DE102021114149A1

DE102021114149A1 - Prepreg-Stack und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102021114149A1
Application number: DE102021114149.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Silvan; Jacopo Oddone
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2022-12-01
Also published as: WO2022253612A1

Abstract

Prepreg-Stack (10,10a-d) umfassend mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung, insbesondere als ebenes Produkt ausgeführt, wobei zumindest eine Decklage (1,1.1) als durchgängige Lage aus Fasergewebe in Köperbindung ausgeführt ist und alle weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen (6) gebildet sind, wobei die Tape-Streifen (6) einer jeden weiteren Lage jeweils parallel zueinander abgelegt sind und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung (f) geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen jeweils unterschiedliche Faserrichtung (f) aufweisen, und wobei die Tape-Streifen (6) eine Länge in Faserrichtung (f) zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung (f) zwischen 30 und 90 mm aufweisen; sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Prepreg-Stacks.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prepreg-Stack, das mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung umfasst. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Prepreg-Stacks. Als Prepreg-Stacks werden Stapel aus mehreren Lagen Fasermaterial bezeichnet, die als Halbzeuge zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen dienen. Um eine ausreichende Festigkeit und Wandstärke für die Bauteile zu erreichen, müssen mehrere Lagen aus Fasermaterial verwendet werden. Die Halbzeuge werden in eine Form drapiert und dann wird das Harz ausgehärtet.
Bekannt sind solche Prepreg-Stacks beispielsweise aus der EP 3321055 A . Mit der Ablage einzelner unidirektionaler Lagen aus durchgängigem Fasermaterial wird eine hohe Festigkeit für die späteren Bauteile erzielt. Und dadurch dass die einzelnen Lagen mit unterschiedlicher Faserorientierung angeordnet werden, wird ein annähernd isotropes Verhalten des Materials erreicht, wie man es von metallischen Blechen gewohnt ist.
Die Verwendung solcher Stacks ermöglicht eine rationellere Verarbeitung und damit eine kostengünstigere Herstellung von Bauteilen, im Gegensatz zur manuellen Ablage von einzelnen Fasermaterial-Zuschnitten in eine Form.
Bei der manuellen Ablage werden die Schichten aus speziellen Zuschnitten einzeln direkt in der Form drapiert. Dabei ist eine sehr gute Anpassung an die Form möglich, da immer nur einzelne Zuschnitte abgelegt werden. Zudem können die einzelnen Zuschnitte so angeordnet werden, dass die Faserrichtung so ausgerichtet ist, wie sie für jeweilige Stelle im Bauteil gewünscht wird. Aufgrund der vielen manuellen Arbeitsschritte ist allerdings auch eine erhöhte Fehleranfälligkeit gegeben.
Auch in der WO 2015/191354 A sind solche Prepreg-Stacks beschrieben, die auch als Multiaxial-Gelege bezeichnet werden.
Die bekannten Ausführungen für Prepreg-Stacks haben einige Nachteile, die eine breitere Verwendung bisher verhindern. So sind sie nur für großflächige und nicht zu komplexe oder zu fein gegliederte Bauteile verwendbar, da bei der Drapierung dieser Stacks ansonsten Falten auftreten. Die Falten, auch wenn es nur kleine Falten sind, führen zu einer schlechteren Oberflächenqualität. Was bei vielen Bauteilen nicht akzeptabel ist. Und zum anderen reduzieren sie die Festigkeit des Bauteils. In vielen Fällen ist das Stack sogar so steif, dass die Bauteilform gar nicht zufriedenstellend abgebildet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Prepreg-Stack zu entwickeln, das eine hohe Oberflächengüte und eine gute Drapierfähigkeit auch bei stärkerem oder komplexerem Umformen bietet und so eine kostengünstigere Herstellung von anspruchsvolleren Bauteilen ermöglicht.
Die Aufgabe wird zum einen durch ein Prepreg-Stack gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale für das Prepreg-Stack sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen genannt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Prepreg-Stack nach Anspruch 1 dadurch aus, dass zumindest eine Decklage als durchgängige Lage aus Fasergewebe ausgeführt ist und alle weiteren Lagen aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen gebildet sind, wobei die Tape-Streifen einer Lage parallel zueinander abgelegt sind und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen unterschiedliche Faserrichtung aufweisen, und wobei die Tape-Streifen eine Länge in Faserrichtung zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung zwischen 30 und 90 mm aufweisen. Insbesondere ist das Prepreg-Stack als ebenes Produkt ausgeführt und kann so als Halbzeug transportiert werden.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die einzelnen Lagen nicht aus durchgängigem Fasermaterial oder aus großen Zuschnitten bestehen, sondern aus vielen kleineren Tape-Streifen. Dadurch ist das Prepreg-Stack nicht so steif und kann viel besser drapiert werden. Die Faserstücke in den Tape-Streifen können sich beim Umformen besser zueinander verschieben als durchgängige Langfasern oder größerer Fasermaterial-Zuschnitte. Somit können Falten und sogar auch kleinere Falten beim Drapieren besser vermieden werden. Insbesondere bei Kohlenstofffasern ist das ein Vorteil, da diese sehr steif und nicht dehnbar sind. Allerdings eignet sich ein Aufbau des Stacks ausschließlich aus Tape-Streifen nicht gut zur Fertigung von hochwertigen Bauteilen. Um die Oberflächenqualität nicht durch die vielen Übergangsstellen zwischen den einzelnen Tape-Streifen an der Oberfläche zu beeinträchtigen, wird zumindest eine Decklage aus einem Fasergewebe vorgesehen. Dazu kommt, dass die Oberfläche bei einem Fasergewebe eine bessere und gleichmäßiger strukturierte Qualität aufweist, als die Oberfläche von unidirektionalen Tape-Streifen. So kann beispielsweise auch eine Sichtoberfläche an Bauteilen oder eine lackierbare Oberfläche ohne zu viele weitere Arbeitsschritte erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Decklage ist, dass die Prepreg-Stacks aufgrund der durchgängigen Decklage als Halbzeug bis zur Verarbeitung besser gehandhabt werden können.
Die verschiedenen Faserrichtungen in zumindest zwei der weiteren Lagen sind von Vorteil, weil diese zu einer verbesserten Drapierfähigkeit in verschiedene Richtungen führen.
Und die kleineren Tape-Streifen können gut und positionsgenau durch eine automatisierte Anlage abgelegt werden, was die Herstellung der Stacks vereinfacht und die Produktionsqualität erhöht. Durch die exakt positionierte Ablage der Tape-Streifen werden eine hohe Qualität und eine gute Wiederholgenauigkeit erreicht.
Prepreg ist ein Fasermaterial, das bereits mit Harz als Matrixmaterial um die Fasern herum imprägniert ist, wobei das Matrixmaterial später beispielsweise nach dem Umformen ausgehärtet oder konsolidiert wird. Insbesondere kommen als Harz zum Beispiel Duromere, wie etwa Epoxy-Harz in Frage. Oder es kann ein Thermoplast verwendet werden.
Als Fasern kommen beispielsweise Rovings, Faserstränge oder Bänder, insbesondere unidirektionale Faserbänder, Gewebebänder, Gelegebänder oder Vliesbänder in Frage. Die Fasern für das Fasermaterial können Kohlefasern, 30 Glasfasern, Aramidfasern oder andere Fasern sein.
Unidirektionale Tapes sind Bänder aus Fasermaterial, hier aus Prepreg, bei denen alle Fasern parallel liegen und in eine Richtung orientiert sind. Die Tape-Streifen werden mit einer geeigneten Vorrichtung auf die passende Länge geschnitten und abgelegt.
Als Decklage werden hier die Schichten bezeichnet, die an der Oberfläche des Stacks vorhanden sind. Das kann an der oberen und/oder an der unteren Oberfläche des Stacks sein. Und es können auch zwei oder mehrere Lagen direkt aufeinander als Decklagen an einer der beiden Oberflächen angeordnet sein. Diese beeinflussen gemeinsam die Qualität der Oberfläche.
Ein Prepreg-Stack ausschließlich aus gewebten Lagen, hätte zwar eine gute Oberfläche, wäre aber nicht nur schlechter drapierbar, sondern aufgrund der hohen Kosten solcher Lagen auch zu teuer und dadurch für eine breitere Verwendung nicht interessant. Die erfindungsgemäße Kombination aus verschiedenen Lagen bietet eine gute Oberfläche bei gleichzeitig guter Drapierbarkeit und geringeren Kosten.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Tape-Streifen einer jeden Lage ohne größere Lücken oder Überlappungen zueinander abgelegt sind. Das heißt die Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Tape-Streifen sollten kleiner als 5 mm sein. Größere Lücken oder Überlappungen würden sich auf der Oberfläche trotz der darüber befindlichen, durchgängigen Decklagen abzeichnen, was nicht erwünschte optische Beeinträchtigungen verursacht.
Besonders bevorzugt sind die Lagen so angeordnet, dass bezogen auf eine Bezugsrichtung x zumindest eine Lage mit der Faserrichtung 0° bis 45°, zumindest eine Lage mit der Faserrichtung 45°-90°, zumindest eine Lage mit der Faserrichtung 90° bis -45° und zumindest eine Lage mit der Faserrichtung -45° bis 0° vorhanden ist. Durch diese spezielle Variation der Faserrichtung in den verschiedenen Lagen kann die Drapierfähigkeit in verschiedene Richtungen verbessert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weisen zwei direkt aufeinander liegende Lagen die gleiche Faserrichtung, insbesondere werden allen weiteren Lagen des Prepreg-Stacks durch jeweils zwei direkt aufeinander liegende Lagen mit gleicher Faserrichtung gebildet. Bei der hier beanspruchten Lösung wird eine einzelne dickere Lage, wie sie im Stand der Technik oft verwendet werden, durch zwei dünnere Lagen ersetzt, so steigt die Drapierfähigkeit noch weiter, da die Tape-Streifen der beiden Lagen sich zueinander einfacher verschieben können als bei einer dickeren Lage. Wir die weiter verbesserte Drapierfähigkeit nur in eine Richtung benötigt, um die Bauteilform abzubilden, reicht es wenn zumindest zwei aufeinander liegende Lagen so ausgeführt werden. Soll die bessere Drapierfähigkeit in mehrere Richtungen gegeben sein, werden bevorzugt mehrere oder alle weiteren Lagen immer paarweise mit gleicher Faserrichtung abgelegt.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Tape-Streifen in den zwei direkt aufeinander liegenden Lagen mit gleicher Faserrichtung so abgelegt sind, dass die Stoßkanten an der Tape-Schmalseite und/oder an der Tape-Längsseite versetzt zu den Stoßkanten benachbarter Tape-Streifen in der anderen Lage mit gleicher Faserrichtung angeordnet sind. Dadurch werden kleinere Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Tape-Streifen in einer Lage von der anderen Lage verdeckt und nicht verstärkt. Das wirkt sich positiv auf die Oberflächenqualität und auf die lokale Drapierbarkeit aus.
Um eine gute Drapierfähigkeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf weitere Lagen vorhanden sind. Durch die höhere Anzahl von Lagen gibt es mehrere Ebenen, in denen eine gewünschte Verschiebung zwischen den Lagen beim Drapieren möglich ist.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Tape-Streifen ein Fasergewicht zwischen 150 und 350 g/m² haben. Dadurch entstehen nicht zu dicke weitere Lagen, wiederum mit dem Effekt, dass eine verbesserte Drapierfähigkeit erreicht wird. Im Gegensatz dazu werden im Stand der Technik meist Lagen mit einem Fasergewicht im Bereich von 500 g/m² genutzt, weil dadurch das Ablegen des vollständigen Stacks schneller geht.
In der erfindungsgemäßen Ausführung sind bevorzugt alle weiteren Lagen aus einheitlichen Tape-Streifen gebildet, welche jeweils die gleiche Länge und/oder die gleiche Breite haben. So können mit Hilfe der automatisierten Ablagevorrichtung verschiedene Prepreg-Stacks hergestellt werden, die für unterschiedliche Anforderungen oder Bauteile optimiert sind, ohne dass die Ablagevorrichtung verändert werden muss. Nur das Ablegeprogramm muss entsprechend angepasst werden. Insbesondere die Vorratshaltung der Tape-Rollen für die Herstellung der Prepreg-Stacks wird bei immer gleicher Breite der Tapes vereinfacht. Und besonders bevorzugt weisen die Tape-Streifen auch alle das gleiche Fasergewicht auf.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Fasergewebe einer jeden Decklage (1,1.1) ein Fasergewicht zwischen 50 und 300 g/m², insbesondere zwischen 100 und 250 g/m² hat. Dadurch wird eine gute Oberflächenqualität erzielt, ohne dass zu hohe Rohstoffkosten entstehen.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Fasergewebe der Decklage ebenfalls mit Harz imprägniert, insbesondere mit dem gleichen oder einem ähnlichen Harz, das zur Imprägnierung der Tape-Streifen verwendet wird.
Besonders bevorzugt ist das Fasergewebe der Decklage in Köperbindung ausgeführt, da diese eine besonders gute Oberflächenstruktur bietet. Die Köperbindung ist ein Webmuster und zeichnet sich dadurch aus, dass ein längs liegender Faserstrang unter einem quer liegenden Faserstrang, dann über mindestens zwei quer dazu liegende Faserstränge und dann wieder unter einem quer liegenden Faserstrang geführt wird und so weiter. In der nächsten Reihe wird der Webrhythmus um mindestens einen quer liegenden Faserstrang versetzt begonnen, so dass ein Diagonalmuster entsteht.
Um eine besonders gleichmäßig Drapierfähigkeit zu erreichen, können die Tape-Streifen einer Lage derart versetzt angeordnet sein, so dass die Stoßkanten an ihrer Schmalseite versetzt zu den Stoßkanten quer zur Faserrichtung benachbarter Tape-Streifen in der gleichen Lage angeordnet sind. Zudem werden damit durchgängige Stoßkanten, die sich über mehrere Tape-Streifen nebeneinander erstrecken, vermieden, was sich wiederum positiv auf die Oberflächenqualität auswirkt.
Besonders gut geeignet für die weitere Verarbeitung und den dafür notwendigen Transport sind die erfindungsgemäßen Prepreg-Stacks, wenn sie eine Breite zwischen 750 und 2000 mm und eine Länge zwischen 750 und 2000 mm aufweisen. So ergibt sich eine gute Effizienz beim Ablegen.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von zuvor beschriebenen Prepreg-Stacks gemäß Anspruch 12 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Prepreg-Stack umfassend mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung hergestellt, bei welchem zumindest eine Decklage als durchgängige Lage aus Fasergewebe in Köperbindung ausgeführt ist und alle weiteren Lagen aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen gebildet werden, wobei die Tape-Streifen einer Lage parallel zueinander abgelegt werden und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen unterschiedliche Faserrichtung aufweisen, und wobei die Tape-Streifen eine Länge in Faserrichtung zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung zwischen 30 und 90 mm aufweisen.
Die erfindungsgemäße Herstellung erfolgt, indem auf zumindest eine Decklage, welche als durchgängige Lage aus Fasergewebe in Köperbindung ausgeführt ist, nacheinander weitere Lagen aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen abgelegt werden, wobei die Ablage der Tape-Streifen automatisiert erfolgt. Insbesondere werden die Lagen auf einer Ebene abgelegt, so dass ein ebenes Produkt entsteht. Durch die Verwendung von Tape-Streifen kann eine automatisierte und damit effiziente und genau positionierte Ablage erfolgen, was die Herstellung kostengünstiger macht bei dennoch hoher Produktqualität und Flexibilität für die Verwendung.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das Prepreg-Stack nach dem Ablegen der weiteren Lagen als Ganzes kompaktiert wird, ohne dass die einzelnen Lagen jeweils nach der Ablage kompaktiert werden, wie das bisher bei bekannten Herstellverfahren der Fall ist. Diese erfindungsgemäße Ausführung bietet eine effizientere Herstellung und dennoch eine gute Qualität. Das Kompaktieren dient dazu eventuell eingeschlossene Luft zwischen den Lagen auszupressen, bevor das Bauteil gefertigt wird.
Des Weiteren kann das Prepreg-Stack nach dem Ablegen der weiteren Lagen oder nach dem Kompaktieren auf ein gewünschtes Format zugeschnitten werden. Dabei kann ein rechteckiges oder quadratisches Format gewählt werden oder ein speziell angepasstes Schnittmuster für ein bestimmtes Bauteil. So werden die nachfolgenden Arbeitsschritte bei der Umformung vereinfacht. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Prepreg-Stack in sogenannte Kacheln mit einer Breite zwischen 200 mm und 400 mm und mit einer Länge zwischen 2090 mm und 400 mm zugeschnitten wird. So können die Kacheln gut transportiert, gelagert und flexibel für verschiedene Bauteile verwendet werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1a-c Schematische Darstellung erfindungsgemäßer Prepreg-Stacks mit unterschiedlichen Schichten (Seitenansicht)
2 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Prepreg-Stack

Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche beziehungsweise analoge Komponenten.
Die 1a-c zeigen verschieden Varianten für den Lagenaufbau bei erfindungsgemäßen Prepreg-Stacks in Seitenansicht. Gezeigt werden nur einige Beispiele. Selbstverständlich können viele weiter erfindungsgemäße Lagenaufbauten hergestellt werden. Die Richtung x ist eine willkürlich gewählte Bezugsrichtung, die Richtung t ist die Dickenrichtung des Stacks und f ist die Faserrichtung einer jeweiligen weiteren Lage. Die Dicke ist in den schematischen Figuren überdimensional dargestellt, um den Lagenaufbau erkennen zu können. Und manche der Lagen sind zur Vereinfachung nicht vollständig dargestellt.
1a zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführung eines Prepreg-Stacks 10a, bei der vier weitere Lagen 2,3,4,5 auf der Decklage 1, die als Fasergewebe, bevorzugt in Köperbindung ausgeführt ist, abgelegt sind.
Später bildet die Decklage 1 die Oberfläche des Bauteile, welche sichtbar sein oder direkt lackiert werden kann. Das heißt es ist wichtig, dass diese Decklage 1 eine gute und gleichmäßige Oberfläche darstellt und auch nicht durch Falten oder größere Lücken im Inneren des Stacks beeinträchtigt wird.
Die weiteren Lagen sind jeweils aus Tape-Streifen 6 zusammengesetzt, welche je Lage parallel zueinander und ohne größere Lücken oder Überlappungen in einer Ebene abgelegt sind. Die Lage 2 ist mit ihrer Faserrichtung f in Bezugsrichtung x abgelegt, daher wird sie als 0°-Lage bezeichnet. Die Lage 3 ist eine 45°-Lage, da deren Faserrichtung zur Bezugsrichtung x einen Winkel von 45° aufweist. Darüber ist die Lage 4 als 90°-Lage abgelegt. Und die Lage 5 bildet den Abschluss als -45°-Lage. Durch diese spezielle Anordnung der Lagen 2,3,4,5, wird eine besonders gute Drapierfähigkeit in verschiedene Richtungen erzielt.
1b stellt eine alternative erfindungsgemäße Ausführung dar. In dieser und in den folgenden Darstellungen sind die einzelnen Lagen zur Vereinfachung nicht vollständig dargestellt.
Beim Prepreg-Stack 10b wird auf eine Decklagen 1 in Köperbindung zunächst eine 0°-Lage 2, dann eine 90°-Lage 3 und eine weitere 0°-Lage 2.1 abgelegt. Diese Ablagereihenfolge kann mehrmals wiederholt werden um ein vollständiges Prepreg-Stack herzustellen.
In 1c ist ein weiterer erfindungsgemäßer Lagenaufbau für ein Prepreg-Stack 10c gezeigt. Hierbei sind jeweils zwei direkt aufeinanderliegende weitere Lagen 2/2.1, 3/3.1, 4/4.1 mit der gleichen Faserrichtung f abgelegt. Insbesondere können hierbei Tape-Streifen 6 mit geringerem Fasergewicht verwendet werden. Durch die Aufteilung in jeweils zwei Lagen wird die Steifigkeit reduziert und die Drapierfähigkeit verbessert.
Insbesondere kann wie dargestellt die Anordnung der Tape-Streifen 6 in der einen Lage 2,3,4 so versetzt zu den Tape-Streifen 6 in der anderen Lage 2.1,3.1,4.1 erfolgen, dass die Stoßkanten 7 an der Schmalseite der Tape-Streifen 6 jeweils versetzt zu den Stoßkannten in der anderen Lage sind. Dadurch ergeben sich eine lokal gleichmäßigere Drapierfähigkeit und eine bessere Oberflächenqualität, da die Stoßkanten besser verteilt und durch die andere Lage jeweils abgedeckt sind.
Die gewebte Decklage 1 kann optional durch eine weitere gewebte Decklage 1.1 ergänzt sein. Dadurch wird eine besonders hohe Oberflächenqualität bei guter Drapierfähigkeit erreicht.
Nicht dargestellt ist die ebenfalls erfindungsgemäße Variante, bei der eine andere Decklage auf zweiten Oberfläche vorhanden ist. Dazu wird diese andere Decklage auf die abgelegten weiteren Lagen abgelegt.
Bevorzugt werden, wie in den 1a-c gezeigt, für alle weiteren Lagen gleiche Tape-Streifen mit gleicher Breite und/oder gleicher Länge, sowie gleichem Fasergewicht, das heißt dann auch mit gleicher Dicke, verwendet. Das macht die Herstellung effizienter und kostengünstiger. Besonders die Verwendung von Tape-Streifen mit gleicher Breite und gleichem Fasergewicht macht die Vorratshaltung und die Bestückung der Ablegeeinrichtung effizienter. So können immer gleiche Tape-Rollen als Ausgangsmaterial verwendet werden.
Die Decklage weist bevorzugt ein geringeres Fasergewicht auf als die weiteren Lagen aus Tape-Streifen. Insbesondere ist das Fasergewicht einer einzelnen Decklage höchstens 50% vom Fasergewicht einer weiteren Lage aus Tape-Streifen.
2 zeigt einen beispielhaften Lagenaufbau in Draufsicht. Die Lagen des Prepreg-Stacks 10 sind nicht vollständig dargestellt, damit die Anordnung der Tape-Streifen 6 zu sehen ist. Der Lagenaufbau für dieses Beispiel entspricht der Darstellung in 1a. Auf der gewebten Decklage 1 , bevorzugt in Köperbindung, sind mehrere weitere Lagen mit unterschiedlicher Faserrichtung f abgelegt. So wird eine gute Oberflächenqualität und eine gute Drapierfähigkeit erzielt. Und dabei ist eine effiziente, automatisierte Ablage der Tape-Streifen 6 möglich, so dass eine kostengünstige Herstellung erzielt wird. Zu erkennen ist auch, dass die Stoßkanten 7 an den Schmalseiten der Tape-Streifen versetzt zu den Stoßkanten benachbarter Tape-Streifen in der gleichen Lage abgelegt sind.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Decklage aus Fasergewebe in Köperbindung
2, 2.1: 0°-Lage
3, 3.1: 45°-Lage
4, 4.1: 90°-Lage
5: -45°-Lage
6: Tape-Streifen
7: Stoßkante
10, 10a-d: Prepreg-Stacks
f: Faserrichtung einer Lage
t: Dickenrichtung
x: Bezugsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3321055 A [0002]
WO 2015/191354 A [0005]

Claims

Prepreg-Stack (10,10a-d) umfassend mehrere Lagen aus Fasermaterial mit Harzimprägnierung, insbesondere als ebenes Produkt ausgeführt, wobei zumindest eine Decklage (1,1.1) als durchgängige Lage aus Fasergewebe ausgeführt ist und alle weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen (6) gebildet sind, wobei die Tape-Streifen (6) einer jeden weiteren Lage jeweils parallel zueinander abgelegt sind und somit dieser Lage eine einheitliche Faserrichtung (f) geben, wobei zumindest zwei dieser weiteren Lagen jeweils unterschiedliche Faserrichtung (f) aufweisen, und wobei die Tape-Streifen (6) eine Länge in Faserrichtung (f) zwischen 120 und 400 mm und eine Breite quer zur Faserrichtung (f) zwischen 30 und 90 mm aufweisen.
Prepreg-Stack (10,10a-d) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Tape-Streifen (6) einer jeden weiteren Lage (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) derart zueinander abgelegt sind, dass die Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Tape-Streifen kleiner als 5 mm sind.
Prepreg-Stack (10,10a-d) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine Bezugsrichtung x zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung 0° bis 45° (2,2.1), zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung 45° bis 90° (3,3.1), zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung 90° bis -45° (4,4.1) und zumindest eine weitere Lage mit der Faserrichtung -45° bis 0° (5) vorhanden ist.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei direkt aufeinander liegende, weitere Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1) die gleiche Faserrichtung (f) aufweisen, insbesondere dass alle weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1) des Prepreg-Stacks durch jeweils zwei direkt aufeinander liegende Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1) mit gleicher Faserrichtung (f) gebildet werden.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei, bevorzugt mindestens fünf weitere Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) vorhanden sind.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle Tape-Streifen (6) ein Fasergewicht zwischen 150 und 350 g/m² haben, und insbesondere dass alle Tape-Streifen (6) das gleiche Fasergewicht haben.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass alle weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) aus Tape-Streifen (6) gebildet werden, welche jeweils die gleiche Länge und/oder die gleiche Breite haben.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe einer jeden Decklage (1,1.1) ein Fasergewicht zwischen 50 und 300 g/m², insbesondere zwischen 100 und 250 g/m² hat.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, das Fasergewebe der Decklage (1,1.1) mit Harz imprägniert ist und/oder dass das Fasergewebe der Decklage (1,1.1) in Köperbindung ausgeführt ist.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Tape-Streifen (6) einer Lage derart versetzt angeordnet sind, so dass die Stoßkanten (7) an ihrer Schmalseite versetzt zu den Stoßkanten (7) benachbarter Tape-Streifen (6) in der gleichen Lage angeordnet sind.
Prepreg-Stack(10,10a-d) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Prepreg-Stack (10,10a-d) eine Breite zwischen 750 und 2000 mm und eine Länge zwischen 750 und 2000 mm aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Prepreg-Stacks (10,10a-d) aufgebaut gemäß einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf die zumindest eine Decklage (1,1.1), die als durchgängige Lage aus Fasergewebe ausgeführt ist, nacheinander die weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) aus unidirektionalen, bereits imprägnierten Tape-Streifen (6) abgelegt werden, wobei die Ablage der Tape-Streifen (6) automatisiert erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Prepreg-Stack (10,10a-d) nach dem Ablegen der weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) als Ganzes kompaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Prepreg-Stack (10,10a-d) nach dem Ablegen der weiteren Lagen (2,2.1,3,3.1,4,4.1,5) in sogenannte Kacheln zugeschnitten wird, wobei die Kacheln eine Breite zwischen 150 mm und 500 mm und eine Länge zwischen 150 mm und 500 mm aufweisen .