diese nanoskaligen Partikel sind normalerweise faserbündeldurchgängig und verteilen sich bei der Infiltration im Laminat.
  • Ein Nachteil dieser Systeme liegt aber darin, daß bei tieferen Temperaturen die Wirkung der zähigkeitssteigernden Werkstoffe bis zur Neutralisation nachläßt. Um dies zu verhindern, setzt man dem Harz dann wiederandere Zusätze zu, welche aber die Eigenschaft des Harzes negativ beeinflussen können.
  • Die zähigkeitssteigernden Werkstoffe in der Matrix schwanken je nach Typ, liegen aber üblicherweise zwischen 5% und 20% des Gesamtmatrixanteiles. Einige dieser thermoplastischen zähigkeitssteigernden Werkstoffe können zudem auch als Binder für die Herstellung einer Preform, d. h. eines textilen Halbzeuges, genutzt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zähigkeitssteigernden Werkstoff dort gezielt einzusetzen, wo er speziell benötigt wird.
  • Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches und des Anspruches 2 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen erläutert.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt wird vorgeschlagen, den zähigkeitssteigernden Werkstoff in flüssiger Form als Polyorganosiloxane bzw. Polyorganosiloxanegemisch zwischen den textilen Einzellagen einzusetzen. Hier sind im Stand der Technik in den Bauteilen zwar sehr dünne, aber doch harzreiche durchgehende Schichten vorhanden. In diesen Bereichen treten üblicherweie erhöhte Spannungen bei Schub- und Druckbelastung oder Stoßbelastung auf. Gemäß dem erfindungsgemäßen Vorschlag können diese Belastungen nunmehr gezielter aufgenommen und reduziert werden, so daß man im weitesten Sinne von einem duktilen, d. h. schichtweisen Aufbau des Bauteiles sprechen kann.
  • Der zähigkeitssteigernde Werkstoff, der auf das Textil aufgebracht wird, kann sich aufgrund seines thermodynamischen Verhaltens, nachdem er vom Harz erreicht wurde, selbständig und recht homogen in diesen harzreichen Schichten verteilen. Bei dieser Verteilung dringt der zähigkeitssteigernde Werkstoff dann in geringer werdenden Anteilen auch in die angrenzenden Faserschichten ein und hierdurch wird ein weicherer, sanfterer Übergang erreicht.
  • Der zähigkeitssteigernde Werkstoff kann auch als Bindemittel für die einzelnen Gelegelagen untereinander entweder vollständig oder auch nur partiell ausgenutzt werden. Hierbei ist es auch möglich, den zähigkeitssteigernden Werkstoff als Binder oder Bindemittel für ein textiles Halbzeug einzusetzen.
  • Vorzugsweise ist die Größe des zähigkeitssteigernden Werkstoffes kleiner als 200 nm.
  • Der zähigkeitssteigernde Werkstoff kann sich durch thermodynamisches Verhalten in der Matrix selbst verteilen und es kann vorgesehen sein, daß er aber auch in der Gesamtmatrix nicht homogen verteilt wird.
  • Vorzugsweise verbindet sich der zähigkeitssteigernde Werkstoff chemisch ganz oder teilweise mit der Matrix oder bindet sich chemisch ganz oder teilweise an die Matrix.
  • Der zähigkeitssteigernde Werkstoff kann so ausgewählt werden, daß sich die Zähigkeit der Matrix mit dem speziellen zähigkeitssteigernden Werkstoff im Laminat bei tieferen Temperaturen z. B. von –40°C nicht wesentlich verändert.
  • Auch kann der zähigkeitssteigernde Werkstoff das visuelle Erscheinungsbild des Bauteiles positiv verändern und/oder die Haptik des Bauteiles positiv beeinflussen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei in
  • 1 ein mit dem zähigkeitssteigernden Werkstoff ausgerüstetes Gewebe, in
  • 2 ein mit dem zähigkeitssteigernden Werkstoff ausgerüstetes Gelege und in
  • 3 eine Schemadarstellung, aus der die Verteilung des flüssigkeitssteigernden Werkstoffes ersichtlich ist.
  • In 1 ist mit 1 ein an sich bekanntes Gewebe bezeichnet, das an seiner Oberseite mit einer Schicht 2 eines zähigkeitssteigernden Werkstoffes ausgerüstet ist.
  • Bei der Anordnung gemäß 2 sind drei Gelegelagen 3, 4 und 5 dargestellt, wobei beispielsweise die Gelegelage 3 aus –45°-Fäden, die Gelegelage 4 aus 0°-Fäden und die Gelegelage 5 aus +45°-Fäden gebildet wird. Auf die Oberseite dieser Gelegelagen wird, wie die Pfeildarstellung verdeutlicht, der zähigkeitssteigernde Werkstoff 2 aufgebracht.
  • In 3 sind vier übereinander angeordnete Gelegelagen dargestellt, zwischen denen Laminatschichten 6 vorliegen. Diese Laminatschichten 6 weisen den zähigkeitssteigernden Werkstoff auf, und aus der Darstellung ist erkennbar, daß der Anteil an zähigkeitssteigerndem Werkstoff innerhalb der Laminatschicht 6 am höchsten ist und zur Mitte der Gelegelage am niedrigsten ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges, beinhaltend einen zähigkeitssteigernden Werkstoff zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles, dadurch gekennzeichnet, daß der zähigkeitssteigernde Werkstoff auf die Außenseite von unidirektionalen Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken, Matten oder Geflechten aufgebracht wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges, beinhaltend einen zähigkeitssteigernden Werkstoff zur Herstellung eines Faserverbundbauteiles, dadurch gekennzeichnet, daß der zähigkeitssteigernde Werkstoff auf die Außenseite der ein multiaxiales Gelege bildenden einzelnen Lagen aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zähigkeitssteigernder Werkstoff Polyorganosiloxane oder ein Polyorganosiloxanegemisch eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zähigkeitssteigernde Werkstoff in flüssiger Form aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zähigkeitssteigernde Werkstoff als Binder für die einzelnen Lagen miteinander dient.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zähigkeitssteigernde Werkstoff als Binder für die Herstellung eines textilen Halbzeuges dient.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unidirektionalen Gelege bzw. die multiaxialen Gelege zu einem schichtweisen, d. h. duktilen Aufbau eines Bauteiles verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zähigkeitssteigernde Werkstoff sich chemisch ganz oder teilweise mit dem Harz der Matrix verbindet.
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