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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Formmasse, insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich,
auf eine Formmasse mit einem unidirektionalen faserigen Verstärkungsmaterial.
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Verbundformmassen
umfassen ein Harzmaterial und ein faseriges Verstärkungsmaterial.
Die Viskosität
des Harzmaterials wird durch die Temperatur des Harzes stark beeinflusst.
Während
der Verarbeitung fällt
die Viskosität
des Harzes beim Erhitzen des Harzes ab, wodurch dieser das faserige
Verstärkungsmaterial
umfließen
kann. Wird jedoch das Harzmaterial über einen gewissen Punkt (Aktivierungstemperatur)
hinaus erhitzt, so beginnen die darin enthaltene Katalysatoren zu
reagieren und die Vernetzungsreaktion der Harzmoleküle beschleunigt sich.
Die fortschreitende Polymerisation erhöht die Viskosität des Harzes,
bis diese einen Punkt überschritten
hat, oberhalb dessen es überhaupt
nicht mehr fließt
(„Punkt
ohne Fließen"). Um ein weiteres Fließen des
Harzmaterials in das Verstärkungsmaterial
zu fördern,
wird das aus der Verbundformmasse gebildete Formteil mit Druck beaufschlagt.
In vielen Fällen
wird Druck auf das Formteil ausgeübt, indem ein Unterdruck angelegt
wird.
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In
der Vergangenheit bestanden geformte Teile bzw. Formteile entweder
nur aus einem Harzmaterial oder aus einem mit einem faserigen Verstärkungsmaterial
verstärken
Harzmaterial. Obwohl die auf diese Weise hergestellten Produkte
befriedigend waren, war es aufgrund der Probleme bei der Steuerung
des Verhältnisses
von Harzmaterial zu faserigem Verstärkungsmaterial schwierig, die
Qualität
des Produktes zu gewährleisten.
Ein weiteres Problem bei diesen Materialien bildete der Einschluss
volatiler Gase während
der Verarbeitung und des Aushärtens des
Materials, was zu Hohlräumen
in dem ausgehärteten
Schichtpressstoff führte.
Das Verfahren wurde folglich verfeinert, indem der Lieferant des
Harzes dem Hersteller des Formteils eine Vorform-Formmasse oder
eine vorfabrizierte Formmasse zur Verfügung stellte, die mit einem
Harzmaterial vorimprägnierte
Verstärkungsmaterialien
umfasste. Diese Formmassen sind als Prepregs bekannt.
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Die
Prepreg-Formmasse ermöglichte
es dem Hersteller, Formteile mit gleich bleibender Qualität zu erzeugen.
Die Prepreg-Masse ermöglichte
es dem Hersteller auch, in einem Schritt eine kombinierte Schicht
aus faserigem Verstärkungsmaterial
und Harzmaterial aufzuschichten.
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Ein
mit Prepreg-Materialien verbundenes Problem besteht darin, dass
es aufgrund des Vorhandenseins von während der Verarbeitung des
Prepreg-Materials inter- und interlaminar eingeschlossenen Gases
in dem ausgehärteten
Produkt Hohlräume
gibt. Hohlräume
in geformten Produkten werden grob in zwei Gruppen unterteilt, nämlich intralaminare
Hohlräume,
die sich aufgrund des Vorhandenseins von intralaminaren Gasen und/oder
Luft (das heißt Gase,
die innerhalb einzelner Prepreg-Schichten einer Schichtstruktur
eingeschlossen sind) in den jeweiligen Prepreg-Schichten entwickeln,
und in interlaminare Hohlräume,
die sich aufgrund des Vorhandenseins von interlaminaren Gasen (das
heißt
Gase, die zwischen Prepreg-Schichten eingeschlossen sind) zwischen
Prepreg-Schichten entwickeln. Zu den Ursachen für die Entwicklung sowohl von
interlaminaren Hohlräumen
als auch von intralaminaren Hohlräumen zählen flüchtige Materialien, die aus dem
Wasser und den Lösungsmitteln
in dem Prepreg-Harz stammen, Blasen, die aus in dem Harz verbliebener
Luft bestehen etc.. Es ist denkbar, dass die vorwiegende Ursache
für interlaminare
Hohlräume
durch Anhäufungen
von Luft gebildet wird, die während
der Laminierung zwischen den Prepreg-Schichten aufgenommen wurde
und dort verblieben ist. Diese Luft wird während des Aufschichtens des
Prepreg leicht zwischen den klebrigen äußeren Oberflächen der
Prepreg-Schichten eingeschlossen. Derartige Hohlräume können dazu
führen,
dass das Laminat schlechte strukturelle Eigenschaften aufweist und
dass es zu einem vorzeitigen Versagen des Verbundmaterials kommt.
Darüber
hinaus können
derartige Hohlräume
zu einer schlechten optischen Oberflächenqualität des ausgehärteten Produkts
führen.
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Die
US-A-5,104,718 (Asada et al.) offenbart ein mit unidirektional parallelen
Fasern verstärktes wärmeaushärtendes
Harz-Prepreg mit mehreren in Längsrichtung
fortlaufend auf wenigstens einer Seitenfläche desselben angeordneten
Nuten. Die Nuten ermöglichen
das Durchtreten von Luft während
des Formens und folglich kommt es zu keiner Anhäufung von interlaminarer Luft.
Auch dienen die Nuten während
des Formens als Kanal für
flüchtige
Materialien und Luft enthaltenden Harz und führen schließlich zusammen mit der Hilfe
einer lateralen Verschiebung der die Nuten umgebenden Fasern zu
einem guten geformten Produkt frei interlaminaren Hohlräumen (Spalte
3, Zeilen 1–6).
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Das
Material, wie es in der US-A-5,104,718 offenbart wird, weist mehrere
wichtige Nachteile auf. Die Nuten wirken nur für interlaminare Gase und Luft als
Kanäle.
Folglich treten intralaminare Hohlräume weiterhin auf. Da die Nuten
auf der äußeren Oberfläche einer
Prepreg-Schicht angeordnet sind, verstopfen die Nuten auch und werden
folglich blockiert. Auch verformen sich die Nuten, wenn während des Aufschichtens
ein zu hoher Druck auf die Prepreg-Schicht ausgeübt wird, was eine Entlüftung über die
Nuten beeinflusst. Weiterhin werden die Nuten, falls sie zu flach
sind oder die falsche Form aufweisen, unmittelbar verstopft, wenn
auf ihnen eine weitere Prepreg-Schicht angeordnet wird. Falls die Nut
zu tief ist, so verfügt
das Prepreg über
eine niedrigere lateraler Stärke
und neigt zum Reißen.
Da die Nut auf der geformten Oberfläche vorhanden ist, beeinträchtigt sie
auch die optische Qualität
des Formteils. Schließlich
ist das Verfahren des Formens eines mit einer Nut versehenen Prepreg-Materials
kompliziert und üblicherweise
teuer, da nach der Vorimprägnierung
des Verstärkungsmaterials
ein zusätzlicher Schritt
des Einbringens einer Nut benötigt
wird.
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Wir
haben herausgefunden, dass die oben genannten Probleme durch eine
Formmasse, die eine Schicht aus Harzmaterial und eine zumindest mit
einer Oberfläche
derselben verbundene faserige Schicht umfasst, wobei die faserige
Schicht während der
Verarbeitung der Masse den Austritt eingeschlossener laminarer Gase
aus dem Material ermöglicht, stark
vermindert oder überwunden
werden können. Beim
Aushärten
dieser atmungsaktiven Formmasse können eingeschlossene Gase über die trockene Verstärkungsschicht
entweichen, was ein Auftreten derartiger Hohlräume verhindert. Dieses Material wird
detaillierter in der WO 00/27632 (Ness et al.) offenbart.
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Die
DE-A-3220768 (Pelz) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines
Formteils aus einem faserigen nicht-gewebten Material, das mit einer
dekorativen Oberflächenschicht
versehen ist.
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Die
WO 02/28624 (Jones et. al) offenbart eine flächenförmige Formmasse, die mehrere Schichten
umfasst.
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Wir
haben weiterhin herausgefunden, dass die Qualität des ausgehärteten Erzeugnisses
von den Bedingungen bei der Verarbeitung der Formmasse abhängt. Um
eine atmungsaktive Formmasse zu verarbeiten, müssen die Bedingungen bei der
Verarbeitung sorgfältig überwacht
werden, um ein Einschließen
von Gasen und Luft in dem Material zu verhindern.
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Dies
ist für
atmungsaktive Formmassen, die unidirektionale faserige Verstärkungsschichten
umfassen, besonders wichtig. In 1 der Abbildungen ist
eine schematische Aufsicht einer Vorform-Formmasse 10 dargestellt,
die eine Schicht aus einem Harzmaterial 12 umfasst, die
zwischen Schichten eines unidirektionalen faserigen Verstärkungsmaterials 14 eingebettet
ist. Wenn die Formmasse bei der Verarbeitung mit dem Durchnässen beginnt,
werden Bereiche 18 der unidirektionalen Faser eingeschlossen oder
von dem Harz 12 blockiert, so dass in Richtungen entlang
der Verstärkungsfaser
und senkrecht zu der Verstärkungsfaser
(x-, y-Richtung sowie z-Richtung) kein Lufttransport stattfinden
kann. Jeglicher innerhalb der Fasermasse des unidirektionalen Materials 14 befindlicher
Rest an laminaren Gasen wird innerhalb der Fasermasse 20 eingeschlossen,
was zu Hohlraumbereichen zwischen den Schichten und in den Schichten
des ausgehärteten
Erzeugnisses führt.
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Dieses
Problem kann in einem weiten Bereich von Formmassen, sowohl mit
gewebten als auch mit nicht-gewebten Verstärkungsschichten auftreten.
Allerdings tritt das Problem bei gewebten und gesteppten entlüftenden
(atmungsaktiven) Formmassen weniger häufig auf. Obwohl wir uns nicht
auf eine bestimmte Theorie festlegen wollen, sind wir der Meinung,
dass sowohl gewebte, als auch gesteppte Verstärkungsmaterialschichten in
der Ebene der Verstärkungsmaterialien
einen Gastransport bieten. Folglich ist es weniger wahrscheinlich,
dass während der
Verarbeitung des Materials durch das Harz Gase eingeschlossen werden.
Jedoch müssen
die Bedingungen bei der Verarbeitung dieser Materialien ebenfalls
sorgfältig
kontrolliert werden, um ein Einschließen von Gas zu vermeiden.
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Probleme
mit dem Einschluss von Gas bei Formmassen mit Entlüftungseigenschaften
treten insbesondere während
des Aushärtens
von Formmassen auf, die eine oder mehrere Schichten eines unidirektionalen
faserigen Verstärkungsmaterials oder
eines ungleichmäßigen faserigen
Verstärkungsmaterial
aufweisen.
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Es
ist daher zur effizienteren Herstellung von Formteilen mit einem
minimalen Hohlraumanteil wünschenswert,
eine verbesserte Formmasse und ein Verfahren zum Formen dieser Formmasse
zu schaffen, wobei die oben beschriebenen Probleme angesprochen
werden und/oder allgemeine Verbesserungen geboten werden.
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In
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird gemäß den beiliegenden Ansprüchen eine
Formmasse, ein Harzmaterial, ein Verfahren zur Herstellung einer
Formmasse, ein Verfahren zur Herstellung eines Harzmaterials sowie
ein Formteil geschaffen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine vielschichtige Vorform-Formmasse geschaffen, die
eine Schicht aus einem Verstärkungsmaterial
sowie eine Schicht aus einem Harzmaterial umfasst, wobei die Harzmaterialschicht
eine erste Entlüftungsstruktur
aufweist, um während
der Verarbeitung den Austritt von interlaminaren und intralaminaren
Gasen über
die Verstärkungsschicht
aus der Formmasse zu ermöglichen.
Die Harzschicht wirkt folglich sowohl für interlaminare Gase, als auch
für intralaminare
Gase als Leitung, wobei diese über
die Harzschicht und über
die Verstärkungsschicht
aus dem Material abgeführt
werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass jegliche eingeschlossenen
inter- und intralaminaren Gase während
der Verarbeitung des Materials über die
Harzmaterialschicht austreten können.
Weiterhin können
jegliche eingeschlossenen Gase über
einen durch die Entlüftungsstruktur
gebildeten, quer verlaufenden Entlüftungsweg von einer Rohfaser
zu einer anderen Rohfaser austreten. Auch dies vermeidet die Ausbildung
von interlaminaren und intralaminaren Hohlräumen in dem ausgehärteten Erzeugnisses.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die erste Entlüftungsstruktur Durchgänge oder
Entlüftungskanäle umfassen.
Diese Entlüftungskanäle ermöglichen
ein Abführen
von interlaminaren und intralaminaren Gasen durch diese Kanäle aus der
Formmasse heraus. Die Entlüftungskanäle wirken
als Leitungen für
jegliche Gase innerhalb der Harzschicht und verbinden Fasern in
dem Verstärkungsmaterial über quer
verlaufende Entlüftungswege
von Faser zu Faser. Die Leitungen stellen für jegliche eingeschlossene
Gase zusätzliche
Entlüftungswege
dar, so dass diese Gase ebenfalls aus der Formmasse austreten können. Die
Entlüftungskanäle können sich über die
vollständige
Dicke der Harzmaterialschicht erstrecken. Während der Verarbeitung, wenn
das Verstärkungsmaterial
lokal durch das Harzmaterial verschlossen wird, verbinden die Entlüftungskanäle diese
Hohlräume,
um einen Austritt der Gase über
die Harzschicht aus der Formmasse heraus zu ermöglichen. Dies verhindert Hohlräume mit
eingeschlossenem Gas.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Entlüftungsstruktur
dazu ausgelegt sein, die Harzschicht in einer oder mehrere Richtungen
zu entlüften.
Die Entlüftungsstruktur
kann dazu ausgelegt sein, mit einer geeigneten Vorrichtung zum Absaugen
von Gas verbunden zu werden. Eine geeignete Vorrichtung zum Absaugen
von Gas kann eine Vakuumpumpe in Kombination mit Vakuum-Verschleißteilen
wie einem Saugbeutel etc. umfassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können sich
die Entlüftungskanäle im wesentlichen
in einer zu der Harzschicht senkrechten Ebene erstrecken. Vorzugsweise
erstrecken sich die Entlüftungskanäle von einer
Seite der Harzschicht durch diese Schicht hindurch auf die andere
Seite der Harzschicht. Die Entlüftungskanäle können sich
weiterhin in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen parallel
zu der Harzschicht verläuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform
können
sich die Entlüftungskanäle von einer
Seite der Harzfolie durch die Harzfolie hindurch auf die andere
Seite der Harzfolie erstrecken, wobei die Endbereiche die Entlüftungskanäle auf jeder
Seite der Harzschicht relativ zueinander versetzt sind, um auf diese
Weise die Länge
und das Volumen der Entlüftungskanäle zu maximieren.
Dies unterstützt das
Fließen
jeglicher laminarer Gase und eingeschlossener Gase während der
Verarbeitung aus der Formmasse heraus. Vorzugsweise erstrecken sich die
Entlüftungskanäle in einer
Zickzack-artigen Weise von einer Seite der Harzschicht über die
Harzschicht zur anderen Seite der Harzschicht. Diese spezielle Form
der Entlüftungskanäle ermöglicht ein angemessenes
Entlüften
der von dem Harz während der
Verarbeitung eingeschlossenen Bereiche, da sich die Zickzack-artigen
Kanäle über ein
größtmögliches
Volumen innerhalb der Harzschicht erstrecken.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindungen kann die Harzmaterialschicht unstetig ausgebildet
sein, wobei die Unstetigkeiten die Entlüftungsdurchgänge bzw.
-kanäle
bilden. In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Harzschicht Entlüftungskanäle umfassen, die von sich in Längsrichtung
erstreckenden Streifen aus Harzmaterial begrenzt werden. Die Streifen
können
sich in einem nichtlinearen Längsformat
erstrecken. Die Harzstreifen können
unter einem Winkel von ungefähr
45° oder
einem beliebigen sonstigen geeigneten Winkel bezüglich der Richtung der Fasern
in der Verstärkungsschicht
angeordnet sein. Die Streifen können näherungsweise
parallel zueinander angeordnet sein.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann die erste Entlüftungsstruktur Entlüftungskanäle bzw.
-durchgänge
aufweisen, die sich im wesentlichen in einer Ebene parallel zur
Verstärkungsschicht
erstrecken. Die Entlüftungsstruktur
kann aus einer unstetigen Harzschicht gebildet sein. Die unstetige
Harzschicht kann Stellen, Streifen oder kleine Bereiche aus Harz
umfassen, die auf dem Verstärkungsmaterial
angeordnet sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindungen kann die Verstärkungsschicht
eine weitere Entlüftungsstruktur
umfassen, um während
der Verarbeitung den Austritt von Gasen über die Verstärkungsschicht
aus der Formmasse heraus zu ermöglichen.
Die weitere Entlüftungsstruktur
kann durch die Verstärkungsschicht
gebildet werden. Das Verstärkungsmaterial
kann trocken sein (nicht mit dem Harz imprägniert) oder zumindest teilweise
trocken sein (teilweise nicht mit dem Harz impägniert), um ein Entlüften von
Gasen über
die Verstärkungsschicht
zu ermöglichen.
In Ausführungsformen
der Erfindungen kann die Formmasse eine oder mehrere Harzschichten
und eine oder mehrere Verstärkungsschichten aufweisen.
Das Verstärkungsmaterial
kann mit der Oberfläche
des Harzmaterials verbunden sein, um eine im wesentlichen nicht
imprägnierte
Verstärkungsschicht
zu schaffen.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindungen wird ein Harzmaterial mit einer Entlüftungsstruktur
geschaffen, um während
der Verarbeitung des Materials den Austritt von Gasen aus dem Harzmaterial
zu ermöglichen.
Das Harzmaterial kann in Form einer Folie oder eine Schicht vorliegen.
Die Harzfolie kann auf jede geeignete Verstärkungsschicht aufgebracht werden,
um eine Formmasse zu bilden. Das Verstärkungsmaterial kann ein nicht-gewebtes
Verstärkungsmaterial
wie beispielsweise ein unidirektionales nicht-gewebtes Verstärkungsmaterial
umfassen. Das Verstärkungsmaterial
kann auch ein gewebtes Verstärkungsmaterial
umfassen. Eine weitere Verstärkungsmaterialschicht
kann auf die Harzschicht aufgebracht werden, um die Formmasse zu
bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Harzschicht
zwischen die Verstärkungsmaterialschichten
eingelegt sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindungen werden die Verstärkungsschichten
aufgrund der inhärenten
Klebrigkeit des Harzmaterials in ihrer Position auf der Harzschicht
gehalten. Dies beseitigt die Notwendigkeit von Steppen, Klebstoffen
oder Verbindungsmaterialien, um die Formmasse während des Transports und der
Handhabung, einschließlich
des Aufschichtens, zusammenzuhalten. Diese Eigenschaft des Materials
ist besonders nützlich,
wenn das Verstärkungsmaterial
nicht-gewebte Verstärkungsfasern,
wie beispielsweise unidirektionale Fasern umfasst, da kein Steppen
des Materials benötigt
wird, was ansonsten die Qualität
und die mechanischen Eigenschaften der Formmasse beeinträchtigen
würde.
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In
einer Ausführungsform
weist die wie zuvor beschriebene Formmasse im Vergleich zu herkömmlichen
Formmassen eine hohe optische Qualität der Oberfläche auf.
Die erste Entlüftungsstruktur und/oder
die weitere Entlüftungsstruktur
ermöglicht es
dem Harzmaterial, die Oberfläche
des Formteils während
der Verarbeitung vollständig
zu Durchnässen,
wodurch jegliche eingeschlossene Luft und laminare Gase, die zwischen
der Formteiloberfläche und
der Formmasse eingeschlossen sein können, über die Entlüftungsstruktur
austreten können.
Folglich können
Gase über
die in der Harzschicht und/oder der Verstärkungsschicht vorgesehenen Entlüftungsstrukturen
austreten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindungen wird ein Verfahren zur Erzeugung oder Herstellung
der zuvor beschriebenen Formmasse geschaffen. Das Verfahren kann
die Schritte der Bereitstellung eines Harzmaterials sowie eines
Mittels zur Ausbildung von Entlüftungskanälen in dem
Harzmaterial umfassen. Weiterhin umfasst das Verfahren den Schritt
des Ausbildung der Entlüftungskanäle in dem
Harzmaterial, um das gasdurchlässige
Harzmaterial zu erzeugen. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt
der Bereitstellung von Mitteln zur Verringerung der Viskosität des Harzmaterials
vor der Ausbildung der Entlüftungskanäle umfassen,
so dass das Durchdringungsmittel das Harzmaterial zur Ausbildung
der Entlüftungskanäle durchdringen
kann.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung oder Herstellung
einer durchlässigen
Harzfolie geschaffen, das die Schritte der Bereitstellung einer
Harzfolie, der Bereitstellung eines Heizmittels zum Erhöhen der
Temperatur der Harzfolie, wodurch die Viskosität des Harzes verringert wird,
sowie der Bereitstellung eines Mittels zur Schaffung von Entlüftungskanälen in der
Harzfolie umfasst, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte des
Erhöhens
der Temperatur der Harzfolie unterhalb der Temperatur zur Verarbeitung der
Folie und das Durchstechen der Harzfolie zur Ausbildung der durchlässigen Harzfolie
umfasst. Die Entlüf tungsstruktur
kann durch eine Stecheinrichtung, wie beispielsweise einen Kamm
oder Nadeln oder durch andere geeignete Mittel erzeugt werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Harzmaterial nach dem Heizen und Mischen auf eine geeignete
Trägervorrichtung
aufgegossen werden. Geeignete Trägervorrichtungen
können
ein mit Silikon beschichtetes Trägerelement,
ein Silikon-Schutzpapier
oder ein Trägerelement
mit einem PTFE-Material umfassen. Da die Harzfolie nach dem Aufgießen immer
noch eine erhöhte
Temperatur aufweist, kann eine Einrichtung die Folie durchdringen, um
eine gasdurchlässige
Harzfolie zu erzeugen. Das Harz kann auch in Form einer unstetigen
Schicht auf dem Trägerelement
angeordnet sein, beispielsweise in Form von Streifen aus Harzmaterial.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindungen kann eine Zufuhrvorrichtung kontinuierlich eine
Harzschicht einer Entlüftungseinrichtung
zuführen,
um innerhalb der Harzschicht die gasdurchlässige Struktur zu erzeugen.
Die Entlüftungseinrichtung
bringt kontinuierlich eine Entlüftungsstruktur
in die Harzschicht ein. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Harzfolie dem Entlüftungselement
auf einem Transportelement, wie beispielsweise einem Förderband, kontinuierlich
zugeführt.
Das Entlüftungs-
oder Stech-Element, das sich mit der Harzfolienschicht in Kontakt
befindet, kann kontinuierlich in einer Richtung senkrecht zu der
Bewegungsrichtung der Harzfolienschicht bewegt werden. Auf diese
Weise wird die Entlüftungsstruktur
erzeugt.
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In
einer speziellen Ausführungsform
umfasst das Entlüftungselement
einen Kamm, der sich durch die Harzschicht erstreckt und der in
einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung der Harzschicht bewegt
werden kann. Das Harzmaterial befindet sich auf einer Temperatur,
bei der die Viskosität
des Harzes verringert ist und bei der kein Aushärten des Harzmaterials auftritt.
Die Viskosität
des Harzmaterials wird derart gewählt, dass die Viskosität hoch genug
ist, um ein Verschließen
der Entlüftungskanäle aufgrund
des Fließens
des Harzmaterials zu vermeiden, und die Viskosität niedrig genug ist, um zu
vermeiden, dass auf den Kamm zu viel Druck ausgeübt wird, und um zu vermeiden,
dass das Harzmaterial den Kamm verklebt.
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Die
Harzfolie wird vorzugsweise auf einem Trägermaterial bereitgestellt,
um die Harzfolie während
der Handhabung und dem Einbringen der Entlüftungsstruktur zu unterstützen. Das
Trägermaterial kann
ein Silikonpapier umfassen. Alternativ kann das Harzmaterial auf
einem Förderband,
wie beispielsweise einem PTFE-Band, angeordnet sein, das das Material
während
des Transports und der Handhabung unterstützt.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindungen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse
geschaffen, das die Schritte der Bereitstellung einer Schicht aus
einem durchlässigen
Harzmaterial und der Bereitstellung einer faserigen Verstärkungsschicht
umfasst, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte der Anordnung
der Verstärkungsschicht
bezüglich
der durchlässigen
Harzschicht zur Ausbildung der Formmasse umfasst.
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Folglich
wird eine Formmasse, in Harzmaterial, ein Verfahren zur Herstellung
einer Formmasse, ein Verfahren zur Herstellung eines durchlässigen Harzmaterials
sowie ein Erzeugnis gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung geschaffen.
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Wir
haben herausgefunden, dass Formmassen mit einer Luft-Entlüftungsstruktur
und insbesondere luftentlüftende
Formmassen mit Schichten aus unidirektionalem Verstärkungsmaterial
schwer zu verarbeiten sind, falls die Bedingungen der Verarbeitung
nicht sorgfältig
kontrolliert werden können.
In diesem Fall wird Luft in dem ausgehärteten Formteil eingeschlossen.
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Wir
haben herausgefunden, dass durch das Erzeugen von Lücken, die
innerhalb der Verstärkungs-Harzfolie
angeordnet sind, eingeschlossene Gase sowohl in horizontaler, als
auch in vertikaler Richtung (sowohl in einer Ebene parallel zur
Harzschicht als auch in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Harzschicht)
transportiert werden können. Das
durchlässige
Harzfolien-Material mit Lücken oder
Entlüftungskanälen kann
als Harzschicht in einer beliebigen Formmasse oder einem beliebigen anderen
Verbundmaterial angewendet werden, um das Entlüften von interlaminaren und
intralaminaren Gasen zu ermöglichen
oder zu verbessern.
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Vorzugsweise
wird das durchlässige
Verstärkungs-Harzmaterial
auf Formmassen angewendet, die unidirektionalen Verstärkungsschichten
umfassen, da diese Schichten aufgrund von Luftblöcken oder -fallen, die in den
unidirektionalen Faserschichten auftreten können, üblicherweise schwer zu verarbeiten
sind.
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Wir
haben auch entdeckt, dass die zuvor beschriebene Formmasse im Vergleich
zu herkömmlichen
Formmassen eine bessere optische Qualität der Oberfläche aufweist.
Die Entlüftungsstruktur
verbessert das Entlüften
von Luft, sowie von inter- und intralaminaren Gasen. Somit kann
der Harz die Formoberfläche
während
der Verarbeitung vollständig
durchnässen.
Nach dem Aushärten
führt dies
zu der verbesserten optischen Qualität der Oberfläche.
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Das
Entlüften
der Formmasse kann weiterhin durch eine unstetige Harzschicht verbessert
werden. Die Harzschicht kann unstetige Streifen oder Bereiche aus
einem Harzmaterial umfassen. Dies verbessert stark das Entlüften der
Formmasse während
der Verarbeitung und fördert
das Fließen
des Harzmaterials. Auf diese Weise wird ein Auftreten des Problems
verschlossener Entlüftungswege
vermieden.
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Die
zuvor beschriebene Vorform-Formmasse hat den Vorteil, dass sie sowohl
das Auftreten von Hohlräumen
innerhalb der Schichten, als auch das Auftreten von Hohlräumen zwischen
den Schichten verhindert. Dies führt
zu einem Formteil ohne Hohlräume
mit einer verbesserten mechanischen und optischen Qualität. Die Vorform-Formmasse
ist trocken genug, um berührt
zu werden, was die Handhabung des Materials im Vergleich zu herkömmlichen
Prepregs erleichtert. Da darüber
hinaus die erste und die weitere Entlüftungsstruktur innerhalb der
Formmasse angeordnet sind, sind diese Strukturen robust und werden
nicht durch ein ungewolltes Verstopfen oder Blockieren beeinträchtigt.
Auch ist die Formmasse kosteneffektiv und ihre Herstellung ist unkompliziert.
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Die
vielschichtige Vorform-Formmasse umfasst vorzugsweise eine zwischen
Schichten aus Verstärkungsmaterial
eingebettete Schicht aus Harzmaterial. Das Verstärkungsmaterial umfasst eine weitere
Entlüftungsstruktur.
Die Formmasse ist einfach zu handhaben, da sich auf der äußeren Oberfläche des
Materials kein Harz befindet. Falls lokal eine Klebrigkeit der äußeren Oberfläche benötigt wird, beispielsweise
zum Anbringen der Formmasse auf einer vertikalen Oberfläche oder
einem stehenden Teil des Formwerkzeugs oder der Form, wird auf das Material
lokal ein Druck ausgeübt,
um das Verstärkungsmaterial
lokal zu imprägnieren.
Auf diese Weise können
lokale Bereiche des Materials mit einer Klebrigkeit der äußeren Oberfläche versehen
werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden lediglich in Form eines Beispiels und
unter Bezugnahme auf die begleitenden Abbildungen erklärt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Aufsicht auf eine herkömmliche Formmasse mit unidirektionalen
Fasern (UD-Formmasse); und
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Formmasse gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Formmasse 10 umfasst eine Schicht 12 aus einem
Harzmaterial, die zwischen Schichten 14 aus unidirektionalem
faserigen Verstärkungsmaterial eingebettet
ist, wodurch das Verstärkungsmaterial 14 mit
den Oberflächen
des Harzmaterials 12 verbunden ist. Wie in 1 dargestellt,
fließt
der Harz 12 bei der Verarbeitung der Formmasse 10 und
dem Beginn des Durchnässens
des Verstärkungsmaterial 14 durch
den Harz 12 zunächst
durch die Lücken
in dem Verstärkungsmaterial
und die Bereiche 18 der unidirektionalen Faser 14 werden
eingeschlossen bzw. blockiert 20, so dass in den Richtungen 22 entlang der
Verstärkungsfaser
sowie senkrecht zu der Verstärkungsfaser
(x-, y-Richtung und z-Richtung) kein Lufttransport auftreten kann.
Jegliche verbleibende laminare Gase innerhalb der Fasermasse werden
in der Fasermasse eingeschlossen, was zu Hohlraum-Bereichen im ausgehärteten Erzeugnis
führt.
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Die
Vorform-Formmasse 100 umfasst eine erste Schicht 102 aus
einem Verstärkungsmaterial und
eine zweite Schicht 104 aus einem Verstärkungsmaterial, die mehrere
unidirektionale Fasermassen 112 aufweisen, sowie eine Schicht 106 aus einem
Harzmaterial, die zwischen den Verstärkungsschichten 102 und 104 angeordnet
ist. Die Harzmaterialschicht 106 umfasst eine erste Entlüftungsstruktur,
um während
der Verarbeitung den Austritt von Gasen über die Verstärkungsschichten 102, 104 aus der
Formmasse 102 heraus zu ermöglichen. Die erste Entlüftungsstruktur
umfasst Entlüftungskanäle oder
Unterbrechungen 108 in der Harzfolie, die sich im wesentlichen
in einer zu der Harzschicht 106 senkrechten Ebene erstrecken.
Die Entlüftungskanäle 108 erstrecken
sich auch in einer Richtung, die näherungsweise parallel zur Harzschicht 106 verläuft. Auf
diese Weise können
sich die Entlüftungskanäle auf eine
Zickzack-artige Weise erstrecken. Dies vergrößert das Volumen der Kanäle, was
die Eigenschaften der Harzschicht bezüglich der Gasentlüftung verbessert.
Die Entlüftungskanäle oder
Harzunterbrechungen 108 erzeugen einen Fluss der Luft in x-,
y- und z-Richtung 110 von einer Fasermasse 112 zu
einer anderen Fasermasse 112. Da die Verstärkungsmaterialschichten 102, 104 im
wesentlichen trocken sind, umfassen die Verstärkungsschichten 102,104 eine
weitere, durch die Fasermassen gebildete Entlüftungsstruktur, um während der
Verarbeitung den Austritt von Gasen über die Verstärkungsschichten 102, 104 aus
der Formmasse 100 heraus zu ermöglichen. Die Entlüftungskanäle 108 bieten quer
verlaufende Verbindungen in dem Verstärkungsmaterial 102, 104,
um eingeschlossene Bereiche des Verstärkungsmaterials bei der Verarbeitung wieder
zu verbinden, um ein Entlüften
von eingeschlossenen Gasen aus der Formmasse heraus zu ermöglichen.
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Bei
der Verwendung wird die Formmasse auf die übliche Weise durch eine Erhöhung der
Temperatur des Harzmaterials 106 verarbeitet. Weiterhin
kann über
der Formmasse 100 ein Vakuum angelegt werden, um die Entlüftung von
Gasen, wie beispielsweise Luft aus der Formmasse 100 zu
fördern
und um im allgemeinen den Fluss des Verstärkungsharzmaterials 106 in
das faserige Verstärkungsmaterial 102, 104 zu
begünstigen.
Das Vakuum wird angelegt, in dem das Laminat in einem Hohlraum,
wie beispielsweise einem Saugbeutel angeordnet wird und darauf folgend
ein Teil der Luft aus dem Hohlraum entfernt wird.
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Während der
Verarbeitung imprägniert
das Harzmaterial 106 das faserige Material 102, 104,
wobei jegliche eingeschlossene Luft sowohl in den X-Y-Richtungen
parallel zur Ebene des Verstärkungsmaterials,
als auch senkrecht hierzu in Z-Richtung austreten kann. Dies ist
aufgrund der innerhalb des Harzfolienmaterials 106 angeordneten
Entlüftungskanäle 108 möglich. Bei
fortgesetztem Eindringen von Harz in das Verstärkungsmaterial werden die Entlüftungskanäle dann
verschlossen und die Formmasse wird weiterverarbeitet. Dies führt zu einem ausgehärteten Erzeugnis,
das im wesentlichen frei von Hohlräumen ist, wodurch die oben
beschriebenen und in 1 der Abbildungen dargestellten
Probleme vermieden werden.