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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, ein Prepreg und ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzguss-Bauteils. Insbesondere wird die Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils unter Verwendung eines textilen Flächengebildes angegeben.
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Die Herstellung von Bauteilen (wie etwa Fahrzeugbauteile, Flugzeugbauteile, Bootsbauteile, Innenausbauteile von Zügen, Bauteile in der Elektronik, etc.) aus faserverstärkten Werkstoffen kann u. a. auf Grundlage eines Faser-Matrix-Halbzeugs erfolgen, dessen bekanntester Vertreter ein „Prepreg“ ist.
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Prepregs enthalten regelmäßig ein faserförmiges Material aus einer oder mehreren Faserarten, etwa Kohlenstoff-, Glasfaser-, Aramid-, Basalt-, Bor-, Keramik-, Kieselsäure-, Stahl-, Polyester-, Nylon-, Polyethylen-, Plexiglas-, Naturfaser und/oder einer anderen Faserart, wobei das faserförmige Material mit einem Matrixkunststoff imprägniert ist. Die Fasern des faserförmigen Materials können innerhalb des Prepreg als Endlosfasern mit einer Vorzugsrichtung (unidirektionale Schicht), oder als Gewebe (Gewirke) oder Gelege vorliegen.
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Als Matrixkunststoffe für Prepregs werden in aller Regel Polymerwerkstoffe (Harzsysteme) verwendet, wie etwa Duroplaste (auch Duromere genannt; Kunstharze, Epoxidharze, Phenolharze, Polyesterharze), Thermoplaste oder Elastomere. Die Duroplaste und Elastomere sind im Auslieferungszustand der Prepregs noch nicht ausgehärtet, also noch plastisch verformbar. Thermoplaste können bekanntermaßen durch Wärmezufuhr wiederholt in einen plastisch verformbaren Zustand versetzt werden.
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Prepregs werden in aller Regel als lagen-, platten- oder bahnförmiges Material hergestellt, wobei bahnförmiges Material oftmals zu Rollen aufgerollt ausgeliefert wird.
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Zur Herstellung eines Gegenstands oder Bauteils wird in herkömmlicher Weise von dem platten- oder bahnförmigen Prepreg ein Stück abgetrennt, das ausreichend groß ist, um eine Oberfläche eines Presswerkzeugs (Form) auszukleiden. Durch Pressen des Prepregs (oder allgemeiner ausgedrückt durch Druckeinwirkung auf das Prepreg größer dem Atmosphärendruck) in dem Presswerkzeug unter Wärmeeinwirkung kommt es zu einem Aushärten des duroplastischen oder elastomeren Matrixkunststoffs und zur Formgebung des Gegenstands oder Bauteils. Bei einem thermoplastischen Matrixkunststoff erhält dieser durch Wärmeeinwirkung plastische Eigenschaften und es kann durch Pressen des Prepreg unter Wärme-einwirkung und anschließendem Abkühlen des geformten Prepreg unter die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs die Formgebung des Gegenstands oder Bauteils erreicht werden.
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Die Anforderungen an ein Prepreg können sehr unterschiedlich sein, gerade mit Blick auf deren finale Verwendung zur Herstellung eines Spritzguss-Bauteils und/oder der Vorbereitung des Spritzgussprozesses. Insbesondere ist es ggf. wünschenswert, eine besonders gleichmäßige, vollständige und/oder intensive Anhaftung eines oder mehrerer (verschiedener) Matrixkunststoffe an dem textilen Flächengebilde zu realisieren. Gerade unter Berücksichtigung einer kontinuierlichen Fertigung sind hierfür geeignete, kosteneffiziente und schnelle Verfahren zur Herstellung solcher Prepregs gesucht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und zudem Prepregs mit einem hohen und variablen Gebrauchswert auf einfache Weise herzustellen, wobei sichergestellt sein soll, dass die Verbundstruktur das Endprodukt über die gesamte flächige Gestaltung des Endprodukts möglichst gleichmäßig stabilisiert. Insbesondere soll eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung von Prepregs geschaffen werden, wobei diese in Bezug auf die Weiterverarbeitung mit derzeit am Markt verfügbaren Fertigungstechnologien (z. B. Spritzguss, Thermoforming, Laminieren) geeignet sind.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere auch mit den Figuren, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an. Die in den Ansprüchen einzeln angeführten Merkmale können mit Merkmalen anderer Ansprüche und/oder der Beschreibung kombiniert werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs bei, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer Vielzahl von Fäden und/oder Fadenbündeln;
- b) Applizieren einer ersten Menge einer viskosen ersten Kunststoff-Matrix zu der Vielzahl von Fäden und/oder Fadenbündeln;
- c) Anordnen der Vielzahl von Fäden oder Fadenbündeln zu einem flächigen Gebilde;
- d) Applizieren einer zweiten Menge einer viskosen zweiten Kunststoff-Matrix zu dem flächigen Gebilde.
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Die Schritte a), b) c) und d) können in der hier angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schritte zumindest teilweise zeitgleich bzw. überlagernd ausgeführt werden.
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Gemäß Schritt a) können eine Vielzahl von Fäden (auch Garne genannt) bereitgestellt werden. Diese können einzeln, gerichtet und/oder miteinander (teilweise) im Verbund bereitgestellt werden. Alternativ oder kumulativ können auch Fadenbündel bereitgestellt werden, also (separate oder getrennte) Stränge aus einer Vielzahl von Fäden. Die Fadenbündel können als so genannte Rovings ausgebildet sein, also als Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Fäden (oder auch Filamente genannt). Besonders bevorzugt ist, dass alle Fäden und/oder Fadenbündel im Wesentlichen zueinander unidirektional ausgerichtet bereitgestellt werden, insbesondere in Richtung einer gemeinsamen Förder- oder Transportrichtung.
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Die Fäden können aus mindestens einem oder mehreren der eingangs genannten faserförmigen Materialien bestehen.
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Es ist möglich, dass die Fäden mit Natur-Fasern gebildet sind, wie beispielsweise Flachs, Jute, Sisal und/oder Kokos. Flachs, auch Leinen genannt, ist eine Bastfaser aus den Stängeln des Flachses (Linum usitatissimum). Jute ist eine Bastfaser aus den Stängeln einer einjährigen Pflanze (Kraut, Strauch) der Gattung Corchorus. Als Sisal werden die Fasern aus den Blättern einiger Agaven bezeichnet, insbesondere die der Sisal-Agave (Agave sisalana). Als Kokos, auch bekannt als Coir, werden die Fasern bezeichnet, die aus der äußeren Umhüllung der Kokosnuss, dem Mesokarp, gewonnen werden, wobei vorwiegend Fasern aus unreifen Früchten zu Garnen und damit zu Geweben verarbeitet werden können. Die Flachsfaser bzw. das Flachsgarn kommt hierbei den (mechanischen) Eigenschaften klassischer Composite-Werkstoffe in Bezug auf die spätere Anwendung als Verstärkungsmaterial besonders nah und kann daher bevorzugt sein.
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Zu den bereitstellten Fäden und/oder Fadenbündel wird gemäß Schritt b) dann eine erste Menge einer viskosen ersten Kunststoff-Matrix appliziert.
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Dabei ist bevorzugt, dass die Fäden und/oder Fadenbündel ihre in Schritt a) eingestellte im Wesentlichen zueinander unidirektionale Ausrichtung beibehalten und/oder während einer Bewegung entlang der gemeinsamen Förder- oder Transportrichtung mit der ersten Kunststoff-Matrix versehen werden. Die applizierte Menge der ersten Kunststoff-Matrix kann insbesondere anhand der eingerichteten Bewegung der Fäden und/oder Fadenbündel entlang der gemeinsamen Förder- oder Transportrichtung eingestellt werden / sein.
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Das Applizieren der ersten Kunststoff-Matrix kann beispielsweise effektiv über ein Bad erfolgen, wobei die Fäden und/oder Fadenbündel durch die im Bad befindliche erste Kunststoff-Matrix hindurchgeführt werden („Tränken“). Es ist hierbei möglich, durch geeignete Umlenkwalzen den Umfang der Applikation bzw. die Tränkintensität zu verstärken.
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Es ist alternativ oder kumulativ auch möglich, die erste Kunststoff-Matrix mittels eines Beschichtungsvorgangs und/oder eines Sprühvorgangs zu applizieren.
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Soweit erforderlich, kann (erst) nach dem Applizieren der ersten Kunststoff-Matrix die gewünschte erste Menge eingestellt werden, beispielsweise indem zunächst mehr erste Kunststoff-Matrix zu den Fäden und/oder Fadenbündeln zugegeben wird, und dann eine überschüssige Menge wieder entfernt wird. Insbesondere können nach dem Durchlaufen des Tränkbads die Fäden und/oder Fadenbündel durch sogenannte Abquetschwalzen und/oder einen Abquetschspalt hindurchgeführt werden, wodurch die gewünschte erste Menge gezielt eingestellt werden kann.
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Es ist zudem möglich, den Schritt b) in mehreren (Teil-)Prozessen auszuführen, also mehrmals erste Kunststoff-Matrix zu den Fäden und/oder Fadenbündeln zu applizieren, bis schließlich die gewünschte ersten Menge der viskosen ersten Kunststoff-Matrix an den Fäden und/oder Fadenbündeln haftet.
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Die erste Kunststoff-Matrix liegt für den Applikationsschritt mit einer geeigneten Viskosität vor, wobei dieser Schritt üblicherweise unter normalen Raumbedingungen ausgeführt wird. Die Viskosität kann beispielsweise beim Tränken bevorzugt unterhalb von 5.000 mPas, vorzugsweise zwischen 500 und 3.000 mPas, liegen.
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Nach Schritt b) können alle Fäden etwa gleichmäßig von erster Kunststoff-Matrix umgeben sein. Soweit Fadenbündel vorliegen, können diese alle etwa gleichmä-ßig von erster Kunststoff-Matrix umgeben und insbesondere auch durchtränkt sein.
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Die mit der ersten Menge an erster Kunststoff-Matrix versehenen Fäden und/oder Fadenbündel können danach gemäß Schritt c) zu einem flächigen Gebilde, insbesondere zu einem textilen Flächengebilde, angeordnet werden.
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Das flächige Gebilde kann zum Beispiel nach Art eines Gewebes, Vlieses, Geleges, Gewirkes, einer multiaxialen Struktur oder dergleichen ausgebildet sein. Das flächige Gebilde hat bevorzugt eine regelmäßige und/oder gleichmäßige Gestalt. Das flächige Gebilde kann im Wesentlichen nur mit Fäden und/oder Fadenbündeln und erster Kunststoff-Matrix gebildet sein. Dieses kann bahnen- und/oder plattenweise und/oder einlagig bereitgestellt sein. Das flächige Gebilde hat ein sehr großes Verhältnis aus Oberfläche zu Materialdicke. Das flächige Gebilde kann wickelbar und/oder stapelbar und/oder (elastisch) verformbar sein. Das flächige Gebilde kann offen oder geschlossen ausgeführt sein; wobei ein offenes Gebilde eine Vielzahl von (durchschaubaren) Öffnungen hat und bei einem geschlossenen Gebilde die Fäden und/oder Fadenbündel so zueinander angeordnet sind, dass das flächige Gebilde (praktisch) blickdicht ist.
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Es ist möglich, dass das flächige Gebilde nur mit Fäden und/oder Fadenbündeln gebildet ist, die bereits Schritt b) durchlaufen haben und daher mit einer ersten Menge an erster Kunststoff-Matrix versehen sind. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Teil der Fäden und/oder Fadenbündel (noch) ohne Kunststoff-Matrix und/oder mit einer voneinander verschiedenen Menge an Kunststoff-Matrix vorliegen. Es ist möglich, dass bei der Bildung des flächigen Gebildes in Abhängigkeit von der Ausrichtung bzw. Lage der Fäden und/oder Fadenbündel vorgegebene (unterschiedliche) Mengen an Kunststoff-Matrix vorgesehen sind.
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Es ist möglich, dass die Umgebungsbedingungen vor und/oder während Schritt c) so eingestellt werden, dass die Viskosität der ersten Kunststoff-Matrix herabgesetzt wird / ist.
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Nach der Ausbildung des flächigen Gebildes wird zu diesem (insgesamt) eine zweite Menge einer viskosen zweiten Kunststoff-Matrix zugegeben (Schritt d)).
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Das Applizieren der zweiten Kunststoff-Matrix kann beispielsweise effektiv (bevorzugt ebenfalls) über ein Bad erfolgen, wobei das flächige Gebilde durch die im Bad befindliche zweite Kunststoff-Matrix hindurchgeführt wird („Tränken“). Es ist hierbei möglich, durch geeignete Umlenkwalzen den Umfang der Applikation bzw. die Tränkintensität zu verstärken.
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Es ist alternativ oder kumulativ auch möglich, die zweite Kunststoff-Matrix mittels eines Beschichtungsvorgangs und/oder eines Sprühvorgangs zu applizieren.
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Soweit erforderlich, kann (erst) nach dem Applizieren der zweiten Kunststoff-Matrix die gewünschte zweite Menge eingestellt werden, beispielsweise indem zunächst mehr zweite Kunststoff-Matrix zu dem flächigen Gebilde zugegeben wird, und dann eine überschüssige Menge wieder entfernt wird. Insbesondere kann nach dem Durchlaufen des Tränkbads das flächige Gebilde durch sogenannte Abquetschwalzen und/oder einen Abquetschspalt hindurchgeführt werden, wodurch die gewünschte zweite Menge gezielt eingestellt werden kann.
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Es ist möglich, dass hierbei die zweite Kunststoff-Matrix eine Zusammensetzung und/oder einen (Viskositäts-)Zustand hat, der (im Wesentlichen) mit der ersten Kunststoff-Matrix (in Schritt b)) übereinstimmt.
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Es ist bevorzugt, dass die erste Kunststoff-Matrix und die zweite Kunststoff-Matrix eine gleiche (chemische) Zusammensetzung haben.
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Hinsichtlich der applizierten Mengen kann das Verhältnis von erster Menge zu zweiter Menge etwa im Bereich 85...15 % / 15.... 85 % betragen. Das Verhältnis kann insbesondere mit Blick auf die Handhabbarkeit der Fäden bzw. Fadenbündel, die Wirtschaftlichkeit der Verfahrensschritte, die Art der jeweiligen Kunststoff-Matrix und/oder die gewünschten Eigenschaften der Fertigware ausgewühlt werden.
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Bevorzugt ist, dass die applizierte erste Menge der ersten Kunststoff-Matrix und die applizierte zweite Menge der zweiten Kunststoff-Matrix pro freier Fadenlänge nicht um mehr als 50 % voneinander abweicht. Die freie Fadenlänge ist insbesondere die Länge des freien, ungebundenen Fadenbündels von Kett- und Schussfäden zwischen zwei Bindungspunkten (auch Flottierung genannt). So können die applizierten Mengen auf den (selben) Wert der freien Fadenlänge bezogen und in Relation zueinander betrachtet werden.
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Insbesondere kann das Verfahren so ausgeführt werden, dass eine vorgegebenes Auflagegewicht bei dem hergestellten Prepreg eingestellt wird. Das Auflagegewicht kann ermittelt werden aus dem Verhältnis bzw. der Differenz des Flächengewichts des mit trockener Kunststoff-Matrix versehenen flächigen Gebildes (Auflagegewicht, Fertigware) zu dem Flächengewicht des trockenen flächigen Gebildes (Rohgewicht). Das Auflagegewicht kann mindestens 20%, oder sogar mindestens 30% betragen.
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Es ist zudem möglich, den Schritt d) in mehreren (Teil-)Prozessen auszuführen, also mehrmals zweite Kunststoff-Matrix zu dem flächigen Gebilde zu applizieren, bis schließlich die gewünschte zweite Menge der viskosen zweiten Kunststoff-Matrix an dem flächigen Gebilde haftet.
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Nach Schritt d) können alle Fäden etwa gleichmäßig von (erster und) zweiter Kunststoff-Matrix umgeben sein. Soweit Fadenbündel vorliegen, können diese alle etwa gleichmäßig von (erster und) zweiter Kunststoff-Matrix umgeben und insbesondere auch von dieser durchtränkt sein. Es ist möglich, dass ein Teil oder alle Fäden und/oder Fadenbündel des flächigen Gebildes mit erster Kunststoff-Matrix und zweiter Kunststoff-Matrix versehen sind, wobei diese gegebenenfalls schichtweise vorliegen.
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Es ist bevorzugt, dass die Fäden und/oder Fadenbündel mit Glas oder Kohlenstoff gebildet sind.
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Die erste Kunststoff-Matrix und/oder die zweite Kunststoff-Matrix kann einen Duroplasten gebildet mit einem Polypropylen umfassen.
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Die Applikation der ersten Kunststoff-Matrix und/oder der zweiten Kunststoff-Matrix erfolgt bevorzugt mittels Tränken in einem Kunststoff-Matrix-Bad.
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Es ist möglich, dass nach Schritt b) und vor Schritt d) die Vielzahl von Fäden und/oder Fadenbündeln (ggf. als flächiges Gebilde) erhitzt werden. Dieser Schritt kann beispielsweise derart erfolgen, dass die erste Kunststoff-Matrix teilweise weniger viskos wird und/oder (teilweise oder vollständig) plastifiziert/fest wird. Dies kann insbesondere vor Schritt c) erfolgen und somit die Ausbildung des flächigen Gebildes begünstigen. Bevorzugt ist, dass hierbei die Vielzahl von Fäden und/oder Fadenbündeln auf eine Temperatur im Bereich von 110 bis 180 °C [Grad Celsius] erhitzt werden, insbesondere über einen Zeitraum von 0,5 bis 5 min [Minuten].
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Es ist schließlich möglich, dass nach Schritt d) das flächige Gebilde (insgesamt, ggf. nochmals) erwärmt wird. Bevorzugt ist, dass hierbei das flächige Gebilde bzw. die Kunststoff-Matrix auf eine Temperatur im Bereich von 110 bis 180 °C [Grad Celsius] erhitzt wird, insbesondere über einen Zeitraum von 0,5 bis 5 min [Minuten].
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Prepreg vorgeschlagen, hergestellt nach einem hier offenbarten Verfahren, welches zumindest einen der folgenden Parameter ausweist:
- - Fadenbündel aus 300 bis 28.000 Fäden und einem Durchmesser im Bereich von 10 bis 33 Mikrometer, insbesondere im Bereich von 13 bis 18 Mikrometer;
- - Öffnungsweite des flächigen Gebildes im Bereich von 0 bis 100 Millimetern, insbesondere im Bereich von 2 bis 50 Millimeter;
- - Mittleres Flächengewicht (trocken) von 120 bis 1.100 Gramm / Quadratmeter, insbesondere 500 bis 900 Gramm / Quadratmeter;
- - Kleinster Biegeradius (Biegeradius, bei dem (unter normalen Raumbedingungen, insbesondere unter Raumtemperatur) gerade noch kein (signifikantes) Ablösen der Matrix und/oder ein Knicken der Fäden/Fadenbündel auftritt) von maximal 30 Millimeter, insbesondere im Bereich von 10 bis 20 Millimeter (beispielsweise bei einer Gewebedicke von maximal 1,0 Millimeter).
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird die Herstellung eines Spritzguss-Bauteils vorgeschlagen, umfassend zumindest die folgenden Prozesse:
- i. Bereitstellen zumindest eines Prepregs nach dem hier vorgestellten Verfahren bzw. mit mindestens einem der vorstehenden Parameter;
- ii. Einlegen des zumindest eines Prepregs in ein Spritzgießwerkzeug;
- iii. An- und/oder Umspritzen des Prepregs mit einer Spritzgussmasse;
wobei Prepreg und Spritzgussmasse im Spritzgießwerkzeug (während des Spritzgießens) zumindest teilweise zusammen (aus-)härten.
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Das Bereitstellen eines oder mehrerer solcher Prepregs kann mittels konkreter (Design-)Zuschnitte und/oder als Bahnmaterial erfolgen. Beim Einlegen eines Prepregs in das Spritzgießwerkzeug kann dieser gebogen und/oder teilweise umgeformt und/oder gepresst werden. Bei geschlossenem Spritzgießwerkzeug, in dem sich mindestens ein Prepreg befindet, wird in die dortige Kavität die (hei-ße) Spritzgussmasse eingeleitet, so dass sich diese an dem Prepreg anlagert und/oder diesen umgibt und/oder diesen sogar (zumindest teilweise, insbesondere über dessen Öffnungen) durchdringt. Nach diesem Verbund und in dem Spritzgießwerkzeug härten dann die Kunststoff-Matrix des Prepregs und die (Kunststoff-)Spritzgussmasse wenigstens teilweise bzw. zeitweise gemeinsam aus.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt ist. Die in den Figuren veranschaulichten Merkmale können extrahiert und ggf. mit anderen Merkmalen der Beschreibung oder weiterer Figuren kombiniert werden, soweit das nachfolgend nicht explizit ausgeschlossen wird.
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Es zeigen schematisch:
- 1: eine Veranschaulichung einer Ausführung eines Herstellungsverfahrens für ein Prepreg;
- 2: eine Veranschaulichung einer weiteren Ausführung eines Herstellungsverfahrens für ein Prepreg, und
- 3: eine Veranschaulichung einer Ausführung eines Herstellungsverfahrens für ein Spritzguss-Bauteil.
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1 veranschaulicht schematisch Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Prepregs 1, wobei die Schritte in der Reihenfolge von oben nach unten und entsprechend gekennzeichnet folgendes umfassen: a) Bereitstellen einer Vielzahl von Fäden 2 und/oder Fadenbündeln 3; b) Applizieren einer ersten Menge einer viskosen ersten Kunststoff-Matrix 4 zu der Vielzahl von Fäden 2 und/oder Fadenbündeln 3; c) Anordnen der Vielzahl von Fäden 2 oder Fadenbündeln 3 zu einem flächigen Gebilde 6; d) Applizieren einer zweiten Menge einer viskosen zweiten Kunststoff-Matrix 5 zu dem flächigen Gebilde 6.
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Hierbei ist zunächst oben veranschaulicht, dass Schritt a) zunächst die Bereitstellung von (nur) Fadenbündeln 3 enthaltend eine Vielzahl von Fäden 2 umfasst, wobei die Fadenbündel 3 hier nach Art eines Rovings ausgebildet sind. Es ist dargestellt, dass die Fadenbündel 3 auch in sich (luftgefüllte) Zwischenräume zwischen den Fäden 2 aufweisen. Die Fadenbündel 3 sind hierbei (parallel zueinander) gerichtet angeordnet.
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Darunter ist die Situation nach Schritt b) veranschaulicht, wobei die Fadenbündel 3 mit der ersten Menge der viskosen ersten Kunststoff-Matrix 4 versehen sind, wobei die erste Kunststoff-Matrix 4 die Fadenbündel 3 außen umgibt und zudem auch (nahezu vollständig) die Zwischenräume zwischen den Fäden 2 ausfüllt.
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Darunter ist die Situation nach Schritt c) veranschaulicht, wobei die Vielzahl der Fadenbündel 3 nun ein (offenes) flächiges Gebilde 6 nach Art eines Gewebes ausbilden.
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Im unteren Bereich der 1 ist visualisiert, dass eine zweite Menge einer viskosen zweiten Kunststoff-Matrix 5 zu dem flächigen Gebilde 6 hinzugegeben wurde (Schritt d)) und dieses umgibt. In dem veranschaulichten Fall ist auch das Prepreg 1 schließlich noch offen bzw. weist eine Gitterstruktur auf. Das Prepreg 1 kann anhand der freien Fadenlänge 8, dem (mittleren) Durchmesser 9 der Fadenbündel 3 und/oder die Öffnungsweite 10 der Gitterstruktur genauer beschreiben werden.
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2 gibt eine andere bzw. komplexere Ausführung eines Herstellungsverfahrens eines Prepregs 1 an. Nachfolgende Erläuterungen orientieren sich an den sukzessiven Fertigungsschritten von oben nach unten. Es werden zunächst einzelne Fäden 2 zu (exemplarisch) einem Fadenbündel 3 zusammengeführt und dann einem Kunststoff-Matrix-Bad 7 zugeführt, in dem die viskose erste Kunststoff-Matrix bevorratet ist. Beim Durchführen bzw. Tränken der Fadenbündel 3 in dem Kunststoff-Matrix-Bad 7 nehmen diese die gewünschte erste Menge einer viskosen ersten Kunststoff-Matrix 4 auf. Danach können die Fadenbündel 3 einem Ofen 13 zugeführt oder durch diesen hindurchgeführt werden, wobei diese (etwas) erhitzt werden, so dass die erste Kunststoff-Matrix 4 fester wird und sich danach leichter weiterverarbeiten lässt.
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Die mit erster Kunststoff-Matrix 4 versehenen Fadenbündel 3 werden dann einer Webmaschine 14 zugeführt, mit der eine Vielzahl von Fadenbündeln 3 zu einem flächigen Gebilde 6 (offenes Gewebe) angeordnet werden. Dieses flächige Gebilde 6 wird dann einem (weiteren oder dem vorher bereits benutzten) Kunststoff-Matrix-Bad 7 zugeführt, in dem eine viskose zweite Kunststoff-Matrix 5 bevorratet ist. Beim Durchführen bzw. Tränken des flächigen Gebildes 6 in dem Kunststoff-Matrix-Bad 7 nimmt dieses bzw. nehmen die Fadenbündel 3 die gewünschte zweite Menge der viskosen zweiten Kunststoff-Matrix 5 auf.
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Weiter kann das flächige Gebilde 6 mit der zweiten Kunststoff-Matrix 5 einer Presse 15 zugeführt werden, mit der ggf. überschüssige Mengen der Kunststoff-Matrix abgequetscht werden kann und der finale Prepreg 1 mit dem gewünschten Flächengewicht vorliegt.
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Ein solcher Prepreg 1 kann nun bei der Herstellung eines Spritzguss-Bauteils 16 eingesetzt werden, das beispielhaft in 3 veranschaulicht ist. Dabei wird zumindest ein solcher Prepreg 1 mit vordefinierten Parametern in ein Spritzgießwerkzeug 11 eingelegt und dann dort mit einer Spritzgussmasse 12 an- bzw. umspritzt. Dabei können dann Prepreg 1 und Spritzgussmasse 12 im Spritzgießwerkzeug 11 (während des Spritzgießens) zumindest teilweise zusammen (aus)härten.
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Mit den hier angegebenen Lösungen können die unterschiedlichen Anforderungen an ein Prepreg, gerade mit Blick auf deren finale Verwendung zur Herstellung eines Spritzguss-Bauteils und/oder der Vorbereitung des Spritzgussprozesses, erfüllt werden. Insbesondere kann eine besonders gleichmäßige, vollständige und/oder intensive Anhaftung eines oder mehrerer (verschiedener) Matrixkunststoffe an dem textilen Flächengebilde realisiert werden. Gerade unter Berücksichtigung einer kontinuierlichen Fertigung wurden geeignete, kosteneffiziente und schnelle Verfahren zur Herstellung solcher Prepregs angegeben.
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Somit wurden auch die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Nachteile zumindest teilweise überwunden. Auch wurden Möglichkeiten aufgezeigt, Prepregs mit einem hohen und variablen Gebrauchswert auf einfache Weise herzustellen, wobei sichergestellt werden kann, dass die Verbundstruktur das Endprodukt über die gesamte flächige Gestaltung des Endprodukts möglichst gleichmäßig stabilisiert. Insbesondere wurde auch eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung von Prepregs angegeben, so dass diese in Bezug auf die Weiterverarbeitung mit derzeit am Markt verfügbaren Fertigungstechnologien (z. B. Spritzguss, Thermoforming, Laminieren) geeignet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prepreg
- 2
- Faden
- 3
- Fadenbündel
- 4
- erste Kunststoff-Matrix
- 5
- zweite Kunststoff-Matrix
- 6
- flächiges Gebilde
- 7
- Kunststoff-Matrix-Bad
- 8
- freie Fadenlänge
- 9
- Durchmesser
- 10
- Öffnungsweite
- 11
- Spritzgießwerkzeug
- 12
- Spritzgussmasse
- 13
- Ofen
- 14
- Webmaschine
- 15
- Presse
- 16
- Spritzguss-Bauteil
