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Die
Erfindung betrifft einen Faserverbundwerkstoff und ein Verfahren
zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, die aus einer Verstärkungsstruktur
aus Mehrkomponenten-Hybridgarn, die mindestens eine Verstärkungskomponente
und mindestens eine eigenschaftsmodifizierende Komponente enthält,
und einer Matrixkomponente mit einem vorgegebenen Volumenanteil
besteht, wobei sich zwischen Matrixmaterial, Verstärkungsmaterial
und eigenschaftsmodifizierendem Material eigenschaftsbestimmende
Grenzflächenstrukturen ausbilden und mechanischen Eigenschaften
der Kategorie A sowie mechanische Eigenschaften der Kategorie B
vorhanden sind.
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Faserverbundwerkstoffe
kommen in zahlreichen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus, der
Luft- und Raumfahrt, im medizinischen Bereich sowie für
die Sportgeräteherstellung zur Anwendung.
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Die
Eigenschaften eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff werden durch
die Werkstoffzusammensetzung, durch den geometrischen Aufbau der Verstärkungsstruktur,
durch die Art der Verstärkungsfaser – Kurzfaser
oder Endlosfaser –, durch die textile Struktur – Vlies,
Gewebe, Gestrick usw. –, durch die Prozessparameter während
der Konsolidierung sowie durch die Bauteilgeometrie beeinflusst.
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Die
erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffe gehören
zur Gruppe der langfaserverstärkten, endlosfaserverstärkten
Kunststoffverbunde, deren Eigenschaftsbeeinflussung durch die Werkstoffzusammensetzung
für die beiden Untergruppen Thermoplaste und Duroplaste
gleichermaßen nutzbar ist.
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Die
Einstellung der mechanischen Eigenschaften durch die Werkstoffzusammensetzung
eines Faserverbundwerkstoffes wird dabei im Wesentlichen durch die
Faktoren Verstärkungsmaterial – Werkstoff sowie
Faden- und Verstärkungsstruktur –, Matrixmaterial – Werkstoff –,
Grenzflächengestaltung zwischen Verstärkungs-
und Matrixwerkstoff sowie Faservolumenanteil bestimmt.
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Herkömmlich
lassen sich die mechanischen Eigenschaften eines Faserverbundwerkstoffs
in die beiden Kategorien der Eigenschaften A bei einachsiger Beanspruchung
und der Eigenschaften B bei mehrachsiger Beanspruchung einteilen.
Dabei gehören zu der Eigenschaftskategorie A hauptsächlich
die Zug-, Biege-, Druck- und Schubeigenschaften die bei statischer,
quasistatischer oder dynamischer Beanspruchung wirken. Zur Eigenschaftskategorie
B gehören die bei Hochgeschwindigkeits- bzw. dynamischen
Beanspruchungen wirkenden Eigenschaften, wie die Crash-, Impact-
und Schlageigenschaften, von Faserverbundwerkstoffen.
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Das
Problem bei der gezielten Modifizierung der mechanischen Eigenschaften
eines Faserverbundwerkstoffs aus einer konkreten Verstärkungs- und
Matrixpaarung durch entsprechende Maßnahmen besteht darin,
dass sich die Eigenschaftskategorien A und B nicht unabhängig
voneinander einstellen lassen. Es besteht sogar gemäß dem
Stand der Technik eine große Abhängigkeit zwischen
den Eigenschaften, wie sie in 2, 2a dargestellt ist.
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Bei
einer herkömmlichen gezielten Erhöhung der Eigenschaften
der Kategorie A verändern sich auch die Eigenschaften der
Kategorie B in der Regel in Richtung niedrigwertiger Eigenschaften,
da für die bei Crash-, Impact- und Schlagbeanspruchungen
angestrebte hohe Energieabsorption andere Wirkmechanismen notwendig
sind, z. B. ein sukzessives inter- und intralaminares Verbundversagen.
Eine Auslegung der Verbunde in Richtung verbesserter Eigenschaften
der Kategorie B, z. B. durch Steigerung des in Richtung der Verbunddicke
orientierten Verstärkungsfaseranteils, führt in
der Regel zu einer Wertverschlechterung der Eigenschaften der Kategorie
A.
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Eine
unabhängige Modifizierung der Eigenschaften eines Grundwerkstoffs
durch zusätzliche Stoffe ist momentan nur bei metallischen
Werkstoffen bekannt. Bei metallischen Werkstoffen, z. B. Stahl, können
durch das gezielte Beimischen von chemischen Elementen in die Schmelze
wie Chrom, Nickel, Molybdän usw. die Eigenschaften des
Grundwerkstoffs Stahl auf die Anforderungen angepasst und verschiedene
Eigenschaften weitgehend unabhängig voneinander eingestellt
werden. Eine solche Vorgehensweise ist bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen
zurzeit nur über die Modifikation der Matrix möglich,
wobei eine unabhängige Einstellung der Eigenschaftskategorien
A und B nicht realisiert werden kann.
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Ein
Beimischen von zusätzlichen, die mechanischen Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B beeinflussenden Materialien unabhängig von
der Matrix kann momentan bei Faserverbundwerkstoffen auf verschiedenen
Wegen erfolgen, so z. B. auf Flächengebildeebene – Verarbeitung
von sich hinsichtlich des Faserverbundwerkstoffs oder der Fadenkonstruktion
unterscheidenden Verstärkungsfäden zu einem Verstärkungsflächengebilde – oder
auf Preformebene – Verarbeitung von aus unterschiedlichen
Werkstoffen bestehenden Verstärkungsflächengebilden
zu einer Textilpreform-.
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Die
mechanischen Eigenschaften der Kategorien A und/oder B herkömmlicher
Faserverbundwerkstoffe werden im Wesentlichen durch die Ausgangsmaterialien
beeinflusst, durch die Verstärkungsstruktur, die durch
den Werkstoff und die Anordnung gegeben ist, und die Matrix, durch
die Grenzschicht zwischen den beiden Materialien sowie durch den
Faser- bzw. den Matrixvolumenanteil. Meist erfolgt die Integration
zusätzlicher Komponenten für eine Beeinflussung
der Werkstoffeigenschaften durch die Verwendung separater Fäden
auf Flächengebildeebene oder separater Verstärkungshalbzeuge
auf Preformebene aus einem anderen Werkstoff in die aus einem Verstärkungsmaterial,
z. B. Glas, Aramid oder Karbon, bestehende Verstärkungsstruktur.
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Für
die Erzeugung hoher mechanischer Verbundeigenschaften ist während
der Verbundherstellung bei der Verwendung von thermoplastischen
Matrices, aufgrund der in der Regel hohen Viskosität der Schmelze,
eine homogene Verteilung der Verstärkungs- und der Matrixkomponente
eine unabdingbare Voraussetzung. Diese homogene Verteilung muss bereits
in der Verstärkungsstruktur erfolgen, z. B. im Faden, im
Faserband oder im Faservlies bzw. in der Fasermatte. Die Möglichkeit
zur Erzielung einer homogenen Verteilung von einer Verstärkungs-
und einer Matrixkomponente im Faden ist in einigen so genannten
Hybridgarnen in den Druckschriften
EP 0 616 055 A1 und
EP 0 717 133 81 beschrieben.
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Bei
dem in der Druckschrift
EP
0 616 055 A1 beschriebenen Garn handelt es sich um ein
Hybridgarn, das durch Simultanspinnen und Zusammenführen
einer Verstärkungs- und einer Matrixkomponente hergestellt
wird. Das Beimischen einer dritten Komponente oder einer zweiten
nichtschmelzbaren Komponente ist nicht vorgesehen.
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Auch
die in der Druckschrift
EP
0 717 133 B1 beschriebenen Hybridgarnvarianten sind reine Zwei-Komponentenhybridgarne,
bestehend aus einer Verstärkungs- und einer Matrixkomponente,
die unter Anwendung der Lufttexturtechnik gefertigt werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von Dreikomponentengarnen ist in der Druckschrift
von Paul, Ch.; Choi, B. -D.: Offermann, P.: Development
of Hybrid Yarns Comprised of Multiple Reinforcement Components,
Postervortrag auf der Fiber Society Spring Conference 2005,
Mai 2005 beschrieben, in der thermoplastische Verbundwerkstoffe
mit einem speziellen Gradientenverhalten generiert werden. Damit
ist gemeint, das Kraft-Dehnungs-Verhalten der einzelnen Komponenten
in den Verbundwerkstoff so zu übertragen, dass der Werkstoff
in Abhängigkeit von der Belastung zwei unterschiedliche
Eigenschaftsbereiche aufweist, hier speziell zwei Bereiche mit linearem
Kraft-Dehnungsanstieg (E-Modul konstant). Die unten stehende 3 zeigt
dies beispielhaft an qualitativen Kraft-Weg-Verläufen für
Zugversuche an unterschiedlichen Verbundwerkstoffen.
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Während
die strichdurchgängigen Kurvenverläufe in 3 für
z. B. hinsichtlich der Verstärkungsstruktur oder des Faseranteils
im Verbund unterschiedliche GF/PP-Versuche ohne Gradientenverhalten
stehen, zeigt die gestrichelte Kurve einen GF/PP-Verbund mit einer
dritten Komponente, die das angesprochene Gradientenverhalten bewirkt. Dieser
Verbund in 3 weist zu Beginn einer Verformung
einen nahezu konstanten hohen E-Modul (steiler Kraftanstieg) und
nach einem Übergangsbereich ab einer bestimmten Belastungsstufe
(Bereich höherer Dehnung) wechselt das Deformationsverhalten
zu einem nahezu konstanten geringen E-Modul (flacher Kraftanstieg).
Damit soll ein katastrophales Versagen der Verbunde bei Überbeanspruchung
vermieden werden.
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Die
Probleme der bekannten Lösung bestehen darin, dass die
Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften thermo- und duroplastischer
Faserverbundwerkstoffe über die Integration separater Fäden
bzw. separater Flächengebilde aus einem anderen Werkstoff
im Verbund aufgrund der inhomogenen Komponentenverteilung über
die Fläche und/oder über die Dicke zu lokalen
Inhomogenitäten oder zu einer schlechten Verbundqualität,
z. B. zu Lunkern oder zu ungünstigen Matrixverteilungen
führt, die sich negativ auf die mechanischen Verbundeigenschaften
und das Schädigungsverhalten der Verbunde auswirken können.
Sowohl über das Grenzschichtdesign sowie über
den Verstärkungsfaseranteil im Verbund lassen sich die
statischen und die dynamischen Eigenschaften zwar modifizieren,
die resultierenden Veränderungen gehen aber überwiegend
in die gleiche Richtung und führen entweder zu einer Erhöhung
oder aber zu einer Reduzierung der statischen und der dynamischen
mechanischen Eigenschaften.
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Es
ist ein Verfahren zur Luftblastexturierung oder Luftverwirbelung
von Filamentgarnen in der Druckschrift
WO 2001 044 546 A1 beschrieben,
wobei mindestens ein Monofilamentgarn und mindestens ein Muitifilamentgarn
von mindestens einem Filamentlieferwerk an eine Druckluftdüse
geliefert werden und dort durch Luftblastexturierung oder Luftverwirbelung
zu einem Mehrkomponentengarn miteinander verbunden werden, wobei
mindestens ein Monofilamentgarn metallhaltig und elektrisch leitfähig
ist und mit mindestens einem Multifilgarn luftblastexturiert oder
luftverwirbelt wird. Aus dem Mehrkomponentengarn wird somit ein
elektrisch leitfähiger Textilstoff hergestellt. Die Herstellung
von Faserverbundwerkstoffen mit thermoplastischer oder duroplastischer
Matrix und die Beeinflussung ihrer mechanischen Eigenschaften werden
nicht berücksichtigt.
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Eine
Vorrichtung zum Herstellen eines strangartigen Faserverbundes – in
Form eines Hybridgarns – aus Glasfasern und mindestens
einem Zusatzmaterial ist in der Druckschrift
EP 1 043 429 B1 beschrieben,
die mit einer rotierenden Ziehfläche, einer Abhebeinrichtung,
einem Spinntrichter, der in seiner Umfangswand eine längliche
Zuführöffnung mit einem ersten Speisepfad für
Glasfasern und an der Stirnseite eine Abzugsöffnung aufweist
und einen rotationssymmetrischen, zumindest in Umfangsrichtung bis
auf die Zuführöffnung geschlossenen Raum umgibt,
mit einer Abzugseinrichtung und mit einer Speiseeinrichtung für
das Zusatzmaterial versehen ist, wobei die Speiseeinrichtung einen
zweiten Speisepfad aufweist, der getrennt vom ersten Speisepfad durch
die Umfangswand des Spinntrichters verläuft.
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Das
Problem besteht hierbei, dass der Faserverbund immer aus dem Verstärkungsmaterial Glas
besteht und dass das Herstellungsverfahren unabhängig von
dem des Luftblastexturierens oder des Luftverwirbelns arbeitet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faserverbundwerkstoff
und ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen anzugeben,
die derart geeignet ausgebildet sind, dass der Faserverbundwerkstoff
mit über einen breiten Bereich sowie fein abgestuft einstellbaren,
hohen mechanischen Eigenschaften und mit einem weitgehend unabhängigen
einstellbaren Versagungsverhalten des Werkstoffs bei Crash-, Impact-
und Schlagbeanspruchungen versehen ist, wobei der Faserverbundwerkstoff
eine homogene Verteilung der Verbundkomponenten Verstärkungs-
und eigenschaftsmodifizierende Komponente auf Faserebene sowie keine,
durch den Einsatz von Verstärkungsfäden und/oder
Verstärkungsflächengebilden bedingte, strukturellen
Inhomogenitäten aufweisen soll.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und
16 gelöst. Der Faserverbundwerkstoff besteht aus
- – einer Verstärkungsstruktur
aus Mehrkomponenten-Hybridgarn, die mindestens eine Verstärkungskomponente
und mindestens eine eigenschaftsmodifizierende Komponente enthält,
und
- – einer Matrixkomponente mit einem vorgegebenen Volumenanteil,
wobei
sich zwischen Matrixmaterial, Verstärkungsmaterial und
eigenschaftsmodifizierendem Material eigenschaftsbestimmende Grenzflächenstrukturen
ausbilden und mechanische Eigenschaften der Kategorie A sowie mechanische Eigenschaften
der Kategorie B vorhanden sind,
wobei gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 zur Verstärkungskomponente
oder zur Verstärkungskomponente und Matrixkomponente mindestens
eine faser- oder filamentförmige, die Eigenschaften der
Kategorien A und/oder B exklusiv in ihrer Intensität modifizierende
Komponente hinzugefügt ist, wobei als mechanische Eigenschaften
der Kategorie A Zug-, Biege-, Druck- und Schubeigenschaften, die
in der Regel in statischen Prüfungen ermittelt werden,
und als mechanische Eigenschaften der Kategorie B dynamische Eigenschaften,
wie Crash-, Impact- und Schlageigenschaften, denen eine mehrachsige
Beanspruchung zugrunde liegt, festgelegt sind und wobei eine homogene
Verteilung aller Komponenten über die Fläche der
Verstärkungsstruktur und die Dicke des Verbunds vorgesehen
ist.
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Die
die Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierende Komponente,
die Verstärkungskomponente und ggf. die Matrixkomponente
in Form eines Mehrkomponenten-Hybridgarns sind homogen über
die Fläche und Dichte der Struktur des Verstärkungsmaterials
verteilt, wobei die Verteilung durch den Garn-Herstellungsprozess
herbeigeführt ist.
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Der
Faserverbundwerkstoff besitzt eine aus einem textilen Flächengebilde
bestehende oder eine durch die Ablage einzelner Garne durch Wickeln
oder Tape erzeugte Verstärkungsstruktur, wobei die Verstärkungsstruktur
teilweise oder vollständig aus Mehrkomponenten-Hybridgarnen
aufgebaut ist, die unter Einsatz der Luftblastexturier- oder Luftverwirbelungstechnik
aus luftverwirbelten oder commingelten Filamentgarne hergestellt
sind.
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Die
homogene Verteilung ist über den Fadenquerschnitt in aus
mindestens einer Verstärkungskomponente bestehenden Verstärkungsfäden, die über
die textile Flächenbildung und/oder Preformherstellung
zu duroplastischen, z. B. durch Harzinjektion und chemisch Aushärtung,
oder zu thermoplastischen, z. B. durch Filmstacking oder Pulverbeschichtung
mit anschließendem Thermopressprozess, Verbunden weiterverarbeitet
sind, vorgesehen.
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Der
duroplastische Verbund kann aus einer Verstärkungsstruktur
bestehen, die ausschließlich aus lufttexturierten bzw.
luftverwirbelten Mehrkomponenten- Hybridgarnen mit mindestens zwei
Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem Verstärkungsmaterial
und mindestens einem die Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen Material
bestehen.
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Der
duroplastische Verbund kann auch aus einer Verstärkungsstruktur
bestehen, die zusätzlich zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden partiell aus lufttexturierten
oder luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens
zwei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem
Verstärkungsmaterial und mindestens einem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen
Material bestehen.
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Der
thermoplastische Verbund kann aus einer Verstärkungsstruktur
bestehen, die ausschließlich aus lufttexturierten oder
luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens zwei Materialien
aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem Verstärkungsmaterial
und mindestens einem die Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen Material bestehen
und der Faserverbundwerkstoff durch die separate Zuführung
der Matrix durch Folien, Schmelze, Pulver oder reaktionsfähige
Thermoplaste hergestellt wird.
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Der
thermoplastische Verbund kann auch aus einer Verstärkungsstruktur
bestehen, die zusätzlich zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden partiell aus lufttexturierten
oder luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens
zwei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem Verstärkungsmaterial
und mindestens einem die Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen Material
bestehen und der Faserverbundwerkstoff durch die separate Zuführung
der Matrix durch Folien, Schmelze, Pulver oder reaktionsfähige
Thermoplaste hergestellt wird.
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Der
thermoplastische Verbund kann schließlich auch aus einer
Verstärkungsstruktur bestehen, die ausschließlich
aus lufttexturierten oder luftverwirbelten Mehrkompo nenten-Hybridgarnen
mit mindestens drei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne
aus einem Verstärkungsmaterial, mindestens einem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen
Material und dem Matrixmaterial bestehen.
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Der
thermoplastische Verbund kann aus einer Verstärkungsstruktur
bestehen, die zusätzlich zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden, bestehend aus mindestens zwei
Komponenten – Verstärkungs- und Matrixkomponente –,
partiell aus lufttexturierten oder luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen
mit mindestens drei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne
aus einem Verstärkungsmaterial, mindestens einem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen
Material und dem Matrixmaterial bestehen.
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In
dem Faserverbundwerkstoff kann ein Anteil von dem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierende, faser- oder filamentförmige
Material zu den im definierten Verhältnis zueinander vorliegenden
Verstärkungs- und Matrixmaterialien in einem Bereich bis
zu ca. 10,0 Vol.-% vorhanden sein.
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Als
verarbeitbare Verstärkungsmaterialien können Glas,
Carbon, Basalt, Aramid, Keramik vorgesehen sein.
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Als
thermoplastische Matrixmaterialien können Polypropylen,
Polyester, Polyamid, Polyetheretherketon oder Polyphenylensulfid
vorgesehen sein.
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Als
duroplastisches Matrixmaterial können duromere Harzsysteme,
z. B. Epoxidharz, Phenolharz oder Polyesterharz vorgesehen sein.
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Als
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierende, faser-
oder filamentförmige Materialien können wahlweise
und gesteuert volumenanteilig
- – thermoplastische
Chemiefasern, z. B. Polypropylensulfid, hochfestes Polyester, Polyamid, hochfestes
Polyethylen oder PEEK,
- – unschmelzbare Chemiefasern, z. B. Aramid, Viskose
oder CF,
- – anorganische Chemiefasern – Keramik, z.
B. SiBNC, oder
- – Metallfasern zugegeben sein.
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Das
Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen weist folgende
Schritte auf:
- – Erzeugung einer Verstärkungsstruktur
aus Mehrkomponenten-Hybridgarn, die mindestens eine Verstärkungskomponente
und mindestens eine eigenschaftsmodifizierenden Komponente enthalten,
und
- – Einbringen einer Matrixkomponente mit einem vorgegebenen
Volumenanteil, wobei sich zwischen Matrixmaterial, Verstärkungsmaterial
und eigenschaftsmodifizierendem Material eigenschaftsbestimmende
Grenzflächenstrukturen ausbilden und mechanische Eigenschaften
der Kategorie A sowie mechanische Eigenschaften der Kategorie B
entstehen,
wobei gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 16 folgende Schritte durchgeführt
werden: - – Hinzufügen mindestens
einer faser- oder filamentförmigen, die Eigenschaften der
Kategorien A und/oder B exklusiv in ihrer Intensität modifizierenden
Komponente zur Verstärkungskomponente oder zur Verstärkungskomponente
und Matrixkomponente während der Erzeugung der Verstärkungsstruktur,
wobei als mechanische Eigenschaften der Kategorie A Zug-, Biege-,
Druck- und Schubeigenschaften, die in der Regel in statischen Prüfungen
ermittelt werden, und als mechanische Eigenschaften der Kategorie
B dynamische Eigenschaften, wie Crash-, Impact- und Schlageigenschaften,
denen eine mehrachsige Beanspruchung zugrunde liegt, festgelegt
werden, und
- – Gewährleistung einer homogenen Verteilung
aller Komponenten über die Fläche der Verstärkungsstruktur
und die Dicke des Verbunds.
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Durch
eine gezielt platzierte Integration des Mehrkomponenten-Hybridgarns
werden in einer durch ein textiles Flächengebilde aufgebauten
Verstärkungsstruktur zusätz lich zu den ursprünglichen Verstärkungsfäden
systematisch lokale Eigenschaftsänderungen oder Inhomogenitäten
für eine anforderungsgerechte Bauteilauslegung durch eine entsprechende
partiell eingebrachte Werkstoffkombination eingebracht.
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Die
Modifizierung der mechanischen Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B wird über die Werkstoffzusammensetzung im Faden auf Faserebene
durch die Integration eines zusätzlichen, die mechanischen
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser-
oder filamentförmigen Materials mit homogener Verteilung über
den Fadenquerschnitt in aus mindestens einem Verstärkungsmaterial
bestehenden Verstärkungsfäden, die über
die textile Flächenbildung und/oder Preformherstellung
zu duroplastischen, z. B. durch Harzinjektion und chemisch Aushärtung,
oder zu thermoplastischen, z. B. durch Filmstacking oder Pulverbeschichtung
mit anschließendem Thermopressprozess, Verbunden weiterverarbeitet
sind, durchgeführt.
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Für
die Erzeugung der vorgegebenen mechanischen Eigenschaften der Kategorien
A und/oder B des Verbundes mit duroplastischer Matrix werden lufttexturierte
oder luftverwirbelte Hybridgarne mit mindestens zwei Komponenten
vollständig für die Fertigung der Verstärkungsstruktur
oder als zusätzliche Komponente zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden eingesetzt, wobei die Hybridgarne aus
einer Verstärkungskomponente und einer eigenschaftsmodifizierenden
faser- bzw. filamentförmigen Komponente bestehen.
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Bei
der Erzeugung eines Verbunds mit thermoplastischer Matrix über
Verfahren, bei denen eine Matrixeinbringung über Folie,
Schmelze, Pulver, reaktionsfähige Thermoplaste erfolgt,
werden für die Erzeugung der vorgegebenen mechanischen
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B lufttexturierte oder luftverwirbelte
Hybridgarne mit mindestens zwei Komponenten vollständig
für die Fertigung der Verstärkungsstruktur oder
als zusätzliche Komponente zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden eingesetzt, wobei die Hybridgarne
aus einer Verstärkungskomponente und einer eigenschaftsmodifizierenden faser-
bzw. filamentförmigen Komponente bestehen.
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Bei
der Erzeugung des Verbunds mit thermoplastischer Matrix, bei denen
die Matrixeinbringung über das Garn erfolgt, werden für
die Erzeugung der vorgegebenen mechanischen Eigenschaften der Kategorien
A und/oder B lufttexturierte oder luftverwirbelte Hybridgarne mit
mindestens drei Komponenten vollständig für die
Fertigung der Verstärkungsstruktur oder als zusätzliche
Komponente zu den ursprünglichen Verstärkungsfäden
eingesetzt, wobei die Hybridgarne aus einer Verstärkungskomponente,
einer eigenschaftsmodifizierenden faser- bzw. filamentförmigen
Komponente und einer Matrixkomponente bestehen.
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Die
Einstellung der Verbundeigenschaften erfolgt somit durch die Integration
zusätzlicher faser- oder filamentförmiger, eigenschaftsmodifizierender Werkstoffe
in einem geringen Anteil zu den Grundwerkstoffen: Verstärkungskomponente
oder Verstärkungskomponente und Matrixkomponente in den
Faserverbundwerkstoff. Für die Sicherstellung einer homogenen
Komponentenverteilung über die Fläche der Verstärkungsstruktur
und die Dicke des Faserverbundwerkstoffs ist dieser aus Mehrkomponenten-Hybridgarnen
hergestellt, die in ihrer Hybridgarnstruktur die Komponenten Verstärkungskomponente plus
eigenschaftsmodifizierende Komponente oder Verstärkungskomponente
plus eigenschaftsmodifizierende Komponente plus Matrixkomponente
enthalten.
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Der
erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff besitzt
eine aus einem textilen Flächengebilde bestehende Verstärkungsstruktur,
z. B. Gewebe, Geflechte, Gewirke, Gestricke oder Gesticke. Das textile Flächengebilde
wiederum ist teilweise oder vollständig aus Mehrkomponenten-Hybridgarnen,
die in ihrer Hybridgarnstruktur die Komponenten Verstärkungskomponente
plus eigenschaftsmodifizierende Komponente oder Verstärkungskomponente
plus eigenschaftsmodifizierende Komponente plus Matrixkomponente
enthalten, aufgebaut, die unter Einsatz der Luftblastexturier- oder
der Luftverwirblungstechnik als luftverwirbelte bzw. commingelte
Filamentgarne hergestellt sind. Für die homogene Verteilung
der eigenschaftsmodifizierenden Komponente über die Fläche
der Verstärkungsstruktur und die Dicke des Faserverbund- Werkstoffs
muss das textile Flächengebilde vollständig aus
dem Mehrkomponenten-Hybridgarn aufgebaut sein. Des Weiteren können
durch die gezielt platzierte Integration das Mehrkomponenten-Hybridgarn
in ein textiles Flächengebilde zusätzlich zu den
ursprünglichen Verstärkungsfäden systematisch
lokale Eigenschaftsänderungen bzw. Inhomogenitäten
im Faserverbundwerkstoff für eine anforderungsgerechte
Bauteilauslegung durch eine entsprechende partiell eingebrachte
Werkstoffkombination erzeugt werden.
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Die
Eigenschaftsbeeinflussung erfolgt hier analog wie bei der duroplastischen
Matrix durch die Integration einer zusätzlichen eigenschaftsmodifizierenden
Komponente mit geringem Anteil in das Hybridgarn. So wird z. B.
durch die Zugabe von einem Anteil von 3,5 bis 5,0 Vol.-% an Polyphenylensulfid-Filamentgarn
zu weiter im gleichen Verhältnis zueinander vorliegenden
Glasfilament- und PP-Filamentgarnen die Schlagzähigkeit
der Verbunde um ca. 14% erhöht ohne die mechanischen Eigenschaften
der Kategorie A wesentlich zu verändern.
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Erst
durch die Herstellung von lufttexturierten oder luftverwirbelten
Hybridgarnen mit variabler einstellbarer Fadenfeinheit und variabel
einstellbarem Mischungsverhältnis aus mehreren Komponenten
ist eine homogene Verteilung zusätzlicher eigenschaftsmodifizierender
Komponenten im Faserverbundwerkstoff möglich. Des Weiteren
ist es durch die in Fadenform vorliegenden Hybridgarne möglich,
diese mit einer geeigneten Anordnung in die textile Verstärkungsstruktur
zu integrieren oder auf diese zu applizieren, um damit z. B. lokale
Eigenschaftsveränderungen im Faserverbundwerkstoff zu erzeugen.
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Die
Erfindung eröffnet die Möglichkeit, dass erstmals
duroplastische und thermoplastische Faserverbundwerkstoffe in einem
automatisierten Fertigungsprozess herstellbar sind, die hinsichtlich
ihres Crash-, Impact- und Schlagverhaltens (z. B. Splitterneigung
und Eigenabsorption) optimal eingestellt werden können,
ohne dass dies einen wesentlichen Einfluss auf die Realisierung
hoher statischer und dynamischer Steifig keiten und Festigkeiten
hat und ohne dass der Verbund werkstoffbedingte lokale Eigenschaftsinhomogenitäten
oder -unterschiede aufweist.
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Die
Erfindung ermöglicht es auch, dass die mechanischen Steifigkeiten
und Festigkeiten von Faserverbundwerkstoffen weitgehend unabhängig
von deren Crash-, Impact- und Schlageigenschaften gezielt auf die
anwendungsbedingten Anforderungen eingestellt werden können.
Durch die Vermeidung struktureller Inhomogenitäten infolge
der homogenen Verteilung der einzelnen Komponenten werden unbeabsichtigte
lokale Festigkeits- und Steifigkeitsunterschiede und damit lokale
Schwachstellen der Verbunde ausgeschlossen. Aufgrund dieser Tatsachen kommt
es bei Anwendung der Erfindung zu einer wesentlichen Erweiterung
des Eigenschaftsspektrums duroplastischer und thermoplastischer
Faserverbundwerkstoffe, zu einem deutlich erhöhten Leistungs-Masse-Verhältnis
der Verbunde sowie zur Einsparung von Ausgangsmaterialien bei der
Herstellung von Faserverbundwerkstoffen.
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Dabei
können:
- – verarbeitbare Verstärkungsmaterialien:
Glas, Carbon, Basalt, Aramid, Keramik
- – thermoplastische Matrixmaterialien: Polypropylen,
Polyester, Polyamid, Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid,
- – duroplastische Matrixmaterialien: duromere Harzsysteme,
z. B. Epoxidharz, Phenolharz, Polyesterharz
sein.
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Die
Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mittels
mehrerer Zeichnungen erläutert:
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Ausgangsmaterialien des erfindungsgemäßen
Faserverbundwerkstoffs, wobei
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1a eine
erste Verstärkungsstruktur in Form eines Doppelflächengebildes
mit dem erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Hybridgarn,
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1b eine
zweite Verstärkungsstruktur in Form eines Fünffachflächengebildes
mit dem erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Hybridgarn,
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1c einen
Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Mehrkomponenten-Hybridgarn
nach 1a mit einer die Eigenschaften der Kategorien
A und/oder B exklusiv modifizierenden Komponente,
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1d eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Mehrkomponenten-Hybridgarns mit einer die Eigenschaften der Kategorien
A und/oder B exklusiv modifizierenden Komponente und
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1e einen
Querschnitt des erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Hybridgarns
mit einer die Eigenschaften der Kategorien A und/oder B exklusiv modifizierenden
Komponente nach 1d zeigen,
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2 eine
Darstellung der Verhältnisse zwischen den Eigenschaften
A und den Eigenschaften B, wobei
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2a das
Verhältnis in Form einer Kategorien-A-B-Darstellung in
einem Faserverbundwerkstoff nach dem Stand der Technik und
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2b das
Verhältnis in Form einer Kategorien-A-B-Darstellung in
einem erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoff
zeigen,
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3 eine
Darstellung des Gradientenverhaltens eines Faserverbundwerkstoffs
in einem Kraft(F)-Dehnung(ε)-Diagramm für Zugversuche
an unterschiedlichen Verbundwerkstoffen und
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4 eine
Darstellung der Abhängigkeit der Biegefestigkeit von der
Schlagzähigkeit von erfindungsgemäßen
thermoplastischen UD-Verbundwerkstoffen aus Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit
einer Verstärkungskomponente Glas (GF) und einer Matrixkomponente
Polypropylen (PP) als Grundkom ponenten und einer eigenschaftsmodifizierenden Komponente
Aramid oder mit Polyphenylensulfid als die Eigenschaften der Kategorien
A und/oder B modifizierendes Material, wobei die Prozentangaben
für jeweils den Faservolumenanteil des die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden Materials im Faserverbundwerkstoff
bei konstantem Volumenverhältnis zwischen dem Verstärkungsmaterial Glas
und dem Matrixmaterial Polypropylen stehen.
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Der
Faserverbundwerkstoff besteht aus
- – einer
in 1a, 1b dargestellten Verstärkungsstruktur 4, 5 aus
einem in 1c dargestellten Mehrkomponenten-Hybridgarn 1,
die mindestens eine Verstärkungskomponente 2 und
mindestens eine eigenschaftsmodifizierende Komponente 3 enthält,
und
- – einer Matrixkomponente 6 mit einem vorgegebenen
Volumenanteil,
wobei sich zwischen Matrixmaterial 6,
Verstärkungsmaterial 2 und eigenschaftsmodifizierendem
Material 3 eigenschaftsbestimmende Grenzflächenstrukturen ausbilden
und mechanische Eigenschaften der Kategorie A sowie mechanische
Eigenschaften der Kategorie B vorhanden sind.
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Erfindungsgemäß ist
zur Verstärkungskomponente 2, wie in 1d, 1e gezeigt,
oder zur Verstärkungskomponente 2 und Matrixkomponente 6,
wie in 1a, 1b, 1c gezeigt,
mindestens eine faser- oder filamentförmiges, die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B exklusiv in ihrer Intensität
modifizierende Komponente 3 hinzugefügt, wobei
als mechanische Eigenschaften der Kategorie A Zug-, Biege-, Druck-
und Schubeigenschaften, die in der Regel in statischen Prüfungen
ermittelt werden, und als mechanische Eigenschaften der Kategorie
B dynamische Eigenschaften, wie Crash-, Impact- und Schlageigenschaften,
denen eine mehrachsige Beanspruchung zugrunde liegt, festgelegt sind
und wobei eine homogene Verteilung, wie in 1c, 1e im
Mehrkomponenten-Hybridgarn 1 und in 1a, 1b in
Verstärkungsstrukturen 4, 5 gezeigt ist,
aller Komponenten 2, 3, 6 über
die Fläche der Verstärkungsstruktur 4, 5 und
die Dicke des Verbunds vorgesehen ist.
-
Die
Möglichkeit, einem Faserverbundwerkstoff als Ganzes durch
das Beimischen und die homogene Verteilung zusätzlicher
Werkstoffkomponenten die Eigenschaften der beiden Eigenschaftskategorien
A und B unabhängig voneinander zu beeinflussen und so ein
neues Eigenschaftsspektrum des Faserverbundwerkstoffs einzustellen,
ist in 2b gezeigt, in der das Verhältnis
in Form einer Kategorien-A-B-Darstellung in einem erfindungsgemäßen
Faserverbundwerkstoff dargestellt ist.
-
In 3 ist
eine Darstellung des Gradientenverhaltens eines Faserverbundwerkstoffs
in einem Kraft(F)-Dehnung(ε)-Diagramm für Zugversuche
an unterschiedlichen Verbundwerkstoffen gezeigt.
-
In 4 ist
eine Darstellung der Abhängigkeit von der Biegefestigkeit
zur der Schlagzähigkeit von erfindungsgemäßen
hier thermoplastischen UD-Verbundwerkstoffen aus Mehrkomponenten-Hybridgarnen
als Beispiel hier mit einer Verstärkungskomponente Glas
(GF) und einer Matrixkomponente Polypropylen (PP) als Grundkomponenten
und einer eigenschaftsmodifizierenden Komponente Aramid oder Polyphenylensulfid
(PPS) als die Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierendes
Material, wobei die Prozentangaben für jeweils den Faservolumenanteil
des die Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierenden
Materials im Faserverbundwerkstoff bei konstantem Volumenverhältnis zwischen
dem Verstärkungsmaterial Glas und dem Matrixmaterial Polypropylen
stehen, gezeigt.
-
Dabei
wird durch eine Volumenanteilserhöhung von Aramid (9,5
bis 10,7%) oder durch eine Volumenanteilsverringerung Polyphenylensulfid
(4,8 bis 3,8%) als eigenschaftsmodifizierende Komponenten bei etwa
jeweils gleich bleibender Biegefestigkeit als Eigenschaft der Kategorie
A eine deutliche Veränderung der Schlagzähigkeit
als Eigenschaft der Kategorie B erreicht. Dabei wird durch die Konstanz
der einen Eigenschaft der Kategorie A nur die Eigenschaft der Kategorie
B modifiziert, so dass eine unabhängige Beeinflussung der
Eigenschaften der Kategorien A und B angege ben werden kann. Mit
den beiden Geraden in 4 kann ein Vergleich mit den
Geraden in 2b gezogen werden, in der mit
den dort dargestellten, parallel zu den Kategorie-Koordinaten A,
B ausgebildeten Geraden ein erfindungsgemäßes Herauslösen
aus der herkömmlichen, in 2a gezeigten
Korrespondenz der beiden Eigenschaften der Kategorie A und der Kategorie
B bestätigt wird.
-
In
dem Faserverbundwerkstoff ist das hinzugefügte, die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierende Material über
die Herstellungsbedingungen gesteuert hinsichtlich Anteil und Anordnung
integriert.
-
Das
die Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierende Material,
das Verstärkungsmaterial und ggf. das Matrixmaterial in
Form eines Mehrkomponenten-Hybridgarns sind homogen über
die Fläche und Dichte der Struktur des Verstärkungsmaterials
verteilt, wobei die Verteilung durch den Herstellungsprozess herbeigeführt
ist.
-
Der
erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff besitzt
eine aus einem textilen Flächengebilde bestehende Verstärkungsstruktur
oder ist durch die Ablage einzelner Garne durch Wickeln oder Tape
legen zu einer Verstärkungsstruktur aufgebaut, wobei die
Verstärkungsstruktur teilweise oder vollständig aus
Mehrkomponenten-Hybridgarnen aufgebaut ist, die unter Einsatz der
Luftblastexturier- oder Luftverwirblungstechnik aus luftverwirbelten
oder commingelten Filamentgarnen hergestellt sind.
-
Durch
eine gezielt platzierte Integration des Mehrkomponenten-Hybridgarns
in die Verstärkungsstruktur sind zusätzlich zu
den ursprünglichen Verstärkungsfäden
systematisch lokale Eigenschaftsänderungen oder Inhomogenitäten
für eine anforderungsgerechte Bauteilauslegung durch eine
entsprechend partiell eingebrachte Werkstoffkombination vorgesehen.
-
Im
Folgenden werden Aufbauvarianten des erfindungsgemäßen
Faserverbundwerkstoffs in Abhängigkeit von der Matrix angegeben:
- 1. Ein duroplastischer Faserverbundwerkstoff
besteht aus einer Verstärkungs struktur die ausschließlich
aus lufttexturierten bzw. luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen
mit mindestens zwei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne
aus einem Verstärkungsmaterial und mindestens einem die
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser-
bzw. filamentförmigen Material bestehen.
- 2. Ein duroplastischer Faserverbundwerkstoff besteht aus einer
Verstärkungsstruktur die zusätzlich zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden partiell aus lufttexturierten
bzw. luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens zwei
Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem Verstärkungsmaterial
und mindestens einem die Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen Material
bestehen.
- 3. Ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff besteht aus einer
Verstärkungsstruktur die ausschließlich aus lufttexturierten
bzw. luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens
zwei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem
Verstärkungsmaterial und mindestens einem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen
Material bestehen und der Faserverbundwerkstoff durch die separate
Zuführung der Matrix durch Folien, Schmelze, Pulver oder reaktionsfähige
Thermoplaste hergestellt wird.
- 4. Ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff besteht aus einer
Verstärkungsstruktur die zusätzlich zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden partiell aus lufttexturierten
bzw. luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens zwei
Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem Verstärkungsmaterial
und mindestens einem die Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen Material
bestehen und der Faserverbundwerkstoff durch die separate Zuführung der
Matrix durch Folien, Schmelze, Pulver oder reaktionsfähige
Thermoplaste hergestellt wird.
- 5. Ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff besteht aus einer
Verstärkungsstruktur die ausschließlich aus lufttexturierten
bzw. luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen mit mindestens
drei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgarne aus einem
Verstärkungsmaterial, mindestens einem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen
Material und dem Matrixmaterial bestehen.
- 6. Ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff besteht aus einer
Verstärkungsstruktur die zusätzlich zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden, bestehend aus mindestens zwei
Komponenten (Verstärkungs- und Matrixkomponente), partiell
aus lufttexturierten bzw. luftverwirbelten Mehrkomponenten-Hybridgarnen
mit mindestens drei Materialien aufgebaut ist, wobei die Hybridgare aus
einem Verstärkungsmaterial, mindestens einem die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser- bzw. filamentförmigen Material
und dem Matrixmaterial bestehen.
-
In
dem Faserverbundwerkstoff kann ein Anteil der die Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B modifizierende, faser- oder filamentförmige
Material zu den im definierten Verhältnis zueinander vorliegenden
Verstärkungs- und Matrixmaterialien in einem Bereich bis
zu ca. 10,0 Vol.-% vorhanden sein.
-
Als
verarbeitbare Verstärkungsmaterialien können Glas,
Carbon, Basalt, Aramid, Keramik vorgesehen sein.
-
Als
thermoplastische Matrixmaterialien können z. B. Polypropylen,
Polyester, Polyamid, Polyetheretherketon oder Polyphenylensulfid
vorgesehen sein.
-
Als
duroplastisches Matrixmaterial können duromere Harzsysteme,
z. B. Epoxidharz, Phenolharz oder Polyesterharz vorgesehen sein.
-
Als
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierende, faser-
oder filamentförmige Materialien können
- – thermoplastische Chemiefasern, z.
B. Polyphenylensulfid, hochfestes Polyester, Polyamid, hochfestes
Polyethylen oder PEEK,
- – unschmelzbare Chemiefasern, z. B. Aramid, Viskose
oder CF,
- – anorganische Chemiefasern – Keramik, z.
B. SiBNC, oder
- – Metallfasern
zugegeben sein.
-
Das
Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen weist folgende
Schritte auf:
- – Erzeugung einer Verstärkungsstruktur 4, 5 aus Mehrkomponenten-Hybridgarn 1,
die mindestens eine Verstärkungskomponente 2 und
mindestens eine eigenschaftsmodifizierende Komponente 3 enthält,
und
- – Einbringen einer Matrixkomponente 6 mit
einem vorgegebenen Volumenanteil,
wobei sich zwischen Matrixmaterial 6,
Verstärkungsmaterial 2 und eigenschaftsmodifizierendem
Material 3 eigenschaftsbestimmende Grenzflächenstrukturen ausbildeen
und mechanische Eigenschaften der Kategorie A sowie mechanische
Eigenschaften der Kategorie B entstehen.
-
Erfindungsgemäß werden
folgende Schritte durchgeführt:
-
- – Hinzufügen mindestens einer
faser- oder filamentförmigen, die Eigenschaften der Kategorien A
und/oder B exklusiv in ihrer Intensität modifizierenden
Komponente 3 zur Verstärkungskomponente 2 oder
zur Verstärkungskomponente 2 und Matrixkomponente 6 während
der Erzeugung der Verstärkungsstruktur 4, 5,
wobei als mechanische Eigenschaften der Kategorie A Zug-, Biege-, Druck-
und Schubeigenschaften, die in der Regel in statischen Prüfungen
ermittelt werden, und als mechanische Eigenschaften der Kategorie
B dynamische Eigenschaften, wie Crash-, Impact- und Schlageigenschaften,
denen eine mehrachsige Beanspruchung zugrunde liegt, festgelegt
werden, und
- – Gewährleistung einer homogenen Verteilung
aller Komponenten 2, 3, 6 über
die Fläche der Verstärkungsstruktur 4, 5 und
die Dicke des Verbunds.
-
Durch
eine gezielt platzierte Integration des Mehrkomponenten-Hybridgarns
in ein textiles Flächengebilde werden zusätzlich
zu den ursprünglichen Verstärkungsfäden
systematisch lokale Eigenschaftsänderungen oder Inhomogenitäten
für eine anforderungsgerechte Bauteilauslegung durch eine entsprechende
partiell eingebrachte Werkstoffkombination eingebracht.
-
Die
Modifizierung der mechanischen Eigenschaften der Kategorien A und/oder
B kann über die Werkstoffzusammensetzung im Faden in der
Faserebene durch die Integration eines zusätzlichen, die mechanischen
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierenden, faser-
oder filamentförmigen Materials mit homogener Verteilung über
den Fadenquerschnitt in aus mindestens einem Verstärkungsmaterial
bestehenden Verstärkungsfäden, die über
die textile Flächenbildung und/oder Preformherstellung
zu duroplastischen, z. B. durch Harzinjektion und chemisch Aushärtung,
oder zu thermoplastischen, z. B. durch Filmstacking oder Pulverbeschichtung
mit anschließendem Thermopressprozess, Verbunden weiterverarbeitet
sind, durchgeführt werden.
-
Für
die Erzeugung der vorgegebenen mechanischen Eigenschaften der Kategorien
A und/oder B des Verbundes mit duroplastischer Matrix können
lufttexturierte oder luftverwirbelte Hybridgarne mit mindestens
zwei Komponenten vollständig für die Fertigung
der Verstärkungsstruktur oder als zusätzliche
Komponente zu den ursprünglichen Verstärkungsfäden
eingesetzt werden, wobei die Hybridgarne aus einer Verstärkungskomponente
und einer eigenschaftsmodifizierenden faser- bzw. filamentförmigen
Komponente bestehen.
-
Bei
der Erzeugung eines Verbunds mit thermoplastischer Matrix mit Verfahren,
bei denen eine Matrixeinbringung über Folie, Schmelze,
Pulver, reaktionsfähige Thermoplaste erfolgt, können
für die Erzeugung der vorgegebenen mechanischen Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B lufttexturierte oder luftverwirbelte
Hybridgarne mit mindestens zwei Komponenten vollständig
für die Fertigung der Verstärkungsstruktur oder
als zusätzliche Komponente zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden eingesetzt werden, wobei die
Hybridgarne aus einer Verstärkungskomponente und einer
eigenschaftsmodifizierenden faser- bzw. filamentförmigen
Komponente bestehen.
-
Bei
der Erzeugung des Verbunds mit thermoplastischer Matrix, bei denen
die Matrixeinbringung über das Garn erfolgt, können
für die Erzeugung der vorgegebenen mechanischen Eigenschaften
der Kategorien A und/oder B lufttexturierte oder luftverwirbelte
Hybridgarne mit mindestens drei Komponenten vollständig
für die Fertigung der Verstärkungsstruktur oder
als zusätzliche Komponente zu den ursprünglichen
Verstärkungsfäden eingesetzt werden, wobei die
Hybridgarne aus einer Verstärkungskomponente, einer eigenschaftsmodifizierenden
faser- bzw. filamentförmigen Komponente und einer Matrixkomponente
bestehen.
-
- 1
- Mehrkomponenten-Hybridgarn
- 2
- Verstärkungskomponente
- 3
- die
Eigenschaften der Kategorien A und/oder B modifizierende Komponente
- 4
- erste
Verstärkungsstruktur
- 5
- zweite
Verstärkungsstruktur
- 6
- Matrixkomponente
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0616055
A1 [0012, 0013]
- - EP 071713381 [0012]
- - EP 0717133 B1 [0014]
- - WO 2001044546 [0018]
- - EP 1043429 B1 [0019]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Paul, Ch.;
Choi, B. -D.: Offermann, P.: Development of Hybrid Yarns Comprised
of Multiple Reinforcement Components, Postervortrag auf der Fiber
Society Spring Conference 2005 [0015]