DE102012001317A1 - Fibrous composite material component, useful in aerospace industry and vehicle bodywork, includes composite material layers, where one of the material layers includes two different matrix materials that are present in defined regions - Google Patents

Fibrous composite material component, useful in aerospace industry and vehicle bodywork, includes composite material layers, where one of the material layers includes two different matrix materials that are present in defined regions Download PDF

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Abstract

The fibrous composite material component comprises three composite material layers (12, 14), where: one of the material layers comprises two different matrix materials that are partially present in absolute defined regions (15, 16); and one of the different matrix materials has an elasticity, which is larger than the elasticity of other matrix materials of the same composite material layer and the other composite material layer. A second fibrous composite material layer comprises two different matrix materials, which are partially present in the absolute defined regions. The fibrous composite material component comprises three composite material layers (12, 14), where: one of the material layers comprises two different matrix materials that are partially present in absolute defined regions (15, 16); and one of the different matrix materials has an elasticity, which is larger than the elasticity of other matrix materials of the same composite material layer and the other composite material layer. A second fibrous composite material layer comprises two different matrix materials, which are partially present in the absolute defined regions and differ according to a mechanical property. The defined regions, which are formed from the two different matrix materials, form a pattern such as a regular pattern. The fibers in fiber webs, fiber networks, fiber knitted or fiber matte, fiber fleeces consist of glass fibers, and/or kevlar (RTM: Para-aramid synthetic fiber) or carbon fibers. An independent claim is included for a method for manufacturing a fibrous composite material component.

Description

Die Erfindung betrifft Faserverbundkunststoff-Bauteile und Verfahren, um diese herzustellen.The invention relates to fiber composite plastic components and methods for making them.

Faserverbundwerkstoffe finden zunehmend Verwendung, insbesondere in der Luftfahrtindustrie und im Fahrzeug-Karosseriebereich. Hauptgrund der Anwendung der Faserverbundwerkstoffe ist vor allem die Gewichtsreduzierung von Bauteilen. Solche Werkstoffe werden üblicherweise mit dem bekannten Resin-Transfer-Molding-Verfahren (RTM) oder dem Sheet-Molding-Compound-Verfahren (SMC) hergestellt. Während beim RTM-Verfahren stets das flüssige Matrixmaterial in eine Form, die Fasern aufweist, eingespritzt wird und aushärten muss, kann beim SMC-Verfahren das Matrixmaterial auch in granulärer oder anderer Form vorliegen und es wird in einer Werkzeugform mit darin eingelegten Fasern, die als Matten vorliegen, verpresst. Die Verwendung von feingranulären Materialien, respektive Pulvern, zur Verbundwerkstoffherstellung ist bereits aus der DE 698 03 697 T2 bekannt, in der vorgeschlagen wird, mittels elektrostatischer Imprägnierung Pulver homogen in Faserschichten zur Verbundfaserwerkstoffherstellung einzubringen. Das Trockenimprägnieren eines Verstärkungsmaterials, das aus Fasern bestehen kann, zur Herstellung eines Komposits ist auch aus der DE 691 30 111 T2 bekannt.Fiber composites are increasingly being used, in particular in the aerospace industry and in the vehicle body sector. The main reason for the use of the fiber composites is above all the weight reduction of components. Such materials are usually produced by the known resin transfer molding process (RTM) or the sheet molding compound process (SMC). While in the RTM process, the liquid matrix material is always injected into a mold having fibers and must cure, in the SMC process, the matrix material may also be in granular or other form, and it will be present in a tool mold with fibers inserted therein Mats are present, pressed. The use of fine granular materials, respectively powders, for composite material production is already out of the DE 698 03 697 T2 in which it is proposed to introduce powders homogeneously into fiber layers for composite fiber material production by means of electrostatic impregnation. The dry impregnation of a reinforcing material, which may consist of fibers, for the production of a composite is also known from DE 691 30 111 T2 known.

Wird ein Fasergewebe oder -geflecht, etwa aus Glasfaser-, Kevlar- oder Kohlefasern, die in definierten Orientierungen in eine Thermoplastmatrix eingebettet und zu Platten gewalzt ist, so wird ein sogenanntes Organoblech zur weiteren Fertigung von FVK-Bauteilen erhalten. Wegen seiner guten Haftung zu den Fasern wird Polyamid oft als Thermoplastmatrix verwendet. Zur späteren Be- und Verarbeitung des Organoblechs kann der erhärtete Thermoplast in einer Aufschmelzstation wieder aufgeschmolzen werden, um dann mittels einer gekühlten Presse innerhalb einer kurzen Bearbeitungszeit in die endgültige Form gebracht zu werden.If a fiber fabric or braid, for example made of glass fiber, Kevlar or carbon fibers, which is embedded in defined orientations in a thermoplastic matrix and rolled into plates, so-called organo sheet for further production of FRP components is obtained. Because of its good adhesion to the fibers, polyamide is often used as a thermoplastic matrix. For later processing of the organic sheet, the hardened thermoplastic can be melted again in a melting station, in order then to be brought into the final shape by means of a cooled press within a short processing time.

Hauptnachteil der Faserverbundwerkstoffe gegenüber homogenen Materialien wie Aluminium- und Stahllegierungen ist die Stoßempfindlichkeit, die zur Delamintation, also dem Aufplatzen bzw. zur Ablösung der einzelnen Faser-Gewebe- und Harzschichten im Faserverbundwerkstoffe führen kann und die Strukturfestigkeit deutlich reduziert. Unter Belastung vergrößern sich die beschädigten Bereiche dann weiter. Da beim Versagen der Strukturen die Faserverbundwerkstoffe abrupt brechen, werden derzeit gefährdete Bauteile üblicher Weise entsprechend stärker dimensioniert ausgelegt, was dazu führt, dass der Gewichtsvorteil gegenüber homogenen Materialien, die durch Stoßbelastungen deutlich weniger beeinträchtigt werden, deutlich verringert wird.The main disadvantage of fiber composites compared to homogeneous materials such as aluminum and steel alloys is the shock sensitivity, which can lead to delamination, ie the bursting or detachment of the individual fiber fabric and resin layers in the fiber composite materials and significantly reduces the structural strength. Under load, the damaged areas then continue to increase. Since the fiber composite materials abruptly break in the failure of the structures, currently vulnerable components are usually designed according to larger dimensions, which means that the weight advantage over homogeneous materials that are significantly less affected by shock loads significantly reduced.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe der Schaffung von Faserverbundkunststoff-Bauteilen, die eine verbesserte Stoßbelastungsresistenz aufweisen.Based on this prior art, the object of the creation of fiber composite plastic components, which have an improved impact resistance.

Diese Aufgabe wird durch das Faserverbundkunststoff-Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the fiber composite plastic component having the features of claim 1.

Die Aufgabe der Bereitstellung eines entsprechenden Fertigungsverfahrens für stoßbelastungsverbesserte Faserverbundkunststoff-Bauteile wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 oder durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.The object of providing a corresponding production method for impact load-improved fiber composite plastic components is achieved by the method having the features of claim 7 or by the method having the features of claim 9.

Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Faserverbundkunststoff-Bauteils bezieht sich darauf, dass bei einem solchen Bauteil mit wenigstens zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten zumindest eine der beiden Faserverbundwerkstoff-Schichten zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien aufweist, die zumindest teilweise in definierten Bereichen unvermischt vorliegen. Unter Faserverbundwerkstoffen sind hier Faserverstärkte Kunststoffe, bzw. FVK und Fasern-Matrix-Verbunde zu verstehen. Erfindungsgemäß weist dabei wenigstens eines der unterschiedliche Matrixmaterialien eine Elastizität auf, die größer ist als die Elastizität der weiteren Matrixmaterialien derselben Faserverbundwerkstoff-Schicht und auch der zweiten oder weiteren Faserverbundwerkstoff-Schichten. Damit wird gemäß der Erfindung erreicht, dass die Bereiche höherer Elastizität dem gesamten Faserverbundkunststoff-Bauteil eine höhere Flexibilität und damit Stoßbelastbarkeit beimessen, da die flexiblen Bereiche ähnlich wie „Dehnungsfugen” wirken, die aus der Bautechnik bekannt sind. Je nach Platzierung der „Dehnungsfugenschicht” kann so die Delaminierung minimiert oder sogar verhindert werden.A first embodiment of a fiber composite plastic component according to the invention refers to the fact that in such a component having at least two fiber composite layers, at least one of the two fiber composite layers has two or more different matrix materials which are present at least partially unmixed in defined areas. Fiber composite materials here are fiber-reinforced plastics, or FRP and fiber-matrix composites to understand. According to the invention, at least one of the different matrix materials has an elasticity which is greater than the elasticity of the further matrix materials of the same fiber composite material layer and also of the second or further fiber composite material layers. This is achieved according to the invention that the areas of higher elasticity attach the entire fiber composite plastic component higher flexibility and shock resistance, since the flexible areas similar to "expansion joints" act, which are known from construction technology. Depending on the placement of the "expansion joint layer" so the delamination can be minimized or even prevented.

Wenn das Faserverbundkunststoff-Bauteil drei oder mehr Faserverbundwerkstoff-Schichten aufweist, so wird vorgeschlagen, wenigstens eine der mittleren bzw. zwischen einer obersten und einer untersten Schicht des gesamten Faserverbundwerkstoff-Schichtaufbaus liegenden Faserverbundwerkstoff-Schichten als „Dehnungsfugenschicht” mit den zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien auszubilden, wobei diese zumindest teilweise in definierten Bereichen unvermischt vorliegen. „Zumindest teilweise in definierten Bereichen unvermischt” bedeutet hierin, dass die Materialien, die zwar während der Fertigung durchaus exakt abgegrenzt auf eine entsprechende Faserschicht aufgebracht werden können, während des Fertigungsprozesses an den Bereichsgrenzen durchmischt werden, dort also eine Mischung beider oder sogar mehrerer aneinander angrenzenden Matrixmaterialien vorliegen kann. Durch diese Gestaltung wird erreicht, dass das in der mittleren Schicht bereichsweise vertretene Matrixmaterial höchster Elastizität – im Vergleich zu allen weiteren Matrixmaterialien – die Dehnungsfugenfunktionalität bereitstellt und damit die Stoßresistenz verbessert, und auch einer Delaminierung der Schichten bei Stoßbelastung entgegenwirkt.When the fiber composite resin member has three or more fiber composite layers, it is proposed that at least one of the middle and fiber layers located between uppermost and lowermost layers of the entire fiber composite layer structure be used as an "expansion joint layer" comprising the two or more different matrix materials form at least partially present in defined areas unmixed. "At least partially unmixed in defined areas" means herein that the materials which can indeed be applied to a corresponding fiber layer during production are thoroughly mixed during the production process at the boundary of the area, ie a mixture of both or even several adjoining ones Matrix materials may be present. By this design is achieved that in the middle layer partially represented matrix material of highest elasticity - in comparison to all other matrix materials - which provides expansion joint functionality and thus improves the impact resistance, and also counteracts a delamination of the layers under impact load.

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, dass neben der Dehnungsfugenschicht vorteilhaft zumindest eine weitere Faserverbundwerkstoff-Schicht mit zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien im Gesamtaufbau vorliegt, wobei sich die dort eingesetzten Matrixmaterialien hinsichtlich zumindest einer mechanischen Eigenschaft wie Härte, Zähigkeit, Festigkeit, Elastizitätsmodul von den anderen Materialien unterscheidet, und sich so Bereiche ähnlich den Dehnungsfugen oder auch verschiedenartige Bereiche mit unterschiedlichen Funktionsansprüchen herstellen lassen.According to the invention, it is further proposed that, in addition to the expansion joint layer, there is advantageously at least one further fiber composite layer with two or more different matrix materials in the overall structure, the matrix materials used differing from the other materials with respect to at least one mechanical property such as hardness, toughness, strength, modulus of elasticity , And so areas similar to the expansion joints or even different areas with different functional requirements can be produced.

Durch die elastischere Gestaltung einer mittleren Schicht ist es möglich, dass die oberste und eine unterste Faserverbundwerkstoff-Schicht, zwischen denen diese mittlere Faserverbundwerkstoff-Schicht angeordnet ist, jeweils ein homogenes Matrixmaterial aufweisen, wobei sich das Matrixmaterial der obersten Schicht von dem der untersten Schicht unterscheiden kann. Diese können dann auf die Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils abgestimmte vorteilhafte Matrixmaterialien aufweisen, die eventuell spröder und härter aber auch glatter und optisch geeigneter sind.The more elastic design of a middle layer, it is possible that the top and a bottom fiber composite layer, between which this middle fiber composite layer is arranged, each having a homogeneous matrix material, wherein the matrix material of the top layer of the bottom layer differ can. These can then have matched to the surface texture of the component advantageous matrix materials, which may be brittle and harder but also smoother and more visually suitable.

Die definierten Bereiche, die aus den zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien gebildet sind, können ein Muster bilden, das durchaus regelmäßig sein kann, aber nicht muss. Wenn beispielsweise ein bestimmter Abschnitt des Bauteils eine höhere Elastizität aufweisen soll als andere, so könnten in diesem Abschnitt größere oder mehr Bereiche mit dem elastischeren Matrixmaterial vorliegen als in den restlichen Bauteilabschnitten, nur um ein Beispiel zu nennen.The defined areas, which are made up of the two different matrix materials, can form a pattern that may or may not be quite regular. For example, if one particular portion of the component is to have greater elasticity than others, more or more portions of the more elastic matrix material could be present in that portion than in the remaining component portions, just to give an example.

Geeignete Matrixmaterialien für Faserverbundkunststoff-Bauteile sind dem Fachmann an sich bekannt; es kann sich dabei um

  • – Duroplasten handeln, wobei sich die zwei oder mehr unterschiedliche Matrixmaterialien zumindest hinsichtlich einer Komponente aus der Gruppe umfassend Reaktionsharz, besonders Epoxyharze, bzw. Epoxidharze, Polyester, Polyamid, Phenol, Vinylester; Härter, Weichmacher, Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, ein Reaktionsmittel, mehrere Additive, insbesondere Additive zur Schwundreduktion, Inhibitoren, inerte Trennmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel, leitende Zusatzstoffe, Stabilisatoren unterscheiden, oder es kann sich um
  • – Thermoplasten handeln, wobei sich die zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien zumindest hinsichtlich einer Komponente aus der Gruppe umfassend Weichmacher, Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, Additive, inerte Trennmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel, leitende Zusatzstoffe, Stabilisatoren unterscheiden.
Suitable matrix materials for fiber composite plastic components are known per se to those skilled in the art; it can be about
  • Thermosets, wherein the two or more different matrix materials at least with respect to a component from the group comprising reaction resin, especially epoxy resins, or epoxy resins, polyester, polyamide, phenol, vinyl ester; Hardeners, plasticizers, fillers, in particular mineral fillers, a reactant, several additives, in particular additives for shrinkage reduction, inhibitors, inert release agents, dyes, flame retardants, conductive additives, stabilizers differ, or it may be
  • - Act thermoplastics, wherein the two or more different matrix materials differ in at least one component from the group comprising plasticizers, fillers, especially mineral fillers, additives, inert release agents, dyes, flame retardants, conductive additives, stabilizers.

Die Unterscheidung kann in beiden Fällen auch auf den Anteil zumindest einer der vorgenannten jeweiligen Komponenten in Bezug auf die gesamte Matrixmaterialmenge eines der Matrixmaterialien gerichtet sein.The distinction may in both cases also be directed to the proportion of at least one of the abovementioned respective components in relation to the total amount of matrix material of one of the matrix materials.

Die Fasern, beziehungsweise Verstärkungsfasern können in Fasergeweben, -geflechten, -gestricken-matten, -vliesen oder Fasergewirken, oder Kombinationen der vorgenannten aus Glasfasern, Kevlar- oder Kohlefasern oder Kombinationen enthalten sein, wie dem Fachmann bekannt ist.The fibers, or reinforcing fibers, may be included in fiber fabrics, braids, knit mats, wovens, or fiber wovens, or combinations of the foregoing, of glass fibers, Kevlar or carbon fibers, or combinations, as known to those skilled in the art.

Ein erstes der erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Faserverbundkunststoff-Bauteil mit zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten, wobei zumindest eine der beiden Faserverbundwerkstoff-Schichten zumindest zwei unterschiedliche Matrixmaterialien aufweist, die zumindest teilweise in definierten Bereichen unvermischt vorliegen und zumindest eines der unterschiedlichen Matrixmaterialien eine Elastizität aufweist, die größer ist als die Elastizität der weiteren Matrixmaterialien derselben Faserverbundwerkstoff-Schicht und der zumindest einen weiteren Faserverbundwerkstoff-Schicht, sieht zunächst das Bereitstellen der Matrixmaterialien in „granulärer” Form oder Pulverform und von Faserlagen bevorzugt Endlosfasern vor.A first of the production methods according to the invention for a fiber composite plastic component according to the invention with at least two fiber composite layers, wherein at least one of the two fiber composite layers has at least two different matrix materials which are at least partially unmixed in defined regions and at least one of the different matrix materials has an elasticity, which is greater than the elasticity of the other matrix materials of the same fiber composite material layer and the at least one further fiber composite material layer, provides first the provision of the matrix materials in "granular" form or powder form and of fiber layers, preferably continuous fibers.

„Granulär” kann hierin eine Körnung meinen, die von feinpulvrig (100 μm) bis grobkörnig (ca bis 2,5 mm) einschließt.By "granular" herein may mean a grain size that includes fine powdery (100 μm) to coarse-grained (about 2.5 mm).

Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • – schichtweise Einbringen der Faserlagen und der zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien in ein unteres Formteil einer Werkzeugform und dabei Ausbilden der definierten Bereiche, in denen die zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien unvermischt vorliegen, in zumindest einer der zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten,
  • – Schließen des Werkzeugs und
  • – Formgeben der Schichtanordnung und Aushärten der Matrixmaterialien
  • – Erhalten des Faserverbundkunststoff-Bauteils.
The method comprises the steps:
  • Layer-wise introduction of the fiber layers and the at least two different matrix materials into a lower mold part of a mold and thereby forming the defined regions in which the at least two different matrix materials are present unmixed, in at least one of the at least two fiber composite layers,
  • - Close the tool and
  • - Forming the layer arrangement and curing of the matrix materials
  • - Obtain the fiber composite plastic component.

Das Verfahren kann ferner vorsehen, dass vor dem Einbringen des granulären Matrixmaterials für jedes der unterschiedlichen Matrixmaterialien über der entsprechenden Faserlage eine Schablone angeordnet wird, die die definierten Bereiche abgrenzt. So kann gezielt ein Muster an granulärem Material über der Faserlage erzeugt werden.The method may further provide that prior to introducing the granular matrix material for each of the different matrix materials over the corresponding fiber layer, a template is placed that defines the defined areas demarcates. Thus, a pattern of granular material can be selectively generated over the fiber layer.

Denkbar ist auch, dass jedes der unterschiedlichen Matrixmaterialien einer Schablonenvorgabe zum Abgrenzen der definierten Bereiche folgend gesteuert über der entsprechenden Faserlage geführt wird, um das Muster oder die Bereich an sich zu erzeugen.It is also conceivable that each of the different matrix materials of a stencil specification for delimiting the defined regions is guided in a controlled manner over the corresponding fiber layer in order to produce the pattern or the region itself.

Das granuläre Matrixmaterial kann zumindest in eine erste Schicht mittels elektrostatischer Kräfte in die Faserlage eingebracht werden.The granular matrix material can be introduced into the fiber layer at least in a first layer by means of electrostatic forces.

Ein alternatives Fertigungsverfahren für ein Faserverbundkunststoff-Bauteil mit zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten, wenn eine thermoplastische Matrix vorgesehen ist, umfasst die Verwendung von Organoblechen, die die Faserlagen und die Matrixmaterialien in konsolidierter Form bereitstellen. So können einfach zwei oder mehr Organobleche schichtweise in die untere Form eines Werkzeugs eingebracht werden, wobei zumindest eines der Organobleche so ausgebildet ist, dass die zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien in definierten Bereichen vorliegen, in denen die zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien urvermischt enthalten sind. Hierfür können beispielsweise bei der Herstellung der Organobleche Thermoplastfasern aus den unterschiedlichen Matrixmaterialien in den vorgesehenen Bereichen in die Faserlage eingearbeitet werden.An alternative manufacturing method for a fiber composite plastic component having at least two fiber composite layers, when a thermoplastic matrix is provided, involves the use of organo sheets that provide the fiber sheets and the matrix materials in consolidated form. Thus, simply two or more organic sheets can be introduced in layers into the lower mold of a tool, wherein at least one of the organic sheets is formed such that the two or more different matrix materials are present in defined regions in which the at least two different matrix materials are contained in premixed form. For this purpose, for example, in the production of organic sheets thermoplastic fibers from the different matrix materials can be incorporated in the intended areas in the fiber layer.

Es folgen das Schließen des Werkzeugs und Erwärmen der Organobleche zumindest bis zum teilweisen Aufschmelzen der Matrixmaterialien und das Formgeben der Schichtanordnung und Aushärten der Matrixmaterialien, so dass das Faserverbundkunststoff-Bauteil erhalten wird.This is followed by closing the tool and heating the organic sheets at least until the partial melting of the matrix materials and shaping the layer arrangement and curing of the matrix materials, so that the fiber composite plastic component is obtained.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to facilitate understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Babel zeigen:Babel show:

1a eine Seitenansicht eines Faser-Matrix-Schichtaufbaus mit zwei Lagen, 1a a side view of a fiber-matrix layer structure with two layers,

1b eine Seitenansicht eines Faser-Matrix-Schichtaufbaus mit drei Lagen, 1b a side view of a fiber-matrix layer structure with three layers,

2 eine Seitenansicht eines schichtweisen Aufbaus von Faserlagen und granulärem Matrixmaterial, 2 a side view of a layered structure of fiber layers and granular matrix material,

3a eine Draufsicht auf eine Variante eines Musters einer Matrixschicht, 3a a top view of a variant of a pattern of a matrix layer,

3b eine Draufsicht auf eine Variante eines Musters einer Matrixschicht 3b a plan view of a variant of a pattern of a matrix layer

4 eine Seitenschnittansicht eines Werkzeugs mit eingelegtem Faser-Matrix-Schichtaufbau, 4 a side sectional view of a tool with inserted fiber matrix layer structure,

5 eine Draufsicht auf ein Organoblech. 5 a top view of an organic sheet.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Faserverbundkunststoff-Bauteile herzustellen, die während der bestimmungsgemäßen Verwendung auftretende Stoßbelastungen gedämpft aufnehmen, so dass die Auswirkung im Vergleich zu den Auswirkungen, die sich bei konventionellen FVK-Bauteilen im gleichen Falle zeigen, deutlich abgemildert sind und Folgeschäden an den FVK-Bauteilen in einem verringerten Maße auftreten.The method according to the invention makes it possible to produce fiber composite plastic components that absorb attenuated shock loads occurring during normal use, so that the impact in comparison to the effects that are evident in conventional FVK components in the same case, are significantly mitigated and consequential damage to the FVK components occur to a reduced extent.

Dazu ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, dehnungsfugenähnliche Bereiche oder Abschnitte in das Halbzeug einzubringen, die an sich aus dem Baubereich bekannt sind und Rissbildung und andere Sprödigkeitsschäden verhindern, in dem sie der Gesamtheit des Materials eine gewisse Elastizität verleihen, ohne die positiven Eigenschaften der Halbzeugmaterialfläche an sich zu beeinträchtigen.For this purpose, the method according to the invention makes it possible to introduce expansion joint-like areas or sections, which are known per se from the building sector, and prevent cracking and other brittleness damages by giving a certain elasticity to the entirety of the material, without the positive properties of the semifinished product surface per se to impair.

Das Verfahren sieht dazu vor, das Faserverbundkunststoff-Bauteil mittels zweier alternativer Verfahren zu fertigen. Nach einem ersten Verfahren wird zunächst das zur Fertigung erforderliche Matrixmaterial in granulärer Form bereit gestellt. Ist die Körnung des granulären Materials sehr fein, so kann von pulverförmigem Matrixmaterial gesprochen werden, das im Übrigen ein duromeres oder ein thermoplastisches Polymer sein kann.The method provides to manufacture the fiber composite plastic component by means of two alternative methods. According to a first method, the matrix material required for production is first provided in granular form. If the grain size of the granular material is very fine, it is possible to speak of pulverulent matrix material which, by the way, can be a duromer or a thermoplastic polymer.

Dann werden in ein Unterteil einer Werkzeugform mindestens zwei oder aber mehrere Faserschichten 1 eingelegt, siehe 2, zwischen die auf die erfindungsgemäße Weise Matrixsubstanz 2, 3, 4 eingebaut wird. Die „Matrixsubstanz” besteht dabei aus einem, zwei oder mehr Matrixmaterialien, die sich hinsichtlich ihrer Art oder Zusammensetzung unterscheiden und insofern verschiedene mechanische Eigenschaften wie Härte, Zähigkeit, Festigkeit, Elastizitätsmodul haben.Then, in a lower part of a mold at least two or more fiber layers 1 inserted, see 2 , between the matrix substance according to the invention 2 . 3 . 4 is installed. In this case, the "matrix substance" consists of one, two or more matrix materials which differ in terms of their type or composition and thus have different mechanical properties such as hardness, toughness, strength, elastic modulus.

Es sollen erfindungsgemäß wenigstens zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten 12, 14, siehe 1a, vorliegen; ein weiteres Beispiel (1b) zeigt drei Faserverbundwerkstoff-Schichten 12, 13, 14, wobei hier in den Faserverbundwerkstoff-Schichten 14 zwei unterschiedliche Matrixmaterialien 5, 6 vorliegen, die in den definierten Bereichen 15, 16 unvermischt vorliegen.It should be inventively at least two fiber composite layers 12 . 14 , please refer 1a , present; another example ( 1b ) shows three fiber composite layers 12 . 13 . 14 , where here in the fiber composite material layers 14 two different matrix materials 5 . 6 present in the defined areas 15 . 16 unmixed.

Wie derartige Bereiche 15, 16 ausgestaltet sein können zeigen beispielhaft die beiden Varianten der 3a und 3b, die jeweils Muster aus zwei Matrixmaterialien 5, 6 zeigen, wobei das Muster durch die Abgrenzung der Bereiche 15, 16 gebildet wird. Durch das Vorliegen der Matrixmaterialien 5, 6 in granulärer Form können die zwei oder in einem anderen Falle auch mehr unterschiedlichen Materialien 5, 6 gegeneinander abgegrenzt auf die darunter befindliche Faserlage aufgebracht werden und können somit Bereiche bilden, in denen unvermischt nur eines der Matrixmaterialien vorliegt. An den Grenzen der Bereiche 15, 16 wird eine Durchmischung entstehen, sobald bei der Verarbeitung das Material zur Fließfähigkeit erhitzt wird. So geschaffene Matrixschichten 14 können durch die Gestaltung der Bereiche 15, 16 hinsichtlich Matrixmaterial, Form, Größe. Ort, an den jeweiligen Einsatzzweck, etwa unter Berücksichtigung des Kraftflusses im Bauteil durch Zug- und/oder Druckkräfte angepasst werden.Like such areas 15 . 16 can be configured as an example show the two variants of 3a and 3b , each pattern of two matrix materials 5 . 6 show, the pattern by the delineation of the areas 15 . 16 is formed. By the presence of the matrix materials 5 . 6 in granular form, the two or, in another case, more different materials 5 . 6 delimited against the underlying fiber layer can be applied and thus can form areas in which only one of the matrix materials is present unmixed. At the boundaries of the areas 15 . 16 will cause mixing as soon as the material is heated to fluidity during processing. So created matrix layers 14 can through the design of the areas 15 . 16 in terms of matrix material, shape, size. Place to be adapted to the particular application, for example, taking into account the power flow in the component by tensile and / or compressive forces.

Um die gewünschte Elastizität des Bauteils zu schaffen weist hier das Matrixmaterial 6 eine elastische Verformbarkeit auf, die größer ist als die des weiteren Matrixmaterials 5 derselben Schicht und auch größer als die Elastizität der Matrixmaterialien der Faserverbundwerkstoff-Schichten die darüber und/oder darunter angeordnet werden. So könnten die gemustert angeordneten pulvrigen Matrixmaterialien 5, 6 die Matrixsubstanz 4 in 1 bilden, während dort die Matrixsubstanzen 2, 3 aus homogenen, aber verschiedenen oder gleichen Matrixmaterialien geringerer Elastizität bestehen können.To create the desired elasticity of the component has here the matrix material 6 an elastic deformability which is greater than that of the further matrix material 5 the same layer and also greater than the elasticity of the matrix materials of the fiber composite layers which are arranged above and / or below. Thus, the patterned arranged powdery matrix materials 5 . 6 the matrix substance 4 in 1 form while there the matrix substances 2 . 3 may consist of homogeneous, but different or the same matrix materials lower elasticity.

So kann durch das so ausgeführte erste Verfahren ein Matrixaufbau gestaltet werden, der von Schicht zu Schicht unterschiedlich sein kann, so dass zwischen den einzelnen Faserschichten wenigstens ein Matrixmaterial mit elastischen Eigenschaften an unterschiedlichen Stellen konzentriert vorliegt.Thus, by the first method thus carried out, a matrix structure can be designed which can vary from layer to layer, so that at least one matrix material with elastic properties is concentrated at different points between the individual fiber layers.

Der beispielhafte Schichtaufbau in 2 zeigt eine Matrixschicht 2, die hier als zähe Matrixschicht 2 zu verstehen ist, ist als homogene Matrix 2 ebenso zu erkennen die extrem harte homogene Matrixschicht 3 und eine Matrixschicht 4, die aus zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien aufgebaut ist, von denen eines elastisch verformbar ist. Selbstverständlich ist dieser Matrixaufbau nur beispielhaft zu verstehen und es können Anordnungen aus anderen Matrixschichten oder anderen Matrixschichtabfolgen gewählt werden.The exemplary layer structure in 2 shows a matrix layer 2 , here as a tough matrix layer 2 To understand is as a homogeneous matrix 2 as can be seen the extremely hard homogeneous matrix layer 3 and a matrix layer 4 , which is composed of two different matrix materials, one of which is elastically deformable. Of course, this matrix structure is only to be understood as an example and arrangements of other matrix layers or other matrix layer sequences can be selected.

So werden durch das alternierende Auftreten der Matrixmaterialien mit den elastischen Eigenschaften Dehnungsfugen gebildet, die dem Bauteil insgesamt eine verbesserte Elastizität verleihen und damit die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stoßimpulsen erhöhen. Es ist zu beachten, dass für eine höhere Bauteildicke und größere Stabilität auch mehrere gleichartige Schichten, besonders mehrere der Dehnungsfugen aufweisenden, zwischen den Deckschichten (oberste und unterste Schicht des Aufbaus) enthalten sein können.Thus, expansion joints are formed by the alternating occurrence of the matrix materials with the elastic properties, which give the component as a whole an improved elasticity and thus increase the resistance to shock pulses. It should be noted that for a higher component thickness and greater stability also several similar layers, especially having more of the expansion joints, between the outer layers (top and bottom layer of the structure) may be included.

Während das Schichten und Anordnen der Materialien bei einer Temperatur erfolgt, bei der sich das Matrixmaterial im Wesentlichen nicht verflüssigt, wird dann mittels eines Heißpress- oder Fließpressverfahrens die Konsolidierung und Aushärtung des Materials ausgeführt, wobei dem Fachmann bekannt ist, wie die jeweiligen Matrixmaterialien zu handhaben sind.While the layering and placing of the materials occurs at a temperature at which the matrix material does not substantially liquefy, consolidation and curing of the material is then performed by a hot press or extrusion process, with those skilled in the art know how to handle the respective matrix materials are.

Die Bereiche, in denen jedes Matrixmaterial 2, 3, 5, 6 in jeder Schicht 12, 13, 14 zum Einsatz kommt, können durch Schablonen abgegrenzt werden, oder durch eine entsprechende Programmierung der Funktionalität eines entsprechenden Ausgabewerkzeugs bzw. unter Anwendung eines Steuerungsprogramms für das Ausgabewerkzeug, das das granuläre Matrixmaterial 2, 3, 5, 6 auf die jeweilige Faserschicht 1 ausbringt. Ferner ist es denkbar, das Auftragen jedes der unterschiedlichen Matrixmaterialien 2, 3, 5, 6 auf der darunterliegenden Faserschicht oder -lage 1 einem Schablonenmuster folgend, unter Zuhilfenahme von Elektrostatik vorzunehmen.The areas where each matrix material 2 . 3 . 5 . 6 in every shift 12 . 13 . 14 can be delimited by templates, or by appropriate programming of the functionality of a corresponding dispensing tool or by using a control program for the dispensing tool containing the granular matrix material 2 . 3 . 5 . 6 on the respective fiber layer 1 comprises applying. It is also conceivable to apply each of the different matrix materials 2 . 3 . 5 . 6 on the underlying fibrous layer or layer 1 following a stencil pattern, with the help of electrostatics.

Der gesamte Aufbau der Faser- und Matrixschichten, die das Faserverbundkunststoff-Bauteil bilden, ist somit komplett steuerbar und automatisiert ausführbar.The entire structure of the fiber and matrix layers, which form the fiber composite plastic component, is thus completely controllable and automated executable.

Die Matrixmaterialien 2, 3, 5, 6 können Duroplasten sein, wobei sich die zwei unterschiedliche Matrixmaterialien 2, 3, 5, 6 zumindest hinsichtlich einer Komponente unterscheiden müssen. Die Komponenten solcher Duroplasten können neben dem Reaktionsharz, besonders Epoxyharz, Polyester, Polyamid, Phenol, Vinylester und neben dem entsprechenden Härter, Weichmacher, Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, ein Reaktionsmittel, mehrere Additive, insbesondere Additive zur Schwundreduktion, Inhibitoren, inerte Trennmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel, leitende Zusatzstoffe oder Stabilisatoren sein. Wenn die Matrixmaterialien Duroplasten sind ist, so ist zum Erhalt des Bauteils der dem Fachmann bekannte Aushärtschritt erforderlich.The matrix materials 2 . 3 . 5 . 6 may be thermosets, with the two different matrix materials 2 . 3 . 5 . 6 have to distinguish at least one component. The components of such thermosets can in addition to the reaction resin, especially epoxy resin, polyester, polyamide, phenol, vinyl esters and in addition to the corresponding hardener, plasticizers, fillers, especially mineral fillers, a reagent, several additives, especially additives for shrinkage reduction, inhibitors, inert release agents, dyes , Flame retardants, conductive additives or stabilizers. If the matrix materials are thermosets, the curing step known to the person skilled in the art is required to obtain the component.

Es kann sich auch um Thermoplasten handeln, dann unterschieden sich die zwei unterschiedliche Matrixmaterialien 2, 3, 5, 6 zumindest hinsichtlich einer Komponente die ein Weichmacher, Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, Additive, inerte Trennmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel, leitende Zusatzstoffe oder Stabilisatoren sein kann bzw. können.It can also be thermoplastics, then the two different matrix materials differed 2 . 3 . 5 . 6 at least with regard to a component containing a plasticizer, fillers, in particular mineral fillers, additives, inert release agents, dyes, flame retardants, conductive May be additives or stabilizers.

Die Unterscheidung kann sich auch auf lediglich einen abweichenden Anteil zumindest einer der Komponenten in Bezug auf die gesamte Matrixmaterialmenge eines der Matrixmaterialien 2, 3, 5, 6 unterscheiden, wobei die Komponenten an sich in beiden Matrixmaterialien 2, 3, 5, 6 gleich sind.The distinction may also be based on only a different proportion of at least one of the components in relation to the total amount of matrix material of one of the matrix materials 2 . 3 . 5 . 6 differ, the components themselves in both matrix materials 2 . 3 . 5 . 6 are the same.

Durch das Einbringen der Matrixsubstanz als granuläres Material aus zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien, von denen nur eines elastische Eigenschaften aufweisen muss, ist es möglich, extrem harte und elastische bzw. flexiblere oder zäheren Matrixmaterialien bereichsweise abwechselnd einzusetzen und damit eine Vielzahl an Matrixsubstanzkombinationen mit unterschiedlich einstellbaren Eigenschaften zu erlangen.By introducing the matrix substance as a granular material from at least two different matrix materials, of which only one must have elastic properties, it is possible to use extremely hard and elastic or more flexible or tougher matrix materials alternately in regions and thus a plurality of matrix substance combinations with differently adjustable properties to get.

Wenn als Matrixmaterial ein Reaktionsharz ausgewählt wird, das nicht allein durch Wärme, sondern durch Zugabe eines Härters aushärtet, der im vorliegenden Falle geeigneter Weise durch Temperaturaktivierung im Heißpressschritt aktiviert wird, so sollte die Durchmischung von Harz und Härter um nicht mehr als 10% von der vorgesehenen, für eine vorgegebene Materialqualität des ausgehärteten Reaktionsharzes bestimmte Durchmischung nicht abweichen. Das granuläre Reaktionsharzmaterial muss also mit dem Härter sehr homogen durchmischt sein. Eine gute Durchmischung kann erreicht werden, wenn das Harz/Härter-Gemisch sehr fein gemahlen und als Gemisch bereit gestellt wird, was auch die Dosierung erleichtert.If a reaction resin is selected as the matrix material, which hardens not only by heat, but by adding a hardener, which is activated in the present case by temperature activation in the hot pressing step, the mixing of resin and hardener should not be more than 10% of the provided, for a given material quality of the cured reaction resin certain mixing does not differ. The granular reaction resin material must therefore be very homogeneously mixed with the hardener. Good mixing can be achieved if the resin / hardener mixture is ground very finely and provided as a mixture, which also facilitates the dosage.

In dem alternativen Fertigungsverfahren unter Verwendung von Organoblech werden schichtweise Organobleche 20, siehe 5, in eine Werkzeugform wie die in 4 gezeigte untere Form 7 eingelegt. Dabei zumindest eines der Organobleche 20 so ausgebildet ist, dass die zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien 5, 6 in definierten Bereichen vorliegen und dort unvermischt enthalten sind.In the alternative manufacturing process using organo sheet, layered organic sheets are layered 20 , please refer 5 into a mold like the one in 4 shown lower form 7 inserted. At least one of the organic sheets 20 is formed so that the two or more different matrix materials 5 . 6 exist in defined areas and are contained there unmixed.

Das Schließen des Werkzeugs unter Absenkung des oberen Formteils 8 kann nach oder zugleich mit dem Erwärmen der Organobleche 20, zumindest bis zum teilweisen Aufschmelzen der Matrixmaterialien, die in den Organoblechen 5, 6 enthalten sind, erfolgen. Dann erfolgt das Formgeben der Schichtanordnung und Aushärten der Matrixmaterialien 5, 6 auf bekannte Weise und das erfindungsgemäße Faserverbund-Bauteil wird erhalten. In diesem alternativen Verfahren wird also das harte, thermoplastische Matrix zur Bauteilherstellung erneut aufgeschmolzen. Durch Vorliegen der Organobleche erübrigen sich Schablonen.Closing the tool while lowering the upper part 8th can after or at the same time with the heating of the organo sheets 20 at least until partial melting of the matrix materials contained in the organo sheets 5 . 6 are included. Then the shaping of the layer arrangement and curing of the matrix materials takes place 5 . 6 in a known manner and the fiber composite component according to the invention is obtained. In this alternative method, therefore, the hard, thermoplastic matrix for component production is remelted. The presence of the organo-sheets makes stencils unnecessary.

Abweichend zur Formherstellung des Organoblechs vor dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer gekühlten Presse ist es möglich, die Bauteilherstellung mit Organoblechen in einer Presse ohne zusätzliche Kühlung auszuführen. Luft wird durch den Druck aus der Form (Entlassöffnung 10) und aus den Schichten 11 gedrückt, das spätere Bauteil erhält seine endgültige Ausformung.Notwithstanding the shape of the organo sheet before the process of the invention in a cooled press, it is possible to perform the component production with organo sheets in a press without additional cooling. Air is released from the mold by the pressure (discharge opening 10 ) and from the layers 11 pressed, the later component receives its final shape.

Grundsätzlich kann aber auch eine gekühlte Presse eingesetzt werden, etwa für die Fertigung dünner Bauteile. Der Pressvorgang mit Abkühlung dauert mit den derzeit auf dem Markt befindlichen Kühlpressen je nach Halbzeugstärke etwa 30 Sekunden, die erhaltenen flexiblen Faserverbundkunststoff-Bauteile können danach aus der Form entnommen werden.In principle, however, a cooled press can also be used, for example for the production of thin components. The pressing process with cooling takes about 30 seconds with the currently available on the market cooling presses depending on the semifinished product, the resulting flexible fiber composite plastic components can then be removed from the mold.

Ferner können – gerade wenn ohne Kühlung gearbeitet wird, flexible Formteile benutzt werden, so dass nach der Formgebung die Form 7 mitsamt dem abkühlenden Bauteil aus dem Werkzeug entnommen und in dieses eine andere untere Form 7 eingesetzt wird.Furthermore, even when working without cooling, flexible moldings can be used, so that after shaping the mold 7 taken together with the cooling component from the tool and in this another lower mold 7 is used.

Bei der Verwendung von festen Formteilen besteht die Möglichkeit, dass nach dem Aufschmelzen des Matrixpulvermaterials die Form nur kurze Zeit in einer Presse ohne Kühlung gepresst wird. Während des Pressens kann das obere und untere Formteil miteinander beispielsweise verschraubt werden oder mittels geeigneter Klemmmittel so fixiert werden, dass weiterhin Druck auf die in der Presse liegende Form ausgeübt wird. Nach dem Lösen der Presse kann die weiterhin noch vorgespannte Form, die weiterhin einen Druck auf das innen liegende Faserverbund-Bauteil (etwa ein CFK-Bauteil) ausübt, entnommen werden und ohne weitere Kühlung bis zur Entnahme bei Erreichen der optimalen Entnahmetemperatur in Ruhe aushärten. Der Vorteil ist der entfallene Energieverbrauch für die Pressenkühlung sowie die kurze Belegungszeit der Presse, der Nachteil ist im entsprechend hohen Vorrat an Formteilen zu sehen. Mischformen aus flexiblen/festen Formteilen sowie beispielsweise reduzierte Pressenkühlleistung etc. sind entsprechend der jeweiligen Produktionsanforderung natürlich möglich.When using solid moldings, it is possible that after the melting of the matrix powder material, the mold is pressed only for a short time in a press without cooling. For example, during pressing, the upper and lower mold parts may be screwed together or fixed by suitable clamping means so as to continue to apply pressure to the mold in the press. After releasing the press, the still biased shape, which continues to exert pressure on the internal fiber composite component (such as a CFRP component), can be removed and cured without further cooling until removal on reaching the optimum removal temperature in peace. The advantage is the lost energy consumption for the press cooling and the short occupancy time of the press, the disadvantage is seen in the correspondingly high supply of moldings. Mixed forms of flexible / solid moldings and, for example, reduced press cooling capacity, etc. are of course possible according to the respective production requirement.

Vorteilhaft kann auch CFK-Fasermaterial materialoptimiert zur Ausführung des Verfahrens nach der ersten Variante eingesetzt werden, das in dieser Hinsicht günstiger ist als der Einsatz von Organoblech.Advantageously, CFRP fiber material optimized for material to implement the method according to the first variant can be used, which is cheaper in this regard than the use of organic sheet.

In beiden Fällen (Verfahren mit granulärem Material oder mit Organoblech) ist es jedenfalls realisierbar, durch die Matrixmaterialwahl unterschiedlich Funktionsbereiche in Bauteil einzustellen und auch Verbindungszonen beispielsweise für die Verbindung mit einem Metallteil, etwa aus Stahl- oder Aluminium einzurichten. Dieser Aspekt ist von großer Bedeutung, da im Fahrzeugbau Materialgemische gerade aus Anbindungs- oder Abschirmungsgründen sehr relevant sind.In both cases (process with granular material or with organic sheet), it is in any case feasible to set by the choice of matrix material different functional areas in the component and also connection zones, for example, for connection to a metal part, such as steel or To set up aluminum. This aspect is of great importance, since in vehicle construction material mixtures are very relevant, especially for connection or shielding reasons.

Beide Verfahren Können in einem Werkzeug einer Form ausgeführt werden, wie in 4 gezeigt: Dort liegt ein festes unteres Formteil 7 sowie das entsprechende obere Gegenstück 8 vor. Die Außengestaltung der Formteile 7, 8 kann optimiert für die späteren Arbeitsprozesse beispielsweise geradlinig oder beliebig erfolgen.Both methods can be performed in a tool of a form, as in 4 shown: There is a solid lower molding 7 as well as the corresponding upper counterpart 8th in front. The exterior design of the moldings 7 . 8th can be optimized for the subsequent work processes, for example, straight-line or arbitrary.

Im unteren Formteil kann im einen Fall das im 2-D-Schnitt angefertigte Fasermaterial, etwa ein CFK-Gewebe, idealerweise für geringen Verschnitt von der Rolle, mit den Matrixschichten zu der Anordnung 11 aufgebaut werden. Die Aufschmelzung der Matrix kann sowohl bei geöffneter oberer Form 8 oder auch im geschlossenen Formzustand erfolgen, wobei sich zur Reduzierung des Energieverbrauchs die Aufschmelzung in der geöffneten Form anbietet. Im letzteren Fall entzieht das obere Formteil 8 beim Pressvorgang ohne Pressenkühlung bereits Wärmeenergie und führt dadurch ohne Kühlung zu einer Reduzierung der Wärmeenergie im in der Fertigung befindlichen Bauteil. Alternativ ist im Formteil 7 mittels Anschlussmöglichkeit 10 an eine Vakuumpumpe ein leichter Unterdruck erzeugbar, um so Lufteinschlüsse in der der Matrix des Bauteils zu vermeiden. Der Unterdruck ist allerdings so schwach dosiert auszulegen, dass das aufgeschmolzene Matrixmaterial dabei nicht abgesaugt wird.In the lower mold part, in one case, the fiber material produced in the 2-D cut, for example a CFRP fabric, ideally for small offcuts of the roll, with the matrix layers to the arrangement 11 being constructed. The melting of the matrix can both open upper form 8th or even in the closed form state, with the melting in the open form offers to reduce energy consumption. In the latter case, the upper molding part 8th During the pressing process without press cooling already heat energy and thereby leads to a reduction of the heat energy in the production component without cooling. Alternatively, in the molding 7 by means of connection possibility 10 to a vacuum pump a slight negative pressure generated so as to avoid air pockets in the matrix of the component. However, the negative pressure is to be designed so weakly metered that the melted matrix material is not sucked out.

Durch die Möglichkeit, bei einer entsprechenden Formenfestigkeit 7, 8 mittels Klemm- oder Spannvorrichtungen einen entsprechenden Druck weiterhin auf das Bauteil auch nach der Formentnahme 7, 8 aus der Presse aufrecht zu erhalten, kann der eigentliche Pressvorgang extrem kurz gehalten werden. Dies führt insgesamt zu kürzeren Durchlaufzeiten der Bauteile durch die Presse beziehungsweise zu einer Kapazitätserhöhung, gegebenenfalls verbunden mit einer Energieersparnis durch die reduzierte Pressenkühlung.By the possibility of having a corresponding mold strength 7 . 8th by means of clamping or clamping devices a corresponding pressure continues to the component even after the removal of the mold 7 . 8th To maintain from the press, the actual pressing process can be kept extremely short. Overall, this leads to shorter throughput times of the components through the press or to an increase in capacity, optionally combined with an energy saving due to the reduced press cooling.

Voraussetzung für den erfindungsgemäßen Schichtaufbau für die erfindungsgemäßen Bauteile an sich für beide Verfahren ist die Verträglichkeit, insbesondere hinsichtlich der chemischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften, der jeweiligen Matrixmaterialien zueinander, speziell an den Grenzschichten der unterschiedlichen Matrixmaterialien.The prerequisite for the layer structure according to the invention for the components according to the invention per se for both methods is the compatibility, in particular with regard to the chemical and chemical-physical properties, of the respective matrix materials to one another, especially at the boundary layers of the different matrix materials.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 69803697 T2 [0002] DE 69803697 T2 [0002]
  • DE 69130111 T2 [0002] DE 69130111 T2 [0002]

Claims (9)

Faserverbundkunststoff-Bauteil mit zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14) zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) aufweist, die zumindest teilweise in definierten Bereichen (15, 16) unvermischt vorliegen, wobei zumindest eines der unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) eine Elastizität aufweist, die größer ist als die Elastizität der weiteren Matrixmaterialien (2, 5, 6) derselben Faserverbundwerkstoff-Schicht (14) und der zumindest einen weiteren Faserverbundwerkstoff-Schicht (12).Fiber composite plastic component with at least two fiber composite layers ( 12 . 14 ), characterized in that at least one of the two fiber composite layers ( 12 . 14 ) at least two different matrix materials ( 5 . 6 ), which at least partially in defined areas ( 15 . 16 ) are present unmixed, wherein at least one of the different matrix materials ( 5 . 6 ) has an elasticity that is greater than the elasticity of the other matrix materials ( 2 . 5 . 6 ) of the same fiber composite layer ( 14 ) and the at least one further fiber composite layer ( 12 ). Faserverbundkunststoff-Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Faserverbundkunststoff-Bauteil zumindest drei Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 13, 14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mittlere Faserverbundwerkstoff-Schicht (14) der drei Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 13, 14) die zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) aufweist, die wenigstens teilweise in definierten Bereichen (15, 16) unvermischt vorliegen.The fiber composite plastic component according to claim 1, wherein the fiber composite plastic component has at least three fiber composite layers ( 12 . 13 . 14 ), characterized in that at least one middle fiber composite layer ( 14 ) of the three fiber composite layers ( 12 . 13 . 14 ) the at least two different matrix materials ( 5 . 6 ), which at least partially in defined areas ( 15 . 16 ) are unmixed. Faserverbundkunststoff-Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Faserverbundwerkstoff-Schicht (12, 13) zumindest zwei unterschiedliche Matrixmaterialien aufweist, die zumindest teilweise in definierten Bereichen unvermischt vorliegen und die sich hinsichtlich zumindest einer mechanischen Eigenschaft unterscheiden.Fiber composite plastic component according to claim 1 or 2, characterized in that at least one second fiber composite layer ( 12 . 13 ) has at least two different matrix materials which are present at least partially unmixed in defined regions and which differ with regard to at least one mechanical property. Faserverbundkunststoff-Bauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Bereiche, die aus den zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) gebildet sind, ein Muster, bevorzugt ein regelmäßiges Muster ausbilden.Fiber composite plastic component according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the defined regions consisting of the two different matrix materials ( 5 . 6 ) are formed, a pattern, preferably form a regular pattern. Faserverbundkunststoff-Bauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) – Duroplasten sind und sich die zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) zumindest hinsichtlich einer Komponente aus der Gruppe umfassend Reaktionsharz, besonders Epoxyharze, beziehungsweise Epoxidharze, Polyester, Polyamid, Phenol, Vinylester; Härter, Weichmacher, Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, ein Reaktionsmittel, mehrere Additive, insbesondere Additive zur Schwundreduktion, Inhibitoren, inerte Trennmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel, leitende Zusatzstoffe, Stabilisatoren unterscheiden, oder – Thermoplasten sind, und sich die zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) zumindest hinsichtlich einer Komponente aus der Gruppe umfassend Weichmacher, Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, Additive, inerte Trennmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel, leitende Zusatzstoffe, Stabilisatoren unterscheiden, oder sich hinsichtlich des Anteils zumindest einer der Komponenten in Bezug auf die gesamte Matrixmaterialmenge eines der Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) unterscheiden.Fiber composite plastic component according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) - are thermosets and the two different matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) at least with respect to a component from the group comprising reaction resin, especially epoxy resins, or epoxy resins, polyester, polyamide, phenol, vinyl ester; Hardeners, plasticizers, fillers, in particular mineral fillers, a reactant, a plurality of additives, in particular additives for shrinkage reduction, inhibitors, inert release agents, dyes, flame retardants, conductive additives, stabilizers differ, or - are thermoplastics, and the two different matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) differ at least with respect to a component from the group comprising plasticizers, fillers, in particular mineral fillers, additives, inert release agents, dyes, flame retardants, conductive additives, stabilizers, or with respect to the proportion of at least one of the components in relation to the total matrix material amount of one of the matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ). Faserverbundkunststoff-Bauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in Fasergeweben, -geflechten, -gestricken -matten, -vliesen oder -gewirken, oder Kombinationen der vorgenannten aus Glasfasern, Kevlar- oder Kohlefasern oder Kombinationen enthalten sind.Fiber composite plastic component according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the fibers in fiber fabrics, braids, knitted mats, nonwovens or -wirirken, or combinations of the above-mentioned glass fibers, Kevlar or carbon fibers or combinations are included , Fertigungsverfahren für ein Faserverbundkunststoff-Bauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14), wobei zumindest eine der beiden Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14) zumindest zwei unterschiedliche Matrixmaterialien (5, 6) aufweist, die zumindest teilweise in definierten Bereichen (15, 16) unvermischt vorliegen und wobei zumindest eines der unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) eine Elastizität aufweist, die größer ist als die Elastizität der weiteren Matrixmaterialien (2, 5, 6) derselben Faserverbundwerkstoff-Schicht (14) und der zumindest einen weiteren Faserverbundwerkstoff-Schicht (12), umfassend das Bereitstellen der Matrixmaterialien (2, 5, 6) in granulärer Form und von Faserlagen (1), bevorzugt Endlosfasern, umfassend die Schritte – schichtweise Einbringen der Faserlagen (1) und der zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) in ein unteres Formteil (7) einer Werkzeugform und dabei Ausbilden der definierten Bereiche (15, 16), in denen die zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) unvermischt vorliegen, in zumindest einer der zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14) – Schließen des Werkzeugs und – Formgeben der Schichtanordnung und Aushärten der Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) – Erhalten des Faserverbundkunststoff-Bauteils.Manufacturing method for a fiber composite plastic component according to at least one of claims 1 to 6, with at least two fiber composite layers ( 12 . 14 ), wherein at least one of the two fiber composite layers ( 12 . 14 ) at least two different matrix materials ( 5 . 6 ), which at least partially in defined areas ( 15 . 16 ) are present unmixed and wherein at least one of the different matrix materials ( 5 . 6 ) has an elasticity that is greater than the elasticity of the other matrix materials ( 2 . 5 . 6 ) of the same fiber composite layer ( 14 ) and the at least one further fiber composite layer ( 12 ), comprising providing the matrix materials ( 2 . 5 . 6 ) in granular form and of fiber layers ( 1 ), preferably endless fibers, comprising the steps - layer-by-layer introduction of the fiber layers ( 1 ) and the at least two different matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) in a lower molding ( 7 ) of a tool shape and thereby forming the defined areas ( 15 . 16 ), in which the at least two different matrix materials ( 5 . 6 ) are present unmixed in at least one of the at least two fiber composite layers ( 12 . 14 Closing the tool and forming the layer arrangement and hardening the matrix materials 2 . 3 . 5 . 6 ) - Obtain the fiber composite plastic component. Fertigungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – vor dem Einbringen des granulären Matrixmaterials (5, 6) für jedes der unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) über der entsprechenden Faserlage (1) eine Schablone angeordnet wird, die die definierten Bereiche abgrenzt, und/oder – dass jedes der unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) einer Schablonenvorgabe zum Abgrenzen der definierten Bereiche folgend gesteuert über der entsprechenden Faserlage (1), und/oder – das granuläre Matrixmaterial (5, 6) mittels elektrostatischer Kräfte in die Faserlage (1) eingebracht wird.Manufacturing method according to claim 7, characterized in that - before introducing the granular matrix material ( 5 . 6 ) for each of the different matrix materials ( 5 . 6 ) over the corresponding fiber layer ( 1 ) a template is arranged, which delimits the defined areas, and / or - that each of the different matrix materials ( 5 . 6 ) a stencil specification for delimiting the defined areas following controlled over the corresponding fiber layer ( 1 ), and or - the granular matrix material ( 5 . 6 ) by means of electrostatic forces in the fiber layer ( 1 ) is introduced. Fertigungsverfahren für ein Faserverbundkunststoff-Bauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14), wobei zumindest eine der beiden Faserverbundwerkstoff-Schichten (12, 14) zumindest zwei unterschiedliche Matrixmaterialien (5, 6) aufweist, die zumindest teilweise in definierten Bereichen (15, 16) unvermischt vorliegen und zumindest eines der unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) eine Elastizität aufweist, die größer ist als die Elastizität der weiteren Matrixmaterialien (2, 5, 6) derselben Faserverbundwerkstoff-Schicht (14) und der zumindest einen weiteren Faserverbundwerkstoff-Schichten (12), umfassend Bereitstellen der Faserlagen (1) und der Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) als Organobleche (20), umfassend die Schritte – schichtweise Einbringen von zwei oder mehr Organoblechen (20) in die untere Form (7) eines Werkzeugs, wobei zumindest eines der Organobleche (20) so ausgebildet ist, dass die zwei oder mehr unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) in definierten Bereichen vorliegen, in denen die zumindest zwei unterschiedlichen Matrixmaterialien (5, 6) unvermischt enthalten sind, – Schließen des Werkzeugs und Erwärmen der Organobleche zumindest bis zum teilweisen Aufschmelzen der Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) und – Formgeben der Schichtanordnung und Aushärten der Matrixmaterialien (2, 3, 5, 6) – Erhalten des Faserverbundkunststoff-Bauteils.Manufacturing method for a fiber composite plastic component according to at least one of claims 1 to 5, with at least two fiber composite layers ( 12 . 14 ), wherein at least one of the two fiber composite layers ( 12 . 14 ) at least two different matrix materials ( 5 . 6 ), which at least partially in defined areas ( 15 . 16 ) are present unmixed and at least one of the different matrix materials ( 5 . 6 ) has an elasticity that is greater than the elasticity of the other matrix materials ( 2 . 5 . 6 ) of the same fiber composite layer ( 14 ) and the at least one further fiber composite layers ( 12 ), comprising providing the fiber layers ( 1 ) and the matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) as organic sheets ( 20 ), comprising the steps - layer-by-layer introduction of two or more organic sheets ( 20 ) in the lower mold ( 7 ) of a tool, wherein at least one of the organic sheets ( 20 ) is formed so that the two or more different matrix materials ( 5 . 6 ) are present in defined regions in which the at least two different matrix materials ( 5 . 6 ) are contained unmixed, - closing the tool and heating the organic sheets at least until the partial melting of the matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) and - shaping the layer arrangement and hardening the matrix materials ( 2 . 3 . 5 . 6 ) - Obtain the fiber composite plastic component.
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