DE3789473T2 - Faserverstärktes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Faserverstärktes Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung.

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DE3789473T2
DE3789473T2 DE3789473T DE3789473T DE3789473T2 DE 3789473 T2 DE3789473 T2 DE 3789473T2 DE 3789473 T DE3789473 T DE 3789473T DE 3789473 T DE3789473 T DE 3789473T DE 3789473 T2 DE3789473 T2 DE 3789473T2
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine faserverstärkte Struktur aus thermoplastischem Kunststoff und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei der resultierende Artikel auf einer Seite flußgeformte Details aufweist und auf seiner anderen Seite eine offene, poröse Struktur. Diese offene Struktur kann nachfolgend mit einem wärmeaushärtenden Harz imprägniert werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
  • In der europäischen Patentanmeldung 85 300 034.7 (europäische Veröffentlichungsnummer 0 148 763), deren Inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, ist beschrieben, daß verfestigt es, thermoplastisches Material, welches mit langen, steifen Fasern verstärkt ist, expandiert, wenn es auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher die Viskosität des thermoplastischen Materials ausreichend reduziert wird, um eine Bewegung der Fasern zu erlauben; diese Bewegung erfolgt aufgrund von Spannungen innerhalb des Fasernetzwerks. Dieses Phänomen tritt in unterschiedlichem Ausmaß auf, was von der Art des Thermoplasten, der Menge der Fasern und deren Art und Abmessungen abhängt.
  • Wenn ein derartiges Material erhitzt und expandiert wird, kann es auf zwei verschiedene Arten geformt werden:
  • 1. Auf herkömmliche Weise, wobei eine Menge an Material in eine Form gegeben wird, welche, wenn sie geschlossen wird, das Material zum Fließen bringt, wodurch das Material den Hohlraum der Form vollständig ausfüllt. Ein auf diese Weise hergestellter Artikel ist vollständig verfestigt (verdichtet) und kann so hergestellt werden, daß jedes kleine Detail vollständig mit Glasfasern verstärkt ist. Abhängig von der beabsichtigten Anwendung ist ein derartiger Artikel entweder gebrauchsfertig oder er kann mit geeigneten Materialien beschichtet oder bestrichen werden. Aufgrund seiner vollständigen Verdichtung kann er jedoch nicht mehr imprägniert werden.
  • 2. Eine Tafel heißen, expandierten Materials wird eingeführt, um das untere Formwerkzeug der Form zu bedecken. Die Masse dieser Tafel ist nicht groß genug, um die Form im vollständig verdichteten Zustand zu füllen, so daß bei maximaler Schließung der Form eine halbverfestigte Struktur mit einer Restporösität entsteht. Diese poröse Natur kann dazu verwendet werden, daß das Produkt mit einer Flüssigkeit (Harz) imprägniert wird. Ein Nachteil dieser Verformungstechnik besteht jedoch darin, daß flußgeformte Details (beispielsweise tiefe Rippen) nicht geformt werden können, ohne daß nicht die Porösität in dem Flußbereich verlorengeht. Wenn also eine gleichförmige Imprägnierung auf einer Oberfläche des Artikels gewünscht wird, müssen Zugeständnisse bei den faserverstärkten Details auf der anderen Seite gemacht werden.
  • Die vorliegend beschriebene Erfindung stellt ein Mittel zur Verfügung, mit dem es möglich ist, einen Artikel zu erzeugen, der die Eigenschaften beider oben genannten Methoden aufweist; beispielsweise einen Artikel mit flußgeformten Merkmalen, wie faserverstärkten Rippen auf der einen Seite und der Fähigkeit zur gleichförmigen Absorption von flüssigem Harz auf der anderen Seite. Es wurde auch herausgefunden, daß erfindungsgemäß hergestellte Artikel keine Einfallstellen mehr aufweisen, was bei den gemäß des oben beschriebenen ersten Verfahrens hergestellten Artikeln ein Problem ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur die Laminierung einer ersten Tafel faserverstärkten Kunststoffmaterials auf eine zweite Tafel faserverstärkten Kunststoffmaterials und ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Tafel einen Fasergehalt von nicht mehr als 30 Gew.-% aufweist und sich verfestigt, wenn sie nach einer Druckbehandlung bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials abgekühlt wird und die zweite Tafel einen Fasergehalt von nicht mehr als 60 Gew.-% aufweist und im wesentlichen unverfestigt und porös bleibt, wenn sie nach dieser Temperatur- und Druckbehandlung abgekühlt wird, und das Laminat in einer Form bei dieser Temperatur und bei diesem Druck so geformt wird, daß die erste Tafel sich durch Fließen der Gießform anpaßt, sich verfestigt und an die zweite Tafel gebunden wird, welche durch die Gießform geformt wird und von welcher mindestens ein Teil im wesentlichen unverfestigt und porös verbleibt.
  • Vorzugsweise ist ein wesentlicher Anteil der Fasern zwischen 7 und 50 mm lang und weist einen Durchmesser von 13 um oder weniger auf. Die Fasern liegen am besten in der Form einzelner, diskreter Glasfasern vor. Derartige Fasern werden üblicherweise in gehackten Bündeln angeliefert und müssen daher vor der Bildung der Tafel in einzelne Fasern zerbrochen werden.
  • Wenn die Fasern dem Laminat strukturelle Stärke verleihen sollen, dürfen die einzelnen Glasfasern nicht kürzer als etwa 7 mm sein oder einen Durchmesser von über 13 um aufweisen, weil längere Fasern die Kunststoffmatrix nicht angemessen verstärken und Fasern größeren Durchmessers diese Matrix nicht so wirksam verstärken. Einzelne Fasern oder andere Materialien mit einem Verstärkungseffekt, wie Glasfasern, können alternativ verwendet werden.
  • Unter einem hohen Elastizitätsmodul wird ein Elastizitätsmodul verstanden, welcher wesentlich höher ist als derjenige der Tafel. Entsprechende Fasern beinhalten Glas-, Kohle und Keramikfasern und beispielsweise Aramidfasern, wie sie unter den Handelsnamen Kevlar und Nomex vertrieben werden und im allgemeinen alle Fasern mit einem Elastizitätsmodul von über 10.000 Megapascal.
  • Um das oben angegebene Ergebnis zu erhalten, kann das Verfahren die Verwendung einer zweiten Materialtafel umfassen, welche expandiert wurde oder in welcher der Faseranteil über dem Wert liegt, bei welchem eine vollständige Verfestigung noch möglich ist.
  • Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß in jeder Kombination aus einer steifen Faser (beispielsweise Glas) und einem Polymer aufgrund der Packungsdichte der Fasern eine kritische Faserkonzentration vorliegt, über der eine vollständige Verfestigung oder Verdichtung der Struktur unter normalen Kompressions- und Formbedingungen unmöglich ist.
  • Bei dem Verfahren kann die poröse Seite auch mit einem wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Kunststoffmaterial beschichtet werden, wie es in der europäischen Patentanmeldung Nr. 85 300 035.4 (europäische Veröffentlichungsnummer 0 152 994) vorgeschlagen wurde, deren Inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
  • Das wärmeaushärtende oder thermoplastische Kunststoffmaterial kann in der Form aufgebracht werden. Auf diese Weise kann das wärmeaushärtende Kunststoffmaterial im flüssigen Zustand in die Form gebracht werden, bevor die poröse Seite beschichtet wird. Falls eine Beschichtung mit einem thermoplastischen Material stattfinden soll, kann dieses alternativ hierzu auch in der Form als dritte Tafel enthalten sein.
  • Als thermoplastische Materialien können beispielsweise verwendet werden Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitrylstyrolbutadien, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat oder Polyvinylchlorid, sowohl plastifiziert als auch unplastifiziert, oder ein Werkstoff oder eine Mischung aus diesen Materialien untereinander oder mit anderen Polymeren. Andere geeignete Thermoplasten umfassen Polyphenylenäther oder Polycarbonate oder Polyestercarbonate oder thermoplastische Polyester oder Polyätherimide oder Acrylnitrilbutylacrylat-Styrolpolymere oder amorphes Nylon oder Polyarylenätherketone oder Werkstoffe oder Mischungen dieser Materialien untereinander oder mit anderen Polymeren.
  • Bei einem Glasfasergehalt von über 60%, also bei einem Material mit einer kritischen Faserkonzentration oberhalb welcher eine vollständige Verfestigung und Verdichtung der Struktur unter normalen Druck- und Formbedingungen üblicherweise unmöglich ist, ist es schwierig, eine Flußverformung kleiner Details zu erzeugen; jedoch kann der gewünschte Effekt dadurch erzielt werden, daß ein derartiges Material mit einem leicht fließenden und verformbaren Material wie oben beschrieben kombiniert wird.
  • Die Erfindung kann in verschiedener Weise ausgeführt werden und einige Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten Kunststoffartikels sowie Artikel, welche mit diesem Verfahren hergestellt wurden, werden im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:
  • Fig. 1 eine Ansicht einer Form mit einem darin befindlichen Laminat vor der Verformung; und
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch einen mit der in Fig. 1 dargestellten Form hergestellten Artikel.
  • Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt das zu formende, faserverstärkte, thermoplastische Material eine obere Tafel 1 aus einem faserverstärkten thermoplastischen Material, welches Glasfasern mit einer Länge von 13 mm und einem Durchmesser von 11 um in einer Polypropylenmatrix aufweist. Die Dichte der Glasfasern beträgt etwa 25%. Diese Tafel wird auf die Oberseite einer zweiten Tafel 2 auflaminiert deren Zusammensetzung ähnlich der Zusammensetzung von Tafel 1 ist, weiche jedoch eine wesentlich höhere Glasfaserdichte von etwa 80% aufweist. Aufgrund der Packungsdichte der Fasern ist es unter normalen Preß- und Formbedingungen unmöglich, aus dieser zweiten Tafel eine verfestigte Struktur herzustellen.
  • Die Form, in welcher die Tafeln zu einem Artikel geformt werden, weist ein oberes Werkzeug 3 auf, welches Rillen 4 trägt sowie ein unteres Werkzeug 5 mit einem Hohlraum 6.
  • Die laminierten Tafeln, welche auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt sein können, werden in die Form gebracht, welche bis zu einem festen Anschlag geschlossen wird. Der hohe Glasgehalt in der Tafel 2 paßt sich dem Hohlraum 6 des unteren Werkzeugs 5 an, während das Material mit dem geringen Glasgehalt in der Tafel 1 in die Rillen 4 fließt und so die Form des oberen Werkzeugs 3 annimmt. Im Grenzbereich zwischen den beiden Schichten findet eine Durchmischung statt, wodurch eine angemessene Verbindung gewährleistet wird.
  • Nach Abkühlung und Entfernung aus der Form erhält man einen Artikel, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Artikel, welcher die Bezugszahl 7 trägt, weist einen oberen Bereich 8 auf, welcher von der Tafel 1 stammt und aus vollständig verfestigten Polypropylen besteht, in welchem die gleichförmig verteilten Glasfasern die Bezugszahl 9 tragen. Der untere Bereich des Artikels, welcher aus der Tafel 2 gebildet wurde, trägt die Bezugszahl 10, wobei dieser Bereich porös und unverfestigt ist.
  • Ein derartiger Artikel kann auf verschiedene Weise verwendet werden, beispielsweise kann er mit einem anderen Artikel verklebt werden, wobei die poröse Struktur sich zur Aufnahme eines klebenden oder geschmolzenen Thermoplasten eignet, welcher die beiden Artikel miteinander verbindet. Alternativ hierzu kann er nach Ausfüllen der porösen Struktur als Einzelartikel verwendet werden. Um dies zu bewerkstelligen, kann ein wärmeaushärtendes Harz (in dieser besonderen Konfiguration) auf das untere Werkzeug 5 gegeben werden (z. B. eingefüllt oder eingespritzt) und die Form wieder geschlossen werden, so daß das Harz in die poröse, absorbierende Schicht 10 gedrückt wird. Nach dem Aushärten wird der Artikel entfernt und weist die Eigenschaften eines vollständig faserverstärkten, geformten Thermoplasten auf der Oberseite und eines faserverstärkten wärmeausgehärteten Harzes auf der Unterseite auf. Zusätzlich werden Einfallstellen bedeckt, und zwar noch vor der Imprägnierung der porösen Schicht mit einem flüssigen Harz.
  • Diese Konstruktion ermöglicht die schnelle Formung flußgeformter Details auf einer Seite des Artikels, kombiniert mit einer weichen Schicht aus einer wärmeaushärtenden Substanz auf seiner anderen Seite. Der Artikel kann so mit einem guten Aussehen hergestellt werden und weist eine Oberfläche mit einer hohen Temperaturfestigkeit auf und eine andere Oberfläche mit ausreichender Detailausformung zur Versteifung oder zur Erfüllung anderer Anforderungen.
  • In Tabelle 1 sind die theoretischen und gemessenen Porenverhältnisse unverfestigten Materials dargestellt, dessen Glasgehalt über dem kritischen Niveau liegt, bei welchem eine Verfestigung noch möglich ist. Das Porenverhältnis des Materials, aufgrund dessen das Material imprägnierbar ist, wurde sowohl theoretisch berechnet als auch durch einen Ölabsorptionstest bestimmt. Ersichtlich besteht eine gute Übereinstimmung zwischen den beiden Auswertungen.
  • In Tabelle 2 sind acht Beispiele von Laminaten dargestellt, welche aus Ausgangsmaterialien hohen und geringen Glasgehalts hergestellt wurden, wie es in Anmerkung 1 dieser Tabelle näher bezeichnet ist. Aus dem Ölabsorptionstest, welcher an der Seite jedes Laminats, welches aus der Komponente mit hohen Glasgehalt hergestellt wurde, durchgeführt wurde, ist ersichtlich, daß die Ölabsorption (und damit der Poreninhalt) im wesentlichen mit dem beabsichtigten Verwendungszweck für das Laminat konsistent waren.
    • Beispiel 9
  • Unverfestigte Proben aus 70% Glasfasern mit 12 mm Länge, 11 um Durchmesser sowie 30% Polypropylenpulver von 1000 g/m² und 25% Glasfasern mit 12 mm Länge und 11 um Durchmesser sowie 75% Polypropylen von 2000 g/m² wurden auf 22 cm Durchmesser beschnitten, was dem wirksamen Durchmesser der Form entsprach. Die Proben wurden im Ofen bei 200ºC für sieben Minuten erhitzt und dann bei einer Temperatur von 100ºC in eine Preßform gesetzt, wobei die 25% Glasfasern oben waren. Beim Schließen der Presse bis auf eine Lücke von 3 mm wurde ein Teller geformt mit einer absorbierenden unteren Oberfläche und angeformten Rippen und Vorsprüngen in der oberen Oberfläche. Die Presse wurde geöffnet und es wurde auf eine Temperatur von 50ºC abgekühlt, worauf 40 g eines wärmeaushärtenden Harzes (vertrieben unter dem Handelsnamen Modar 824 LT von ICI Ltd.) in die Form gegossen wurden und die Presse wieder geschlossen wurde, wodurch das Harz in die absorbierende Schicht gedrückt wurde und überschüssiges Harz aus dem Werkzeug herausgedrückt wurde. Nach dem Aushärten wurde der Teller gewogen und hierbei festgestellt, daß er 18 g Harz aufgenommen hatte, wodurch seine untere Oberfläche ein weiches, glänzendes Aussehen bekam.
    • Beispiel 10
  • Beispiel 9 wurde mit unverfestigten Tafeln wiederholt, welche 80% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser sowie 20% Polypropylenpulver von 1000 g/m² enthielten und mit 25% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser sowie 75% Polypropylen von 2000 g/m². Es wurden 24 g Harz aufgenommen und die untere Oberfläche wies ein Aussehen auf, welches dem in Beispiel 9 ähnlich war.
    • Beispiel 11
  • Die folgenden Proben wurden hergestellt.
  • Zwei Scheiben mit 23 cm Durchmesser und 2000 g/m² aus unverfestigtem durchlässigem Tafelmaterial mit 25% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser und 75% Polypropylenpulver, zusammengebunden.
  • Eine Scheibe mit 21 cm Durchmesser und 500 g/m² aus unverfestigtem, durchlässigem Tafelmaterial mit 80% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser und 20% Polypropylenpulver, zusammengebunden.
  • Eine Scheibe mit 17 cm Durchmesser aus Polycarbonatfilm von 1 mm Dicke, wie er unter dem Handelsnamen LEXAN von General Electric Co. vertrieben wird, welche als dritte Tafel diente.
  • Die Proben wurden in einem Ofen bei 205ºC über siebeneinhalb Minuten erhitzt und dann in der angegebenen Reihenfolge in einer Preßform bei einer Temperatur von 100ºC zusammengebracht. Die Presse wurde dann geschlossen und ein Druck von 2000 lbs pro Quadratinch wurde für eine Minute angelegt. Das resuitierende Laminat war im wesentlichen gebunden.
    • Beispiel 12
  • Das Verfahren aus Beispiel 11 wurde wiederholt, jedoch mit einem Polycarbonatfilm von 21 cm Durchmesser, welcher die Scheibe von 17 cm Durchmesser aus Beispiel 11 ersetzte. Das resultierende Laminat war gut gebunden, wobei der Polycarbonatfilm die Seitenkanten des Formteils teilweise einhüllte, ohne daß ein Knittern stattfand.
    • Beispiel 13
  • Proben wurden gemäß Beispiel 11 hergestellt und das gleiche Verfahren wurde angewendet mit der Ausnahme, daß die Proben aus Polycarbonat getrennt bei 250ºC über vier Minuten erhitzt wurden und die untere Platte der Preßform (in Kontakt mit dem Polycarbonatfilm) während des Formvorgangs bei 140ºC gehalten wurde. Das Verfahren wurde dann zweimal mit unverfestigten, durchlässigen Proben mit Polycarbonat bei Glasfasergehalten von 70% bzw. 60% wiederholt.
  • Das resultierende Laminat war in allen drei Fällen gebunden und zeigte gegenüber einer forcierten Delamination einen größeren Widerstand als die Laminate aus den Beispielen 11 und 12.
    • Beispiel 14
  • Es wurden quadratische Proben von 38 cm aus den folgenden Materialien hergestellt.
  • Unverfestigte, durchlässige, tafelartige Materialien mit 2000 g/m² und 25% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser sowie 75% Polypropylenpulver, zusammengebunden.
  • Unverfestigtes, durchlässiges, tafelförmiges Material mit 500 g/m² und 80% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser sowie 75% Polypropylenpulver, zusammengebunden.
  • Polycarbonatfilm, wie er unter dem Handelsnamen LEXAN von General Electric vertrieben wird bei Dicken von 1 mm, 0,5 mm und 0,25 mm.
  • Die beiden unverfestigten Proben wurden über siebeneinhalb Minuten bei 205ºC in einem Ofen erhitzt und der 1 mm dicke Polycarbonatfilm bei 250ºC über vier Minuten. Die Proben wurden dann in der angegebenen Reihenfolge bei einer Temperatur von 100ºC in eine Plattenpresse gegeben und einem Druck von 13790 Kilo Pascal (2000 lbs pro Quadratinch) über eine Minute ausgesetzt.
  • Die voranstehende Prozedur wurde dann ein zweites und ein drittes Mal wiederholt, wobei die 0,5 mm und 0,25 mm dicken Polycarbonatfilme anstelle des 1 mm dicken Films verwendet wurden.
  • Eine gute Bindung zwischen den drei Komponenten jedes der resultierenden Laminate wurde festgestellt.
    • Beispiel 15
  • Die drei gemäß Beispiel 14 hergestellten Laminate wurden auf einen Durchmesser von 22 cm geschnitten. Ein Stück unverfestigten Materials von 15 cm Durchmesser der Art, aus welcher die erste Probe gemäß Beispiel 14 geschnitten wurde, wurde dann auf jedes der kreisförmigen Laminate gelegt.
  • Die sich ergebenden Anordnungen wurden dann aufeinanderfolgend während siebeneinhalb Minuten auf 205ºC erhitzt und einem Druck von 13790 Kilo Pascal (2000 Pfund pro Quadratinch) bei 120ºC in einer Preßform über eine Minute ausgesetzt.
  • Die drei sich ergebenden Formen waren gut geformt und gut gebunden.
    • Beispiel 16
  • Zunächst wurden Proben gemäß Beispiel 9 vorbereitet. Die erste Probe, umfassend 75% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser und 30% Polypropylen wurde dann in einem Ofen bei 200ºC über sieben Minuten erhitzt und in dieselbe Preßform gesetzt wie sie im Beispiel 9 verwendet wurde. Beim Schließen der Presse wurde die Struktur der Probe kompaktiert, so daß das geschmolzene Polypropylen die Oberflächen der Glasfasern benetzte. Beim Wiederöffnen der Presse führte die Spannung der Glasfasern dazu, daß die faserhaltige Struktur wieder ihre vor dem Pressen vorhandene poröse Konfiguration annahm.
  • Nachdem die erste Probe zur Handhabung ausreichend abgekühlt war, wurde sie aus der Form entfernt und vollständig abgekühlt. 15 g wärmeaushärtenden Harzes, wie es unter dem Handelsnamen Modar 824 LT von ICI Ltd. vertrieben wird, wurden dann in die Form gegossen und die erste Probe wurde wieder in die Form gelegt. Die Presse wurde dann geschlossen, so daß das wärmeaushärtende Harz die Poren in der unteren Oberfläche der Probe beschichtete. Nach dem Aushärten führte dies zu einer tellerartigen Struktur mit einer weichen und glänzenden unteren Oberfläche und einer verschlungenen, offenen, faserartigen oberen Oberfläche. Die auf diese Art hergestellte Struktur kann zur Lagerung aus der Form entfernt werden und es kann sich eine Integralformung zu einem späteren Zeitpunkt anschließen mit einer zweiten faserverstärkten Tafel, welche einen wesentlich höheren Anteil an thermoplastischem Material enthält oder es kann sofort eine Integralformung mit einer derartigen Tafel stattfinden, wie es unten beschrieben wird.
  • Während das wärmeaushärtende Harz in der Form aushärtete, wurde die zweite Probe mit 25% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser und 75% Polypropylen auf 200ºC für sieben Minuten erhitzt und in die Form gesetzt, und zwar oben auf die vorher geformte erste Probe. Die Presse wurde dann für einen zweiten Zeitraum geschlossen, um das heiße Material an der unteren Fläche der zweiten Probe mit der verschlungenen, faserartigen oberen Oberfläche der ersten Probe, welche sich bereits in der Form befand, zu integrieren. Wegen des relativ hohen Gehalts der zweiten Probe an thermoplastischem Material, floß dieses auch ohne Schwierigkeiten und paßte sich dem Profil des oberen Bereichs der Gußform an.
    • Tabelle 1
  • Porengehalt von unverfestigten Verbundtafelmaterialien aus Glasfasern und teilchenförmigen Thermoplasten oberhalb des kritischen Glasgehalts, bei welchem eine Verfestigung noch möglich ist. Glasgehalt aus Fasern von 12 mm Länge und 11 um Durch- 60% 70% 80% 90% messer Flächengewicht 1114 1090 1099 1103 spez. Volumen (cc/g) 0.88 1.12 1.39 1.66 * theor. spez. Volumen (cc/g) 0.67 0.60 0.53 0.46 ** theor. Porengehalt (%) 24 46 62 72 + Ölabsorption 242.3 582.3 1075.8 1751.0 ++ Porengehalt (%) 26 54 67 79 * Dichte des Glasfasergehalts - 2.55 g/cc Dichte des Thermoplastgehalts (Polypropylen) - 0.91 g/cc ** Theoretischer Porengehalt, basierend auf der gemessenen Tafeldicke und theoretischen Werten für das spezifische Volumen + Dichte des verwendeten Öls betrug 0.9 g/cc ++ Porengehalt basierend auf dem Volumen des aufgenommenen Öls Tabelle 2 Laminierung von Materialien mit hohem und geringem Glasgehalt Beispiel Material mit geringem Glasgehalt Flächengewicht g/m² Dicke (mm) Material mit hohem Glasgehalt Ölabsorption finale Weite der Presse Laminat, geformt aus Material mit hohem und geringem Glasgehalt Gesamtflächengewicht Gesamtdicke Schicht mit hohem Glasgehalt geschätzte Dicke Ölabsorption 1. Material mit geringem Glasgehalt = 25% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser 75 Gew.-% Polypropylenpulver Material mit hohem Glasgehalt = 80% Glasfasern von 12 mm Länge und 11 um Durchmesser 20 Gew.-% Polypropylenpulver 2. Die geschätzte Dicke der Schichten aus Materialien mit hohem Glasgehalt ergab sichh aus Fotografien der Querschnitte. 3. Die Pressentemperatur wurde auf 100ºC eingestellt, um bei Anwendung von Druck das Fließen der Materialien in der Form zu erleichtern

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Kunststoffstruktur (7), beinhaltend die Laminierung einer ersten Tafel (1) faserverstärkten Kunststoffs auf eine zweite Tafel (2) faserverstärkten Kunststoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Tafel (1) einen Fasergehalt von nicht mehr als 30 Gew.-% hat und sich verfestigt, wenn sie nach einer Druck- und Temperaturbehandlung bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Thermoplasten abgekühlt wird und die zweite Tafel (2) einen Fasergehalt von nicht mehr als 60 Gew.-% aufweist und im wesentlichen unverfestigt und porös bleibt, wenn sie nach der gleichen Druck- und Temperaturbehandlung abgekühlt wird, und durch die Formung des Laminats in einer Form (3, 5) bei diesem Druck und dieser Temperatur, wobei sich die erste Tafel (1) fließend der Form anpaßt, sich verfestigt (8) und an die zweite Tafel (2) gebunden wird, welche durch die Form (3, 5) geformt wird und von welcher mindestens ein Bereich (10) im wesentlichen unverfestigt und porös verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil der Fasern zwischen 7 und 50 mm lang ist und einen Durchmesser von 13 um oder weniger aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern die Form einzelner diskret er Fasern aufweisen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern ein Elastizitätsmodul von über 10000 Megapascal aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer zweiten Tafel (2) aus einem expandierten Material oder aus einem Material, dessen Fasergehalt über dem zur vollständigen Verfestigung noch geeigneten Fasergehalt liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Beschichtung des porösen Bereichs (1) der zweiten Tafel (2) mit einem wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Kunststoff bevor oder nachdem die erste Tafel (1) laminiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Beschichtung des porösen Bereichs (1) mit wärmeaushärtendem oder thermoplastischem Kunststoff in der Form (3, 5).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeaushärtende Kunststoff im flüssigen Zustand vor dem Laminat in die Form (5) gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Bereich (1) mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet wird, welcher in Tafelform vorliegt und in der Form (3, 5) mit dem Laminat integriert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tafel aus thermoplastischem Kunststoff größere Gesamtabmessungen aufweist als der poröse Bereich (1) der zweiten Tafel (2), wobei ein Teil der Tafel aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einem Teil einer Seitenkante der zweiten Tafel (10) integral verbunden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch die Formung der zweiten Tafel (2) unter Druck, Beschichtung dieser Tafel mit dem wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Material und anschließender Laminierung dieser zweiten beschichteten Tafel (2) mit der ersten Tafel (1).
12. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch das Einsetzen der zweiten Tafel (2) in die Form (3, 5), die Anwendung von Druck, das Absetzen dieses Drucks, wodurch diese Tafel (2) ihre vor der Druckanwendung vorhandene poröse Konfiguration wieder einnimmt, das Einsetzen des wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Kunststoffmaterials in die Form (3, 5), die Anwendung von Druck zur Beschichtung dieser zweiten Tafel (2) mit dem wärmeaushärtenden oder thermoplastischen Kunststoffmaterial und die anschließende Laminierung dieser beschichteten zweiten Tafel (2) auf die erste Tafel (1).
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorheizung der ersten (1) und zweiten (2) Tafel vor dem Einsetzen in die Form (3, 5).
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern sind.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitrylstyrolbutadien, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat oder Polyvinylchlorid ist, sowohl plastifiziert als auch unplastifiziert, oder ein Werkstoff oder eine Mischung aus diesen Materialien untereinander oder mit anderen Polymeren.
16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Materialien Polyphenylenäther oder Polycarbonat oder Polyestercarbonate oder thermoplastische Polyester oder Polyätherimide oder Acrylnitrilbutylacrylatstyrolpolymere oder amorphe Nylons oder Polyarylenätherketone sind oder Werkstoffe oder Mischungen aus diesen Materialien untereinander oder mit anderen Polymeren.
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