DE4106658A1

DE4106658A1 - Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus mit fasermaterial verstaerkten kunstharzen

Info

Publication number: DE4106658A1
Application number: DE4106658A
Authority: DE
Inventors: Christian Leonhard; Thomas Meier; Edwin Dr Cramer; Dietmar Dr Nissen
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1991-03-02
Filing date: 1991-03-02
Publication date: 1992-09-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Blattfedern, aus mit Fasermaterial verstärkten, flüssigen und unter Wärmeeinwirkung härtbaren Kunstharzen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-C-37 42 835 bekannt. Dabei wird Fasermaterial in Form von Fasersträngen, -bündeln, -geweben oder -gelegen mit einem Kunstharz imprägniert, in ein bandförmiges Laminat überführt und gegebenenfalls zu Streifen abgelängt. Mehrere dieser Laminatstreifen werden erwärmt und unter Ausbildung des Formkörpers in einem Preßwerkzeug miteinander verbunden. Dies geschieht durch Aktivieren und Härten des Kunstharzes bei erhöhten Temperaturen. Bei der Herstellung von Formkörpern mit großen Querschnitten, beispielsweise Lkw-Blattfedern, entsteht ein entsprechendes Temperaturgefälle von der Oberfläche des äußeren Laminat streifens zur Blattfedermitte hin, d. h. die Härtungsreaktion wird zunächst im Randbereich initiiert und bewegt sich in Form einer Aushärtefront unter Freisetzung von Wärme zur Blattfedermitte, wobei die Randbereiche einfrieren. Folge davon ist, daß in diesen Bereichen keine Fließprozesse mehr stattfinden, und die durch den Pressestempel aufgebrachte Preßkraft von den erstarrenden Randbereichen aufgenommen wird. Der Preßdruck in der Bauteilmitte ist gering, Schrumpferscheinungen führen zu Spannungen, welche Delaminationen und Risse zur Folge haben.

Mit der Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mit Fasermaterial verstärkten Kunstharzen geschaffen werden, welches die vorstehend genannten Nachteile vermeidet und insbesondere für die Her stellung von Blattfedern mit großen Querschnitten geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Maßnahme nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.

Dadurch, daß die aufeinandergeschichteten Laminatstreifen während der Aus übung des Preßdruckes auf die größten gegenüberliegenden Flächen des Formkörpers ausgehend von einer dieser Flächen in Richtung auf die andere Fläche ausgehärtet werden, entsteht keine um einen weichen Kern wachsende Schale. Die Aushärtefront durchläuft den Formkörper im wesentlichen gleichmäßig von der einen zur anderen Seite. Im Inneren des Formkörpers stoßen keine Aushärtefronten aufeinander, so daß Temperaturspitzen dort vermieden werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper weisen deutlich geringere Eigenspannungen auf und sind somit vielseitig verwendbar.

Im einzelnen wird nach dem Verfahren Fasermaterial in Form von Faser strängen, -bündeln, -geweben oder -gelegen mit einem unter Wärmeeinwirkung härtbaren Kunstharz imprägniert, d. h. es werden sogenannte Prepregs her gestellt. Als Fasermaterial kommen hierfür Stränge, Bündel, Gewebe und Gelege aus Glas, Keramik, Kohlenstoff und/oder Kunststoff in Betracht.

Geeignete Kunstharze für das Imprägnieren sind beispielsweise ungesättigte Polyesterharze, ungesättigte Acrylharze, Bismaleinimidharze, Epoxidharz systeme, Polyimidharze, Phenolharze, Melaminharze, Polyurethanharze und Vinylesterharze. Sie können in reiner Form oder als Gemische verwendet werden. Außerdem können den Kunstharzen Monomere, die kopolymerisierbare Reaktiveinheiten enthalten, zugemischt werden.

Die Kunstharze enthalten Reaktionsmittel, bestehend aus Härter und/oder Beschleuniger. Sie können in einer Menge von 0,1 bis 150 Gew.-% zugemischt werden. Als Reaktionsmittel dienen z. B. Peroxide wie Benzoylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxy)hexin(3), tert.- Butylcumylperoxid, Di(4-methyl-benzoyl)peroxid, 1,1-Di(tert.butylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,3-Di(2-tert.butylperoxy-isopropyl)benzol, Di(tert.butyl)peroxid, 2,5-dimethyl2,5-di(tert.butylperoxy)hexan. Weitere Härter sind z. B. Polyamine, Polyphenole, Phenolamine, Carbonsäure anhydride, Dicyandiamid oder Imidazole.

Die Härter sind gegebenenfalls in Kombination mit Beschleuniger einzu setzen. Geeignete Beschleuniger sind tertiäre Amine wie z. B. N,N-Dimethyl anilin, N,N-Diethylanilin; oder Toluidine und Xylidine wie z. B. N,N,-Di isopropylidenn-para-toluidin, N,N-Dimethyl-p-toluidin, N,N-Bis-(2-hydroxy ethyl)-xylidin, weiterhin Diuron und Imidazole. Als Metallsalze sind einsetzbar Co-, Mn-, Sn- oder Ce-Salze.

Das Imprägnieren des Fasermaterials in an sich bekannter Weise in einem kontinuierlichen Verfahren, bei dem das Fasermaterial durch ein Reservoir oder Bad eines flüssigen Kunstharzes und anschließend durch eine Kalibriervorrichtung geleitet und in ein bandförmiges Laminat einer Dicke von ca. 0,1 bis 10 mm übergeführt wird. Die in den benötigten Längen zu geschnittenen Laminatstreifen werden dann einzeln oder übereinander geschichtet in einem beheizten Preßwerkzeug bei Temperaturen zwischen 40 und 200°C unter Ausbildung des Formkörpers und Aushärten des Kunstharzes verpreßt. Das Aushärten des Formkörpers kann dabei so gesteuert werden, daß die Laminatstreifen auf der einen Fläche des Formkörpers auf eine Temperatur von etwa 5°C bis etwa 50°C, vorzugsweise 5 bis 10°C unterhalb der Reaktionsstarttemperatur des Kunstharzes erwärmt werden. Hierdurch wird ein besonders rasches Fortschreiten der Härtungsreaktion erreicht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden Laminatstreifen ver wendet, die über den Formkörperquerschnitt eine insgesamt unterschied liche, im wesentlichen sich stetig ändernde Reaktivität des Kunstharzes aufweisen. Es können sowohl Laminatstreifen mit unterschiedlichen Mengen anteilen eines Reaktionsmittels (Härter, Beschleuniger) als auch Laminat streifen mit Reaktionsmitteln verschiedener chemischer Zusammensetzung vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung einer Parabelblattfeder mit den Abmessungen B×H×L=100×80×1800 mm werden 200 entsprechend zugeschnittene Laminatstreifen aus mit Kunstharz imprägnierten, unidirektionalen Glas fasersträngen in einem aus einer Patrize und einer Matrize bestehenden Formwerkzeug unter Anwendung von Druck und Temperatur miteinander verpreßt. Das Flächengewicht der Laminatstreifen beträgt 830 g/m², der Anteil des Kunstharzes - amingehärtetes Epoxidharz mit 8 Gew.-% Reaktions mittel (Dicyandiamid und Diuron) - etwa 33 Gew.-%, bezogen auf das Gesamt gewicht des Laminatstreifens. Sämtliche Laminatstreifen werden gleichmäßig auf eine Temperatur von 80°C erwärmt und in das Formwerkzeug, dessen Patrize auf 155°C und dessen Matrize auf 115°C aufgeheizt ist, eingelegt. Der Preßdruck beträgt ca. 50 bar. Das Aushärten der Blattfeder beginnt an dem aus der Patrize anliegenden Laminatstreifen und setzt sich in Richtung auf die Matrize fort. Nach etwa 40 Minuten ist die Blattfeder ausgehärtet.

Beispiel 2

Zur Herstellung einer Blattfeder mit den Abmessungen B×H×L=100×40×1800 mm werden 100 Laminatstreifen aus unidirekti onalen Glasfasersträngen, die mit einem Vinylesterharz imprägniert sind, übereinanderdrapiert und in dem Formwerkzeug entsprechend Beispiel verpreßt. Das Flächengewicht der Laminatstreifen beträgt ca. 840 g/m², der Harzgehalt liegt bei etwa 33 Gew.-%. Das Kunstharz wird radikalisch poly merisiert, wobei die Reaktion mit Peroxiden initiiert wird. Die Laminat streifen enthalten zwei verschiedene Peroxide in unterschiedlichen Mengen:
Peroxid 1: Dicumylperoxid
Peroxid 2: 2,5-Dimethylhexin(3)-2,5-di-t-butylperoxid

Sie werden gleichmäßig auf eine Temperatur von 80°C erwärmt und ent sprechend dem folgenden Aufbau (Angaben in Gewichtsprozent) in dem Form werkzeug abgelegt.
20 Laminatstreifen mit 2% Peroxid 1
20 Laminatstreifen mit 1,5% Peroxid und 0,5 % Peroxid 2
20 Laminatstreifen mit 1% Peroxid 1 und 1,5 Peroxid 2
20 Laminatstreifen mit 0,5% Peroxid 1 und 1,5% Peroxid 2
20 Laminatstreifen mit 2% Peroxid 2

Die Temperatur des Formwerkzeuges (Patrize und Matrize) beträgt etwa 150°C, der Preßdruck etwa 50 bar. Die Aushärtung der Blattfeder beginnt auf der Seite des bei niedrigeren Temperaturen vernetzenden Peroxids 1 und läuft in Richtung der Laminatstreifen, die ausschließlich Peroxid 2 enthalten. Das Bauteil ist nach etwa 15 Minuten ausgehärtet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Blattfedern, aus mit Fasermaterial verstärkten, flüssigen und unter Wärmeeinwirkung härtbaren Kunstharzen, bei dem Fasermaterial in Form von Faser strängen, -bündeln, -geweben oder -gelegen mit dem Kunstharz impräg niert, in ein bandförmiges Laminat überführt und gegebenenfalls zu Streifen abgelängt wird und mehrere Laminatstreifen unter Ausbildung des Formkörpers in einem Preßwerkzeug durch entsprechende Wärmeein wirkung gehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander geschichteten Laminatstreifen während der Ausübung des Preßdruckes auf die größten gegenüberliegenden Flächen des Formkörpers ausgehend von einer dieser Flächen in Richtung auf die andere Fläche ausgehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Laminat streifen auf der einen Fläche des Formkörpers auf eine Temperatur von etwa 5 bis 50°C oberhalb und auf der gegenüberliegenden anderen Fläche des Formkörers auf eine Temperatur von etwa 50°C bis etwa 30°C unter halb der Reaktionsstarttemperatur des Kunstharzes erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Laminatstreifen verwendet werden, die über den Formkörperquerschnitt eine insgesamt unterschiedliche, im wesentlichen sich stetig ändernde Reaktivität des Kunstharzes aufweisen.