DE102017213809B4

DE102017213809B4 - Mehrlagige vorimprägnierte (prepeg)- faserstruktur und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE102017213809B4
Application number: DE102017213809.2A
Authority: DE
Inventors: Sang Yoon Park; Hyo Jin Lee; Chi Hoon Choi; June Ho Yang; Byoung Chul Yoon
Original assignee: Muhan Carbon Corp; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Muhan Carbon Corp; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: DE102017213809A1; CN107880295A; CN107880295B; KR20180035990A; US20180087215A1

Abstract

Mehrlagige Prepreg-Struktur, aufweisend:eine Prepreg-Lage (100), die durch Imprägnieren eines Kohlenstofffasergewebes (110) mit einem ersten Harz (120) gebildet wird; undeine feste Lage (300) aus einem zweiten Harz mit einer höheren Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz, die auf einer Oberfläche der Prepreg-Lage (100) aufgebracht wird,wobei das Verhältnis der Dicke der Prepreg-Lage (100) zur Dicke der festen Lage (300) zwischen ca. 1: 0,25 und ca. 1 : 1 beträgt, undwobei die Dicke der Prepreg-Lage (100) 0,4 mm oder weniger beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrlagige Prepeg-Struktur und ein Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere eine mehrlagige Prepeg-Struktur mit verbessertem Aussehen und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen werden Teile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) als eine Prepeg-Struktur hergestellt, bei der ein Gewebe aus Kohlenstofffasern mit einem Harz imprägniert wird. CFRP hat ein niedriges Gewichts-/Festigkeitsverhältnis und ein angenehmes Aussehen und ist deshalb zweckdienlich als Material für Fahrzeug-Innenräume.
Bei herkömmlichen Prepeg-Strukturen zieht sich jedoch das Harz von der Oberflächenschicht des Kohlenstofffasergewebes während des Harzaushärtungsprozesses zurück, was in einer unregelmäßigen Oberfläche der Prepeg-Struktur resultiert. Zum Ebnen einer unebenen Prepeg-Strukturoberfläche kann ein Beschichtungsmaterial wiederholt auf die Prepeg-Strukturoberfläche aufgebracht werden. Ein wiederholtes Aufbringen des Beschichtungsmaterials verlängert die Herstellungsdauer und erhöht die Fertigungskosten.
Außerdem kann die Diffusion von im Harz verbliebenen Luftblasen zur Oberfläche Nadelstichporen verursachen, die das Aussehen der Prepeg-Struktur beeinträchtigen.
1 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Prepeg-Struktur, und 2 ist eine Ansicht eines Prozesses zur Herstellung einer herkömmlichen Prepeg-Struktur.
Wie die 1 und 2 zeigen, wird zur Herstellung einer Prepeg-Struktur 10 ein Kohlenstofffasergewebe 11 mit einem Harz 12 imprägniert, unter Unterdruck evakuiert und dann erwärmt, so dass das Harz 12 wärmegehärtet wird, während die Luftblasen B austreten.
Während dieses Prozesses treten die Luftblasen B aus dem Harz 12 aus und dadurch können Nadelstichporen entstehen. Außerdem kann das Harz 12 aus den Seitenflächen der Prepeg-Struktur 10 austreten, wodurch das Kohlenstofffasergewebe 11 freigelegt wird.
Wenn eine Klarlackschicht 20 auf eine Prepeg-Struktur 10 aufgebracht wird, wo das Kohlenstofffasergewebe 11 freiliegt, wird die Oberfläche der Klarlackschicht 20 entsprechend der Form des Kohlenstofffasergewebes 11 verformt. Dies beeinträchtigt das Aussehen der Prepeg-Struktur 10 und erfordert ein zusätzliches und häufig wiederholtes Aufbringen einer Klarlackschicht, um eine ebene Oberfläche der Prepeg-Struktur 10 zu erzielen.
Deshalb sind eine neuartige Prepeg-Struktur mit einer ebenen Oberfläche mit einem verbesserten Aussehen und ein Verfahren zur Herstellung der verbesserten Prepeg-Struktur, bei der Klarlackschichten weniger häufig aufgetragen werden müssen, erforderlich.
Aus dem Stand der Technik kennt man in diesem Zusammenhang im Übrigen durch die US 2016 / 0 375 667 A1 ein Verfahren zur Herstellung dicker Verbundwerkstoffstrukturen, welches auf zwei oder mehr Prepreg Verbundwerkstoffstrukturen angewendet wird, um Laminatstrukturen zu bilden, die dicker als ungefähr fünf (5) Zoll sind, ohne übermäßige exotherme Ereignisse, die zu ungleichmäßiger Aushärtung und hohen Restspannungen führen. Das Verfahren umfasst das Erhitzen einer ersten Platte, um einen bestimmten Anstieg der Harzviskosität zu erreichen. Nach Erreichen der festgelegten Harzviskosität kann ein zweiter Abschnitt des Verbundmaterials auf den ersten Abschnitt aufgebracht werden. Die Anordnung kann erhitzt werden, um eine Laminatstruktur zu erzeugen, die ohne Schnittstelle chemisch gebunden ist.
Außerdem offenbart die US 2012 / 0 100 362 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, bei dem eine Schicht aus unidirektionalen leitfähigen Fasern mit einer definierten Breite zugeführt wird, eine erste Harzschicht, die ein wärmehärtendes Harz umfasst, mit einer ersten Fläche der Fasern in Kontakt gebracht wird, und das Harz und die Fasern indem sie über eine oder mehrere Imprägnierwalzen geführt werden, zusammengepresst werden, wobei der auf die leitfähigen Fasern und das Harz ausgeübte Druck 40 kg pro Zentimeter der Breite der leitfähigen Fasern nicht übersteigt, und das Harz in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, damit das Harz in die Zwischenräume der Fasern eindringt und eine erste äußere Harzschicht hinterlässt, die im Wesentlichen frei von unidirektionalen leitfähigen Fasern ist.
Die obige Beschreibung dient zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und sollte nicht als die dem Fachmann bekannte herkömmliche Technologie interpretiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung geht die oben beschriebenen Probleme an. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine verbesserte mehrlagige Prepeg-Struktur mit einer ebenen Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung der verbesserten Prepeg-Struktur bereitzustellen.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die verbesserte mehrlagige Prepeg-Struktur eine durch Imprägnieren eines Kohlenstofffasergewebe mit einem ersten Harz gebildete Prepreg-Lage und eine feste Lage aus einem zweiten Harz mit einer höheren Aushärtegeschwindigkeit das erste Harz, das auf einer Oberfläche der Prepreg-Lage aufgebracht wird, wobei das Verhältnis der Dicke der Prepreg-Lage zur Dicke der festen Lage zwischen ca. 1: 0,25 und ca. 1 : 1 beträgt, und wobei die Dicke der Prepreg-Lage i 0,4 mm oder weniger beträgt.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen hat das erste Harz eine Gelierzeit von 8 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 125 °C, und das zweite Harz hat eine Gelierzeit von 2 bis 10 Minuten bei einer Temperatur von 125 °C.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das erste Harz ein Epoxydharz, das einen Härter auf Dicyandiamidbasis enthält, und das zweite Harz ist ein Epoxydharz, das einen Härter auf Harnstoffbasis enthält.
Die verbesserte mehrlagige Prepeg-Struktur kann ferner eine Klarlack-Deckschicht enthalten, die auf der Oberfläche der festen Lage aufgebracht wird.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt außerdem Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Herstellung einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Weben eines Kohlenstofffasergewebes; Herstellen einer Prepreg-Lage durch Imprägnieren des Kohlenstofffasergewebes mit einem ersten Harz; Aufbringen einer festen Lage aus einem zweiten Harz mit einer höheren Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz auf einer Oberfläche der Prepreg-Lage, wobei das Verhältnis der Dicke der Prepreg-Lage zur Dicke der festen Lage zwischen ca. 1: 0,25 und ca. 1 : 1 beträgt, und wobei die Dicke der Prepreg-Lage i 0,4 mm oder weniger beträgt; Vakuumverpacken der Prepreg-Lage mit der darauf aufgebrachten festen Lage; und Erwärmen der vakuumverpackten Prepreg-Lage und der festen Lage in einem Autoklaven.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen enthält das Verfahren außerdem den Schritt des Stapelns einer Mehrzahl Prepreg-Lagen vor dem Aufbringen der festen Lage.
Beim Vakuumverpacken der Prepreg-Lage wird die Prepreg-Lage mit der festen Lage darauf in einen Vakuumbeutel gebracht und dann der Druck auf 1 bar oder darunter gesenkt.
Zum Härten der vakuumverpackten Prepeg-Struktur wird die vakuumverpackte Prepreg-Lage mit der festen Lage darauf 45 bis 90 Minuten lang bei einem Druck von 3 bis 7 bar und einer Temperatur von 120 bis 180 °C gehärtet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Prepeg-Struktur;
2 eine Ansicht eines Prozesses zur Herstellung einer herkömmlichen Prepeg-Struktur;
3 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur;
4 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels Prozesses zur Herstellung einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur;
5 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur in einem vakuumverpackten Zustand während der Herstellung; und
6(a) bis 6(c) Fotografien von Veränderungen des Aussehens einer mehrlagigen Prepeg-Struktur in Abhängigkeit von den Aushärtegeschwindigkeiten eines zweiten Harzes.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr wird ausführlich auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingegangen, von denen die beiliegenden Zeichnungen Beispiel zeigen. Wo immer dies möglich ist, werden gleiche oder ähnliche Teile mit identischen Bezugszeichen in sämtlichen Zeichnungen gekennzeichnet.
Die in den folgenden Beschreibungen verwendeten technischen Begriffe dienen nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen, aber schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen auch die Pluralformen umfassen, sofern nicht anderweitig angegeben. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen bedeutet der Begriff „enthaltend“ die Angabe einer spezifischen Eigenschaft, einer Zone, einer ganzzahligen Größe, eines Schrittes, einer Operation, eines Elements und/oder Bauteils und schließt nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen anderer spezifischer Eigenschaften, Zonen, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen aus.
Alle hierin verwendeten Begriffe einschließlich technischer oder wissenschaftlicher Begriffe haben die gleiche Bedeutung wie die, die dem Fachmann geläufig sind, sofern nicht anderweitig angegeben. Begriffe, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, sollten in der gleichen Weise verstanden werden wie in Zusammenhang mit der einschlägigen Technologie und dürfen nicht in einer idealen oder übermäßig formalen Bedeutung interpretiert werden, sofern sie nicht eindeutig in dieser Beschreibung definiert sind.
Ausführungsbeispiele einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur und eines Verfahren zur Herstellung derselben werden hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
3 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur. Die mehrlagige Prepeg-Struktur enthält eine Prepreg-Lage 100 aus einem Kohlenstofffasergewebe 110, das mit einem ersten Harz 120 imprägniert ist; eine feste Lage 300 aus einem zweiten Harz, die auf einer Oberfläche der Prepreg-Lage 100 aufgebracht ist, und eine auf der festen Lage 300 aufgebrachte Klarlackschicht 200.
Kohlenstofffasergewebe 110 wird allgemein zur Herstellung von CFRP-Teilen verwendet; auf eine detaillierte Beschreibung der Prozesse zur Herstellung vom Kohlenstofffasergewebe oder zur Schaffung spezifischer Muster wird deshalb verzichtet.
In Ausführungsbeispielen ist das erste Harz 120 eine Epoxydharz mit einem Härter auf Dicyandiamidbasis und einer geringeren Viskosität und einer niedrigeren Aushärtegeschwindigkeit als das zweite Harz.
Das erste Harz 120 hat hervorragende Fließeigenschaften und durchdringt das Kohlenstofffasergewebe 110 gut und ist deshalb für die Herstellung der Prepeg-Struktur von Vorteil. Allerdings kann sich aufgrund der geringen Viskosität des ersten Harzes 120 das erste Harz 120 vom Kohlenstofffasergewebe 110 zurückziehen, wenn im ersten Harz 120 verbliebene Luftblasen während des Härteprozesses freigesetzt werden. Wenn Luftblasen aus dem ersten Harz 120 entweichen, können feine Nadelstichporen entstehen, oder das Volumen des ersten Harzes 120 kann in manchen Zonen schwinden, wodurch Kohlenstofffasergewebe 110 freigelegt werden und eine unebene Oberfläche für die mehrlagige Prepeg-Struktur entstehen kann.
Zur Lösung des Problems des freiliegenden Kohlenstofffasergewebes 110 wird eine feste Lage 300 mit dem zweiten Harz auf eine Oberfläche der Prepreg-Lage 100 aufgebracht.
Das zweite Harz der festen Lage 300 hat eine höhere Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz 120 der Prepreg-Lage 100, härtet schneller als das erste Harz 120 während des Härteprozesses aus und bildet einen ebenen Film auf der Oberflächenschicht der mehrlagigen Prepeg-Struktur.
In Ausführungsbeispielen ist das zweite Harz ein Epoxydharz mit einem Härter auf Harnstoffbasis und einer höheren Viskosität und einer höheren Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz 120.
Wenn die feste Lage 300 auf eine Oberfläche der Prepreg-Lage 100 aufgebracht und die mehrlagige Prepeg-Struktur gehärtet wird, wird die feste Lage 300 zuerst hart und bildet einen harten Film auf der Oberfläche der mehrlagigen Prepeg-Struktur. Im ersten Harz 120 verbliebene Luftblasen B entweichen nicht durch die feste Lage 300, sondern stattdessen durch die Prepreg-Lage 100 durch eine Oberfläche der Prepreg-Lage 100, auf der die feste Lage 300 nicht aufgebracht wurde. Deshalb verhindert das Aufbringen der festen Lage 300 die Bildung von Nadelstichporen.
Während des Aushärtens des ersten Harzes 120 dient danach die ausgehärtete feste Lage 300 als Träger, der ein Zurückweichen des ersten Harzes 120 vom Kohlenstofffasergewebe 110 und das Entweichen der Luftblasen B durch die Seitenflächen der Prepreg-Lage 100 verhindert. Dies minimiert die Bildung von Fehlstellen oder Unebenheiten der Prepreg-Lage 100.
In Ausführungsbeispielen beträgt das Dickenverhältnis der Prepreg-Lage 100 zur feste Lage 300 zwischen ca. 1 : 0,25 und ca. 1 : 1. Wenn die Dicke der festen Lage 300 ein Viertel oder weniger der Dicke der Prepreg-Lage 100 beträgt, ist das erste Harz 120 nicht einwandfrei fixiert, so dass das Kohlenstofffasergewebe 110 freiliegt. Wenn die Dicke der festen Lage 300 größer ist als die Dicke der Prepreg-Lage 100, kann eine thermische Schädigung der mehrlagigen Prepeg-Struktur aufgrund einer asymmetrischen Stapelstruktur verursacht werden.
Vorausgesetzt, die Prepreg-Lage 100 hat eine minimale erforderliche Festigkeit, braucht die Dicke der Prepreg-Lage 100 nicht genau begrenzt zu werden. Allerdings erfordert eine große Dickenzunahme der Prepreg-Lage 100 das Stapeln einer übermäßig großen Menge Kohlenstofffasergewebe; deshalb wird bei den hierin offenbarten Ausführungsbeispielen der obere Grenzwert der Dicke der Prepreg-Lage 100 auf 0,4 mm oder weniger festgelegt.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird eine Klarlackschicht 200 nach dem Härten der Prepreg-Lage 100 und der festen Lage 300 aufgebracht. Die Klarlackschicht 200 dient zur Verbesserung des allgemeinen Aussehens der mehrlagigen Prepeg-Struktur und zum Schutz der Prepreg-Lage 100 und der festen Lage 300.
Die hierin offenbarte verbesserte mehrlagige Prepeg-Struktur mit der Prepreg-Lage 100 und der festen Lage 300 ist im Vergleich zur herkömmlichen Prepeg-Struktur von maximaler Ebenheit und erfordert deshalb weniger Klarlackschichten 200.
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Herstellung einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur werden nachstehend anhand der 3 bis 5 beschrieben.
Zuerst werden Kohlenstofffasern zu einem Kohlenstofffasergewebe 110 verwoben. Das Kohlenstofffasergewebe 110 wird dann mit dem ersten Harz 120 zur Bildung der Prepreg-Lage 100 imprägniert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das erste Harz 120 ein Harz auf Epoxydbasis mit einer Viskosität von 100 bis 2.500 cP vor dem Härten und einer Gelierzeit von 8 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 125 °C.
Obwohl eine feste Lage 300 auf eine einzelne Prepreg-Lage 100 aufgebracht werden kann, kann das allgemeine Aussehen der mehrlagigen Prepeg-Struktur und insbesondere das Aussehen des Musters des Kohlenstofffasergewebes 110 durch Stapeln einer Mehrzahl Prepreg-Lagen 100 verbessert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden zwei Prepreg-Lagen 100 gestapelt und die feste Lage 300 wird auf eine freiliegende Oberfläche einer der Prepreg-Lagen 100 aufgebracht, um den obigen Effekt zu erzielen.
Die feste Lage 300, die das zweite Harz enthält und eine höhere Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz 120 hat, wird auf eine Oberfläche der Prepreg-Lage 100 aufgebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Harz ein Harz auf Epoxydbasis mit einer Viskosität von 2.500 bis 10.000 cP vor dem Härten und einer Gelierzeit von 2 bis 10 Minuten bei einer Temperatur von 125 °C.
Beim Vakuumverpacken wird die Prepreg-Lage 100 mit der darauf aufgebrachten festen Lage 300 in einen Vakuumbeutel 430 eingebracht und das Innere des Vakuumbeutels 430 auf einen Druck von 1 bar oder weniger evakuiert, wodurch die im ersten Harz 120 verbliebenen Luftblasen entweichen.
Bei diesem Prozess weist die Oberfläche der Prepreg-Lage 100 mit der festen Lage 300 darauf nach unten und steht mit einer Form 410 in Kontakt. Der Vakuumbeutel 430 wird über der anderen Oberfläche der Prepreg-Lage 100 platziert und der Spalt zwischen der Form 410 und dem Vakuumbeutel 430 mit einem Dichtmittel 480 wie in 5 dargestellt abgedichtet.
Eine Gewebebelüftung 440 und ein Trennfilm 450 zum Verhindern der Adhäsion zwischen der Prepreg-Lage 100 und der Belüftung 440 sind zwischen dem Vakuumbeutel 430 und der Prepreg-Lage 100 positioniert. Ein Vakuumanschluss 470 ist zur Evakuierung der Luft aus dem Vakuumbeutel 430 installiert.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann ein Trennmaterial 420 zwischen der Form 410 und der festen Lage 300 positioniert werden, damit die feste Lage 300 leicht von der Form 410 getrennt werden kann. Ein Thermoelement 460 zum Messen der Temperatur im Vakuumbeutel 430 kann ebenfalls installiert werden.
Die Prepreg-Lage 100 im Vakuumbeutel mit der festen Lage 300 darauf kann gleichzeitig vakuumverpackt und heiß verpresst werden, indem der Vakuumbeutel 430 und die Form 410 in einen Autoklaven gebracht und dann bei einem Druck von 3 bis 7 bar und einer Erwärmung auf 120 bis 180 °C 45 bis 90 Minuten lang zusammengepresst werden. Dieser Prozess dient zum thermischen Härten des ersten Harzes 120 und des zweiten Harzes.
Während dieses Prozesses härtet das zweite Harz zuerst aus, wobei es einen Film bildet, der als Träger dient, um zu verhindern, dass sich das erste Harz 120 von der Prepreg-Lage 100 zurückzieht.
Nach der Beendigung des Heißpressprozesses werden die ausgehärtete Prepreg-Lage 100 und die feste Lage 300 aus dem Vakuumbeutel 430 entnommen und dann mit der Klarlackschicht 200 versehen.
Die 6(a) bis 6(c) sind Fotografien, die zeigen, wie sich das das Aussehen eines Ausführungsbeispiels einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur wie hierin beschrieben in Abhängigkeit von den verschiedenen Aushärtegeschwindigkeiten eines zweiten Harzes ändert. 6(a) zeigt das Aussehen einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur, bei der ein zweites Harz mit einer Aushärtegeschwindigkeit von 5 bis 20 Minuten verwendet wird. 6(b) zeigt das Aussehen einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur, bei der ein zweites Harz mit einer Aushärtegeschwindigkeit von weniger als 5 Minuten verwendet wird. 6(c) zeigt das Aussehen einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur, bei der ein zweites Harz mit einer Aushärtegeschwindigkeit von über 20 Minuten verwendet wird.
Wie hierin verwendet ist Aushärtegeschwindigkeit als der Zeitpunkt definiert, wenn das Maß der Harzaushärtung, das anhand der Änderung der Innentemperatur mittels eines Differenzkalorimetrie- („DSC“) Geräts berechnet wird, 90% oder mehr beträgt, wenn die mehrlagige Prepeg-Struktur mit einer Geschwindigkeit von 5 °C pro Minute erwärmt wird.
Wenn wie in 6(a) dargestellt die Aushärtegeschwindigkeit des zweiten Harzes 5 bis 20 Minuten beträgt, hat die mehrlagige Prepeg-Struktur eine glatte Oberfläche ohne Nadelstichporen und eine hohe Transparenz.
Wenn dagegen wie in 6(b) dargestellt die Aushärtegeschwindigkeit des zweiten Harzes weniger als 5 Minuten beträgt, ist die Viskosität des zweiten Harzes übermäßig hoch, und das Harz füllt Nadelstichporen nicht ausreichend auf. Deshalb enthält die Oberfläche der mehrlagigen Prepeg-Struktur eine große Anzahl sichtbarer Nadelstichporen.
Wenn wie in 6(c) dargestellt die die Aushärtegeschwindigkeit des zweiten Harzes 20 Minuten überschreitet, wird die Oberfläche der mehrlagigen Prepeg-Struktur undurchsichtig und uneben. Weil bei diesem Beispiel die Aushärtegeschwindigkeit des zweiten Harzes ähnlich der Aushärtegeschwindigkeit des Harzes einer herkömmlichen Prepeg-Struktur ist, ist die Viskosität des zweiten Harzes niedriger, und das zweite Harz kann das erste Harz nicht einwandfrei fixieren und ein Zurückweichen von der Prepreg-Lage nicht verhindern.
Deshalb ist in Ausführungsbeispielen die Aushärtegeschwindigkeit des zweiten Harzes zwischen 5 bis 20 Minuten festgelegt.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, weisen eine verbesserte mehrlagige Prepeg-Struktur und ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten mehrlagigen Prepeg-Struktur die folgenden Eingeschaften auf.
Erstens verbessert das Aufbringen einer festen Lage mit einer hohen Aushärtegeschwindigkeit auf der Oberflächenschicht einer Prepeg-Struktur die Ebenheit der Oberfläche der Prepeg-Struktur.
Zweitens verhindert das Aufbringen der festen Lage mit einer hohen Aushärtegeschwindigkeit auf der Oberflächenschicht einer Prepeg-Struktur die Entstehung von Nadelstichporen oder Fehlstellen aufgrund des Zurückweichens eines Harzes aus dem Prepreg.
Drittens resultiert die Kontrolle der Dicke der aufgebrachten festen Lage in einer zusätzlichen Betonung des Aussehens eines CFRP-Teils.
Viertens erzeugt das Aufbringen der festen Lage mit einer hohen Aushärtegeschwindigkeit auf der Oberflächenschicht einer Prepeg-Struktur ein ästhetisch ansprechendes CFRP-Teil mit einem aus einem Kohlenstofffasergewebe gebildeten Muster.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Beispielzwecken offenbart worden sind, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen möglich sind, ohne von Gültigkeitsbereich und Geist der Erfindung wie in den angefügten Ansprüchen offenbart abzuweichen.

Claims

Mehrlagige Prepreg-Struktur, aufweisend: eine Prepreg-Lage (100), die durch Imprägnieren eines Kohlenstofffasergewebes (110) mit einem ersten Harz (120) gebildet wird; und eine feste Lage (300) aus einem zweiten Harz mit einer höheren Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz, die auf einer Oberfläche der Prepreg-Lage (100) aufgebracht wird, wobei das Verhältnis der Dicke der Prepreg-Lage (100) zur Dicke der festen Lage (300) zwischen ca. 1: 0,25 und ca. 1 : 1 beträgt, und wobei die Dicke der Prepreg-Lage (100) 0,4 mm oder weniger beträgt.
Mehrlagige Prepreg-Struktur nach Anspruch 1, wobei: das erste Harz (120) eine Gelierzeit von 8 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von 125 °C hat; und das zweite Harz eine Gelierzeit von 2 bis 10 Minuten bei einer Temperatur von 125 °C hat.
Mehrlagige Prepreg-Struktur nach Anspruch 1, wobei: das erste Harz (120) ein Epoxydharz mit einem Härter auf Dicyandiamidbasis ist; und das zweite Harz ein Epoxydharz mit einem Härter auf Harnstoffbasis ist.
Mehrlagige Prepeg-Struktur nach Anspruch 1, die ferner eine Klarlackschicht (200) aufweist, die auf einer Oberfläche der festen Lage (300) aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Prepeg-Struktur, wobei das Verfahren aufweist: Weben eines Kohlenstofffasergewebes (110); Imprägnieren des Kohlenstofffasergewebes (110) mit einem ersten Harz (120) zur Bildung einer Prepreg-Lage (100) ; Aufbringen einer festen Lage (300), die ein zweites Harz mit einer höheren Aushärtegeschwindigkeit als das erste Harz (120) aufweist, auf einer Oberfläche der Prepreg-Lage (100), wobei das Verhältnis der Dicke der Prepreg-Lage (100) zur Dicke der festen Lage (300) zwischen ca. 1: 0,25 und ca. 1 : 1 beträgt, und wobei die Dicke der Prepreg-Lage (100) 0,4 mm oder weniger beträgt; Vakuumverpacken der Prepreg-Lage (100) mit der festen Lage (300) darauf; und Heißverpressen der vakuumverpackten Prepreg-Lage (100) in einem Autoklaven.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Stapeln einer Mehrzahl Prepreg-Lagen (100) vor dem Aufbringen der festen Lage (300) aufweist, wobei die feste Lage (300) auf einer Oberfläche der gestapelten Prepreg-Lagen (100) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Prepreg-Lage (100) mit der festen Lage (300) darauf in einen Vakuumbeutel gebracht und dann der Druck auf 1 bar oder darunter gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vakuumverpackte Prepreg-Lage (100) 45 bis 90 Minuten lang bei einem Druck von 3 bis 7 bar und einer Temperatur von 120 bis 180 °C heißverpresst wird.