DE3934555C2

DE3934555C2 -

Info

Publication number: DE3934555C2
Application number: DE19893934555
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.-Ing. 8071 Wettstetten De Schaeper; Hans-Guenther Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt De Haldenwanger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1992-08-20
Also published as: DE3934555A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen faserverstärkten Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Kunststoff ist beispielsweise aus dem DE-GM 86 07 213 bekannt, das als Kernplatte für Paletten Verwendung findet. Für die äußeren Deckschichten werden Aluminium-Bleche und in der mittleren Schicht C-Fasern beschrieben, wobei eine Gesamtdicke von 21,7 mm entsteht.

Im übrigen kennt der Stand der Technik unterschiedlich aufgebaute Kunststoffe, die den jeweiligen Verwendungszwecken angepaßt sind und hierfür auch entsprechende Armierungen aufweisen. Allerdings ist ihr Kern relativ dick und besteht aus Waben, Balsaholz oder Schaumkunststoff. Nachteilig haben sich jedoch bei den vorbekannten Kunststoffen verschiedene Faktoren bemerkbar gemacht, so z. B. ihre ungenügende Mißbrauchtauglichkeit, die nach Automobilmaßstäben unzu reichende Lackierfähigkeit, sowie ihre thermische Insta bilität bei im Bandablauf der Automobilindustrie auftre tenden Prozeßtemperaturen. Darüberhinaus haben sich Nach teile bezüglich der Verbindungstechnik beim Schrauben, Klemmen und Nieten wegen der geringen ertragbaren Flächen pressungen ergeben. Weiterhin hat ihre hohe Gesamtdicke von beispielsweise 5 mm und darüber zu Schwierigkeiten bei der Integration in die Karosserie geführt. Schließlich hat sich herausgestellt, daß auch die geforderte dynamische Belast barkeit nicht gegeben war, da Deckschichtablösungen zu einem vollständigen Steifigkeits-und Festigkeitsverlust auf Grund von Wassereintritt führten. Auch trugen die üblichen Kälte- und Wärmezyklen zu einer übermäßig schnellen Zerstörung des Laminates bei. Schließlich bleibt zu erwähnen, daß hand werklich gefertigte Kompaktlaminate mit Kunststoff- Faserarmierung, wie sie beispielsweise beim AUDI-Sport QUATTRO Verwendung finden, fertigungstechnisch sehr auf wendig und deshalb relativ teuer sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten faserverstärkten Kunststoff unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik derart zu verbessern, daß er möglichst dünn ist und trotzdem eine hohe Steifigkeit und Mißbrauchtauglichkeit aufweist. Darüber hinaus sollte der Kunststoff thermisch belastbar und lackierfähig sein, sowie den übrigen Anforderungen in der Automobilindustrie möglichst weitgehend entsprechen. Er soll für Fertigungsstückzahlen tauglich sein, die der handwerklichen Technik nicht zugänglich sind.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten, faserverstärkten Kunststoff gelöst.

Überraschenderweise besitzt der erfindungsgemäße Kunststoff bei maximal 2 mm dickem Aufbau nicht nur eine hervorragende Biegefestigkeit, wie etwa halb so dicke Stahlbleche, sondern auch durch die Kombination der mittigen Schicht mit einer Kunststoff-Faserarmierung, die hochdehnfähig gewählt werden kann und der Tragschichten mit hochsteifer Carbon- Faserarmierung, deren Dehnfähigkeit gering ist, die gewünschte hohe Steifigkeit und Mißbrauchtauglichkeit. Darüber hinaus ist ihre thermische und mechanische Belastbarkeit so gut, daß in fertigungstechnischer Hinsicht alle Anforderungen erfüllt werden. Gerade die Abstimmung der äußerst unterschiedlich dehnfähigen Faserverstärkungen, ermöglicht zudem die Steuerung der Festigkeitseigenschaften in einem breiten Rahmen, wobei die Herstellungskosten im Vergleich zu den vorbekannten Kunststoffen gering sind.

Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten faserverstärkten Kunststoffes;

Fig. 2 schematische Darstellungen eines noppenartigen Aufbaus der mittigen Schicht; und

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht des noppenartigen Aufbaus der mittigen Schicht mit Hohlkugeln in den Freiräumen.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße faserverstärkte Kunststoff allgemein mit 10 bezeichnet. Er besteht aus neun verschiedenen Lagen bzw. Schichten a bis e, nämlich einer mittigen Schicht c, die auf ihrer Oberseite mit drei Tragschichten b1, b0, b2 und auf ihrer Unterseite ebenfalls mit drei Tragschichten d0, d1, d2, versehen ist. An die oberste Tragschicht b2 grenzt ein Glasfaserfeingewebe a an, während an die unterste Tragschicht d2 ein ähnliches Ober flächenvlies e angrenzt. Im vorliegenden Fall weisen die Oberflächenvliese a und e ein Flächengewicht von 26 g/m² auf, während die jeweils dreischichtigen Carbonfaserarmierungen b und d jeweils 200 g/m² aufweisen. Die mittige Schicht c wird durch ein Polyesterfaservlies gebildet, das ein Flächengewicht von 210 g/m² aufweist. Diese übereinander angeordneten Lagen werden geschichtet in ein Werkzeug (nicht gezeigt) eingelegt, das dann geschlossen wird. Die Wandtemperatur des Werkzeugs beträgt ca. 80°. Anschließend werden ca. 1150 g Expoxidharz für jeden m² Kunststoff injiziert und nach 30 Minuten entformt, wobei sich der erfindungsgemäße hochsteife Kunststoff ausbildet, welcher ein Flächengewicht von 2,2 kg/m² aufweist. Seine Biegesteifigkeit entspricht in etwa der eines 0,8 mm dicken Stahlblechs. Die Gesamtdicke ergibt sich zu 1,8 mm, wobei die mittige oder Zentralschicht 1 mm umfaßt, während sämtliche anderen acht Schichten a, b0 bis b2, d0 bis d2 und e jeweils 0,1 mm dick sind. Es dürfte jedoch einleuchten, daß die Anzahl der Schichten, deren Dicke und ihr Flächengewicht, nicht unbedingt auf diese Werte beschränkt sind, sondern in einem relativ breiten Rahmen variiert werden können. So können beispielsweise nur zwei oder auch mehr als drei Tragschichten auf jeder Seite der mittigen Schicht c vorgesehen werden. Statt der Gelege können auch Vliese, Gewebe und Kombinationen eingesetzt werden. Auch können die Oberflächenvliese a oder e entfallen. Ferner dürfte einleuchten, daß die Kunststoff-Faserarmierung der mittigen Schicht c unter einer Vielzahl von Kunststoffen ausgewählt werden kann.

Hinsichtlich der Gesamtdicke werden Werte von 0,75 bis ca. 2 mm als geeignet angesehen, wobei das Ausführungsbeispiel mit einer Dicke von 1,8 mm und jeweils drei Tragschichten be sonders vorteilhaft ist. Im Ausführungsbeispiel weisen die Tragschichten b0 und d0 zur Längsachse keine Abweichung auf, während die Tragschichten b1 und b2 einerseits und d1 und d2 andererseits jeweils einen Winkel von -60° bzw. +60° zur Längsachse besitzen. Hierdurch werden etwaige Zug- und Dehnkräfte geeignet aufgefangen. Andere Verstärkungsaus richtungen sind jedoch auch geeignet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die einzelnen Tragschichten leicht angeschmirgelt worden, um die inter laminare Festigkeit und den Verbund zur mittigen Schicht b und untereinander zu verbessern. Die Glasfaserfeingewebe a und e sind vorgesehen, um eine gewisse Schleifbarkeit im Reparaturfall vorzusehen.

Ferner dürfte einleuchten, daß die Armierung in den einzelnen Schichten leitfähig gemacht werden kann, um eine Verbesserung der elektrostatischen Lackierbarkeit vorzusehen, falls dieses gewünscht wird.

Zur Gewichtsverringerung des erfindungsgemäßen faserver stärkten Kunststoffes kann die mittige Schicht c be sonders ausgebildet werden und Hohlräume einschließen. Dieses ist in den Fig. 2 und 3 näher gezeigt. In Fig. 2 wird eine vorgeformte mittige Schicht c gezeigt, die noppenförmige Deformierungen aufweist, die durch Vertiefungen und Erhebungen gekennzeichnet sind.

In Fig. 3 (Schnitt durch die Linie A-A der Fig. 2) ist dann gezeigt, wie die zwischen den Vertiefungen und Erhebungen entstandenen Freiräume mit Hohlkugeln 11 ausgefüllt sind, die aus Phenolharz bestehen.

Die Erfindung schafft also ein extrem dünnes Sandwich laminat, das leicht ist und trotzdem eine hohe Steifigkeit aufweist, so daß es als dynamisch hochbelastbar bezeichnet werden kann. Im übrigen ist es ferner mißbrauchtauglich bei hoher Oberflächenqualität. Es kann ferner derart ausgerüstet werden, daß es eine gute elektrostatische Lackierbarkeit aufweist, da die sog. EMI-Abschirmung integriert ist.

Es ist insofern kostengünstig, als daß nur geringe Mengen an Carbonfasern eingesetzt werden, während die übrigen Fasern ohnehin preiswert sind. Ebenso wie der übrige Stand der Technik lassen sich die erfindungsgemäßen Sandwichlaminate einfach durch Schrauben, Nieten oder Klemmen und Verkleben einbauen.

Claims

1. Faserverstärkter Kunststoff für Karosserieteile bei Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch einen maximal 2 mm dicken Aufbau, umfassend:
eine mittige Schicht (c) mit einer durchgehenden Kunststoff-Faserarmierung aus Polyester-, Polyamid-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyurethan-, Methacrylat-, und/oder Aramid-Fasern in Form von Geweben, Gelegen, Vliesen, Filz und/oder Gestrick,
mindestens zwei jeweils auf der Ober- und Unterseite der mittigen Schicht (c) angeordnete Tragschichten (b und d) aus Carbon-Faserarmierung,
wobei gegebenenfalls zwischen der mittigen Schicht (c) und den Tragschichten (b und d) jeweils eine Metallfolie oder ein Metallfaser-Vlies, -Gewebe, -Gestrick, -Geflecht, -Gelege eingesetzt ist;
und gegebenenfalls jeweils ein Oberflächenvlies, Fein-Gewebe, -Gestrick, -Gewirk, -Gelege, -Geflecht (a, e) auf den Außenseiten der Tragschichten (b und d) vorgesehen ist.

2. Faserverstärkter Kunststoff für Karosserieteile bei Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei jeweils dreischichtige Tragschichten (b und d).

3. Faserverstärkter Kunststoff für Karosserieteile bei Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbon-Faserarmierung in Form von Geweben, Gelegen, Matten und/oder Vliesen in den Tragschichten vorgesehen sind.

4. Faserverstärkter Kunststoff für Karosserieteile bei Kraftfahrzeugen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbon-Faserarmierungen im wesentlichen oberflächenparallel ausgerichtet sind.

5. Faserverstärkter Kunststoff für Karosserieteile bei Kraftfahrzeugen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbon-Faserarmierungen in den beiden dreischichtigen Tragschichten jeweils Verstärkungsrichtungen von etwa -60°, ±0°, +60°, aufweisen.

6. Faserverstärkter Kunststoff für Karosserieteile bei Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gesamtflächengewicht von etwa 2 kg/m² von dem die Faserarmierungen ca. 1/3 bis 1/2 und der injizierte Kunststoff 2/3 bis 1/2 des Flächengewichtes umfassen.