DE112012002551T5

DE112012002551T5 - Trägermaterial, SMC-Formmasse und Verfahren zur Herstellung eines Formungsmaterials

Info

Publication number: DE112012002551T5
Application number: DE112012002551.2T
Authority: DE
Inventors: Chris Harrington; Denis Granger; Edmundo Ortiz
Original assignee: Hexcel Reinforcements SAS; Hexcel Composites Ltd
Current assignee: Hexcel Reinforcements SAS; Hexcel Composites Ltd
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-02-27
Also published as: WO2012174623A1; GB201206994D0; GB2507672A; GB201400165D0; GB201110441D0

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zum Bilden eines Formungsmaterials, wobei in einem Formungsverfahren a) ein Substratmaterial bereitgestellt wird; b) ein Trägermaterial bereitgestellt wird, das ein Formungsmaterial umfasst, das ein Harzmaterial, das mit der Oberfläche eines faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist, oder ein Formungsmaterial umfasst, das ein Harzmaterial umfasst, das mindestens teilweise eine faseriges Verstärkungsmaterial imprägniert; c) das Substratmaterial und das Formungsmaterial in Relation zu einer Form angeordnet werden und d) das Substrat geformt und das Formungsmaterial gehärtet wird, um das Formungsmaterial an das Substrat zu binden, wobei das Binden durch eine Stufe bereitgestellt wird, in der eine Klebeschicht zwischen dem Trägermaterial und dem Substratmaterial aufgebracht wird, wobei sich die Klebeschicht über das Formungsmaterial hinaus erstreckt. Das Substratmaterial und das Trägermaterial werden in Form einer SMC-Formmasse bereitgestellt, die ein Substratmaterial umfasst, das mit einem Formungsmaterial verbunden ist, das ein Harzmaterial umfasst, das mit der Oberfläche des faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist, wobei in dem Verfahren ferner a) die SMC-Formmasse in einer Form angeordnet wird und b) das Substrat geformt und das Harzmaterial gehärtet wird. Es wird auch die Verwendung eines Trägermaterials zum Verstärken eines formbaren Materials bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formungsmaterial, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich ein Trägermaterial zur Verwendung mit einem formbaren Material, die Verwendung eines Trägermaterials, eine SMC-Formmasse (Englisch: sheet moulding compound; bogenförmige Formmasse oder flächige Formmasse) und ein Formungsverfahren.
EINFÜHRUNG
Verbundformungsmaterialien umfassen allgemein ein Verstärkungsmaterial, das üblicherweise ein faseriges Material ist, und ein Harzmaterial. Diese Formungsmaterialien werden traditionell in einer oder mehreren Schichten in einer Form aufeinander gelegt (Lay-Up-Verfahren), um einen Verbundstrukturformling zu bilden, welcher anschließend gehärtet wird, um ein Produkt oder einen Gegenstand zu bilden. Das Harzmaterial kann ein duroplastischer Kunststoff, der auch als Duroplast bekannt ist, oder ein Thermoplast sein. Ein Duroplast ist ein Polymermaterial, das irreversibel härtet.
Das traditionelle Lay-Up ist zeitraubend und arbeitsintensiv. Die Bedingungen müssen während des Härtens kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften des Formlings kontrolliert werden können. Das Material kann üblicherweise bei Umgebungstemperaturen im Bereich von –200°C bis 300°C härten, die Zeitdauer, die das Material für die vollständige Härtung bei diesen Temperaturen braucht, ist jedoch lang, in der Regel im Bereich von einer Stunde bis zu mehreren Tagen oder sogar Wochen oder Monaten. Dies ist für die kommerzielle Fertigung von Verbundformungsprodukten unerwünscht. Die Härtungsreaktionen werden daher optimiert, um die Formungszeit zu verringern, indem die Energie des Materials durch Erwärmen (allgemein über 40°C) oder Bestrahlung, wie Elektronenstrahlverarbeitung, erhöht wird.
Die Härtungsreaktion für duroplastische Materialien ist eine exotherme Reaktion. Die Energiezufuhr erfolgt zur Kontrolle der Reaktion typischerweise in zwei oder mehr Stufen. Wenn diese Energiezufuhr in Form von Erwärmen erfolgt, um die Temperatur des Formlings zu erhöhen, dann wird typischerweise in der ersten Verarbeitungsstufe die Temperatur im Zeitverlauf auf ein gewünschtes erstes Niveau erhöht und über einen Zeitraum konstant gehalten (als Verweilstufe oder Verweilzeitraum bekannt). Die Temperatur wird dann nach dem ersten Verweilzeitraum weiter auf ein zweites Niveau erhöht und im Zeitverlauf konstant gehalten (zweite Verweilstufe). Die Temperatursteigerung und anschließende Verweilzeit können ferner je nach Eigenschaften des Formlings wiederholt werden.
Konventionelle Verarbeitung braucht daher lange, um einen Formling zu verarbeiten. Dadurch eignet sich die Produktion von Verbundformlingen, die Duroplastharze enthalten, weniger für die Fertigung im kommerziellen Großmaßstab.
Die Verarbeitung von Formlingen ist zudem im Allgemeinen kompliziert und erfordert viel Fachwissen und Ausrüstung, um die Energiezufuhr oder die Temperatur des Formlings während des Härtens zu kontrollieren. Zusätzlich zu der Ausrüstung zur Kontrolle von Heizen und Temperatur wird der Formling auch unter Druck gesetzt, um adäquates Durchtränken des Verstärkungsmaterials mit dem Harzmaterial zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung zielt auf Verhinderung oder mindestens Linderung der oben beschriebenen Probleme und/oder die allgemeine Bereitstellung von Verbesserungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß werden die Verwendung, ein Trägermaterial, ein Verfahren, eine SMC-Formmasse und ein geformter Gegenstand gemäß der Definition in einem der angefügten Ansprüche bereitgestellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Verwendung eines Trägermaterials zur Verstärkung eines formbaren Materials bereitgestellt, wobei das Trägermaterial ein Formungsmaterial umfasst, wobei das Formungsmaterial ein faseriges Verstärkungsmaterial und ein Verstärkungsharzmaterial umfasst. Das Harzmaterial kann das faserige Verstärkungsmaterial mindestens teilweise oder vollständig imprägnieren, um ein Semi-Prepreg beziehungsweise Prepreg zu bilden. Das Harzmaterial kann alternativ mit der Oberfläche des faserigen Materials verbunden sein.
Das Trägermaterial umfasst ferner vorzugsweise einen Kleber oder eine Klebeschicht. Die Klebeschicht ist angepasst, um das Formungsmaterial an das formbare Material zu kleben.
Das Klebematerial verbessert die Bindung zwischen dem Träger oder Formungsmaterial und dem Substratmaterial. Dies ist besonders für Metallsubstratmaterialien, wie Stahl oder Aluminium, wichtig. Diese Materialien können eine oxidierte Oberfläche umfassen, oder eine Oberfläche, die Verunreinigungen aufweist, wie einen Schmierstoff, der das direkte Binden des Formungsmaterials an die Oberfläche des Substratmaterials erschwert. Das Klebematerial isoliert das Substratmaterial vorzugsweise elektrisch von dem Formungsmaterial. Dies ist besonders für Metallsubstratmaterialien in Kombination mit Kohlefaserverstärkungsmaterial wichtig, da die Klebeschicht galvanische Kopplung verhindert, die anderweitig zu Korrosion des Substrats führen könnte.
Die Klebeschicht erstreckt sich in einer bevorzugten Ausführungsform über das Trägermaterial hinaus, um den Kontakt der Ränder des Trägermaterials mit dem Substrat zu verhindern. Dies ist um Öffnungen in dem Trägermaterial herum besonders relevant, die mit Öffnungen im Substrat übereinstimmen.
Das Trägermaterial kann ein Trennmaterial umfassen, um das Trägermaterial von einer Formoberfläche zu trennen.
In einer anderen Ausführungsform wird die Verwendung und/oder ein Trägermaterial wie zuvor beschrieben bereitgestellt, wobei das formbare Material ein Substratmaterial umfasst, wobei das Substratmaterial kalt formbar und/oder thermoformbar ist. Das Substratmaterial kann ein Thermoplast oder ein Metall sein.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Formungsverfahren bereitgestellt, bei dem a) ein Substratmaterial bereitgestellt wird; b) ein Trägermaterial bereitgestellt wird, das ein Formungsmaterial umfasst, das ein Harzmaterial und ein faseriges Verstärkungsmaterial umfasst; das Substratmaterial und das Trägermaterial in Relation zu einer Form angeordnet werden und das Substrat geformt und das Trägermaterial gehärtet wird, um das Formungsmaterial an das Substrat zu binden. Die Form kann einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil umfassen, wobei der erste Anteil erwärmt wird. Der erwärmte erste Anteil befindet sich in Kontakt mit dem Substratmaterial. Dies ist für ein Metallsubstratmaterial besonders vorteilhaft, da dies gute Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung stellt, um das Trägermaterial in der Bildungs- und Härtungsstufe des Verfahrens zu erwärmen und zu härten.
Formungsmaterialien verbessern auf diese Weise die mechanischen Eigenschaften der Trägermaterialien. Bevorzugte Trägermaterialien oder Substratmaterialien sind thermoformbare Materialien, wie Thermoplasten, oder kalt formbare Materialien, wie Metall.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden das Substratmaterial und das Formungsmaterial in Form einer SMC-Formmasse bereitgestellt, die ein Substratmaterial umfasst, das mit einem Trägermaterial verbunden ist. Das Trägermaterial kann ein Klebematerial umfassen. Die SMC-Formmasse kann ferner einen Kleber umfassen, um das Formungsmaterial an das Substratmaterial zu binden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Formungsmaterialien umfassen, wie bereits erörtert wurde, ein Verstärkungsmaterial und ein Harzmaterial. Das Formungsmaterial wird gehärtet, um einen geformten Gegenstand zu bilden. Das Härtungsverfahren wandelt durch einen Vernetzungsprozess das Harz von einer plastischen Substanz um. Es werden Energie und/oder Katalysatoren zugefügt, die herbeiführen, dass die Molekülketten an chemisch aktiven Stellen unter Verknüpfung zu einer starren 3D-Struktur reagieren. Der Vernetzungsprozess bildet ein Molekül mit größerem Molekulargewicht, was zu einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt führt. Das Molekulargewicht steigt während der Reaktion bis zu einem Punkt, so dass der Schmelzpunkt höher als die umliegende Umgebungstemperatur wird und das Material ein festes Material bildet. Unkontrolliertes erneutes Erhitzen des Materials führt dazu, dass die Zersetzungstemperatur erreicht ist, bevor der Schmelzpunkt erhalten wird. Daher kann ein Duroplastmaterial, nachdem es gehärtet wurde, nicht geschmolzen und wieder umgeformt werden.
Das Formungsmaterial kann in Form eines Trägermaterials zum Verstärken eines formbaren Substratmaterials vorliegen. Das Trägermaterial kann ein Formungsmaterial umfassen, wobei das Formungsmaterial ein faseriges Verstärkungsmaterial und ein Verstärkungsharzmaterial umfasst. Das Harzmaterial kann mit der Oberfläche des faserigen Verstärkungsmaterials verbunden sein.
Das Formungsmaterial umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform ferner einen Kleber, um das Formungsmaterial an das formbare oder Substratmaterial zu kleben. Der Kleber verbessert die Bindung zwischen dem Formungsmaterial und dem Substratmaterial. Das Formungsmaterial umfasst vorzugsweise mindestens eine Verstärkungsschicht, die die faserige Verstärkung und das Verstärkungsharz und eine Klebeschicht umfasst.
Das Substratmaterial kann kalt formbar und/oder thermoformbar sein. Ein kalt formbares Substratmaterial ist ein Material, das geformt, gestaltet oder gebildet werden kann, ohne die Temperatur des Substratmaterials vor der Formung, Gestaltung oder Bildung zu erhöhen. Ein thermoformbares Substratmaterial ist ein Material, das geformt, gestaltet oder gebildet werden kann, indem die Temperatur des Substrats erhöht wird. Das Substratmaterial kann ein Thermoplast (der thermformbar ist) oder ein Metall (das kalt formbar ist) sein.
Das Formungsmaterial kann ein Harzmaterial umfassen, das mit der Oberfläche des Verstärkungsmaterials verbunden ist. Das Harzmaterial kann alternativ das Verstärkungsmaterial mindestens teilweise imprägnieren.
Das Substratmaterial und das Formungsmaterial werden vorzugsweise in Form einer SMC-Formmasse bereitgestellt, die ein Substratmaterial umfasst, mit dem ein Formungsmaterial verbunden ist, das ein Harzmaterial umfasst, das mit der Oberfläche des faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist; anschließend wird die SMC-Formmasse in einer Form angeordnet; und das Substrat wird gebildet und das Harzmaterial gehärtet.
Die SMC-Formmasse umfasst ferner vorzugsweise einen Kleber, um das Formungsmaterial an das Substratmaterial zu binden. Das Formungsmaterial kann ferner ein Trennmaterial umfassen, um das Trägermaterial von einer Formoberfläche zu trennen.
Geeignete Trennmaterialien können Polyolefinfolienmaterialien umfassen. Das Polyolefinfolienmaterial kann mehrere Schichten aus unterschiedlichen Polyolefinpolymeren im Bereich von C₂ (Polyethylen) bis C₆ und/oder Copolymere davon umfassen. Anderes geeignetes Trennmaterial kann fluorierte Thermoplastfolien (wie Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylen/Propylen (FEP), Ethylen/Tetrafluorethylen (ETFE), Polyvinylfluorid (PVF), chlorierte thermoplastische Folien wie Polyvinylchlorid (PVC), thermoplastische Folien mit niedriger Oberflächenenergie (wie Polymethylpenten PMP), thermoplastische Folien, die chemisch modifiziert wurden, damit sie niedrige Oberflächenenergie haben (wie siloxanbehandeltes Polyethylenterephthalat (PET), dünne Metallfolien (wie Aluminium), vorgehärtete duroplastische faserverstärkte Laminate, Folien aus bei niederer Temperatur schmelzenden Wachsen (wie Paraffinwachs) oder synthetischen Wachsen (wie substituierten Amidwachsen) oder Salze von Fettsäuren (wie Calciumstearat), gewebte Faser- oder Schleierschichten, die mit bei niedriger Temperatur schmelzenden Wachsen (wie Paraffinwachs) oder synthetischen Wachsen (wie substituierten Amidwachsen) oder Salzen von Fettsäuren (wie Calciumstearat) oder Mischungen davon infundiert sind, umfassen. Die Trennfolie kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Trennseite und eine Nicht-Trennseite aufweisen.
Ein bevorzugtes Trennfolienmaterial ist Hostaphan PET-Folienmaterial, das von Mitsubishi Plastics Inc. geliefert wird. Die Trennfolie kann von dem thermogeformten Teil entfernbar sein, oder die Folie kann auf dem gehärteten Teil verbleiben.
Geeignete Klebematerialien können in Film- bzw. Folienform, als Paste oder Spray aufgetragen werden und können aus der Gruppe bestehend aus duroplastischen Harzen, wie Epoxy, Cyanatester und Phenolharzen, oder aus Gruppen ausgewählt werden, die aus thermoplastischen Bindungsharzen bestehen, wie Polyurethan, Polyvinylacetat (PVA) und PVC. Geeignete Epoxyharze schließen Diglycidylether von Bisphenol A, Diglycidylether von Bisphenol F, Epoxy-Novolac-Harze und N-Glycidylether, Glycidylester, aliphatische und cycloaliphatische Glycidylether, Glycidylether von Aminophenolen, Glycidylether von beliebigen substituierten Phenolen und Gemische davon ein. Ebenfalls eingeschlossen sind modifizierte Gemische der genannten duroplastischen Polymere. Diese Polymere werden typischerweise durch Kautschuk oder thermoplastischen Zusatz modifiziert, wie Kombinationen mit Butylkautschuk mit Carboxylterminierung (CTBN/RAM), wobei die olefinische Natur der Modifizierungsverbesserungsmittel dem Kleber ermöglicht, Öl von einer Substratoberfläche zu absorbieren und eine bessere Bindung zu bilden. Diese Polymere werden ferner oft mit einem oberflächenaktiven Mittel oder einer adhäsionsfördernden Chemikalie modifiziert. Es kann jeder geeignete Katalysator verwendet werden. Der Katalysator wird entsprechend dem verwendeten Harz ausgewählt. Ein geeigneter Katalysator zur Verwendung mit einem Epoxyharz ist ein Dicyandiamid-Härtungsmittel. Der Katalysator kann beschleunigt sein. Wenn ein Dicyandiamidkatalysator verwendet wird, kann als Beschleuniger ein substituierter Harnstoff verwendet werden. Geeignete Beschleuniger umfassen Diuron, Monuron, Fenuron, Chlortoluron, Bisharnstoff von Toluoldiisocyanat und andere substituierte Homologe. Das Epoxy-Härtungsmittel kann ausgewählt werden aus Dapson (DDS), Diaminodiphenylmethan (DDM), BF₃-Amin-Komplex, substituierten Imidazolen, beschleunigten Anhydriden, Metaphenylendiamin, Diaminodiphenylether, aromatischen Polyetheraminen, aliphatischen Aminaddukten, aliphatischen Aminsalzen, aromatischen Aminaddukten und aromatischen Aminsalzen.
Der Kleber umfasst vorzugsweise ein Epoxyharz, ein Dicyandiamid-(DICY)-Härtungsmittel, einen substituierten Harnstoffbeschleuniger und ein Ethylen-Vinylacetat.
Die Klebeschicht umfasst vorzugsweise ein gewebtes Textilmaterial oder einen Gitterstoff. Der Gitterstoff kontrolliert die Dicke der Bindungslinie zwischen dem Formungsmaterial und dem Substratmaterial. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Kleber nicht von der Oberfläche des Substrats weglaufen kann, wenn die SMC-Formmasse oder der Rohling während der Formung Druck ausgesetzt wird. Der Gitterstoff kann auf dem Formungsmaterial bereitgestellt werden, bevor die Klebeschicht aufgebracht wird.
Geeignete Verstärkungsharzmaterialien können aus der Gruppe bestehend aus duroplastischen Harzen ausgewählt werden, wie Epoxy, Cyanatester und phenolischen Harzen. Geeignete Epoxyharze schließen Diglycidylether von Bisphenol A, Diglycidylether von Bisphenol F, Epoxy-Novolac-Harze und N-Glycidylether, Glycidylester, aliphatische und cycloaliphatische Glycidylether, Glycidylether von Aminophenolen, Glycidylether von beliebigen substituierten Phenolen und Gemische davon ein. Ebenfalls eingeschlossen sind modifizierte Gemische der genannten duroplastischen Polymere. Diese Polymere werden typischerweise durch Kautschuk oder Thermoplastzusatz modifiziert. Es kann jeder geeignete Katalysator verwendet werden. Der Katalysator wird entsprechend dem verwendeten Harz ausgewählt. Ein geeigneter Katalysator zur Verwendung mit einem Epoxyharz ist ein Dicyandiamid-Härtungsmittel. Der Katalysator kann beschleunigt sein. Wenn ein Dicyandiamidkatalysator verwendet wird, kann als Beschleuniger ein substituierter Harnstoff verwendet werden. Geeignete Beschleuniger umfassen Diuron, Monuron, Fenuron, Chlortoluron, Bisharnstoff von Toluoldiisocyanat und andere substituierte Homologe. Das Epoxy-Härtungsmittel kann ausgewählt werden aus Dapson (DDS), Diaminodiphenylmethan (DDM), BF₃-Amin-Komplex, substituierten Imidazolen, beschleunigten Anhydriden, Metaphenylendiamin, Diaminodiphenylether, aromatischen Polyetheraminen, aliphatischen Aminaddukten, aliphatischen Aminsalzen, aromatischen Aminaddukten und aromatischen Aminsalzen. Die Harze können ferner ein Dicyandiamid-(DICY)-Härtungsmittel, einen substituierten Harnstoffbeschleuniger enthalten. Sie können auch ein Ethylen-Vinylacetat enthalten.
Die Harzmaterialien können auch einen Schlagzähigkeitsverbesserer umfassen. Geeignete Schlagzähigkeitsverbesserer können ausgewählt werden aus flüssigem Kautschuk (wie Acrylatkautschuken oder Acrylnitrilkautschuk mit Carboxyterminierung), festem Kautschuk (wie festem Nitrilkautschuk oder Kern-Schale-Kautschuken) im Nano- oder Makrogrößenbereich, Thermoplasten (wie Poly(ethersulfon), Poly(imid)), Blockcopolymeren (wie Styrol-Butadien-Methacrylat-Triblöcken), Partikeln mit hohem Modul (wie Siliciumdioxid) im Nano- oder Makrogrößenbereich oder Gemischen davon.
Das faserige Verstärkungsmaterial kann jedes faserige Material umfassen, wie Naturfasern (z. B. Flachs, Hanf, Stroh, Heu, Seegras, Basalt), Glasfaser, Aramid, PAN oder Kohlefaser. Das faserige Verstärkungsmaterial kann, wie bereits erörtert, auch mehrere Schichten faseriges Material umfassen. Die faserigen Verstärkungsschichten umfassen vorzugsweise orientierte Fasern.
Die faserige Materialschicht kann ein Gewicht im Bereich von 55 bis 10000 gsm (g/m²), vorzugsweise 100 bis 8000 gsm und insbesondere 150 bis 4000 gsm umfassen. Die Dicke der faserigen Schicht kann im Bereich von 0,05 mm bis 10 mm liegen, vorzugsweise 0,1 mm bis 8 mm.
Das faserige Material kann unidirektional, gewebt, gehackt, biaxial oder triaxial sein. Die Faserlänge kann von 1 mm bis mehreren Metern variieren, vorzugsweise 5 mm bis 100 mm, insbesondere 10 mm bis 100 mm oder weniger.

Das Formungsmaterial kann unidirektionale faserige Verstärkung in mehreren Schichten umfassen, wie in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist.

Lay-Up	Lage 1	Lage 2	Lage 3	Lage 4	Lage 5	Lage 6	Lage 7	Lage 8	Lage 9
Lay-Up 1 (Orientierung Gewicht Lage)	+45°	–45°	0°	90°	0°	90°	0°	–45°	+45°
Lay-Up 1 (Orientierung Gewicht Lage)	150 g	150 g	600 g	600 g	600 g	600 g	600 g	150 g	150 g
Lay-Up 2 (Orientierung Gewicht Lage)	+45°	–45°	0°	90°	0°	–45°	+45°
Lay-Up 2 (Orientierung Gewicht Lage)	150 g	150 g	600 g	600 g	600 g	150 g	150 g
Lay-Up 3 (Orientierung Gewicht Lage)	+45°	–45°	0°	90°	0°	–45°	+45°
Lay-Up 3 (Orientierung Gewicht Lage)	150 g	150 g	600 g	300 g	600 g	150 g	150g

Tabelle 1. Unterschiedene Lay-Ups von Formungsmaterial für unidirektionale Fasern mit unterschiedlichen Gewichten.

Das Formungsmaterial kann eine Isolierschicht umfassen, um galvanische Kopplung zwischen dem Substratmaterial und dem faserigen Verstärkungsmaterial zu verhindern. Dies ist besonders für Metallsubstrate und Kohlefaserverstärkung vorteilhaft, um Korrosion des Metalls zu verhindern.
Die Klebeschicht kann auch eine Isolierschicht umfassen, um galvanische Kopplung zwischen dem Substratmaterial und dem faserigen Verstärkungsmaterial zu verhindern. Die Isolierschicht in der Klebeschicht kann durch den Kleber oder durch anderes Material gebildet werden. Das Isolierschichtmaterial in dem Kleber kann sich von dem Isolierschichtmaterial des Formungsmaterials unterscheiden.
Die Isolierschicht kann ein geeignetes Isolierschichtmaterial mit einer Leitfähigkeit von 1 S·m^–1 oder weniger, vorzugsweise 0,1 S·m^–1 und insbesondere 0,01 S·m^–1 oder weniger oder Kombinationen der genannten Bereiche einschließen. Geeignete Isoliermaterialien können Glasfaser, Flachs, Hanf, Kautschuk, Thermoplasten wie Polyamid, EVA umfassen. Das Isoliermaterial kann in Form eines Schleiers, Gitterstoffs oder Textilmaterials vorliegen.
Das Härten der Formmasse oder des Rohlings kann in einer einzelnen Stufe oder mehreren Stufen erfolgen, wie zwei, drei oder mehr Stufen. Das Härten kann nach dem Formpressen oder während des Formpressens stattfinden. Wenn das Härten in mehreren Stufen erfolgt, können eine oder mehrere Stufen mit dem Formpressen zusammenfallen.
Typische Anfangshärtungszyklen für den Träger oder das Formungsmaterial der SMC-Formmasse schließen bei einer mehrstufigen Härtung einen Temperaturanstieg von Umgebungstemperatur auf Temperaturen bis zu 30 bis 200°C, vorzugsweise 30 bis 160°C ein, und es kann eine Verweilstufe in einem festen Temperaturbereich von 30 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis 160°C, insbesondere 80 bis 150°C für einen Zeitraum im Bereich von 1 s bis 10 Stunden, vorzugsweise 10 s bis 1 Stunde, 1 Minute bis 1 Stunde, 1 Minute bis 45 Minuten oder 1 Minute bis 30 Minuten oder 1 bis 30 Minuten und/oder Kombinationen der genannten Zeiträume folgen. Die Temperatur wird nach der Verweilstufe weiter auf Temperaturen bis zu 60 bis 200°C, vorzugsweise 60 bis 160°C erhöht, gefolgt von einer Härtungsstufe bei einer festen Temperatur im Bereich von 60 bis 200°C, vorzugsweise 60 bis 160°C, insbesondere 80 bis 160°C für einen Zeitraum im Bereich von 1 s bis 10 Stunden, vorzugsweise 10 s bis 1 Stunde, 1 Minute bis 1 Stunde, 1 Minute bis 45 Minuten oder 1 Minute bis 30 Minuten oder 1 bis 30 Minuten und/oder Kombinationen der genannten Zeiträume.
Zu irgendeiner Zeit nach dem anfänglichen Härtungszyklus, und nachdem der geformte Gegenstand auf Umgebungstemperaturen abgekühlt ist, kann er eine zweite 'Nachhärtungs'-Stufe durchlaufen, um seine vollen thermischen und mechanischen Eigenschaften zu entwickeln. Typische Nachhärtungszyklen für das Formungsmaterial schließen einen Temperaturanstieg von Umgebungstemperatur auf Temperaturen bis zu 30 bis 200°C, vorzugsweise 30 bis 160°C ein, und es kann eine Verweilstufe in einem festen Temperaturbereich von 30 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis 160°C, insbesondere 80 bis 150°C für einen Zeitraum im Bereich von 1 s bis 10 Stunden, vorzugsweise 10 s bis 1 Stunde, 1 Minute bis 1 Stunde, 1 Minute bis 45 Minuten oder 1 Minute bis 30 Minuten oder 1 bis 30 Minuten und/oder Kombinationen der genannten Zeiträume folgen. Die Temperatur wird nach der Verweilstufe weiter auf Temperaturen bis zu 60 bis 200°C, vorzugsweise 60 bis 160°C erhöht, gefolgt von einer Härtungsstufe bei einer festen Temperatur im Bereich von 60 bis 200°C, vorzugsweise 60 bis 160°C, insbesondere 80 bis 160°C für einen Zeitraum im Bereich von 1 s bis 10 Stunden, vorzugsweise 10 s bis 1 Stunde, 1 Minute bis 1 Stunde, 1 Minute bis 45 Minuten oder 1 Minute bis 30 Minuten oder 1 bis 30 Minuten und/oder Kombinationen der genannten Zeiträume.
Vorzugsweise und vorteilhaft wird der Gegenstand jedoch in einer einzelnen Stufe bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 200°C, vorzugsweise 80 bis 160°C über einen Zeitraum von 20 s bis 8 Minuten, vorzugsweise 40 s bis 3 Minuten, insbesondere 60 s bis 120 s und/oder Kombinationen der genannten Zeiträume geformt. Der Gegenstand kann gehärtet oder teilgehärtet sein. Der teilgehärtete Gegenstand kann während anschließender Produktionsstufen, wie Montage oder Beschichtung, bis zur vollständigen Härtung gehen.
Die SMC-Formmasse umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform ein Substratmaterial in Form von kaltgewalztem Stahl, der ohne Oberflächenvorbereitung zur Entfernung von Verunreinigungen oder Ölrückständen verwendet werden kann. Das Trägermaterial, welches sich auf der Oberfläche des Substratmaterials befindet, umfasst eine Klebeschicht und ein Formungsmaterial. Die Klebeschicht kann AV 4600 (Huntsman), einen Pastenkleber, umfassen, und das Formungsmaterial umfasst harzimprägnierte faserige Verstärkungsschichten in Form von 8 Schichten aus unidirektionalen AS4 C Kohlefasern (Hexcel), die so angeordnet sind, dass eine ausgewogene, quasi-isotrope Anordnung der Faserrichtungen erreicht wird. Das Harz ist eine duroplastische Epoxyformulierung, die von Hexcel angeboten wird. Die Trennschicht ist eine 50 μm dicke Kynar PVDF-Folie (Arkema), die auf der Oberfläche des Formungsmaterials angeordnet wird.
Diese SMC-Formmasse wird verarbeitet, indem sie bei Umgebungstemperatur in einer Formpresse oder Form platziert wird, die zwei Anteile in Form von oberen und unteren Platten umfasst, die beide auf eine Temperatur von mehr als 120°C erwärmt sind. Nach der Platzierung der SMC-Formmasse wird die Presse geschlossen, so dass sich beide Platten in Kontakt mit der SMC-Formmasse befinden, und sie werden mindestens 30 Minuten, vorzugsweise mindestens 1 Minute oder 2 Minuten, geschlossen gehalten. Die Presse wird nach dieser Zeit geöffnet, und der geformte Gegenstand wird entfernt und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Der geformte Gegenstand kann dann bei Umgebungstemperatur aufbewahrt werden. Der Gegenstand kann auch anschließend mindestens 20 Minuten lang in einem Sekundärprozess auf eine Temperatur von mindestens 160°C erwärmt werden, wobei das Formungsmaterial während dieser Zeit bis zur vollen Härte geht.
Wir offenbaren nun eine Vorrichtung zur Fertigung des Trägermaterials aus einem Verbundband. Die Vorrichtung hat Ähnlichkeiten mit der in US 2012/0018097 offenbarten Vorrichtung, auf die hier Bezug genommen wird. Statt Band progressiv auf ein formbares Substrat aufzubringen, kann Bandmaterial mit festgelegter Länge eingespeist und über der Substratoberfläche angeordnet werden. Das Band kann in einen Bandabschnitt vorgeschnitten werden, oder es kann aus einem Bandvorrat eingespeist werden und in einen Bandabschnitt (oder eine Strecke) mit der gewünschten Länge geschnitten werden. Der Bandabschnitt wird auf die Substratoberfläche zu bewegt. Der gesamte Bandabschnitt kann, wenn er erst einmal nahe oder auf der Substratoberfläche ist, in einem Arbeitsgang an das darunterliegende Material geheftet werden. Das Heften kann beispielsweise das Schmelzen des Bandabschnitts an das darunter befindliche Material an isolierten Stellen mit einem Punktschweißgerät umfassen. Durch das Trennen des Bandeinspeisearbeitsgangs von dem Heftarbeitsgang kann das System automatisch, schneller und zuverlässiger laufen.
Die vorliegende Erfindung kann zur Erzeugung eines Laminats verwendet werden, das mehrere Lagen Bandmaterial umfasst. Jede Lage enthält einen oder mehrere Bandabschnitte (auch Strecken genannt), die parallel zueinander platziert sind, 8 und jede Lage ist an eine oder mehrere darunter befindliche Lagen geschmolzen. Die Gestalt jeder Lage und die Orientierung oder der Winkel der Fasern in der Lage relativ zu Fasern in anderen Lagen in dem Laminat sind so gewählt, dass das am Ende produzierte Teil die gewünschten Strukturcharakteristika haben wird. Durch das Auflegen des Bands entsprechend der gewünschten Gestalt wird Verschnitt oder erforderliches Trimmen oder Abschneiden des aufgelegten Formungsmaterials reduziert.
Die erste Stufe des zur Fertigung eines maßgeschneiderten Rohlings verwendeten Verfahrens ist die Einspeisung von Bandmaterial mit spezifizierter Länge von einer Spule in ein Bandabschnittpositionierungssystem, welches das Band oberhalb der Werkzeugoberfläche aufhängt, auf der das Band platziert wird. Die zweite Stufe, die gleichzeitig mit Stufe eins erfolgen kann, beinhaltet das Positionieren des Bandabschnitts relativ zu dem Werkzeug, damit es sich, wenn der Bandabschnitt auf das Werkzeug abgesenkt wird, in der korrekten Position und Orientierung für das Teil befindet. Die Führung senkt in der dritten Stufe den Bandabschnitt ab, und der Abschnitt wird entweder an darunter befindliches Material geheftet oder an der Werkzeugoberfläche befestigt. Jedes Material, welches die Werkzeugoberfläche direkt berührt, kann mit Techniken (z. B. Vakuum) an dem Werkzeug gehalten werden, die sich von den Verfahren unterscheiden können, die zum Heften von Bandschichten aneinander verwendet werden. Nachdem der Materialabschnitt an darunter befindlichem Material oder der Werkzeugoberfläche befestigt worden ist, kehren das Bandabschnittanordnungssystem und das Heftsystem in ihre Ausgangspositionen zurück, und ein neuer Materialabschnitt wird in die Führung eingespeist und das Verfahren kann wiederholt werden, bis der Rohling fertig ist.
Es können mehrere Varianten oder Ausführungsformen dieses gesamten Verarbeitungsverfahrens verwendet werden. Obwohl das Verfahren hier als Reihe von aufeinander folgenden Stufen beschrieben ist, können Ausführungsformen dieses Verfahrens diese Schritte simultan ausführen, um die Gesamtverarbeitungszeit zu reduzieren. Beispielsweise können Bewegen des Bandabschnittanordnungssystems und/oder des Werkzeugs in Position erfolgen, während die Führung angehoben und/oder abgesenkt wird, und/oder während das Band in die Führung eingespeist wird. Ausführungsformen dieses Verfahrens können auch mehr als einen Abschnitt zur Zeit platzieren, indem weitere Platzierungsköpfe in die Maschine aufgenommen werden. Es sollte somit nichts in dieser Beschreibung nahelegen, dass notwendigerweise ein Abschnitt zur Zeit platziert werden muss. Spezielle Ausführungsformen des Verfahrens können die Möglichkeit einschließen, verschiedene Breiten oder mehrere Materialien in einem einzelnen Rohling zu platzieren.
Alternative Ausführungsformen dieser Erfindung können zudem das Platzieren von Bandabschnitten beinhalten, die vorgeschnitten sind, anstatt das Band zu schneiden, nachdem es in die Führungsschienen eingespeist worden ist. Das Bereitstellen von vorgeschnittenem Band vor den Führungsschienen könnte den Betrieb der Maschine beschleunigen, da der Schneidearbeitsgang aus dem kritischen Weg in der Reihenfolge der Maschinenarbeitsgänge wegfallen könnte. Die Bandabschnitte könnten in der Straße mit der Einspeisung und Platzierung vorgeschnitten werden, oder die Bandabschnitte könnten außerhalb der Straße vorgeschnitten und als Kit bereitgestellt werden, welches in die Führungsschienen einzuspeisen ist.
Das zum Aneinanderheften der Lagen verwendete Verfahren und der Grad, bis zu dem sie geheftet werden, ist ein anderer Parameter, der in unterschiedlichen Ausführungsformen variieren könnte. Verfahren zum Heften der Strecken an darunter befindliche Lagen können Kontakterwärmen, Ultraschallschweißen, Induktionsschweißen, Lasererwärmen, heiße Gase oder andere Verfahren einschließen, um Lagen aneinander zu kleben. Das Verfahren könnte auch mit einem Gelenkkopf oder einer sich bewegenden Substratoberfläche oder einer Kombination der beiden Positionierungsansätze verwendet werden. Obwohl eine hier beschriebene Ausführungsform einen festen Materialplatzierungskopf verwendet, der über einer flachen Substratoberfläche positioniert ist, die sich in x- und y-Richtungen bewegen sowie rotieren kann, könnte die relative Bewegung zwischen dem Platzierungskopf und der Substratoberfläche auch erreicht werden, indem der Platzierungskopf bewegt wird, oder eine Kombination von beiden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Fertigung von vorgebildeten Verbundträgermaterialien aus Verbundband bereitgestellt, die eine Bandzuführungseinheit, von der Bandmaterial abgegeben wird; eine Bandeinspeiseeinheit, die Band von der Bandzuführungseinheit erhält; eine Schneideeinheit, die von der Bandeinspeiseeinheit eingespeistes Band schneidet; eine Bandabschnittführung, die einen von der Bandeinspeiseeinheit eingespeisten und durch die Schneideeinheit geschnittenen Bandabschnitt erhält; eine Substratoberfläche und eine Bandheftvorrichtung umfasst, die den Bandabschnitt an andere ähnliche Bandabschnitte heftet, wobei die Bandabschnittführung den Bandabschnitt über die Substratoberfläche hängt, wobei mindestens einer von der Bandabschnittführung und der Substratoberfläche sich bewegt, um den Bandabschnitt in einer gewünschten Anordnung und einem gewünschten Winkel relativ zu der Substratoberfläche zu positionieren, wobei die Bandabschnittführung den Bandabschnitt auf die Substratoberfläche zu bewegt, und wobei die Bandheftvorrichtung Druck auf den Bandabschnitt ausübt und den Bandabschnitt an einen anderen ähnlichen Bandabschnitt heftet. Das Verbundband kann ein Formungsmaterial umfassen, das ein Harzmaterial und ein faseriges Verstärkungsmaterial umfasst.
Die Bandzuführungseinheit kann eine oder mehrere Gatterboxen umfassen, die Spulen mit Bandmaterial enthalten, die in einer solchen Weise aktiv abgewickelt werden, dass die Bandspannung zwischen der Bandeinspeiseeinheit und den Bandspulen minimiert ist. Die Vorrichtung kann ferner eine Quetschwalze umfassen, die Band von einer Spule in eine lose Bandwicklung in einer Gatterbox einspeist, wobei die Quetschwalze die lose Schlaufengröße mittels Rückkopplung von einem oder mehreren Positionssensoren der losen Schlaufe innerhalb eines bestimmten Bereichs hält.
Die Bandeinspeiseeinheit kann eine Quetschwalze und Einspeiseführungen umfassen, die das Band ausgerichtet halten.
Die Schneideeinheit kann angepasst werden, um in mehreren Winkeln relativ zu der Längsachse des Bands zu schneiden. Die Bandabschnittführung kann einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen der Bandabstandführung und der Schneideeinheit aufrechterhalten, bevor und nachdem die Schneideeinheit einen Schneidewinkel verändert.
Die Bandabschnittführung kann in einer weiteren Ausführungsform zwei oder mehrere im Wesentlichen parallele Rillenschienen umfassen, die mit einem Schlitten verbunden und relativ zueinander derart positioniert sind, dass, wenn das Band in die Rillenschienen eingespeist wird, sich gegenüber liegende Längskanten des Bands in Rillen der Rillenschienen gehalten werden, wobei ein mittlerer längsgerichteter Abschnitt des Bands nicht gehalten wird. Der Schlitten kann einen Bandabschnitt, der in der Bandabschnittführung positioniert ist, von einer ersten Position, in der das Band eingespeist und geschnitten wird, zu einer zweiten Position nahe der Substratoberfläche bewegen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Substratoberfläche in zwei zueinander senkrechten horizontalen Achsen rotieren und translatieren, um den Bandabschnitt in der gewünschten Anordnung und dem gewünschten Winkel relativ zu der Substratoberfläche zu positionieren. Die Bandheftvorrichtung kann eine Gruppierung von einem oder mehreren Ultraschall-Heftschweißköpfen umfassen, die gegen den Bandabschnitt drücken und den Bandabschnitt an einem zuvor aufgelegten Bandabschnitt fixieren.
Die Bandabschnittführung kann in einer weiteren Ausführungsform zwei gegenüber liegende, beabstandete Schienen umfassen, die jeweils eine Längskante des Bands halten, wobei sich die beiden beabstandeten Schienen in entgegengesetzte Richtungen im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Bandes bewegen, um den im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen der Bandabschnittführung und der Schneideeinheit aufrechtzuerhalten.
Die Bandabschnittführung kann in einer Ausführungsform einen ersten längsgerichteten Seitenanteil des Bandabschnitts und einen zweiten längsgerichteten Seitenanteil des Bandabschnitts, der dem ersten längsgerichteten Seitenanteil gegenüberliegt, halten, wobei ein restlicher längsgerichteter Mittelanteil des Bandabschnitts nicht gehalten wird. Die Bandabschnittführung kann den Bandabschnitt in Querrichtung zu einer Längsrichtung des Bandabschnitts derart quetschen, dass der Bandabschnitt in schalenförmiger Konfiguration gehalten wird, bevor die Bandheftvorrichtung auf den Bandabschnitt drückt.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Fertigung von Verbundvorformlingen aus Verbundband bereitgestellt, die eine Schneideinheit, die Verbundband empfängt und schneidet, wobei die Schneideinheit einen Schnittwinkel zwischen Schnitten einstellt, und eine Bandabschnittführung umfasst, die Verbundband empfängt, die durch die Schneideinheit gefördert wird, wobei die Bandabschnittführung im Wesentlichen den gleichen Abstand zwischen der Schneideinheit und der Bandabschnitteinheit aufrechterhält, bevor und nachdem die Schneideinheit den Schnittwinkel einstellt. Die Bandabschnittführung kann zwei gegenüber liegende, beabstandete Schienen umfassen, die jeweils eine Längskante des Verbundbands halten, und wobei sich die beiden beabstandeten Schienen in entgegengesetzte Richtungen im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Verbundbandes bewegen, um den im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen der Schneideinheit und der Bandabschnittführung aufrechtzuerhalten.
Die SMC-Formmasse oder der Rohling ist besonders für die Formung von Teilen oder Einsätzen von Fahrzeugen geeignet. Der Rohling kann insbesondere zur Formung von Schwellerteilen oder -einsätzen, Säulenteilen oder -einsätzen und/oder Spritzwandteilen oder -einsätzen geeignet sein. Das Trägermaterial kann nach dem Formen gehärtet oder teilgehärtet werden. Wenn das Trägermaterial teilgehärtet ist, kann das Material während einer oder mehreren zusätzlichen Stufen des Produktionsprozesses des Fahrzeugs, wie während der Beschichtung des Fahrzeugs, bis zur endgültigen Härtung gehen.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und in Bezug auf die angefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen
1 eine Diagrammansicht einer SMC-Formmasse nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Diagrammansicht einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Trägermaterials auf einem formbaren Substrat gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3 eine Diagrammansicht einer weiteren Vorrichtung zum Formen von Teilen aus Rohlingen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
4 ein schematisches Fließdiagramm des Prozesses zur Fertigung von Rohlingen für Formungsteile darstellt.
Die SMC-Formmasse 110 umfasst ein Substratmaterial 112 in Form einer Stahlschicht. Die Masse 110 umfasst ferner eine Klebeschicht 114 und ein Formungsmaterial, das durch eine faserige Verstärkungsschicht 116 und eine Verstärkungsharzschicht 120 gebildet ist, die mit der Oberfläche der faserigen Verstärkungsschicht 116 verbunden ist. Die Klebeschicht 114 gewährleistet adäquates Binden des Formungsmaterials an dem Substratmaterial 112. Das Formungsmaterial umfasst ferner eine Trennschicht 118, die gewährleistet, dass die Formungsmasse nach dem Formen und Härten unverzüglich von der Form getrennt werden kann.
Die SMC-Formmasse 110 ist bei Gebrauch in einer Form angeordnet. Die Form enthält zwei Anteile, ein Anteil ist erwärmt. Der erwärmte Formanteil befindet sich in Kontakt mit dem Substrat. Der nicht erwärmte Formanteil befindet sich in Kontakt mit der Trennschicht. Nach Anordnung in der Form wird auf die Masse Druck ausgeübt, um das Substratmaterial zu bilden, während die Temperatur auch auf die Härtungstemperatur des Formungsmaterials erhöht wird. Eine bevorzugte Temperatur ist 120°C. Dies ermöglicht, dass Harz 120 in das faserige Material 116 fließt, um dieses Material 116 zu imprägnieren. Das Harz geht nach der Imprägnierung bis zur vollständigen Härtung. Dies führt zu einem geformten Gegenstand oder Formling, bei dem das Formungsmaterial an die Oberfläche des gebildeten Substratmaterials gebunden ist, um dieses Material zu verstärken. Der geformte Gegenstand kann unverzüglich von der Form getrennt werden, da die Trennschicht verhindert, dass der Formling an der Form klebt.
In 2 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Trägermaterials auf einem Substrat gezeigt. Die Vorrichtung umfasst ein Materialabgabesystem 1, Bandtransportschienen 2, einen Platzierungskopf 3, einen Vakuumtisch 4, der als Rohlingwerkzeugoberfläche dient, einen dreiachsigen Bewegungstisch 5 und einen Strukturbalken 6. Der Platzierungskopf 3 und die Bandtransportschienen 2 sind an dem Strukturbalken befestigt und über dem Bewegungstisch 5 und dem Vakuumtisch 4 positioniert. Es sind zusätzliche Trägersysteme abgebildet und zeigen einen Bedienerschnittstellencomputer 7, einen elektronischen Steuerschrank 8, eine Vakuumpumpe 9 und Umfangschutzeinrichtung 10.
Das Materialabgabesystem 1, welches auch als Gattergestell bezeichnet wird, enthält eine oder mehrere Gatterboxen (nicht gezeigt), die Bandabspulmechanismen (nicht gezeigt) enthalten. In diesem System wird eine Bandrolle auf eine Spindel geladen und in Position gesichert. Spulenschützer (nicht gezeigt) werden in Position gebracht, damit sich das Band nicht abwickelt. Nachdem das Band in die automatische Einspeiseeinheit eingespeist worden ist, kommen die Quetschwalzen (nicht gezeigt) der automatischen Einspeiseeinheit in Eingriff und speisen das Band durch eine Einspeiseführung (nicht gezeigt) und über die Bandtransportschienen in den Bandplatzierungskopf 3 ein. Nachdem das Band die Einspeisewalzen (nicht gezeigt) im Bandplatzierungskopf 3 passiert hat, kommen diese Walzen in Eingriff und die Walzen in der automatischen Einspeiseeinheit kuppeln aus.
In 3 ist ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen gezeigt. Das Verfahren umfasst die folgenden Stufen, in denen: a) ein Substratmaterial bereitgestellt wird; b) ein Trägermaterial bereitgestellt wird, das ein Formungsmaterial umfasst, das ein Harzmaterial und ein faseriges Verstärkungsmaterial (44, 46) umfasst; das Substratmaterial und das Trägermaterial in Relation zu einer Form (50) angeordnet werden und das Substrat gebildet und das Trägermaterial gehärtet wird, um das Formungsmaterial an das Substrat (50) zu binden.
Ein Roboterarm (48) sammelt das Substrat in Form einer gestalteten Metalllage und platziert diese in eine Form (50). Währenddessen wird multiaxiales Formungsmaterial von einer Rolle Prepreg (46) zugeführt, das anschließend in die erforderliche Gestalt geschnitten wird, um der Gestalt des geformten Gegenstands (44) zu entsprechen. Der Roboterarm (48) platziert dann das geschnittene Formungsmaterial auf dem Substrat. Eine Klebeschicht kann auch Teil des Prepregs bilden, oder die Klebeschicht kann separat in Relation zu dem Formungsmaterial und dem Substrat (nicht gezeigt) aufgebracht werden. Nach der Bildung des Stapels in der Form wird das Teil in der Formungsstation (50) geformt. Das Verfahren wird durch die Steuereinheit (42) gesteuert.
In 4 ist schließlich ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildung einer SMC-Formmasse oder eines Rohlings gezeigt. Zuerst wird ein Trägermaterial als Kit aus Schichten eines multiaxialen Prepregs (200) gebildet, die aufeinander gelegt werden, um einen Laminatstapel (202) zu bilden. Der Stapel wird anschließend zu der gewünschten Gestalt geschnitten (204). Ein Kleber (206) wird auf den Stapel aufgebracht, und der Stapel wird auf ein Metallsubstratmaterial (208) aufgebracht, um die SMC-Formmasse oder den Rohling zu bilden.
Somit wird eine SMC-Formmasse bereitgestellt, in der das Substrat geformt ist, während ein Trägermaterial zum Verstärken des Substrats bis mindestens zu einer Teilhärtung verarbeitet wird. Es werden ferner eine Verwendung, ein Material, eine Masse oder ein Rohling und ein Verfahren wie zuvor beschrieben und/oder wie in einer der angefügten Zeichnungen gezeigt bereitgestellt.

Claims

Verwendung eines Trägermaterials zum Verstärken eines formbaren Substratmaterials, wobei das Trägermaterial ein Formungsmaterial umfasst, wobei das Formungsmaterial ein faseriges Verstärkungsmaterial und ein Verstärkungsharzmaterial umfasst.
Verwendung nach Anspruch 1, bei der das Harzmaterial mit der Oberfläche des faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Harzmaterial das faserige Verstärkungsmaterial mindestens teilweise imprägniert.
Verwendung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Trägermaterial ferner ein Klebematerial umfasst.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei der das Trägermaterial mindestens ein Klebematerial zum Kleben des Formungsmaterials an das Substratmaterials und mindestens eine Verstärkungsschicht umfasst, die die faserige Verstärkung und das Verstärkungsharz umfasst.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Trägermaterial ferner ein Trennmaterial umfasst, um das Formungsmaterial von einer Formoberfläche zu trennen.
Trägermaterial zur Verwendung mit einem formbaren Material, das ein faseriges Verstärkungsmaterial und ein Verstärkungsharzmaterial umfasst.
Material nach Anspruch 7, bei dem das Harzmaterial mit der Oberfläche des faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist.
Material nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Harzmaterial das faserige Verstärkungsmaterial mindestens teilweise imprägniert.
Material nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Trägermaterial ferner einen Kleber umfasst.
Material nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das Trägermaterial mindestens eine Verstärkungsschicht, die die faserige Verstärkung und das Verstärkungsharz umfasst, und eine Klebeschicht umfasst.
Material nach Anspruch 11, bei dem die Klebeschicht sich über die Verstärkungsschicht hinaus erstreckt, um das Formungsmaterial an das formbare Material zu kleben.
Material nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem das Formungsmaterial ferner ein Trennmaterial umfasst, um das Formungsmaterial von einer Formoberfläche zu trennen.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder Trägermaterial gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der bzw. bei dem das Substratmaterial kalt formbar und/oder thermoformbar ist.
Verwendung oder Material nach Anspruch 14, bei der bzw. bei dem das Substratmaterial ein Thermoplast ist.
Verwendung oder Material nach Anspruch 14, bei der bzw. bei dem das Substratmaterial ein Metall ist.
SMC-Formmasse oder -Rohling, die bzw. der ein Trägermaterial wie in einem der Ansprüche 7 bis 13 definiert in Kombination mit einer formbaren Substratschicht umfasst.
Masse oder Rohling nach Anspruch 17, bei der bzw. bei dem die Substratschicht eine Metallschicht umfasst.
Masse oder Rohling nach Anspruch 17 oder 18, die bzw. der eine Klebeschicht umfasst.
Masse oder Rohling nach Anspruch 19, die bzw. der eine Öffnung aufweist, die sich durch das Trägermaterial und Substratmaterial hindurch erstreckt, wobei die Dimension 13 der entsprechenden Öffnung in dem Formungsmaterial kleiner als die Dimension der Öffnung in der Klebeschicht ist.
Formungsverfahren, bei dem a) ein Substratmaterial bereitgestellt wird, b) ein Trägermaterial bereitgestellt wird, das ein Formungsmaterial umfasst, das ein Harzmaterial, welches mit der Oberfläche eines faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist, oder ein Formungsmaterial umfasst, das ein Harzmaterial umfasst, welches ein faseriges Verstärkungsmaterial mindestens teilweise imprägniert; c) das Substratmaterial und das Formungsmaterial in Relation zu einer Form angeordnet werden, und d) das Substrat geformt und das Formungsmaterial gehärtet wird, um das Formungsmaterial an das Substrat zu binden.
Verfahren nach Anspruch 21, das die Stufe umfasst, in der eine Klebeschicht zwischen dem Trägermaterial und dem Substratmaterial bereitgestellt wird, wobei sich die Klebeschicht über das Formungsmaterial hinaus erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, das die Stufe umfasst, in der eine oder mehrere Öffnungen in das Trägermaterial und/oder Substratmaterial geschnitten werden.
Formungsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem das Substratmaterial und das Formungsmaterial in Form einer SMC-Formmasse bereitgestellt werden, die ein Substratmaterial umfasst, das mit einem Formungsmaterial verbunden ist, das ein Harzmaterial umfasst, das mit der Oberfläche des faserigen Verstärkungsmaterials verbunden ist, wobei in dem Verfahren a) die SMC-Formmasse in einer Form angeordnet wird, und b) das Substrat geformt und das Harzmaterial gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Harzmaterial das faserige Verstärkungsmaterial vor der Bildungsstufe b) mindestens teilweise imprägniert.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die SMC-Formmasse ferner einen Kleber umfasst, um das Formungsmaterial an das Substratmaterial zu binden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, bei dem das Trägermaterial und Formungsmaterial als Kit in einer Gestalt geliefert werden, die an das geformte Substratmaterial angepasst ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, bei dem das Trägermaterial ferner ein Trennmaterial umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, bei dem die Form einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil umfasst, wobei der erste Anteil erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der erste Anteil in Kontakt mit dem Substratmaterial ist.
Geformter Gegenstand verarbeitet nach einem der Ansprüche 21 bis 30 und/oder gebildet aus einem Material gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13 und/oder einer Masse oder einem Rohling gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20.