DE102013222399A1 - Faserverstärktes Kunststoffbauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, insbesondere für den Fahrzeugbau, mit einem Laminataufbau, der zumindest einen sichtseitigen Oberflächenfilm (1) und einen von der Sichtseite abgewandten Gewebezuschnitt (7) mit integrierten Verstärkungsfasern (9) aufweist, die in einem Matrixmaterial (11) eingebettet sind, welcher Gewebezuschnitt (7) aufgrund seines Kett- und Schussfadensystems (9, 13) Oberflächen-Unebenheiten mit Erhöhungen (15) und Vertiefungen (17) aufweist. Erfindungsgemäß ist zum Ausgleich der Oberflächen-Unebenheiten (15, 17) des Gewebezuschnitts (7) zwischen dem Oberflächenfilm (1) und dem Gewebezuschnitt (7) eine Ausgleichsschicht (19) angeordnet, die unter Reduzierung ihrer Materialstärke (s1) die Erhöhungen (15) der Oberflächen-Unebenheiten aufnimmt und deren Kontaktfläche in Negativform den Oberflächen-Unebenheiten (15, 17) des Gewebezuschnitts (7) folgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, insbesondere für den Fahrzeugbau, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen faserverstärkten Kunststoffbauteils nach dem Patentanspruch 9.
  • Im Fahrzeugbau werden speziell bei Sportfahrzeugen Außenhaut-Bauteile aus Gewichtsgründen aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK). Diese Bauteile werden in gängiger Praxis durch die schichtweise Lamination von Einzellagen und einem anschließenden Aushärtungsprozess hergestellt, in dem die Einzellagen unter Druck und/oder Hitze zu einem einstückigen Laminataufbau aushärten. Die Materialien der Einzellagen, die Reihenfolge der Lamination sowie die Faserausrichtung der Einzellagen zueinander und in Bezug auf die Bauteilgeometrie bestimmen im Wesentlichen die Bauteileigenschaften. Der Laminataufbau ist so ausgelegt, dass einerseits mechanische Eigenschaften und andererseits die optischen Eigenschaften den geforderten Ansprüchen entsprechen. Gleichzeitig muss das Bauteilgewicht, das ebenfalls direkt vom Laminataufbau abhängt, möglichst gering sein.
  • Aus der DE 10 2009 016 213 A1 ist ein gattungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffbauteil bekannt, bei dem ein Gewebezuschnitt mit Verstärkungsfasern (das heißt zum Beispiel ein CFK-Gewebe), die in einem Matrixmaterial eingebettet sind, sowie ein sichtseitiger Oberflächenfilm verwendet wird. Der Gewebezuschnitt ist in an sich bekannter Weise durch ein Kett- und Schussfadensystem aufgebaut, in dem sich die Kettfäden und die Schussfäden einander überkreuzen.
  • An den Kreuzungspunkten der Kett- und Schußfäden ergeben sich Oberflächen-Unebenheiten mit entsprechenden Erhöhungen und Vertiefungen. Diese Oberflächen-Unebenheiten führen auf der Sichtseite des fertiggestellten Kunststoffbauteils zu optisch nachteiligen Faserabzeichnungen. Derartige Faserabzeichnungen können teilweise vom Oberflächenfilm kompensiert werden. Eine weitere Kompensierung der Faserabzeichnungen ergibt sich, wenn ggf.unidirektionale Lagen aus Kohlenstofffasern (d.h. sog. UD-Lagen) zwischen dem Gewebezuschnitt und dem Oberflächenfilm angeordnet werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein faserverstärktes Kunststoffbauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise eine hohe Oberflächenqualität mit reduzierten Faserabzeichnungen erzielt wird und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffbauteils, insbesondere dessen Biegefestigkeit und Biegesteifigkeit aufrechterhalten bleibt.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass es im Stand der Technik prinzipbedingt beim Einsatz von Verstärkungsfasergeweben im Materialaufbau (das heißt der Laminataufbau) zu den oben genannten Faserabzeichnungen kommt, die bislang fertigungstechnisch aufwendig beseitigt werden müssen, um die Oberflächengüte zu verbessern. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zum Ausgleich der Oberflächen-Unebenheiten des Gewebezuschnittes zwischen dem Oberflächenfilm und dem Gewebezuschnitt eine zusätzliche Ausgleichsschicht angeordnet. Die Ausgleichsschicht ist derart elastisch oder plastisch nachgiebig gestaltet, dass sie unter Reduzierung ihrer Materialstärke die Erhöhungen der Oberflächen-Unebenheit aufnimmt, wobei deren Kontaktfläche in Negativform den Oberflächen-Unebenheiten des Gewebezuschnittes folgt. Auf diese Weise werden auf der, dem Gewebezuschnitt abgewandten Seite der Ausgleichsschicht die Faserabzeichnungen vollständig vermieden, wodurch in einfacher Weise die Oberflächenqualität auf der Sichtseite des Kunststoffbauteils verbessert ist.
  • In einer technischen Realisierung kann die Ausgleichsschicht ein sogenanntes Abstandsgewirk sein, das in anderen Technikbereichen (etwa als eine Fließhilfe in einem RTM-Verfahren) bereits eingesetzt wird. Ein solches Abstandsgewirk kann aus einem vliesartigen Textil hergestellt sein, und zwar mit einer mittleren permeablen Trägerschicht, an deren beiden Seiten eine Vielzahl voneinander beabstandeter Vliesknoten angeordnet sind. Die auf der Trägerschicht fixierten Vliesknoten weisen ein elastisch weiches, leicht verformbares Gewebematerial auf. Zwischen den Vliesknoten verlaufen freie Kanäle. Bei einer Druckbelastung können sich die Vliesknoten in die freien Kanäle hinein verformen.
  • Bei faserverstärkten Kunststoffbauteilen besteht generell die Problematik, dass es aufgrund von Nachvernetzungen, Feuchteaufnahme oder dergleichen zu einem nachteiligen Alterungsverhalten kommt, bei dem sich optisch nachteilige Oberflächen-Unebenheiten ergeben können. Im Rahmen von Klimawechseltests ist nachgewiesen worden, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Ausgleichsschicht das oben beschriebene Alterungsverhalten wesentlich verbessert werden konnte, und zwar aufgrund der Elastizität der Ausgleichsschicht, mit der auch nach erfolgter Aushärtung Oberflächen-Unebenheiten kompensierbar sind.
  • In einem bevorzugten Herstellungsverfahren werden der Gewebezuschnitt und die später beschriebenen Verstärkungsfaserlagen als vorimprägnierte Faserhalbzeuge (sogenannte Prepregs) bereitgestellt, die bereits vor der Laminatbildung mit dem Matrixmaterial durchtränkt sind. Die Ausgleichsschicht wird in Unterschied zum Gewebezuschnitt und zu den Verstärkungsfaserlagen, frei von Matrixmaterial bereitgestellt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Ausgleichsschicht beim Einlegen in das Formwerkzeug - im Vergleich zum Gewebezuschnitt und zu den Verstärkungsfaserlagen - noch saugfähig, in Dickenrichtung verformbar sowie einfach drapierbar ist.
  • Wie oben erwähnt, kann der Laminataufbau bevorzugt die zumindest eine Verstärkungsfaserlage aufweisen, in der die Verstärkungsfasern unidirektional verlaufen sowie in einem Matrixmaterial, etwa Harzmaterial, eingebettet sind. Zur Steigerung der Biegefestigkeit ist es von Vorteil, wenn eine erste und eine zweite Verstärkungsfaserlage übereinander gestapelt sind, wobei die Verstärkungsfasern in der ersten Lage und die Verstärkungsfasern in der zweiten Lage zueinander in einem vorgegebenen Faserdifferenzwinkel verlaufen, der bevorzugt bei 90° liegen kann. Mangels Überkreuzungen von Kett- und Schußfäden ist die Verstärkungsfaserlage – im Vergleich zum Gewebezuschnitt – ebenflächig, d.h. weitgehend ohne Oberflächenunebenheiten.
  • Die Verstärkungsfaserlage ist aus Gründen der Festigkeit bevorzugt zwischen dem Oberflächenfilm und der Ausgleichsschicht angeordnet. Auf diese Weise ist die weitgehend ohne Festigkeitseigenschaften (das heißt biegeschlaff) ausführbare Ausgleichsschicht nach Art einer Sandwichstruktur zwischen der Verstärkungsfaserlage und dem Gewebezuschnitt positioniert. Das heißt, dass speziell bei einer Biegebelastung, wie sie bei Außenhautanwendungen dominiert, vorrangig die Verstärkungsfaserlage als äußere Schicht und der Gewebezuschnitt als innere Schicht des Laminataufbaus für das Tragverhalten maßgebend sind. Die Ausgleichsschicht ist dagegen im mittleren Neutralbereich angeordnet und daher wesentlich weniger auf Biegung beansprucht. Auf diese Weise werden nicht nur die Anforderungen an die Oberflächenqualität, sondern auch die mechanischen Eigenschaften erfüllt. Gleichzeitig werden die Bauteilkosten und das Bauteilgewicht reduziert, da der mittlere Neutralbereich aus der kostengünstigeren Ausgleichsschicht ausgebildet ist und die Ausgleichsschicht eine niedrigere Dichte aufweist.
  • Die Verstärkungsfasern in der oben genannten Verstärkungsfaserlage sind besonders bevorzugt in zumindest einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet. In Abhängigkeit vom angestrebten Tragverhalten können die Verstärkungsfasern auch in mehreren gemeinsamen Ebenen übereinander gestapelt sein. Auf diese Weise weist die Verstärkungsfaserlage eine im Vergleich zum Gewebezuschnitt reduzierte Oberflächen-Unebenheit auf. Mit der zumindest einem Verstärkungslage, dem Abstandsgewirk sowie dem Oberflächenfilm sind daher insgesamt drei Maßnahmen bereitgestellt, damit die Oberflächen-Unebenheiten des Gewebezuschnitts nicht zu Faserabzeichnungen an der Sichtseite des Kunststoffbauteils führen.
  • Nachfolgend werden die Verfahrensschritte zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils beschrieben:
    Bevorzugt kann der Gewebezuschnitt aus einem vorimprägnierten Faserhalbzeug (sogenannte Prepregs) hergestellt sein, dessen Verstärkungsfasern mit dem Matrixmaterial getränkt sind. Zur Herstellung eines solchen Faserhalbzeugs werden zum Beispiel bei einem Materiallieferanten zunächst die im Trockenzustand (das heißt ohne Matrixmaterial) auf Rollen aufgewickelte Endlos-Verstärkungsfasern (sogenannte Rovings) abgewickelt und zu einer noch trockenen Gewebebahn gewebt. Die noch trockene Gewebebahn wird anschließend mit dem Matrixmaterial getränkt. Die nunmehr mit dem Matrixmaterial vorimprägnierte Gewebebahn wird dann wieder auf eine Rolle aufgewickelt und zum bauteilverarbeitenden Betrieb geliefert. Dort wird aus der vorimprägnierten Gewebebahn der Gewebezuschnitt zugeschnitten. Die gleiche Vorgehensweise, jedoch ohne Webvorgang, trifft auch auf die Herstellung der Verstärkungsfaserlagen (d.h. die UD-Lagen) zu. Auch der Oberflächenfilm und der Klebefilm können bevorzugt einen zumindest geringen Fasergehalt aufweisen, um die Handhabbarkeit insbesondere bei der Lamination zu vereinfachen.
  • In Abgrenzung dazu werden in einem nicht von der Erfindung umfassten RTM-Verfahren die Faserhalbzeuge in einem Trockenzustand, d.h. ohne vorimprägniertem Matrixmaterial, bereitgestellt. Die noch trockenen Faserhalbzeuge werden in eine Formkammer eines RTM-Werkzeugs eingelegt, in das dann das Matrixmaterial injiziert wird.
  • Die erfindungsgemäß als Prepregs gebildeten Faserhalbzeuge werden anschließend in ein Formwerkzeug eingelegt, und zwar zusammen mit dem Oberflächenfilm, einem später beschriebenen Klebefilm und der noch trockenen Ausgleichsschicht, die noch nicht mit Matrixmaterial durchtränkt ist. Im Formwerkzeug erfolgt der Aushärtungsprozess, bei dem Druck und/oder Hitze auf die Einzellagen ausgeübt werden, um einen einstückigen Laminataufbau zu erzeugen.
  • Zur Verbesserung der Oberflächenqualität folgen in der Dickenrichtung nach dem Oberflächenfilm eine oder mehrere unidirektionale Verstärkungsfaserlagen (d.h. CFK-Lagen) sowie dann die bereits erwähnte Ausgleichsschicht. Durch diese Maßnahmen werden die Faserabzeichnungen des dahinter liegenden CFK-Gewebezuschnitts weiter reduziert.
  • Bei einem solchen Laminataufbau wird bei einer Biegebeanspruchung ein nahezu günstiges Tragverhalten erreicht, da die Ausgleichsschicht im Inneren des Laminataufbaus (das heißt in der „neutralen Ebene“) angeordnet ist, während die CFK-Einzellagen sowie der Gewebezuschnitt mit jeweils hoher Steifigkeit/Festigkeit an den Außenseiten des Laminataufbaus angeordnet sind, die den größten Einfluß auf das Tragverhalten des Bauteils haben.
  • Zusätzlich kann der Laminataufbau zumindest einen Klebefilm aufweisen, der angrenzend an die Ausgleichsschicht positioniert ist und materialidentisch oder materialähnlich mit dem Matrixmaterial ist. Der Klebefilm wirkt im Aushärtungsprozess als eine Kupplungsschicht und Matrixreserve, dessen Material zumindest teilweise, insbesondere vollständig in die trockene Ausgleichsschicht wandert. Auf diese Weise wird ein „Trockenlegen“ der Verstärkungsfaserlage verhindert, bei dem sich das darin vorimprägnierte Matrixmaterial im Aushärtungsprozess verflüssigt und in die Ausgleichsschicht fließt. Mit dem obigen zusätzlichen Klebefilm bleibt das vorimprägnierte Matrixmaterial dagegen in der Verstärkungsfaserlage und wandert nicht in das die Ausgleichsschicht (Abstandgewirk) hinein.
  • Bei der Lamination werden die Einzellagen bevorzugt in folgender Reihenfolge in ein Formwerkzeug eingelegt, und zwar zunächst der Oberflächenfilm, gefolgt von den beiden Verstärkungsfaserlagen, dem Klebefilm, der Ausgleichsschicht und dem Gewebezuschnitt.
  • Beim Legeprozeß wird daher die trockene Ausgleichsschicht auf den Klebefilm gelegt. Das heißt die Ausgleichsschicht haftet an dem Klebefilm, wodurch die Fertigung vereinfacht ist.
  • Wie oben erwähnt, können die Verstärkungsfasern bevorzugt Kohlenstofffasern sein. Alternativ dazu können auch andere Verstärkungsfasern verwendet werden, wie zum Beispiel Glas-, Kevlar-, Aramid-, Bohr- oder Basaltfasern.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 in einer perspektivischen Darstellung eines Ausschnitt aus einem Laminataufbau nach erfolgtem Aushärtungsprozess des faserverstärkten Kunststoffbauteils;
  • 2 in einer grob schematischen Darstellung ein Abstandsgewirk in einem belastungsfreien Fertigungszustand; und
  • 3 eine Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils.
  • In der 1 ist der Laminataufbau des faserverstärkten Kunststoffbauteils gezeigt. Demzufolge weist das Kunststoffbauteil auf seiner oberen Sichtseite einen Oberflächenfilm 1 auf, der übereinander gestapelte erste und zweite Verstärkungsfaserlagen 3, 5 überdeckt. Die beiden Verstärkungsfaserlagen 3, 5 sind zusammen mit dem später beschriebenen Gewebezuschnitt 7 an der Unterseite des Kunststoffbauteils für das Tragverhalten des Kunststoffbauteiles maßgebend. Die erste und die zweite Verstärkungsfaserlage 3, 5 weist jeweils unidirektional zueinander ausgerichtete Kohlenstoffasern 9 auf. Die unidirektionalen Kohlenstoffasern 9 der ersten und der zweiten Verstärkungsfaserlage 3, 5 sind dabei zueinander um 90° überkreuzt. Die Kohlenstofffasern 9 der beiden Verstärkungsfaserlagen 3, 5 sind in dem Matrixmaterial 11 eingebettet.
  • Der von der Sichtseite abgewandte Gewebezuschnitt 7 weist ein Kett- und Schussfadensystem mit Verstärkungsfasern 9, 13 auf. Aufgrund des Kett- und Schussfadensystems ergeben sich an den Überkreuzungspunkten der Verstärkungsfasern 9, 13 Oberflächen-Unebenheiten mit entsprechenden Erhöhungen 15 und Vertiefungen 17. Zum Ausgleich dieser Oberflächen-Unebenheiten ist nach Art einer Sandwichstruktur zwischen der Verstärkungslage 5 und dem Gewebezuschnitt 7 ein Abstandsgewirk 19 als eine Ausgleichsschicht angeordnet. Das Abstandsgewirk 19 bildet an seiner Kontaktfläche zum Gewebezuschnitt 7 die Erhebungen 15 sowie die Vertiefungen 17 der Oberflächen-Unebenheiten des Gewebezuschnittes 7 nach, wobei es die Erhöhungen 15 unter Reduzierung seiner Materialstärke s1 kompensiert. Auf diese Weise ergeben sich im Abstandsgewirk 19 lokale Unterschiede in den Materialstärken s1 und s2, und zwar je nach dem, ob eine Erhöhung 15 oder eine Vertiefung 17 des Gewebezuschnittes 7 kompensiert wird.
  • Der Ausgleich der Oberflächen-Unebenheiten 15, 17 erfolgt lediglich an der, dem Gewebezuschnitt 7 zugewandten Kontaktfläche, während die gegenüberliegende obere Kontaktfläche 21 vollständig ebenflächig bleibt. Auf diese Weise werden die Oberflächen-Unebenheiten 15, 17 des Gewebezuschnittes 7 unter Zwischenlage des Abstandgewirkes 19 nicht bis zur Kunststoffbauteil-Sichtseite als Faserabzeichnungen übertragen.
  • Erfindungsgemäß sind zur Vermeidung der Faserabzeichnungen insgesamt drei Maßnahmen vorgesehen, nämlich erstens die Bereitstellung der Ausgleichsschicht 19, zweitens die Bereitstellung der beiden Verstärkungslagen 3, 5, und drittens die Bereitstellung des Oberflächenfilms 1.
  • In der 2 ist die Ausgleichsschicht 19 beispielhaft als ein Abstandsgewirk realisiert, das in einem belastungsfreien Fertigungszustand, d.h. vor der Herstellung des einstückigen Laminataufbaus, in einer Alleinstellung gezeigt ist. Ein solches Abstandsgewirk 19 weist einen an sich bekannten Gewebeaufbau auf und wird beispielhaft bei einem RTM-Verfahren (nicht von der Erfindung umfasst) als eine Fließhilfe eingesetzt. Das in der 2 gezeigte Abstandsgewirk 19 ist aus einem vliesartigen Textil hergestellt, und zwar mit einer mittleren permeablen Trägerschicht 25, an deren beiden Seiten eine Vielzahl von verformbaren Vliesknoten 23 angeordnet sind. Die Vliesknoten 23 sind über freie Kanäle 26 voneinander beabstandet, in die bei der Herstellung des Laminataufbaus das Matrixmaterial 11 angrenzender Schichten einströmt. Zudem können sich die Vliesknoten 23 in die freien Kanäle 26 hinein verformen.
  • Das Abstandsgewirk 19 wird im Unterschied zum Gewebezuschnitt 7 und zu den Verstärkungsfaserlagen 3, 5, im Fertigungszustand noch trocken, d.h. frei von Matrixmaterial, bereitgestellt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das Abstandsgewirk 19 beim Einlegen in das Formwerkzeug – im Vergleich zum Gewebezuschnitt 7 und zu den Verstärkungsfaserlagen 3, 5 – noch saugfähig, in Dickenrichtung verformbar sowie einfach drapierbar ist.
  • Anhand der 3 wird das Verfahren zur Herstellung des in der 1 gezeigten Kunststoffbauteils erläutert: Demzufolge werden zunächst die, den Laminataufbau bildenden Einzellagen in einer nicht dargestellten Formkammer eines Formwerkzeuges übereinander gestapelt. Sowohl der Gewebezuschnitt 7 als auch die beiden Verstärkungsfaserlagen 3, 5 sind hier als vorimprägnierte Faserhalbzeuge bereitgestellt, deren Verstärkungsfasern 9, 13 bereits mit dem Matrixmaterial 11 getränkt sind.
  • Für die Herstellung des Gewebezuschnitts 7 werden zum Beispiel bei einem Materiallieferanten zunächst die im Trockenzustand (das heißt ohne Matrixmaterial) auf Rollen aufgewickelte Endlos-Verstärkungsfasern (sogenannte Rovings) abgewickelt und zu einer noch trockenen Gewebebahn gewebt. Anschließend wird die noch trockene Gewebebahn mit dem Matrixmaterial getränkt. Die so vorimprägnierte Gewebebahn wird dann wieder auf eine Rolle aufgewickelt und zum fahrzeugbauenden Werk geliefert. Dort wird aus der vorimprägnierten Gewebebahn der Gewebezuschnitt 7 zugeschnitten. Die gleiche Vorgehensweise, jedoch ohne Webvorgang, trifft auch auf die Herstellung der Verstärkungsfaserlagen 3, 5 zu.
  • Dann erfolgt die Lamination, bei der die Einzellagen in der folgenden Reihenfolge in ein nicht dargestelltes Formwerkzeug eingelegt werden, und zwar zunächst der sichtseitige Oberflächenfilm 1, gefolgt von den beiden Verstärkungsfaserlagen 3, 5, dem Klebefilm 33, der noch unverformten, trockenen Ausgleichsschicht 19 und dem Gewebezuschnitt 7. Bei dem Legeprozeß wird daher die trockene Ausgleichsschicht 19 auf den Klebefilm 33 gelegt. D.h. die Ausgleichsschicht 19 haftet an dem Klebefilm 33, wodurch die Fertigung vereinfacht ist. Der zwischen der Verstärkungsfaserlage 5 und der Ausgleichsschicht 19 vorgesehene Klebefilm 33 wirkt im darauffolgenden Aushärtungsprozess als Matrixmaterial-Spender für die Ausgleichsschicht 19. Sowohl der Oberflächenfilm 1 als auch der Klebefilm 33 sind aus einem Werkstoff, der materialgleich oder materialähnlich dem Matrixmaterial 11 ist.
  • Im Aushärtungsprozess werden die übereinander gestapelten Einzellagen mit Druck und/oder Hitze beaufschlagt. Durch die Druckbeaufschlagung wird das Abstandgewirk 19 entsprechend zusammengedrückt, wodurch sich das Abstandgewirk 19 unter Reduzierung seiner Materialstärke den Oberflächen-Unebenheiten 15, 17 anpasst. Gleichzeitig wird durch die Wärmebeaufschlagung das Matrixmaterial 11 in den Verstärkungsfaserlagen 3, 5 sowie in dem Gewebezuschnitt 7 ausgehärtet. Gleiches gilt auch für das Material des Oberflächenfilms 1 und das Material des Klebefilms 33. Auf diese Weise werden die von den Vliesknoten 23 begrenzten freien Kanäle 26 des Abstandsgewirks 19 mit dem nunmehr flüssigen Material des Klebefilms 33 und rückseitig mit dem flüssigen Matrixmaterial des Gewebezuschnitts 7 durchtränkt. Der Klebefilm 33 wirkt beim Aushärtungsprozeß als eine Opferschicht, mit der vorteilhaft eine Verlagerung des Matrixwerkstoffes 11 aus den beiden Verstärkungsfaserlagen 3, 5 hinein in die Kanäle 26 des Abstandsgewirks 19 verhindert ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Laminataufbau kann die mittlere Ausgleichsschicht 19 als eine Symmetrieebene betrachtet werden. Mit Bezug auf diese Symmetrieebene ist der erfindungsgemäße Laminataufbau asymmetrisch, und zwar mit dem Oberflächenfilm 1, den beiden Verstärkungsfaserlagen 3, 5 und dem Klebefilm auf der einen Seite und mit dem Gewebezuschnitt 7 auf der anderen Seite der Ausgleichsschicht 19. Ein derart asymmetrischer Aufbau kann zu einem thermischen Bauteil-Verzug führen. Um einen solchen thermischen Bauteil-Verzug zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn der Faservolumengehalt und auch die Materialstärke auf den beiden Seiten der Symmetrieebene in etwa gleich ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009016213 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Faserverstärktes Kunststoffbauteil, insbesondere für den Fahrzeugbau, mit einem Laminataufbau, der zumindest einen sichtseitigen Oberflächenfilm (1) und einen von der Sichtseite abgewandten Gewebezuschnitt (7) mit Verstärkungsfasern (9, 13) aufweist, die in einem Matrixmaterial (11) eingebettet sind, welcher Gewebezuschnitt (7) aufgrund seines Kett- und Schussfadensystems Oberflächen-Unebenheiten mit Erhöhungen (15) und Vertiefungen (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Oberflächen-Unebenheiten (15, 17) des Gewebezuschnitts (7) zwischen dem Oberflächenfilm (1) und dem Gewebezuschnitt (7) eine Ausgleichsschicht (19) angeordnet ist, die unter Reduzierung ihrer Materialstärke (s1) die Erhöhungen (15) der Oberflächen-Unebenheiten aufnimmt und deren Kontaktfläche in Negativform den Oberflächen-Unebenheiten (15, 17) des Gewebezuschnitts (7) folgt.
  2. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewebezuschnitt (7) in einem Fertigungszustand vor der Bildung des Laminataufbaus ein Faserhalbzeug ist, das mit dem Matrixmaterial (11) vorimprägniert ist, und/oder dass die Ausgleichsschicht (19) im Fertigungszustand trocken, d.h. frei von Matrixmaterial bereitstellbar ist.
  3. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht (19) im Fertigungszustand im Vergleich zum Gewebezuschnitt (7) saugfähig, in Dickenrichtung verformbar sowie einfach drapierbar ausgeführt ist.
  4. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laminataufbau zumindest eine Verstärkungsfaserlage (3, 5) aufweist, in der die Verstärkungsfasern (9) unidirektional verlaufen sowie in einem Matrixmaterial (11), insbesondere einem Harzmaterial, eingebettet sind, und dass insbesondere zumindest eine erste und eine zweite Verstärkungslage (3, 5) vorgesehen sind, wobei die Verstärkungsfasern (9) in der ersten Verstärkungslage (3) und die Verstärkungsfasern (9) in der zweiten Verstärkungslage (5) zueinander in unterschiedlichem Faserwinkel ausgerichtet sind, insbesondere um 90°zueinander abgewinkelt.
  5. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfaserlage (3, 5) zwischen dem Oberflächenfilm (1) und der Ausgleichsschicht (19) angeordnet ist.
  6. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (9) in der Verstärkungsfaserlage (3, 5) ebenflächig in zumindest einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind, insbesondere in mehreren Ebenen übereinander gestapelt sind, wodurch die Verstärkungsfaserlage (3, 5) eine im Vergleich zum Gewebezuschnitt (7) reduzierte Oberflächen-Unebenheit aufweist.
  7. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsschicht (19) und der Verstärkungsfaserlage (5) ein Klebefilm (33) zwischengeordnet ist, der materialidentisch oder materialähnlich mit dem Matrixmaterial (11) der Verstärkungsfaserlage (3, 5) und des Gewebezuschnitts (7) ist.
  8. Faserverstärktes Kunststoffbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht (19) zumindest teilweise, insbesondere vollständig vom Material des Klebefilms (33) durchtränkt ist, und zwar unter zumindest teilweisem Aufbrauch bzw. Auflösen des Klebefilms (33).
  9. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem Verfahren die Verstärkungsfaserlage (3, 5) und/oder der Gewebezuschnitt (7) vorimprägnierte Faserhalbzeuge sind, deren Verstärkungsfasern (9, 13) mit dem Matrixmaterial (11) vorimprägniert sind, und die Faserhalbzeuge zusammen mit der Ausgleichsschicht (19) in ein Formwerkzeug eingelegt und zur Bildung des einstückigen Laminataufbaus ausgehärtet werden sowie die Aushärtung unter Druck und/oder Hitze erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht (9) in einem Fertigungszustand vor der Bildung des Laminataufbaus frei von Matrixmaterial (11) ist und trocken in das Formwerkzeug (31) eingelegt wird, wobei während der Aushärtung die Ausgleichsschicht (19) zumindest teilweise vom Matrixmaterial angrenzender Schichten durchtränkt wird.
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