EP2303511B1 - Verfahren zur behandlung einer oberfläche eines faserverbundwerkstoffes - Google Patents

Verfahren zur behandlung einer oberfläche eines faserverbundwerkstoffes Download PDF

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EP2303511B1
EP2303511B1 EP09742140A EP09742140A EP2303511B1 EP 2303511 B1 EP2303511 B1 EP 2303511B1 EP 09742140 A EP09742140 A EP 09742140A EP 09742140 A EP09742140 A EP 09742140A EP 2303511 B1 EP2303511 B1 EP 2303511B1
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EP
European Patent Office
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hardness
composite material
fiber composite
fibers
fibre composite
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EP09742140A
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Carsten Barlag
Timo Stoeven
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Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Publication date
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/06—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for producing matt surfaces, e.g. on plastic materials, on glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • B24C1/083—Deburring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • B24C1/086—Descaling; Removing coating films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/32—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks
    • B24C3/322—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks for electrical components

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a surface of a fiber composite material, in particular a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • Fiber composites are materials that are reinforced by embedded fibers. Most commonly used are glass fiber reinforced plastics (GRP), carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and aramid fiber reinforced plastics (AFK).
  • GRP glass fiber reinforced plastics
  • CFRP carbon fiber reinforced plastics
  • AFK aramid fiber reinforced plastics
  • Fig. 1A, 1B show schematically a surface treatment of a fiber composite material in which the fiber composite material is ground in a conventional manner.
  • fibers F1, F2 are embedded in a plastic K of the fiber composite material to give the material a higher strength.
  • the fibers F of the composite have a relatively high hardness and are relatively brittle. How to get in Fig. 1 can recognize, the fibers F, which are embedded in the plastic K of the composite material, a certain waviness.
  • the fibers F which are embedded in the plastic K of the composite material, a certain waviness.
  • some of the fibers embedded therein, such as those in the Fig. 1A, 1B represented fiber F1 are severed. With a severing of one or more fibers, the strength of the composite is reduced.
  • this method according to the prior art has the disadvantage that the corundum grains in the surface treatment of the composite material not only ablate the plastic, but also attack the brittle fibers thereby exposed. It can therefore also come with this, conventional methods of the prior art to a separation of fibers of the composite material.
  • document US5261191 shows a method of treating a surface of a fiber composite material containing fibers of a certain hardness, wherein the surface of the fiber composite material is abraded with a Abtragungsstoff whose hardness is greater than the hardness of the plastic in which the fibers are embedded.
  • the invention provides a method for treating a surface of a fiber composite material containing fibers of a certain hardness, wherein the surface of the fiber composite material is abraded with a Abtragungsstoff whose hardness is less than the hardness of the fibers contained in the fiber composite material and whose hardness is greater than the hardness of a plastic in which the fibers of the fiber composite material embedded, and wherein in the fiber composite material contained fibers are exposed without damaging them.
  • the ablation agent is irradiated onto the surface of the fiber composite material by means of a gaseous fluid.
  • the ablation agent is irradiated onto the surface of the fiber composite material by means of a liquid fluid.
  • the gaseous fluid is formed by air.
  • the liquid fluid is formed by water.
  • the ablation agent is thrown onto the surface of the fiber composite material.
  • the erosion agent is formed by urea resin.
  • the hardness of the ablation agent is 3 to 4 Mohs.
  • the surface of the fiber composite material is preferably prepared for bonding.
  • the grains of the ablation agent have a grain size of 0.10 to 1.80 mm.
  • the grains of the ablation agent have a particle size of 0.10 to 0.50 mm.
  • the fiber composite material is a carbon fiber reinforced plastic.
  • the fiber composite material is a glass fiber reinforced plastic.
  • the treated surface is blown off with compressed air to remove the ablation agent used.
  • an adhesive is applied to the treated surface of the fiber composite material and then a component is pressed.
  • the ablation agent comprises urea resin.
  • the ablation means consists of grains whose grain shapes are sharp-edged and irregular.
  • the grains of the ablation agent have a grain size of 0.10 to 1.80 mm.
  • the grains of the ablation agent have a grain size of 0.10 to 0.50 mm.
  • the ablation agent has a hardness between 3 and 4 Mohs.
  • the ablation agent is irradiated by a jet device onto the surface of the fiber composite material by means of a gaseous or liquid fluid under pressure.
  • the ablation means is spun on the surface of the fiber composite material by a spinner.
  • the device abrades a surface layer of the fiber composite abrading agent to an adjustable depth without damaging fibers contained in the fiber composite.
  • fiber composite material 1 of a plastic 2 in the fibers 3-1, 3-2 are embedded.
  • the fibers 3-1, 3-2 are high strength fibers which provide strength to the composite.
  • the fibers 3-1, 3-2 may, for example, be carbon fibers, the fibers being impregnated, for example, in resin.
  • the plastic 2 or the resin may be, for example, a thermoset.
  • the fibers are impregnated with the resin. Either this happens in layers, ie alternately resin and fiber mat, in a laminated composite or by tailored pre-impregnates, which harden at elevated temperature and elevated pressure in molds to form components.
  • Fiber composite 1 shown may also be a glass fiber reinforced Plastic GRP, or to trade an aramid fiber reinforced plastic AFK.
  • the plastic 2 in which the fibers 3-i are embedded has a certain hardness H K.
  • the embedded in the plastic 2 fibers 3-i also have a predetermined hardness H F.
  • a Abtragungskar 5 is irradiated or thrown on a surface 4 of the fiber composite material 1.
  • This ablation means 5 contains a plurality of grains 5-1 to 5-5. Due to the impact of the grains 5-i on the surface 4 of the fiber composite material 1, the surface 4 is abraded abradingly, since the ablation means 5 or the grains 5-i of the ablation means 5 have a hardness H A which is greater than the hardness H K of Plastic 2 in which the fibers 3-i of the fiber composite material 1 are embedded.
  • H A hardness of Plastic 2 in which the fibers 3-i of the fiber composite material 1 are embedded.
  • a removal agent 5 is used whose hardness H A is less than the hardness H F of the fibers 3-i contained in the fiber composite material 1.
  • the removal means 5 has a hardness H A which is greater than the hardness H K of the plastic 2, in which the fibers 3-i of the fiber composite material 1 are embedded. This is explained in the diagram according to Fig. 3 clarified.
  • the hardness H A of the ablation agent 5 is in a range between the hardness H K of the plastic matrix and the hardness H F of the fibers 3: H K ⁇ H A ⁇ H F
  • the hardness H A of the ablation agent 5 is in a range between 3 to 4 Mohs.
  • the surface 4 'of the fiber composite material 1 is ready for further manufacturing steps, such as the sticking of a component.
  • Fig. 4 shows manufacturing steps that use the inventive method for treating a surface of a fiber composite material 1.
  • a step S1 the original surface 4 of the fiber composite material 1 is removed abradingly with a removal agent 5 whose hardness H A is less than the hardness H F of the fibers 3 contained in the fiber composite material 1 and whose hardness H A is greater than the hardness H K a plastic 2 in which the fibers 3 of the composite material 1 are embedded.
  • the fibers 3 are for example carbon fibers.
  • the fibers 3 may also be glass fibers of a specific hardness. It is also possible that the fibers are aramid fibers of a certain hardness.
  • the hardness H A of the ablation means 5 used is thus selected as a function of the predetermined hardness H F of the fibers 3 embedded in the plastic 2.
  • the hardness H A of the ablation means 5 is selected as a function of the predetermined hardness H K of the plastic 2.
  • the depth or extent of the ablation is A, as in FIG Fig. 2B shown, adjustable.
  • a component to be bonded is pressed onto the adhesive-coated treated surface 4 ', which can be done at elevated temperature.
  • the removal means 5 is formed by urea resin, the grains 5-i of the removal means 5 having a particle size in a range from 0.10 to 1.80 mm, preferably in a range from 0.10 to 0.50 mm , lie.
  • the removal means 5 can be radiated onto the surface 4 of the fiber composite material 1 in step S1 by means of a gaseous fluid.
  • This gaseous fluid is, for example, air.
  • the ablation means 5 can be irradiated onto the surface 4 of the fiber composite material 1 by means of a liquid fluid.
  • This fluid may be, for example, water.
  • the ablation means 5 is spin-coated on the surface of the fiber composite material 1 by a spinner.
  • This in Fig. 4 The method illustrated may be performed by a manufacturing apparatus having a device for treating a surface of a fiber composite material 1.
  • This device for treating a surface 4 of a fiber composite material has a unit which the surface 4 of the fiber composite material 1 directs a Abtragungsstoff 5 or radiates the hardness H A is less than the hardness H F of fibers contained in the fiber composite material 1 3 and its hardness H A is greater than the hardness H K of a plastic 2 in the Fibers 3 of the fiber composite material 1 is embedded.
  • the ablation means 5 is located in a possible embodiment in a memory or container of the surface treatment device.
  • the latter contains a jet device which irradiates the removal means 5 on the surface 4 of the fiber composite material 1 by means of a fluid under pressure.
  • the pressure is preferably adjustable.
  • the fluid may be a gaseous or liquid fluid residing in a container of the surface treatment device.
  • the treatment device has a spinner device which hurls the ablation means 5 onto the surface 4 of the fiber composite material 1.
  • the surface treatment apparatus abrades a degraded surface layer of the fiber composite material 1 to an adjustable depth without damaging the fibers 3 contained in the fiber composite material 1 because the hardness H A of the ablation material 5 used is less than the hardness H F embedded in the fiber composite material 1 Fibers 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes, insbesondere eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes (CFK).
  • Im Flugzeugbau werden zunehmend Faserverbundwerkstoffe eingesetzt. Faserverbundwerkstoffe sind werkstoffe, die durch eingelagerte Fasern verstärkt sind. Am Häufigsten werden glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und aramidfaserverstärkte Kunststoffe (AFK) eingesetzt.
  • Zum Ankleben von Bauelementen an kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe ist es notwendig die Oberfläche derartiger Faserverbundwerkstoffe zu behandeln. Beispielsweise müssen Klebeflächen der Ober- und Unterschale an Tragflächen sorgfältig vorbehandelt werden, bevor sie zu einem fertigen Flügel verklebt werden.
  • Die im Flugbetrieb extrem belasteten Flugzeugteile dürfen nicht versagen. Klebestellen, die eine geringere Festigkeit aufweisen als der Grundstoff, können eine Ursache für die Schwächung eines Strukturteiles bilden.
  • Zur Vermeidung solcher Schwachstellen werden die für die Weiterverarbeitung durch Kleben vorgesehenen Oberflächen herkömmlicherweise zunächst geschliffen. Beim Schleifen laminierter rauer Oberflächen besteht die Gefahr, dass die festigkeitsbestimmenden Fasern durch den Schleifprozess beschädigt werden.
  • Fig. 1A, 1B zeigen schematisch eine Oberflächenbehandlung eines Faserverbundwerkstoffes bei dem der Faserverbundwerkstoff in herkömmlicher Weise geschliffen wird.
  • Wie in Fig. 1A dargestellt, sind in einem Kunststoff K des Faserverbundwerkstoffes Fasern F1, F2 eingebettet, um dem Werkstoff eine höhere Festigkeit zu verleihen. Die Fasern F des Verbundwerkstoffes weisen eine relativ hohe Härte auf und sind relativ spröde. Wie man in Fig. 1 erkennen kann, weisen die Fasern F, die in dem Kunststoff K des Verbundwerkstoffes eingebettet sind, eine gewisse Welligkeit auf. Wie in den Fig. 1A, 1B dargestellt, können beim Abschleifen der Oberfläche des Verbundwerkstoffes einige der darin eingebetteten Fasern, beispielsweise die in den Fig. 1A, 1B dargestellte Faser F1, durchtrennt werden. Bei einer Durchtrennung von einer oder mehreren Fasern wird die Festigkeit des Verbundwerkstoffes vermindert.
  • Beim Schleifen der Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes besteht somit die Gefahr, dass die festigkeitsbestimmenden Fasern durch den Schleifprozess beschädigt bzw. durchtrennt werden. Dies kann anhand einer Messung des Oberflächenwiderstandes festgestellt werden, da die Fasern in der Regel elektrisch leitfähig sind.
  • Es wurde daher in der DE 103 025 94 A1 ein Verfahren zur Vorbereitung von Oberflächen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunstoffen für die Weiterverarbeitung von tragenden Strukturteilen vorgeschlagen, bei der die Behandlung der Oberfläche des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes mit einem Strahlmittel erfolgt, das scharfkantiges Korundkorn verwendet.
  • Dieses Verfahren nach dem Stand der Technik hat allerdings den Nachteil, dass die Korundkörner bei der Oberflächenbehandlung des Verbundwerkstoffes nicht nur den Kunststoff abtragen, sondern auch die dabei freigelegten spröden Fasern angreifen. Es kann daher auch bei diesem, herkömmlichen Verfahren nach dem Stand der Technik zu einer Durchtrennung von Fasern des Verbundwerkstoffes kommen.
  • Dokument US5261191 zeigt ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes, der Fasern mit einer bestimmten Härte enthält, wobei die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes mit einem Abtragungsmittel abrasiv abgetragen wird, dessen Härte größer ist als die Härte des Kunststoffes, in dem die Fasern eingebettet sind.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes zu schaffen, bei der die Festigkeit des Faserverbundwerkstoffes nicht beeinträchtig wird und dennoch die Fasern zur Bildung des Verbunds freigelegt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes, der Fasern mit einer bestimmten Härte enthält,
    wobei die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes mit einem Abtragungsmittel abrasiv abgetragen wird, dessen Härte geringer ist als die Härte der in dem Faserverbundwerkstoff enthaltenen Fasern und dessen Härte größer ist als die Härte eines Kunststoffes, in dem die Fasern des Faserverbundwerkstoffes eingebettet sind, und wobei in dem Faserverbundwerkstoff enthaltene Fasern freigelegt werden, ohne diese zu beschädigen.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abtragungsmittel mittel eines gasförmigen Fluids auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes aufgestrahlt.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abtragungsmittel mittels eines flüssigen Fluids auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes aufgestrahlt.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gasförmige Fluid durch Luft gebildet.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das flüssige Fluid durch Wasser gebildet.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abtragungsmittel auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes geschleudert.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abtragungsmittel durch Harnstoffharz gebildet.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Härte des Abtragungsmittel 3 bis 4 Mohs.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes vorzugsweise zum Verkleben vorbereitet.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Körner des Abtragungsmittels eine Korngröße von 0,10 bis 1,80 mm auf.
  • Bei einer möglichen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Körner des Abtragungsmittels eine Korngröße von 0,10 bis 0,50 mm auf.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Faserverbundwerkstoff ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Faserverbundwerkstoff ein glasfaserverstärkter Kunststoff.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die behandelte Oberfläche zum Entfernen des eingesetzten Abtragungsmittels mit Druckluft abgeblasen.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die behandelte Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes ein Klebstoff aufgebracht und anschließend ein Bauteil angepresst.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des Abtragungsmittels weist das Abtragungsmittel Harnstoffharz auf.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des Abtragungsmittels besteht das Abtragungsmittel aus Körnern deren Kornformen scharfkantig und unregelmäßig sind.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des Abtragungsmittels weisen die Körner des Abtragungsmittels eine Korngröße von 0,10 bis 1,80 mm auf.
  • Bei einer Ausführungsform des Abtragungsmittels weisen die Körner des Abtragungsmittels eine Korngröße von 0,10 bis 0,50 mm auf.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des Abtragungsmittels weist das Abtragungsmittel eine Härte zwischen 3 und 4 Mohs auf.
  • Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zur durchfûhrunge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abtragungsmittel durch eine Strahleinrichtung auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes mittels eines gasförmigen oder flüssigen Fluides unter Druck aufgestrahlt.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung wird das Abtragungsmittel durch eine Schleudereinrichtung auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes geschleudert.
  • Die Vorrichtung trägt das Abtragungsmittel eine Oberflächenschicht des Faserverbundwerkstoffes bis zu einer einstellbaren Tiefe abrasiv ab ohne in dem Faserverbundwerkstoff enthaltene Fasern zu beschädigen.
  • Im Weiteren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1A, 1B
    Schnittansichten durch einen Faserverbundwerkstoff zur Darstellung eines herkömmlichen Schleifvorgangs nach dem Stand der Technik zur Oberflächenbehandlung des Faserverbundwerkstoffes;
    Fig. 2A, 2B
    Schnittansichten durch einen Faserverbundwerkstoff zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 3
    ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 4
    ein Ablaufdiagramm zur Darstellung wesentlicher Verfahrensschritte zum Ankleben eines Bauteils an einen Faserverbundwerkstoff.
  • Wie man aus Fig. 2A erkennen an, besteht ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnder Faserverbundwerkstoff 1 aus einem Kunststoff 2 in dem Fasern 3-1, 3-2 eingebettet sind. Die Fasern 3-1, 3-2 sind hochfeste Fasern, die dem Verbundwerkstoff Festigkeit verleihen. Bei den Fasern 3-1, 3-2 kann es sich beispielsweise um Kohlestofffasern handeln, wobei die Fasern beispielsweise in Harz imprägniert sind. Bei dem Kunststoff 2 beziehungsweise dem Harz kann es sich beispielsweise um einen Duromer handeln. Bei einem Faserverbundwerkstoff mit Kunststoffmatrix werden die Fasern mit dem Harz imprägniert. Entweder geschieht dies lagenweise, das heißt abwechselnd Harz- und Fasermatte, zu einem laminierten Verbund oder durch zugeschnittene Vorimprägnate, die bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Formen zu Bauteilen aushärten. Aufgrund unterschiedlicher Orientierung der Fasern 3-i können die Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes 1 variieren. Bei dem in Fig. 2A dargestellten Faserverbundwerkstoff 1 kann es sich auch um einen glasfaserverstärkten Kunststoff GFK, oder um einen aramidfaserverstärkten Kunststoff AFK handeln. Der Kunststoff 2 in dem die Fasern 3-i eingebettet sind weist eine bestimmte Härte HK auf. Die in dem Kunststoff 2 eingebetteten Fasern 3-i weisen ebenfalls eine vorgegebene Härte HF auf.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es in Fig. 2A schematisch dargestellt ist, wird auf eine Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 ein Abtragungsmittel 5 aufgestrahlt oder geschleudert. Dieses Abtragungsmittel 5 enthält eine Vielzahl von Körnern 5-1 bis 5-5. Durch das Auftreffen der Körner 5-i auf die Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 wird die Oberfläche 4 abrasiv abgetragen, da das Abtragungsmittel 5 beziehungsweise die Körner 5-i des Abtragungsmittels 5 eine Härte HA aufweisen, die größer ist als die Härte HK des Kunststoffes 2 in dem die Fasern 3-i des Faserverbundwerkstoffes 1 eingebettet sind. Wie in den Fig. 2A, 2B dargestellt, wird ausgehend von der ursprünglichen Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 bishin zu der Oberfläche 4' der Faserverbundwerkstoff 1 durch das Abtragungsmittel 5 abrasiv abgetragen. Sobald Körner des Abtragungsmittels 5 auf eine Faser 3-i treffen, die in dem Kunststoff 2 eingebettet ist, prallen sie an der Faser 3-i ab, wie in Fig. 2B dargestellt. Wie man aus Fig. 2B erkennen kann, trifft beispielsweise das Korn 5-3 des Abtragungsmittels 5 auf eine freigelegte in dem Kunststoff 2 eingebettete Faser 3-1.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Abtragungsmittel 5 eingesetzt, dessen Härte HA geringer ist als die Härte HF der in dem Faserverbundwerkstoff 1 enthaltenen Fasern 3-i. Gleichzeitig weist das Abtragungsmittel 5 eine Härte HA auf, die größer ist als die Härte HK des Kunststoffes 2, in dem die Fasern 3-i des Faserverbundwerkstoffes 1 eingebettet sind. Dies wird in dem Diagram gemäß Fig. 3 verdeutlicht. Die Härte HA des Abtragungsmittels 5 liegt in einem Bereich zwischen der Härte HK der Kunststoffmatrix und der Härte HF der Fasern 3: H K < H A < H F
    Figure imgb0001
  • Bei einer Ausführungsform liegt die Härte HA des Abtragungsmittels 5 in einem Bereich zwischen 3 bis 4 Mohs.
  • Nach dem Abtragen einer bestimmten Menge des Faserverbundwerkstoffes 1 an dessen Oberfläche, beispielsweise einer Schicht von mehreren Mikrometern, ist die gebildete Oberfläche 4' des Faserverbundwerkstoffes 1 bereit für weitere Fertigungsschritte, beispielsweise das Aufkleben eines Bauteils.
  • Fig. 4 zeigt Fertigungsschritte, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes 1 einsetzen.
  • Zunächst wird in einem Schritt S1 die ursprüngliche Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 abrasiv mit einem Abtragungsmittel 5 abgetragen dessen Härte HA geringer ist als die Härte HF der in dem Faserverbundwerkstoff 1 enthaltenen Fasern 3 und dessen Härte HA größer ist als die Härte HK eines Kunststoffes 2 in dem die Fasern 3 des Verbundwerkstoffes 1 eingebettet sind. Die Fasern 3 sind dabei beispielsweise Kohlestofffasern.
  • Alternativ kann es sich bei den Fasern 3 auch um Glasfasern einer bestimmten Härte handeln. Es ist auch möglich, dass es sich bei den Fasern um Aramidfasern einer bestimmten Härte handelt. Die Härte HA des verwendeten Abtragungsmittels 5 wird somit in Abhängigkeit von der vorbestimmten Härte HF der in dem Kunststoff 2 eingebetteten Fasern 3 selektiert. Darüberhinaus wird die Härte HA des Abtragungsmittels 5 in Abhängigkeit von der vorgegebenen Härte HK des Kunststoffes 2 selektiert.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Tiefe beziehungsweise der Umfang der Abtragung A, wie in Fig. 2B dargestellt, einstellbar. Sobald die abrasive Abtragung im Schritt S1 beendet ist, wird in einem Schritt S2 die behandelte Oberfläche 4' des Faserverbundwerkstoffes 1 zum Entfernen des Abtragungsmittels mit Druckluft abgeblasen. In einem weiteren Schritt S3 wird z. B. Klebstoff auf die von dem Abtragungsmittel befreite Oberfläche 4' des Faserverbundwerkstoffes 1 aufgebracht.
  • In einem weiteren Schritt S4 wird ein aufzuklebendes Bauteil auf die mit Klebstoff beschichtete behandelte Oberfläche 4' gepresst, wobei dies unter erhöhter Temperatur erfolgen kann.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abtragungsmittel 5 durch Harnstoffharz gebildet, wobei die Körner 5-i des Abtragungsmittels 5 eine Korngröße in einem Bereich von 0,10 bis 1.80 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,10 bis 0,50 mm, liegen.
  • Das Abtragungsmittel 5 kann im Schritt S1 mittels eines gasförmigen Fluids auf die Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 aufgestrahlt werden. Bei diesem gasförmigen Fluid handelt es sich beispielsweise um Luft.
  • Alternativ kann das Abtragungsmittel 5 mittels eines flüssigen Fluids auf die Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 aufgestrahlt werden. Bei diesem Fluid kann es sich beispielsweise um Wasser handeln.
  • Bei einer weiteren Ausführungsvariante wird das Abtragungsmittel 5 auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffes 1 durch eine Schleudereinrichtung aufgeschleudert.
  • Das in Fig. 4 dargestellt Verfahren kann durch eine Fertigungsvorrichtung ausgeführt werden, die eine Vorrichtung zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes 1 aufweist. Diese Vorrichtung zur Behandlung einer Oberfläche 4 eines Faserverbundwerkstoffes weist eine Einheit auf, die auf die Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 ein Abtragungsmittel 5 richtet bzw. strahlt dessen Härte HA geringer ist als die Härte HF der in dem Faserverbundwerkstoff 1 enthaltenen Fasern 3 und dessen Härte HA größer ist als die Härte HK eines Kunststoffes 2 in dem die Fasern 3 des Faserverbundwerkstoffes 1 eingebettet ist.
  • Das Abtragungsmittel 5 befindet sich dabei bei einer möglichen Ausführungsform in einem Speicher bzw. Behälter der Oberflächen-Behandlungsvorrichtung.
  • Bei einer Variante der Oberflächen-Behandlungsvorrichtung enthält diese eine Strahleinrichtung, welche das Abtragungsmittel 5 auf die Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 mittels eines Fluids unter Druck aufstrahlt. Der Druck ist dabei vorzugsweise einstellbar. Bei dem Fluid kann es sich um ein gasförmiges oder flüssiges Fluid handeln, das sich in einem Behälter der Oberflächen-Behandlungsvorrichtung befindet.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Behandlungsvorrichtung eine Schleudereinrichtung auf, die das Abtragungsmittel 5 auf die Oberfläche 4 des Faserverbundwerkstoffes 1 schleudert.
  • Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung trägt eine degradierte Oberflächenschicht des Faserverbundwerkstoffes 1 bis zu einer einstellbaren Tiefe abrasiv ab ohne die in dem Faserverbundwerkstoff 1 enthaltenen Fasern 3 zu beschädigen, da die Härte HA des verwendeten Abtragungsmittels 5 geringer ist als die Härte HF der in dem Faserverbundwerkstoff 1 eingebetteten Fasern 3.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Faserverbundwerkstoffes (1), der Fasern (3) mit einer bestimmten Härte (HF) enthält,
    wobei die Oberfläche (4) des Faserverbundwerkstoffes (1) mit einem Abtragungsmittel (5) abrasiv abgetragen wird, dessen Härte (HA) geringer ist als die Härte (HF) der in dem Faserverbundwerkstoff (1) enthaltenen Fasern (3) und dessen Härte (HA) größer ist als die Härte (HK) eines Kunststoffes (2) in dem die Fasern (3) des Faserverbundwerkstoffes (1) eingebettet sind, und wobei in dem Faserverbundwerkstoff (1) enthaltene Fasern (3) freigelegt werden ohne diese zu beschädigen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei das Abtragungsmittel (5) mittels eines gasförmigen oder flüssigen Fluids auf die Oberfläche (4) des Faserverbundwerkstoffes (1) aufgestrahlt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    wobei das Fluid durch Luft oder durch Wasser gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei das Abtragungsmittel (5) auf die Oberfläche (4) des Faserverbundwerkstoffes (1) geschleudert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4,
    wobei das Abtragungsmittel (5) durch Harnstoffharz gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5,
    wobei die Härte (HA) des Abtragungsmittels (5) drei bis vier Mohs beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6,
    wobei die Oberfläche (4) des Faserverbundwerkstoffes (1) zum Verkleben oder Lackieren vorbereitet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7,
    wobei Körner (5-i) des Abtragungsmittels (5) eine Korngröße von 0,10 bis 1,80 mm aufweisen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    wobei die Körner (5-i) des Abtragungsmittels (5) eine Korngröße von 0,10 bis 0,50 mm aufweisen.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9,
    wobei der Faserverbundwerkstoff (1) ein kohlestofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff ist.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10,
    wobei die behandelte Oberfläche (4') des Faserverbundwerkstoffes (1) zum Entfernen des Abtragungsmittels (5) mit Druckluft (S2) abgeblasen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    wobei auf die behandelte Oberfläche (4') des Faserverbundwerkstoffes (1) ein Klebstoff aufgebracht (S3) und ein Bauteil auf die behandelte Oberfläche gepresst (S4) wird.
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