DE19520478A1 - Faserverstärkte geprägte Thermoplastfolie und Bauteil - Google Patents
Faserverstärkte geprägte Thermoplastfolie und BauteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine faserverstärkte geprägte Thermoplastfolie oder
Thermoplastplatte, sowie ein unter Verwendung dieser Folie oder Platte her
gestelltes Bauteil.
Aus der DE-OS 42 08 812 ist eine mehrschichtige Leichtbauplatte bekannt,
die aus einem innenliegenden Stützkern mit Wabenstruktur und zwei außen
liegenden Deckschichten aus Thermoplastfolien aufgebaut ist. Derartige
Leichtbauplatten werden bevorzugt als Konstruktionsteile, beispielsweise im
Kraftfahrzeug- oder Flugzeugbau oder für Bauwerke, verwendet und zeichnen
sich vor allem durch ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig niedri
ger Dichte aus. Der Nachteil dieser Platten liegt insbesondere in der aufwendi
gen Herstellung des wabenförmig strukturierten Stützkerns.
Es stellte sich demnach die Aufgabe, weniger komplizierte Stützkerne bereit
zustellen, sowie Bauteile zu finden, die einen einfacheren Stützkern enthalten,
bei gleichzeitig zufriedenstellendem Eigenschaftsprofil für den jeweiligen
Einsatzzweck, insbesondere im Hinblick auf niedere Dichte und hohe Stei
figkeit.
Die Lösung der Aufgabe ergab sich in der Verwendung einer sehr einfach her
zustellenden geprägten Thermoplastfolie oder -platte als Stützkern.
Gegenstand der Erfindung ist demnach eine faserverstärkte Thermoplastfolie
oder Thermoplastplatte, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit Präge
noppen oder Prägerillen versehen ist.
Als Folien- oder Plattenmaterial können alle thermoplastisch verformbaren
Kunststoffe eingesetzt werden. Beispiele für derartige Thermoplaste sind z. B.
Polyolefine, Polyamide, Polyester, Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere,
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, thermoplastische Polyurethane und
Polyester, Polyimide, Polysulfone, Polyetherketone, Polyetherimide, Polyether
sulfone, Polyphenylensulfid. Bevorzugt verwendet werden Polyolefine, wie z. B.
Polyethylene, Polypropylene oder Ethylen-Propylen-Copolymere.
Die Faserverstärkung erfolgt beispielsweise in Form von Einzelfasern, als Ge
webe, Vlies, Matte oder als unidirektional orientiertes Gelege. Entsprechend
den geforderten mechanischen Eigenschaften sind als Verstärkungsfasern bei
spielsweise Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Cellulosefasern, Keramik
fasern, Metallfasern, Naturfasern wie z. B. Hanf, Jute, Sisal, Kokos oder
Synthesefasern wie z. B. Polyamid, Polyester, Viskose einsetzbar. Es erweist
sich als vorteilhaft, Faserlängen von über 1 mm einzusetzen. Die Faserlängen
liegen jedoch bevorzugt bei über 5 mm, besonders bevorzugt bei über 25 mm.
Auch die Verwendung von Endlosfasern ist möglich.
Die Prägenoppen oder Prägerillen können beliebige Formen aufweisen. Beson
ders einfach in der Herstellung sind halbkugelförmige oder halbschalenförmige
Prägenoppen. Es sind jedoch auch andere Formen, wie z. B. Zylinder, Kegel-
oder Pyramidenstümpfe, Quader oder Würfel möglich. Die Prägerillen können
sowohl durchgehend als auch unterbrochen sein, wobei sie sowohl regelmäßig
als auch unregelmäßig über die Oberfläche der Platte oder Folie verteilt sein
können und auch gegeneinander versetzt oder unversetzt angeordnet sein
können. Ihr Querschnitt kann beliebige Form aufweisen, beispielsweise recht
eckig, dreiecks-, trapez- oder kreisbogenförmig, wobei trapez- und kreisbogen
förmige Querschnitte besonders bevorzugt sind. Es sind auch wellenförmige
Prägerillen möglich. Die Prägenoppen oder Prägerillen ragen dabei entweder in
nur eine Richtung, oder auf beiden Seiten der Folie oder Platte sowohl nach
oben als auch nach unten. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Prä
genoppen oder Prägerillen eng beieinander liegen. Die Größe der Prägenoppen
oder Prägerillen richtet sich vor allem nach der Dimensionierung der aus den
erfindungsgemäßen Folien oder Platten hergestellten Bau- oder Formteile.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Folien oder Platten erfolgt durch Prä
gen von faserverstärkten Thermoplastplatten oder -folien mit entsprechenden
Prägewerkzeugen, entweder in einer diskontinuierlichen Presse oder bevorzugt
durch Hindurchführen zwischen Prägewalzen. Die Prägetemperatur liegt bevor
zugt oberhalb der Schmelztemperatur des jeweiligen Thermoplasten. Bei
spielsweise werden für den Fall der Verwendung von Polypropylen mit
Schmelztemperaturen je nach Type von etwa 130 bis 169°C, bevorzugt Prä
getemperaturen von etwa 180-250°C angewendet.
Besonders bevorzugt gelingt das Prägen in einem kontinuierlichen Verfahren di
rekt im Anschluß an die Herstellung der faserverstärkten Platten oder Folien.
Dabei werden, wie beispielsweise in der EP-B-0 345 463 beschrieben, der
Thermoplast und die Faserverstärkung auf einer Doppelbandpresse bei Tempe
raturen über dem Schmelzpunkt des Thermoplasten kontinuierlich verpreßt und
anschließend, ohne daß unter den Schmelzpunkt abgekühlt wird, auf einer
Prägeeinrichtung, beispielsweise zwischen zwei Prägewalzen im selben Ar
beitsgang kontinuierlich geprägt. Auf diese Weise können die erfindungsgemä
ßen geprägten Platten oder Folien sowohl in sehr einfacher Weise als auch
sehr energiesparend hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen mit Prägenoppen oder Prägerillen versehenen faser
verstärkten Thermoplastplatten oder -folien werden bevorzugt zur Herstellung
von mehrschichtigen Bauteilen mit guter Festigkeit und Steifigkeit bei gleich
zeitig geringer Dichte verwendet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist demnach ein mehrschichtiges Bau
teil, das mindestens einen thermoplastischen Stützkern und mindestens eine
Deckschicht enthält, bei dem der Stützkern aus einer faserverstärkten, mit
Prägenoppen oder Prägerillen versehenen Thermoplastfolie oder Thermoplast
platte besteht.
Als Deckschichten kommen sowohl Platten oder Folien aus Kunststoffen als
auch aus Metallen, vorzugsweise aus Aluminium in Frage. Als Kunststoffe sind
sowohl Thermoplaste wie z. B. solche, die auch für den Stützkern eingesetzt
werden, als auch Duroplaste, wie z. B. Melamin-, Harnstoff- oder Phenolharze,
Polyurethane oder Polyester möglich. Bevorzugt werden Thermoplastplatten
oder Thermoplastfolien als Deckschichten verwendet, die besonders bevor
zugt, analog zum Stützkern ebenfalls faserverstärkt sind. Im Falle von Metall
folien oder Duroplastfolien ist die Verwendung von Klebern oder Klebefolien
zur Verbindung der Deckschichten mit den Stützkernschichten vorteilhaft. Der
besondere Vorteil von Deckschichten aus Thermoplasten liegt insbesondere
darin, daß sie durch Verschweißen ohne Verwendung von zusätzlichen Kleber
schichten eine feste Verbindung mit dem Stützkern ergeben.
Die erfindungsgemäßen Bauteile können auch aus mehr als 2 Schichten aufge
baut sein, wobei beispielsweise abwechselnd ein Stützkern und eine Deck
schicht angeordnet sind. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Deckschichten
oder zwei oder mehr Schichten von Stützkernen anzuordnen, wobei die Prä
genoppen oder -rillen beispielsweise jeweils in die entgegengesetzte Richtung
gerichtet sind. Bevorzugt besteht das Bauteil aus einem in der Mitte liegenden
Stützkern und je einer oben und unten angeordneten äußeren Deckschicht. Es
ist auch möglich, weitere Schichten mitzuverpressen, beispielsweise Klebefo
lien im Falle der Verwendung von Deckschichten aus Metallfolien oder Du
roplastfolien oder elastische Zwischenschichten.
Die erfindungsgemäßen Bauteile liegen beispielsweise in Form von Platten,
Profilen oder Formteilen vor und können beispielsweise als Schaltafeln, Ab
deckungen oder Strukturbauteile im Automobilbau, wie z. B. als Trennwände,
Batteriekästenabdeckungen oder Reserveradabdeckungen verwendet werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile erfolgt dadurch, daß ein oder
mehrere Stützkerne aus einer faserverstärkten, mit Prägenoppen oder Prägeril
len versehenen Thermoplastfolie oder Thermoplastplatte gemeinsam mit min
destens einer Deckschicht in einer Presse oder mittels Walzen verpreßt wer
den. Im Falle der Verwendung von thermoplastischen Deckschichten werden
dabei beispielsweise eine oder mehrere heiße Lagen von oberen und unteren
Deckschichten gemeinsam mit einer oder mehreren Lagen des erfindungsge
mäßen mit Prägenoppen oder Prägerillen versehenen, jedoch kalten Stützkerns
gemeinsam in einer Formpresse verpreßt. Die dabei erhaltenen sandwichartig
aufgebauten Bauteile weisen gute Festigkeiten und hohe Steifigkeit bei niedri
ger Dichte auf.
Auf einer Doppelbandpresse wurden, wie beispielsweise in der EP-B-345 463
beschrieben, 2 Glasfasermatten mit einem Flächengewicht von je 620 g/m²
(Faserlänge 100 mm, Fa. PPG) mit einem Propylen-Homopolymer (PP, Daplen®
US 105A, Fa. PCD Polymere, MFI 50 g/10 min gemäß ISO R1133 bei 230°C
und 2,16 kg) bei 220°C und 3,7 mm Spaltbreite imprägniert. Die erhaltene
faserverstärkte PP-Bahn, die einen Glasfaseranteil von 30 Gew.-% aufwies,
wurde in der Kühlzone der Doppelbandpresse nur an der Oberfläche so weit
abgekühlt, daß sich das oberflächlich erstarrte PP von den Stahlbändern der
Presse ablöste, wobei der Kern möglichst heiß belassen wurde. Nach dem
Austreten aus der Doppelbandpresse expandierte die heiße PP-Bahn auf etwa
10-12 mm Dicke. Sie wurde mittels IR-Strahlern weiter erhitzt, um auch die
Oberfläche wieder über den Schmelzpunkt aufzuheizen, und zwischen zwei mit
Prägenoppen versehenen, gekühlten Walzen mit einer Spaltbreite von 4 mm
hindurchgezogen. Durch die Abkühlung wurden die tiefgezogenen Prägenoppen
sowie die eingestellte Bahndicke stabilisiert und die PP-Bahn weiter abkühlen
gelassen. Die erhaltene PP-Bahn weist gute Festigkeiten und Steifigkeit auf,
die vor allem durch Variation der Abkühlbedingungen und der Dicke des
Prägespaltes entsprechend den geforderten Eigenschaftswerten der aus diesen
Bahnen zu fertigenden Bau- oder Formteile gezielt kontrolliert werden können.
In eine auf 60°C (Werkzeugoberfläche) aufgeheizte Formpresse (Fa.
Langzauner) wurden zwischen zwei auf 220°C aufgeheizte glasmattenver
stärkte PP-Folien mit einer Dicke von je 1,3 mm, einem Flächengewicht von je
1500 g/m² und einem Glasfaseranteil von 30 Gew.-% (entsprechend Daplen®
TC-U30 von Fa. PCD Polymere), eine Lage des auf Raumtemperatur belasse
nen gemäß Beispiel 1 erhaltenen Stützkerns (4150 g/m²) eingelegt und mit ei
ner Preßkraft von 5 N/mm² verpreßt. Die Kavität des Werkzeugs wurde dabei
so gewählt, daß die Prägestruktur des kalten Stützkerns nicht zerstört wurde.
Beim Preßvorgang bildete sich eine stabile Schweißverbindung zwischen den
einzelnen Lagen aus. Das erhaltene Sandwich-Formteil besaß eine Dicke von
20 mm und eine Dichte von 0,35 kg/dm³.
Claims (10)
1. Faserverstärkte Folie oder Platte aus Thermoplasten, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie mit Prägenoppen oder Prägerillen versehen ist.
2. Faserverstärkte Folie oder Platte gemäß Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verstärkungsfasern eine Länge von über 5 mm, beson
ders bevorzugt von über 25 mm aufweisen.
3. Faserverstärkte Folie oder Platte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Thermoplaste Polypropylene sind.
4. Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten, mit Prägenoppen oder Prä
gerillen versehenen Folien oder Platten gemäß einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß faserverstärkte Folien oder Platten aus
Thermoplasten mittels Prägewerkzeugen mit Prägenoppen oder Prägerillen
versehen werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer
Doppelbandpresse austretende faserverstärkte Folien oder Platten aus
Thermoplasten ohne Abkühlung unter den Schmelzpunkt kontinuierlich ei
ner Prägeeinrichtung zugeführt und mit Prägenoppen oder Prägerillen ver
sehen werden.
6. Mehrschichtiges Bauteil, das mindestens einen thermoplastischen Stütz
kern und mindestens eine Deckschicht enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützkern aus einer faserverstärkten, mit Prägenoppen oder Prä
gerillen versehenen Folie oder Platte aus Thermoplasten besteht.
7. Bauteil gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkern
zwischen einer oberen und einer unteren Deckschicht angeordnet ist.
8. Bauteil gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deck
schichten aus Folien oder Platten aus Thermoplasten bestehen, die bevor
zugt faserverstärkt sind.
9. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen gemäß einem der Ansprüche 6 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stützkerne aus einer fa
serverstärkten, mit Prägenoppen oder Prägerillen versehenen Thermoplast
folie oder Thermoplastplatte gemeinsam mit mindestens einer Deckschicht
in einer Presse verpreßt werden.
10. Verwendung von faserverstärkten, mit Prägenoppen oder Prägerillen ver
sehenen Thermoplastfolien oder Thermoplastplatten gemäß einem der An
sprüche 1 bis 5 zur Herstellung eines mehrschichtigen Bauteils.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19520478A DE19520478A1 (de) | 1995-06-03 | 1995-06-03 | Faserverstärkte geprägte Thermoplastfolie und Bauteil |
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DE19520478A DE19520478A1 (de) | 1995-06-03 | 1995-06-03 | Faserverstärkte geprägte Thermoplastfolie und Bauteil |
Publications (1)
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DE19520478A1 true DE19520478A1 (de) | 1996-12-05 |
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ID=7763651
Family Applications (1)
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DE19520478A Withdrawn DE19520478A1 (de) | 1995-06-03 | 1995-06-03 | Faserverstärkte geprägte Thermoplastfolie und Bauteil |
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DE (1) | DE19520478A1 (de) |
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