DE3541954A1 - Verfahren zur herstellung von verbundmaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung von verbundmaterial

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Verbundmaterial durch Verfestigung einer Vielzahl von Schichten aus kunstharzimprägnierten Fasern.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial besteht darin, die Verstärkungsfasern, die in einer Kunstharzmatrix eingebettet sind, in Form mehrerer Schichten aus ungehärteten, kunstharzimprägnierten Faserblättern zu stapeln und dann den Stapel in einem Autoklaven bei erhöhter Temperatur zusammenzupressen, um Hohlräume bei der Verfestigung zu vermeiden, wobei das Kunstharz ausgehärtet wird. Dieses Verfahren ist für die Herstellung allgemein ebener Gegenstände geeignet. Es ergeben sich jedoch gewisse Schwierigkeiten, wenn der herzasteilende Gegenstand ein Körper mit scharfen Konturen ist. Wenn der Stapel zusammengepreßt wird, dann wirkt der seitlichen Bewegung zwischen benachbarten kunstharzimprägnierten Blättern,die zur Schaffung scharfer Konturen erforderlich ist, die Reibungskraft zwischen benachbarten Blättern entgegen. Je größer der Druck auf die gestapelten Blätter wird, desto größer werden dabei die Reibungskräfte zwischen den Blättern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial auf einem Formkörper zu schaffen, wobei die Reibungskräfte zwischen benachbarten kunstharzimprägnierten Blättern vermindert werden, wodurch eine verbesserte Formgebung des Verbundmaterials und eine verbesserte Anpassung an den Form-
körper erreicht werden.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial in der Weise durchgeführt, daß abwechselnd Schichten aus mit ungehärteten kunstharzimprägnierten Fasern und einem dünnen elastischen Trenn film gestapelt werden, daß die Temperatur der gestapelten Schichten dann auf einen Wert angehoben wird, bei dem das Kunstharzmaterial nur teilweise aushärtet, daß ein genügend hoher Druck auf den Stapeln durch gegenüberliegende, entsprechend gestaltete Formkörper ausgeübt wird, um die gestapelten Schichten in die durch die Formkörper bestimmte Gestalt zu überführen, daß die gestapelten Schichten abgekühlt werden und der Druck weggenommen wird, daß die dünnen elastischen Filmblätter entfernt werden, daß die nur teilweise ausgehärteten kunstharzimprägnierten Faserschichten auf dem Formkörper entsprechend ihrer Gestalt wieder übereinandergestapelt werden, und daß ein genügend hoher Druck und eine genügend hohe Temperatur auf die Schichten ausgeübt wird, um sie zu verfestigen, und daß Druck und Temperatur so lange aufrecht erhalten werden, bis die Endaushärtung des Kunstharzes vollendet ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische
Darstellung eines Stapels von mit Kunstharz imprägnierten Faserschichten und Schichten aus einem dünnen, elastischen Trennfilm, wobei dieser Schichtenkörper zur Durch-
führung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt wird;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung,
welche zur Durchführung des erfindungs· gemäßen Verfahrens dient;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer weiteren
Vorrichtung, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung findet.
Gemäß Figur 1 werden abwechselnd Schichten aus mit ungehärtetem Kunstharz imprägnierten Kohlenstofffasern 10 und 0,25 mm Dicke Trennfilme 11 aus elastischem Polyester in der Weise gestapelt, daß die Schichten 10 und 11 übereinanderliegen. Der Stapel 12, welcher von den Schichten 10 und 11 gebildet ist, wird dann bei einer Temperatur von etwa 1250C 90 Minuten lang vorgehärtet, bevor er zwischen die Formkörper 13 und 14 eingelegt wird, wie dies aus Figur 2 ersichtlich ist. Die Formkörper 13 und 14 haben eine einander entsprechende Form, so daß bei Ausübung eines Druckes auf den oberen Formkörper 13, beispielsweise mittels einer hydraulischen Presse in Richtung des Pfeiles 15 der Stapel 10 zusammengedrückt und in eine Form gebracht wird, die durch die Formkörper 13 und 14 bestimmt ist. Es wird dabei nur so viel Druck angewandt, daß der Stapel 12 die Gestalt der Formkörper 13 und 14 annimmt, wobei die Vorhärtung während einer Zeitdauer und mit einer Temperatur er-
folgt, die ausreicht um zu gewährleisten, daß das Epoxydharz in den Faserschichten 10 biegsam wird und nur eine teilweise Aushärtung des Kunstharzes erfolgt. Es ist zweckmäßig, daß die Vorhärtung durch Beheizung der Formkörper 13 und 14 erfolgt.
Beim Zusammenpressen des Stapels 12 erfolgt eine relative seitliche Bewegung zwischen den kunstharzimprägnierten Kohlenstoff-Faserschichten 10, damit sie die durch die Formkörper 13 und 14 definierte Gestalt einnehmen können. Diese seitliche Bewegung wird durch den Brennfilm 11 ermöglicht, der zwischen den kunstharzimprägnierten Kohlenstoffaserschichten 1 iegen .
Wenn die Formgebung des Stapels 12 vollendet ist, dann läßt man den Aufbau unter Druck abkühlen, worauf die Formkörper 13 und 14 voneinander getrennt werden und der Stapel 12 entfernt wird. Der Stapel 12 kann erforderlichenfalls in diesem Zustand bearbeitet werden, wie in der Britischen Patentschrift 84 07 861 beschrieben. Die verschiedenen Schichten 10 und 11 des Stapels 12 werden dann getrennt, so daß die Trennfilmschichten 11 dazwischen aus dem Stapel 12 entfernt werden können. Die Trennfilmschichten 11 werden dann weggeworfen und die geformten Faserstoff schichten 10 werden wieder aufeinander gestapelt.
Wenn die Faserstoff schichten 10 gestapelt werden, dann werden sie durch Punktschweißung miteinander verbunden, damit sie in fester Beziehung zueinander stehen.
Es können aber auch andere Mittel benutzt werden, um die Schichten 10 aneinander zu heften, beispielsweise Ultraschal 1-Schweißung, Laserstrahlschweißung, ein Schweißverfahren mit kurzwelliger Strahlung, eine lokale Induktionserhitzung, oder es könnte ein schnell aushärtendes Klebemittel benutzt werden, welches mit dem Kunstharz kompatibel ist, mit welchem die Faserschichten 10 imprägniert sind .
Dann wird der aus Faserstoff schichten 10 bestehende Stapel auf einem Formkörper 16 aufgelegt, welcher aus Figur 3 ersichtlich ist und in seiner Gestalt dem Stapel von Faserschichten 10 entspricht und demgemäß auch der Form des Formkörpers 14. Tatsächlich kann der Formkörper 14 anstelle des Formkörpers benutzt werden. Dann wird der Stapel von Faserschichten 10 mit Trennschichten, Entlüftungsschichten und einer gasundurchlässigen Membran 17 bedeckt, die in üblicher Weise an den Rändern durch eine Dichtung abgedichtet werden. Dieser Aufbau wird dann in einem herkömmlichen Autoklaven auf eine Temperatur von 1750C erhitzt und zwei Stunden lang einem Druck von 225 kg/cm2 ausgesetzt. Dies dient zur vollständigen Verfestigung der gestapelten Faserstoffschichten 10 und zur Vollendung der Aushärtung des Kunstharzes innerhalb der Schichten 10. Nach Abkühlung und Nachlassen des Druckes wird der fertige Verbundkörper aus der Form 16 entnommen .
Hieraus ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße
Verfahren infolge der Vorformgebungsstufe die Gewähr dafür liefert, daß ein perfekter Paßsitz zwischen benachbarten Faserstoff schichten 10 erreicht wird, wobei eine Klumpenbildung der Schichten 10 weitgehend verhindert wird. Daher kann bei der Herstellung des Verbundkörpers ein Autoklaven-Formgebungsverfahren benutzt werden, und es können Verbundkörper komplexer Gestalt hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die vorgeformten Faserschichten 10, da sie im wesentlichen starr und frei von Nägeln sind, leicht einer mechanischen Bearbeitung unterworfen werden können, wodurch die Möglichkeit einer automatischen Bearbeitung des Stapelvorganges vor der Autoklaven-Formgebung eröffnet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde vorstehend unter Bezugnahme auf Verbundmaterial beschrieben, welches einer Autoklaven-Formgebung unterworfen wurde. Es ist jedoch klar, daß das Verfahren nicht auf die Benutzung einer Autoklaven-Formgebung beschränkt ist und daß andere Formverfahren beispielsweise ein Vakuum-Formgebungsverfahren unter gewissen Umständen Anwendung finden kann.
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Claims (8)

Patentanwälte Dipl.-Ing. C urt Wal lach / -UB*. ♦ ν Dipl.-lng. Günther Koch I Europaische Patentvertreter ι- α ι „ , t ... Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach European Patent Attorneys 1^ ' Dipl.-lng. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 ■ Telex 5 29 513 wakai d Datum: 27. November 1985 Rolls-Royce Limited unser zeichen: 18 222 - K/Ap Buckingham Gate London SW1 E 6AT O C / 1 α C / England 3541954 Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet,'daß abwechselnd Schichten aus mit ungehärtetem Kunstharz imprägnierten Fasern (10) und einem dünnen, elastischen Film (11) gestapelt werden, daß dann die Temperatur der gestapelten Schichten (12) auf einen Wert angehoben wird, bei dem hür öine teilweise Aushärtung des Kunstharzes erfolgt, daß dann ein genügend hoher Druck auf den Stapel (12) durch zwei entsprechend gestaltete entgegengesetzte Formkörper (13, 14) ausgeübt wird, um die gestapelten Schichten (12) in eine den Formkörper (13, 14) entsprechende Gestalt zu bringen, daß die gestapelten Schichten (12) dann abgekühlt und darauf der Druck weggenommen wird, daß die Schichten des Stapels (12) getrennt werden und die dünnen elastischen Filme (11) davon entfernt werden, daß die teilweise ausgehärteten imprägnierten Faserschichten (10) wieder auf einem Formkörper (16) gestapelt
werden, der ihrer Form entspricht, und daß ein genügend hoher Druck auf die Schichten (10) ausgeübt wird, um sie bei einer solchen Temperatur voll zu verfestigen, wobei dieser Vorgang so lange fortgesetzt wird, bis die Aushärtung des Kunstharzes vollendet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der gestapelten Schichten (12) auf einen Wert angehoben wird, bei dem nur eine teilweise Aushärtung des Kunstharzes erfolgt bevor die gestapelten Schichten (12) in die Form gebracht werden, die durch die entsprechen· den Formkörper (13, H) bestimmt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zur völligen Verfestigung der Schichten (12) unter einer Temperatur, bei der das Kunstharz voll aushärtet, durch Autoklaven-Formgebung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Kohlenstoffasern sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Epoxyd-Kunstharz ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne elastische Trennfilm (11) aus Polyester besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Kunstharz imprägnierten Schichten (10) nach der erneuten Stapelung geheftet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharz imprägnierten Schichten (10) durch Verschweißung geheftet werden .
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