DE112017001076B4

DE112017001076B4 - Faserverstärkter Harzhohlkörper

Info

Publication number: DE112017001076B4
Application number: DE112017001076.4T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kitagawa; Masaya Hazama; Toshiki Okauji; Makoto Takeda; Jun Watanabe; Takashi Tabakoya; Shin Matsumura; Yoshiyasu Kajimoto; Kazuhisa To
Original assignee: Mazda Motor Corp; Kurimoto Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp; Kurimoto Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: US11383459B2; CN109070495A; US20190143612A1; CN109070495B; DE112017001076T5; JP6595096B2; WO2017170802A1; JPWO2017170802A1

Abstract

Faserverstärkter Harzhohlkörper, umfassend:eine Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern, die parallel zu einer axialen Richtung des Hohlkörpers ausgerichtete Verstärkungsfasern enthält; undmindestens eine Schicht (2, 3) nicht axial ausgerichteter Fasern, die auf der Innen- oder Außenseite der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern vorgesehen ist und Verstärkungsfasern enthält, die in einer anderen Richtung als der Ausrichtungsrichtung der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern orientiert sind, wobeidie Schicht (2, 3) nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthalten, die parallel zu einer Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind, und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthalten, die nicht in einer bestimmten Richtung ausgerichtet sind, umfasst,wobei mindestens eine der einen oder mehreren Schichten nicht ausgerichteter Fasern an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet,dass mindestens eine der einen oder mehreren Schichten (2, 3) nicht ausgerichteter Fasern, die an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet sind, eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht (Q1, Q5, Q6) ist, unddie in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht (Q1, Q5, Q6) eine Vliesschicht umfasst, welche an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist, wobei die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht (Q1, Q5, Q6) eine Faserverbundschicht ist,die durch Verbinden mehrerer in Umfangsrichtung ausgerichteter Faserbündel mit der Vliesschicht erhalten wird und/oder eine Faserverbundschicht ist, die durch willkürliches Nähen und Fixieren von geschnittenen Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 6-66 mm auf einer Faserschicht, welche durch Verbinden von mehreren in Umfangsrichtung ausgerichteten Faserbündeln gefertigt ist, erhalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft faserverstärkte Harzhohlkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Faserverstärkte Harzhohlkörper, die wärmehärtendes Harz enthalten, werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, wie z.B. im Bereich des Flüssigkeitstransports, im Bereich der Architektur und im Automobilbereich. Solche faserverstärkten Harzhohlkörper sind ein vielversprechendes Material, um Metallmaterialien zu ersetzen, insbesondere im Automobilbereich.
Unter diesen faserverstärkten Harzhohlkörpern findet sich eine Verstärkung (Rechteckrohr) zur Befestigung von Kfz-Ausrüstung, die in JP H08-282333 A beschrieben ist. Eine solche Technologie kann eine Schicht axial ausgerichteter Fasern verwenden, die Verstärkungsfasern enthält, die parallel zur axialen Richtung (Längsrichtung) ausgerichtet oder orientiert sind. In diesem Fall tendiert die Schicht axial ausgerichteter Fasern zum Brechen, wie beim Spalten von Bambus, entlang der Verlaufsrichtung der Fasern. Daher ist es notwendig, die Festigkeit nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in Umfangs- oder umlaufender Richtung zu verstärken.
Druckschrift JP 2001 171011 A zeigt einen faserverstärkten Harzhohlkörper gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Weitere faserverstärkte Harzhohlkörper sind aus den Druckschriften DE 10 2014 214 405 A1 , DE 103 09 806 A1 , WO 2006 / 044 315 A2 und WO 2008 / 127 800 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass bei einem faserverstärkten Harzhohlkörper bei Verwenden einer Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, die parallel zur Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtete Verstärkungsfasern enthält, kombiniert mit der Schicht axial ausgerichteter Fasern die Wirkung der Verbesserung der Festigkeit des faserverstärkten Harzhohlkörpers möglicherweise nicht ausreichend ist. Konkret wurden beispielsweise, wie in einem schematischen Diagramm von 5 dargestellt, das einen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung eines Hohlkörpers zeigt, die Schichten 121a, 122a, 131a und 132a in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern einfach sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite einer Schicht 101 axial ausgerichteter Fasern gebildet, aber die festigkeitsverbessernde Wirkung der Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern war nicht ausreichend. Bei einer solchen Technologie wird berücksichtigt, dass die Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern lokal in einer Matrize gezogen werden, so dass die Ausrichtung der Fasern der Umfangsrichtung beeinträchtigt wird, und daher wird die festigkeitsverbessernde Wirkung der Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern nicht ausreichend erhalten.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, einen faserverstärkten Harzhohlkörper mit einer ausreichend hohen Festigkeit.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Diese Aufgabe wird durch einen faserverstärkten Harzhohlkörper gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die hierin offenbarte Technologie betrifft einen faserverstärkten Harzhohlkörper, der eine Schicht axial ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthält, die parallel zu einer axialen Richtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind, und eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern, die auf mindestens einer der Innen- und Außenseiten der Schicht axial ausgerichteter Fasern vorgesehen ist und Verstärkungsfasern enthält, die in einer anderen Richtung als der Ausrichtungsrichtung der Schicht axial ausgerichteter Fasern ausgerichtet sind, umfasst. Die Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern umfasst eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthalten, die parallel zu einer Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind, und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthalten, die nicht in einer bestimmten Richtung ausgerichtet sind. Dabei ist die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht eine Faserverbundschicht, die durch Verbinden mehrerer in Umfangsrichtung ausgerichteter Faserbündel mit der Vliesschicht erhalten wird und/oder eine Faserverbundschicht, die durch willkürliches Nähen und Fixieren von geschnittenen Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 6-66 mm auf einer Faserschicht, welche durch Verbinden von mehreren in Umfangsrichtung ausgerichteten Faserbündeln gefertigt ist, erhalten wird.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Der faserverstärkte Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie weist eine ausreichend hohe Festigkeit auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein schematisches Diagramm, das einen groben Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung bei einem beispielhaften faserverstärkten Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das einen groben Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung bei einem beispielhaften faserverstärkten Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen groben Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung bei einem beispielhaften faserverstärkten Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie zeigt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine grobe Konfiguration einer beispielhaften Vorrichtung zur Herstellung des faserverstärkten Harzhohlkörpers der vorliegenden hierin offenbarten Technologie durch Pultrusion zeigt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen groben Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung eines herkömmlichen faserverstärkten Harzhohlkörpers zeigt.
6A ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Vorgehens für einen Biegetest, der mithilfe von Proben von Beispielen durchgeführt wurde.
6B ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Vorgehens für einen Biegetest, der mithilfe von Proben von Beispielen durchgeführt wurde.
6C ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Vorgehens für einen Biegetest, der mithilfe von Proben von Beispielen durchgeführt wurde.
7 ist ein Diagramm, das Formen und Abmessungen von Proben von Beispielen zeigt.
8 ist eine Tabelle, die Materialien zeigt, die in Proben von Beispielen verwendet werden.
9A ist ein Diagramm zur Beschreibung von Konfigurationen von Proben der Beispiele 1 und 2.
9B ist ein Diagramm zur Beschreibung von Konfigurationen von Proben der Beispiele 3 und 4.
10 ist ein Graph, der Bruchlasten der Proben der Beispiele 1-4 zeigt.
11 ist ein Graph, der Biegemodule der Proben der Beispiele 1-4 zeigt.
12 ist ein Foto, das ein äußeres Erscheinungsbild der Probe von Beispiel 3 zeigt.
13 ist ein Foto, das ein äußeres Erscheinungsbild der Probe von Beispiel 4 zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden hierin offenbarten Technologie unter Bezug auf die Begleitzeichnungen eingehend beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich bevorzugte Beispiele der Beschaffenheit und sollen nicht die vorliegende hierin offenbarte Technologie, Anwendung oder Nutzungen einschränken.
[Faserverstärkter Harzhohlkörper]
Ein faserverstärkter Harzhohlkörper nach der vorliegenden hierin offenbarten Technologie wird anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die in den Zeichnungen gezeigten Teile sind lediglich schematisch dargestellt, um das Verständnis der vorliegenden hierin offenbarten Technologie zu erleichtern, und sind eventuell nicht maßstabsgetreu und können äußere Erscheinungsbilder aufweisen, die sich von den tatsächlichen unterscheiden. Zu beachten ist, dass sich der hierin direkt oder indirekt verwendete Begriff „vertikale Richtung“ auf die vertikale Richtung in den Zeichnungen bezieht. Sofern nicht anders angegeben werden ähnliche Elemente, Abschnitte, Abmessungen oder Bereiche in den gesamten Zeichnungen durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein faserverstärkter Harzhohlkörper (kann nachstehend auch einfach als „Hohlkörper“ bezeichnet werden) nach der vorliegenden hierin offenbarten Technologie ist ein Körper mit einer länglichen Form, der mit einem härtbaren Harz imprägniert ist, insbesondere ein länglicher Formkörper mit einer hohlen Form, der Faserschichten enthält, die Verstärkungsfasern und ein härtbares Harz enthalten, das die Faserschichten durchdringt und ausgehärtet ist. Die Längsrichtung des Hohlkörpers wird als „axiale Richtung“ bezeichnet.
(Faserschichten)
Die Faserschichten, die Verstärkungsfasern enthalten, umfassen im Hohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie mindestens eine Schicht axial ausgerichteter Fasern und eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern, die auf mindestens einer der Innen- und Außenseiten der Schicht axial ausgerichteter Fasern angeordnet ist. Obwohl beispielsweise ein Hohlkörper 10a der vorliegenden hierin offenbarten Technologie, der in 1 gezeigt ist, eine Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern und Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern auf der Innen- bzw. Außenseite der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern aufweist, ist auf mindestens einer der Innen- und Außenseiten der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern vorgesehen. Der Hohlkörper 10a weist vorzugsweise eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern auf mindestens der Innenseite der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern auf, bevorzugter sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite hinsichtlich der Festigkeit des Hohlkörpers. Eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern, die auf der Innenseite der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern vorgesehen ist, kann hierin auch als „innere Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern“ bezeichnet werden und ist in 1 durch ein Bezugszeichen „2“ gekennzeichnet. Eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern, die auf der Außenseite der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern vorgesehen ist, kann hierin auch als „äußere Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern“ bezeichnet werden und ist in 1 durch ein Bezugszeichen „3“ gekennzeichnet.
Die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bezieht sich auf eine Faserschicht, die hauptsächlich Verstärkungsfasern enthält, die parallel zur axialen Richtung (Längsrichtung) des Hohlkörpers ausgerichtet sind. In der vorliegenden hierin offenbarten Technologie enthält die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise nur Verstärkungsfasern, die parallel zur axialen Richtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind. Eine solche bevorzugte Schicht axial ausgerichteter Fasern enthält nicht unbedingt exakt nur Verstärkungsfasern, die parallel zur axialen Richtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind. Bei einer solchen bevorzugten Schicht axial ausgerichteter Fasern sind 95 Massen-% oder mehr, vorzugsweise 98 Massen-% oder mehr, der darin enthaltenen Verstärkungsfasern im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung des Hohlkörpers ausgerichtet. Wie hierin verwendet bedeutet der Begriff „im Wesentlichen parallel“ bezüglich Verstärkungsfasern und der axialen Richtung des Hohlkörpers, dass der Winkel zwischen den Verstärkungsfasern und der axialen Richtung des Hohlkörpers im Bereich von ±10° liegt.
Die Verstärkungsfasern, die die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bilden, können beliebige Fasern sein, die bisher konventionell im Gebiet der faserverstärkten Kunststoffe eingesetzt wurden. Beispiele für die Verstärkungsfasern, die die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bilden, sind Glasfasern und Kohlefasern. Die Verstärkungsfasern, die die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bilden, sind vorzugsweise Glasfasern. Rovings (Bündel von Glasfasern) der Verstärkungsfasern, die die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bilden, liegen typischerweise im Bereich von 500-5000 tex (g/km). Obwohl die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern neben den Verstärkungsfasern weitere Fasern enthalten kann, machen die Verstärkungsfasern vorzugsweise 95 Massen-% oder mehr, bevorzugter 98 Massen-% oder mehr, aller in der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern enthaltenen Fasern aus.
Insbesondere kann beispielsweise die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern Rovings (Glasfaserbündel) enthalten, und die Anzahl der Glasfasern, die die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bilden, ist vorzugsweise in einer Umfangsrichtung des Hohlkörpers gleichmäßig. Mit dem Begriff „Umfangsrichtung“ in Bezug auf den Hohlkörper ist eine Umfangsrichtung eines Querschnitts des Hohlkörpers senkrecht zur axialen Richtung des Hohlkörpers gemeint.
Die Menge der Fasern in der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern wird entsprechend der gewünschten Festigkeit und Abmessungen des Hohlkörpers bestimmt. Wenn der Hohlkörper beispielsweise als Element zum Lagern und Fixieren einer Kraftfahrzeug-Instrumententafel (eines Quadratrohrelements mit einer Größe von 3-10 cm x 3-10 cm) verwendet wird, beträgt die Menge der Fasern in der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern pro Meter der Länge des Hohlkörpers typischerweise 50-1000 g/m.
Bei den Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern handelt es sich um eine Faserschicht, die Verstärkungsfasern enthält, die in einer anderen Richtung ausgerichtet oder orientiert sind als die der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern. Mit dem Begriff „ausgerichtet oder orientiert in einer anderen Richtung als die der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern“ in Bezug auf Verstärkungsfasern, die in einer Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern enthalten sind, ist gemeint, dass die in der Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern enthaltenen Verstärkungsfasern in einer bestimmten Richtung (z.B. der Umfangsrichtung des Hohlkörpers) ausgerichtet sind, die nicht parallel zu der Richtung ist, in der die Verstärkungsfasern der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern ausgerichtet sind, oder in Richtungen orientiert sind, die nicht auf eine bestimmte Richtung beschränkt sind (z.B. willkürlich orientiert sind). Zu beachten ist, dass die willkürliche Orientierung eine unregelmäßig willkürliche Orientierung und regelmäßig willkürliche Orientierung umfasst.
Die Verstärkungsfasern, die die Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, können jeweils unabhängig voneinander beliebige Fasern sein, die herkömmlich im Gebiet faserverstärkter Kunststoffe verwendet werden, wie auch die Verstärkungsfasern, die die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern bilden. Beispiele für die Verstärkungsfasern, die die Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, sind Glasfasern und Kohlefasern. Die Verstärkungsfasern, die die Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, sind vorzugsweise Glasfasern. Die Verstärkungsfasern, die die Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, weisen einen Durchmesser auf, der in einen ähnlichen Bereich fällt wie die Verstärkungsfasern der Schicht axial ausgerichteter Fasern. Obwohl die Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern neben den Verstärkungsfasern weitere Fasern enthalten können, machen die Verstärkungsfasern vorzugsweise 95 Massen-% oder mehr, bevorzugter 98 Massen-% oder mehr, aller in den Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern enthaltenen Fasern aus.
Die Gewichte (pro Flächeneinheit) der Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern werden jeweils unabhängig voneinander entsprechend der gewünschten Festigkeit und Abmessungen des Hohlkörpers bestimmt. Wenn der Hohlkörper beispielsweise als Element zum Lagern und Fixieren einer Kraftfahrzeug-Instrumententafel (eines Quadratrohrelements mit einer Größe von 3-10 cm × 3-10 cm) verwendet wird, betragen die Gewichte (pro Flächeneinheit) der Schichten 2 und 3 nicht axial ausgerichteter Fasern des Hohlkörpers jeweils unabhängig voneinander typischerweise 10-1000 g/m², vorzugsweise 100-500 g/m².
Das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Schicht axial ausgerichteter Fasern zu allen Verstärkungsfasern der Schichten nicht axial ausgerichteter Fasern beträgt typischerweise 100:20-100:200 und in Bezug auf die Festigkeit des Hohlkörpers vorzugsweise 100:30-100:150, bevorzugter 100:50-100:120. Alle Verstärkungsfasern der Schichten nicht axial ausgerichteter Fasern beziehen sich auf alle Verstärkungsfasern der inneren Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und der äußeren Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern.
Bei der vorliegenden hierin offenbarten vorliegenden Technologie umfasst eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern. Obwohl in 1 die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfassen, umfasst mindestens eine der Faserschichten 2 und 3 eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern. Wenn zum Beispiel der Hohlkörper die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern aufweist und nicht die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern aufweist, umfasst die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern. Wenn zum Beispiel alternativ der Hohlkörper die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern nicht aufweist und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern aufweist, umfasst die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern. Wenn alternativ zum Beispiel der Hohlkörper die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern aufweist, umfasst mindestens eine, vorzugsweise beide, von innerer Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und äußerer Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern. In diesem Fall, insbesondere wenn eine von innerer Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und äußerer Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfasst, könnte die andere Faserschicht nicht sowohl eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern als auch eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfassen. Insbesondere erfüllt die andere eine der folgenden Bedingungen: (A) die andere umfasst eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und umfasst keine Schicht nicht ausgerichteter Fasern; (B) die andere umfasst keine Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und umfasst eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern; und (C) die andere enthält keine Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern oder eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern. Eine innere Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern und eine äußere Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern, die die Bedingungen A-C erfüllt, sind ähnlich wie eine innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und eine äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern, die nachstehend beschrieben sind (eine innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und eine äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern, von denen jede eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfasst). Die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern werden nachstehend als „die Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern“ bezeichnet, wenn die gleiche Beschreibung für beide diese Schichten gelten kann.
Die Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern umfasst eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern und kann beispielsweise jeweils unabhängig voneinander weiterhin eine oder mehrere Faserschichten umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Faserwebschichten, Faserflechtschichten und Fasergewirkschichten bestehen. Wenn eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern umfasst, dann wird, wenn die Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfasst, die Beeinträchtigung der Ausrichtung der Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern während der Herstellung verhindert oder reduziert, und daher sind Verstärkungsfasern ausreichend parallel zur Umfangsrichtung in der Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern ausgerichtet. Daher kann der Hohlkörper eine ausreichend hohe Festigkeit erlangen. Wenn die Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern keine Schicht nicht ausgerichteter Fasern umfasst, wird die Ausrichtung der Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern beeinträchtigt, und beispielsweise sind Verstärkungsfasern in schräger Richtung zur Umfangsrichtung ausgerichtet oder sind gekrümmt.
Die Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern bezeichnet eine Faserschicht, die Verstärkungsfasern enthält, die parallel zur Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind. In der vorliegenden hierin offenbarten Technologie enthält die Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern vorzugsweise nur Verstärkungsfasern, die parallel zur Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind. Eine solche bevorzugte Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern enthält nicht unbedingt exakt nur Verstärkungsfasern, die parallel zur Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind. Bei einer solchen bevorzugten Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern sind 95 Massen-% oder mehr, vorzugsweise 98 Massen-% oder mehr, der darin enthaltenen Verstärkungsfasern im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet. Wie hierin verwendet bedeutet der Begriff „im Wesentlichen parallel“ bezüglich Verstärkungsfasern und der Umfangsrichtung des Hohlkörpers, dass der Winkel zwischen den Verstärkungsfasern und der Umfangsrichtung des Hohlkörpers im Bereich von ±8° liegt.
Als konkretes Beispiel für die Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern wird beispielsweise vorzugsweise eine so genannte Cordgewebe-Verstärkungsfaserlage verwendet. Die Cordgewebe-Verstärkungsfaserlage bezeichnet eine Faserlage, die mehrere Verstärkungsfaserbündel enthält (z.B. enthält jedes Bündel 8-120 Verstärkungsfasern), die nebeneinander und im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet angeordnet sind, wobei jedes Bündel parallel zu einer ersten Richtung (z.B. der Umfangsrichtung des Hohlkörpers) verläuft, und die mithilfe von Verbindungsfäden in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung miteinander verbunden sind. Der Verbindungsfaden kann entweder aus einem thermoplastischen Polymer oder aus Verstärkungsfasern gebildet sein. Ein Roving aus Verstärkungsfasern (ein Bündel von Glasfasern), die in der Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern enthalten sind, liegt typischerweise im Bereich von 100-1000 tex (g/km).
Die Schicht nicht ausgerichteter Fasern bezeichnet eine Faserschicht, die Verstärkungsfasern enthält, die nicht in einer bestimmten Richtung ausgerichtet sind (z.B. sind Verstärkungsfasern unregelmäßig willkürlich ausgerichtet). Beispiele für die Schicht nicht ausgerichteter Fasern umfassen Vliesschichten aus Verstärkungsfasern und in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschichten.
Als Vliesschicht wird beispielsweise vorzugsweise eine so genannte Faserschnittmatte aus Verstärkungsfasern verwendet. Die Faserschnittmatte aus Verstärkungsfasern bezeichnet eine Vliesschicht, die geschnittene Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 6-66 mm enthält, die mithilfe eines Bindemittelharzes miteinander verbunden sind. Eine Faserschnittmatte, die als Vliesschicht der in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltenden Vliesschicht verwendet wird, kann durch willkürliches Nähen von geschnittenen Verstärkungsfasern auf die Cordgewebe-Verstärkungsfaserlage gebildet werden. Das Bindemittel umfasst typischerweise ein thermoplastisches Polymer.
Erfindungsgemäß ist die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht eine Faserverbundschicht, welche in einer ersten Alternative durch Verbinden mehrerer Verstärkungsfaserbündel (In Umfangsrichtung ausgerichtetes Faserbündel) (z.B. enthält jedes Bündel 8-120 Verstärkungsfasern) mit der Vliesschicht aus Verstärkungsfasern erhalten wird, so dass die Bündel parallel zur Umfangsrichtung des Hohlkörpers und im gleichen Abstand ausgerichtet sind. In einer zweiten Alternative kann die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht eine Faserverbundschicht sein, die durch willkürliches Nähen und Fixieren von geschnittenen Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 6-66 mm auf der Cordgewebe-Verstärkungsfaserlage erhalten wird. Als in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht wird beispielsweise vorzugsweise ein Faserschnittmatten-Cordgewebe verwendet. Das Faserschnittmatten-Cordgewebe bezeichnet eine Verbundmatte, die durch willkürliches Nähen von geschnittenen Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 6-66 mm auf der Cordgewebe-Verstärkungsfaserlage erhalten wird. Der Nähfaden kann entweder ein Faden aus einem thermoplastischen Polymer oder ein Faden aus Verstärkungsfasern sein. Das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Vliesschicht zu allen Verstärkungsfasern als in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern beträgt typischerweise 100:20-100:200 und in Bezug auf die Festigkeit des Hohlkörpers vorzugsweise 100:30-100:150, bevorzugter 100:50-100:120.
Die Faserwebschicht kann eine beliebige Faserschicht sein, die Verstärkungsfasern enthält, die eine Gewebestruktur bilden. Beispiele für die Gewebestruktur umfassen Leinwandbindung, Köperbindung, Satinbindung und Doppelbindung. Die Verstärkungsfasern der Faserwebschicht sind regelmäßig willkürlich ausgerichtet.
Die Faserflechtschicht kann eine beliebige Faserschicht sein, die Verstärkungsfasern enthält, die eine Geflechtstruktur bilden. Die Verstärkungsfasern der Faserflechtschicht sind regelmäßig willkürlich ausgerichtet.
Die Fasergewirkschicht kann eine beliebige Faserschicht sein, die Verstärkungsfasern enthält, die eine Gewirkstruktur bilden. Beispiele für die Gewirkstruktur sind Schussgewirk und Kettengewirk. Die Verstärkungsfasern der Fasergewirkschicht sind regelmäßig willkürlich ausgerichtet.
In 1 umfasst die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern eine erste innere Schicht 21a nicht axial ausgerichteter Fasern und eine zweite innere Schicht 22a nicht axial ausgerichteter Fasern, und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern umfasst eine erste äußere Schicht 31 a nicht axial ausgerichteter Fasern und eine zweite äußere Schicht 32a nicht axial ausgerichteter Fasern. Die Anzahl, die Arten und die Anordnung von Faserschichten, die jeweils die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, sind jedoch nicht besonders beschränkt, solange die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfassen.
Die Anzahl der Schichten nicht ausgerichteter Fasern in der Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern ist nicht besonders beschränkt, solange die Beeinträchtigung der Ausrichtung in der Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern verhindert oder reduziert werden kann.
Wenn zum Beispiel die Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern eine einzelne Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern umfasst, beträgt die Anzahl der nicht Schichten ausgerichteter Fasern typischerweise ein oder mehrere, insbesondere 1 oder 2.
Wenn beispielsweise die Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern zwei Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern umfasst, beträgt die Anzahl der Schichten nicht ausgerichteter Fasern typischerweise ein oder mehrere, insbesondere 1-3.
In der Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern ist eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers 10, d.h. einer äußersten Oberfläche oder einer innersten Oberfläche, angeordnet. Es ist zu beachten, dass wie nachfolgend beschrieben zur Verbesserung der Gestaltung des äußeren Erscheinungsbildes die Schicht nicht ausgerichteter Fasern an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. In diesem Fall ist die Schicht nicht ausgerichteter Fasern bevorzugter benachbart zu einer Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern. Wenn eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern an einer periphersten Oberfläche angeordnet ist, wird ein direkter Einfluss einer Matrize auf eine Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern reduziert, und daher werden in der Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, die an die Schicht nicht ausgerichteter Fasern angrenzt, Verstärkungsfasern leichter parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet werden, was zu einer Verbesserung der Gestaltung des äußeren Erscheinungsbildes des Hohlkörpers führt. Der Begriff „Schicht nicht ausgerichteter Fasern ist an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet“ bedeutet hier, dass die Schicht nicht ausgerichteter Fasern an der innersten Oberfläche des Hohlkörpers in der inneren Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern oder an der äußersten Oberfläche des Hohlkörpers in der äußeren Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern angeordnet ist. So sind beispielsweise, wie in 1 dargestellt, die erste innere Schicht 21a nicht axial ausgerichteter Fasern und die erste äußere Schicht 31a nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise eine Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, und die zweite innere Schicht 22a nicht axial ausgerichteter Fasern und die zweite äußere Schicht 32a nicht axial ausgerichteter Fasern sind vorzugsweise eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht. Beispielsweise ist auch in einer bevorzugten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, eine vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht. Beispielsweise ist auch in einer bevorzugten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, eine vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht. Es ist zu beachten, dass die vorstehende Anordnung der Faserschichten in dem Hohlkörper auf der Annahme beruht, dass das härtbare Harz nicht enthalten ist.
Erfindungsgemäß ist eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht, die eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern ist, an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet, wobei eine Vliesschicht der in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltenden Vliesschicht an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. Insbesondere in Bezug auf die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht wird die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern bevorzugter so verwendet, dass eine Vliesschicht derselben an der innersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist, und die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern wird bevorzugter so verwendet, dass eine Vliesschicht derselben an der äußersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. Denn Verstärkungsfasern einer daran angrenzenden Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern können leichter parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet werden, was zu einer Verbesserung der Gestaltung des äußeren Erscheinungsbildes des Hohlkörpers führt. So wird beispielsweise in 1 eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als zweite innere Schicht 22a nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise so verwendet, dass die Vliesschicht derselben an der innersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. Eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als zweite äußere Schicht 32a nicht axial ausgerichteter Fasern wird vorzugsweise so verwendet, dass die Vliesschicht derselben an der äußersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. So wird beispielsweise auch in einer in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise so verwendet, dass die Vliesschicht derselben an der innersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. So wird beispielsweise auch in einer in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise so verwendet, dass die Vliesschicht derselben an der äußersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist.
In dem Fall, dass eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht, die eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern ist, an einem anderen Abschnitt als einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist, kann die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht so verwendet werden, dass die Vliesschicht derselben entweder der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern zugewandt ist oder in eine entgegengesetzte Richtung zur Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern weist.
Darüber hinaus können zwei oder mehr Schichten nicht ausgerichteter Fasern nacheinander angeordnet werden.
Für den Fall, dass die Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern zwei oder mehr Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern umfasst, können zwei oder mehr der Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern nacheinander angeordnet werden, oder es kann eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern zwischen den Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern vorgesehen werden.
Bei der vorliegenden hierin offenbarten Technologie beträgt das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Schicht axial ausgerichteter Fasern zu allen Verstärkungsfasern der Schicht(en) in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern typischerweise 100:1-100:100 und in Bezug auf die Festigkeit des Hohlkörpers vorzugsweise 100:10-100:100, bevorzugter 100:20-100:80 und noch bevorzugter 100:30-100:70. Mit allen Verstärkungsfasern der Schicht(en) in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern sind alle Verstärkungsfasern aller Schicht(en) in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, die in dem Hohlkörper enthalten sind, gemeint. Für den Fall, dass eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als Schicht nicht ausgerichteter Fasern verwendet wird, sind auch Verstärkungsfasern, die als in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern dienen, die in der in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltenden Vliesschicht enthalten sind, enthalten.
Das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Schicht axial ausgerichteter Fasern zu allen Verstärkungsfasern der Schicht(en) nicht ausgerichteter Fasern beträgt typischerweise 100:10-100:100 und in Bezug auf die Festigkeit des Hohlkörpers vorzugsweise 100:10-100:70, bevorzugter 100:20-100:50. Mit allen Verstärkungsfasern der Schicht(en) nicht ausgerichteter Fasern sind alle Verstärkungsfasern gemeint, die in allen Schicht(en) nicht ausgerichteter Fasern enthalten sind, die den Hohlkörper bilden. Für den Fall, dass eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als Schicht nicht ausgerichteter Fasern verwendet wird, sind Verstärkungsfasern, die eine Vliesschicht bilden, die in der in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltenden Vliesschicht enthalten ist, enthalten, und Verstärkungsfasern, die als in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern der in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltenden Vliesschicht dienen, nicht enthalten.
Obwohl der Hohlkörper 10a in einem in 1 gezeigten Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung des Hohlkörpers (im Folgenden auch einfach als „vertikaler Querschnitt“ bezeichnet) eine quadratische Form aufweist, ist die vorliegende Offenbarung darauf nicht beschränkt, solange der Hohlkörper 10a eine Hohlform aufweist. Konkrete Beispiele für die vertikale Querschnittsform des Hohlkörpers 10a umfassen rechteckige Formen, kreisförmige Formen, elliptische Formen, fünfeckige oder höhere polygonale Formen und Verbundformen davon. Rechteckige Formen können alle geeigneten vierseitigen Formen umfassen, wie z.B. quadratische Formen und rechteckige Formen. Bei Automobilanwendungen weist der Hohlkörper zwecks einfacher Anbringung an verschiedenen Elementen vorzugsweise eine rechteckige Form, insbesondere eine quadratische Form, auf.
Bei der vorliegenden hierin offenbarten Technologie überlappen sich die Faserschichten, die die Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, vorzugsweise an Endabschnitten 4a und 4b in deren Umfangsrichtung, wie in 1 dargestellt. Konkret ist, wie in 1 dargestellt, im vertikalen Querschnitt ein erster Endabschnitt der Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise auf einem zweiten Endabschnitt an einem Verbindungsabschnitt dieser Endabschnitte angeordnet, so dass ein Überlappungsabschnitt 4a, 4b gebildet wird. Der Überlappungsabschnitt ist kontinuierlich in axialer Richtung des Hohlkörpers ausgebildet. Dadurch kann der Hohlkörper eine ausreichendere hohe Festigkeit erlangen.
Jede Faserschicht, die in der Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern enthalten ist, kann eine einzelne Faserschicht sein, wie die zweite innere Schicht 22a nicht axial ausgerichteter Fasern aus 1, d.h. sie umfasst keine einzelnen Faserschichten, die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, und Endabschnitte der Faserschicht selbst können sich überlappen, um einen Überlappungsabschnitt 4a zu bilden. In 1 überlappen sich die Endabschnitte der zweiten inneren Schicht 22a nicht axial ausgerichteter Fasern selbst, um einen einzigen Überlappungsabschnitt 4a in der Umfangsrichtung zu bilden.
Jede Faserschicht, die in der Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern enthalten ist, kann zwei oder mehr einzelne Faserschichten umfassen, die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, wie die erste innere Schicht 21a nicht axial ausgerichteter Fasern, die erste äußere Schicht 31a nicht axial ausgerichteter Fasern und die zweite äußere Schicht 32a nicht axial ausgerichteter Fasern aus 1, und Endabschnitte in der Umfangsrichtung benachbarter dieser zwei oder mehr Faserschichten können sich überlappen, um einen überlappenden Abschnitt 4b zu bilden. In 1 umfassen die erste innere Schicht 21a nicht axial ausgerichteter Fasern, die erste äußere Schicht 31a nicht axial ausgerichteter Fasern und die zweite äußere Schicht 32a nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils vier einzelne Faserschichten, die in Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, und Endabschnitte in der Umfangsrichtung benachbarter der vier Faserschichten überlappen sich gegenseitig, um insgesamt vier überlappende Abschnitte 4b in der Umfangsrichtung zu bilden.
Die Position, an der der Überlappungsabschnitt gebildet wird, ist nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise überlappen sich Endabschnitte einer Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern an einer Stelle, an der sich Spannung wahrscheinlich in der vertikalen Querschnittsform des Hohlkörpers konzentriert, z.B. an oder nahe einem Winkelabschnitt.
In dem Fall, in dem der vertikale Querschnitt des Hohlkörpers beispielsweise eine rechteckige Form oder polygonale Form aufweist, überlappen sich Endabschnitte jeder Faserschicht, die in der Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern enthalten sind, vorzugsweise an oder in der Nähe eines Winkelabschnitts dieser Form im Hinblick auf eine Verbesserung der Konstruktion und eine weitere Verbesserung der Festigkeit des Hohlkörpers. Dies liegt daran, dass sich Spannung wahrscheinlich an einem Winkelabschnitt dieser Formen konzentriert, und daher wird die Festigkeit weiter verbessert, wenn ein Überlappungsabschnitt an oder nahe einem Winkelabschnitt gebildet wird. Wenn der Hohlkörper eine rechteckige Form oder polygonale Form aufweist, umfassen aus einem ähnlichen Grund die erste innere Schicht 21a nicht axial ausgerichteter Fasern, die erste äußere Schicht 31a nicht axial ausgerichteter Fasern und die zweite äußere Schicht 32a nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils vorzugsweise zwei oder mehr einzelne Faserschichten (insbesondere 2-4 Faserschichten), die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, wobei jeder Endabschnitt davon in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers in oder in der Nähe eines Winkelabschnitts positioniert ist. Infolgedessen überlappen sich Endabschnitte in der Umfangsrichtung benachbarter der zwei oder mehreren (insbesondere 2-4) Faserschichten an oder in der Nähe von Winkelabschnitten, so dass Überlappungsabschnitte 4b an oder in der Nähe der Winkelabschnitte gebildet werden. Zu beachten ist, dass der Begriff „an oder nahe einem Winkelabschnitt“ in Bezug auf einen Überlappungsabschnitt im vertikalen Querschnitt bedeutet, dass der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt des Winkelabschnitts und dem Überlappungsabschnitt innerhalb von 5 mm liegt. So beträgt beispielsweise der Abstand vorzugsweise 0 mm, wie die Überlappungsabschnitte 4b von 1.
Insbesondere ist eine Faserschicht, die an der innersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist, z.B. die zweite innere Schicht 22a nicht axial ausgerichteter Fasern aus 1, vorzugsweise eine einzelne Faserschicht, d.h. sie umfasst keine einzelnen Faserschichten, die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, und vorzugsweise überlappen sich bei Nutzung des Hohlraums des Hohlkörpers zwecks Transport Endabschnitte dieser Faserschicht 22a selbst.
Der nachstehend beschriebene Wert (Mittelwert) einer Bruchlast (N) des Hohlkörpers 10, gemessen in einem Biegeversuch, variiert je nach Materialanteilen für jede Schicht des Hohlkörpers 10 usw. und ist daher nicht besonders beschränkt. Um dem Hohlkörper 10 eine ausreichend hohe Festigkeit zu verleihen, beträgt der Wert der Bruchlast vorzugsweise 8000-30000 N, vorzugsweise 9000-20000 N, und besonders bevorzugt 10000-15000 N.
Der nachstehend beschriebene Wert (Mittelwert) eines Biegemoduls (GPa) des Hohlkörpers 10, gemessen in einem Biegeversuch, variiert je nach Materialanteilen für jede Schicht des Hohlkörpers 10 usw. und ist daher nicht besonders beschränkt. Um dem Hohlkörper 10 eine gute Bearbeitbarkeit zu verleihen, beträgt der Wert des Biegemoduls vorzugsweise 18-50 GPa, bevorzugter 24,5-40 GPa und besonders bevorzugt 25-30 GPa.
Bei den Werten der Bruchlast und des Biegemoduls ist es wünschenswert, dass die Bruchlast in den obigen Bereich fällt. Bevorzugter fallen sowohl die Werte der Bruchlast als auch des Biegemoduls in die obigen jeweiligen Bereiche, um den Hohlkörper 10 gleichzeitig mit einer hohen Festigkeit und guten Bearbeitbarkeit zu erhalten.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden hierin offenbarten Technologie sind in 2 und 3 dargestellt. Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung dieser Ausführungsformen die gleichen Teile wie die der Ausführungsform von 1 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und nicht näher beschrieben werden. Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Festigkeit des Hohlkörpers sind die vorstehende Ausführungsform von 1 und eine nachstehend beschriebene Ausführungsform von 2 bevorzugt, und die Ausführungsform von 1 ist bevorzugter.
(Ausführungsform von Fig. 2)
2 zeigt einen Hohlkörper 10b, der einen vertikalen Querschnitt mit rechteckiger Form aufweist und eine Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern, eine erste innere Schicht 21b nicht axial ausgerichteter Fasern, eine zweite innere Schicht 22b nicht axial ausgerichteter Fasern, eine dritte innere Schicht 23b nicht axial ausgerichteter Fasern und eine vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern aufweist, die auf der Innenseite der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern vorgesehen sind. In 2 ist die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern ähnlich wie die vorstehend beschriebene. Die erste innere Schicht 21b nicht axial ausgerichteter Fasern, die zweite innere Schicht 22b nicht axial ausgerichteter Fasern, die dritte innere Schicht 23b nicht axial ausgerichteter Fasern und die vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern sind jeweils unabhängig voneinander aus einem Bereich ausgewählt, der demjenigen der vorstehend beschriebenen Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern ähnlich ist, solange die Faserschicht eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfasst.
In dieser Ausführungsform sind die zweite innere Schicht 22b nicht axial ausgerichteter Fasern und die dritte innere Schicht 23b nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise eine Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern.
Die erste innere Schicht 21b nicht axial ausgerichteter Fasern ist nicht besonders beschränkt und ist beispielsweise eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht.
Die vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern ist vorzugsweise eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht.
Es kann eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als erste innere Schicht 21b nicht axial ausgerichteter Fasern verwendet werden, wobei die Vliesschicht derselben in Kontakt mit der zweiten inneren Schicht 22b nicht axial ausgerichteter Fasern angeordnet ist oder wobei die Vliesschicht derselben in Kontakt mit der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern angeordnet ist. Es kann eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern verwendet werden, wobei die Vliesschicht derselben hinsichtlich der Ausrichtung einer Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern als dritte innere Schicht 23b nicht axial ausgerichteter Fasern an der innersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform umfassen zur weiteren Verbesserung der Festigkeit des Hohlkörpers die erste innere Schicht 21b nicht axial ausgerichteter Fasern, die zweite innere Schicht 22b nicht axial ausgerichteter Fasern und die dritte innere Schicht 23b nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils vorzugsweise vier einzelne Faserschichten, die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, wobei Endabschnitte davon an oder nahe Winkelabschnitten positioniert sind, wie in 2 dargestellt ist. Infolgedessen überlappen sich in jeder von erster innerer Schicht 21b nicht axial ausgerichteter Fasern, zweiter innerer Schicht 22b nicht axial ausgerichteter Fasern und dritter innerer Schicht 23b nicht axial ausgerichteter Fasern Endabschnitte in der Umfangsrichtung benachbarter der vier Faserschichten, und die sich ergebenden vier Überlappungsabschnitte 4b sind an oder nahe Winkelabschnitten positioniert.
In dieser Ausführungsform ist die vierte innere Schicht 24b nicht axial ausgerichteter Fasern vorzugsweise eine einzelne Faserschicht, d.h. sie umfasst keine einzelnen Faserschichten, die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, und Endabschnitte der Faserschicht 24b selbst überlappen sich vorzugsweise gegenseitig, was die Nutzung des Hohlraums des Hohlkörpers zum Transport betrifft.
(Ausführungsform von Fig. 3)
3 zeigt einen Hohlkörper 10c, der einen vertikalen Querschnitt mit rechteckiger Form aufweist und eine Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern, eine erste äußere Schicht 31c nicht axial ausgerichteter Fasern, eine zweite äußere Schicht 32c nicht axial ausgerichteter Fasern, eine dritte äußere Schicht 33c nicht axial ausgerichteter Fasern und eine vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern aufweist, die auf der Außenseite der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern vorgesehen sind. In 3 ist die Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern ähnlich wie die vorstehend beschriebene. Die erste äußere Schicht 31 c nicht axial ausgerichteter Fasern, die zweite äußere Schicht 32c nicht axial ausgerichteter Fasern, die dritte äußere Schicht 33c nicht axial ausgerichteter Fasern und die vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern sind jeweils unabhängig voneinander aus einem Bereich ausgewählt, der demjenigen der vorstehend beschriebenen Schicht 2 (3) nicht axial ausgerichteter Fasern ähnlich ist, solange die Faserschicht eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern umfasst.
In dieser Ausführungsform sind die zweite äußere Schicht 32c nicht axial ausgerichteter Fasern und die dritte äußere Schicht 33c nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise eine Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern.
Die erste äußere Schicht 31 c nicht axial ausgerichteter Fasern ist beispielsweise eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht.
Die vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern ist vorzugsweise eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern, insbesondere eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht.
Es kann eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als erste äußere Schicht 31c nicht axial ausgerichteter Fasern verwendet werden, wobei die Vliesschicht derselben in Kontakt mit der zweiten äußeren Schicht 32c nicht axial ausgerichteter Fasern angeordnet ist oder wobei die Vliesschicht derselben in Kontakt mit der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern angeordnet ist. Bevorzugt wird eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht als vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern verwendet, wobei die Vliesstoffschicht derselben in Bezug auf die Ausrichtung einer Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern als dritte äußere Schicht 33c nicht axial ausgerichteter Fasern an der äußersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform umfassen hinsichtlich einer weiteren Verbesserung der Festigkeit des Hohlkörpers die erste äußere Schicht 31 c nicht axial ausgerichteter Fasern, die zweite äußere Schicht 32c nicht axial ausgerichteter Fasern, die dritte äußere Schicht 33c nicht axial ausgerichteter Fasern und die vierte äußere Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern jeweils vorzugsweise vier einzelne Faserschichten, die in der Umfangsrichtung des Hohlkörpers voneinander getrennt sind, wobei Endabschnitte davon an oder nahe Winkelabschnitten positioniert sind, wie in 3 dargestellt ist. Infolgedessen überlappen sich in jeder der ersten äußeren Schicht 31c nicht axial ausgerichteter Fasern, der zweiten äußeren Schicht 32c nicht axial ausgerichteter Fasern, der dritten äußeren Schicht 33c nicht axial ausgerichteter Fasern und der vierten äußeren Schicht 34c nicht axial ausgerichteter Fasern Endabschnitte in der Umfangsrichtung benachbarter der vier Faserschichten, und die sich ergebenden vier Überlappungsabschnitte 4b sind an oder nahe Winkelabschnitten positioniert.
(Andere Materialien)
Der Hohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie umfasst die vorstehenden Faserschichten und zusätzlich ein härtbares Harz, das die Faserschichten durchdringt. Als härtbares Harz kann jedes beliebige, das bisher üblicherweise in faserverstärkten Harzhohlkörpern verwendet wurde, verwendet werden. Konkrete Beispiele für das härtbare Harz sind wärmehärtbare Harze, wie beispielsweise ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze, Vinylesterharze und Phenolharze.
Das härtbare Harz kann ein Additiv enthalten, wie beispielsweise einen häufig verwendeten Katalysator, Trennmittel, Pigment, Schwindungshemmer oder Silanhaftvermittler.
(Abmessungen und äußeres Erscheinungsbild)
Der Hohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie kann jede geeignete Dicke aufweisen, die ggf. gemäß einer Anwendung derselben bestimmt werden kann. Der Hohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie weist eine Dicke von beispielsweise 1-20 mm, insbesondere 1-10 mm und vorzugsweise 1-3 mm auf. Die Dicke des Hohlkörpers bezieht sich auf eine Wanddicke des Hohlkörpers.
Der Hohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie kann jeden geeigneten Außenumfang aufweisen, der ggf. gemäß einer Anwendung derselben bestimmt werden kann. Der Hohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie weist einen Außenumfang von beispielsweise 125-300 mm auf. Der Außenumfang des Hohlkörpers bezieht sich auf einen Außenumfang des Hohlkörpers in einem vertikalen Querschnitt desselben. Wenn die vertikale Querschnittsform des Hohlkörpers eine rechteckige Form hat, ist die Länge einer Seite desselben nicht besonders beschränkt und beträgt beispielsweise 45-75 mm. Wenn die vertikale Querschnittsform des Hohlkörpers eine Kreisform hat, ist der Durchmesser desselben nicht besonders beschränkt und beträgt beispielsweise 45-75 mm.
Wenn ein äußeres Erscheinungsbild des Hohlkörpers 10 der vorliegenden hierin offenbarten Technologie visuell geprüft wird, wird ein Muster der in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern auf der Außenfläche des Hohlkörpers wahrgenommen. Dieses Muster kann beispielsweise durch einen Einfluss einer Reibungskraft, die entsteht, wenn die Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern mit einer Matrize in Kontakt gebracht wird, zu einer Bogenform verformt werden. In diesem Zusammenhang ist es im Hinblick auf die hohe Festigkeit und das ausgezeichnete Design des Hohlkörpers 10 wünschenswerter, dass das Muster der in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern nicht verformt wird und parallel zur Umfangsrichtung verlaufend wahrgenommen wird. Daher wird, wie vorstehend beschrieben, eine Schicht nicht ausgerichteter Fasern (Mattenschicht) an einer periphersten Oberfläche angeordnet.
[Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzhohlkörpers]
Der faserverstärkte Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie kann durch Pultrusion hergestellt werden. Bei der Pultrusion werden, wie in 4 spezifisch dargestellt, zunächst Verstärkungsfasern 51 zur Bildung der Schicht 1 axial ausgerichteter Fasern mit einem härtbaren Harz 50 imprägniert. Anschließend verbinden sich die mit dem härtbaren Harz imprägnierten Verstärkungsfasern 51 mit einer Faserlage(n) (Faserschicht) 52 zur Bildung der inneren Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern. Als Nächstes verbinden die Verstärkungsfasern 51 und die Faserlagen 52 eine Faserlage(n) 53 zum Bilden der äußeren, Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern. Die Anzahl der Faserlagen 52 wird ggf. entsprechend der Art und Anzahl der einzelnen Faserschichten, die die innere Schicht 2 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, angepasst. Die Anzahl der Faserlagen 53 wird ggf. entsprechend der Art und Anzahl der einzelnen Faserschichten, die die äußere Schicht 3 nicht axial ausgerichteter Fasern bilden, angepasst. Danach werden diese Fasern und Faserlagen von einer Führung 54 geführt, während sie so angeordnet sind, dass im vertikalen Querschnitt eine vorbestimmte Schichtstruktur erhalten wird. Die Faserlagen 52 und die Faserlagen 53 werden mit dem härtbaren Harz imprägniert, das die Verstärkungsfasern 51 durchdringt. Der Schichtaufbau wird von einem Ende aus in eine Matrize 55 gezogen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Faserlagen 52 und 53 optional durch die Führung 54 so eingestellt, dass sich Endabschnitte in Umfangsrichtung derselben überlappen. In der Matrize 55 wird das härtbare Harz durch Erwärmen ausreichend gehärtet, um den faserverstärkten Harzhohlkörper 10 zu erhalten. Der resultierende faserverstärkte Harzhohlkörper 10 wird mit einer Zugvorrichtung 56 (z.B. der Doppelgreifertechnologie) kontinuierlich aus der Matrize 55 herausgezogen und einem nachfolgenden Prozess unterzogen, wie z.B. dem Zuschneiden auf eine vorgegebene Länge mithilfe einer Schneidvorrichtung 57.
Beispiele
Als Nächstes werden Beispiele beschrieben, die konkret durchgeführt wurden.
(Biegetest)
An Proben von faserverstärkten Harzhohlkörpern wurde gemäß Beispielen mithilfe eines nachfolgend beschriebenen Verfahrens ein Dreipunktbiegetest durchgeführt, um die Bruchlast und den Biegemodul jeder Probe zu berechnen.
Insbesondere wurde, wie in 6A dargestellt, jede Probe (faserverstärkter Harzhohlkörper) 10 mit einer Länge von 1400 mm, wie nachfolgend beschrieben, auf eine U-förmige Biegung 61 mit einer Spannweite k von 800 mm gelegt. Danach wurde an einem mittleren Abschnitt der Probe 10 eine Last aufgebracht, bis sie brach, wobei eine Prüfvorrichtung 62 mit einem Abdeckelement (U-förmige Vorrichtung) 11 zwischen die Probe 10 und die Prüfvorrichtung 62 mit einer Traversengeschwindigkeit von 20 mm/min gesetzt wurde. Die vertikale Durchbiegung des mittleren Abschnitts, an dem die Last aufgebracht wurde, d.h. die vertikale Durchbiegung der Traverse, und der Wert der Last wurden gemessen. Die Bruchlast und der Biegemodul der Probe wurden aus der Vertikalablenkung und dem Lastwert berechnet. Zu beachten ist, dass es sich bei den 6B und 6C um Querschnittsansichten entlang von B-B bzw. C-C von 6A handelt.
Das Abdeckelement 11 war aus Stahl gefertigt und hatte eine Dicke (t1 = t2 = t3) (siehe 6B) von 10 mm, eine Abdecktiefe (h1 = h2) (siehe 6B) von 38,8 mm und eine Länge in axialer Richtung (j) (siehe 6A) von 100 mm. Die Probe 10 wurde nicht durch einen Bolzen oder dergleichen mit dem Abdeckelement 11 verbunden.
Zu beachten ist, dass der Biegetest an vielen von vier Proben mit gleicher Konfiguration durchgeführt wurde. Nachdem die Bruchlasten jeder Charge berechnet wurden, wurde der Mittelwert der vier berechneten Werte jeder Charge berechnet, und der Mittelwert wurde als Bruchlast jeder Probe betrachtet. Dies gilt für den Biegemodul jeder Probe.
(Proben)
Es wurden Hohlkörperproben der Beispiele nach dem vorstehenden Verfahren zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers hergestellt. 7 zeigt die Formen und Abmessungen der Proben, die in den nachfolgend beschriebenen Beispielen verwendet werden. Zu beachten ist, dass die Einheit der Zahlenwerte von 7 „mm“ ist.
8 zeigt auch die in den Beispielen verwendeten Materialien.

Die Tabellen 1 und 2 sowie 9A, 9B, 10 und 11 zeigen die Konfigurationen der Proben A-1, A-2, C-1 und C-2 der Beispiele 1-4 sowie deren Bruchlasten und Biegemodule, die sich aus dem Biegetest ergeben.

[Tabelle 2]

Proben	Materialeigenschaften					Länge des Erzeugnisses (mm)	Masse des Erzeugnisses (kg)	Masse pro Einheit (kg/m)	Bruchlast (N) Mittel	Biegemodul (GPa) Mittel
	Menge an Glasfasern (g/m)				Harzmasse (g/m)
	Umfangsrichtung	Axiale Richtung	Willkürliche Richtungen	Gesamt	Harzmasse (g/m)
Beispiel 1 (A-1)	239,2	549,2	180,0	968,4	301,6	1402	1,78	1,27	11027	26,20
Beispiel 2 (A-2)	239,2	549,2	180,0	968,4	301,6	1402	1,78	1,27	11081	25,03
Beispiel 3 (C-1)	239,2	549,2	180,0	968,4	301,6	1402	1,78	1,27	10909	25,60
Beispiel 4 (C-2)	239,2	549,2	180,0	968,4	301,6	1402	1,78	1,27	10731	25,82

Wie in Tabelle 2 und 10 und 11 dargestellt umfassen alle Beispiele als innere Schicht nicht axial ausgerichteten Gewebes eine einzelne genähte Cordgewebemattenschicht mit an der innersten Oberfläche angeordneter Mattenschicht. Die Proben A-1 und A-2 der Beispiele 1 und 2 weisen weiterhin jeweils eine äußere Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern, die eine genähte Cordgewebematte enthält, die in 8 dargestellt ist. In der Probe A-1 ist die Mattenschicht (Schicht nicht ausgerichteter Fasern) der genähten Cordgewebematte an der äußersten Oberfläche angeordnet. Bei der Probe A-2 ist die Cordmattenschicht (Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern) der genähten Cordgewebematte an der äußersten Oberfläche angeordnet. Bei beiden Proben wurden eine gute Bruchlast und ein gutes Biegemodul erreicht. So wurde festgestellt, dass selbst bei Umkehrung der Reihenfolge der Schichten an der äußersten Oberfläche ein faserverstärkter Harzhohlkörper mit einer ausreichend hohen Festigkeit und hervorragender Bearbeitbarkeit erhalten wird.
Die Proben C-1 und C-2 der Beispiele 3 und 4 umfassen jeweils eine nicht genähte äußerste Schicht. Bei der Probe C-1 ist die Faserschnittmatte der äußersten Schicht an der äußersten Oberfläche angeordnet (entsprechend der Probe A-1 mit einer an der äußersten Oberfläche angeordneten Mattenschicht). Bei der Probe C-2 ist das S1-Cordgewebe der äußersten Schicht an der äußersten Oberfläche angeordnet (entsprechend der Probe A-2 mit einer an der äußersten Oberfläche angeordneten Cordgewebeschicht). Bei beiden Proben wurden eine gute Bruchlast und ein gutes Biegemodul erreicht. So wurde festgestellt, dass in beiden Fällen ein faserverstärkter Harzhohlkörper mit einer ausreichend hohen Festigkeit und hervorragender Bearbeitbarkeit erhalten wird. Im Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 1 und 2 und der Beispiele 3 und 4 wurde festgestellt, dass ein Hohlkörper mit einer genähten Schicht (Beispiele 1 und 2) eine etwas höhere Festigkeit aufweist als ein Hohlkörper ohne genähte Schicht (Beispiele 3 und 4).
Darüber hinaus wurde das äußere Erscheinungsbild visuell geprüft. 12 und 13 zeigen Fotos von äußeren Erscheinungsbildern der Proben C-1 (Beispiel 3) und C-2 (Beispiel 4). Es wurde festgestellt, dass im Vergleich zum äußeren Erscheinungsbild der in 12 dargestellten Probe C-1 das äußere Erscheinungsbild der in 13 dargestellten Probe C-2 ein Muster einer Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern aufweist, das an der Oberfläche erscheint, die zu einer Bogenform verformt wird. Man meint, dass dies durch eine Reibungskraft verursacht wird, die auftritt, wenn die Schicht in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern mit einer Matrize in Kontakt gebracht wird. Es wird davon ausgegangen, dass, wenn Wert auf die Gestaltung des äußeren Erscheinungsbildes eines Erzeugnisses gelegt wird, eine nicht ausgerichtete Schicht (Mattenschicht) vorzugsweise an der periphersten Oberfläche angeordnet wird, wie bei der Probe C-1.

Als Nächstens wurden Proben mit den in den Tabellen 3 und 4 dargestellten Konfigurationen für die faserverstärkten Harzhohlkörper 10 von 1-3 erzeugt. Der Biegetest wurde durchgeführt, um die in Tabelle 4 dargestellten Bruchlasten und Biegemodule zu erhalten.

[Tabelle 4]

Proben	Materialeigenschaften					Länge des Erzeugnisses (mm)	Masse des Erzeugnisses (kg)	Masse pro Einheit (kg/m)	Bruchlast (N) Mittel	Biegemodul (GPa) Mittel
	Menge an Glasfasern (g/m)				Harzmasse (g/m)
	Umfangsrichtung	Axiale Richtung	Willkürliche Richtungen	Gesamt	Harzmasse (g/m)
Beispiel 5	239,2	488,0	180,0	907,0	312,8	1403	1,72	1,23	12170	22,69
Beispiel 6							1,72	1,23	10360	19,67
Beispiel 7							1,71	1,22	8390	22,58

In Tabelle 3 enthielt eine Verbundschicht A nur eine einzige in 8 dargestellte „genähte Cordgewebematten“-Schicht, und die Mattenschicht wurde wie in Tabelle 3 angegeben angeordnet. Eine Cordgewebeschicht A umfasste nur eine einzige „S2-Cordgewebe“-Schicht, die in 8 dargestellt ist. Eine Rovingschicht A umfasste ein in 8 dargestelltes „Roving“. Zu beachten ist, dass, wie in Tabelle 4 dargestellt, die Proben der Beispiele 5-7 Materialien in anderen Anteilen enthielten als die der in Tabelle 2 dargestellten Beispiele 1-4.
Bei der Probe von Beispiel 5 wurde eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite einer Schicht axial ausgerichteter Fasern vorgesehen. Bei den Proben der Beispiele 6 und 7 wurde nur auf einer der Innen- und Außenseiten einer Schicht axial ausgerichteter Fasern eine Schicht nicht axial ausgerichteter Fasern vorgesehen. Es wurde festgestellt, dass die Probe aus Beispiel 5 im Vergleich zu den Proben aus den Beispielen 6 und 7 sowohl eine gute Bruchlast als auch einen guten Biegemodul aufwies.
Wie vorstehend beschrieben kann die vorliegende hierin offenbarte Technologie einen faserverstärkten Harzhohlkörper mit einer ausreichend hohen Festigkeit bereitstellen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Der faserverstärkte Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie ist als verschiedene Elemente für den Einsatz in einer Vielzahl von Bereichen nützlich, wie z.B. dem Bereich von Flüssigkeitstransport, dem Bereich der Architektur und dem Automobilbereich. Der Harzhohlkörper der vorliegenden hierin offenbarten Technologie ist besonders nützlich als Element zum direkten oder indirekten Lagern und Befestigen einer Fahrzeuginstrumententafel. Beispiele für ein solches Element umfassen im Automobilbereich Querträger, Mittelelemente, eine Bremspedalrückwärtsverlagerung verhindernde Halter, Verkleidungshalterungen, Oberteile der Lenkkonsole und Unterteile der Lenkkonsole.
BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN

1: SCHICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
2: SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
3: SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
4a, 4b: ÜBERLAPPUNGSABSCHNITT
10, 10a, 10b, 10c: FASERVERSTÄRKTER HARZHOHLKÖRPER
21a, 21b: ERSTE INNERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
22a, 22b: ZWEITE INNERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
23b: DRITTE INNERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
24b: VIERTE INNERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
31a, 31c: ERSTE ÄUSSERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
32a, 32c: ZWEITE ÄUSSERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
33c: DRITTE ÄUSSERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN
34c: VIERTE ÄUSSERE SCHICHT NICHT AXIAL AUSGERICHTETER FASERN

Claims

Faserverstärkter Harzhohlkörper, umfassend: eine Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern, die parallel zu einer axialen Richtung des Hohlkörpers ausgerichtete Verstärkungsfasern enthält; und mindestens eine Schicht (2, 3) nicht axial ausgerichteter Fasern, die auf der Innen- oder Außenseite der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern vorgesehen ist und Verstärkungsfasern enthält, die in einer anderen Richtung als der Ausrichtungsrichtung der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern orientiert sind, wobei die Schicht (2, 3) nicht axial ausgerichteter Fasern eine oder mehrere Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthalten, die parallel zu einer Umfangsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet sind, und eine oder mehrere Schichten nicht ausgerichteter Fasern, die Verstärkungsfasern enthalten, die nicht in einer bestimmten Richtung ausgerichtet sind, umfasst, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Schichten nicht ausgerichteter Fasern an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der einen oder mehreren Schichten (2, 3) nicht ausgerichteter Fasern, die an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet sind, eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht (Q1, Q5, Q6) ist, und die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht (Q1, Q5, Q6) eine Vliesschicht umfasst, welche an einer periphersten Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist, wobei die in Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Vliesschicht (Q1, Q5, Q6) eine Faserverbundschicht ist, die durch Verbinden mehrerer in Umfangsrichtung ausgerichteter Faserbündel mit der Vliesschicht erhalten wird und/oder eine Faserverbundschicht ist, die durch willkürliches Nähen und Fixieren von geschnittenen Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 6-66 mm auf einer Faserschicht, welche durch Verbinden von mehreren in Umfangsrichtung ausgerichteten Faserbündeln gefertigt ist, erhalten wird.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine der einen oder mehreren Schichten nicht ausgerichteter Fasern, die an der periphersten Oberfläche angeordnet ist, benachbart zu mindestens einer der einen oder mehreren Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern angeordnet ist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-2, wobei sowohl auf der Innen- als auch Außenseite der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern eine Schicht (2, 3) nicht axial ausgerichteter Fasern vorgesehen ist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der faserverstärkte Harzhohlkörper in einem vertikalen Querschnitt desselben bezüglich der axialen Richtung eine Rechteckform aufweist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Schicht axial ausgerichteter Fasern (1) zu allen Verstärkungsfasern der Schicht (2, 3) nicht axial ausgerichteter Fasern bei 100:20-100:200 liegt.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern zu allen Verstärkungsfasern der einen oder mehreren Schichten in Umfangsrichtung ausgerichteter Fasern bei 100:1-100:100 liegt und das Massenverhältnis aller Verstärkungsfasern der Schicht (1) axial ausgerichteter Fasern zu allen Verstärkungsfasern der einen oder mehreren Schichten nicht ausgerichteter Fasern bei 100:10-100:100 liegt.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der faserverstärkte Harzhohlkörper mit einem härtbaren Harz imprägniert ist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der faserverstärkte Harzhohlkörper eine Wanddicke von 1-20 mm aufweist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der faserverstärkte Harzhohlkörper einen Außenumfang von 125-300 mm aufweist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach einem der Ansprüche 1-9, wobei der faserverstärkte Harzhohlkörper ein Element zum direkten oder indirekten Lagern und Befestigen einer Automobil-Instrumententafel ist.
Faserverstärkter Harzhohlkörper nach Anspruch 10, wobei das Element ein Querträger ist.