DE8232644U1 - Vorgefertigter plattenförmiger Verbundwerkstoff - Google Patents
Vorgefertigter plattenförmiger VerbundwerkstoffInfo
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Description
DORNIER GMBH
7990 Friedrichshafen
Reg. 2514
Vorgefertigter plattenförmiger Verbundwerkstoff
Die Erfindung betrifft einen vorgefertigten plattenförmigen Verbundwerkstoff, bestehend aus mit Fasern verstärkten
thermoplastischen Schichten.
Aus der Praxis ist bekannt, das hochfeste und thermisch belastbare Verbundwerkstoffe unter Verwendung von temperaturbeständigen
Harzen oder Polymeren dadurch hergestellt werden können, dass Imprägnierharz in einem Lösungsmittel
zu einem Imprägnierlack aufgelöst wird und damit faserförmige Werkstoffe, wie Kohlenstoff-Fasern, Glasfasern,
Borfasern oder organische Hochmodulfasern aus aromatischen Polyamiden (sogenannte Aramide) in Form von Vliesen, Geweben
oder Gewirken imprägniert und anschliessend das Lösungsmittel abgedampft wird. Dadurch ergibt sich ein
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vorimprägnierter Faserwerkstoff (sogenannter Prepreg),
der bei hohen Temperaturen zu temperaturbeständigen Faserlaminaten unter Druck verformt werden kann.
Als Imprägnierharze sind sowohl duromere Reaktionsharze, wie beispielsweise Polyester, Epoxide, Lyanate, Isocyanate
und Imide, wie auch thermoplastische Polymere, wie beispielsweise Polysulfone, Polyhydantoin, Polycarbonat,
Polyamid, Polyamid-imid, Polyester, Polyesterimid, Polymid, Polyphenylchinoxalin, Polybenzimidazol oder
Polybenzoxazol einsetzbar. Das Herstellen der Vorprodukte (Prepregs) erfolgt entweder über das vorstehend beschriebene
Lösungsmittelverfahren, wozu notwendig ist, dass das Matrixharz in üblichen geeigneten organischen Lösungsmitteln
zu einem Imprägnierlack aufgelöst werden kann, oder über eine lösungsmittelfreie Harzschmelze.
Prepregs (Gewebe, unidirektionale Gelege usw.) lassen sich entweder über Preßverfahren zur Herstellung von
flächigen ebenen Laminaten oder über Niederdruckautoklaven-Verfahren verarbeiten. Sphärisch gekrümmte flächige
Laminate sind praktisch nur über Niederdruckautoklaven-Verfahren herstellbar, vorzugsweise unter Verwendung gut
fließfähiger duromerer Harze.
Derartige Verfahren sind zahlreich bekannt. Zum Beispiel aus der DE-PS 12 033, wo zur Herstellung großflächiger,
vorzugsweise sphärischer Preßstoff-Formteile aus einem
faserigen Füllmaterial mit Kunstharz als Bindemittel mehrere Lagen eines Faservlieses übereinander geschichtet
werden, in welche Kunstharzpulver eingestreut wird, insbesondere Kresol-, Phenol-, Phenol-Kresolmischharze,
kautschukmodifizierte Kunstharze, Epoxydharze, Polyesterharze oder andere aushärtende bzw. thermoplastische, und
das geschichtete Vormaterial, in einer geheizten Preßform durch Ziehen und/oder Stauchen verformt und zum fertigen
Preßteil verdichtet wird.
Bei einem anderen aus der DE-AS 12 90 708 bekannten Verfahren
zum Herstellen geschichteten Folienmaterials aus einer faserigen Trägerfolie und einer darüberliegenden
Schicht feinporigen gesinterten Plastikmaterials, bei dem eine gleichmässige Schicht eines körnigen, thermoplastischen
Harzes auf der Trägerfolie verteilt und zusammen mit der Trägerfolie erhitzt wird und bei dem auf die Harzschicht
während der Behandlung eine Abdeckschicht aufgebracht wird, erfolgt das Aufbringen der aus elastischem,
zusammenpreßbarem, faserigem Material bestehenden Abdeckschicht vor dem Erhitzen auf die Harzkörnerschicht. Dabei
wird das aus der Trägerfolie, den Harzkörnern und der Abdeckschicht bestehende Gebilde, wie an sich bekannt zwischen
erhitzten Platten durchgeführt, deren Abstand an der Eintrittsstelle im wesentlichen der Dicke des Schichtmaterials
entspricht und sich nach der Austrittsseite hin erheblich verringert.
Ein weiteres aus der DE-OS 22 28 922 bekanntes Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus glasfaserverstärkten,
thermoplastischen Kunststoffen ist gekennzeichnet durch die Herstellung sowohl dünnwandiger, gepreßter oder tiefgezogener Formteile, als auch gespritzter oder mit unterschiedlicher
Wandstärke gepreßter Formteile aus dem gleichen, in dünnwandig flächiger Form vorliegenden Vorpreßmaterial.
Schliesslich ist noch aus der DE-OS 26 47 821 ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Polylefinen mit
hohem Faservolumenanteil bekannt, bei dem Matrixmaterial eines Polylefin zunächst in ein Lösungsmittel gelöst, die
Faseranordnung in dieser Lösung getränkt, anschliessend das Lösungsmittel ausgetrieben und schliesslich das
Matrixmaterial durch Erhitzen über seinen Schmelzpunkt wieder verdichtet wird.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass aufgrund der Raktivität der Harze lange Preßzeiten und meist auch
höhere Temperaturen für das Aushärten notwendig sind, welche die Herstellungskosten der Produkte ungünstig beeinflussen,
wobei als wesentlicher Faktor die Preßzeit eingeht.
Nachteilig ist ferner, dass bei zu Formkörpern gepreßte, mit Kurzfasern gefüllte thermoplastische Harze die erreichbare
Festigkeit und Steifigkeit im Werkstoff infolge der unregelmässigen Faserorientierung und des niedrigen
Fasergehaltes gering sind. Der Fasergehalt kann infolge
der unregelmässigen Faserorientierung und der Fließeigenschaften
des Harzes nicht beliebig gesteigert werden.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein flächiges blechanaloges faserverstärktes Kunststoff-Vorprodukt
zu schaffen, das zu hochfesten und hochsteifen Bauteilen
komplexer Geometrie verformbar ist, wobei kurze Preßzeiten die Wirtschaftlichkeit der Bauteilefertigung positiv beeinflussen.
zu schaffen, das zu hochfesten und hochsteifen Bauteilen
komplexer Geometrie verformbar ist, wobei kurze Preßzeiten die Wirtschaftlichkeit der Bauteilefertigung positiv beeinflussen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind erfindungsgemäss
die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der
ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.
die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der
ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass vorgefertigte mit orientierten Kurzfasern verstärkte, flächig ebene
Thermoplaste bzw. Tafeln über ein Heißpreß- und/oder
Heißformverfahren zu komplexen flächig bzw. sphärisch gekrümmten Produkten verformbar sind. Dazu wird als Matrixharz ein thermoplastisches Harz mittleren Molekulargewichts verwendet, z.B. ein Polysulfon, Polyamid, Polycarbonat,
Polyamid-imid, Polyhydantoin, Polyesterimid, Polymid,
Polyphenylchinaoxalin, Polybenzimidazol oder Polybenzoxazol oder ein Polyester.
Thermoplaste bzw. Tafeln über ein Heißpreß- und/oder
Heißformverfahren zu komplexen flächig bzw. sphärisch gekrümmten Produkten verformbar sind. Dazu wird als Matrixharz ein thermoplastisches Harz mittleren Molekulargewichts verwendet, z.B. ein Polysulfon, Polyamid, Polycarbonat,
Polyamid-imid, Polyhydantoin, Polyesterimid, Polymid,
Polyphenylchinaoxalin, Polybenzimidazol oder Polybenzoxazol oder ein Polyester.
Damit ist es möglich, dass mit orientierten kurzfaserverstärkten Thermoplasten ein Tiefziehen auch bei vergleichbar
hohen Fasergehalten durchgeführt werden kann und Produkte mit komplexer Geometrie herstellbar sind, welche
sowohl eine kostengünstige Fertigung infolge kurzer Preßzeiten ermöglichen als auch durch die orientierten Kurzfasern
und hohen Fasergehalte über hohe Festigkeiten und Steifigkeiten verfügen.
Die Herstellung der tiefziehbaren mit Kurzfasern verstärkten Thermoplasten erfolgt derart, dass eine Fasermatte aus
unidirektional orientierten Kurzfasern mit einer Lösung eines thermoplastischen Harzes getränkt und anschliessend
das Lösungsmittel abgedampft wird, wobei eine mit Harz imprägnierte Matte zurückbleibt. Zuschnitte von solchen
Harzmatten werden.entsprechend der gewünschten Faserrichtung geschichtet und in einer heizbaren Plattenpresse
beim Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes kompaktiert und nach einer Verweilzeit von wenigen Minuten auf eine
Temperatur unterhalb des Glaspunktes des thermoplastischen Harzes abgekühlt und danach entformt.
Für das Tiefziehen der so hergestellten Platten bzw. "organischen Blechen" wird vorzugsweise ein Harzgehalt zwischen
35 und 70 Gewichtsprozent hergestellt, wobei eine entsprechend konzentrierte Lösung des Harzes zum Imprägnieren
der Platten bzw. Matten verwendet wird. Die Orientierungsrichtungen der Fasern in den einzelnen Schichten
der Platten bzw. Matten werden weitgehend durch die gewünschten Festigkeiten in einem Bauteil bestimmt. Die Anzahl
der einzelnen Faserschichten bzw. -Lagen im "organischen Blech" ist in nahezu beliebiger Weise vervielfachbar;
Der Verbundwerkstoff ist durch Heißpreßverfahren, z.B. Stempel oder Walzen als plattenförmiges oder endloses
Halbzeug herstellbar.
Die Harzimprägnierung eines derartigen "organischen
Bleches" ist auch durch die sogenannte Film-stacking (-stapel)-Methode möglich, wobei orientierte Kurzfasergelege
und Folien der thermoplastischen Harze in einem Vakuumsack alternierend geschichtet, anschliessend unter
Vakuum und Druck langsam auf die Schmelztemperatur des Thermoplasten erhitzt und danach unter Vakuum und Druck
auf eine Temperatur unterhalb des Glaspunktes des Thermoplasten abgekühlt und entformt wird. Die Film-stacking-Methode
wird hauptsächlich dann angewendet, wenn die thermoplastische Matrix in geeigneten organischen Lösungsmitteln
unlöslich ist. Für die Weiterverarbeitung solchermaßen hergestellter, mit orientierten Kurzfasern gefüllten
Platten eignen sich Heißpreß- und/oder Heißformverfahren.
Das Herstellen eines Tiefziehteiles bzw. einer Platte erfolgt
in den Teilschritten
- Prepregherstellung
- Pressung
Tiefziehen.
Tiefziehen.
Anhand von Beispielen ist im folgenden die Herstellung von aus Kurzfasern verstärkten Verbundwerkstoffen beschrieben
und die Weiterverarbeitung an einem Beispiel
beschrieben und durch eine Skizze eines dazu verwendeten Werkzeuges erläutert:
Beispiel 1 "Prepregherstellung":
Polysulfon (hier MAKROLIN KL 3-1006) wird in Methylenchlorid
zu einer 5%-igen Imprägnierlösung aufgelöst und damit ein handelsübliches Kohlekurzfasergelege aus orientierten
3 bis 5 mm langen Fasern imprägniert. Dazu wird das Gelege bzw. Vlies auf eine Glasplatte eben aufgelegt
und die Lösung homogen darüber verteilt. Anschliessend wird das Vlies bei 70° C in einem Trockenschrank abgetrocknet und von der Glasplatte abgehoben. Der Harzgehalt
wurde dabei auf 45 Gewichtsprozent eingestellt.
Unidirektionale Kurzfasergelege werden mit einer Lösung
eines Polyethersulfons mit einem Glaspunkt von 210 C in
Methylenchlorid als Lösungsmittel imprägniert, indem auf das eben aufgelegte Kurzfasergelege die Lösung gleichmassig
aufgetragen wird. Nach Abtrocknen des Lösungsmittels werden die so erzeugten "Prepregs" in z.B. 15 &khgr; 15
cm grosse Stücke geschnitten und in der Orientierung 0 +, 45, -45, -90 Winkelgrad symmetrisch geschichtet und
in einer heizbaren Plattenpresse bei 250 bis 300° C unter Druck zu einem dichten ebenen Laminat gepresst. Aufgrund
des Glaspunktes von 210 C des thermoplastischen Harzes wird unter Druck bis auf eine Temperatur wesentlich unter
dem Glaspunkt des Polysulfons, vorzugsweise auf 120 C
abgekühlt, bevor der Verbundwerkstoff aus der Form entnommen wird. Das so hergestellte "organische Blech" ist
dann unter Druck zu Bauteilen komplexer Geometrie verformbar.
Unidirektionale, unkompaktierte Prepregs werden in z.B.
15 &khgr; 15 cm grosse Stücke geschnitten und in der Orientierung 90, 0, 0, 90 Winkelgrad geschichtet und zwischen
Aluminiumfolien in einer Plattenpresse kompaktiert. Dazu wird die Plattenpresse auf 330° C vorgeheizt und das
Prepreggelege zwischen die beheizten Platten der Presse unter Kontaktdruck gelegt. Nach ausreichender Druckerwärmung
des Prepregstapels wird die Presse geschlossen
und das Gelege bei 40 Kp/cm kompaktiert. Nach 5 Minuten
wird unter Druck auf 100° C abgekühlt und entformt. Dabei
wird eine 0,75 mm dicke dichte Platte erhalten, welche
+ 2 ein Flächengewicht von 1000 - 70 g/m aufweist.
Aus nachstehender Skizze ist eine Möglichkeit des Warmdruck-Tiefziehens
ersichtlich. Eine C-Faser-Polysulfon-Platte (organisches Blech) ist zusammen mit einer vakuumdichten,
als Druckstempel wirkenden Gummidecke 2 und oberen und unteren Dichtringen 3 durch einen von oben
wirkenden Spannring 4 auf ein mit einer Konturform 5 versehenes Formwerkzeug 6 gespannt. Zur Evakuierung der
Konturform 5 ist das Formwerkzeug mit Kanälen 7 und einem Vakuumanschluß 8 versehen.
Das Formwerkzeug 6 wird zusammen mit dem Werkstück, der C-Faser-Polysulfon-Platte 1 in einem in der Skizze nicht
dargestellten Autoklaven auf die Verformungstemperatur von ca. 220 C aufgeheizt, wobei mit Hilfe des in der
Konturform 5 erzeugten Vakuums und einem auf den Spannring 4 und des Werkstücks bzw. Platte 1 wirkenden Druck
von ca. 100 N/cm diese verformt wird.
11.11.1982
A /
Claims (1)
- DORNIER GMBHFriedrichshafenReg. 2514&Rgr;—ac——t ernsprüche :1. Vorgefertigter plattenförmiger Verbundwerkstoff, bestehend aus mit Fasern verstärkten thermoplastischen Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Schichten enthaltenen Fasern unidirektional orientierte Kurzfasern sind und die einzelnen Schichten im Verbund in oder teilweise in unterschiedlicher Orientierung angeordnet sind, wobei die Schichten bzw. der Verbundwerkstoff ein Faservolumen von ca. 20 bis 80% aufweist, und dass der Verbundwerkstoff in einem Heißpreß- und/ oder Heißformverfahren verformbar und/oder tiefziehbar ist.2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern aus Kohlenstoff-, Glas-, Keramik-, Metall- und/oder synthetischen Stoffen oder Mischungen davon bestehen.2£ &Lgr; ti a3. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten bzw. der Verbundwerkstoff ein Faservolumen zwischen 40 und 65% aufweist.4. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungsrichtungen der einzelnen Schichten bzw. Lagen weitgehend durch die erwünschten Festigkeiten und Steifigkeiten in einem Bauteil bestimmt werden.5. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schichten bzw. Lagen im Verbund beliebig vervielfachbar ist.6. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Herstellung als platten- oder banförmiges Halbzeug in einem Heißpreßverfahren.11.11.1982
Kr/Sz
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8232644U DE8232644U1 (de) | 1982-11-20 | 1982-11-20 | Vorgefertigter plattenförmiger Verbundwerkstoff |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8232644U DE8232644U1 (de) | 1982-11-20 | 1982-11-20 | Vorgefertigter plattenförmiger Verbundwerkstoff |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8232644U1 true DE8232644U1 (de) | 1992-05-21 |
Family
ID=6745778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8232644U Expired - Lifetime DE8232644U1 (de) | 1982-11-20 | 1982-11-20 | Vorgefertigter plattenförmiger Verbundwerkstoff |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8232644U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1986835B1 (de) | 2005-12-16 | 2011-01-05 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und spritzgiesswerkzeug zum herstellen einer faserverbundstruktur |
| DE102012216582B4 (de) * | 2012-09-17 | 2021-06-10 | Gaugler & Lutz GmbH & Co. KG | Verfahren zum Formen eines Gegenstands |
-
1982
- 1982-11-20 DE DE8232644U patent/DE8232644U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1986835B1 (de) | 2005-12-16 | 2011-01-05 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und spritzgiesswerkzeug zum herstellen einer faserverbundstruktur |
| DE102012216582B4 (de) * | 2012-09-17 | 2021-06-10 | Gaugler & Lutz GmbH & Co. KG | Verfahren zum Formen eines Gegenstands |
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