DE102015204371A1 - Process for producing a fiber composite component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10) enthaltend recycelte Carbonfasern (2), insbesondere eines Faserverbundbauteils (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: – Bereitstellen von flächigen Faserhalbzeugen (3), enthaltend recycelte Carbonfasern (2), wobei ein Anteil an recycelten Carbonfasern (2) mindestens 50 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der im Faserhalbzeug (3) verwendeten Fasern beträgt, – Herstellen eines Faserverbund-Normbauteils mit einer definierten Anzahl an Faserhalbzeugen (3), definiertem Fasermaterial, definiertem Matrixmaterial und definierter Lagenanordnung, – Bestimmen der Biegesteifigkeit des Faserverbundbauteils (10) gemäß nachfolgender Formel (1):wobei Bbv(t) die Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils (10), Ebv das Elastizitätsmodul des Faserverbundbauteils (10), tsoll die Schichtdicke des Faserverbundbauteils (10) und ν die Querkontraktionszahl ist, wobei Ebv mittels nachfolgender Formel (2) ermittelt wird:wobei Elit das Elastizitätsmodul des Faserverbund-Normbauteils, φlit der Faservolumengehalt des Faserverbund-Normbauteils und φ(t) der Faservolumengehalt im Faserverbundbauteil (10) ist, – Anordnen einer Anzahl an flächigen Faserhalbzeugen (3), die die gewünschte Biegesteifigkeit Bbv(t) ergibt, – Tränken der flächigen Faserhalbzeuge (3) mit Matrixmaterial (9) und – Härten des Matrixmaterials (9).The invention relates to a method for producing a fiber composite component (10) containing recycled carbon fibers (2), in particular a fiber composite component (10) for a motor vehicle, comprising the steps: - Providing sheet-like semi-finished fiber products (3) containing recycled carbon fibers (2), wherein a proportion of recycled carbon fibers (2) is at least 50% by volume, based on the total volume of fibers used in the semi-finished fiber product (3), - producing a fiber composite standard component with a defined number of semifinished fiber products (3), defined fiber material, defined matrix material and Defined layer arrangement, - Determining the bending stiffness of the fiber composite component (10) according to the following formula (1): where Bbv (t) is the bending stiffness of the fiber composite component (10), Ebv the elastic modulus of the fiber composite component (10), tsoll the layer thickness of the fiber composite component (10 ) and ν is the transverse contraction number, with Ebv using ref where E1 is the modulus of elasticity of the fiber composite standard component, φlit the fiber volume content of the fiber composite standard component and φ (t) is the fiber volume content in the fiber composite component (10), - arranging a number of flat semi-finished fiber products (3) the desired bending stiffness Bbv (t) is obtained, - impregnating the flat semi-finished fiber products (3) with matrix material (9) and - hardening the matrix material (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen aus recyceltem Carbonfasermaterial sowie eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The present invention relates to a method for the production of fiber composite components from recycled carbon fiber material and to a use of the method according to the invention.

Faserverbundbauteile sind in unterschiedlicher Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau wird dabei Wert auf leichtbauende Faserverbundbauteile gelegt. So beschreibt DE 10 2005 026 889 A1 Türverkleidungen für Kraftfahrzeuge mit einem Mittenmodul aus einem Glasfaser-Polyurethan Faserverbundmaterial, das z. B. durch einen Spritzgussprozess hergestellt werden kann. Gerade in heutiger Zeit rückt im Lichte von Ressourcenschonung, Abfallvolumenreduzierung und Kosteneinsparung die Nachfrage nach recycelten bzw. recycelbaren Faserverbundbauteilen bei gleichzeitiger Fokussierung auf gewichtsreduzierende Materialien in den Fokus der herstellenden Industrie. Diese Anforderungen können mit bisherigen Faserverbundmaterialien nicht abgedeckt werden.Fiber composite components are known in different embodiments from the prior art. In particular, in the automotive industry emphasis is placed on lightweight fiber composite components. So describes DE 10 2005 026 889 A1 Door trim for motor vehicles with a center module made of a fiberglass-polyurethane fiber composite material, the z. B. can be produced by an injection molding process. In the light of resource conservation, waste volume reduction and cost savings, the demand for recycled and / or recyclable fiber composite components with a simultaneous focus on weight-reducing materials is currently becoming the focus of the manufacturing industry. These requirements can not be met with previous fiber composite materials.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen anzugeben, das Rohstoffressourcen schont, Entsorgungskosten senkt, zur Abfallvermeidung beiträgt und gleichzeitig einfach, ohne hohen technischen Aufwand anwendbar ist und somit eine kostengünstige Herstellung von Faserverbundbauteilen in leichtbauender Bauweise ermöglicht.Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a method for producing fiber composite components, the resource savings, reduces disposal costs, contributes to waste prevention and at the same time is easy to apply without high technical complexity and thus cost-effective production of fiber composite components in leichtbauender Construction allows.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem recycelte Carbonfasern enthaltende flächige Faserhalbzeuge spezifisch umgesetzt werden. Flächige Faserhalbzeuge, die hierbei zur Anwendung kommen, sind z. B. Fasermatten, Fasergelege, Faservliese, Fasergewebe und dergleichen, und somit solche Gebilde, die üblicherweise in einer Dimension, der Dickenrichtung, bzw. der Wandstärke oder Schichtdicke, eine geringe Ausdehnung haben. Die flächigen Faserhalbzeuge enthalten recycelte Carbonfasern, wobei ein Anteil an recycelten Carbonfasern mindestens 50 Vol.-%, insbesondere 100 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der im Faserhalbzeug verwendeten Fasern, beträgt. Derartige Faserhalbzeuge sind unbebindert, also harzfrei, und nach beliebigen Verfahren herstellbar, wobei ein beispielhafter Herstellungsprozess i) ein Bereitstellen von trockenen Faserabfällen, wie Verschnittresten, z. B. Gelegeabfall, Produktionsresten, Preformverschnitten und dergleichen, ii) eine Vorbereitung der Fasern unter Freilegung und Vereinzelung der Fasern durch z. B. Stanzen oder Schneiden der Faserabfälle und Öffnen derselben, im Wesentlichen ohne die Fasern zu beschädigen, und iii) die Herstellung eines flächigen Faserhalbzeugs, vorsieht. Weitere oder ergänzende Verfahrensschritte können vorgesehen sein.The object is achieved by a method in which recycled carbon fiber-containing sheet semi-finished fiber products are specifically implemented. Flat semi-finished fiber products, which are used here, are z. As fiber mats, fiber fabric, nonwoven fabrics, fiber webs and the like, and thus such structures, which usually have in one dimension, the thickness direction, or the wall thickness or layer thickness, a small extent. The flat semi-finished fiber products contain recycled carbon fibers, wherein a proportion of recycled carbon fibers at least 50 vol .-%, in particular 100 vol .-%, based on the total volume of the fibers used in the semifinished fiber, is. Such semi-finished fiber products are unbinding, so resin-free, and can be produced by any method, wherein an exemplary manufacturing process i) providing dry fiber waste, such as Verschnittresten, z. B. Gelegeabfall, production residues, Preformverschnitten and the like, ii) preparation of the fibers under exposure and separation of the fibers by z. B. punching or cutting the fiber waste and opening it, substantially without damaging the fibers, and iii) the production of a flat semi-finished fiber, provides. Further or additional process steps may be provided.

Üblicherweise werden an ein Faserverbundbauteil hohe mechanische Anforderungen gestellt. So müssen Faserverbundbauteile eine bestimmte Biegesteifigkeit aufweisen, um überhaupt als Tragstruktur oder Versteifungsstruktur Anwendung zu finden. Um dabei auch die Anforderungen an ein geringes Eigengewicht zu berücksichtigen wird erfindungsgemäß im Voraus die zu erwartende Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils ermittelt, um daraus dann eine minimale Anzahl an zu verwendenden flächigen Faserhalbzeugen oder bei gegebener Biegesteifigkeit eine minimale Wandstärke des Faserverbundbauteils zu bestimmen. Die Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils wird gemäß nachfolgender Formel (1) ermittelt

Figure DE102015204371A1_0004
wobei Bbv(t) die Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils, Ebv das Elastizitätsmodul des Faserverbundbauteils, tsoll die Schichtdicke des Faserverbundbauteils und ν die Querkontraktionszahl ist. ν, die Querkontraktionszahl oder Poissonzahl, ist eine dimensionslose Materialkonstante. Sie gibt das Verhältnis der relativen Querdehnung zu einer relativen Längsdehnung an:
Figure DE102015204371A1_0005
Usually, high mechanical requirements are placed on a fiber composite component. Thus, fiber composite components must have a certain flexural rigidity in order to find application as support structure or stiffening structure. In order to take into account the requirements of a low dead weight according to the invention, the expected bending stiffness of the fiber composite component to be produced is determined in order to then determine a minimum number of flat semifinished fiber or a given wall stiffness a minimum wall thickness of the fiber composite component. The flexural rigidity of the fiber composite component to be produced is determined in accordance with the following formula (1)
Figure DE102015204371A1_0004
where B bv (t) is the bending stiffness of the fiber composite component to be produced, E bv is the modulus of elasticity of the fiber composite component, t is the layer thickness of the fiber composite component and ν is the transverse contraction number. ν, the transverse contraction number or Poisson number, is a dimensionless material constant. It gives the ratio of the relative transverse strain to a relative longitudinal strain:
Figure DE102015204371A1_0005

D. h. sie gibt an, wie sich der Querschnitt ändert wenn sich die Länge ändert. Bei Faserverbundbauteilen gilt in der Literatur allgemein: ν = 0,35. Der Wert kann analog auch über die Mischungsregel bestimmt werden.Ie. it indicates how the cross section changes as the length changes. In the case of fiber composite components, the following generally applies in the literature: ν = 0.35. The value can also be determined analogously via the mixing rule.

Um das Elastizitätsmodul des Faserverbundbauteils Ebv bestimmen zu können wird erfindungsgemäß ein Faserverbund-Normbauteil mit einer definierten Anzahl an Faserhalbzeugen, definiertem Fasermaterial (Menge und chemische Natur des Fasermaterials), definiertem Matrixmaterial (Menge und chemische Natur des Matrixmaterials) und definierter Lagenanordnung (Schichtung der Faserhalbzeuge) hergestellt. Das Faserverbund-Normbauteil dient der Parameterermittlung für das eigentlich herzustellende Faserverbundbauteil und hat dieselbe physikalische und chemische Natur (Matrixmaterial, Fasermaterial, Lagenanordnung etc.) wie das herzustellende Faserverbundbauteil. Somit kann das Elastizitätsmodul Ebv des herzustellenden Faserverbundbauteils mittels nachfolgender Formel (2) ermittelt wird:

Figure DE102015204371A1_0006
In order to be able to determine the modulus of elasticity of the fiber composite component E bv , according to the invention a fiber composite standard component with a defined number of semifinished fiber products, defined fiber material (quantity and chemical nature of the fiber material), defined matrix material (quantity and chemical nature of the matrix material) and defined layer arrangement (stratification of the Semi-finished fiber products). The fiber composite standard component serves for parameter determination for the fiber composite component actually to be produced and has the same physical and chemical nature (matrix material, fiber material, layer arrangement, etc.) as the fiber composite component to be produced. Thus, the elastic modulus E bv of the fiber composite component to be produced can be determined by the following formula (2):
Figure DE102015204371A1_0006

Hierbei ist Elit das Elastizitätsmodul des Faserverbund-Normbauteils, φlit der Faservolumengehalt des Faserverbund-Normbauteils und φ(t) der Faservolumengehalt im Faserverbundbauteil. Das Elastizitätsmodul Elit des Faserverbund-Normbauteils kann dabei durch zerstörungsfreie, experimentelle Versuche oder aber durch mathematische Kalkulation ermittelt werden.In this case, E lit is the modulus of elasticity of the fiber composite standard component, φ lit is the fiber volume content of the fiber composite standard component and φ (t) is the fiber volume content in the fiber composite component. The elastic modulus E lit of the fiber composite standard component can be determined by non-destructive, experimental tests or by mathematical calculation.

In Folge kann die für das herzustellende Faserverbundbauteil ermittelte Biegesteifigkeit in Relation zu einer gewünschten Biegesteifigkeit gesetzt werden. Soll also beispielsweise ein bestehendes Faserverbundbauteil mit einer gewissen Biegesteifigkeit durch das erfindungsgemäß hergestellte Faserverbundbauteil mit einem mindestens 50 Vol.-%-igen Anteil an Recyclingcarbonfasern ersetzt werden, so gibt die für das erfindungsgemäß hergestellte Faserverbundbauteil ermittelte Biegesteifigkeit Bbv(t) einen guten Anhaltspunkt für die Abschätzung der mechanischen Äquivalenz der Faserverbundbauteile. Erst durch die Korrelation der Biegesteifigkeit des, recycelte Carbonfasern enthaltenden, Faserverbundbauteils mit der gewünschten, zu erzielenden Gesamtbiegesteifigkeit, kann ein Faserverbundbauteil mit herausragenden mechanischen und damit hoch qualitativen Eigenschaften bei, aufgrund des geringen Eigengewichts von Carbonfasern gegenüber herkömmlichen Glasfasern, minimalem Eigengewicht hergestellt werden.As a result, the bending stiffness determined for the fiber composite component to be produced can be set in relation to a desired bending stiffness. If, for example, an existing fiber composite component with a certain bending stiffness is replaced by the fiber composite component produced according to the invention with at least 50% by volume fraction of recycled carbon fibers, the flexural strength B bv (t) determined for the fiber composite component produced according to the invention gives a good indication the estimation of the mechanical equivalence of the fiber composite components. Only by correlating the flexural stiffness of the fiber composite component containing recycled carbon fibers with the desired overall bending stiffness to be achieved can a fiber composite component with outstanding mechanical and therefore high quality properties be produced, due to the low inherent weight of carbon fibers over conventional glass fibers, with minimal inherent weight.

Aus der ermittelten Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils kann unter Berücksichtigung der Wandstärke tsoll (diese entspricht der Schichtdicke des Faserverbundbauteils) die Anzahl an für das Faserverbundbauteil zu verwendenden Faserhalbzeugen ermittelt werden. Alternativ dazu kann über die Biegesteifigkeit des Referenz-Faserverbundbauteils auch eine minimale Wandstärke des herzustellenden Faserverbundbauteils bei gegebener Anzahl an flächigen Faserhalbzeugen ermittelt werden.Taking into account the wall thickness t soll (this corresponds to the layer thickness of the fiber composite component), the number of fiber semifinished products to be used for the fiber composite component can be determined from the determined bending stiffness of the fiber composite component to be produced. Alternatively, a minimum wall thickness of the fiber composite component to be produced for a given number of flat fiber semi-finished products can be determined via the bending stiffness of the reference fiber composite component.

Nachdem die zum Erhalt der gewünschten Biegesteifigkeit notwendige Anzahl an flächigen Faserhalbzeugen ermittelt bzw. bestimmt ist, werden die flächigen Faserhalbzeuge angeordnet, beispielsweise gestapelt, und mit Matrixmaterial getränkt. Nach dem Härten des Matrixmaterials wird ein hoch biegesteifes, gewichtsreduziertes Faserverbundbauteil erhalten, das aufgrund der Verwendung von recycelten Carbonfasermaterialien rohstoffressourcenschonend, entsorgungskostensenkend und zur Abfallvermeidung beitragend ist. Das Verfahren ist ohne hohen technischen Aufwand und damit kostengünstig umsetzbar und ermöglicht aufgrund der Ermittlung der minimal erforderlichen Anzahl der zu verwendenden Faserhalbzeuge die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit sehr geringer Wandstärke, ohne Abstriche in der Stabilität zu machen. Hierdurch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Kraftfahrzeug.Once the number of planar semifinished fiber semi-finished products required to obtain the desired bending stiffness has been determined or determined, the flat semi-finished fiber products are arranged, for example stacked, and impregnated with matrix material. After curing of the matrix material, a highly rigid, weight-reduced fiber composite component is obtained which, due to the use of recycled carbon fiber materials, saves resources, reduces disposal costs and contributes to waste prevention. The method can be implemented inexpensively without high technical complexity and, due to the determination of the minimum required number of semifinished fiber products to be used, it is possible to produce fiber composite components with very small wall thickness without sacrificing stability. As a result, the inventive method is particularly suitable for producing a fiber composite component for a motor vehicle.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.The dependent claims contain advantageous developments and refinements of the invention.

Aufgrund der guten Verarbeitbarkeit bei gleichzeitig kostengünstiger Herstellung sind flächige Faserhalbzeuge in Form von Faservliesen besonders gut geeignet. Besonders vorteilhaft sind alle verwendeten, also angeordneten Faserhalbzeuge Faservliese.Due to the good processability and cost-effective production, flat semi-finished fiber products in the form of fiber webs are particularly well suited. Particularly advantageous are all used, so arranged semi-finished fiber webs.

Weiter vorteilhaft weisen die Faservliese eine isotrope oder eine anisotrope Faserausrichtung auf. Eine anisotrope Faserrichtung kann beispielsweise durch einen Krempelprozess, bei dem die vorbereiteten Fasern nach dem Öffnen der Faserabfallmaterialien beispielsweise durch Kämmen ausgerichtet bzw. orientiert werden, erhalten werden. Die Verwendung von anisotrop ausgerichteten Faserhalbzeugen hat sich insbesondere bei etwaigen ebenfalls anisotropen Lasteinwirkungen als vorteilhaft herausgestellt.Further advantageously, the nonwoven fabrics have an isotropic or anisotropic fiber orientation. An anisotropic fiber direction can be obtained, for example, by a carding process in which the prepared fibers are aligned after opening the fiber waste materials by, for example, combing. The use of anisotropically oriented semifinished fiber products has proven to be advantageous, in particular in the event of any likewise anisotropic load effects.

Eine weitere Gewichtsreduktion bei gleichzeitiger Kostensenkung kann vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass die flächigen Faserhalbzeuge als einziges Fasermaterial recycelte Carbonfasern enthalten.A further weight reduction with simultaneous cost reduction can advantageously be achieved by the fact that the flat semi-finished fiber products contain recycled carbon fibers as the only fiber material.

Besonders vorteilhaft sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass in Abhängigkeit der gewünschten Biegesteifigkeit Bbv(t) des Faserverbundbauteils eine minimale Anzahl an zu stapelnden flächigen Faserhalbzeuge mittels nachfolgender Formel bestimmt wird:

Figure DE102015204371A1_0007
wobei nbv die Anzahl der anzuordnenden flächigen Faserhalbzeuge, tsoll die Wandstärke des Faserverbundbauteils, φ(t) der Faservolumengehalt im Faserverbundbauteil, ρφ die Dichte der Fasern im Faserverbundbauteil und Ybv das Flächengewicht des Faserhalbzeugs ist, wobei φ(t) durch nachfolgende Formel (4) bestimmt wird:
Figure DE102015204371A1_0008
The method according to the invention provides particularly advantageously that, depending on the desired bending stiffness B bv (t) of the fiber composite component, a minimum number of planar semi-finished fiber products to be stacked is determined by means of the following formula:
Figure DE102015204371A1_0007
where n bv is the number of planar semifinished fiber products to be arranged, t is the wall thickness of the fiber composite component, φ (t) is the fiber volume content in the fiber composite component, ρ φ is the density of the fibers in the fiber composite component and Y bv is the weight per unit area of the semifinished fiber product, where φ (t) is given by Formula (4) is determined:
Figure DE102015204371A1_0008

Wobei wiederum nbv die Anzahl der anzuordnenden Faserhalbzeuge, Ybv das Flächengewicht eines Faserhalbzeugs und ρcf die Dichte des Fasermaterials im Faserhalbzeug ist. Sofern unterschiedliche Fasermaterialien verwendet werden, kann die Dichte des Fasermaterials über die Mischungsregel ermittelt werden. Somit wird es möglich, bei gleicher Biegesteifigkeit, eine möglichst geringe Anzahl an Faserhalbzeugen zu verwenden, was nicht nur hinsichtlich der Materialkosten sowie des Fertigungsaufwandes des Faserverbundbauteils, sondern auch im Hinblick auf eine ressourcenschonende Faserverbundbauteilherstellung von Vorteil ist.Again, n bv is the number of semi-finished fiber products to be arranged, Y bv is the basis weight of a semifinished fiber and ρ cf is the density of the fiber material in the semifinished fiber product. If different fiber materials are used, the density of the fiber material can be determined by the rule of mixtures. Thus, it is possible, with the same flexural rigidity, to use the smallest possible number of semifinished fiber products, which is advantageous not only in terms of material costs and production costs of the fiber composite component, but also with regard to a resource-conserving fiber composite component production.

Weiter vorteilhaft sieht das erfindungsgemäße Verfahren bei gegebener Biegesteifigkeit Ebv(t) des herzustellenden Faserverbundbauteils einen Schritt des Ermittelns einer minimalen Wandstärke des Faserverbundbauteils unter Verwendung der nachfolgenden Formel (5) vor:

Figure DE102015204371A1_0009
wobei φ(t) wiederum durch nachfolgende Formel (4) bestimmt wird:
Figure DE102015204371A1_0010
wobei nbv die Anzahl der anzuordnenden Faserhalbzeuge, Ybv das Flächengewicht eines Faserhalbzeugs (3) und ρcf die Dichte des Fasermaterials im Faserhalbzeug ist.With a given flexural stiffness E bv (t) of the fiber composite component to be produced, the method according to the invention also provides a step of determining a minimum wall thickness of the fiber composite component using the following formula (5):
Figure DE102015204371A1_0009
where φ (t) is again determined by the following formula (4):
Figure DE102015204371A1_0010
wherein n bv the number of to be arranged semi-finished fiber, Y bv is the basis weight of a fibrous semifinished product (3) and ρ cf the density of the fiber material in the fiber semi-finished product.

Aus Formel (3) bzw. Formel (5) ergibt sich, dass zwei Parameter variabel sind: die Anzahl der Faserhalbzeuge nbv im herzustellenden Faserverbundbauteil und die Wandstärke tsoll des Faserverbundbauteils. Somit kann entweder bei einer vorgegeben Wandstärke die minimal notwendige Anzahl an Faserhalbzeugen bestimmt werden, um eine vorgegebene, gewünschte Biegesteifigkeit zu erhalten, oder es kann bei einer gegebenen Anzahl an Faserhalbzeugen die minimal mögliche Wandstärke bestimmt werden, um eine vorgegebene, gewünschte Biegesteifigkeit zu erhalten.From formula (3) or formula (5) it follows that two parameters are variable: the number of semi-finished fiber products n bv in the fiber composite component to be produced and the wall thickness t soll of the fiber composite component. Thus, either with a given wall thickness, the minimum necessary number of semi-finished fiber can be determined to obtain a predetermined desired bending stiffness, or it can be determined at a given number of semi-finished fiber products the minimum possible wall thickness to obtain a predetermined desired bending stiffness.

Wird die minimal mögliche Wandstärke ermittelt, so ist dies ein entscheidender Faktor für die Reduzierung des Gewichts des Faserverbundbauteils, was sich ferner auch auf die Kosten des Faserverbundbauteils auswirkt.If the minimum possible wall thickness is determined, then this is a decisive factor for reducing the weight of the fiber composite component, which also has an effect on the cost of the fiber composite component.

Die Stabilität des herzustellenden Faserverbundbauteils kann vorteilhaft durch das Einbringen von mindestens einem Verstärkungselement auf und/oder zwischen die anzuordnenden flächigen Faserhalbzeuge verbessert werden. Besonders geeignet für diesen Zweck sind sogenannte UD-Tapes, also unidirektional angeordnete Faserstreifen, die sich sehr gut zwischen oder auf den Faserhalbzeugen anordnen lassen.The stability of the fiber composite component to be produced can advantageously be improved by introducing at least one reinforcing element onto and / or between the planar semi-finished fiber products to be arranged. Particularly suitable for this purpose are so-called UD tapes, that is to say unidirectionally arranged fiber strips, which can be arranged very well between or on the fiber semi-finished products.

Ein besonders einfaches Umsetzen der flächigen Faserhalbzeuge mit Matrixmaterial wird durch Anwendung eines SRIM-Verfahrens ermöglicht. Unter einem SRIM-Verfahren, einem structural-reaction-injection-Moulding, wird ein Verfahren verstanden, bei dem Faserhalbzeuge in ein offenes Formwerkzeug eingelegt und anschließend mittels eines Sprühkopfes mit Matrixmaterial, vorzugsweise mit Polyurethan, besprüht werden. Das Werkzeug wird nach dem Aufbringen des Matrixmaterials geschlossen und das Matrixmaterial ausgehärtet. Hierbei kann die Anwendung von Temperatur und/oder Druck vorteilhaft sein. Das SRIM-Verfahren ermöglicht eine homogene Matrixmaterialaufbringung und trägt damit zur Qualitätssteigerung des herzustellenden Faserverbundbauteils bei.A particularly simple conversion of the flat semi-finished fiber with matrix material is made possible by applying a SRIM process. Under a SRIM process, a structural-reaction-injection-molding, a process is understood in which semi-finished fiber products are placed in an open mold and then sprayed by means of a spray head with matrix material, preferably with polyurethane. The tool is closed after application of the matrix material and the matrix material hardened. In this case, the application of temperature and / or pressure may be advantageous. The SRIM process enables homogeneous matrix material application and thus contributes to increasing the quality of the fiber composite component to be produced.

Weiter erfindungsgemäß wird auch eine Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben. Diese Verwendung sieht die Herstellung von Verkleidungsbauteilen für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Türverkleidung, vor.Further according to the invention also a use of the method described above is given. This use provides for the production of trim components for a motor vehicle, in particular for a door trim.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigt:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. It shows:

1 eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Herstellung eines Faserverbundbauteils und 1 a schematic representation of the individual process steps of an embodiment of the method according to the invention for producing a fiber composite component and

2 eine Grafik, in der für unterschiedliche Wandstärken tsoll eines Faserverbundbauteils die Biegesteifigkeit Bbv(t) aufgetragen ist. 2 a graph in which the bending stiffness B bv (t) is plotted for different wall thicknesses t soll a fiber composite component .

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im Detail erläutert. In 1 sind nur die hier interessierenden Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, alle übrigen Aspekte sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.The present invention will be explained in detail with reference to an embodiment. In 1 only the aspects of the method according to the invention which are of interest here are shown, all other aspects have been omitted for the sake of clarity.

1 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung. Gezeigt sind nur die erfindungswesentlichen Schritte. Weitere Prozessschritte können das Verfahren vervollständigen. 1 illustrates a method for producing a fiber composite component according to an advantageous embodiment of the invention. Shown are only the invention essential steps. Further process steps can complete the process.

Zunächst werden Faserabfälle 1, bereitgestellt. Die Faserabfälle 1 sind unbebindert, also harzfrei bzw. matrixmaterialfrei. Mit anderen Worten handelt es sich um trockene Faserabfälle, wie z. B. Verschnittreste aus der Gelegeherstellung, Produktionsreste oder Preformverschnitte. Die Faserabfälle 1 enthalten mindestens ein Fasermaterial das vorzugsweise ausschließlich aus Carbonfasern besteht.First, fiber waste 1 , provided. The fiber waste 1 are unbonded, so resin-free or matrixmaterialfrei. In other words, it is dry fiber waste, such. B. Verschnittreste from the scrim production, production residues or Preformverschnitte. The fiber waste 1 contain at least one fiber material which preferably consists exclusively of carbon fibers.

In einem ersten Schritt A werden die Faserabfälle 1 vorbereitet, wobei aus den Faserabfällen 1 Fasern 2 unter Vereinzelung freigelegt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden der Faserabfälle 1 und Öffnen derselben, wobei die Fasern 2 im Wesentlichen nicht beschädigt werden. Es werden vorbereitete Fasern 2 erhalten. Diese weisen eine isotrope Ausrichtung auf, und können durch einen anschließenden Krempelprozess anisotrop ausgerichtet werden.In a first step A, the fiber waste 1 prepared, taking out the fiber waste 1 fibers 2 be uncovered under separation. This is done for example by punching or cutting the fiber waste 1 and opening them, the fibers 2 essentially not be damaged. There are prepared fibers 2 receive. These have an isotropic orientation, and can be anisotropically aligned by a subsequent carding process.

Im Schritt B werden die Fasern 2 zu einem flächigen Faserhalbzeug 3, das vorzugsweise in Form eines Vlieses ausgebildet wird, weiterverarbeitet. Das flächige Faserhalbzeug 3 hat in x-z-Richtung eine flächige Ausdehnung und weist in y-Richtung eine geringere Ausdehnung auf. Die Ausdehnung des Faserhalbzeugs 3 in y-Richtung entspricht hier der Schichtdicke oder Wandstärke des Faserhalbzeugs 3 und wird senkrecht zur x-z-Ebene bestimmt.In step B, the fibers become 2 to a flat semi-finished fiber product 3 , which is preferably formed in the form of a nonwoven, further processed. The flat semi-finished fiber product 3 has a surface extension in the xz direction and has a smaller extent in the y direction. The extent of the semifinished fiber product 3 in y-direction here corresponds to the layer thickness or wall thickness of the semifinished fiber product 3 and is determined perpendicular to the xz plane.

Das flächige Faserhalbzeug 3 enthält somit recycelte Carbonfasern, wobei ein Anteil an recycelten Carbonfasern mindestens 50 Vol.-%, vorzugsweise 100 vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der im Faserhalbzeug 3 verwendeten Fasern 2, beträgt.The flat semi-finished fiber product 3 contains thus recycled carbon fibers, wherein a proportion of recycled carbon fibers at least 50 vol .-%, preferably 100 vol .-%, based on the total volume of the semi-finished fiber 3 used fibers 2 , is.

Anschließend wird die Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils bestimmt. Dies erfolgt durch mathematische Bestimmung gemäß nachfolgender Formel (1):

Figure DE102015204371A1_0011
wobei Bbv(t) die Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils, Ebv das Elastizitätsmodul des herzustellenden Faserverbundbauteils, tsoll die Schichtdicke des herzustellenden Faserverbundbauteilsund und ν die Querkontraktionszahl (hier: 0,35) ist.Subsequently, the bending stiffness of the fiber composite component to be produced is determined. This is done by mathematical determination according to the following formula (1):
Figure DE102015204371A1_0011
where B bv (t) is the bending stiffness of the fiber composite component to be produced, E bv is the modulus of elasticity of the fiber composite component to be produced, t is the layer thickness of the fiber composite component to be produced, and ν is the transverse contraction number (here: 0.35).

Aus der Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils kann bei Vorgabe einer gewünschten Biegesteifigkeit z. B. die minimale Anzahl nbv an zu verwendenden flächigen Faserhalbzeugen 3 ermittelt werden, die bei reduziertem Eigengewicht des Faserverbundbauteils mindestens dieselben guten mechanischen Eigenschaften erzeugt.From the bending stiffness of the fiber composite component to be produced can be given specification of a desired flexural rigidity z. B. the minimum number n bv to be used on flat fiber semi-finished products 3 determined which produces at least the same good mechanical properties at a reduced weight of the fiber composite component.

Dies soll für folgendes Beispiel im Detail erläutert werden: Als Beispiel dient eine Referenz-Türverkleidung für ein Kraftfahrzeug, die aus einem Glasfaser-Polyurethan-Verbundwerkstoff herstellt ist. Sie weist eine Biegesteifigkeit von 19915,97 Nmm auf.This will be explained in more detail for the following example: As an example, a reference door trim for a motor vehicle, which is made of a glass fiber-polyurethane composite material. It has a bending stiffness of 19915.97 Nmm.

Als Faserhalbzeug wird ein Vlies verwendet, das ein Fasermaterial enthält, das zu 100% aus recycelten Carbonfasern besteht. Es sollen im Faserverbundbauteil beispielhaft fünf Lagen des Faservlieses eingesetzt werden.As semi-finished fiber, a nonwoven is used which contains a fiber material that consists of 100% recycled carbon fibers. It should be used in the fiber composite component by way of example five layers of the nonwoven fabric.

Zuerst wird der Faservolumengehalt φ(t) des Faserverbundbauteils bestimmt, das, wie vorstehend beschrieben aus fünf Faservliesen und einer definierten Menge Matrixmaterial (im vorliegenden Fall: Polyurethan) hergestellt werden soll. Der Faservolumengehalt φ(t) wird wie folgt ermittelt:

Figure DE102015204371A1_0012
First, the fiber volume content φ (t) of the fiber composite component is determined, which, as described above, is to be produced from five fiber webs and a defined amount of matrix material (in the present case: polyurethane). The fiber volume content φ (t) is determined as follows:
Figure DE102015204371A1_0012

Hierbei ist nbv die Anzahl der anzuordnenden Faservliese (im vorliegenden Fall: fünf), Ybv das Flächengewicht eines Faservlieses (dieses kann experimentell bestimmt werden), ρcf die Dichte des Fasermaterials, also im vorliegenden Fall die Dichte der recycelten Carbonfasern (dieser Wert kann aus der Literatur entnommen werden (siehe Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007 ) und tsoll die gewünschte Wandstärke des Faserverbundbauteils.Here n bv is the number of fibrous webs to be arranged (in the present case: five), Y bv is the basis weight of a fibrous web (this can be determined experimentally), ρ cf is the density of the fibrous material, in the present case the density of the recycled carbon fibers (this value can be taken from the literature (see Schürmann, H .: Constructing with fiber-plastic composites, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, 2007 ) and t is the desired wall thickness of the fiber composite component.

Es ergibt sich folgender Faservolumengehalt φ(t):

Figure DE102015204371A1_0013
The result is the following fiber volume content φ (t):
Figure DE102015204371A1_0013

Zu erkennen ist, dass der Faservolumengehalt φ(t) eine Funktion von zwei Parametern ist, der Anzahl an Faservliesen nbv und der Wandstärke tsoll des herzustellenden Faserverbundbauteils. D. h. es kann entweder rückwirkend die notwendige Anzahl an Faservliesen nbv bei gegebener Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils bestimmt werden, oder die minimal Wandstärke tsoll des Faserverbundbauteils in Abhängigkeit einer definierten Anzahl an Faservliesen ermittelt werden.It can be seen that the fiber volume content φ (t) is a function of two parameters, the number of fiber webs n bv and the wall thickness t soll of the fiber composite component to be produced. Ie. it can be determined either retroactively the necessary number of nonwoven fabrics n bv given bending stiffness of the fiber composite component to be produced, or the minimum wall thickness t should be determined of the fiber composite component depending on a defined number of fiber webs.

Als nächstes wird das Elastizitätsmodul (E-Modul) des herzustellenden Faserverbundbauteils Ebv ermittelt:

Figure DE102015204371A1_0014
Next, the modulus of elasticity (modulus of elasticity) of the fiber composite component E bv to be produced is determined:
Figure DE102015204371A1_0014

Hier geht der vorstehend ermittelte Faservolumengehalt ein.This is the above-determined fiber volume content.

Die Werte Elit und φlit stammen aus Experimenten. Hierzu wurde ein Faserverbund-Normbauteil mit definierter Anzahl an Faserhalbzeugen, definiertem Fasermaterial (Menge und chemische Natur des Fasermaterials), definiertem Matrixmaterial (Menge und chemische Natur des Matrixmaterials) und definierter Lagenanordnung (Schichtung der Faserhalbzeuge) hergestellt, wobei die chemische Natur (Fasermaterial, Matrixmaterial, Lagenanordnung) des Faserverbund-Normbauteils identisch zur chemischen Natur des herzustellenden Faserverbundbauteils war. Das Faserverbund-Normbauteil dient als Vorlage zur Ermittlung des E-Moduls Elit bei einem definierten Faservolumengehalt φlit, das durch Zug/-Biegeversuche ermittelt werden kann. In oben stehender Gleichung wird das E-Modul aus der Literatur entnommen (siehe Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007 ).The values E lit and φ lit come from experiments. For this purpose, a fiber composite standard component with a defined number of semifinished fiber products, defined fiber material (amount and chemical nature of the fiber material), defined matrix material (amount and chemical nature of the matrix material) and defined layer arrangement (layering of semi-finished fiber products) was prepared, the chemical nature (fiber material, Matrix material, layer arrangement) of the fiber composite standard component was identical to the chemical nature of the fiber composite component to be produced. The fiber composite standard component serves as a template for determining the modulus E lit at a defined fiber volume content φ lit , which can be determined by tensile / bending tests. In the above equation, the modulus of elasticity is taken from the literature (see Schürmann, H .: Constructing with fiber-plastic composites, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, 2007 ).

Als nächstes wird die Masse an recycelten Carbonfasern mcf im herzustellenden Faserverbundbauteil bestimmt. Dies wird für die Gesamtmasse benötigt. Die Masse der recycelten Carbonfasern mcf im Faserverbundbauteil ergibt sich wie folgt: mcf = nbvYbvA, wobei A die Fläche des Faserverbundbauteils ist:

Figure DE102015204371A1_0015
Next, the mass of recycled carbon fibers m cf in the fiber composite component to be produced is determined. This is needed for the total mass. The mass of recycled carbon fibers m cf in the fiber composite component is as follows: m cf = n bv Y bv A, where A is the area of the fiber composite component:
Figure DE102015204371A1_0015

Anschließend wird der Massenanteil an Matrixmaterial ψ (im vorliegenden Fall: Polyurethan) bestimmt. Durch den Massenanteil an Matrixmaterial kann danach die Masse des Matrixmaterials im Faserverbundbauteil bestimmt werden:

Figure DE102015204371A1_0016
Subsequently, the mass fraction of matrix material ψ (in the present case: polyurethane) is determined. The mass fraction of matrix material can then be used to determine the mass of the matrix material in the fiber composite component:
Figure DE102015204371A1_0016

Hierbei sind φ der vormals bestimmte Faservolumengehalt φ(t), ρcf die Dichte des Fasermaterials, also hier beispielhaft die Dichte der recycelten Carbonfasern im Faserhalbzeug 3 und ρpu die Dichte des Matrixmaterials (diese Werte stammen aus der Literatur; siehe z. B.. Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007 ).Here, φ is the previously determined fiber volume content φ (t), ρ cf is the density of the fiber material, in this case the density of the recycled carbon fibers in the semifinished fiber article, for example 3 and ρ pu the density of the matrix material (these values are from the literature; Schürmann, H .: Constructing with fiber-plastic composites, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, 2007 ).

Mit dem Massenanteil ψ kann nun die Masse an Matrixmaterial mpu im Faserverbundbauteil bestimmt werden:

Figure DE102015204371A1_0017
With the mass fraction ψ, the mass of matrix material m pu in the fiber composite component can now be determined:
Figure DE102015204371A1_0017

Die Werte stammen aus den vorstehenden Gleichungen. Somit sind die jeweiligen Massen von Matrixmaterial und recycelter Carbonfaser bestimmt und es kann die Gesamtmasse des Referenz-Faserverbundbauteils aus der Summe der beiden Einzelmassen bestimmt werden: mpl = mcf + mpu, mpl = 384 g + 2039,6 g = 2423,5 g. The values are from the above equations. Thus, the respective masses of matrix material and recycled carbon fiber are determined and the total mass of the reference composite fiber component can be determined from the sum of the two individual masses: m pl = m cf + m pu , m pl = 384 g + g = 2039.6 g 2423.5.

Am Ende wird die Biegesteifigkeit des Referenz-Faserverbundbauteils Bbv(t) bestimmt.

Figure DE102015204371A1_0018
At the end, the bending stiffness of the reference fiber composite component B bv (t) is determined.
Figure DE102015204371A1_0018

Enthalten sind hier das E-Modul Ebv, die Sollwandstärke tsoll, sowie die Querkontraktionszahl ν des Faserverbundbauteils (hier: 0,35).Included here are the modulus of elasticity E bv , the nominal wall thickness t soll , and the transverse contraction number ν of the fiber composite component (here: 0.35).

Anschließend wird die Berechnung für verschiedene Kombinationen aus unterschiedlichen Wandstärken tsoll und unterschiedlicher Anzahl an Faservliesen nbv (Variation der Wandstärken von beispielhaft 1 mm bis 3,5 mm in 0,2 mm Schritten sowie 1–7 Lagen an Faservlies) wiederholt. Die sich daraus ergebenden Biegesteifigkeiten werden dann mit der vorgegebenen Biegesteifigkeit für das entsprechende Vorlagebauteil aus Glasfaser-Polyurethan-Verbundwerkstoff verglichen. So können die möglichen Kombinationen bestimmt werden. Subsequently, the calculation is repeated for different combinations of different wall thicknesses t soll and different number of nonwoven fabrics n bv (variation of wall thicknesses of, for example, 1 mm to 3.5 mm in 0.2 mm increments and 1-7 layers of nonwoven fabric). The resulting flexural stiffnesses are then compared to the given flexural stiffness for the corresponding glass fiber-polyurethane composite template member. So the possible combinations can be determined.

2 ist eine Grafik, in der für unterschiedliche Wandstärken tsoll eines Faserverbundbauteils die Biegesteifigkeit Bbv(t) aufgetragen ist. In der Grafik sind drei Kurven dargestellt. Kurve A ist die Kurve eines Referenz-Faserverbundbauteils aus Glasfasern als Fasermaterial und Polyurethan als Matrixmaterial. Kurve B ist die Kurve eines Faserverbundbauteils aus einem erfindungsgemäßen Faservlies als Fasermaterial und Polyurethan als Matrixmaterial. Kurve C ist die Kurve eines Faserverbundbauteils aus zwei erfindungsgemäßen Faservliesen als Fasermaterial und Polyurethan als Matrixmaterial. Mit der Anzahl an Faservliesen steigt die Biegesteifigkeit Bbv(t) des Faserverbundbauteils. Aus 2 ist ersichtlich, dass bei einer Wandstärke von beispielsweise 3,4 mm die Biegesteifigkeit eines Faserverbundbauteils aus einer Lage an Faservlies der Biegesteifigkeit des aus Glasfasern gebildeten Faserverbundbauteils entspricht. Es wird deutlich, dass bei der Verwendung von zwei Faservliesen anstelle von nur einem Faservlies die Wandstärke tsoll auf etwa 2,4 mm (Schnittpunkt auf Kurve C) reduziert werden kann. 2 is a graph in which the bending stiffness B bv (t) is plotted for different wall thicknesses t soll a fiber composite component . The graph shows three curves. Curve A is the curve of a reference fiber composite component of glass fibers as a fiber material and polyurethane as a matrix material. Curve B is the curve of a fiber composite component of a nonwoven fabric according to the invention as a fiber material and polyurethane as a matrix material. Curve C is the curve of a fiber composite component made of two fiber webs according to the invention as fiber material and polyurethane as matrix material. With the number of fiber webs, the bending stiffness B bv (t) of the fiber composite component increases. Out 2 It can be seen that with a wall thickness of, for example, 3.4 mm, the bending stiffness of a fiber composite component from a layer of nonwoven fabric corresponds to the bending stiffness of the fiber composite component formed from glass fibers. It is clear that when using two nonwoven fabrics instead of just one nonwoven, the wall thickness t soll can be reduced to about 2.4 mm (intersection on curve C).

Beträgt die gewünschte Biegesteifigkeit beispielsweise 30000 Nmm (siehe waagrechte Linie in der Grafik in 2), so wird diese bei einem Faserverbundbauteil mit zwei erfindungsgemäßen Faservliesen und Polyurethan als Matrixmaterial mit einer Wandstärke von etwa 2,65 mm erreicht. Bei Verwendung von nur einem Faservlies (siehe gestrichelte Linie in der Grafik in 2) müsste eine Wandstärke von etwa 3,8 mm vorgesehen werden.For example, if the desired bending stiffness is 30000 Nmm (see the horizontal line in the graph in 2 ), this is achieved in a fiber composite component with two fiber webs according to the invention and polyurethane as matrix material with a wall thickness of about 2.65 mm. When using only one fiber fleece (see dashed line in the graph in 2 ) would have a wall thickness of about 3.8 mm are provided.

Hierbei lässt sich aus der Wandstärke tsoll wiederum über nachfolgende Formel die Anzahl an zu verwendenden Faservliesen zum Erhalt einer gewünschten Biegesteifigkeit ermitteln:

Figure DE102015204371A1_0019
In this case, the wall thickness t soll can again be used to determine the number of fiber webs to be used to obtain a desired bending stiffness via the following formula:
Figure DE102015204371A1_0019

Die Berechnungen sind nicht abhängig vom eingesetzten Matrixmaterial. Es kann auch jedes andere Matrixmaterial verwendet. Des Weiteren muss es sich nicht um Faservliese handeln, es können auch andere Faserhalbzeuge mit diesem Vorgehen berechnet werden.The calculations are not dependent on the matrix material used. It can also use any other matrix material. Furthermore, it does not have to be fiber webs, it can also be calculated other semi-finished fiber products with this approach.

Die entsprechend ermittelte Anzahl an Faserhalbzeugen 3 wird, wie in 1 gezeigt, in Schritt C übereinander zu einem Stapel 4 angeordnet.The correspondingly determined number of semifinished fiber products 3 will, as in 1 shown in step C on top of each other to a stack 4 arranged.

In Schritt D erfolgt das Einlegen des Stapels 4 in ein Werkzeug. Das Werkzeug weist eine obere Werkzeughälfte 5 und eine untere Werkzeughälfte 6 auf, wobei die beiden Werkzeughälften 5, 6 zwischen sich einen Spalt 7 definieren. An der oberen Werkzeughälfte 5 ist ein Sprühkopf 8 zur Applikation eines Matrixmaterials 9 (Harz, Polymer) vorgesehen. Die Faserhalbzeuge 3 werden sodann mit Matrixmaterial 9 getränkt.In step D, the insertion of the stack takes place 4 into a tool. The tool has an upper mold half 5 and a lower tool half 6 on, with the two tool halves 5 . 6 between them a gap 7 define. At the upper half of the mold 5 is a spray head 8th for application of a matrix material 9 (Resin, polymer) provided. The semi-finished fiber products 3 are then with matrix material 9 soaked.

Schritt E veranschaulicht den Formgebungsprozess des Faserverbundbauteils. Das Werkzeug ist geschlossen worden, so dass im Inneren auf den Stapel 4 ein gewisser Druck und ggf. auch eine erhöhte Temperatur einwirken. Hierdurch wird der Faserhalbzeugstapel 4 umgeformt und das Matrixmaterial 9 ausgehärtet.Step E illustrates the molding process of the fiber composite component. The tool has been closed, leaving inside the stack 4 a certain pressure and possibly also an increased temperature act. As a result, the semi-finished fiber stack 4 reshaped and the matrix material 9 hardened.

In Schritt F wird das Werkzeug geöffnet. Das erhaltene Faserverbundbauteil 10 kann entformt werden.In step F, the tool is opened. The resulting fiber composite component 10 can be removed from the mold.

Vorteilhafterweise ist das hergestellte Faserverbundbauteil 10 ein Verkleidungsbauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Türverkleidung. Das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Faserverbundbauteil 10 enthält recycelte Carbonfasern und weist daher bei sehr guten mechanischen Eigenschaften ein geringes Eigengewicht auf. Durch die Verwendung von recycelten Carbonfasern werden Rohstoffressourcen schont, Entsorgungskosten gesenkt und die Produktion von Abfall vermieden. Das Verfahren ist einfach, ohne hohen technischen Aufwand und somit eine kostengünstig anwendbar.Advantageously, the fiber composite component produced is 10 a trim component for a motor vehicle, in particular a door trim. The fiber composite component produced by the method described above 10 Contains recycled carbon fibers and therefore has a low weight with very good mechanical properties. The use of recycled carbon fibers protects raw material resources, reduces disposal costs and avoids the production of waste. The method is simple, without high technical complexity and thus a cost effective.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Faserabfällefiber waste
22
Fasernfibers
33
FaserhalbzeugSemi-finished fiber
44
Stapelstack
55
obere Werkzeughälfteupper mold half
66
untere Werkzeughälftelower mold half
77
Spaltgap
88th
Sprühkopfspray nozzle
99
Matrixmaterialmatrix material
1010
FaserverbundbauteilFiber composite component

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005026889 A1 [0002] DE 102005026889 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007 [0038] Schürmann, H .: Constructing with fiber-plastic composites, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, 2007 [0038]
  • Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007 [0043] Schürmann, H .: Constructing with fiber-plastic composites, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, 2007 [0043]
  • Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007 [0046] Schürmann, H .: Constructing with fiber-plastic composites, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, 2007 [0046]

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (10) enthaltend recycelte Carbonfasern (2), insbesondere eines Faserverbundbauteils (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: – Bereitstellen von flächigen Faserhalbzeugen (3), enthaltend recycelte Carbonfasern (2), wobei ein Anteil an recycelten Carbonfasern (2) mindestens 50 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der im Faserhalbzeug (3) verwendeten Fasern beträgt, – Herstellen eines Faserverbund-Normbauteils mit einer definierten Anzahl an Faserhalbzeugen (3), definiertem Fasermaterial, definiertem Matrixmaterial und definierter Lagenanordnung, – Bestimmen der Biegesteifigkeit des Faserverbundbauteils (10) gemäß nachfolgender Formel (1):
Figure DE102015204371A1_0020
wobei Bbv(t) die Biegesteifigkeit des herzustellenden Faserverbundbauteils (10), Ebv das Elastizitätsmodul des Faserverbundbauteils (10), tsoll die Schichtdicke des Faserverbundbauteils (10) und ν die Querkontraktionszahl ist, wobei Ebv mittels nachfolgender Formel (2) ermittelt wird:
Figure DE102015204371A1_0021
wobei Elit das Elastizitätsmodul des Faserverbund-Normbauteils, φlit der Faservolumengehalt des Faserverbund-Normbauteils und φ(t) der Faservolumengehalt im Faserverbundbauteil (10) ist, – Anordnen einer Anzahl an flächigen Faserhalbzeugen (3), die die gewünschte Biegesteifigkeit Bbv(t) ergibt, – Tränken der flächigen Faserhalbzeuge (3) mit Matrixmaterial (9) und – Härten des Matrixmaterials (9).
Method for producing a fiber composite component ( 10 containing recycled carbon fibers ( 2 ), in particular a fiber composite component ( 10 ) for a motor vehicle, comprising the steps of: - providing flat semi-finished fiber products ( 3 ) containing recycled carbon fibers ( 2 ), with a proportion of recycled carbon fibers ( 2 ) at least 50 vol .-%, based on the total volume of the semi-finished fiber ( 3 ), - producing a fiber composite standard component with a defined number of fiber semi-finished products ( 3 ), defined fiber material, defined matrix material and defined layer arrangement, - determining the bending stiffness of the fiber composite component ( 10 ) according to the following formula (1):
Figure DE102015204371A1_0020
where B bv (t) is the bending stiffness of the fiber composite component ( 10 ), E bv is the modulus of elasticity of the fiber composite component ( 10 ), t should the layer thickness of the fiber composite component ( 10 ) and ν is the transverse contraction number, where E bv is determined by the following formula (2):
Figure DE102015204371A1_0021
where E lit is the modulus of elasticity of the fiber composite standard component, φ lit is the fiber volume content of the fiber composite standard component and φ (t) is the fiber volume content in the fiber composite component ( 10 ), - arranging a number of flat semi-finished fiber products ( 3 ), which gives the desired bending stiffness B bv (t), - impregnating the flat semi-finished fiber products ( 3 ) with matrix material ( 9 ) and - curing the matrix material ( 9 ).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Faserhalbzeuge (3) Faservliese sind.A method according to claim 1, characterized in that the flat semi-finished fiber products ( 3 ) Fiber webs are. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservliese eine isotrope oder eine anisotrope Faserausrichtung aufweisen.A method according to claim 2, characterized in that the nonwoven fabrics have an isotropic or anisotropic fiber orientation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Faserhalbzeuge (3) als einziges Fasermaterial recycelte Carbonfasern (2) enthalten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flat semi-finished fiber products ( 3 ) as the only fiber material recycled carbon fibers ( 2 ) contain. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der gewünschten Biegesteifigkeit Bbv(t) des Faserverbundbauteils (10) eine minimale Anzahl an anzuordnenden flächigen Faserhalbzeuge (3) mittels nachfolgender Formel (3) bestimmt wird:
Figure DE102015204371A1_0022
wobei nbv die Anzahl der anzuordnenden flächigen Faserhalbzeuge (3), tsoll die Wandstärke des Faserverbundbauteils (10), φ(t) der Faservolumengehalt im Faserverbundbauteil (10), ρφ die Dichte der Fasern im Faserverbundbauteil (10) und Ybv das Flächengewicht des Faserhalbzeugs (3) ist, wobei φ(t) durch nachfolgende Formel (4) bestimmt wird:
Figure DE102015204371A1_0023
wobei nbv die Anzahl der anzuordnenden Faserhalbzeuge (3), Ybv das Flächengewicht eines Faserhalbzeugs (3) und ρcf die Dichte des Fasermaterials im Faserhalbzeug (3) ist.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that depending on the desired bending stiffness B bv (t) of the fiber composite component ( 10 ) a minimum number of planar semi-finished fiber products ( 3 ) is determined by the following formula (3):
Figure DE102015204371A1_0022
where n bv is the number of flat semifinished fiber products to be arranged ( 3 ), t should the wall thickness of the fiber composite component ( 10 ), φ (t) the fiber volume content in the fiber composite component ( 10 ), ρ φ the density of the fibers in the fiber composite component ( 10 ) and Y bv the basis weight of the semifinished fiber product ( 3 ), where φ (t) is determined by the following formula (4):
Figure DE102015204371A1_0023
where n bv is the number of semifinished fiber products to be arranged ( 3 ) Y bv is the basis weight of a semifinished fiber product ( 3 ) and ρ cf the density of the fiber material in the semi-finished fiber product ( 3 ).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ermittelns einer minimalen Wandstärke des Faserverbundbauteils (10) unter Verwendung der nachfolgenden Formel (5):
Figure DE102015204371A1_0024
wobei φ(t) der Faservolumengehalt im Faserverbundbauteil (10) ist und durch nachfolgende Formel (4) bestimmt wird:
Figure DE102015204371A1_0025
wobei nbv die Anzahl der anzuordnenden Faserhalbzeuge (3), Ybv das Flächengewicht eines Faserhalbzeugs (3) und ρcf die Dichte des Fasermaterials im Faserhalbzeug (3) ist.
Method according to one of the preceding claims, characterized by a step of determining a minimum wall thickness of the fiber composite component ( 10 ) using the following formula (5):
Figure DE102015204371A1_0024
where φ (t) is the fiber volume content in the fiber composite component ( 10 ) and is determined by the following formula (4):
Figure DE102015204371A1_0025
where n bv is the number of semifinished fiber products to be arranged ( 3 ) Y bv is the basis weight of a semifinished fiber product ( 3 ) and ρ cf the density of the fiber material in the semi-finished fiber product ( 3 ).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Einbringen von mindestens einem Verstärkungselement auf und/oder zwischen die anzuordnenden flächigen Faserhalbzeuge (3).Method according to one of the preceding claims, characterized by an introduction of at least one reinforcing element on and / or between the planar semi-finished fiber products ( 3 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil (10) nach einem SRIM-Verfahren hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite component ( 10 ) is produced by a SRIM process. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Verkleidungsbauteilen für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Türverkleidung.Use of the method according to one of the preceding claims for the production of trim components for a motor vehicle, in particular for a door trim.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109267234A (en) * 2018-09-19 2019-01-25 清华大学 The product for recycling the method for waste and old clothing and being obtained using it

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19519241A1 (en) * 1994-05-26 1995-11-30 Kobe Steel Ltd Deformed fiber-reinforced plastic
DE102005026889A1 (en) 2005-06-10 2006-12-28 Lisa Dräxlmaier GmbH Central module for vehicle door has at least one coupling point at door paneling and at least one connection point for auxiliary component whereby central module forms at least one subrange of inner door covering
DE102010042349A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg Manufacturing semi-finished textile product from carbon fibers obtained from matrix material, comprises manufacturing non-woven fabric and/or fleece, and impregnating non-woven fabric and/or fleece with matrix material
DE102011079525A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Producing fiber reinforced plastic semi-finished product, comprises introducing recycled carbon fibers into a matrix made of a plastic, preferably a resin, using e.g. sheet molding compound method, and bulk molding compound method
DE102011119856A1 (en) * 2011-11-24 2013-05-29 Christoph Erbelding Producing fiber composite components from layer and/or mat assembly made of fibrous materials and preparing insoluble compounds between layers and/or mats, comprises adding two layers and/or mats with e.g. different geometric shape
DE102012206384A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fiber braid profile structure for producing carbon fiber reinforced plastic component used during manufacture of automobile component, has stud threads and braiding yarns that are braided together and formed of recycling carbon fibers
WO2014037724A1 (en) * 2012-09-05 2014-03-13 University Of Ulster Carbon fibre composites
DE102013216647A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Interior fitting and method of making the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19519241A1 (en) * 1994-05-26 1995-11-30 Kobe Steel Ltd Deformed fiber-reinforced plastic
DE102005026889A1 (en) 2005-06-10 2006-12-28 Lisa Dräxlmaier GmbH Central module for vehicle door has at least one coupling point at door paneling and at least one connection point for auxiliary component whereby central module forms at least one subrange of inner door covering
DE102010042349A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg Manufacturing semi-finished textile product from carbon fibers obtained from matrix material, comprises manufacturing non-woven fabric and/or fleece, and impregnating non-woven fabric and/or fleece with matrix material
DE102011079525A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Producing fiber reinforced plastic semi-finished product, comprises introducing recycled carbon fibers into a matrix made of a plastic, preferably a resin, using e.g. sheet molding compound method, and bulk molding compound method
DE102011119856A1 (en) * 2011-11-24 2013-05-29 Christoph Erbelding Producing fiber composite components from layer and/or mat assembly made of fibrous materials and preparing insoluble compounds between layers and/or mats, comprises adding two layers and/or mats with e.g. different geometric shape
DE102012206384A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fiber braid profile structure for producing carbon fiber reinforced plastic component used during manufacture of automobile component, has stud threads and braiding yarns that are braided together and formed of recycling carbon fibers
WO2014037724A1 (en) * 2012-09-05 2014-03-13 University Of Ulster Carbon fibre composites
DE102013216647A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Interior fitting and method of making the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 2007

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109267234A (en) * 2018-09-19 2019-01-25 清华大学 The product for recycling the method for waste and old clothing and being obtained using it

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