DE60105338T3

DE60105338T3 - Zwischen-Verbundstoff, dessen Herstellungsverfahren und dessen Verwendung als Formmaterial

Info

Publication number: DE60105338T3
Application number: DE60105338T
Authority: DE
Inventors: Eric Leblond; Jerôme Aubry
Original assignee: Hexcel Composites Ltd
Current assignee: Hexcel Composites Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2021-03-10
Also published as: FR2806425A1; ES2228777T5; DK1134314T3; PT1134314E; DE60105338D1; FR2806425B1; ATE275652T1; ES2228777T3; EP1134314A1; DE60105338T2; EP1134314B1; EP1134314B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Verbundmaterialien, die zur Herstellung von Artikeln, Teilen oder Fertigprodukten verwendet werden, die im Allgemeinen durch Formgebung, für gewöhnlich durch Spritzgießen, erhalten werden.
Bei dem technischen Gebiet handelt es sich insbesondere um Teile mit technischer Eigenschaft, bei denen es angebracht ist, eine bestimmte Leichtigkeit im Vergleich zu jener von Teilen, die aus herkömmlichem Material und insbesondere aus Metall hergestellt werden, mit einer global erhöhten mechanischen Widerstandsfähigkeit zu verbinden.
Auf zahlreichen technischen Gebieten greift man auf die Verwendung von Verbundmaterialien zurück, um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen. Als Beispiel können die Gebiete des aeronautischen, des maritimen und des terrestrischen Transportes, die industriellen Gebiete im Allgemeinen sowie das Gebiet der Freizeitsport- und Wettkampfsportarten genannt werden.
Der bekannte Stand der Technik hat eine bestimmte Anzahl an Lösungen vorgeschlagen, um Verbundteile herzustellen.
Von diesen sind sicher die Teile zu nennen, die durch Formung in einer geeigneten Spritzform erhalten werden, in der Schichten von gewebten oder nicht gewebten Lagen von Verstärkungsfasern drapiert sind, indem sie einer thermoplastischen oder duroplastischen Harzmatrix zugeordnet werden, welche entweder vorgetränkt oder nach und nach mit dem Übereinanderlegen der gewebten oder nicht gewebten Lagen rapportiert wird.
Eine solche Technik kann als zufriedenstellend betrachtet werden, wenn es darum geht, hohle oder teilweise offene Teile zu erhalten, welche darüber hinaus keine komplexen Formgebungen aufweisen und die meistens nicht durch mechanische Bearbeitung erhalten werden können.
Ein solches Verfahren wird jedoch im Allgemeinen nicht angewendet, wenn es darum geht, massive Teile zu erhalten.
Für derartige Produktionen hat der bekannte Stand der Technik unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen, von denen insbesondere die Lehre zu nennen ist, welche durch die Anmeldung FR 2 770 802 offenbart wird, der zufolge im wesentlichen rechteckige Segmente von Fasern, die in eine thermoplastische oder duroplastische Harzmatrix getaucht sind, abgeschnitten werden, wobei im Anschluß daran zu einer dreidimensionalen Anordnung dieser Segmente im Inneren des Hohlraums einer Spritzform übergegangen wird, in welcher die Anordnung komprimiert wird, indem sie auch einem Temperaturanstieg ausgesetzt wird, der geeignet ist, das Fließen der Matrix und das endgültige Erhalten eines kompakten, gehärteten Teils zu gewährleisten, dessen äußere Form die umgekehrte Replik der Formgebung des Spritzgießnestes ist.
Die Segmente rechteckiger Form werden ausgehend von einer nicht gewebten Lage von Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern, die vorzugsweise parallel gestreckt sind, abgeschnitten.
Eine solche Technik ermöglicht es bestimmt, Teile mit geeigneten Eigenschaften zu erhalten, weist jedoch im wesentlichen aufgrund der Umsetzungsbedingungen, die sie impliziert, Schwächen auf.
In der Tat wird im Allgemeinen der Schnitt der Segmente rechteckiger Form unter industriellen Bedingungen lange vor der Notwendigkeit des Formens durchgeführt, um über ein Zwischenprodukt zu verfügen, welches im Hinblick auf die Anforderungen zukünftiger Produktionen gelagert wird.
Die Lagerung dieser Segmente impliziert eine Volumenkonzentration in jeglichem geeigneten Behälter, was relativ schnell zu einer Verdichtung der Segmente durch Agglomeration führt, wodurch sie wenig geeignet sind, Fertigteile zu erhalten, welche eine homogene Dichte und reproduzierbare mechanische Eigenschaften aufweisen.
Es wird ferner schwierig, wenn nicht unmöglich, zum Zeitpunkt des Formens die praktische dreidimensionale Anordnung im Inneren des Formhohlraums ausgehend von Segmenten durchzuführen, die zum Teil gehäuft aufgenommen werden können.
Es könnte vorgesehen werden, dieses Problem zu lösen, indem die Segmente während des Formvorgangs abgeschnitten werden, wobei man jedoch verstehen wird, daß eine solche Technik nicht den Anforderungen industrieller Herstellung entspricht.
Als Beispiel für den bekannten Stand der Technik ist auch die Lehre zu nennen, die durch die Anmeldung FR 2 740 149 offenbart wird, welche vorschlägt, von einem gleichen Basisprodukt auszugehen, das aus gestreckten in einer Richtung verlaufenden Segmenten ausgestaltet ist, welche in eine Harzmatrix eingetaucht sind, diese Segmente in zufälliger Weise in einem Formhohlraum anzuordnen und daraus die Formgebung durchzuführen, um eine steife, dichte, kompakte Platte zu erhalten, die in der Folge als Basismaterial für die Ausgestaltung von Fertigteilen durch Formgebung verwendet wird.
Bei dieser Technik erscheint die Harzmatrix im wesentlichen ein thermoplastisches Harz oder ein Gemisch aus thermoplastischen Harzen zu sein.
Wenngleich dieser Vorschlag das Problem der Lagerung vor der endgültigen Verwendung löst, weist er im Gegenzug die Schwäche auf, daß er nicht geeignet ist, unter den besten ökonomischen Bedingungen eventuell komplexe, sogar dreidimensionale Teile, herzustellen, welche ein Schneiden oder Abschneiden von primären elementaren Platten erfordern, um sie der geometrischen und/oder volumenmäßigen Formgebung des zu erhaltenden Teils anzupassen. Daraus ergibt sich ein hoher Grad an Ausschuß, der sich deutlich auf den Herstellungspreis der endgültigen Teile auswirkt.
Ferner ist anzumerken, daß dieses Verfahren nicht erlaubt, Teile mit variabler oder erweiterbarer Form zu erhalten. Die Verwendungseinschränkungen einer solchen Technik werden im übrigen in der Beschreibung jener Anmeldung angeführt, da nur die Herstellung von Teilen mit einer konstanten Dicke erläutert wird.
EP 0 025 689 wiederum beschreibt eine Formmischung in Mattenform aus einem Kunststoffmaterial, das durch Fasern verstärkt ist, wobei die Verbindung eine erste Schicht umfaßt, die aus umgestalteten rechteckigen oder dreieckigen Plättchen gebildet ist, mit einer Breite von höchstens 1 mm und einer Länge von höchstens 3 mm, wobei die Plättchen zu 30 bis 90 Gewichtsprozent aus Verstärkungsfasern und zu 70 bis 10 Gewichtsprozent aus einer Harzmatrix bestehen, wobei die erste Schicht über eine ihrer Seiten oder über beide Seiten mit einer zweiten Schicht verbunden ist, die aus derselben Harzmatrix und zu 0 bis 30 Gewichtsprozent aus fragmentierten Verstärkungsfasern besteht, wobei die Dicke der zweiten Schicht geringer als jene der ersten Schicht ist. Diese durch Formen erhaltene Verbindung besteht somit aus zwei Schichten und ist trocken, so wie auf Seite 3, Zeile 12 angeführt.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die Probleme des bekannten Stands zu lösen und schlägt zu diesem Zweck ein Verbundstoff-Zwischenprodukt als Zwischenmaterial vor, das einfach gelagert und zum Zeitpunkt der endgültigen Verwendung leicht eingesetzt werden kann, um durch Formgebung und Gießen hohle Teile oder nicht-hohle Teile zu erhalten, welche Eigenschaften relativer Leichtigkeit und erhöhter mechanischer Widerstandsfähigkeit aufweisen müssen und gleichzeitig zu einem interessanten Herstellungspreis hergestellt werden können.
Um die oben genannten Aufgaben zu erfüllen, betrifft die Erfindung ein Verbundstoff-Zwischenprodukt auf der Basis von Fasersegmenten – welche in eine duroplastische Harzmatrix getaucht sind – das sich in der Gestalt von mindestens einer Schicht 2 von flachen mehrfaserigen Segmenten 1 darstellt, die übereinander gelegt sind, indem sie zufällig ausgerichtet und auf eine fast in allen Richtungen gleiche Weise in der Ebene der Schicht derart verteilt werden, daß sie eine Matte mit einer konstanten Masse und Dicke ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente, zumindest einige von ihnen, durch Haftung in Richtung ihrer übereinander liegenden Kreuzungsbereiche 3 aufgrund des duroplastischen Harzes verbunden sind, das teilweise polymerisiert ist und das bei Umgebungstemperatur eine verbliebene Klebrigkeit derart aufweist, daß es eine Matte geringer Eigenhaftung ausbildet, die bei Umgebungstemperatur eine relative Nachgiebigkeit und eine Fähigkeit zum Aufrollen aufweist.
Die Erfindung hat auch die Aufgabe, ein Verfahren zum Erhalten des Verbundstoff-Zwischenproduktes bereitzustellen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es daraus besteht:

• eine Lage anzuordnen, die einen hohen Gehalt an Fasern umfaßt, die in eine duroplastische Harzmatrix getaucht werden, in welcher sie satt getränkt werden,
• die Lage in parallele Riemchen zu zerschneiden, die quer abgeschnitten werden, um Segmente auszubilden,
• die Segmente flach auf zufällige Weise abzulegen, um mindestens eine Schicht konstanter, homogener Dicke in der Ebene auszubilden, in welcher die Segmente auf fast in allen Richtungen gleiche Weise verteilt werden,
• die Schicht der Wirkung von Mitteln auszusetzen, die in der Lage sind, die Haftung von mindestens einigen Segmenten an ihren übereinander liegenden Kreuzungspunkten hervorzurufen, ohne die duroplastische Harzmatrix vollständig zu polymerisieren, um der Schicht eine Eigenkohärenz und eine relative Nachgiebigkeit zu verleihen.

Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, das Verbundstoff-Zwischenprodukt als Basismaterial für die Ausgestaltung mindestens eines Fertigartikels durch Spritzgießen zu verwenden.
Verschiedene andere Eigenschaften gehen aus der unten angeführten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, welche beispielhaft und nicht einschränkend Ausführungsformen der Aufgabe der Erfindung darstellen. Es zeigen:
1 eine teilweise schematische Perspektive des Verbundstoff-Zwischenproduktes gemäß der Erfindung;
2 eine Teilperspektive, die in vergrößertem Maßstab eine charakteristische strukturelle Anordnung des Zwischenproduktes darstellt;
3 bis 7 schematische Ansichten in Aufriß-Schnittdarstellung, welche verschiedene strukturelle Ausführungsformen des Verbundstoff-Zwischenproduktes zeigen;
8 eine schematische Perspektive, welche verschiedene charakteristische Schritte des Verfahrens zum Erhalten des Verbundstoff-Zwischenproduktes zeigt.
Gemäß 1 und 2 ist das Verbundstoff-Zwischenprodukt auf der Basis von Segmenten 1 aus Fasern ausgestaltet, die im dargestellten Beispiel in eine Richtung verlaufen und zueinander parallel angeordnet sind, indem sie in eine duroplastische Harzmatrix getaucht sind, wodurch jedem Segment ein Eigenverhalten oder eine Eigenkohärenz verliehen wird.
Gemäß der Erfindung und gemäß dieses Beispiels stammen die Segmente 1 aus dem Schneiden einer Lage aus parallelen Fasern, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß die Segmente ausgehend von einer gewebten Lage, die zwischen Kettgarn und Schußgarn unausgeglichen oder ausgeglichen ist, und auch ausgehend von jeglicher geeigneten Bindungsart hergestellt werden können.
Die Fasersegmente sind vorzugsweise von rechteckiger Form und von geringer relativer Dicke und weisen Abmessungseigenschaften auf, die als identisch betrachtet werden können.
Zu den geeigneten Fasern zählen Kohlenstoff-, Glasfasern, Aramidfasern, Keramikfasern, aber auch alle Fasern, selbst Naturfasern, die getränkt werden können.
Das Verbundstoff-Zwischenprodukt stellt sich in der Form von mindestens einer Schicht oder Matte 2 dar, die ausgehend von Segmenten 1 ausgestaltet ist, welche vorzugsweise identische Abmessungseigenschaften aufweisen und die in zufälliger Weise übereinander gelegt sind, indem sie zufällig auf eine fast in allen Richtungen gleiche Weise in der Ebene der Schicht verteilt werden, der sie eine je nach Weiterverwendung, die für das Verbundstoff-Zwischenprodukt vorgesehen ist, variable Dicke verleihen können.
Die Schicht 2 wiederum weist eine Eigenhaftung sowie eine relative Nachgiebigkeit auf, wobei ihr diese Eigenschaften durch Segmente verliehen werden, die – zumindest einige von ihnen – zumindest durch Haftung in Richtung ihrer übereinander liegenden Kreuzungsbereiche verbunden sind, so wie durch das Bezugszeichen 3 in 2 gekennzeichnet.
Vorzugsweise ergibt sich die Haftung aus der Gegenwart der nicht vollständig polymerisierten Harzmatrix und aus der Anwendung eines relativen Drucks, der auf die Segmente 1 senkrecht zur Ebene der Schicht 2 ausgeübt wird.
Diese Haftung verleiht der Schicht eine Eigenkohäsion und gleichzeitig eine relative Nachgiebigkeit, wodurch für deren Verwendung oder Lagerung eine reversible Verformung, wie beispielsweise ein mögliches Aufrollen oder eine Fähigkeit zum Anordnen in Lagen oder Drapieren, begünstigt wird.
Das Verbundstoff-Zwischenprodukt kann in Gestalt einer einfachen Schicht 2, wie in 3 dargestellt, hergestellt werden oder – wie in 4 dargestellt – einen Träger 4 oder ein Bearbeitungssubstrat, Konditionierungssubstrat, Herstellungssubstrat, Ausgestaltungssubstrat aufweisen, das eventuell abziehbar oder abnehmbar ist.
Das Substrat 4 kann erforderlichenfalls auch durch ein ebenes Verstärkungselement ersetzt werden, das durch Haftung der Schicht 2 zugeordnet wird, der es bei einer weiteren Verwendung, so wie unten angeführt, verbesserte mechanische Eigenschaften verleihen soll. Die Verstärkung ist vorzugsweise von kontinuierlicher und von selber chemischer Beschaffenheit und zumindest teilweise polymerisiert.
5 zeigt die Möglichkeit, das Verbundstoff-Zwischenprodukt herzustellen, indem dafür gesorgt wird, daß es auf seinen beiden Flächen Träger oder Substrate 4, aufweist, die abziehbare Papierarten oder Verstärkungselemente von der zuvor genannten Art sein können.
6 zeigt eine komplexere Ausführungsform, der zufolge das Verbundstoff-Zwischenprodukt zwei Schichten 2a aufweist, die untereinander durch ein Substrat 5 verbunden sind, welches eine Verstärkungsseele ausgestaltet und wobei mindestens eine der Schichten mit einem Träger oder Substrat überzogen sein kann, wie 6, 6a, der bzw. das abnehmbar ist oder nicht oder eine strukturelle Eigenschaft aufweist. Die Verstärkungsseele kann aus einer oder mehreren Lagen eines vorgetränkten Komplexes ausgestaltet sein, der dazu bestimmt ist, die mechanischen Eigenschaften des Fertigteils zu verbessern. Das Substrat 5 ist vorteilhafterweise von derselben chemischen Beschaffenheit wie die Elemente der Schicht, und das Harz, welches das Substrat zumindest teilweise ausgestaltet, ist zumindest teilweise polymerisiert.
1 zeigt, daß das Verbundstoff-Zwischenprodukt vorzugsweise in Gestalt eines Streifens oder einer Platte ausgeführt ist. 7 wiederum zeigt, daß angesichts der relativen Nachgiebigkeit das Verbundstoff-Zwischenprodukt in der Gestalt einer Aufwickelung 7 eines Streifens erhalten werden kann, so wie in 1 dargestellt, wo die Breite im Vergleich zur Länge gering ist.
In allen Fällen kann das Verbundstoff-Zwischenprodukt natürliche Ränder, wie bei 8, sogar glatte Ränder, wie bei 9, umfassen, die sich aus einem vorhergehenden Schnittvorgang ergeben, der dazu bestimmt ist, die Randverteilung der zufällig abgelegten Segmente 1, wie zuvor erwähnt, zu unterdrücken.
Die Segmente 1, deren Basis beispielsweise parallele, in eine Richtung verlaufende Fasern bilden, die in ein duroplastisches Harz getaucht sind, können zum Beispiel eine Länge von 10 bis 100 mm, eine Breite von 5 bis 50 mm und eine Oberflächenmasse von 130 bis 1000 g pro Quadratmeter trockener Fasern aufweisen.
Vorzugsweise und in diesem Beispiel stammen die Segmente 1 aus Lagen aus Multifilamentfasern mit hohem Fasergehalt, beispielsweise und vorteilhafterweise mit mindestens 12 K im Fall von Kohlenstoffasern und 1200 Tex im Fall von Glasfasern, welche linear und parallel zueinander in einer Harzmatrix angeordnet sind, deren Massegehalt zwischen 15 und 40% Harz im Verhältnis zur Gesamtmasse Fasern-Matrix liegen kann. Das satte Tränken der Multifilamentfasern mit hohem Fasergehalt, insbesondere von parallelen Fasern, gemäß der Erfindung ermöglicht es, über ein Verbundstoff-Zwischenprodukt zu verfügen, das vorteilhafte ökonomische Eigenschaften aufweist.
Segmente 1 können auch ausgehend von Fasern des Typs Aluminosilikat oder Aluminiumoxid hergestellt werden, die in eine Polyphenylmethylsiloxanmatrix getaucht werden, welche einen Massegehalt zwischen 50 und 60% aufweist.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung weist die Schicht 2 eine im wesentlichen konstante Dicke auf und bietet eine Grammtoleranz, die an allen Punkten in ihrer Ebene ±5% beträgt. Auf diese Weise besitzt die Schicht 2 einen konstanten und homogenen Faservolumengehalt, und die zufällige Ausrichtung und Ablage verleihen der Schicht eine Eigenschaft, durch welche die Segmente 1 auf eine fast in allen Richtungen gleiche Weise in der Ebene und in der Dicke verteilt werden.
Zu den duroplastischen Harzen, die zur Ausgestaltung der Matrix verwendet werden können, zählen Polyester, Vinylester, Epoxide, Bismaleimide, Polymide, Phenole.
Eine bestimmte verbliebene Klebrigkeit, die in der englischen Sprache unter der Bezeichnung „tack” bekannt ist, wird dem duroplastischen Harz, aus dem die Matrix ausgestaltet ist, verliehen, wobei diese Klebrigkeit sowohl aus den verschiedenen Bestandteilen der verwendeten chemischen Formulierung und dem tg des nicht polymerisierten Harzes resultiert, wenn sich dieser tg zwischen –10 und +20°C befindet.
8 zeigt in beispielhafter und schematischer Weise eine Anlage, welche die verschiedenen Schritte des Verfahrens zum Erhalten des Verbundstoff-Zwischenproduktes gemäß der Erfindung ausführt.
In einem Schritt A und gemäß einem ersten Beispiel werden die Fasern, Fäden, Multifilamentfasern, die parallel zueinander ausgebreitet sind, mit Hilfe einer Vorrichtung, wie der Vorrichtung 10, die insbesondere aus einem Drehzylinder besteht, der an seinem Umfang mehrere quer verlaufende Kehlen, Schnitte oder Rillen aufweist, in eine flache Form gebracht. Die Vorrichtung 10 dient dazu, eine Verteilung der Multifilamente, welche die Fäden oder Fasern ausgestalten, derart zu begünstigen, auszuführen, aufrecht zu erhalten, daß eine Art Lage 11 gebildet wird, welche in die Richtung des Pfeils f₁ verschoben wird, um unterhalb einer Tränkstation 12 durchzuwandern, wodurch zum Beispiel die Verteilung einer dosierten Menge an duroplastischem Harz gewährleistet wird. Die Tränkstation 12 kann natürlich aus jeder geeigneten Vorrichtung bestehen, wie beispielsweise einem Stoffauflaufkasten oder einem Becken, welche ein Tränken der Fasern durch das sogenannte Tauchverfahren ermöglichen.
Beim Ausgang der Tränkstation läuft die Lage 11 durch eine Kalandrierstation 13, die auch die Funktion hat, den Harzüberschuß derart auszupressen, daß eine Verbundlage 111 ausgestaltet wird, in welcher die anfänglichen Fasern oder Multifilamente in homogener Weise in eine Harzmatrix dosierter Konzentration getaucht werden. Nach der Station 13 wird die Verbundlage 111 unter eine Heizeinheit 14 derart geführt, daß der Lage 111 eine relative Kohärenz verliehen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Lage 111 aus einem ausgeglichenen oder nicht ausgeglichenen Gewebe ausgestaltet, das vorgetränkt werden kann oder nicht.
Die Lage 111 wird danach zu, einer Station B geleitet, in der sie einem Längsschnittverfahren unterzogen wird, das darauf abzielt, Streifen oder Riemchen 15 zu erzeugen, die sich im wesentlichen parallel derart erstrecken, daß sie in einen Schnittkopf 16 eingefügt werden, der wiederum eine Station C zur Herstellung von Segmenten 1 ausgestaltet.
Die verschiedenen Segmente 1 sind in zufälliger Weise auf einem Träger 17 abgelegt, der direkt durch das obere Band eines Endlosförderers oder durch einen Beförderungsträger oder ein Beförderungssubstrat ausgestaltet sein kann, deren Funktion darin besteht, die verschiedenen Segmente 1 aufzunehmen und sie in der Gestalt einer Schicht 2 zu den nachfolgenden Stationen der Anlage zu befördern.
Es ist zu berücksichtigen, daß der Träger 17 auch ein Verstärkungselement wie eine gewebte oder nicht gewebte, vorgetränkte oder nicht vorgetränkte Lage, darstellen kann, die dazu bestimmt ist, eine Seele auszugestalten oder zur Verstärkung der Schicht 2 beizutragen, wie in bezug auf 4, 5 und 6 angeführt.
Durch die Station C oder auf eine andere, dem Fachmann bekannte Weise werden die verschiedenen Segmente 1 in zufälliger Weise auf dem Träger oder dem Förderer 17 derart abgelegt, daß sie in der Ebene der zukünftigen Schicht 2 flach angeordnet werden, welche sie auf einer geeigneten Dicke ausgestalten, bei einer fast in allen Richtungen gleichen Verteilung. Mit dem Fortschreiten ihrer Ausbildung bewegt sich die Schicht 2 in die Richtung des Pfeils f₂, um sich quer über oder oberhalb eines Heiztisches 18 fortzubewegen, der einer Station D vorgeschaltet ist, wo ein relativer Druck senkrecht zur Ebene der Schicht 2 derart ausgeübt wird, daß die verschiedenen Segmente 1 einer Haftungsbindung an ihren Kreuzungsbereichpunkten unterzogen werden, wie in 2 mit 3 gekennzeichnet.
Die Station D kann beispielsweise in der Form einer Kalandriervorrichtung 19 ausgestaltet sein, welche zwei Walzen 20 und 21 umfaßt, von denen mindestens eine eventuell erhitzend sein kann, damit ihre Wirkung die Wirkung des Heiztisches 18 ergänzt oder ersetzt.
Die Station D wird stromabwärts in der Bewegungsrichtung gemäß des Pfeils f₂ durch einen sogenannten Abkühlungstisch 22 ergänzt, dessen Wirkung darin besteht, die Schicht 2 im Zustand der Haftung der Segmente 1 zu fixieren, während gleichzeitig das Harz, aus dem die Matrix ausgestaltet ist, in einem Zustand belassen wird, in dem eine relative und verbliebene Klebrigkeit vorhanden ist.
Unter Klebrigkeit ist das Konzept zu verstehen, das durch den Ausdruck „tack” wiedergegeben wird und das im vorliegenden Fall als ein Konzept geschätzt werden kann, das der Schicht 2 eine Möglichkeit bietet, auf sich selbst zurückgefaltet und in diesem Zustand durch die zwischen den zwei Flächen Seite an Seite hergestellte Klebrigkeitsverbindung aufrechterhalten zu werden.
Die Regelung der Bewegungsgeschwindigkeiten gemäß den Pfeilen f₁ und f₂ ermöglicht es, die Oberflächenmasse der Schicht 2 zu bestimmen.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es vorteilhaft, die Schicht 2 entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Station D einem linearen Schnittvorgang der Ränder mit Hilfe von Schneidelementen 23 derart zu unterziehen, daß die äußersten abgeschnittenen Teile mit mehr oder weniger zufälligen Dicke, Verdichtung, Flächenmaß beseitigt werden, welche die Randverteilungen kennzeichnen, um eine Schicht 2 zu erhalten, die auf der gesamten Länge und an allen Punkten der Breite konstante physikalische und mechanische Eigenschaften aufweist.
8 zeigt beispielhaft eine letzte Station E, bei der die erzeugte Schicht 2 dann in Gestalt einer Aufwickelung 25 konditioniert wird, welche derart ist, daß sie die Lagerung, den Transport, die Bearbeitung auf Wiederaufnahmemaschinen begünstigt, bei denen ein Schneiden oder Abschneiden der Schicht 2 ausgeführt wird, um über ein Verbundstoff-Zwischenmaterial zu verfügen, das für die Herstellung eines Fertigteils durch Formung geeignet ist.
Obwohl nicht dargestellt, ist zu berücksichtigen, daß gemäß der Erfindung die Verwendung des Verbundstoff-Zwischenproduktes, das durch die Schicht 2 ausgestaltet ist, jedem Verwender die Möglichkeit bietet, diese Schicht derart zu schneiden, daß er über so viele Dicken verfügt, wie für die Herstellung eines zukünftigen Teils praktisch ist, wobei die unterschiedlichen Dicken in den Hohlraum einer Spritzform angeordnet werden, welche eine Matrize bildet, in welcher ein Dorn unter geeigneten Druck- und Temperaturbedingungen derart eingefügt wird, daß die Warmformung eines Fertigartikels durchgeführt wird, dessen Entformen durch die Gegenwart eines Entformungsmittels begünstigt wird.
Die Erfindung ermöglicht somit das Erhalten eines Fertigproduktes oder Fertigartikels, dessen Eigenschaften in bezug auf Form und mechanische Widerstandsfähigkeit in direktem Verhältnis zu dem für seine Bildung verwendeten Verbundstoff-Zwischenprodukt stehen.
Es muß natürlich berücksichtigt werden, daß gemäß der Erfindung das erhaltene Zwischenprodukt alleine, wie oben angeführt, oder in Verbindung mit einer Verstärkung, beispielsweise Halbfertigprodukten aus kontinuierlichen Fasern oder Schichtprodukten, die in der Spritzform vorangeordnet sind, verwendet werden kann, um das Endverhalten des erhaltenen Verbundproduktes lokal und/oder in bestimmten Richtungen zu verstärken. Es kann auch vorgesehen werden, in der Spritzform eine kontinuierliche Verstärkung gleicher chemischer Beschaffenheit anzuordnen, die mindestens teilweise polymerisiert ist und die aus einer oder mehreren Lagen eines vorgetränkten Komplexes ausgestaltet sein kann.

Claims

Verbundstoff-Zwischenprodukt auf der Basis von Fasersegmenten, welche in eine duroplastische Harzmatrix getaucht sind, das sich in der Gestalt von mindestens einer Schicht (2) von flachen mehrfaserigen Segmenten (1) darstellt, die übereinander gelegt sind, indem sie zufällig ausgerichtet werden und auf eine fast in allen Richtungen gleiche Weise in der Ebene der Schicht derart verteilt werden, daß sie eine Matte mit einer konstanten Masse und Dicke ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente, zumindest einige von ihnen, durch Haftung in Richtung ihrer übereinander liegenden Kreuzungsbereiche (3) aufgrund des duroplastischen Harzes verbunden sind, das teilweise polymerisiert ist und das bei Umgebungstemperatur eine verbliebene Klebrigkeit derart aufweist, daß es eine Matte geringer Eigenhaftung ausbildet, die bei Umgebungstemperatur eine relative Nachgiebigkeit und eine Fähigkeit zum Aufrollen aufweist.
Zwischenprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) mindestens einem Substrat (4, 5, 6) zugeordnet ist.
Zwischenprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einen Bearbeitungsträger ausgestaltet.
Zwischenprodukt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein kontinuierliches Verstärkungselement (5) chemischer Beschaffenheit ausgestaltet, das mindestens teilweise polymerisiert ist.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis der duroplastischen Harzmatrix aus Epoxidharzen besteht.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern entweder Multifilament-Kohlenstofffasern mindestens des Typs 12 K oder Glasfasern mit einer Feinheit in der Nähe von 1200 Tex oder Keramikfasern sind.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich in Gestalt eines Streifens oder einer Platte darstellt, der bzw. die aufgerollt werden kann.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich in Gestalt einer Aufwickelung darstellt.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Schicht von Segmenten ausgestaltet wird, deren Grammtoleranz an allen Punkten zwischen ±5% beträgt.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es durch eine Schicht von Segmenten ausgestaltet wird, die Folgendes aufweist: – eine Länge, die zwischen 10 und 100 mm beträgt, – eine Breite, die zwischen 5 und 50 mm beträgt, – eine Oberflächenmasse, die zwischen 130 bis 1.000 g pro Quadratmeter trockener Fasern beträgt.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Schicht von Segmenten ausgestaltet wird, die aus Riemchen (15) stammen, die aus einer Lage (111) von Fasern geschnitten werden, die in eine Harzmatrix getaucht werden, deren Prozentanteil an Masse zwischen 15 und 60% im Verhältnis zu der Gesamtmasse der Lage als Oberflächeneinheit beträgt.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ausgehend von Segmenten ausgestaltet wird, welche identische Eigenschaften in der Abmessung aufweisen.
Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht glatte Ränder (9) umfaßt, die durch Abschneiden erhalten werden.
Verfahren zur Herstellung des Zwischenproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es daraus besteht: – eine Lage anzuordnen, die einen hohen Gehalt an Fasern umfasst, die in eine duroplastische Harzmatrix getaucht werden, in welcher sie satt getränkt werden, – die Lage (111) in parallele Riemchen (15) zu zerschneiden, die quer abgeschnitten werden, um Segmente (1) auszubilden, – die Segmente flach, auf zufällige Weise abzulegen, um mindestens eine Schicht (2) konstanter, homogener Dicke in der Ebene auszubilden, in welcher die Segmente auf fast in allen Richtungen gleiche Weise verteilt werden, – die Schicht der Wirkung von Mitteln (18, D, 22) auszusetzen, die in der Lage sind, die Haftung von mindestens einigen Segmenten an ihren übereinander liegenden Kreuzungspunkten hervorzurufen, ohne die duroplastische Harzmatrix vollständig zu polymerisieren, um bei Umgebungstemperatur eine verbliebene Klebrigkeit zu erreichen und der Schicht eine Eigenkohärenz und eine relative Nachgiebigkeit zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt ausgestaltet wird, indem mindestens eine Schicht von Segmenten auf einem Träger ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt ausgestaltet wird, indem mindestens eine Schicht von Segmenten ausgebildet wird, die mindestens einem Träger zugeordnet wird, der ein Verstärkungselement ausgestaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußkanten der Schicht geschnitten werden, um glatte Ränder zu erhalten.
Verwendung des Zwischenproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 13, als Basismaterial für die Ausbildung durch Spritzgießen von mindestens einem Fertigartikel ausgehend von mindestens einem abgeschnittenen Stück des Produktes, das in eine Spritzform abgelegt wird.
Verwendung des Zwischenproduktes nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungselement, vorzugsweise kontinuierlichen Typs, mit derselben chemischen Beschaffenheit wie das Zwischenprodukt und das mindestens teilweise polymerisiert ist, in die Spritzform hinzugefügt wird.