DE102017200114A1 - Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Preforms im Tapelegeprozess - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Preforms möglichst kostengünstig und flexibel auszugestalten, ist vorgesehen, dass ein Faserwerkstoff zuerst auf einer Folie abgelegt, anschließend mit dem Matrixwerkstoff imprägniert und dann auf eine Rolle aufgerollt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Preforms, wobei ein Faserwerkstoff mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff imprägniert wird.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, aufweisend einen mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer Preforms.
  • Aufgrund der Zielsetzung zur Reduzierung der CO2-Emission werden an die Materialien, insbesondere in der Automobilfertigung, unterschiedlichste Anforderungen gestellt. Eine der wichtigsten Anforderungen ist dabei die Leichtbauweise. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Gewichts von Bauteilen und Baugruppen stellt der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffbauteilen dar. Dabei kann gegenüber klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Aluminium oder Stahl bis zu 50 % Gewicht bei gleichem Eigenschaftsprofil eingespart werden.
  • Durch Kombination von Kunststoff mit Verstärkungsfasern kann ein großes Gewichtseinsparpotenzial generiert werden. Der Einsatz von endlosfaserverstärkten Kunststoffen ist derzeit allerdings mit hohen Kosten verbunden, da die Fertigungsprozesse, in welchen Werkstoffe mit sehr guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden können, nur bedingt automatisierbar sind.
  • Die Herstellung von mit Endlosfasern verstärkten Bauteilstrukturen wird oft über den Zwischenschritt von Halbwerkzeugen oder endkonturnahen Faservorformlingen beziehungsweise den sogenannten Preforms realisiert. Preforms sind beispielsweise ein wesentlicher, die Kosten und Eigenschaften dominierender Bestandteil einer Produktionskette von den Ausgangsrohstoffen (Matrixwerkstoff und Faserwerkstoff) hin zum faserverstärkten Kunststoffbauteil.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik sind unterschiedliche Herstellungsverfahren zur Herstellung von thermoplastischen Preforms bekannt. Beispielsweise sind Tape-Legeverfahren für die Herstellung von Preforms bekannt. Derartige Tape-Legeverfahren sind zwar automatisierbar und für den Serieneinsatz, beispielsweise im Automobilbau, prinzipiell geeignet. Dennoch werden hierfür Ausgangsmaterialien, beispielsweise ein mit thermoplastischer Matrix getränktes textiles Halbzeug, benötigt, welche jedoch am Markt nur zu hohen Preisen verfügbar sind.
  • Derartige Tapes, bestehend aus Endlosfasern und thermoplastischer Matrix sind aufwendig herzustellen und teuer. Die Weiterverarbeitung der Tapes erfordert eine hohe Verarbeitungstemperatur und einen hohen Verarbeitungsdruck.
  • Nachteilig bei diesen Verfahren sind somit die hohen Kosten für die Materialbeschaffung, die langsame Verarbeitungsgeschwindigkeit zur Verarbeitung thermoplastischer Tapes und eine relativ hohe Faserschädigung durch den Verarbeitungsprozess unter hohem Druck und hoher Temperatur.
  • In der WO 2012/116 947 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten, flachen Halbzeugen auf Polyamidmatrix beschrieben, wobei im ersten Schritt die textilen Strukturen mit einer Matrix getränkt werden, anschließend abgekühlt werden und abschließend zu einem flachen Halbzeug konfektioniert werden.
  • Die DE 19 527 154 A1 betrifft einen thermoplastisch verformbaren Verbundwerkstoff. Hierfür wird im ersten Schritt eine aktivierte Lactam-Schmelze hergestellt, welche im dünnflüssigen Zustand eine Faseranordnung durchdringt, sodass sie die Matrix für einen Formkörper bildet. Anschließend wird die aktivierte Schmelze unter Temperatur- und Druckeinwirkung in einer Form oder einem Werkzeug auspolymerisiert.
  • Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Preforms möglichst kostengünstig und derart flexibel auszugestalten, dass die Herstellung der Preforms oder auch des faserverstärkten Kunststoffbauteils direkt im Anschluss an die Herstellung der Tapes oder zu einem späteren Zeitpunkt nach der Herstellung der Tapes durchgeführt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird hierfür ein Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Preforms vorgeschlagen, wobei ein Faserwerkstoff mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff imprägniert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
    1. a) Ablegen des Faserwerkstoffs auf eine Folie; und
    2. b) Imprägnieren des Faserwerkstoffs mit dem Matrixwerkstoff; und
    3. c) Aufrollen des mit dem Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoffs zusammen mit der Folie auf eine Rolle; und
    4. d) Abrollen des mit dem Matrixwerkstoff getränkten Faserwerkstoffs zusammen mit der Folie von der Rolle; und
    5. e) Ablegen des mit dem Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoffs auf einer Oberfläche eines Preformwerkzeugs, wobei der thermoplastische Preform ausgebildet wird.
  • Unter einem Preform ist im Sinne dieser Erfindung ein geometrisch sowie auch werkstofflich betrachtetes Zwischenprodukt zu verstehen. Aus einem nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten thermoplastischen Preform kann dann in einem weiteren Verarbeitungsverfahren das Zielbauteil, nämlich ein faserverstärktes thermoplastisches Kunststoffbauteil, hergestellt werden. Die hierfür erforderlichen weiteren Verfahrensschritte können direkt im Anschluss an das Verfahren zur Herstellung des Preforms durchgeführt werden. Alternativerweise kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil in einem separaten Verfahren zu einem späteren Zeitpunkt basierend auf den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Preforms hergestellt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Faserwerkstoff in jeder geeigneten Form zur Verfügung stehen. Beispielsweise können textile Halbzeuge, wie uni- oder mehrdirektionale Gelege vorgesehen werden. Des Weiteren können Endlosfaserrovings vorgesehen sein. Bevorzugterweise werden in Schritt a) allerdings im Wesentlichen unidirektional ausgerichtete Kohlenstofffasern auf der Folie abgelegt. Der Faserwerkstoff wird ferner bevorzugterweise in Schritt a) mit einer Vorzugsrichtung von 0° abgelegt.
  • In Schritt b) wird der Faserwerkstoff mittels einer Imprägniervorrichtung mit dem Matrixwerkstoff imprägniert beziehungsweise getränkt. Hierfür kann der Faserwerkstoff beispielsweise kontinuierlich durch eine Imprägniervorrichtung hindurchgeführt werden und beim Hindurchführen durch die Imprägniervorrichtung innerhalb dieser der Matrixwerkstoff auf den Faserwerkstoff aufgebracht werden.
  • Der Matrixwerkstoff basiert bevorzugterweise auf Lactam, insbesondere Caprolactam oder Laurinlactam.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann als kontinuierlicher Prozess durchgeführt werden. Hierunter ist zu verstehen, dass die Verfahrensschritte a) bis e) kontinuierlich und in unmittelbarer Abfolge nacheinander durchgeführt werden können. Somit können thermoplastische Preforms direkt bei der Herstellung der thermoplastischen reaktiven Tapes hergestellt werden. In einem weiteren Schritt könnten die Preforms direkt zu einem faserverstärkten Kunststoffbauteil weiterverarbeitet werden.
  • Alternativerweise kann das Verfahren zwischen den Schritten c) und d) unterbrochen werden. Die Schritte a) bis c) können auch hier in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt werden. Anschließend wird beim unterbrochenen Prozessablauf der Matrixwerkstoff während und/oder nach Schritt c) auspolymerisiert. Dadurch ist eine Zwischenlagerung des mit dem Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoffs auf der Rolle möglich.
  • Bevorzugterweise werden die vorgenannten Verfahrensschritte a) bis e) in der vorgenannten Reihenfolge durchgeführt. In Schritt e) kann beim Ablegen der Tapes jedes geeignete Tape-Legeverfahren vorgesehen werden. Besonders bevorzugterweise ist hierfür das sogenannte NearNet-Shaping Verfahren vorgesehen. Unter einem Preformwerkzeug ist ein Körper, insbesondere mit einer vorgegebenen Form der Oberfläche, zur Formgebung der Preforms beim Aushärten zu verstehen.
  • Die Schritte d) und e) können bevorzugterweise als kontinuierlicher Prozess beziehungsweise als unmittelbar aufeinanderfolgende Schritte durchgeführt werden. Beispielsweise kann für das Abrollen von der Rolle in Schritt d) das Ablagemittel aus Schritt e) verwendet werden. Beim Abkühlen erstarrt der Matrixwerkstoff und es entsteht ein formstabiler reaktiver thermoplastischer Preform.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Einsatz preisgünstiger Tapes. Des Weiteren können Materialkosten durch die Herstellung verschnittarmer Preforms eingespart werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erspart Fertigungskosten und insbesondere Fertigungszeit, dadurch, dass die Preform-Herstellung mittels eines kontinuierlichen Prozesses möglich ist.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Schritte a) bis c) in einer Umgebung mit weniger als 20 % relativer Luftfeuchte und/oder in einer Umgebung mit einer Temperatur zwischen 15°C und 30°C durchgeführt werden. Besonders bevorzugterweise ist die Luftfeuchte kleiner als 15 %, sowie ganz besonders bevorzugterweise kleiner als 10 %. Ferner ist besonders bevorzugterweise die Temperatur zwischen 19°C und 26°C. Beispielsweise beträgt die Temperatur im Wesentlichen Raumtemperatur. Auch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Schritte a) bis c) als kontinuierlicher Prozess innerhalb eines abgeschlossenen Raumes beziehungsweise innerhalb eines Gehäuses oder einer Einhausung durchgeführt werden. Damit kann in relativ einfacher Weise die Umgebungsbedingung mit niedriger Luftfeuchte und Temperatur vorgegeben beziehungsweise eingestellt werden.
  • Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Faserwerkstoff vor Schritt a) auf eine Temperatur zwischen 120°C und 180°C, besonders bevorzugterweise auf eine Temperatur zwischen 140°C und 160°C, beispielsweise 150°C, vorgewärmt wird.
  • Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass in Schritt b) der Faserwerkstoff und/oder der Matrixwerkstoff eine Temperatur zwischen 120°C und 180°C, besonders bevorzugterweise zwischen 140°C und 160°C, beispielsweise 150°C aufweist. Hierfür kann auch der Matrixwerkstoff vor Schritt b) auf die entsprechende Temperatur vorgewärmt werden. Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Faserwerkstoff mit dem Matrixwerkstoff bei einer Temperatur, welche im Wesentlichen der Lactam-Systemtemperatur entspricht, imprägniert wird.
  • Dadurch, dass bevorzugterweise der Faserwerkstoff bereits vor Schritt a) vorgewärmt und anschließend in Schritt b) bei einer Temperatur zwischen 120°C und 180°C mit dem Matrixwerkstoff imprägniert wird, können die dabei hergestellten thermoplastischen reaktiven Tapes auf der Rolle nach Schritt c) auspolymerisieren. Anschließend kann die Rolle mit den bereits auspolymerisierten Tapes vor der weiteren Verarbeitung zwischengelagert werden.
  • Vor Schritt c) wird der mit dem Matrixwerkstoff imprägnierte Faserwerkstoff bevorzugterweise mit einer weiteren Folie abgedeckt. Somit kann der Faserwerkstoff in Schritt a) auf eine erste Folie abgelegt und vor Schritt c) nach dem Imprägnieren mit einer zweiten Folie abgedeckt werden. Dabei können die Folienränder der unteren und oberen Folie beziehungsweise der ersten und zweiten Folie miteinander verschweißt werden und somit eine luftdichte Verpackung hergestellt werden. Auch dies begünstigt das Auspolymerisieren der thermoplastischen reaktiven Tapes auf der Rolle.
  • Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Matrixwerkstoff zwischen den Schritten c) und d) auspolymerisiert. Beispielsweise kann dies über Kalanderwalzen bei 150°C vorgesehen sein.
  • Wird der Faserwerkstoff vor Schritt a) nicht vorgewärmt und in Schritt b) nicht unter erhöhter Temperatur, beispielsweise bei 150°C, mit dem Matrixwerkstoff imprägniert, werden die Preforms direkt nach der Herstellung der thermoplastischen reaktiven Tapes hergestellt. Die reaktiven Tapes polymerisieren in diesem Fall nicht auf der Rolle aus. Stattdessen kann das Preform in Anschluss an Schritt e) in einem Presswerkzeug unter Temperatureinfluss zum faserverstärkten Kunststoffbauteil auspolymerisieren. Dies ist dann unter geringer Temperaturzufuhr, beispielsweise unter einer Temperaturzufuhr zwischen 140°C und 160°C möglich.
  • Wurden die reaktiven Tapes beziehungsweise der Matrixwerkstoff bereits auf der Rolle auspolymerisiert, ist bei der weiteren Verarbeitung eine höhere Temperatur erforderlich. Beispielsweise müssen die Tapes dann nach dem Abwickeln von der Rolle auf eine Temperatur zwischen 230°C und 260°C aufgewärmt werden.
  • Bevorzugterweise wird in Schritt e) der mit dem Matrixwerkstoff imprägnierte Faserwerkstoff zusammen mit der Folie und/oder der weiteren Folie auf der Oberfläche eines Preformwerkzeugs abgelegt. Die erste Folie und/oder zweite Folie kann vorteilhafterweise im Endprodukt, nämlich dem faserverstärkten Kunststoffbauteil, verbleiben. Insbesondere kann die Folie dabei als Funktionsschicht, zum Beispiel als Dekorfolie und/oder als UV-Schutz dienen. Insbesondere kann für eine Dekorfolie auch eine farbige Folie vorgesehen sein.
  • Alternativerweise kann zwischen den Schritten d) und e) die Folie und/oder die weitere Folie entfernt werden. Beispielsweise können hierfür am Ablagemittel entsprechende Vorrichtungen, zum Beispiel Rollenmesser zum Aufschneiden der zusammengeschweißten Folien, und Walzen zum Abziehen der Folien vorgesehen sein.
  • Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Schritte a) bis e) in direkter Abfolge hintereinander durchgeführt werden, wobei die Preforms in Schritt e) ausgebildet werden, bevor der Matrixwerkstoff auspolymerisiert ist. Hierfür können sämtliche Schritte a) bis e) innerhalb einer Einhausung beziehungsweise innerhalb eines Gehäuses und innerhalb einer einheitlichen Umgebung durchgeführt werden. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die relative Luftfeuchte innerhalb dieser Umgebung für alle Schritte a) bis e) kleiner als 20 %, besonders bevorzugterweise kleiner als 15 %, sowie ganz besonders bevorzugterweise kleiner als 10 % beträgt. Auch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass die Temperatur innerhalb dieser Umgebung für alle Schritte a) bis e) zwischen 15°C und 30°C, besonders bevorzugterweise zwischen 18°C und 24°C, sowie ganz besonders bevorzugterweise Raumtemperatur beträgt.
  • Bei dieser Variante werden die Tapes direkt nach dem Imprägnieren im nichtpolymerisierten Zustand weiterverarbeitet. Da das Material in diesem Zustand noch feuchteempfindlich ist, werden vorzugsweise sämtliche Schritte a) bis e) innerhalb einer Einhausung beziehungsweise innerhalb eines Gehäuses unter den vorgenannten Umgebungsbedingungen durchgeführt und somit das Material innerhalb des Gehäuses aufgerollt und an einen Tapeleger übergeben. Damit wird gewährleistet, dass das Material keine Feuchte aufnimmt und nicht zwischenkonsolidiert werden muss, damit die mechanischen Eigenschaften nicht verloren gehen.
  • Bei dieser Variante kann die Weiterverarbeitung der noch nicht polymerisierten Tapes dann bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgen. Beispielsweise kann die Verarbeitung bei 150 °C erfolgen. Bei bereits polymerisierten Tapes ist dagegen eine weitaus höhere Temperatur, in der Regel zwischen 230°C und 260°C erforderlich.
  • Bei der direkten Verarbeitung kann auch eine Verarbeitung mit zusätzlicher Folie vorgesehen sein. Dabei wird das noch nicht polymerisierte Material aus dem Imprägnierprozess mit seitlich verschweißten Folien vor Feuchteaufnahme geschützt. Dadurch ist es auch bei dieser Variante möglich, das Material zwischenzulagern und zu einem räumlich getrennten Tapelager zu transportieren. Bei der Weiterverarbeitung wird dann die Folie entfernt. Bei einer relativ zügigen Weiterverarbeitung, beispielsweise innerhalb von höchstens zehn Minuten, kann der Tapelegeprozess in Schritt e) durchgeführt werden, ohne dass eine Einhausung der Tapelegeanlage mit sichergestellter Luftfeuchte kleiner als 20 % erforderlich ist.
  • Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vorgesehen, wobei nach Schritt e) das Preform in einem Presswerkzeug zum Endbauteil, nämlich dem faserverstärkten Kunststoffbauteil, weiterverarbeitet wird.
  • Erfindungsgemäß ist des Weiteren ein faserverstärktes Kunststoffbauteil vorgesehen, welches einen mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoff aufweist. Das faserverstärkte Kunststoffbauteil wurde erfindungsgemäß basierend auf einem vorbeschrieben hergestellten Preform hergestellt. Der Faserwerkstoff weist dabei bevorzugterweise im Wesentlichen Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern auf. Der Matrixwerkstoff basiert bevorzugterweise auf Lactam, insbesondere Caprolactam oder Laurinlactam.
  • Ferner ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer Preforms vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Imprägniervorrichtung zum Imprägnieren eines Faserwerkstoffs mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff, eine Rolle zum Aufrollen des mit dem Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoffs und ein Ablagemittel zur Ablage des mit dem Matrixwerkstoff imprägnierten Faserwerkstoffs auf einem Preformwerkzeug, aufweist. Erfindungsgemäß sind die Imprägniervorrichtung und die Rolle in einem von einem Gehäuse eingeschlossenen Raum angeordnet. Dadurch können die Luftfeuchte und die Temperatur innerhalb dieses Raums eingestellt und kontrolliert werden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass auch das Preformwerkzeug mit dem Ablagemittel in dem von dem Gehäuse eingeschlossenen Raum angeordnet ist. Dadurch kann eine direkte Verarbeitung des Materials ohne Zwischenpolymerisierung vorgesehen werden.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen schematisch:
    • 1: Verfahrensschritte zur Herstellung thermoplastischer Preforms sowie zur Weiterverarbeitung zum faserverstärkten Kunststoffbauteil, und
    • 2: ein weiteres Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Preforms sowie der Weiterverarbeitung zum faserverstärkten Kunststoffbauteil.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 wird eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung thermoplastischer Preforms 100 beschrieben. Ferner ist in 1 die Weiterverarbeitung zum faserverstärkten Kunststoffbauteil 200 gezeigt.
  • Bei dem in 1 dargestellten Verfahren polymerisieren die thermoplastischen reaktiven Tapes auf der Rolle zwischen den Schritten c) und d) aus. Dadurch können die thermoplastischen Tapes vor der Weiterverarbeitung zu Preforms zwischengelagert werden.
  • Die Imprägniervorrichtung 14 und die Rolle 12 sind innerhalb eines Gehäuses 16 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 16 wird die Luftfeuchte bevorzugterweise unter 10 % und die Temperatur auf Raumtemperatur gehalten. Der Faserwerkstoff 10 wird bei diesem Verfahren auf etwa 150°C vorgeheizt. In Schritt a) wird der Faserwerkstoff in Form von gespreizten Fasern oder als textiles Halbzeug mit 0°-Vorzugsrichtung auf einer Folie bei circa 150°C abgelegt. In Schritt b) wird der Faserwerkstoff 10 mittels der Imprägniervorrichtung 14 mit einem Matrixwerkstoff 11, insbesondere einem Lactam-System, bei circa 150 °C imprägniert. Anschließend kann der mit dem Matrixwerkstoff 11 imprägnierte Faserwerkstoff 10 optional mit einer zweiten Folie abgedeckt und die Folienränder zwischen erster Folie und zweiter Folie zur Herstellung einer luftdichten Verpackung verschweißt werden.
  • In Schritt c) wird der mit dem Matrixwerkstoff 11 imprägnierte Faserwerkstoff 10 auf eine Rolle 12 aufgerollt. Im aufgerollten Zustand kann der Matrixwerkstoff 11 auspolymerisieren. Anschließend können die Tapes auf der Rolle zwischengelagert werden.
  • Zur Weiterverarbeitung der Tapes wird der mit dem Matrixwerkstoff 11 getränkte Faserwerkstoff 10 in Schritt d) von der Rolle 12 zusammen mit der Folie abgerollt und in Schritt e) mittels eines Tape-Legeverfahrens zum Preform 100 weiterverarbeitet.
  • Dadurch, dass die Tapes bereits auf der Rolle 12 auspolymerisiert sind, kann das Preformwerkzeug 13 und das Ablagemittel 15 außerhalb des Gehäuses 16, in welchem die Imprägniervorrichtung 14 angeordnet ist, angeordnet sein.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil 200 in einem Presswerkzeug 17 hergestellt werden. Hierfür werden die auspolymerisierten Preforms 100 auf eine Temperatur von ca. 205 °C erwärmt.
  • In 2 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung thermoplastischer Preforms 100 gezeigt. Dabei ist im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Verfahren ein kontinuierlicher Prozess vorgesehen, wobei der Matrixwerkstoff 11 nicht auf der Rolle 12 auspolymerisiert.
  • Dazu ist sowohl die Imprägniervorrichtung 14, die Rolle 12, sowie auch das Preformwerkzeug 13 und das Ablagemittel 15 innerhalb eines Gehäuses 16 angeordnet. Die Luftfeuchte wird innerhalb des Gehäuses 16 für alle Schritte a) bis e) kleiner als 10 % und die Temperatur bei etwa Raumtemperatur gehalten.
  • Ein Vorheizen des Faserwerkstoffs 10 ist bei dieser Variante nicht vorgesehen. In Schritt a) wird der Faserwerkstoff 10 auf der Folie abgelegt und in Schritt b) mit dem Matrixwerkstoff 11 imprägniert. Anschließend wird in Schritt c) der mit dem Matrixwerkstoff 11 imprägnierte Faserwerkstoff 10 auf die Rolle 12 aufgerollt.
  • Direkt im Anschluss ist eine Weiterverarbeitung vorgesehen, wobei in Schritt d) der mit dem Matrixwerkstoff 11 imprägnierte Faserwerkstoff 10 von der Rolle 12 abgewickelt beziehungsweise abgerollt und in Schritt e) auf dem Preformwerkzeug 13 die Preforms 100 ausgebildet werden.
  • Bei der Weiterverarbeitung des Preforms 100 zum faserverstärkten Kunststoffbauteil 200 kann in einem Presswerkzeug 17 der Matrixwerkstoff 11 unter Temperaturzufuhr von circa 150°C auspolymerisieren.
  • Optional können vor der Weiterverarbeitung zum Endbauteil beziehungsweise zum faserverstärkten Kunststoffbauteil 200 nach Schritt e) die Einzellagen auf dem Preformwerkzeug 13 bei etwa 80°C zu einem Stapelpaket verschweißt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Preform
    200
    Faserverstärktes Kunststoffbauteil
    300
    Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer Preforms
    10
    Faserwerkstoff
    11
    Matrixwerkstoff
    12
    Rolle
    13
    Preformwerkzeug
    14
    Imprägniervorrichtung
    15
    Ablagemittel
    16
    Gehäuse
    17
    Presswerkzeug
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/116947 A1 [0009]
    • DE 19527154 A1 [0010]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung thermoplastischer Preforms (100), wobei ein Faserwerkstoff (10) mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff (11) imprägniert wird, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a) Ablegen des Faserwerkstoffs (10) auf eine Folie; und b) Imprägnieren des Faserwerkstoffs (10) mit dem Matrixwerkstoff (11); und c) Aufrollen des mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierten Faserwerkstoffs (10) zusammen mit der Folie auf eine Rolle (12); und d) Abrollen des mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierten Faserwerkstoffs (10) zusammen mit der Folie von der Rolle (12); und e) Ablegen des mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierten Faserwerkstoffs (10) auf einer Oberfläche eines Preformwerkzeugs (13), wobei der thermoplastische Preform (100) ausgebildet wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) in einer Umgebung mit weniger als 20 % relativer Luftfeuchte und/oder einer Temperatur zwischen 15 °C und 30 °C durchgeführt werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserwerkstoff (10) vor Schritt a) auf eine Temperatur zwischen 120°C und 180°C vorgewärmt wird.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der Faserwerkstoff (10) und/oder der Matrixwerkstoff (11) eine Temperatur zwischen 120°C und 180 °C aufweist.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt c) der mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierte Faserwerkstoff (10) mit einer weiteren Folie abgedeckt wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff (11) zwischen den Schritten c) und d) auspolymerisiert.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) der mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierte Faserwerkstoff (10) zusammen mit der Folie und/oder einer weiteren Folie auf der Oberfläche eines Preformwerkzeugs (13) abgelegt wird.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten d) und e) die Folie und/oder eine weitere Folie entfernt wird.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis e) in direkter Abfolge hintereinander durchgeführt werden, wobei die Preforms (100) in Schritt e) ausgebildet werden, bevor der Matrixwerkstoff (11) auspolymerisiert ist.
  10. Faserverstärktes Kunststoffbauteil (200), aufweisend einen mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff (11) imprägnierten Faserwerkstoff (10), dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffbauteil (200) aus einem gemäß der vorgenannten Ansprüche hergestellten Preform (100) hergestellt wurde.
  11. Vorrichtung (300) zur Herstellung thermoplastischer Preforms (100), wobei die Vorrichtung (300) eine Imprägniervorrichtung (14) zum Imprägnieren eines Faserwerkstoffs (10) mit einem reaktiven thermoplastischen Matrixwerkstoff (11), eine Rolle (12) zum Aufrollen des mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierten Faserwerkstoffs (10) und ein Ablagemittel (15) zur Ablage des mit dem Matrixwerkstoff (11) imprägnierten Faserwerkstoffs (10) auf einem Preformwerkzeug (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniervorrichtung (14) und die Rolle (12) in einem von einem Gehäuse (16) eingeschlossenen Raum angeordnet sind.
  12. Vorrichtung (300) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Preformwerkzeug (13) mit dem Ablagemittel (15) in dem von dem Gehäuse (16) eingeschlossenen Raum angeordnet sind.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2653422A1 (de) * 1975-11-27 1977-06-08 Ciba Geigy Ag Verstaerkte kunststoffe
DE3442261A1 (de) * 1983-11-21 1985-05-30 S.A.M. Silvatrim, Monaco Verfahren zur herstellung von verbundteilen
DE19527154A1 (de) 1995-07-25 1997-02-06 Inventa Ag Thermoplastisch verformbare Verbundwerkstoffe
WO2012116947A1 (de) 2011-03-03 2012-09-07 Basf Se Verfahren zur herstellung von faserverstärkten, flachen halbzeugen mit polyamidmatrix
DE102011006372A1 (de) * 2011-03-29 2012-10-04 Sgl Carbon Se Verfahren zur Herstellung eines Prepregs und eines daraus erhältlichen Organoblechs
DE102012017595B4 (de) * 2012-09-06 2014-08-21 Premium Aerotec Gmbh Ablegekopf und Ablegeverfahren zum automatisierten Ablegen von Zuschnitten eines flächigen Materials, insbesondere zur Herstellung von großflächigen Faserverbundbauteilen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2653422A1 (de) * 1975-11-27 1977-06-08 Ciba Geigy Ag Verstaerkte kunststoffe
DE3442261A1 (de) * 1983-11-21 1985-05-30 S.A.M. Silvatrim, Monaco Verfahren zur herstellung von verbundteilen
DE19527154A1 (de) 1995-07-25 1997-02-06 Inventa Ag Thermoplastisch verformbare Verbundwerkstoffe
WO2012116947A1 (de) 2011-03-03 2012-09-07 Basf Se Verfahren zur herstellung von faserverstärkten, flachen halbzeugen mit polyamidmatrix
DE102011006372A1 (de) * 2011-03-29 2012-10-04 Sgl Carbon Se Verfahren zur Herstellung eines Prepregs und eines daraus erhältlichen Organoblechs
DE102012017595B4 (de) * 2012-09-06 2014-08-21 Premium Aerotec Gmbh Ablegekopf und Ablegeverfahren zum automatisierten Ablegen von Zuschnitten eines flächigen Materials, insbesondere zur Herstellung von großflächigen Faserverbundbauteilen

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