DE102015200527A1 - Process for the production of a recycled plastic fiber-containing semifinished product - Google Patents

Process for the production of a recycled plastic fiber-containing semifinished product Download PDF

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Dr. Lehnert Frank
Thilo Sauerteig
Volker Gutgesell
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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines wiedergewonnene Kohlenstofffasern aufweisenden Halbzeugs (3), bei dem die Kohlenstofffasern in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet und in einer Werkzeugform (1) angeordnet werden, wobei nach dem Verfahren – auf die Kohlenstofffasern ein Ferrofluid (2) aufgebracht wird – an die mit Ferrofluid (2) versehenen Kohlenstofffasern ein Magnetfeld angelegt wird – die Kohlenstofffasern mittels des Magnetfelds in Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.Proposed is a method for producing a recovered carbon fiber having semifinished product (3), in which the carbon fibers are aligned in a preferred direction and arranged in a mold (1), according to the method - on the carbon fibers a ferrofluid (2) is applied - to applying a magnetic field to the carbon fibers provided with ferrofluid (2) - the carbon fibers are oriented by the magnetic field in the preferred direction.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wiedergewonnene Kohlenstofffasern aufweisenden Halbzeugs, bei dem die Kohlenstofffasern in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet und in einer Werkzeugform angeordnet werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for producing a reclaimed carbon fiber-comprising semifinished product, in which the carbon fibers are aligned in a preferred direction and arranged in a mold, according to the preamble of claim 1.

Kohlenstofffasern werden häufig als Verstärkungselement bei Faserverbundwerkstoffen eingesetzt, die von der Industrie beispielsweise bei der Herstellung von Karosseriebauteilen oder Bauteilen für Windkraftanlagen verwendet werden.Carbon fibers are often used as a reinforcing element in fiber composites, which are used by industry, for example in the manufacture of body components or components for wind turbines.

In der gesamten Prozesskette bei der Herstellung solcher Bauteile fallen Faserreststoffe an, die entweder als trockenes Fasermaterial oder als bereits mit einem Harz zur Bildung eines fertigen Bauteils in Kontakt gekommenes Fasermaterial vorliegen.In the entire process chain in the manufacture of such components, fiber residues are produced, which are present either as a dry fiber material or as a fiber material already in contact with a resin to form a finished component.

Trockene Faserreststoffe werden dabei überwiegend in der Form von Vliesen oder als Granulatfüllstoff weiterverarbeitet, also als Halbzeug, welches Kohlenstofffasermaterial aufweist, bei dem die Fasern nicht in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet vorliegen. Um Faserreststoffe aus bereits verarbeiteten Bauteilen durch Wiedergewinnung oder Recycling zu erhalten, werden zerkleinerte CFK Bauteile mittels Pyrolyse oder Solvolyse bearbeitet, um wiedergewonnenes Kohlefaserreststoffmaterial zu erhalten.Dry fiber residues are processed predominantly in the form of nonwovens or as granulate filler, ie as semifinished product which has carbon fiber material in which the fibers are not aligned in a preferred direction. To recover fiber pulps from already processed components by recovery or recycling, crushed CFRP components are processed by pyrolysis or solvolysis to obtain recovered carbon fiber pulp material.

Die Festigkeit und Steifigkeit von aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFKs) hergestellter Materialien oder Bauteilen ist in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Es kann sogar so weit gehen, dass die Festigkeit quer zur Faserlängsrichtung geringer ist als die Festigkeit des Binderharzes.The strength and stiffness of carbon fiber reinforced plastics (CFCs) made materials or components is substantially higher in the fiber direction than transverse to the fiber direction. It may even go so far that the strength transverse to the fiber longitudinal direction is less than the strength of the binder resin.

Aus diesem Grund wird das Material oft auch schichtweise verarbeitet, um durch die unterschiedliche Ausrichtung der Fasern eine entsprechende Steifigkeit und Festigkeit möglichst in alle Raumrichtungen zu erzielen. Wenn hierzu Vliese eingesetzt werden, ist es von Vorteil, wenn die Fasern möglichst in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet sind und nicht nur als nicht ausgerichtetes Fasergewirr vorliegen.For this reason, the material is often processed in layers, in order to achieve a corresponding stiffness and strength as possible in all spatial directions by the different orientation of the fibers. When nonwovens are used for this purpose, it is advantageous if the fibers are oriented in a preferred direction as far as possible and not just in the form of non-aligned fiber tangles.

Die Kohlefaserreststoffe müssen also in Vorzugsrichtung entsprechend der Belastungsrichtung des Bauteils, bei dem sie eingesetzt werden sollen, ausgerichtet werden, um die bauteilspezifisch geforderten mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Wird neues Kohlenstofffasermaterial verwendet, lässt sich die Ausrichtung in Vorzugsrichtung beispielsweise anhand der Bildung eines Geleges des als Endlosfaser vorliegenden Ausgangsmaterials erreichen, was aber bei einem ungeordneten Faserknäuel aus recycelten oder wiedergewonnenen Reststoffen nicht gegeben ist.The carbon fiber residues must therefore be aligned in the preferred direction according to the loading direction of the component in which they are to be used in order to achieve the component-specific mechanical properties required. If new carbon fiber material is used, the orientation in the preferred direction can be achieved, for example, by forming a fabric of the starting material present as continuous fiber, but this is not the case with a disordered fiber bundle of recycled or recovered residues.

Die Ausrichtung des Fasermaterials aus wiedergewonnenen Kohlenstofffasern kann beispielsweise durch einen aufwändigen Krempelprozess erreicht werden, was aber die Verarbeitungskosten ansteigen lässt und einen zeitaufwändigen Zwischenschritt bei der Herstellung eines Endprodukts unter Verwendung von recyceltem Kohlenstofffasermaterial darstellt.The orientation of the recycled carbon fiber fiber material can be achieved, for example, by a laborious carding process, but this increases processing costs and is a time-consuming intermediate step in producing a final product using recycled carbon fiber material.

Anhand der EP 2 783 764 A1 sind eine Pyrolyseanlage und ein Verfahren zur Rückgewinnung von Kohlenstofffasern aus kohlenstofffaserhaltigen Kunststoffen bekannt geworden.Based on EP 2 783 764 A1 For example, a pyrolysis plant and a process for recovering carbon fibers from carbon fiber-containing plastics have become known.

Anhand der EP 2 783 824 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Kohlenstofffasern aus kohlenstofffaserhaltigen Kunststoffen bekannt geworden, bei dem die kohlenstoffhaltigen Kunststoffteile mittels Pyrolyse aufbereitet werden, um ein kohlenstofffaserhaltiges Recyclat zu bekommen.Based on EP 2 783 824 A1 For example, a method and apparatus for recovering carbon fibers from carbon fiber-containing plastics has become known in which the carbonaceous plastic parts are processed by pyrolysis to obtain a carbon fiber-containing recycled material.

Anhand der auf die Anmelderin zurückgehenden DE 10 2012 206 384 A1 ist ein Faser-Flechtprofil bekannt geworden, bei dem die Stehfäden und die Flechtfäden zumindest teilweise aus Recycling-Kohlenstofffasern gebildet sind.With reference to the applicant DE 10 2012 206 384 A1 a fiber braided profile has become known in which the standing threads and the braiding threads are at least partially formed from recycled carbon fibers.

Anhand der weiteren, auf die Anmelderin zurückgehenden DE 10 2011 079 525 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffhalbzeugs bekannt geworden, bei dem die recycelten Kohlenstofffasern aus einer Krempeleinrichtung in die Kunststoffmatrix eingebracht werden.Based on the other, attributed to the applicant DE 10 2011 079 525 A1 a method for producing a fiber-reinforced plastic semi-finished product has become known, in which the recycled carbon fibers are introduced from a carding device in the plastic matrix.

Schließlich ist anhand der DE 10 2010 008 370 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Halbzeugs aus Faserverbundwerkstoff bekannt geworden. Nach diesem bekannten Verfahren wird eine Mischung aus thermoplastischen Bindefasern und recycelten Kohlenstofffasern durch einen Krempelprozess zu einer Fasermatte verarbeitet, wobei die Carbonfasern mehr oder minder gezielt orientiert eingebracht werden und die Anteile an thermoplastischen Fasern durch Wärmebeaufschlagung in einen klebenden Zustand verbracht werden, die Mischung verdichtet wird und zu einer Plattenware verpresst und danach abgekühlt wird.Finally, based on the DE 10 2010 008 370 A1 a method for producing a plate-shaped semifinished fiber composite material has become known. According to this known method, a mixture of thermoplastic binder fibers and recycled carbon fibers is processed by a carding process to a fiber mat, the carbon fibers are introduced oriented oriented more or less and the proportions of thermoplastic fibers are transferred by heat application in an adhesive state, the mixture is compacted and pressed into a sheet and then cooled.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines wiedergewonnene Kohlenstofffasern aufweisenden Halbzeugs bereitzustellen, welches ohne einen aufwändigen Kämmvorgang auskommt. Auch soll ein Halbzeug bereitgestellt werden, welches ohne einen solchen aufwändigen Kämmvorgang erreicht werden kann.Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide a method for producing a reclaimed carbon fibers having semifinished product, which manages without a complex combing process. Also, a semi-finished is to be provided, which without a Such complex combing can be achieved.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Darüber hinaus weist die Erfindung hinsichtlich des Halbzeugs die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale auf.The invention has to solve this problem with respect to the method specified in claim 1 features. Advantageous embodiments of the method are described in the further claims. In addition, the invention has regard to the semifinished product specified in claim 10 features.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines wiedergewonnene Kohlenstofffasern aufweisenden Halbzeugs, bei dem die Kohlenstofffasern in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet und in einer Werkzeugform angeordnet werden, wobei nach dem Verfahren auf die Kohlenstofffasern ein Ferrofluid aufgebracht wird, an die mit Ferrofluid versehenen Kohlenstofffasern ein Magnetfeld angelegt wird und die Kohlenstofffasern mittels des Magnetfelds in Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.The invention provides a method for producing a recovered carbon fiber-comprising semifinished product, in which the carbon fibers are aligned in a preferred direction and arranged in a tool mold, wherein after the method on the carbon fibers, a ferrofluid is applied to the ferrofluid-coated carbon fibers, a magnetic field is applied and the carbon fibers are oriented by the magnetic field in the preferred direction.

Die Erfindung schafft mit anderen Worten ein Verfahren, nach dem Kohlenstofffasern, die beispielsweise mittels eines Recyclingsverfahrens aus CFK-Bauteilen gewonnen wurden, als beispielsweise Matte oder Vlies oder Faserknäuel mit wirren, ungerichteten Einzelfasern in einer Werkzeugform angeordnet werden, mit der das sich ergebende Halbzeug bereits endkonturnah ausgebildet werden kann, und zumindest auf einzelne Bereiche oder Flächen des so gebildeten Kohlenstofffaser-Vorformlings ein Ferrofluid aufgebracht wird. Die magnetischen Partikel des Ferrofluids lagern sich an die Kohlenstofffasern an und eine Beaufschlagung zumindest der mit Ferrofluid benetzten oder getränkten Bereiche mit einem Magnetfeld sorgt dann dafür, dass sich die Ferropartikel entlang der aufgebrachten magnetischen Feldlinien ausrichten und dabei aufgrund der Adhäsionswirkung zwischen den Partikeln und den Kohlenstofffasern auch die Kohlenstofffasern entlang der Magnetfeldlinien ausgerichtet werden.In other words, the invention provides a method according to which carbon fibers, which have been obtained, for example, by means of a recycling process from CFRP components, are arranged as a mat or fleece or fiberballs with tangled, non-oriented individual fibers in a tool mold with which the resulting semi-finished product already can be formed close to the final contour, and at least on individual areas or surfaces of the carbon fiber preform thus formed a ferrofluid is applied. The magnetic particles of the ferrofluid adsorb to the carbon fibers, and exposing at least the ferrofluid wetted or impregnated regions to a magnetic field then causes the ferroparticles to align along the applied magnetic field lines, due to the adhesion between the particles and the carbon fibers Also, the carbon fibers are aligned along the magnetic field lines.

Dabei wird das Magnetfeld so gesteuert aufgebracht oder erzeugt, dass die magnetischen Feldlinien weitgehend in Richtung der gewünschten Vorzugsorientierung der Fasern verlaufen und sich so durch die Beaufschlagung des Faseraufbaus mit dem Magnetfeld eine Ausrichtung der Kohlenstofffasern in die der gewünschten Festigkeit und Steifigkeit des zu erzeugenden Halbzeugs entsprechende benötigte Vorzugsrichtung einstellt.In this case, the magnetic field is applied or generated so controlled that the magnetic field lines are largely in the direction of the desired preferred orientation of the fibers and thus by the application of the fiber structure with the magnetic field alignment of the carbon fibers in the desired strength and rigidity of the semifinished product to be produced set preferred direction.

Bei dem hier zum Einsatz kommenden Ferrofluid handelt es sich um eine Flüssigkeit, die auf die Beaufschlagung mit einem magnetischen Feld reagiert, ohne sich zu verfestigen. Die magnetischen Partikel sind dabei in einer Trägerflüssigkeit, bei der es sich um ein Öl oder Wasser handeln kann, suspendiert.The ferrofluid used here is a liquid that reacts to the application of a magnetic field without solidifying. The magnetic particles are suspended in a carrier liquid, which may be an oil or water.

Es ist dabei nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Ferrofluid oder Magnetofluid auf die Kohlenstofffasern vor und/oder nach deren Anordnung in der Werkzeugform aufgebracht wird.It is provided according to a development of the invention that the ferrofluid or magnetic fluid is applied to the carbon fibers before and / or after their arrangement in the mold.

Das Kohlenstofffasern aufweisende Faserknäuel kann also vor dessen Anordnung in der Werkzeugform beispielsweise mittels eines Sprühvorgangs mit Ferrofluid benetzt werden, es kann auch in eine Ferrofluidlösung getaucht werden und dann im benetzten Zustand in die Werkzeugform eingebracht werden und dort endkonturnah angeordnet werden, also beispielsweise in einer Form, die dem später herzustellenden Bauteil schon weitgehend entspricht.The fibrous ball containing carbon fibers can therefore be wetted with ferrofluid, for example by means of a spraying process, before it is arranged in the tool mold. It can also be immersed in a ferrofluid solution and then introduced into the tool mold in the wetted state and arranged there close to the final contour, that is, for example in a mold which already largely corresponds to the component to be manufactured later.

Es ist auch möglich, das Faserknäuel im noch trockenen Zustand in die Werkzeugform einzubringen und dort endkonturnah anzuordnen. Das so vorbereitete Faserknäuel kann dann in der Werkzeugform mit Ferrofluid versehen werden, also zumindest bereichsweise mit Ferrofluid besprüht werden oder es kann auch so viel Ferrofluid in die Werkzeugform eingebracht werden, dass das endkonturnah ausgebreitete Faserknäuel in dem Ferrofluidbad ein Tauchbad nimmt.It is also possible to introduce the fiberballs in the still dry state in the mold and to arrange near net shape. The fiberballs prepared in this way can then be provided with ferrofluid in the tool mold, that is to say sprayed with ferrofluid at least in some areas, or so much ferrofluid can be introduced into the tool mold that the near-net-shaped fiberballs in the ferrofluid bath take an immersion bath.

In allen Fällen ist das Ferrofluid so ausgebildet, dass an der Oberfläche der Kohlenstofffasern die magnetisierbaren Partikel anhaften, wobei es hierzu nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass die Kohlenstofffasern vor der Kontaktierung durch das Ferrofluid beispielsweise mittels einer chemischen Behandlung aufgeraut werden, so dass sich zwischen den Kohlenstofffasern und den Ferropartikel eine verstärkte Adhäsionskraft einstellt.In all cases, the ferrofluid is formed so that adhere to the surface of the carbon fibers, the magnetizable particles, it being provided for this purpose according to a development of the invention that the carbon fibers are roughened prior to contacting the ferrofluid, for example by means of a chemical treatment, so that an increased adhesion between the carbon fibers and the ferroparticles occurs.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Ferrofluid mit den in der Werkzeugform angeordneten Kohlenstofffasern in Kontakt gebracht wird und nach der Ausrichtung der Kohlenstofffasern in Vorzugsrichtung aus der Werkzeugform zumindest teilweise ausgebracht wird.According to a development of the method according to the invention, it is provided that the ferrofluid is brought into contact with the carbon fibers arranged in the tool mold and, after the orientation of the carbon fibers in the preferred direction, is at least partially ejected from the mold.

Das Ferrofluid kann also nach der Ausrichtung der Kohlenstofffasern aus der Werkzeugform wieder ausgebracht, beispielsweise abgelassen werden, es ist nach einer alternativen Ausführungsform hierzu aber auch möglich, dass das Ferrofluid zumindest teilweise auf den Kohlenstofffasern verbleibt, so dass in beiden Fällen ein zum anzufertigenden Bauteil endkonturnah ausgebildetes Halbzeug mit in Vorzugsrichtung ausgerichteten Fasern zurückbleibt. Das so hergestellte Halbzeug kann dann nach einem bekannten Verfahren zur Bildung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils weiter bearbeitet werden.The ferrofluid can therefore be re-applied after the alignment of the carbon fibers from the tool mold, for example, it is also possible for an alternative embodiment, however, that the ferrofluid at least partially remains on the carbon fibers, so that in both cases a zukontutigenden component endkonturnah trained semi-finished with straightened in the preferred direction fibers. The semi-finished product thus produced can then be further processed by a known method for forming a fiber-reinforced plastic component.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Halbzeug mit ausgerichteten Kohlenstofffasern zur Bildung eines Preforms beispielsweise mit einem Binderharz versehen werden, welches mit dem Werkstoff der im späteren Verarbeitungsprozess eingesetzten Kunststoffmatrix identisch oder chemisch ähnlich ist, so dass die vorgefertigte Preform eine endkonturnahe Ausgangsbasis für die spätere Weiterbearbeitung zum fertigen Formteil darstellt. Das Binderharz kann beispielsweise auf das Halbzeug aufgesprüht werden, noch während sich dieses in der Werkzeugform angeordnet befindet und bevor es aus der Werkzeugform herausgenommen wird. According to an advantageous development according to the present invention, the semifinished product can be provided with aligned carbon fibers to form a preform, for example, with a binder resin which is identical or chemically similar to the material of the plastic matrix used in the later processing process, so that the prefabricated preform has an end contour near base the subsequent further processing to the finished molding represents. For example, the binder resin may be sprayed onto the semi-finished product while it is still in the mold and before it is removed from the mold.

Es ist nach der Erfindung auch ein Halbzeug vorgesehen, welches mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, was beispielsweise daraus ersichtlich ist, dass sich an der Fasermatrix noch verbliebene magnetisierbare Partikel angeordnet befinden.It is also provided according to the invention, a semifinished product, which has been prepared by the method according to the invention described above, which is apparent, for example, from the fact that are still arranged on the fiber matrix remaining magnetizable particles.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Abfolge von Verarbeitungsschritten nach dem Verfahren ausgehend vom ungeordneten Faserknäuel bis zum fertigen Halbzeug.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in the single figure a schematic representation of a sequence of processing steps according to the method, starting from the disordered fiber ball to the finished semifinished product.

Die Abfolge der Verarbeitungsschritte läuft dabei nach der schematischen Darstellung von oben nach unten.The sequence of processing steps runs according to the schematic representation from top to bottom.

Anhand eines nicht näher dargestellten Recyclingverfahrens können Kohlenstofffasern aus beispielsweise wieder verwerteten CFK-Bauteilen gewonnen werden, zu denen beispielsweise auch Kohlenstofffasern hinzugefügt wurden, die als trockenes Abfallprodukt aus der Herstellung von Rovings vorliegen.Carbon fibers can be obtained, for example, from reused CFRP components by means of a recycling process (not shown in detail), to which, for example, carbon fibers have been added which are present as a dry waste product from the production of rovings.

Die Kohlenstofffasern liegen danach als wirres, ungerichtetes Faserknäuel vor, was im Schritt S1 schematisch dargestellt ist.The carbon fibers are then present as a confused, undirected fiberballs, which is shown schematically in step S1.

Das Faserknäuel wird dann nach einem Schritt S2 in einer schematisch dargestellten Werkzeugform 1 angeordnet, wobei dies manuell oder auch mittels eines Handhabungsroboters erfolgen kann. Dabei wird das Faserknäuel über die Fläche der Werkzeugform 1 weitgehend gleichmäßig verteilt.The fiber ball is then after a step S2 in a schematically illustrated tool shape 1 arranged, which can be done manually or by means of a handling robot. At the same time the fiberballs will be over the surface of the mold 1 largely evenly distributed.

Wie es ohne weiteres anhand der Zeichnung ersichtlich ist, liegen auch nach diesem Verarbeitungsschritt die Kohlenstofffasern ungerichtet vor, sie sind also bezüglich ihrer Längsrichtung nicht in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet.As it is readily apparent from the drawing, even after this processing step, the carbon fibers are undirected, so they are not aligned in a preferred direction with respect to their longitudinal direction.

In einem nächsten Schritt S3 wird ein der besseren Darstellung halber dunkel dargestelltes Ferrofluid 2 in die Werkzeugform 1 eingebracht, wobei dies beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Düse, die das Ferrofluid 2 als Sprühnebel ausbringt, erfolgen kann. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die ungerichteten Kohlenstofffasern vor der Einbringung in die Werkzeugform 1 in Ferrofluid zu tränken oder auch die Werkzeugform 1 nach der Anordnung der Kohlenstofffasern in der Werkzeugform 1 mit Ferrofluid zu fluten.In a next step S3, a darker ferrofluid is shown for the sake of clarity 2 into the mold 1 introduced, this example, via a nozzle, not shown, the ferrofluid 2 as a spray, can take place. Alternatively, it is also possible, the non-directional carbon fibers prior to introduction into the mold 1 to soak in ferrofluid or even the mold 1 after the arrangement of the carbon fibers in the mold 1 to flood with ferrofluid.

In einem nächsten Schritt S4 wird über eine nicht näher dargestellte Einrichtung ein Magnetfeld an der Werkzeugform 1 und damit an dem Ferrofluid angelegt, was dazu führt, dass sich die magnetischen Partikel des Ferrofluids ausrichten, wobei dies bei der Darstellung der Zeichnung in horizontaler Richtung der Zeichnungsebene von links nach rechts erfolgt.In a next step S4 is via a device, not shown, a magnetic field on the mold 1 and thus applied to the ferrofluid, which causes the magnetic particles of the ferrofluid to align, which is done in the representation of the drawing in the horizontal direction of the plane of the drawing from left to right.

Die Partikel, die in der Trägerflüssigkeit des Ferrofluids kolloidal suspendiert sind, haften an der Oberfläche der Kohlenstofffasern an, so dass deren Ausrichtung entlang der Magnetflusslinien dazu führt, dass die Kohlenstofffasern ebenfalls weitgehend in Richtung der Magnetflusslinien ausgerichtet werden.The particles which are colloidally suspended in the carrier fluid of the ferrofluid adhere to the surface of the carbon fibers, so that their alignment along the magnetic flux lines causes the carbon fibers to also be largely aligned in the direction of the magnetic flux lines.

Das Magnetfeld wird dabei derart ausgerichtet aufgebaut, dass die Magnetflusslinien in Richtung der gewünschten Vorzugsrichtung verlaufen, welche der Richtung entspricht, entlang derer die beim Halbzeug für das spätere Bauteil geforderten Längsrichtung des Verlaufs der Kohlenstofffasern entspricht, um die benötigten Werte für die Steifigkeit und Festigkeit des Bauteils erfüllen zu können. Im Schritt S4 werden also die Kohlenstofffasern entlang der gewünschten Vorzugsrichtung orientiert.The magnetic field is thereby aligned such that the magnetic flux lines run in the direction of the desired preferred direction, which corresponds to the direction along which corresponds to the longitudinal component of the course of the carbon fibers required for the later component to the required values for the rigidity and strength of the To meet component. In step S4, therefore, the carbon fibers are oriented along the desired preferred direction.

Im darauf folgenden Schritt S5 wird das Ferrofluid aus der Werkzeugform 1 entfernt, beispielsweise abgelassen und die in Vorzugsrichtung geordneten Kohlenstofffasern verbleiben in der Werkzeugform 1 als Halbzeug zurück.In the following step S5, the ferrofluid is removed from the mold 1 removed, for example, discharged and arranged in the preferred direction carbon fibers remain in the mold 1 back as a semi-finished product.

In einem nicht näher dargestellten weiteren Verarbeitungsschritt kann dann auf das so gebildete Halbzeug in Form einer Fasermatte zur Stabilisierung der Ausrichtung der Kohlenstofffasern und des Halbzeugs ein Binder aufgetragen werden, der identisch oder chemisch ähnlich ist zu der später in der weiteren Verarbeitung eingesetzten Kunststoffmatrix, so dass das Halbzeug eine endkonturnahe Grundstruktur mit für die weitere Verarbeitung geeigneter vorbestimmter Formbeständigkeit besitzt.In a further processing step, not shown, a binder can be applied to the thus formed semi-finished product in the form of a fiber mat to stabilize the alignment of the carbon fibers and the semi-finished product, which is identical or chemically similar to the later used in further processing plastic matrix, so that the semifinished product has a near net shape basic structure with suitable for further processing predetermined dimensional stability.

Das so gebildete Halbzeug 3 kann dann aus der Werkzeugform 1 entnommen werden und der weiteren Verarbeitung zur Bildung eines in einem schematisch dargestellten zweischaligen Formwerkzeug 4 aufgenommenen Bauteils 4 zugeführt werden.The semi-finished product thus formed 3 can then from the tool shape 1 are removed and the further processing to form a schematically illustrated in a two-shell mold 4 received component 4 be supplied.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also unter anderem dadurch aus, dass aus einem ungerichteten Faserknäuel ein flächiges Halbzeug ähnlich einem Gelege aus neuem Primärfasermaterial erzeugt werden kann, welches dann in weiteren Verarbeitungsschritten zu einem CFK-Bauteil verarbeitet werden kann, welches ähnliche mechanische Eigenschaften besitzt wie ein Bauteil, welches aus Gelegen aus Carbonfaser-Neuware hergestellt ist, aber zu deutlich geringeren Kosten darstellbar ist. The method according to the invention is thus characterized, inter alia, by the fact that a flat semifinished product similar to a scrim of new primary fiber material can be produced from an unoriented fiberboard, which can then be processed in further processing steps to form a CFRP component which has similar mechanical properties as a Component that is made of carbon fiber virgin fabric, but at significantly lower cost can be represented.

Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche unterzeichnen verwiesen.With regard to features of the invention which are not explained in greater detail above, reference is expressly made to the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Werkzeugformmold
22
Ferrofluidferrofluid
33
HalbzeugWorkpiece
44
Formwerkzeugmold
55
Bauteilcomponent

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2783764 A1 [0009] EP 2783764 A1 [0009]
  • EP 2783824 A1 [0010] EP 2783824 A1 [0010]
  • DE 102012206384 A1 [0011] DE 102012206384 A1 [0011]
  • DE 102011079525 A1 [0012] DE 102011079525 A1 [0012]
  • DE 102010008370 A1 [0013] DE 102010008370 A1 [0013]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines wiedergewonnene Kohlenstofffasern aufweisenden Halbzeugs (3), bei dem die Kohlenstofffasern in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet und in einer Werkzeugform (1) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass – auf die Kohlenstofffasern ein Ferrofluid (2) aufgebracht wird – an die mit Ferrofluid (2) versehenen Kohlenstofffasern ein Magnetfeld angelegt wird – die Kohlenstofffasern mittels des Magnetfelds in Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.Process for producing a recovered carbon fiber-containing semifinished product ( 3 ), in which the carbon fibers are aligned in a preferred direction and in a tool mold ( 1 ), characterized in that - on the carbon fibers a ferrofluid ( 2 ) is applied - to the with ferrofluid ( 2 A magnetic field is applied to the carbon fibers provided - the carbon fibers are aligned by means of the magnetic field in the preferred direction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (2) auf die Kohlenstofffasern vor und/oder nach deren Anordnung in der Werkzeugform (1) aufgebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the ferrofluid ( 2 ) on the carbon fibers before and / or after their arrangement in the mold ( 1 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern in der Form eines Vlieses in der Werkzeugform (1) angeordnet werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon fibers in the form of a nonwoven in the mold ( 1 ) to be ordered. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (2) mittels eines Sprühvorgangs auf die Kohlenstofffasern aufgebracht wird und/oder die Kohlenstofffasern in ein Ferrofluidbad eingebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ferrofluid ( 2 ) is applied to the carbon fibers by means of a spraying process and / or the carbon fibers are introduced into a ferrofluid bath. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (2) derart ausgebildet ist, dass Ferropartikel an der Oberfläche der Fasern anhaften.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ferrofluid ( 2 ) is formed such that ferroparticles adhere to the surface of the fibers. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kohlenstofffasern vor der Kontaktierung durch das Ferrofluid (2) aufgeraut wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the carbon fibers prior to contacting by the ferrofluid ( 2 ) is roughened. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (2) mit den in der Werkzeugform angeordneten Kohlenstofffasern in Kontakt gebracht wird und nach der Ausrichtung der Kohlenstofffasern in Vorzugsrichtung aus der Werkzeugform (1) zumindest teilweise ausgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ferrofluid ( 2 ) is brought into contact with the carbon fibers arranged in the mold, and after the alignment of the carbon fibers in the preferred direction from the mold ( 1 ) is at least partially applied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenstofffasern aufweisendes Fasergelege in die Werkzeugform eingebracht und mit Ferrofluid benetzt wird und ein Magnetfeld an das Fasergelege angelegt wird derart, dass die Kohlenstofffasern in Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a fiber fabric comprising carbon fibers is introduced into the tool mold and wetted with ferrofluid and a magnetic field is applied to the fiber fabric such that the carbon fibers are oriented in the preferred direction. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Halbzeug ein Binderharz aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a binder resin is applied to the semifinished product. Halbzeug (3) mit wiedergewonnenen Kohlenstofffasern, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt worden ist.Workpiece ( 3 ) with recovered carbon fibers, characterized in that it has been produced by the method according to one of the preceding claims.
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