DE60220720T2 - Kohlenstoffschichtungsband mit flüchtigem bindemittel und verwendungsverfahren - Google Patents

Kohlenstoffschichtungsband mit flüchtigem bindemittel und verwendungsverfahren Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Bildung von Verbundkomponenten, und sie bezieht sich insbesondere auf die Bildung von Verbundkomponenten in einem Harzübertragungs-Formvorgang.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Verbundteile können in einem Prozess mit geschlossener Form hergestellt werden, der als Harzübertragungsformen (RTM) bezeichnet wird und der eine allgemein verwendete Herstellungstechnik ist. Einige RTM-erzeugte Teile haben eine sehr einfache Geometrie, jedoch haben kürzliche Entwicklungen die RTM-Erzeugung von komplexen vereinheitlichten Strukturen. gezeigt. Gegenwärtig werden kommerziell erhältliche Produktformen wie gewebte und geflochtene Kohlenstofffaserprodukte bei der RTM-Produktion verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Gewebe 11 typischerweise aus Fasern 13, 15 gewebt, die unter einem gewählten Winkel relativ zueinander, zum Beispiel +/–45° oder +/–90° orientiert sind. Diese Produkte begrenzen die Gestaltung vieler komplexer lasttragender Verbundstrukturen. Die Festigkeit und Steifheit von geflochtenen und gewebten, auf Textilerzeugnissen basierenden Verbundstoffen sind unidirektionellen Faserausgestaltungen unterlegen. Dies wird der Faserwelligkeit" zugeschrieben, die durch Fasern bewirkt wird, die über und unter Fasern in derselben Ebene gewebt sind und in 1 gezeigt sind, und auch niedrigeren Faservolumen-Bruchteilen, die mit geflochtenen oder gewebten Produkten erhältlich sind.
  • Ein typisches RTM-Werkzeug erfordert das Übereinanderlegen vieler Schichten von Kohlenstoffgewebe innerhalb einer Form. Kohlenstoffgewebe wird verwendet, da es leicht gehandhabt, in Form geschnitten und an seinen Platz gelegt werden kann, ohne die entworfene Orientierung der individuellen Kohlenstofffasern zu stören. Es ist kritisch, die individuellen Kohlenstofffasern und damit das Gewebe in einer durch den Entwurfsingenieur spezifizierten Weise zu orientieren, um sicherzustellen, dass ordnungsgemäßen Lastkapazitäten genügt wird. Manchmal werden Bündel von gehefteten Gewebeschichten oder geflochtenen Vorformlingen bei der RTM-Erzeugung verwendet, obgleich diese teuer und schwierig herzustellen sind.
  • Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, erfolgt RTM typischerweise durch Einbringen von Gewebe 11 in eine abgedichtete, angepasste Metallform 13 und dann Injizieren von Harz in die Form 13. 2 zeigt einen Querschnitt einer RTM-Form 13, die ein oberes Teil 19 und ein unteres Teil 21 aufweist. Das untere Teil 21 hat Injektionsöffnungen 23 und Entlüftungsöffnungen 25, die sich durch die Dicke des unteren Teils 21 erstrecken. Die Öffnungen 23, 25 führen zu einem Hohlraum 27, der sich zwischen der Formoberfläche 29 des oberen Teils 19 und der Formoberfläche 31 des unteren Teils 21 befindet.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wird das Gewebe 11 auf die Formoberfläche 31 des unteres Teils 21 gelegt, und der obere Teil 19 wird in seiner Lage auf der unteren Position 21 befestigt, wobei der Hohlraum 27 um das Gewebe 11 herum gebildet wird. Harz (nicht gezeigt) wird in den Hohlraum 27 durch jede Injektionsöffnung 23 injiziert, während ein Vakuum über jede Entlüftungsöffnung 25 gezogen wird. Das Vakuum hilft, das Harz durch das Gewebe 11 zu ziehen und durch Lufttaschen gebildete trockene Stellen zu minimieren. Nachdem die Harzinjektion beendet ist, werden die Öffnungen 23, 25 geschlossen und die Form 13 wird erwärmt, um das Harz auszuhärten. Nach dem Aushärten wird die Form 13 gekühlt und geöffnet, um das Verbundteil freizugeben.
  • Zwei zusätzliche RTM-Verfahren zum Bilden von Verbundteilen sind Reaktionsinjektionsformen (RIM) und vakuumunterstütztes Harzübertragungsformen (VARTM). Der RIM-Prozess verwendet denselben Typ von Form wie das RTM, wie die Form 13 in den 2 und 3, aber ein Zweikomponentenharz wird unmittelbar vor der Injektion gemischt, wodurch zusätzliche Schritte, die zum Aushärten der Verbundkomponenten erforderlich sind, eliminiert werden können.
  • Der in 4 illustrierte VARTM-Prozess verwendet eine einseitige negative oder positive Form, die hier als das untere Teil 21 der Form 13 illustriert ist (2 und 3), und einen Vakuumbeutel 32, der den Formhohlraum 33 umschließt. Schichten des Gewebes 11 werden wie vorstehend beschrieben auf die Form 21 gelegt, dann wird der Vakuumbeutel 32 über dem Gewebe 11 und der Form 21 angeordnet. Die Luft innerhalb des Hohlraums 33 wird evakuiert und der Vakuumbeutel 32 drückt das Gewebe 11 gegen die Oberfläche 31 der Form 21. Federn, Siebe oder andere Versteifungsmittel können in bestimmten Bereichen verwendet werden, um Harzströmungspfade aufrechtzuerhalten. Wie bei dem RTM-Prozess wird dann Harz in den Hohlraum 33 über jede Injektionsöffnung 23 injiziert, während ein Vakuum über jede Entlüftungsöffnung 25 gezogen wird. Obgleich die Öffnungen 23 und 25 in dem unteren Teil 21 gezeigt sind, können sich die Injektions- und Entlüftungsöffnungen auch in dem Vakuumbeutel 32 befinden.
  • Es ist nützlich, Vergleiche mit anderen, traditionellen Herstellungsverfahren und Materialien anzustellen. Der einfachste Typ von Verbundstoff-Herstellungstechniken ist Handaufschichten. Teile, die von der Hand gelegt werden, können aus unidirektionellem Band bestehen, in welchem alle Fasern parallel zueinander verlaufen. Die Verwendung von unidirektionellem Gewebe beim Handaufschichten stellt einen Vorteil gegenüber der typischen RTM-Erzeugung dar aufgrund der höheren Lasttragungskapazität für ein gegebenes Verbundlaminatgewicht. Der spezifische Modul und die spezifische Festigkeit von Verbundstoffen aus unidirektionellem Band sind größer als bei Verbundstoffen aus gewebtem Textilprepreg. Dies führt zu dünneren, leichteren Komponenten, wenn unidirektionelles Prepregband verwendet wird.
  • Jedoch kann unidirektionelles Prepregband nicht ohne Komplikationen bei einem RTM-Produktionsvorgang verwendet werden. Da Prepregband bereits Harz enthält, das halb ausgehärtet ist, kompliziert dieses Harz den Harzfluss in der RTM-Form. Auch schaffen komplexe vereinheitlichte Strukturen einen labyrinthartigen Harzströmungspfad. Die Wahrscheinlichkeit eines Erfolgs beim vollständigen Teilvornetzen für die Erzeugung eines Teils hoher Qualität wird erhöht durch Maximieren möglicher Harzströmungspfade.
  • Die dimensionale Stabilität ist auch schwierig zu steuern, wenn ein netzförmiger geschlossener Formungsvorgang verwendet wird. Prepregband ist bei Raumtemperatur steif und ergibt Probleme, wenn eine angepasste Metallform geschlossen wird. Hohe Faservolumen-Bruchteile sind möglich, wenn die angepasste Metallform, die nur Kohlenstofffasern enthält, geschlossen wird, was zu einem höheren Komponentenleistungsvermögen führen kann. Jedoch können sich Fasern relativ zueinander und zu der Form bewegen, was zu einer Verschlechterung des Leistungsvermögens führt.
  • Einige unidirektionelle „Gewebeprodukte" existieren. Diese Materialien sind vorherrschend unidirektionelle Kohlenstofffasern, die in gleichmäßigen Intervallen mit einem Schussrichtungsgarn zusammengeheftet sind. 5 zeigt einen Teil eines unidirektionellen Gewebes 34 mit Fasern 35, die durch Fäden 37 zusammengehalten sind. Die Fäden 37 werden für Lasttragungsbetrachtungen vernachlässigt und sollen nur die unidirektionellen Kettrichtungsfasern zusammenhalten. Diese Erzeugnisse sind schwierig zu handhaben und führen zu Komplikationen bei der Aufrechterhaltung der Ausrichtung der Fasern, insbesondere bei komplex konturierten Oberflächen. Wenn eine Schicht aus Gewebe 34 abgelegt ist, kann sie durch Auflegen einer nachfolgenden Schicht gestört werden. Unidirektionelle Gewebe sind schwierig in eine Netzform zu schneiden, und die geschnittenen Kanten werden oft rau.
  • Die US-A-5439627 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Verbundstoffen und Laminaten, die durch kontinuierliche oder lange Fasern und/oder Fäden verstärkt sind. Das offenbarte und im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Verfahren enthält die nachfolgenden Schritte des (a) Bildens eines Vorformlings aus Verstärkungsmaterial durch Anordnen eines grünen Bands, Gurts, Blatts oder Tuchs enthaltend eine Anzahl von kontinuierlichen, in Längsrichtung orientierten Fasern oder Fäden, die durch gleichförmig verteilte Teilchen im Abstand voneinander angeordnet sind, verbunden durch einen flexiblen Binder, (b) Entfernen des Binders durch Pyrolyse und, falls anwendbar, (c) Füllen der Leerstellen und Hohlräume mit Matrixmaterial.
  • Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die Notwendigkeit eines Verfahrens zum Erzeugen von Verbundkomponenten in einem RTM-Verfahren unter Verwendung unidirektioneller Fasern, das die durch Verwendung eines unidirektionellen Prepregbands bewirkten Harzströmungspfadprobleme vermeidet und die Ausrichtung von Fasern während des Aufschichtens aufrechterhält.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden von Verbundkomponenten gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
  • Typische Ausführungsbeispiele der Erfindung enthalten die Verwendung eines unidirektionellen Bandes, das Kohlenstofffasern und einen flüchtigen Binder aufweist, in einem Harzübertragungsformungs(RTM)-Verfahren. Der flüchtige Binder ist auf Kohlenstofffasern, die zur Bildung eines Bandes verwendet werden, aufgebracht, wobei die individuellen Fasern des Bandes durch den Binder aneinanderhaften. Das Band wird dann in eine RTM-Form gelegt und die Form wird abgedichtet oder durch einen Vakuumbeutel verschlossen. Die Form wird erwärmt und heißes Stickstoffgas wird durch den Formhohlraum oder Beutel gepumpt, wodurch die Kohlenstofffasern erwärmt werden. Der flüchtige Binder wird vollständig pyrolysiert und lässt keine Reststoffe übrig, da der Stickstoff gasförmige Produkte der Pyrolyse des Binders aus der Form herausträgt. Die Form wird auf eine für eine Harzinjektion geeignete Temperatur abgekühlt und Harz wird dann in den Formhohlraum injiziert, wodurch die Fasern des Bandes benetzt und die Hohlräume der Form vollständig ausgefüllt werden. Die Form wird erwärmt, um die Aushärtung des Harzes zu bewirken, dann gekühlt und geöffnet für die Herausnahme der fertigen Verbundkomponente.
  • Die neuen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden, werden in den angefügten Ansprüchen wiedergegeben. Die Erfindung selbst jedoch sowie eine bevorzugte Verwendung, weitere Aufgaben und Vorteile hiervon, werden am besten verständlich durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung eines illustrativen Ausführungsbeispiels, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gewebes nach dem Stand der Technik.
  • 2 ist eine Ansicht eines Querschnittsprofils einer RTM-Form nach dem Stand der Technik.
  • 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Form nach 2 während eines RTM-Prozesses nach dem Stand der Technik.
  • 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Teils der Form nach 2 während eines VARTM-Prozesses nach dem Stand der Technik.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht eines unidirektionellen Prepregbandes nach dem Stand der Technik.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines unidirektionellen Bandes, das gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht des Verfahrens zum Bilden eines unidirektionellen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines nachfolgenden Schritts bei dem Verfahren zum Bilden eines unidirektionellen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht eines nachfolgenden Schritts bei dem Verfahren zum Bilden eines unidirektionellen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unidirektionellen Bandes nach 9 während eines RTM-Prozesses nach der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unidirektionellen Bandes nach 9 während eines VARTM-Prozesses nach der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß 6 weist ein unidirektionelles Kohlenstoffband 39 parallele Kohlenstoff- oder Aramidfasern 41 und einen flüchtigen Binder, der die Fasern 41 zusammenhält, auf. Die Fasern 41 können auch aus Glas, keramischem Oxid, Aluminiumoxid, Aluminosilica, Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Yttrium, Aluminoborosilikat, Siliziumkarbid oder ähnlichen Materialien gebildet sein. Alle Fasern 41 sind parallel zueinander. Ein unidirektionelles Kohlenstoffband nach dem Stand der Technik, wie es in 5 gezeigt ist, ist typischerweise mit angenähert 40 Volumen-% Harz gebildet, während der Anteil des im Band 39 benötigten flüchtigen Binders vorzugsweise weniger als 40 % und möglicherweise nur 15 % beträgt. Der flüchtige Binder ist vorzugsweise ein aliphatisches, thermoplastisches organisches Polymer, das vollständig pyrolysiert, wenn es in einer inerten Atmosphäre erwärmt wird. Ideale Binder sind wasserlöslich, und geeignete Polymere für diese Anwendung enthalten Hydroxypropylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxymethylzellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon und Polyvinylacetat. Bei vielen der beispielhaften Polymere kann die Pyrolyse durch eine Wärmebehandlung von 650°F während dreißig Minuten erreicht werden. Nach dieser Pyrolyse ist der flüchtige Binder vollständig „weggebrannt", wobei kein verkohltes Material oder Reststoffe übrig bleiben.
  • Der flüchtige Binder kann in verschiedener Weise auf die Fasern 41 des Bandes 39 aufgebracht werden. Das bevorzugte Niedrigvolumenverfahren ist in den 7 bis 9 illustriert. 7 zeigt eine einzelne Faser 41, die von einer Zuführungsrolle 43 und durch eine wässrige Lösung 45 des Binders 47 geführt wird, wobei die Lösung 45 in einer Wanne 49 enthalten ist. Die Faser 41 wird dann auf eine sich drehende Aufnahmetrommel 51 aufgewickelt, wobei die Windungen der Faser 41 kontinuierlich neben die vorher gebildete Windung auf die Aufnahmetrommel 51 gelegt werden und das Band 39 bilden. Die erforderliche Anzahl von Umdrehungen der Aufnahmetrommel 51 wird durch die gewünschte Breite des Bandes 39 bestimmt, wobei mehr Umdrehungen und Windungen der Faser 41 ein breiteres Band 39 schaffen. Nachdem eine ausreichende Anzahl von Windungen der Faser 41 auf die Aufnahmetrommel 51 gewickelt wurde, wird das Band 39 entlang der Linie 53 von der Trommel 51 geschnitten, wie in 8 gezeigt ist, und die freien Enden des Bandes 39 werden von der Trommel 51 abgezogen. Das Band 39 kann dann flachgelegt werden, wie in 9 gezeigt ist, und in einem Ofen zum Trocknen des Wassers von dem Band 39 angeordnet werden.
  • Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann für eine Großfertigung des Bandes 39 eine industrielle Prepreg-Ausrüstung verwendet werden, um gleichzeitig viele Seile aus Fasern zu imprägnieren, beispielsweise 26 bis 240 Reihen. Die Fasern können dann verwendet werden, um unidirektionelle Bänder mit Breiten von angenähert 6 bis 60 Zoll zu bilden. Jedes Seil wird von einer individuellen Faserspule zugeführt, die Seile in einem Gurt mit gesteuerter Spannung ausgerichtet und mit flüchtigem Rinderharz in derselben Weise wie vorstehend beschrieben beschichtet, und das Band dann in einem Ofen getrocknet. Ein alternatives Verfahren zum Aufbringen von Binder ist die Verwendung einer Standardschmelzfilmaufbringung, bei der das Band zwischen Filmfreigabepapier verdichtet wird. Nach der Aufbringung von Harz unter Anwendung des jeweiligen Verfahrens wird das Band auf eine Trommel gerollt oder für andere Aufbewahrungsverfahren präpariert, bis es für den Gebrauch benötigt wird.
  • Das Band 39 ist ein halbsteifes Band, das die Kohlenstofffaserorientierung in einem festen Materialblatt aufrechterhält. Das Band 39 hat eine glatte Oberfläche und ist leicht handhabbar während der Schneidvorgänge und des Aufschichtens. Da der polymere Binder wasserlöslich ist, kann das Band 39 durch leichtes Aufsprühen von Wasser sehr flexibel gemacht werden. Ein Aufsprühen von Wasser führt auch zu einer Klebrigkeit, die verwendet werden kann, um die Orientierung von benachbarten Schichten des Bandes 39 aufrechtzuerhalten, wodurch sich ausgezeichnete Aufschichtqualitäten ergeben.
  • Der das Band 39 verwendende RTM-Prozess beginnt mit dem Aufschichten des Kohlenstofffasermaterials in der Form. 10 zeigt vier Schichten des auf die Oberfläche 31 des unteren Teils 21 der Form 13 gelegten Bands 39, obgleich die Aufschichtung eine Kombination von gewebtem Gewebe, geheftetem Gewebe, geflochtenen Vorformlingen und des Bandes 39 sein kann. Obgleich in 10 die Schichten des Bandes 39 so gezeigt sind, dass sie in derselben Richtung gelegt sind, können die Schichten des Bandes 39 unter einem Winkel relativ zueinander gelegt sein, beispielsweise +/–45° oder +/–90°. Nachdem das Aufschichten beendet ist, wird die Form 13 geschlossen durch Anordnen des oberen Teils 19 auf dem unteren Teil 21, und die aufgeschichteten Schichten innerhalb des Hohlraums 27 versiegelt.
  • Der nächste Schritt besteht darin, den Binder des Bandes 39 zu pyrolysieren. Die Form 13 hat vorzugsweise mehrere Injektionsöffnungen 23 und mehrere Entlüftungsöffnungen 25. Die Pyrolyse wird vorzugsweise erzielt durch Erwärmen der Form 13 auf eine geeignete Prozesstemperatur und Injizieren von heißem Stickstoffgas in den Hohlraum 27 der Form 13 durch die Injektionsöffnungen 23. Es ist nicht erforderlich, dass die Form 13 auf die „Wegbrenn"-Temperatur (wie 650°F) erwärmt wird, sondern die Form 13 kann auf eine niedrigere Temperatur wie 400°F bis 450°F erwärmt werden, wodurch der Wärmeverlust durch die Wände der Form 13 verringert und dem heißen Stickstoff ermöglicht wird, das Band 39 wirksamer zu erwärmen. Das in die Form 13 injizierte Stickstoffgas hat eine Temperatur von 650°F bis 1300°F, und eine geeignete Zeit wird zugelassen, um den flüchtigen Binder vollständig zu pyrolysieren. Entlüftungsöffnungen 25 sind mit einem Auslass verbunden, und während des größten Teils des Pyrolyseschritts können die Entlüftungsöffnungen 25 auf atmosphärischem Druck sein. Am Ende der Pyrolyse wird Vakuum auf die Entlüftungsöffnungen 25 gezogen und die Injektion des Stickstoffgases wird angehalten. Die Injektionsöffnungen 23 werden geschlossen und ein vollständiges Vakuum wird auf die Form 13 gezogen, um den Hohlraum 27 zu evakuieren. Die Kohlenstofffasern 41 des Bandes 39 kühlen sehr schnell ab. Da der Binder pyrolysiert ist, werden die Fasern 41 in ihrer Lage durch den mechanischen Druck gehalten, der dadurch bewirkt wird, dass die Fasern 41 leicht verdichtet zwischen den Oberflächen 29, 31 gehalten werden.
  • Die Injektionsöffnungen 23 werden dann umgeschaltet, um Harz aufzunehmen. Die Form 13 wird bereits vorge wärmt und die Temperatur sollte auf eine Verarbeitungstemperatur gesenkt werden, die für die RTM-Injektion geeignet ist. Die RTM-Vorgänge werden dann wie vorstehend für die herkömmlichen Verfahren beschrieben fortgesetzt, Harz wird durch jede Injektionsöffnung 23 in den Hohlraum 27 injiziert, während ein Vakuum auf jede Entlüftungsöffnung 25 gezogen wird. Nach dem Schließen der Öffnungen 23, 25 wird die Form 13 erwärmt, um das Harz auszuhärten, dann wird die Form 13 gekühlt und geöffnet, um das Verbundteil freizugeben. Das RIM-Verfahren folgt denselben Schritten wie das RTM-Verfahren, aber ein Zweikomponentenharz wird unmittelbar vor der Injektion in die Form 13 gemischt.
  • 11 zeigt das das Band 39 verwendende VARTM-Verfahren. Schichten des Bandes 39 werden in den unteren Teil der Form 13 gelegt, dann wird der Vakuumbeutel 32 über dem Band 39 und dem unteren Teil 21 angeordnet, um den Formhohlraum 33 zu bilden. Der Vakuumbeutel 32 ist aus einem Material gebildet, das in der Lage ist, den für die vollständige Pyrolyse des flüchtigen Binders benötigten hohen Temperaturen zu widerstehen, beispielsweise einem Hochtemperatur-Polyamidfilm. Luft wird aus dem Hohlraum 33 evakuiert, und der Beutel 32 verdichtet die Schichten des Bandes 39 auf die Oberfläche 31 des unteren Teils 21. Heißes Stickstoffgas wird durch die Injektionsöffnungen 23 injiziert, um den flüchtigen Binder zu pyrolysieren, wie bei dem RTM-Verfahren beschrieben wurde, und das Gas tritt dann durch die Entlüftungsöffnungen 25 aus. Nachdem der Binder pyrolysiert ist, wird das untere Teil 21 abgekühlt, dann wird ein Vakuum in den Hohlraum 33 gezogen und Harz wird durch die Öffnung 23 injiziert, um den Hohlraum 33 zu füllen und das Band 39 zu benetzen. Das Harz wird gehärtet und der Beutel 32 wird vor der Entnahme der Komponente entfernt.
  • Es gibt mehrere Vorteile der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf RTM-Prozesse. Das neue Verfahren ermöglicht einen neuen RTM-Herstellungsprozess, der unidirektionelles Kohlenstofffasermaterial in der Struktur implementiert. Diese vorliegende Erfindung maximiert die spezifische Festigkeit und die spezifische Steifheit von Kohlenstofffasern für komplexe vereinheitlichte Strukturen. Die Verwendung von unidirektionellem Band ermöglicht die Bildung von stärkeren und leichteren Verbundteilen durch Verwendung von RTM. Auch ermöglichen Kombinationen von gewebten, Vorform- und unidirektionellen Materialien neuartige Gestaltungen von vereinheitlichten Strukturen, die das Lasttragungspotenzial von Kohlenstofffaser-Verbundstoffen maximieren, während die Herstellbarkeit und die Kosten verbessert werden. Dieses Verfahren eliminiert die Möglichkeit von Harzinkompatibilität oder Kontamination für militärische Anwendungen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wasserlösliche Materialien für eine einfache und umweltfreundliche Herstellung erwünscht sind. Da alle vorstehend genannten Polymere auch billig sind, ist das Ergebnis ein vernünftigerweise kostengünstiges Produkt.
  • Während die Erfindung in nur einigen ihrer Formen gezeigt wurde, ist für den Fachmann augenscheinlich, dass sie nicht derart beschränkt ist, sondern verschiedenen Änderungen zugänglich ist, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bilden von Verbundkomponenten, welches Verfahren aufweist: (a) Vorsehen einer Form (13) mit einem Formenhohlraum, wobei zumindest ein Teil des Formenhohlraums eine ausgewählte Gestalt zum Bilden einer Verbundkomponente hat; (b) Vorsehen von Abschnitten von benachbarten Fasern, welche Fasern (39) parallel zueinander und mit einem flüchtigen Bindemittel, das die Fasern aneinander haften lässt, beschichtet sind; (c) Anordnen der Fasern (30) innerhalb des Formenhohlraums und Zusammensetzen der Form; dann (d) Erwärmen der Fasern auf eine Temperatur, die ausreichend ist, das Bindemittel ohne Verbleib von verkohltem Material oder Reststoffen in der Form zu pyrolisieren; dann (e) Injizieren von Harz in den Formenhohlraum, welches Harz eine die Fasern umschließende Matrix bildet; dann (f) Aushärten des Harzes; und dann (g) Entfernen der Verbundkomponente aus dem Formenhohlraum; dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (a) das Vorsehen einer Form (13) aufweist, die zumindest eine Injektionsöffnung (23) und zumindest eine Entlüftungsöffnung (25) hat, wobei die Öffnungen (23, 25) die Umgebung der Form und den Formenhohlraum verbinden; und Schritt (d) weiterhin das Leiten eines erwärmten Gases in den Formenhohlraum durch die Injektionsöffnung und aus dem Formenhohlraum durch die Entlüftungsöffnung aufweist, wobei das erwärmte Gas das flüchtige Bindemittel pyrolisiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt (d) die Fasern (41) in ihrer Lage durch den mechanischen Druck gehalten werden, der durch leicht komprimierte Fasern (41) zwischen Oberflächen (29, 31) des Formenhohlraums bewirkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Bereich des Formenhohlraums aus einem Vakuumbeutel (32) gebildet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gas Stickstoff ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das flüchtige Bindemittel ein aliphatisches, thermoplastisches, organisches Polymer ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das flüchtige Bindemittel wasserlöslich ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das flüchtige Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylacetat.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern aus mehreren Kohlenstofffasern gebildet sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern aus einem Material gebildet sind, das auswählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glas, Keramik- Oxid, Aluminiumoxid, Aluminosilika, Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Yttriumoxid, Aluminoborsilikat und Siliziumcarbid.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (f) die Erwärmung der Form (13) aufweist.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060249877A1 (en) * 2003-03-13 2006-11-09 Toho Tenax Co., Ltd Method of resin transfer molding
DE102004060001A1 (de) * 2004-08-21 2006-03-09 Saertex Wagener Gmbh & Co Kg Verfahren zur Herstellung eines Textils aus Synthesefasern
US8206624B2 (en) * 2004-11-26 2012-06-26 National Chung Cheng University Method for producing carbon nanotube
DE202005003045U1 (de) * 2005-02-23 2006-07-06 Eisele, Michael, Dipl.-Ing. Verarbeitungshilfsmittel für das Harzinjektionsverfahren
DE102005034401B4 (de) * 2005-07-22 2008-02-14 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Faservorformlingen
DE102005048238B4 (de) * 2005-10-07 2008-10-09 Voestalpine Stahl Gmbh Verfahren zum Bündeln von Stahlbunden sowie Bindeband hierfür und dessen Verwendung
GB0623738D0 (en) * 2006-11-29 2007-01-10 Airbus Uk Improved method for manufacturing composite components
US9114576B2 (en) * 2008-01-28 2015-08-25 North Carolina Agricultural And Technical State University Heat vacuum assisted resin transfer molding processes for manufacturing composite materials
DE102008042574B4 (de) 2008-10-02 2010-06-10 Airbus Deutschland Gmbh Vorrichtung zum Ablegen und Drapieren von Abschnitten einer Verstärkungsfaserstruktur zur Herstellung eines Profilvorformlings sowie Verfahren
US20110204284A1 (en) * 2010-02-25 2011-08-25 Renee Kelly Duncan Carbon electrode batch materials and methods of using the same
DE102010013541A1 (de) * 2010-03-31 2011-10-06 Rehau Ag + Co. Verfahren zur Herstellung eines endlosfaserverstärkten Formteils unter Verwendung eines Spritzgusswerkzeug
CA2897381C (en) * 2011-11-18 2017-03-21 Eric HURDLE Process and apparatus for molding composite articles
WO2015069442A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-14 United Technologies Corporation In-situ desizing for liquid infusion processes
KR102124686B1 (ko) * 2014-01-10 2020-06-19 오씨브이 인텔렉츄얼 캐피탈 엘엘씨 논-웨프트 단향성 섬유-보강 패브릭
CN104890259B (zh) * 2015-06-01 2017-07-28 陶友瑞 一种纤维增强mc尼龙的工艺及设备
US11123228B2 (en) 2016-11-30 2021-09-21 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Thermoplastic injection molded and flushable tampon applicator
KR102404999B1 (ko) 2016-11-30 2022-06-07 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. 열가소성 사출 성형 및 물풀림성 재료
FR3062336B1 (fr) * 2017-02-02 2019-04-12 Safran Ceramics Procede de fabrication d'une piece en materiau composite
US10822280B2 (en) 2017-12-15 2020-11-03 Rolls-Royce High Temperature Composites Inc. Method of making a fiber preform for ceramic matrix composite (CMC) fabrication utilizing a fugitive binder
EP3834250A4 (de) * 2018-08-06 2022-04-27 L'garde, Inc. Kompakte rf-membranantenne und herstellungsverfahren
JP7096106B2 (ja) * 2018-08-28 2022-07-05 株式会社Subaru プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法
JP7193282B2 (ja) 2018-09-14 2022-12-20 株式会社Subaru プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法
RU2722494C1 (ru) * 2019-10-11 2020-06-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ нашивки объемных преформ
JP7447185B2 (ja) * 2022-06-10 2024-03-11 三菱重工業株式会社 複合材構造体の製造装置及び複合材構造体の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USH420H (en) * 1986-05-06 1988-02-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Co-pyrolysis process for forming carbonized composite bodies
US5023041A (en) * 1987-12-10 1991-06-11 General Electric Company Method for making a fiber reinforced composite article
RU2094229C1 (ru) * 1990-06-29 1997-10-27 Флекслайн Сервисиз Лтд. Способ изготовления композиционного материала
AU732583B2 (en) * 1996-09-20 2001-04-26 Vantico Ag Resin transfer molding process using stable epoxy resin compositions
US5871844A (en) * 1997-04-02 1999-02-16 Fiberite, Inc. Carbon--carbon parts having filamentized composite fiber substrates and methods of producing the same
AU6017499A (en) * 1998-05-26 1999-12-13 J. Michael Richarde, Llc System and method for manufacturing a carbon fiber composite
US6537470B1 (en) * 2000-09-01 2003-03-25 Honeywell International Inc. Rapid densification of porous bodies (preforms) with high viscosity resins or pitches using a resin transfer molding process

Also Published As

Publication number Publication date
EP1472060A1 (de) 2004-11-03
US7045083B2 (en) 2006-05-16
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