DE102017204512A1 - Connection optimization for hybrid composite structures - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes (3) durch Anbindung eines Anbauteils (1) an ein Bauteil umfassend eine Faserstruktur (2), wobei das Anbauteil (1) zumindest in einem Verbindungsbereich mit der Faserstruktur (2) im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, umfassend Positionieren des Anbauteils (1) an einer zu verbindenden Stelle der Faserstruktur (2), zumindest teilweises Imprägnieren der Faserstruktur (2) mit dem Thermoplasten des Anbauteils (1), und Imprägnieren der Faserstruktur (2) mit mindestens einem Duromer, sowie einen entsprechend hergestellten Verbund (3).The invention relates to a method for producing a composite (3) by connecting an attachment (1) to a component comprising a fiber structure (2), wherein the attachment (1) at least in a connection region with the fiber structure (2) consists essentially of at least one Thermoplastics comprises, comprising positioning the attachment (1) at a point to be joined the fiber structure (2), at least partially impregnating the fiber structure (2) with the thermoplastic of the attachment (1), and impregnating the fiber structure (2) with at least one thermoset, and a correspondingly produced composite (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes durch Anbindung eines Anbauteils an ein Bauteil umfassend eine Faserstruktur, wobei das Anbauteil zumindest in einem Verbindungsbereich mit der Faserstruktur im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, sowie einen durch das Verfahren entsprechend hergestellten Verbund.The invention relates to a method for producing a composite by connecting an attachment to a component comprising a fiber structure, wherein the attachment at least in a connection region with the fiber structure consists essentially of at least one thermoplastic, and a composite produced by the method.
Stand der TechnikState of the art
Die lösbare bzw. nicht lösbare Verbindung von Bauteilen, unter Umständen verschiedener Materialien, ist von großem Interesse in Gebieten wie etwa der Automobil- oder Flugzeugindustrie. Neben dem Kraft- bzw. Reibschluss, wo ein Bauteil durch eine wirkende Normalkraft an der Bewegung gehindert wird, ist vor allem der Formschluss bekannt, wo ein Bauteil durch Verbindungspartner an unerwünschten Bewegungen gehindert wird.The detachable or non-detachable connection of components, possibly different materials, is of great interest in areas such as the automotive or aircraft industry. In addition to the force or frictional connection, where a component is prevented by an acting normal force on the movement, especially the form-fitting is known, where a component is prevented by connection partners to unwanted movements.
Des Weiteren findet auch der sogenannte Stoffschluss Anwendung, wo Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden, wie etwa beim Löten, Schweißen oder Kleben. Der Vorteil dieser Verbindungsart liegt darin, dass keine zusätzlichen Bauteile wie Schrauben oder Nieten notwendig sind.Furthermore, the so-called material connection is also used, where connection partners are held together by atomic or molecular forces, such as soldering, welding or gluing. The advantage of this type of connection is that no additional components such as screws or rivets are necessary.
Die
Die
Vor allem in der Luftfahrt finden vorimprägnierte Fasern (Prepregs) breite Anwendung. Dies sind mit Harzen vorimprägnierte, textile Faserhalbzeuge welche unter Temperatur- und Druckeinwirkung zu Bauteilen ausgehärtet werden. Eine Verbindung von Polymer-Composite Strukturen aus Thermoplast/Duromersystemen kann sich jedoch üblicherweise schwierig gestalten.Especially in aviation, preimpregnated fibers (prepregs) are widely used. These are pre-impregnated with resins, textile semi-finished fiber products which are cured under temperature and pressure to components. However, bonding polymer composite structures from thermoplastic / duromer systems can usually be difficult.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine ausfallsichere und hochtragfähige Fügung solcher Systeme bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a fail-safe and highly loadable joining of such systems.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfinder haben gefunden, dass ein Anbinden eines Anbauteils über einen Formschluss an ein Bauteil umfassend eine Faserstruktur über wenigstens teilweises Imprägnieren der Faserstruktur mit einem Thermoplasten, enthalten im Anbauteil, gefolgt von Imprägnieren des Bauteils umfassend eine Faserstruktur mit einem Duromer, durchgeführt werden kann. Hierdurch kann eine Erhöhung der Anbindungsfestigkeit von insbesondere polymeren Anbauteilen an duromere Strukturen umfassend eine Faserstruktur erzielt werden. Auch können hierbei verschiedene Arten von Polymeren verbunden werden.The inventors have found that tying an attachment by positive engagement to a component comprising a fibrous structure may be accomplished by at least partially impregnating the fibrous structure with a thermoplastic contained in the attachment followed by impregnating the component comprising a fibrous structure with a duromer. As a result, it is possible to achieve an increase in the bond strength of, in particular, polymeric add-on parts to thermoset structures comprising a fiber structure. Also in this case different types of polymers can be connected.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes durch Anbindung eines Anbauteils an ein Bauteil umfassend eine Faserstruktur, wobei das Anbauteil zumindest in einem Verbindungsbereich mit der Faserstruktur im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, umfassend Positionieren des Anbauteils an einer zu verbindenden Stelle der Faserstruktur, zumindest teilweises Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils, und Imprägnieren der Faserstruktur mit mindestens einem Duromer.A first aspect of the present invention relates to a method for producing a composite by connecting an attachment to a component comprising a fiber structure, wherein the attachment at least in a connection region with the fiber structure consists essentially of at least one thermoplastic, comprising positioning the attachment to a the fiber structure to be joined, at least partially impregnating the fiber structure with the thermoplastic of the attachment, and impregnating the fiber structure with at least one duromer.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Verbund aus Anbauteil und Bauteil umfassend eine Faserstruktur, der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird.Another aspect of the present invention relates to a composite of attachment and component comprising a fiber structure which is produced by the inventive method.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf einen Verbund aus Anbauteil und Bauteil umfassend eine Faserstruktur gerichtet, wobei das Anbauteil zumindest in einem Verbindungsbereich mit der Faserstruktur im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, wobei der Thermoplast des Anbauteils in dem Verbindungsbereich zumindest teilweise in die Faserstruktur imprägniert ist, und wobei die Faserstruktur weiterhin mit mindestens einem Duromer imprägniert ist.Yet another aspect of the present invention is directed to a composite of attachment and component comprising a fiber structure, wherein the attachment at least in a connection region with the fiber structure consists essentially of at least one thermoplastic, wherein the thermoplastic of the attachment in the connection region at least partially in the Fiber structure is impregnated, and wherein the fiber structure is further impregnated with at least one thermoset.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further aspects of the present invention can be found in the dependent claims and the detailed description.
Figurenlistelist of figures
Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei eine weitere Struktur an das Anbauteil angebracht wird. -
3 zeigt noch eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei der Verbund aus Anbauteil und Faserstruktur an eine weitere Faserstruktur angebracht wird. - In
4 ist eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der das Anbauteil mit einem weiteren Werkstück verbunden wird. -
5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, bei der während des Imprägnierens der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils auf das Anbauteil eine Presskraft angewandt wird - Der
6 ist eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu entnehmen, bei der ein Anbauteil mit bereits vorab angebrachter Faserstruktur an eine Faserstruktur eines Bauteils angebracht wird
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1 shows an exemplary embodiment of the method of the present invention. -
2 shows another exemplary embodiment of the method of the present invention, wherein a further structure is attached to the attachment. -
3 shows yet another exemplary embodiment of the method of the present invention, wherein the composite of attachment and fiber structure is attached to another fiber structure. - In
4 an exemplary embodiment of the method of the present invention is shown in which the attachment is connected to another workpiece. -
5 shows an exemplary embodiment of the method of the present invention, wherein during the impregnation of the fiber structure with the thermoplastic of the fixture on the attachment a pressing force is applied - Of the
6 shows an exemplary embodiment of the method of the present invention, in which an attachment with pre-attached fiber structure is attached to a fiber structure of a component
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Definitionendefinitions
So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete technische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird.Unless defined otherwise, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
Alle Zahlen der vorliegenden Offenbarung sind durch das Wort circa (ca.) ergänzt anzusehen, außer es ist klar gegenteilig aus dem Kontext ersichtlich.All figures of the present disclosure are to be considered supplemented by the word circa unless otherwise clear from the context.
In der Anmeldung beziehen sich Mengenangaben auf Gew.%, soweit es nicht anderweitig angegeben oder aus dem Zusammenhang ersichtlich ist.In the application quantities are by weight, unless otherwise stated or obvious from the context.
Wie hierin verwendet ist ein Duromer als ein Kunststoff zu verstehen, welcher nach seiner Aushärtung durch Erwärmen oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden kann.As used herein, a thermoset is to be understood as a plastic which can not be deformed after being cured by heating or other means.
Als Thermoplasten sind Kunststoffe zu verstehen, welche sich reversibel in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen. Es kann sich unter anderem um amorphe Thermoplaste, teilkristalline Thermoplaste, oder Mischungen davon handeln.Thermoplastics are plastics that can be reversibly deformed in a certain temperature range. It may be, inter alia, amorphous thermoplastics, semi-crystalline thermoplastics, or mixtures thereof.
Eine Glastemperatur, Glasübergangstemperatur oder Tg, wie hierin verwendet, bezeichnet die Temperatur, ab deren Überschreiten ein Polymer in einen gummiartigen bis zähflüssigen Zustand übergeht. Diese kann nach einer dem Fachmann bekannten und gängigen Methode gemessen werden, zum Beispiel durch dynamische Differenzkalorimetrie (DSC).A glass transition temperature, glass transition temperature, or Tg , as used herein, refers to the temperature above which a polymer will transition from a rubbery to a viscous state. This can be measured by a method known and customary to the person skilled in the art, for example by differential scanning calorimetry (DSC).
Eine Faserstruktur, wie hierein verwendet, kann jegliche Art von Fasern umfassen, und unter anderem ein Gewebe, Gewirke, Geflecht oder eine andere textile Struktur sein, aber auch parallel ausgerichtete Faserstrukturen, wie etwa zur Herstellung von Prepregs, umfassen. Die Faserstrukturen der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt offene und/oder trockene Faserstrukturen. Insbesondere sind die Faserstrukturen vor dem zumindest teilweisen Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils zumindest im Bereich der zu verbindenden Stelle nicht mit einem Duromer imprägniert. Eine offene Struktur der Faserstruktur besteht insbesondere nur aus den Fasern. Trocken ist die Faserstruktur insbesondere, wenn die Faserstruktur keine Flüssigkeit aufweist, beispielsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel.As used herein, a fibrous structure may comprise any type of fibers, including, but not limited to, a woven, knitted, braided, or other textile structure, but may also include parallel aligned fibrous structures, such as for prepregs. The fibrous structures of the present invention are preferably open and / or dry fibrous structures. In particular, the fiber structures are not impregnated with a duromer, at least in the region of the point to be bonded, prior to the at least partial impregnation of the fiber structure with the thermoplastic of the attachment. An open structure of the fiber structure consists in particular only of the fibers. In particular, the fiber structure is dry when the fiber structure has no liquid, for example water or an organic solvent.
Durch das Imprägnieren mit einem Duromer kann aus der Faserstuktur ein Bauteil hergestellt werden.By impregnating with a duromer, a component can be made from the fiber structure.
Faserlängen, wie hierin angegeben, können mit den dem Fachmann bekannten und gängigen Methoden bestimmt werden, beispielsweise durch Messung mittels Messschiebers oder durch mikroskopische Methoden.Fiber lengths, as indicated herein, can be determined by the methods known and commonly used by those skilled in the art, for example by caliper measurement or by microscopic methods.
Als Imprägnieren, wie hierin verwendet, ist ein Vorgang zu verstehen, bei dem ein poröser Stoff, zum Beispiel eine Faserstruktur, von einer Substanz, zum Beispiel einem flüssigem Thermoplasten oder Duromer, zumindest teilweise durchtränkt wird. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine zu imprägnierende Stelle der Faserstruktur zusätzlich perforiert sein, um ein besseres Eindringen des Thermoplasten oder Duromers zu gewährleisten. Das Perforieren kann zum Beispiel mittels Vernadeln, Stanzen (Lochen) oder Verschieben mittels eines Dorns erfolgen.As impregnation as used herein is meant a process in which a porous material, for example a fibrous structure, is at least partially saturated by a substance, for example a liquid thermoplastic or thermoset. In certain embodiments of the present invention, a point of the fiber structure to be impregnated may additionally be perforated to ensure better penetration of the thermoplastic or thermoset. The perforation can be done for example by needling, punching (punching) or moving by means of a mandrel.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes durch Anbindung eines Anbauteils an ein Bauteil umfassend eine Faserstruktur, wobei das Anbauteil zumindest in einem Verbindungsbereich mit dem Bauteil umfassend die Faserstruktur im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, umfassend Positionieren des Anbauteils an einer zu verbindenden Stelle der Faserstruktur, zumindest teilweises Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils, und Imprägnieren der Faserstruktur mit mindestens einem Duromer zur Herstellung des Bauteils umfassend eine Faserstruktur. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bauteil nur die Faserstruktur, den Thermoplasten und das mindestens eine Duromer.The present invention relates in a first aspect to a method for producing a composite by connecting an attachment to a component comprising a fiber structure, wherein the attachment at least in a connection region with the component comprising the fiber structure consists essentially of at least one thermoplastic, comprising positioning the attachment to a point to be joined the fiber structure, at least partially impregnating the fiber structure with the thermoplastic of the attachment, and impregnating the fiber structure with at least one Duromer for the manufacture of the component comprising a fiber structure. According to certain embodiments, the component comprises only the fiber structure, the thermoplastic and the at least one thermoset.
Das Anbauteil ist hierbei nicht besonders begrenzt und es kann sich um eine beliebige Art von Anbauteil handeln, solange der mit der Faserstruktur zu verbindende Teil zumindest im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht. Neben dem Teil des Anbauteils, der im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, kann das Anbauteil auch aus verschiedenen Werkstoffen in anderen Teilen bestehen, aber auch nur aus dem mindestens einen Thermoplasten bestehen. Auch die Form des Anbauteils ist nicht weiter beschränkt und kann unter anderem kubisch, quaderförmig, zylindrisch, oder beliebige Mischungen davon umfassen.The attachment is in this case not particularly limited and may be any type of attachment, as long as the part to be connected to the fiber structure at least substantially consists of at least one thermoplastic. In addition to the part of the attachment, which consists essentially of at least one thermoplastic, the attachment can also consist of different materials in other parts, but also consist only of the at least one thermoplastic. Also, the shape of the attachment is not further limited and may include, but is not limited to, cubic, cuboid, cylindrical, or any mixtures thereof.
Der verwendete Thermoplast ist nicht besonders begrenzt und kann beispielsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Polyethylenimin (PEI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK) oder weitere Polyaryletherketone (PAEK), Polyethersulfon (PES), Polyimid (PI), Polyamidimide (PAI), Fluorpolymeren wie Polytetrafluorethylen (PTFE), oder Mischungen davon, und beispielsweise PEI sein.The thermoplastic used is not particularly limited and may be selected, for example, from a group comprising polyethyleneimine (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK) or other polyaryletherketones (PAEK), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polyamideimides (PAI ), Fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), or mixtures thereof, and for example PEI.
Ebenso ist erfindungsgemäß das Duromer nicht weiter beschränkt und kann beispielsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Acrylharze, Polyester, Vinylester, Epoxidharze, Polyurethane, phenolische Harze, Aminoharze, Furanharze, oder Mischungen davon, und beispielsweise ein Epoxidharz sein.Also according to the invention, the thermoset is not further limited and may for example be selected from a group comprising acrylic resins, polyesters, vinyl esters, epoxy resins, polyurethanes, phenolic resins, amino resins, furan resins, or mixtures thereof, and for example an epoxy resin.
Die Glasübergangstemperatur des Duromers kann gemäß bestimmten Ausführungsformen unter der Glasübergangstemperatur der verwendeten Thermoplasten liegen. Hierdurch kann eine gute Anbindung des Anbauteils an die Faserstruktur gewährleistet werden.The glass transition temperature of the thermoset can, according to certain embodiments, be below the glass transition temperature of the thermoplastics used. In this way, a good connection of the attachment to the fiber structure can be ensured.
Die Faserstruktur ist nicht weiter beschränkt und kann beispielsweise Fasern ausgewählt aus der Gruppe umfassend Aramidfasern, Glasfasern, Basaltfaser, Kohlenstofffasern, Metallfasern, Keramikfasern, natürliche Fasern, oder Mischungen davon umfassen oder aus diesen bestehen, beispielsweise Kohlenstofffasern.The fiber structure is not further limited and may include, for example, fibers selected from the group consisting of or consisting of aramid fibers, glass fibers, basalt fibers, carbon fibers, metal fibers, ceramic fibers, natural fibers, or mixtures thereof, for example carbon fibers.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Faserstruktur Fasern mit einer Mindestlänge von ca. 0,5 cm umfassen. Der Anteil der Fasern mit dieser Mindestlänge ist nicht weiter beschränkt und kann zum Beispiel 40 - 80 Volumenprozent, z.B. 45 - 75 Volumenprozent, z.B. 50 - 70 Volumenprozent, betragen.According to certain embodiments, the fibrous structure may comprise fibers having a minimum length of about 0.5 cm. The proportion of fibers of this minimum length is not further limited and may be, for example, 40-80% by volume, e.g. 45-75 volume percent, e.g. 50-70 percent by volume.
Auch die tatsächliche Länge der Fasern mit einer Mindestlänge von ca. 0,5 cm ist nicht weiter beschränkt und kann beispielsweise ca. 1 cm oder mehr, oder zum Beispiel 1,5 cm oder mehr sein. Auch Endlosfasern können gemäß bestimmten Ausführungsformen verwendet werden.Also, the actual length of the fibers having a minimum length of about 0.5 cm is not further limited and may be, for example, about 1 cm or more, or for example, 1.5 cm or more. Endless fibers may also be used in accordance with certain embodiments.
Nach dem Imprägnieren der Faserstruktur mit dem mindestens einem Duromer kann dieses gemäß bestimmten Ausführungsformen gehärtet werden, wobei die Art der Härtung beispielsweise vom gewählten Duromer abhängen kann und nicht besonders beschränkt ist.After impregnation of the fibrous structure with the at least one thermoset, it may be cured according to certain embodiments, the type of cure, for example, may depend on the chosen thermoset and is not particularly limited.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann zumindest auf einen Teil des Anbauteils nach der Anbindung eine weitere Struktur angebracht werden. Diese Struktur ist nicht sonderlich beschränkt und es kann sich unter anderem um eine Ergänzung oder Erweiterung des Anbauteils handeln, es kann aber auch ein eigenständiges Bauteil sein.According to certain embodiments, a further structure may be attached to at least part of the attachment after the connection. This structure is not particularly limited and may be, inter alia, a supplement or extension of the attachment, but it may also be an independent component.
Auch die Methode zur Anbindung der weiteren Struktur ist nicht besonders eingeschränkt und kann beispielsweise durch Additive Layer Manufacturing (ALM) wie Fused Layer Manufacturing (FLM), Selective Laser Melting (SLM) oder Spritzguss, etc. erfolgen, zum Beispiel durch FLM erfolgen.Also, the method for connecting the other structure is not particularly limited and can be done for example by additive layer manufacturing (ALM) such as Fused Layer Manufacturing (FLM), selective laser melting (SLM) or injection molding, etc., for example by FLM.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Verbund aus Anbauteil und Faserstruktur nach dem Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils, im Rahmen der Erfindung auch erste Faserstruktur genannt, und vor dem Imprägnieren der Faserstruktur mit mindestens einem Duromer an eine weitere Faserstruktur, im Rahmen der Erfindung auch zweite Faserstruktur genannt, angebracht werden. Wie die erste Faserstruktur ist auch die zweite Faserstruktur nicht besonders beschränkt und kann die oben genannten Fasern mit den oben genannten Eigenschaften umfassen. Die weitere Faserstruktur kann hierbei von der Faserstruktur, die zumindest teilweise mit dem Thermoplasten des Anbauteils imprägniert ist, verschieden sein oder dieser entsprechen, beispielsweise hinsichtlich Fasermaterial, Faserausrichtung, etc. Die weitere Faserstruktur kann dann beispielsweise auch mit dem mindestens einen Duromer imprägniert werden, welches von dem Duromer der ersten Faserstruktur verschieden sein kann oder diesem entsprechen kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen können die Duromere der ersten und zweiten Faserstruktur gemeinsam gehärtet werden.According to certain embodiments, the composite of attachment and fiber structure after impregnating the fiber structure with the thermoplastic of the attachment, in the invention also called first fiber structure, and prior to impregnation of the fiber structure with at least one thermoset to another fiber structure, within the scope of the invention also called second fiber structure, are attached. Like the first fiber structure, the second fiber structure is not particularly limited, and may include the above-mentioned fibers having the above-mentioned characteristics. The further fiber structure may in this case be different from or correspond to the fiber structure which is at least partially impregnated with the thermoplastic of the attachment, for example with regard to fiber material, fiber orientation, etc. The further fiber structure may then be impregnated, for example, with the at least one thermoset may differ from or correspond to the duromer of the first fiber structure. According to certain embodiments, the thermosets of the first and second fiber structures may be cured together.
Die Art der Verbindung der zwei Faserstrukturen ist nicht weiter limitiert und kann auf gängige Art und Weise erfolgen. Speziell kann die erste Faserstruktur, welche zumindest teilweise mit dem Thermoplasten des Anbauteils imprägniert wird, unter anderem auch ausgedehnt sein über den Bereich der zu verbindenden Stelle oder nur eine Größe aufweisen, welche im Wesentlichen der Größe der zu verbindenden Stelle im Bereich des Anbauteils, zumindest hinsichtlich der Oberfläche, wo die Verbindung erfolgt, entspricht. Die zweite Faserstruktur kann dann beispielweise zur Aufnahme einer solchen ersten Faserstruktur und ggf. des Anbauteils eine Aussparung aufweisen.The nature of the connection of the two fiber structures is not further limited and can be done in a conventional manner. Specifically, the first fiber structure, which is at least partially impregnated with the thermoplastic of the attachment, among other things, be extended over the range of connecting point or only have a size which substantially corresponds to the size of the point to be connected in the region of the attachment, at least with respect to the surface where the connection is made. The second fiber structure may then have, for example, a recess for receiving such a first fiber structure and possibly the attachment.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das an die Faserstruktur angebrachte Anbauteil vor oder nach dem Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils mit einem weiteren Werkstück verbunden werden. Das weitere Werkstück ist nicht weiter beschränkt und kann unter anderem ein Werkstück auf Basis von Metallen, Polymeren, Faserstrukturen, Keramiken, Gläsern, etc., oder Mischungen davon sein.In yet another embodiment of the present invention, the fixture attached to the fibrous structure may be bonded to another component prior to or after impregnation of the fibrous structure with the thermoplastic of the fixture. The further workpiece is not limited and may be, inter alia, a workpiece based on metals, polymers, fiber structures, ceramics, glasses, etc., or mixtures thereof.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Verbindung des weiteren Werkstücks an das Anbauteil durch Verkleben, Verschmelzen, Vernieten und/oder Verschweißen erfolgen. Die verschiedenen Verbindungsverfahren sind hierbei nicht besonders beschränkt.According to certain embodiments, the connection of the further workpiece to the attachment can be made by gluing, fusing, riveting and / or welding. The various connection methods are not particularly limited here.
Erfindungsgemäß kann das Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Duromer vor oder nach den jeweiligen zusätzlichen Bearbeitungsschritten erfolgen, solange es nach dem zumindest teilweisen Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils erfolgt.According to the invention, the impregnation of the fiber structure with the thermoset can take place before or after the respective additional processing steps, as long as it takes place after the at least partial impregnation of the fiber structure with the thermoplastic of the attachment.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das Imprägnieren der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils unter Zuhilfenahme von Lösemittel, durch Druck, thermisch und/oder durch Ultraschall erfolgt. Das Lösemittel ist nicht weiter begrenzt und kann gängige Lösemittel, wie zum Beispiel Alkohole, Ether, Ester, aromatische Verbindungen, heterocyclische Verbindungen, oder Mischungen davon umfassen.According to certain embodiments, the impregnation of the fiber structure with the thermoplastic of the attachment can be carried out with the aid of solvent, by pressure, thermally and / or by ultrasound. The solvent is not further limited and may include common solvents such as alcohols, ethers, esters, aromatic compounds, heterocyclic compounds, or mixtures thereof.
Der angewandte Druck, um die Faserstruktur mit dem Thermoplasten zu imprägnieren, ist nicht besonders limitiert und kann zum Beispiel ca. 1 bar oder mehr, zum Beispiel ca. 3 bar oder mehr, oder ca. 5 bar oder mehr betragen.The applied pressure to impregnate the fiber structure with the thermoplastic is not particularly limited and may be, for example, about 1 bar or more, for example, about 3 bar or more, or about 5 bar or more.
Auch die Art der Anwendung des Drucks ist nicht begrenzt und kann beispielsweise durch Pressen, Drücken, oder Walzen erfolgen.The type of application of the pressure is not limited and can be done for example by pressing, pressing, or rolling.
Die Temperatur zur Imprägnierung der Faserstruktur mit dem Thermoplasten ist nicht sonderlich beschränkt und kann beispielsweise bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur des Thermoplasten erfolgen, wie zum Beispiel bei ca. 100°C oder mehr, ca. 150°C oder mehr, oder 200°C oder mehr, beispielsweise abhängig vom verwendeten Thermoplasten, beispielsweise bei bis zu 500°C, z.B. bis zu 450°C, z.B. bis zu 400°C, beispielsweise bis zu 360°C für beispielsweise PEI. Ein Imprägnieren mit thermischer Energie bzw. Wärmeenergie ist nicht besonders beschränkt, und die Wärmeenergie kann beispielsweise durch Konvektion, IR, etc. bereitgestellt werden. Die Erwärmung kann hierbei beispielsweise lokal im Bereich der zu verbindenden Stelle erfolgen, aber auch beispielsweise über den gesamten Bereich der Faserstruktur, und ist nicht besonders beschränkt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Erwärmung lokal im Bereich der zu verbindenden Stelle. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann auch ein zusätzliches Vorheizen der Faserstruktur erfolgen, beispielsweise mittels IR, Ultraschall, Widerstandsheizen, Induktion und/oder Konvektion.The temperature for impregnating the fiber structure with the thermoplastic is not particularly limited and may be, for example, at temperatures above the glass transition temperature of the thermoplastic, such as at about 100 ° C or more, about 150 ° C or more, or 200 ° C or more, for example, depending on the thermoplastic used, for example at up to 500 ° C, eg up to 450 ° C, e.g. up to 400 ° C, for example up to 360 ° C for example PEI. Impregnation with thermal energy is not particularly limited, and the heat energy may be provided by, for example, convection, IR, etc. In this case, the heating can take place locally, for example, in the region of the point to be joined, but also, for example, over the entire area of the fiber structure, and is not particularly limited. According to certain embodiments, the heating takes place locally in the region of the point to be connected. According to certain embodiments, an additional preheating of the fiber structure may also take place, for example by means of IR, ultrasound, resistance heating, induction and / or convection.
Auch die Frequenz des angewandten Ultraschalls ist nicht begrenzt und kann beispielsweise ca. 15 kHz oder mehr, ca. 50 kHz oder mehr oder ca. 100 kHz oder mehr betragen.Also, the frequency of the applied ultrasound is not limited and may be, for example, about 15 kHz or more, about 50 kHz or more, or about 100 kHz or more.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann während des Imprägnierens der Faserstruktur mit dem Thermoplasten des Anbauteils auf das Anbauteil eine Presskraft angewandt werden. Wie oben angegeben, ist auch hier die Presskraft und Art der Anwendung nicht sonderlich begrenzt.According to certain embodiments, during the impregnation of the fiber structure with the thermoplastic of the fixture, a pressing force may be applied to the fixture. As stated above, the pressing force and type of application is not particularly limited here.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf einen Verbund aus Anbauteil und Bauteil umfassend eine Faserstruktur, hergestellt durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung.The present invention further relates to an attachment-component assembly comprising a fibrous structure made by a method of the present invention.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Verbund aus Anbauteil und Bauteil umfassend eine Faserstruktur, wobei das Anbauteil zumindest in einem Verbindungsbereich mit der Faserstruktur im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht, wobei der Thermoplast des Anbauteils in dem Verbindungsbereich zumindest teilweise in die Faserstruktur imprägniert ist, und wobei die Faserstruktur weiterhin mit mindestens einem Duromer imprägniert ist. Ein entsprechendes Bauteil kann durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Duromer in dem Bauteil gehärtet. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bauteil nur die Faserstruktur, den Thermoplasten und das mindestens eine Duromer.In addition, the present invention also relates to a composite of attachment and component comprising a fiber structure, wherein the attachment at least in a connection region with the fiber structure consists essentially of at least one thermoplastic, wherein the thermoplastic of the attachment is at least partially impregnated in the fiber structure in the connection region, and wherein the fibrous structure is further impregnated with at least one duromer. A corresponding component can be produced by the method according to the invention. According to certain embodiments, the duromer is cured in the component. According to certain embodiments, the component comprises only the fiber structure, the thermoplastic and the at least one thermoset.
Das Anbauteil ist nicht besonders begrenzt, solange der mit der Faserstruktur zu verbindende Teil zumindest im Wesentlichen aus mindestens einem Thermoplasten besteht. Auch die Form des Anbauteils ist nicht weiter beschränkt und kann unter anderem kubisch, quaderförmig, zylindrisch, oder beliebige Mischungen davon umfassen.The attachment is not particularly limited as long as the part to be connected to the fiber structure at least substantially consists of at least one thermoplastic. Also, the shape of the attachment is not further limited and may include, but is not limited to, cubic, cuboid, cylindrical, or any mixtures thereof.
Die verwendeten Thermoplasten sind nicht weiter begrenzt und können ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Polyethylenimin (PEI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyethersulfon (PES), Polyimid (PI), Polyamidimide (PAI), Fluorpolymere wie Polytetrafluorethylen (PTFE), oder Mischungen davon. The thermoplastics used are not further limited and can be selected from a group comprising polyethyleneimine (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polyamide-imides (PAI), fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE ), or mixtures thereof.
Ebenso ist die Faserstruktur ist nicht weiter beschränkt und kann Fasern ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Aramidfasern, Glasfasern, Basaltfaser, Kohlefasern, Metallfasern, Keramikfasern, natürliche Fasern, oder Mischungen davon umfassen oder aus diesen bestehen, beispielsweise Kohlenstofffasern.Likewise, the fiber structure is not further limited and may include or consist of fibers selected from a group including aramid fibers, glass fibers, basalt fibers, carbon fibers, metal fibers, ceramic fibers, natural fibers, or mixtures thereof, for example carbon fibers.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Faserstruktur Fasern mit einer Mindestlänge von ca. 0,5 cm. Der Anteil der Fasern mit dieser Mindestlänge ist nicht weiter beschränkt und kann zum Beispiel 40 - 80 Volumenprozent, z.B. 45 - 75 Volumenprozent, z.B. 50 - 70 Volumenprozent, betragen.According to certain embodiments, the fibrous structure comprises fibers having a minimum length of about 0.5 cm. The proportion of fibers of this minimum length is not further limited and may be, for example, 40-80% by volume, e.g. 45-75 volume percent, e.g. 50-70 percent by volume.
Auch die tatsächliche Länge der Fasern mit einer Mindestlänge von ca. 0,5 cm ist nicht weiter beschränkt und kann etwa ca. 1 cm oder mehr, oder zum Beispiel 1,5 cm oder mehr sein. Auch Endlosfasern können verwendet werden.Also, the actual length of the fibers having a minimum length of about 0.5 cm is not further limited and may be about 1 cm or more, or 1.5 cm or more, for example. Endless fibers can also be used.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann zumindest auf einen Teil des Anbauteils weitere Struktur angebracht sein. Diese Struktur ist nicht sonderlich beschränkt und es kann sich unter anderem um eine Ergänzung oder Erweiterung des Anbauteils handeln, es kann aber auch ein eigenständiges Bauteil sein.According to certain embodiments, further structure may be applied to at least part of the attachment. This structure is not particularly limited and may be, inter alia, a supplement or extension of the attachment, but it may also be an independent component.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die mit dem Duromer und Thermoplast imprägnierte Faserstruktur mit einer weiteren mit einem Duromer imprägnierten, zweiten Faserstruktur verbunden sein. Wie die erste Faserstruktur, ist auch die zweite Faserstruktur nicht weiter beschränkt und kann die oben genannten Fasern mit den oben genannten Eigenschaften umfassen, wobei die zweite Faserstruktur von der ersten Faserstruktur verschieden sein kann oder dieser entsprechen kann. Auch kann das Duromer der zweiten Faserstruktur dem der ersten Faserstruktur entsprechen oder von diesem verschieden sein.According to certain embodiments, the duromer and thermoplastic impregnated fiber structure may be bonded to another second fiber structure impregnated with a duromer. Like the first fibrous structure, the second fibrous structure is not further limited and may include the above-mentioned fibers having the above-mentioned characteristics, wherein the second fibrous structure may be different from or correspond to the first fibrous structure. Also, the duromer of the second fiber structure may be the same as or different from the first fiber structure.
Die Art der Verbindung der zwei Faserstrukturen ist nicht weiter limitiert und kann auf gängige Art und Weise erfolgen. Speziell kann die erste Faserstruktur, welche zumindest teilweise mit dem Thermoplasten des Anbauteils imprägniert wird, unter anderem auch ausgedehnt sein über den Bereich der zu verbindenden Stelle oder nur eine Größe aufweisen, welche im Wesentlichen der Größe der zu verbindenden Stelle im Bereich des Anbauteils, zumindest hinsichtlich der Oberfläche, wo die Verbindung erfolgt, entspricht. Bei letzterem kann die zweite Faserstruktur zur Aufnahme der ersten Faserstruktur und des Anbauteils beispielsweise eine Aussparung aufweisen.The nature of the connection of the two fiber structures is not further limited and can be done in a conventional manner. Specifically, the first fiber structure, which is at least partially impregnated with the thermoplastic of the attachment, inter alia, also be extended over the region of the point to be joined or only one size, which is substantially the size of the point to be connected in the region of the attachment, at least with respect to the surface where the connection is made. In the latter case, the second fiber structure for receiving the first fiber structure and the attachment, for example, have a recess.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann das an die Faserstruktur angebrachte Anbauteil mit einem weiteren Werkstück verbunden sein. Das weitere Werkstück ist nicht weiter beschränkt und kann unter anderem Werkstücke auf Basis von Metallen, Polymeren, Faserstrukturen, Keramiken, Gläsern, etc., oder Mischungen davon umfassen.According to certain embodiments, the attached to the fiber structure attachment may be connected to another workpiece. The further workpiece is not limited and may include, but is not limited to, workpieces based on metals, polymers, fibrous structures, ceramics, glasses, etc., or mixtures thereof.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Verbindung des weiteren Werkstücks an das Anbauteil, unter anderem durch Verkleben, Verschmelzen, Vernieten und/oder Verschweißen erfolgen, also entsprechend der Verbund Klebestellen, geschmolzene Bereiche, Nieten, Schweißnähte, etc. aufweisen.According to certain embodiments, the connection of the further workpiece to the attachment, inter alia, by gluing, fusing, riveting and / or welding done, so according to the composite splices, molten areas, rivets, welds, etc. have.
Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments, refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon weiter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.The invention will be further explained in detail with reference to various examples thereof. However, the invention is not limited to these examples.
BeispieleExamples
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Legal Events
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| R016 | Response to examination communication | ||
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