DE102013021762A1

DE102013021762A1 - Use of a filler-free FRP body parts mold to carry out a low-density filler-containing FRP bodywork part manufacturing process

Info

Publication number: DE102013021762A1
Application number: DE102013021762.8A
Authority: DE
Inventors: Jens Goedecke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-07-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart die Verwendung eines Formwerkzeugs für füllstofffreie FVK-Karosserieteile zur Ausführung eines Herstellverfahrens für ein füllstoffhaltiges FVK-Karosserieteil mit geringer Dichte. Das füllstoffhaltiges FVK-Karosserieteil weist eine Matrix, Verstärkungsfasern und einen Füllstoff mit einer Dichte, die geringer als eine Dichte der Matrix ist, auf. Die Geometrie und Dicke des füllstoffhaltigen FVK-Karosserieteils entsprechen dabei einer Geometrie und Dicke eines vorgegebenen füllstofffreien FVK-Karosserieteils.The present invention discloses the use of a filler-free FRP body parts mold to carry out a low-density filler-containing FRP bodywork part manufacturing process. The filler-containing FRP bodywork part comprises a matrix, reinforcing fibers and a filler having a density that is less than a density of the matrix. The geometry and thickness of the filler-containing FRP body part correspond to a geometry and thickness of a predetermined filler-free FRP body part.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Formwerkzeugs für füllstofffreie FVK-Karosserieteile zur Ausführung eines Herstellverfahrens für ein füllstoffhaltiges FVK-Karosserieteil mit geringer Dichte.The invention relates to the use of a molding tool for filler-free FRP body parts for carrying out a manufacturing method for a low-density filler-containing FRP body part.

Es ist bekannt, Karosserieteile wie etwa Heckklappen, Kotflügel, Dachmodule oder Ähnliches anstatt aus Stahl aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) herzustellen. Die Dicke dieser Bauteile kann aus Gründen der Beulsteifigkeit und, weil im Sichtbereich eine hohe Oberflächengüte in Class-A-Qualität erreicht werden muss, jedoch nicht beliebig gering gewählt werden; dem Leichtbau sind hierdurch Grenzen gesetzt. Daher wurden Sandwichbauteile vorgeschlagen, bei denen beispielsweise zwischen zwei Sichtfaserlagen eine Kernlage aus einem Material mit einer geringeren Dichte als die Matrix der Sichtfaserlage angeordnet ist. Nachteilig ergibt sich hierbei jedoch eine Faserabzeichnung auf der Außenseite, was deren Eignung als Sichtbauteil einschränkt.It is known to produce body parts such as tailgates, fenders, roof modules or the like instead of steel fiber-reinforced plastic (FRP). The thickness of these components can be chosen for reasons of dent resistance and, because in the field of view, a high surface quality in Class A quality must be achieved, but not arbitrarily low; The lightweight construction is limited by this. Therefore, sandwich components have been proposed in which, for example, between two view fiber layers, a core layer of a material with a lower density than the matrix of the view fiber layer is arranged. The disadvantage here, however, results in a Faserabzeichnung on the outside, which restricts their suitability as a visual component.

Es gibt jedoch auch Konzepte, die auf die Zwischenlage geringer Dichte verzichten und auf andere Weise eine Dichtereduktion zu erreichen versuchen.However, there are also concepts that do without the intermediate layer of low density and try to achieve a density reduction in other ways.

So offenbart die CN 102634184 ein SMC-Material für Kraftfahrzeug-Abdeckungen, die Kraftfahrzeug-Abdeckung selbst und ein Herstellverfahren für die Abdeckung. Das SMC-Material hat folgende Gewichts-Zusammensetzung: 60–100 Teile Matrixharz, 80–200 Teile Verstärkungsfasern, 30–50 Teile Anti-Schrumpfungsadditiv, 130–220 Teile anorganischem mineralischem Füllstoff, 20–30 Teile Mikro-Hohlglaskugeln, 3–8 Teile Trennmittel, 1–4 Teile Härter, 1–5 Teile Dickungsmittel. Bei den Verstärkungsfasern kann es sich unter Anderem um Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Metallfasern handeln. Das Abdeckungsbauteil soll sich durch eine geringe Schrumpfung, geringe Dichte und eine Class-A-Oberfläche auszeichnen.So revealed the CN 102634184 an automotive-grade SMC material, the automobile cover itself, and a cover manufacturing method. The SMC material has the following weight composition: 60-100 parts matrix resin, 80-200 parts reinforcing fibers, 30-50 parts anti-shrinkage additive, 130-220 parts inorganic mineral filler, 20-30 parts micro hollow glass beads, 3-8 parts Release agent, 1-4 parts hardener, 1-5 parts thickener. The reinforcing fibers may be, inter alia, glass fibers, carbon fibers and / or metal fibers. The cover component is said to be characterized by low shrinkage, low density and a Class A surface.

Ferner offenbart die CN 101575444 ein Polyester-SMC mit geringer Dichte und ein Herstellverfahren dafür. Das Polyester-SMC enthält zumindest folgende Komponenten in Gewichtsanteilen: 50–70 Teile ungesättigtes Polyester-Matrixharz, 3–5 Teile Verdünner, 8–10 Teile Flüssigpigmente, 40–60 Teile Calciumcarbonatpulver, 1–1,5 Teile Dickungsmittel, 5–6 Teile Entformungsmittel, 60–80 Teile leichtes Füllmaterial, 60–100 Teile kurze Glasfasern. Bei dem leichten Füllmaterial kann es sich unter Anderem um Mikro-Hohlglaskugeln oder Nano Kieselsäureanhydrid handeln.Further, the CN 101575444 a low-density polyester SMC and a production method therefor. The polyester-SMC contains at least the following components by weight: 50-70 parts unsaturated polyester matrix resin, 3-5 parts thinner, 8-10 parts liquid pigments, 40-60 parts calcium carbonate powder, 1-1.5 parts thickener, 5-6 parts Mold release agent, 60-80 parts light filler, 60-100 parts short fiberglass. The lightweight filler may be micro hollow glass spheres or nano silicic anhydride, among others.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu finden, solche füllstoffhaltigen FVK-Karosserieteile mit geringer Dichte, insbesondere mikro-hohlglaskugelhaltige FVK-Karosserieteile, kostengünstiger als bisher herstellen zu können.Based on this prior art, it is an object of the present invention to find a way to produce such filler-containing FRP body parts with low density, in particular micro-hollow glass spherical FVK body parts, cheaper than before.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Formwerkzeugs für füllstofffreie FVK-Karosserieteile zur Ausführung eines Herstellverfahrens für ein füllstoffhaltiges FVK-Karosserieteil mit geringer Dichte mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by the use of a filler-free FRP body parts mold for carrying out a low-density filler-containing FRP bodywork manufacturing method having the features of independent claim 1. *** " Further developments are set forth in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Formwerkzeug für füllstofffreie FVK-Karosserieteile zur Ausführung eines Herstellverfahrens für ein füllstoffhaltiges FVK-Karosserieteil mit geringer Dichte verwendet. Das füllstoffhaltige FVK-Karosserieteil weist eine Matrix, Verstärkungsfasern und einen Füllstoff mit einer Dichte, die geringer als eine Dichte der Matrix ist, auf. Die Geometrie und vor Allem die Dicke des füllstoffhaltigen FVK-Karosserieteils entsprechen dabei einer Geometrie und Dicke eines vorgegebenen füllstofffreien FVK-Karosserieteils.According to the invention, a mold for filler-free FRP body parts is used to carry out a production process for a filler-containing FRP body part with low density. The filler-containing FRP body panel comprises a matrix, reinforcing fibers and a filler having a density that is less than a density of the matrix. The geometry and above all the thickness of the filler-containing FRP body part correspond to a geometry and thickness of a predetermined filler-free FRP body part.

Ein Füllstoff im Sinne der Erfindung sind alle Zusätze, die dem FVK beigegebene werden, und die keine verstärkende Funktion haben, insbesondere handelt es sich dabei nicht um Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungspartikel. Mit „Geometrie” sind hierin hauptsächlich die Längen, Breitenabmessungen, Biegungsradien etc. gemeint, d. h. das füllstoffhaltige FVK-Karosserieteil hat die gleichen Abmessungen wie sein füllstofffreies Äquivalent und kann dadurch als direkter Ersatz für das füllstofffreie Karosserieteil oder gar für ein typgleiches Bauteil aus Stahl verwendet werden. Es lässt sich zudem ohne Zusatzkosten herstellen, da das gleiche Formwerkzeug wie zur Fertigung des füllstofffreien Karosserieteils verwendet wird. Darüber hinaus werden zur Herstellung des füllstoffhaltigen Karosserieteils weniger vergleichsweise teure Kohlenstofffasern benötigt, da ein Teil quasi durch den Füllstoff substituiert wird. Das so hergestellte füllstoffhaltige FVK-Karosserieteil hat bei im Wesentlichen gleicher Biegesteifigkeit eine deutlich verringerte Dichte; so ist es beispielsweise möglich, die Dichte durch den Einsatz von Füllstoffen um bis zu etwa ein Drittel zu reduzieren. Hierdurch wird das Leichtbaupotential im Kraftfahrzeugbau noch besser als durch ein füllstofffreies Karosserieteil ausgeschöpft.A filler in the context of the invention are all additives which are added to the FRP and which have no reinforcing function, in particular these are not reinforcing fibers and / or reinforcing particles. By "geometry" herein is meant mainly the lengths, width dimensions, bending radii, etc., i. E. H. the filler-containing FRP body part has the same dimensions as its filler-free equivalent and can therefore be used as a direct replacement for the filler-free body part or even for a type-identical steel component. It can also be produced at no extra cost, since the same mold is used as for the production of the filler-free body part. In addition, less comparatively expensive carbon fibers are needed for the production of the filler-containing body part, since a part is quasi substituted by the filler. The filler-containing FRP body part produced in this way has a significantly reduced density with essentially the same bending stiffness; For example, it is possible to reduce the density by up to about one-third by using fillers. As a result, the lightweight construction potential in the automotive industry is better than exhausted by a filler-free body part.

Das Formwerkzeug kann zudem bei der Herstellung des füllstoffhaltigen Karosserieteils leichter gefüllt werden als bei der Fertigung von extrem dünnen füllstofffreien Karosserieteilen, da die Befüllmasse schlecht fließfähig ist und somit schlecht in Werkzeugecken und/oder Hinterschnitte gefördert werden kann.The mold can also be easier to fill in the production of the filler-containing body part as in the production of extremely thin filler-free body parts, since the filling is poor flowability and thus can be promoted poorly in tool corners and / or undercuts.

Bei dem Füllstoff kann es sich um Mikrohohlkugeln handeln, etwa um Mikrohohlglaskugeln. Die Verstärkungsfasern können hierbei insbesondere Kohlenstofffasern sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorgenannten Füllstoffe und/oder Verstärkungsfasern beschränkt, vielmehr kann der Erfindungsgedanke auch mit anderen Füllstoffen und/oder Verstärkungsfasern verwirklicht werden. The filler may be hollow microspheres, such as hollow glass microspheres. The reinforcing fibers may be carbon fibers in particular. However, the invention is not limited to the aforementioned fillers and / or reinforcing fibers, but the inventive concept can be realized with other fillers and / or reinforcing fibers.

In einer weiteren Ausführungsform kann das füllstoffhaltige FVK-Karosserieteil eine Haftvermittlerkomponente zur Verbesserung der Einbindung des Füllstoffs enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann es ein festigkeitserhöhendes Additiv, beispielsweise Isocyanat, und/oder eine elektrisch leitfähige Komponente, etwa ein elektrisch leitfähiges Pulver, insbesondere bevorzugt Ruß und/oder Graphitpulver, enthalten. Die elektrisch leitfähige Komponente erhöht die elektrische Leitfähigkeit des gesamten Karosserieteils, wodurch bei einer KTL-Beschichtung eine höhere Schichtdicke und homogenerer Beschichtungsauftrag erreicht werden kann. Das Isocyanat führt beispielsweise in dem Formwerkzeug eine Polyadditionsreaktion mit einem Alkohol durch und bildet ein Polyurethan.In a further embodiment, the filler-containing FRP body part may contain an adhesion promoter component for improving the incorporation of the filler. Alternatively or additionally, it may contain a strength-increasing additive, for example isocyanate, and / or an electrically conductive component, for example an electrically conductive powder, particularly preferably carbon black and / or graphite powder. The electrically conductive component increases the electrical conductivity of the entire body part, whereby a higher layer thickness and more homogeneous coating application can be achieved with a cathodic dip coating. For example, the isocyanate undergoes a polyaddition reaction with an alcohol in the mold and forms a polyurethane.

Der Verstärkungsfaseranteil des füllstoffhaltigen FVK-Karosserieteils kann in einem Bereich von 25 bis 35 Gew.-% und/oder der Füllstoffanteil in einem Bereich von 8 bis 13 Gew.-% liegen.The reinforcing fiber content of the filler-containing FRP body part may be in a range from 25 to 35% by weight and / or the filler content in a range from 8 to 13% by weight.

Die Matrix des füllstoffhaltigen Karosserieteils kann insbesondere eine duroplastische Matrix sein, beispielsweise ein Epoxidharz oder Polyesterharz und bevorzugt ein Vinylharz; die erfindungsgemäße Verwendung des Formwerkzeugs für füllstofffreie FVK-Karosserieteile zur Ausführung eines Herstellverfahrens für ein füllstoffhaltiges FVK-Karosserieteil eignet sich jedoch grundsätzlich auch für thermoplastische Matrize.The matrix of the filler-containing body part may in particular be a duroplastic matrix, for example an epoxy resin or polyester resin and preferably a vinyl resin; However, the inventive use of the mold for filler-free FRP body parts for carrying out a manufacturing process for a filler-containing FRP body part is in principle also suitable for thermoplastic matrix.

Die Dicke des füllstoffhaltigen FVK-Karosserieteils kann in einem Bereich von 1,8 mm bis 3,5 mm, bevorzugt in einem Bereich von 2,0 mm bis 2,8 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2,2 mm bis 2,4 mm, liegen.The thickness of the filler-containing FRP body part may be in a range of 1.8 mm to 3.5 mm, preferably in a range of 2.0 mm to 2.8 mm, particularly preferably in a range of 2.2 mm to 2, 4 mm, lie.

Das erfindungsgemäß unter Verwendung des Formwerkzeugs für füllstofffreie FVK-Karosserieteile hergestellte füllstoffhaltige FVK-Karosserieteil kann einen Zugmodul in einem Bereich von 10 GPa bis 14 GPa, einen Biegemodul in einem Bereich von 9,5 GPa bis 12,1 GPa, eine Biegefestigkeit in einem Bereich von 135 MPa bis 145 MPa, eine spezifische Beulsteifigkeit von mindestens 9,5 m⁸ kg^–2s^–2 und/oder eine Dichte in einem Bereich von 0,9 bis 1,1 g/cm³ aufweisen. Hierbei erreicht das erfindungsgemäß hergestellte füllstoffhaltige Karosserieteil bei geringerem Verstärkungsfasereinsatz nahezu die gleiche Biegefestigkeit wie ein füllstofffreies Karosserieteil, während die Beulsteifigkeit sogar verbessert werden kann. Lediglich hinsichtlich der Zugfestigkeit ist das füllstofffreie Karosserieteil dem füllstoffhaltigen überlegen, was jedoch keinen Nachteil darstellt, da das Belastungskollektiv im Fahrzeug-Exterieur keine maximale Zugfestigkeit erfordert.The filler-containing FRP body portion produced in accordance with the present invention using the mold for unfilled FRP body panels may have a tensile modulus in a range of 10 GPa to 14 GPa, a flexural modulus in a range of 9.5 GPa to 12.1 GPa, a flexural strength in a range from 135 MPa to 145 MPa, a specific buckling stiffness of at least 9.5 m ⁸ kg ^-2 s ^-2 and / or a density in a range from 0.9 to 1.1 g / cm ³ . In this case, the filler-containing body part produced according to the invention achieves almost the same flexural strength as a filler-free body part with a lower reinforcing fiber insert, while the buckling stiffness can even be improved. Only in terms of tensile strength, the filler-free body part is superior to the filler, but this is not a disadvantage, since the load collective in the vehicle exterior requires no maximum tensile strength.

Bei dem füllstoffhaltigen FVK-Karosserieteil kann es sich um eine Heckklappe, einen Kotflügel, eine Motorhaube, ein Dachmodul oder um andere Bauteile aus dem Exterieurbereich handeln. Das Bauteil kann darüber hinaus insbesondere zumindest eine Class-A-Oberfläche haben, die durch Verwendung des Füllstoffs ohne Nacharbeiten erreicht wird, da der Füllstoff die Faserzwischenräume ausfüllt und so eine Faserabzeichnung verhindert wird.The filler-containing FRP body part can be a tailgate, a mudguard, a bonnet, a roof module or other components from the exterior area. In particular, the component may have at least one Class A surface achieved by using the filler without reworking, since the filler fills the fiber interstices and thus prevents fiber marking.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CN 102634184 [0004]
CN 101575444 [0005]

Claims

Use of a filler-free FRP body parts mold to carry out a low-density CVD body-forming part manufacturing process comprising a matrix, reinforcing fibers and a filler having a density less than a density of the matrix, the geometry and thickness of the filler-containing FRP body part corresponds to a geometry and thickness of a predetermined filler-free FRP body part.

Use according to claim 1, characterized in that - the filler are hollow microspheres, preferably hollow glass microspheres and / or - the reinforcing fibers are carbon fibers.

Use according to claim 1 or 2, characterized in that the filler-containing FRP body part - an adhesion promoter component for improving an incorporation of the filler and / or - a strength-increasing additive, preferably an isocyanate, and / or - an electrically conductive component, preferably an electrically conductive Powder, particularly preferably carbon black and / or graphite powder having.

Use according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the filler-containing FRP body part has a reinforcing fiber content in a range of 25 to 35 wt .-% and / or a filler content in a range of 8 to 13 wt .-%.

Use according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the matrix is a thermosetting matrix, preferably an epoxy resin or polyester resin, more preferably a vinyl resin.

Use according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the filler-containing FRP body part has a thickness in a range from 1.8 mm to 3.5 mm, preferably in a range from 2.0 mm to 2.8 mm, more preferably in a range of 2.2 mm to 2.4 mm.

Use according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the filler-containing FRP body part - a tensile modulus in a range of 10 GPa to 14 GPa and / or - a flexural modulus in a range of 9.5 GPa to 12.1 GPa and / or - a bending strength in a range of 135 MPa to 145 MPa and / or - a specific buckling stiffness of at least 9.5 m ⁸ kg ^-2 s ^-2 and / or - a density in a range of 0.9 to 1 , 1 g / cm ³ .

Use according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the filler-containing FRP body part is a tailgate, a fender, a hood, a roof module.

Use of a manufacturing method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the filler-containing FRP body part has at least one Class A surface.