EP4519068A1 - Verfahren zur herstellung eines schichtverbunds und schichtverbund - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines schichtverbunds und schichtverbund

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EP4519068A1
EP4519068A1 EP23722584.2A EP23722584A EP4519068A1 EP 4519068 A1 EP4519068 A1 EP 4519068A1 EP 23722584 A EP23722584 A EP 23722584A EP 4519068 A1 EP4519068 A1 EP 4519068A1
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EP
European Patent Office
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layer
composite
temperature
polymer
layered composite
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23722584.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard SCHERUEBL
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ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B32B3/04—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by at least one layer folded at the edge, e.g. over another layer ; characterised by at least one layer enveloping or enclosing a material
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    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0822—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using IR radiation

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of producing reinforced layered composites and structural components which are partly formed from polymers.
  • Layered composite-based structural components are installed, for example, in motor vehicles below traction batteries and are used in particular for intrusion protection, i.e. to protect a traction battery from mechanical damage that can be caused by impacting objects while driving.
  • fiber-reinforced reinforcement layers can first be pretreated in an oven. With two reinforcement layers removed from the oven and cooled and a polymer material introduced between them, a sandwich composite can then be produced and converted into a sandwich structural component that has a desired shape in a forming tool with heating and, if necessary, subsequent processing steps.
  • the procedure described involves a great deal of effort, particularly when complex layer composite-based structural components of uneven thickness are to be produced.
  • the polymer core can then be heated evenly be bought with a lot of time and effort by slowly, evenly heating the entire layered composite with uniform heat input in thick and thin areas of the layered composite. As a result, approximately the same temperature is reached everywhere in the polymer core area at some point.
  • the high expenditure of time can only be avoided with a high level of technical effort if heating elements of a forming tool are designed with great technical effort in such a way that a higher heat input occurs in thick areas of the layered composite.
  • the present invention is based on the object of making a layered composite and semi-finished products and structural components based thereon accessible with as little time and technical effort as possible.
  • a method for producing a layered composite, a layered composite semi-finished product or a layered composite structural component is specified, wherein a layer arrangement is provided, comprising a reinforcing layer, for example a fiber-reinforced reinforcing layer, and a polymer layer arranged on a surface of the reinforcing layer, the polymer layer comprising a thermoplastic polymer material, which Layer arrangement is converted into a layered composite by heating, in which the polymer layer comprises a deformable polymer layer, and the shape of the layered composite is changed by the application of force.
  • a layer arrangement comprising a reinforcing layer, for example a fiber-reinforced reinforcing layer, and a polymer layer arranged on a surface of the reinforcing layer, the polymer layer comprising a thermoplastic polymer material, which Layer arrangement is converted into a layered composite by heating, in which the polymer layer comprises a deformable polymer layer, and the shape of the layered composite is changed by the
  • layered composite is used as a general term in connection with the invention. This general term also includes the layered composite semi-finished product and the layered composite structural component.
  • a layered composite semi-finished product is considered in particular to be a product that is obtained after the application of force and has a changed shape as a result of the application of force.
  • a layered composite structural component is considered in particular to be a component that can be obtained from a layered composite semi-finished product by post-processing.
  • the post-processing can include, for example, the attachment of connection points via which the layered composite structural component can be connected to other components, for example on or in the area under a traction battery of a motor vehicle.
  • the connection points can include, for example, holes through which fasteners, such as bolts, can extend.
  • layer arrangement refers here in particular to an arrangement of layers, i.e. the reinforcing layer and the polymer layer.
  • the layers are typically not bonded together until heated. This is because a connection of the layers is achieved during heating, among other things, by the polymer layer comprising a deformable polymer layer as a result of the heating.
  • the polymer layer melts completely or partially and the melted polymer material adheres to the surface of the reinforcing layer.
  • the term layer arrangement also includes arrangements in which the polymer layer adheres to the reinforcing layer before heating. In general, heating then increases the adhesion of the polymeric material of the polymeric layer to the reinforcing layer.
  • the reinforcement layer can be a fiber-reinforced reinforcement layer.
  • the reinforcing layer e.g. the fiber-reinforced reinforcing layer, may also comprise a polymer material.
  • the polymer material comprised by the reinforcing layer can preferably be a thermoplastic or a resin.
  • the thermoplastic comprised by the reinforcing layer can preferably contain a polypropylene (PP), a polyamide (PA) or a polybutylene terephthalate (PBT) or combinations of at least two of these thermoplastics.
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the resin comprised by the reinforcing layer may preferably contain a polyurethane resin, a polyamide resin or a combination of these resins.
  • the reinforcing layer can, for example, be a fiber-reinforced reinforcing layer and the polymer material comprised by the reinforcing layer can be in contact with surfaces of fibers of the reinforcing layer.
  • the fibers can, for example, be embedded in the polymer material comprised by the reinforcing layer, be impregnated with the polymer material or be arranged on a surface of the polymer material.
  • the fibers of the fiber-reinforced reinforcement layer can run unidirectionally.
  • the fiber-reinforced reinforcing layer can, for example, comprise a unidirectional fiber fabric.
  • the fiber-reinforced reinforcing layers can comprise one or more, for example 1 to 10, fiber layers.
  • the fibers of the fiber-reinforced reinforcing layer can be polymer fibers, e.g. aramid fibers, polyacrylonitrile fibers, partially oxidized polyacrylonitrile fibers; Carbon fibers and/or mineral fibers, e.g. glass fibers, included.
  • polymer fibers e.g. aramid fibers, polyacrylonitrile fibers, partially oxidized polyacrylonitrile fibers
  • Carbon fibers and/or mineral fibers e.g. glass fibers, included.
  • At least some of the glass fibers can preferably be hollow gas fibers or glass fibers made from E-glass, R-glass or quartz glass.
  • E-glass and R-glass are known to those skilled in the art.
  • the polymer layer comprises a thermoplastic polymer material.
  • thermoplastic can in particular mean that it melts completely or partially when heated and, after the shape of the layered composite has been changed by the force, solidifies again when it cools down later.
  • the thermoplastic polymer material comprised by the polymer layer can contain, for example, polyamide (PA), polyphthalamide (PPA), polypropylene (PP) or polyethylene (PE), whereby the following additives can optionally be provided: short and/or long fibers made of carbon and/or glass , mineral components, ceramic components, lubricants.
  • the mass fraction of the additives is in particular at least approximately 40%, for example at least approximately 50%, and/or at most approximately 80%, for example at most approximately 70%. In particular, the mass fraction of the additives is approximately 60%.
  • the thermoplastic polymer material comprised by the polymer layer can be foamable.
  • the thermoplastic polymer material can be chemically or physically foamable. During chemical foaming, a substance, such as CO2, can be released through a chemical reaction. The resulting gas bubbles foam up the thermoplastic polymer material.
  • thermoplastic polymer material e.g. N2
  • the layer arrangement is converted by heating into a layer composite in which the polymer layer comprises a deformable polymer layer.
  • the layer arrangement is converted by heating into a layer composite in which the polymer layer is a deformable polymer layer.
  • different thermoplastic polymer materials melt at different temperatures. The person skilled in the art selects the temperature to which the polymer layer should be heated during heating so that the formability of the resulting polymer layer is sufficient to achieve a desired shape of the layer composite, which is to be adjusted during the later application of force.
  • the shape of the layered composite is changed by the application of force.
  • This can be done in a shaping tool, for example by extrusion, compression molding and/or thermoforming, preferably by extrusion and/or compression molding.
  • a shaping tool for example by extrusion, compression molding and/or thermoforming, preferably by extrusion and/or compression molding.
  • at least the shape of the polymer layer and preferably also the shape of at least one reinforcing layer are changed.
  • the shaping tool can be designed with or without a temperature control element.
  • the shaping tool is preferably designed with a temperature control element.
  • the temperature control element can be used to adjust the temperature of the surfaces of the shaping tool, which come into contact with surfaces of the layer composite until the force is applied.
  • the further reinforcing layer can preferably be designed as described herein for the said reinforcing layer.
  • the heating takes place in a connecting tool and the shape of the layer composite is changed in a shaping tool.
  • the connecting tool and the shaping tool are preferably spatially separated.
  • the connecting tool which can be, for example, an oven, and the shaping tool can be operated at different temperatures.
  • the connecting tool can be operated at a higher temperature than the shaping tool.
  • the shaping tool e.g. after an initial heating of the shaping tool, is supplied only with the heat that is given off by the layer composite to the shaping tool.
  • a surface of the layered composite that comes into contact with the surrounding air can approach the lower temperature at which the shaping tool is operated.
  • the surface of the layered composite cools by YK based on the surface temperature that occurs during heating.
  • Y is preferably at least 5%, in particular at least 10%, for example at least 15%, of the temperature difference between the surface temperature of the layered composite, which occurs during heating, and the temperature of the ambient air.
  • the temperature of the ambient air can be determined in the room in which the method according to the invention is carried out.
  • a temperature gradient can arise when the layered composite is transferred from the connecting tool to the shaping tool, with the temperature inside the layered composite being higher than on a surface of the layered composite.
  • a temperature inside the layer composite for example in the interior of the polymer layer, can be higher (preferably at least 5 K, particularly preferably at least 15 K, for example at least 30 K higher) than on a surface of the Layer composite. This can lead to the shape of the layer composite being significantly changed by the force despite its relatively low surface temperature. Because of the increased temperature inside the layered composite, the polymer layer is softer than would be expected given the surface temperature of the layered composite.
  • a temperature inside the polymer layer is more than 220 ° C and is therefore higher than a temperature on a surface of the layered composite, which is, for example, less than 210 ° C.
  • the person skilled in the art can adjust the temperatures inside and on the surface within the scope of the invention, taking into account the melting temperature of the polymer material used, so that shaping is possible and a stable layer composite is obtained.
  • the temperature at which the shaping tool is operated can be considered to be an average temperature of the surfaces of the shaping tool, which come into contact with surfaces of the layer composite until the end of the force action. This temperature is also referred to herein as the mean mold temperature. It can be adjusted on a shaping tool with a temperature control element via the temperature control element.
  • the average shaping tool temperature can be, for example, at least 20 °C, preferably 20 °C to 90 °C.
  • the range from 20 °C to 90 °C is particularly advantageous because a shaping tool can be heated without pressure using water in this temperature range.
  • the connecting tool temperature can advantageously be 140 ° C to 300 ° C, preferably 180 to 280 ° C. This means that the optimal processing temperatures of many polymer materials (PP: 200 °C to 240 °C, PA: 260 °C to 280 °C) can be achieved by appropriately adjusting the residence times in the connecting tool.
  • An adaptation temperature difference AT which is calculated by subtracting the average shaping tool temperature from the connecting tool temperature, can be at least 5 K, preferably at least 10 K, in particular at least 15 K, for example at least 40 K.
  • a shaping tool In a previously common operation of a shaping tool, heat was introduced from a surface of a shaping tool into the polymer layer via a reinforcing layer and then formed under the action of force.
  • the shaping tool was also used to heat up an introduced layer arrangement.
  • the shaping tool was kept at a temperature above the desired forming temperature of the polymer layer or polymer layer.
  • the temperature of the reinforcing layer was typically higher than the temperature in the polymer layer or polymer layer.
  • the temperature gradient in the layered composite at the moment of forming was therefore the opposite of the temperature gradient that can be adjusted using the process management according to the invention.
  • a preliminary heating according to the invention in the connecting tool can take place over a longer period of time, which can be 1 to 120 minutes, preferably 2 to 90 minutes.
  • the layer arrangement takes place Don't use an expensive shaping tool at this moment.
  • a thermal load peak on the reinforcement layer can be mitigated because the operating temperature of the connecting tool can be set approximately to the target temperature at which the downstream force should be applied.
  • a typical joining tool has one or more heating zones in which heating occurs.
  • connection tool can be an oven and the heating zone can be an oven chamber.
  • the connecting tool can be heated in stages.
  • the bonding tool may be a multi-stage forced air oven or may include a multi-stage forced air oven.
  • connection tool may be a two-zone convection oven or may include a two-zone convection oven.
  • the connecting tool can be accessible on one side or accessible on two sides.
  • the connecting tool can be a continuous connecting tool accessible from two sides, through which the layer arrangement is guided and thereby converted into the layer composite by heating.
  • the guidance can be effected by a conveyor device.
  • the conveyor device can include, for example, a needle conveyor, a transport robot and/or a needle gripper.
  • a typical shaping tool has a shaping zone in which the shape of the layer composite obtained from the connecting tool is changed.
  • At least one conveyor device conveys the layer composite from the connecting tool to the shaping tool. It can be particularly advantageous if the conveying device takes over the layer composite conveyed by the conveying device from the connecting tool and conveys it into the shaping tool.
  • the conveyor device can have spacer elements. This can have the effect that only the surface areas of the heated layer composite adjacent to the spacer elements come into physical contact with the conveyor device. This can reduce the risk of uncontrolled adhesion of the heated layer composite to the conveyor device. Uncontrolled adhesion of the heated layered composite to the conveyor device would make it more difficult to introduce the layered composite into the shaping zone.
  • the number of spacer elements is preferably at least 3.
  • the spacer elements can, for example, be shaped in such a way that they rest on a maximum of 10%, for example a maximum of 3%, of a surface of the layered composite facing the conveyor device and the remaining areas keep this surface of the layered composite at a distance from the conveyor device.
  • the spacer elements can be needle-shaped, for example.
  • the conveyor device can, for example, comprise a conveyor arm or a conveyor belt.
  • the conveying device in particular the conveying arm, can comprise a layered composite holding device, for example a needle gripper.
  • the layered composite holding device e.g. the needle gripper
  • the spacer elements can be needle-shaped, for example.
  • the layer composite conveyed from the connecting tool can be needled by the conveyor device. This can mean in particular that the layer composite is gripped using at least one needle gripper.
  • the shaping tool can also have spacer elements, for example at least 3 spacer elements.
  • the layer composite can initially be placed on these spacer elements by the conveyor device. It can be advantageous if the spacer elements extend from a surface of a mold half of the shaping tool and are designed so that they are movable relative to the surface of the mold half. They can preferably be accommodated in the mold half.
  • These spacer elements can be, for example, pin elements that are guided in guides. They are preferably guided in the guides in such a way that the pin elements can be completely accommodated in the guides.
  • a temperature adaptation time t which elapses from the removal of the layer composite from the connecting tool to the introduction of the layer composite into the shaping tool, can be up to 150 seconds, preferably up to 50 seconds, further preferably up to 15 seconds, particularly preferably up to 10 seconds. e.g. up to 5 seconds.
  • This can have the advantage that the temperature inside the layered composite remains sufficiently high for a subsequent change in the shape of the layered composite under the force. Shaping is then possible with the least possible expenditure of time and effort.
  • An adaptation temperature gradient G which is calculated by dividing the adaptation temperature difference AT by the temperature adaptation time t, can be in a range from 0.005 to 50 K/s, preferably in a range from 0.01 to 45 K/s, particularly preferably in a range from 0.02 to 40 K/s, for example in a range from 0.05 to 35 K/s.
  • the heating conditions during heating and the temperature adaptation conditions are coordinated with one another in such a way that a temperature inside the deformable polymer layer has a surface temperature of the layer composite when the layer composite is introduced into the shaping tool by at least 5 K, for example at least 20 K, exceeds.
  • the heating conditions during heating are understood to mean, for example, the duration and the temperature during heating.
  • the temperature adaptation conditions are understood to mean, for example, the temperature of a medium extending around the layered composite, in particular air, and the temperature adaptation time in this medium from the removal of the layered composite from the connecting tool to the introduction of the layered composite into the shaping tool.
  • the inherent tendency for the layer composite to adhere to a surface of the shaping tool is lower than in other processes.
  • Auxiliary substances that counteract sticking in molding tools can therefore be omitted in whole or in part.
  • the production capacity can therefore be increased. This is because operational interruptions to introduce such auxiliary materials into the shaping tool can be completely or partially eliminated.
  • the layer arrangement can be provided without prior heating of the reinforcing layer or layers.
  • the invention makes it possible to form the entire layer arrangement without separately heating the individual layers and to heat the layers together in the layer arrangement. Of course, this does not rule out the layer arrangement being constructed from preheated layers.
  • the surface of the layer arrangement When heated, the surface of the layer arrangement can reach a temperature of at least 5 K, in particular 6 K to 100 K, for example 10 K to 60 K, above the melting temperature of the polymer material contained in the polymer layer. This can make it possible, particularly with heat-insensitive reinforcement layers, to carry out heating very quickly and thereby further increase the efficiency of the process.
  • a temperature inside the layered composite can be at or above, preferably above, the melting temperature of the polymer material comprised by the polymer layer and a temperature on a surface of the layered composite can be at or below the melting temperature of the Reinforcement layer included polymer material lie.
  • the temperature in the transition from the polymer layer to the reinforcing layer is also preferred at or above the melting temperature of the polymer material comprised by the polymer layer.
  • the polymer material comprised by the reinforcing layer can, for example, correspond to the polymer material comprised by the polymer layer.
  • the previous heating and the subsequent partial (e.g. passive) cooling during transfer into the shaping tool can create a temperature gradient.
  • the temperature on a surface of the layered composite can therefore be lower than a temperature inside the layered composite.
  • the invention can therefore be used to obtain layered composite semi-finished products and layered composite structural components with a uniform polymer matrix, the polymer matrix extending through several layers and comprising the same polymer material.
  • the melting temperature of a polymer material included in the reinforcing layer may be lower than the melting temperature of a polymer material included in the reinforcing layer. This applies in particular when a melt of the first polymer material encompassed by the reinforcing layer that forms during heating adheres to fibers of the reinforcing layer and in particular does not drip off. So can for them Melting temperature Tsv of a polymer material included in the reinforcing layer applies:
  • Ts > TSP - X
  • TSP is the melting temperature of the polymer material comprised by the polymer layer
  • the polymer layer can be foamable.
  • the shaping step may include foaming at least a portion of the polymer layer.
  • the term shaping step refers to the change in the shape of the layer composite due to the effect of force.
  • the foaming of the area can advantageously be promoted by a force which moves the two surface areas of the polymer layer adjacent to this area away from one another.
  • the foaming of the area can occur within a molding tool that includes a first and a second mold half and the external force can be applied by removing at least a portion of one mold half from at least a portion of the other mold half.
  • the object is also achieved according to the invention by a layer composite, which is preferably obtainable by a method according to the invention, wherein the polymer layer can have a porous layer area.
  • the object is also achieved according to the invention by a layered composite semi-finished product, which is preferably obtainable by a method according to the invention, wherein the polymer layer can have a porous layer area.
  • a layered composite structural component which is preferably obtainable by a method according to the invention, wherein the polymer layer can have a porous layer region.
  • the porous layer region can be spaced apart from the reinforcing layer and can have a lower density than a region of the polymer layer lying between the porous layer region and the reinforcing layer.
  • the density can be determined by cutting and weighing defined polymer layer volumes from the porous layer area and from the area lying between the porous layer area and the reinforcing layer. The determined mass is then divided by the respective polymer layer volume.
  • features described in connection with the method according to the invention can also form features of the layered composite according to the invention, the layered composite semi-finished product according to the invention or the layered composite structural component according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a method according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a layer arrangement from Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic representation of a connecting device from Fig. 1, which contains the layer arrangement shown in Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a shaping device which contains a layer composite that can be shaped therein;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a complex shaped layered composite structural component.
  • FIG. 1 shows schematically a method for producing a layer composite.
  • a layer arrangement 106 is provided, which is shown in more detail in FIG. 2. It includes two reinforcement layers 110 and 120. These are fiber-reinforced reinforcement layers.
  • the layer arrangement 106 also includes a polymer layer 130 between the two reinforcement layers 110 and 120.
  • the polymer layer includes a polymer material 131.
  • the reinforcing layers each also include a polymer material 133.
  • the polymer material 133 is in contact with surfaces of fibers of the respective reinforcing layer.
  • the layer arrangement 106 is introduced into the connecting device 180, also shown in FIG. 1.
  • the connection device 180 may be an oven.
  • the layer arrangement 106 is converted into a layer composite 102 by heating.
  • the polymer layer 130 comprises a deformable polymer layer 132, which connects the reinforcing layers 110 and 120.
  • the layer composite 132 is then introduced into a mold half 192 of a shaping tool 190 by a conveyor device 200 and the shape of the layer composite 132 is changed therein by the action of force, as indicated in FIG. 4.
  • the average shaping tool temperature can be, for example, 85 °C.
  • the connecting tool temperature can be, for example, 181 °C.
  • the adaptation temperature difference AT is then 96 K.
  • the surrounding air cools down the surface of the layered composite, which is initially around 181 °C, quite quickly.
  • the surface of the layer arrangement 106 reaches a temperature of slightly more than 10 K above the melting temperature of the polymer material 131 contained in the polymer layer 130 when heated. It can take, for example, 9 seconds from the time the layer composite 102 is removed from the connecting tool 180 until the layer composite 102 is introduced into the shaping tool 190.
  • the temperature adaptation time t is therefore 9 seconds.
  • the adaptation temperature gradient is therefore 10.67 K/s.
  • the temperature inside the polymer layer 132 can be significantly higher than on a surface of the layered composite 102. While the surface of the layered composite cools quickly in the ambient air, the temperature inside the polymer layer remained 132, which was not directly exposed to the ambient air, was significantly higher during the 9 seconds.
  • the core temperature in the deformable polymer layer of approximately 181 ° C can exceed a surface temperature of the layer composite 102 by approximately 10 K when the layer composite 102 is introduced into the shaping tool 190.
  • FIG. 2 shows the layer arrangement 106 from FIG. 1 more clearly. It is a sandwich layer arrangement 107 in which the polymer layer 130 is arranged between the reinforcement layers 110 and 120.
  • the method shown in FIG. 1 is therefore a method for producing a sandwich layer composite.
  • the heating in the connecting tool 180 in the example shown here is carried out by heating elements 182.
  • the heating elements 182 can be heat radiators.
  • the connection tool could also be a forced air oven instead.
  • the support grid 184 has been omitted in FIG. 3.
  • the temperature and duration in the example shown are selected so that the polymer material 131 of the polymer layer 130 melts at least enough to bond to the adjacent surfaces of the reinforcing layers 110 and 120.
  • Fig. 4 shows the layer composite 102 in the mold half 192, into which it was introduced by the conveyor device 200.
  • another mold half 194 of the shaping tool 190 is shown.
  • the two surfaces of the two mold halves 192 and 194 facing the layered composite 102 define the shape that is assumed by the layered composite 102 during the subsequent shaping under the action of force in the closed shaping tool 190.
  • a sandwich layer composite semi-finished product is obtained, from which a sandwich layer composite structural component can be obtained by post-processing.
  • This can be, for example, a layered composite structural component that is suitable for mounting on a motor vehicle below a traction battery.
  • a (sandwich) layer composite 102, 103 available in this way or a (sandwich) layer composite structural component 100, 101 available in this way can have complex shapes.
  • At least a part of the sandwich layer composite structural component 101 can, for example, form a cover, a bottom or a wall of a housing, in particular a housing of an energy storage device, for example a battery or a tank.
  • the structural component 101 shown in Fig. 5 comprises different areas, each with a polymer layer 132, each comprising an expanded, porous layer area 134, as well as two reinforcement layers 110 and 120.
  • additional reinforcement layers 112 and 122 are arranged on the reinforcement layers 110 and 120.
  • layer composite areas 127 and 1208 only reinforcing layers 110 and 120 are arranged.
  • layer composite area 127 in which there is no polymer layer 132 at all, but also in weaker expanded porous layer composite areas 128, in which the polymer layer 132 has a smaller proportion of pores than in more strongly expanded porous layer composite areas 129, no additional reinforcement layers 112 and 122 are attached in the example shown here .
  • the structural component shown in FIG. 5 can be obtained with a polymer layer 132 that is foamable.
  • the shaping step ie changing the shape of the layer composite 102 by applying force in the shaping tool 190, includes foaming in the layer composite areas 128 and 129 of the polymer layer 132.
  • the foaming of the layer composite areas 128 and 129 is promoted by a force which moves the two to these layer composite areas 128 and 129 adjacent surface areas of the polymer layer 132 are spaced apart.
  • the foaming of the layer composite areas 128 and 129 takes place within the shaping tool 190, which includes a first and a second mold half 192 and 194, the external force being applied by removing at least a part of one mold half 194 from the other mold half 192.
  • Ribs 123 can be formed on at least one surface of a reinforcing layer 122.
  • the surface of the reinforcing layer 120 may also include tethered elements 125.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds (102), eines Schichtverbundhalbzeugs oder eines Schichtverbundstrukturbauteils (100), wobei eine Lagenanordnung (106) bereitgestellt wird, umfassend eine Verstärkungslage (110, 120), z.B. eine faserverstärkte Verstärkungslage, und eine an einer Oberfläche der Verstärkungslage angeordnete Polymerlage (130), wobei die Polymerlage (130) ein thermoplastisches Polymermaterial (131) umfasst, die Lagenanordnung (106) durch Erhitzen in einen Schichtverbund (102) überführt wird, in dem die Polymerlage (130) eine verformbare Polymerschicht (132) umfasst, und die Form des Schichtverbunds (102) durch Krafteinwirkung verändert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds und Schichtverbund
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Herstellung von verstärkten Schichtverbunden und Strukturbauteilen, die teilweise aus Polymeren gebildet sind.
Schichtverbundbasierte Strukturbauteile werden z.B. in Kraftfahrzeugen unterhalb von Traktionsbatterien verbaut und dienen insbesondere dem Intrusionsschutz, d.h. dem Schutz einer Traktionsbatterie vor mechanischen Beschädigungen, die bei der Fahrt etwa durch aufprallende Gegenstände verursacht werden können.
Zur Herstellung von schichtverbundbasierten Strukturbauteilen können faserverstärkte Verstärkungslagen zunächst in einem Ofen vorbehandelt werden. Mit zwei aus dem Ofen entnommenen und abgekühlten Verstärkungslagen und einem dazwischen eingebrachten Polymermaterial kann anschließend ein Sandwich-Verbund hergestellt und in einem Umformungswerkzeug unter Erhitzen und ggf. nachgelagerte Bearbeitungsschritte in ein Sandwich-Strukturbauteil, das eine gewünschte Form aufweist, überführt werden.
Über Außenoberflächen der Verstärkungslagen wird bei der Umformung Wärme zugeführt. Dadurch wird das dazwischen eingebrachte Polymer auf eine für die Umformung geeignete Zieltemperatur erhitzt. Die Verstärkungslagen werden dabei im Allgemeinen heißer als der Polymerkern des entstehenden Schichtverbunds. Soll im Polymerkern eine bestimmte, für die Umformung günstige Zieltemperatur eingestellt werden, müssen die Verstärkungslagen einer höheren thermischen Belastungsspitze ausgesetzt werden als der Polymerkern selbst. Außerdem steigt die Temperatur im Kernbereich besonders in dicken Schichtverbunden langsamer an, so dass dort die für die Umformung günstige Zieltemperatur nicht oder nur sehr langsam erreicht wird. Ein homogenes Aufheizen des Kernbereichs bei gleichzeitig geringer thermischer Belastung der Verstärkungslagen an den Außenoberflächen, kann also nur durch eine sehr langsame Wärmezufuhr und damit eine sehr langsame und somit ineffiziente Verfahrensführung erkauft werden.
Die beschriebene Verfahrensweise ist insbesondere dann mit einem großen Aufwand verbunden, wenn komplexe schichtverbundbasierte Strukturbauteile ungleichmäßiger Dicke hergestellt werden sollen. Ein gleichmäßiges Erhitzen des Polymerkerns kann dann mit einem hohen zeitlichen Aufwand erkauft werden, indem ein langsames gleichmäßiges Erhitzen des gesamten Schichtverbunds mit gleichmäßigem Wärmeeintrag in dicken und dünnen Bereichen des Schichtverbunds erfolgt. Dadurch wird im Polymerkernbereich irgendwann überall annähernd dieselbe Temperatur erreicht. Der hohe zeitliche Aufwand lässt sich nur mit einem hohen technischen Aufwand vermeiden, wenn Heizelemente eines Umformungswerkzeugs mit großem technischem Aufwand so ausgebildet werden, dass in dicken Bereichen des Schichtverbunds ein höherer Wärmeeintrag erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schichtverbund sowie darauf basierende Halbzeuge und Strukturbauteile mit möglichst geringem zeitlichem und technischem Aufwand zugänglich zu machen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dort wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds, eines Schichtverbundhalbzeugs oder eines Schichtverbundstrukturbauteils angegeben, wobei eine Lagenanordnung bereitgestellt wird, umfassend eine Verstärkungslage, z.B. eine faserverstärkte Verstärkungslage, und eine an einer Oberfläche der Verstärkungslage angeordnete Polymerlage, wobei die Polymerlage ein thermoplastisches Polymermaterial umfasst, die Lagenanordnung durch Erhitzen in einen Schichtverbund überführt wird, in dem die Polymerlage eine verformbare Polymerschicht umfasst, und die Form des Schichtverbunds durch Krafteinwirkung verändert wird.
Der Begriff Schichtverbund wird im Zusammenhang mit der Erfindung als allgemeiner Begriff verwendet. Dieser allgemeine Begriff umfasst auch das Schichtverbundhalbzeug und das Schichtverbundstrukturbauteil.
Als Schichtverbundhalbzeug wird insbesondere ein Erzeugnis angesehen, das nach der Krafteinwirkung erhalten wird und infolge der Krafteinwirkung eine veränderte Form hat.
Als Schichtverbundstrukturbauteil wird insbesondere ein Bauteil angesehen, das durch Nachbearbeitung aus einem Schichtverbundhalbzeug erhalten werden kann. Die Nachbearbeitung kann z.B. die Anbringung von Anbindungspunkten umfassen, über die das Schichtverbundstrukturbauteil mit anderen Bauteilen verbunden werden kann, z.B. an oder im Bereich unter einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Anbindungspunkte können z.B. Bohrungen umfassen, durch die sich Befestigungsmittel, z.B. Bolzen, erstrecken können.
Der Begriff Lagenanordnung bezeichnet hierin insbesondere eine Anordnung von Lagen, d.h. der Verstärkungslage und der Polymerlage. Die Lagen sind bis zum Erhitzen typischerweise noch nicht miteinander verbunden. Denn eine Verbindung der Lagen wird beim Erhitzen unter anderem dadurch erreicht, dass die Polymerlage infolge des Erhitzens eine verformbare Polymerschicht umfasst. Typischerweise schmilzt die Polymerlage dabei ganz oder teilweise und das geschmolzene Polymermaterial haftet an der Oberfläche der Verstärkungslage. Der Begriff Lagenanordnung schließt jedoch auch Anordnungen mit ein, in denen die Polymerlage schon vor dem Erhitzen an der Verstärkungslage haftet. Im Allgemeinen verstärkt das Erhitzen dann die Haftung des Polymermaterials der Polymerlage an der Verstärkungslage.
Als Verstärkungslage kommt jede Lage in Betracht, mit der sich die Polymerlage verstärken lässt, die dem Erhitzen standhält und die sich durch Krafteinwirkung nach dem Erhitzen verformen lässt. Die Verstärkungslage kann eine faserverstärkte Verstärkungslage sein.
Die Verstärkungslage, z.B. die faserverstärkte Verstärkungslage, kann ebenfalls ein Polymermaterial umfassen. Das von der Verstärkungslage umfasste Polymermaterial kann bevorzugt ein Thermoplast oder ein Harz sein.
Der von der Verstärkungslage umfasste Thermoplast kann bevorzugt ein Polypropylen (PP), ein Polyamid (PA) oder ein Polybutylenterephthalat (PBT) oder Kombinationen von mindestens zwei dieser Thermoplaste enthalten.
Das von der Verstärkungslage umfasste Harz kann bevorzugt ein Polyurethan-Harz, ein Polyamid-Harz oder eine Kombination dieser Harze enthalten.
Die Verstärkungslage kann z.B. eine faserverstärkte Verstärkungslage sein und das von der Verstärkungslage umfasste Polymermaterial mit Oberflächen von Fasern der Verstärkungslage in Kontakt stehen. Die Fasern können z.B. in das von der Verstärkungslage umfasste Polymermaterial eingebettet sein, mit dem Polymermaterial imprägniert sein oder an einer Oberfläche des Polymermaterials angeordnet sein. Die Fasern der faserverstärkten Verstärkungslage können unidirektional verlaufen. Die faserverstärkte Verstärkungslage kann z.B. ein unidirektionales Fasergelege umfassen.
Die Fasern der faserverstärkten Verstärkungslage können multidirektional verlaufen. Die faserverstärkte Verstärkungslage kann z.B. ein multidirektionales, insbesondere bidirektionales Fasergelege oder ein Fasergewebe umfassen.
Die faserverstärkte Verstärkungslagen kann eine oder mehrere, z.B. 1 bis 10, Faserlagen umfassen.
Die Fasern der faserverstärkten Verstärkungslage können Polymerfasern, z.B. Aramidfasern, Polyacrynitrilfasern, teilweise oxidierte Polyacrylnitrilfasern; Carbonfasern und/oder Mineralfasern, z.B. Glasfasern, enthalten.
Wenigstens ein Teil der Glasfasern können bevorzugt Hohlgasfasern oder aus E-Glas, R- Glas oder aus Quarzglas hergestellte Glasfasern sein.
Die Bedeutungen der Begriffe E-Glas und R-Glas sind dem Fachmann bekannt.
Die Polymerlage umfasst ein thermoplastisches Polymermaterial. Die Angabe thermoplastisch kann insbesondere bedeuten, dass es beim Erhitzen ganz oder teilweise schmilzt und, nachdem die Form des Schichtverbunds durch die Krafteinwirkung verändert wurde, beim späteren Abkühlen wieder erstarrt. Das von der Polymerlage umfasste thermoplastische Polymermaterial kann z.B. Polyamid (PA), Polyphthalamid (PPA), Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) enthalten, wobei optional folgende Zuschlagstoffe vorgesehen sein können: Kurz- und/oder Langfasern aus Kohlenstoff und/oder Glas, mineralische Anteile, keramische Anteile, Gleitstoffe. Der Massenanteil der Zuschlagstoffe beträgt insbesondere mindestens ungefähr 40%, beispielsweise mindestens ungefähr 50%, und/oder höchstens ungefähr 80%, beispielsweise höchstens ungefähr 70%. Insbesondere beträgt der Massenanteil der Zuschlagstoffe ungefähr 60%.
Das von der Polymerlage umfasste thermoplastische Polymermaterial kann aufschäumbar sein. Das thermoplastische Polymermaterial kann chemisch oder physikalisch aufschäumbar sein. Beim chemischen Aufschäumen kann durch eine chemische Reaktion eine Substanz, z.B. CO2, freigesetzt werden. Die dabei entstehenden Gasbläschen schäumen das thermoplastische Polymermaterial auf.
Beim physikalischen Aufschäumen bilden sich aus einer im thermoplastischen Polymermaterial dispergierten flüchtigen Substanz, z.B. N2, Gasbläschen, die das thermoplastische Polymermaterial aufschäumen.
Erfindungsgemäß wird die Lagenanordnung durch Erhitzen in einen Schichtverbund überführt, in dem die Polymerlage eine verformbare Polymerschicht umfasst. Vorzugsweise wird die Lagenanordnung durch Erhitzen in einen Schichtverbund überführt, in dem die Polymerlage eine verformbare Polymerschicht ist. Der Fachmann weiß, dass verschiedene thermoplastische Polymermaterialien bei unterschiedlichen Temperaturen schmelzen. Die Temperatur, bis zu der die Polymerlage beim Erhitzen erhitzt werden soll, wählt der Fachmann so aus, dass die Formbarkeit der entstehenden Polymerschicht für das Erreichen einer angestrebten Form des Schichtverbunds, die bei der späteren Krafteinwirkung eingestellt werden soll, ausreicht.
Erfindungsgemäß wird die Form des Schichtverbunds durch Krafteinwirkung verändert. Dies kann in einem Formgebungswerkzeug erfolgen, z.B. durch Fließpressen, Formpressen und/oder Thermoformen, bevorzugt durch Fließpressen und/oder Formpressen. Dabei wird im Allgemeinen wenigstens die Form der Polymerschicht und bevorzugt auch die Form mindestens einer Verstärkungslage verändert.
Das Formgebungswerkzeug kann mit oder ohne Temperierelement ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Formgebungswerkzeug mit Temperierelement ausgebildet. Mit dem Temperierelement lässt sich die Temperatur der Oberflächen des Formgebungswerkzeugs einstellen, die bis zum Ende der Krafteinwirkung mit Oberflächen des Schichtverbunds in Kontakt treten.
Das Temperierelement kann ein Temperierelement sein, durch das ein Temperiermedium führbar ist. Es kann insbesondere zur Beheizung dienen. Bevorzugt kann das Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Schichtverbunds, eines Sandwich-Schichtverbundhalbzeugs oder eines Sandwich-Schichtverbundstrukturbauteils dienen, wobei die bereitgestellte Lagenanordnung eine Sandwich-Lagenanordnung ist, in der die Polymerlage zwischen der Verstärkungslage und einer weiteren Verstärkungslage angeordnet ist.
Die weitere Verstärkungslage kann bevorzugt so beschaffen sein, wie hierin für die genannte Verstärkungslage beschrieben.
Es kann bevorzugt sein, wenn das Erhitzen in einem Verbindungswerkzeug erfolgt und die Form des Schichtverbunds in einem Formgebungswerkzeug verändert wird. Bevorzugt sind das Verbindungswerkzeug und das Formgebungswerkzeug räumlich getrennt.
Dies kann erhebliche Vorteile haben. So können das Verbindungswerkzeug, das z.B. ein Ofen sein kann, und das Formgebungswerkzeug bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. Insbesondere kann das Verbindungswerkzeug bei einer höheren Temperatur als das Formgebungswerkzeug betrieben werden.
Denkbar ist, dass dem Formgebungswerkzeug, z.B. nach einem initialen Aufheizen des Formgebungswerkzeugs, nur die Wärme zugeführt wird, die vom Schichtverbund an das Formgebungswerkzeug abgegeben wird.
Bei der Überführung des Schichtverbunds vom Verbindungswerkzeug in das Formgebungswerkzeug kann eine mit der umgebenden Luft in Kontakt tretende Oberfläche des Schichtverbunds sich der niedrigeren Temperatur annähern, bei der das Formgebungswerkzeug betrieben wird.
Es ist bevorzugt, wenn die Oberfläche des Schichtverbunds ausgehend von der Oberflächentemperatur, die sich beim Erhitzen einstellt, um Y K abkühlt. Y beträgt bevorzugt mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, z.B. mindestens 15 % der Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur des Schichtverbunds, die sich beim Erhitzen einstellt und der Temperatur der Umgebungsluft. Die Temperatur der Umgebungsluft kann in dem Raum bestimmt werden, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Im Schichtverbund kann sich bei der Überführung des Schichtverbunds vom Verbindungswerkzeug in das Formgebungswerkzeug ein Temperaturgradient einstellen, wobei die Temperatur im Inneren des Schichtverbunds höher ist als an einer Oberfläche des Schichtverbunds.
Bei Beginn der Krafteinwirkung zur Veränderung der Form des Schichtverbunds kann eine Temperatur im Inneren des Schichtverbunds, z.B. im Inneren der Polymerschicht, höher sein (bevorzugt wenigstens 5 K, besonders bevorzugt wenigstens 15 K, z.B. wenigstens 30 K höher sein) als an einer Oberfläche des Schichtverbunds. Dies kann dazu führen, dass die Form des Schichtverbunds trotz dessen relativ geringer Oberflächentemperatur durch die Krafteinwirkung stark verändert werden kann. Denn wegen der erhöhten Temperatur im Inneren des Schichtverbunds ist die Polymerschicht weicher, als es angesichts der Oberflächentemperatur des Schichtverbunds zu erwarten wäre.
Denkbar wäre z.B., dass bei Beginn der Krafteinwirkung zur Veränderung der Form des Schichtverbunds eine Temperatur im Inneren der Polymerschicht mehr als 220 °C beträgt und damit höher ist als eine Temperatur an einer Oberfläche des Schichtverbunds, die z.B. weniger als 210 °C beträgt.
Der Fachmann kann die Temperaturen im Inneren und an der Oberfläche im Rahmen der Erfindung unter Berücksichtigung der Schmelztemperatur des verwendeten Polymermaterials so anpassen, dass die Formgebung möglich ist und eine stabiler Schichtverbund erhalten wird.
Dies eröffnet die Möglichkeit, das Formgebungswerkzeug bei einer relativ niedrigen Temperatur zu betreiben und die Form des Schichtverbunds durch Krafteinwirkung in einem Moment zu verändern, in dem die Temperatur im Inneren des Schichtverbunds, insbesondere im Inneren der Polymerschicht, höher ist als die Temperatur, bei der das Formgebungswerkzeug betrieben wird.
Als Temperatur bei der das Formgebungswerkzeug betrieben wird, kann eine mittlere Temperatur der Oberflächen des Formgebungswerkzeugs angesehen werden, die bis zum Ende der Krafteinwirkung mit Oberflächen des Schichtverbunds in Kontakt treten. Diese Temperatur wird hierin auch als mittlere Formgebungswerkzeugtemperatur bezeichnet. Sie lässt sich an einem Formgebungswerkzeug mit Temperierelement über das Temperierelement einstellen.
Die mittlere Formgebungswerkzeugtemperatur kann beispielsweise wenigstens 20 °C, bevorzugt 20 °C bis 90 °C, betragen. Der Bereich von 20 °C bis 90 °C ist besonders vorteilhaft, weil ein Formgebungswerkzeug in diesem Temperaturbereich mit Wasser drucklos temperierbar ist.
Die Verbindungswerkzeugtemperatur kann vorteilhaft 140 °C bis 300 °C, bevorzugt 180 bis 280 °C, betragen. Damit können durch entsprechende Einstellung von Verweilzeiten im Verbindungswerkzeug die optimalen Verarbeitungstemperaturen vieler Polymermaterialien (PP: 200 °C bis 240°, PA: 260 °C bis 280 °C) erreicht werden.
Eine Adaptionstemperaturdifferenz AT, die berechnet wird, indem die mittlere Formgebungswerkzeugtemperatur von der Verbindungswerkzeugtemperatur abgezogen wird, kann wenigstens 5 K, bevorzugt wenigstens 10 K, insbesondere wenigstens 15 K, z.B. wenigstens 40 K betragen.
Bei einem bis dahin üblichen Betrieb eines Formgebungswerkzeugs wurde Wärme von einer Oberfläche eines Formgebungswerkzeugs über eine Verstärkungslage in die Polymerlage eingetragen und anschließend unter Krafteinwirkung umgeformt. Das Formgebungswerkzeug wurde also auch zum Aufheizen einer eingebrachten Lagenanordnung genutzt. Um ein Aufheizen gerade bei dickeren Lagenanordnungen schnell zu bewirken, wurde das Formgebungswerkzeug bei einer Temperatur über der gewünschten Umformungstemperatur der Polymerlage bzw. Polymerschicht gehalten. Im Moment der Krafteinwirkung war also die Temperatur der Verstärkungslage typischerweise höher als die Temperatur in der Polymerlage bzw. Polymerschicht. Der Temperaturgradient im Schichtverbund im Moment der Umformung war also umgekehrt zu dem Temperaturgradient, der sich über die erfindungsgemäße Verfahrensführung einstellen lässt.
Ein erfindungsgemäßes, vorausgehendes Erhitzen im Verbindungswerkzeug, z.B. in einem Ofen, kann über einen längeren Zeitraum erfolgen, der 1 bis 120 Minuten betragen kann, bevorzugt 2 bis 90 Minuten betragen kann. Schließlich nimmt die Lagenanordnung in diesem Moment kein teures Formgebungswerkzeug ein. Eine thermische Belastungsspitze der Verstärkungslage kann abgemildert werden, da die Betriebstemperatur des Verbindungswerkzeugs annähernd auf die Zieltemperatur eingestellt werden kann, bei der die nachgelagerte Krafteinwirkung erfolgen soll. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass sich relativ hitzeempfindliche Verstärkungslagen, die z.B. hitzeempfindliche Polymermaterialien umfassen können, auch im Verbund mit hochschmelzenden Polymerschichten umformen lassen.
Ein typisches Verbindungswerkzeug weist eine oder mehrere Heizzonen auf, in der das Erhitzen erfolgt.
Das Verbindungswerkzeug kann ein Ofen und die Heizzone eine Ofenkammer sein.
Das Verbindungswerkzeug kann gestuft aufheizbar sein. Das Verbindungswerkezeug kann ein mehrstufiger Umluftofen sein oder einen mehrstufigen Umluftofen umfassen.
Das Verbindungswerkezeug kann ein zwei-Zonen-Umluftofen sein oder einen zwei- Zonen-Umluftofen umfassen.
Im Verbindungswerkzeug können in verschiedenen Zonen verschiedene Temperaturen herrschen. Dann gilt die Temperatur in der Zone, die im Verlauf des Erhitzens im Verbindungswerkzeug zuletzt erreicht wird, als die Verbindungswerkzeugtemperatur.
Das Verbindungswerkzeug kann einseitig zugänglich oder an zwei Seiten zugänglich sei.
Das Verbindungswerkzeug kann ein von zwei Seiten zugängliches Durchlauf- Verbindungswerkzeug sein, durch das die Lagenanordnung geführt und dabei durch Erhitzen in den Schichtverbund überführt wird.
Die Führung kann dabei durch eine Fördereinrichtung bewirkt werden.
Es kann vorteilhaft sein, die Lagenanordnung mit einer Fördereinrichtung in die Heizzone und den nach dem Erhitzen erhaltenen Schichtverbund mit der Fördereinrichtung aus der Heizzone zu befördern. Die Fördereinrichtung kann z.B. einen Nadelförderer, einen Transportroboter und/oder einen Nadelgreifer umfassen.
Ein typisches Formgebungswerkzeug weist eine Formgebungszone auf, in der die Form des aus dem Verbindungswerkzeug erhaltenen Schichtverbunds verändert wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn wenigstens eine Fördervorrichtung den Schichtverbund vom Verbindungswerkzeug zum Formgebungswerkzeug befördert. Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Fördervorrichtung den von der Fördereinrichtung aus dem Verbindungswerkzeug beförderten Schichtverbund übernimmt und ihn in das Formgebungswerkzeug befördert.
Die Fördervorrichtung kann Abstandselemente aufweisen. Dies kann bewirken, dass nur die an den Abstandselementen anliegenden Oberflächenbereiche des erhitzten Schichtverbunds in physischen Kontakt mit der Fördervorrichtung treten. Dies kann das Risiko eines unkontrollierten Haftens des erhitzten Schichtverbunds an der Fördervorrichtung verringern. Ein unkontrolliertes Haften des erhitzten Schichtverbunds an der Fördervorrichtung würde das Einbringen des Schichtverbunds in die Formgebungszone erschweren. Vorzugsweise beträgt die Zahl der Abstandselemente mindestens 3. Die Abstandselemente können z.B. so geformt sein, dass sie an höchstens 10 %, z.B. höchstens 3 % einer der Fördervorrichtung zugewandten Oberfläche des Schichtverbunds anliegen und die übrigen Bereiche diese Oberfläche des Schichtverbunds auf Abstand zur Fördervorrichtung halten. Die Abstandselemente können z.B. nadelförmig sein.
Die Fördervorrichtung kann z.B. einen Förderarm oder ein Förderband umfassen. Die Fördervorrichtung, insbesondere der Förderarm, kann eine Schichtverbund- Haltevorrichtung, z.B. einen Nadelgreifer, umfassen.
Die Schichtverbund-Haltevorrichtung, z.B. der Nadelgreifer, kann die Abstandselemente aufweisen, die z.B. nadelförmig sein können.
Der aus dem Verbindungswerkzeug beförderte Schichtverbund kann von der Fördervorrichtung aufgenadelt werden. Dies kann insbesondere bedeuten, dass der Schichtverbund mittels wenigstens einem Nadelgreifer ergriffen wird. Auch das Formgebungswerkzeug kann Abstandselemente, z.B. mindestens 3 Abstandselemente, aufweisen. Auf diesen Abstandselementen kann der Schichtverbund von der Fördervorrichtung zunächst abgelegt werden. Vorteilhaft kann es sein, wenn die Abstandselemente sich ausgehend von einer Oberfläche einer Formhälfte des Formgebungswerkzeugs erstrecken und so ausgebildet sind, dass sie relativ zu der Oberfläche der Formhälfte beweglich sind. Bevorzugt sind sie in die Formhälfte aufnehmbar. Diese Abstandselemente können z.B. Stiftelemente sein, die in Führungen geführt sind. Bevorzugt sind sie in den Führungen so geführt, dass die Stiftelemente vollständig in die Führungen aufgenommen werden können.
Es kann vorteilhaft sein, wenn zwischen dem Verbindungswerkzeug und dem Formgebungswerkzeug keine aktive Kühlung des Schichtverbunds erfolgt. Damit ist insbesondere gemeint, dass eine Kühlung lediglich durch die umgebende Luft erfolgt. Selbstverständlich kann die umgebende Luft dabei umgewälzt und/oder gekühlt werden.
Eine Temperaturadaptionszeit t, die von einem Entnehmen des Schichtverbunds aus dem Verbindungswerkzeug bis zu einem Einbringen des Schichtverbunds in das Formgebungswerkzeug vergeht, kann bis zu 150 Sekunden, bevorzugt bis zu 50 Sekunden, weiterhin bevorzugt bis zu 15 Sekunden, besonders bevorzugt bis zu 10 Sekunden, z.B. bis zu 5 Sekunden betragen. Dies kann den Vorteil haben, dass die Temperatur im Inneren des Schichtverbunds ausreichend hoch bleibt für eine anschließende Änderung der Form des Schichtverbunds unter der Krafteinwirkung. Eine Formgebung ist dann mit geringstmöglichem Zeit- und Kraftaufwand möglich.
Ein Adaptionstemperaturgradient G, der berechnet wird, indem die Adaptionstemperaturdifferenz AT durch die Temperaturadaptionszeit t geteilt wird, kann in einem Bereich von 0,005 bis 50 K/s, bevorzugt in einem Bereich von 0,01 bis 45 K/s, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,02 bis 40 K/s, z.B. in einem Bereich von 0,05 bis 35 K/s liegen.
Angesichts der vorstehenden Ausführungen kann es vorteilhaft sein, wenn die Erhitzungsbedingungen beim Erhitzen und die Temperaturadaptionsbedingungen so aufeinander abgestimmt werden, dass eine Temperatur im Inneren der verformbaren Polymerschicht eine Oberflächentemperatur des Schichtverbunds beim Einbringen des Schichtverbunds in das Formgebungswerkzeug um wenigstens 5 K, z.B. wenigstens 20 K, übersteigt. Unter den Erhitzungsbedingungen beim Erhitzen wird dabei z.B. die Dauer und die Temperatur beim Erhitzen verstanden. Unter den Temperaturadaptionsbedingungen wird dabei z.B. die Temperatur eines sich um den Schichtverbund erstreckenden Mediums, insbesondere Luft, und die Temperaturadaptionszeit in diesem Medium vom Entnehmen des Schichtverbunds aus dem Verbindungswerkzeug bis zum Einbringen des Schichtverbunds in das Formgebungswerkzeug verstanden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das einen Betrieb des Formgebungswerkzeugs bei relativ niedrigen Temperaturen ermöglicht, ist die inhärente Neigung zum Anhaften des Schichtverbunds an einer Oberfläche des Formgebungswerkzeugs geringer als bei anderen Verfahren. Hilfsstoffe, die einem Anhaften in Formgebungswerkzeugen entgegenwirken, können daher ganz oder teilweise weggelassen werden. Die Produktionskapazität kann folglich erhöht werden. Denn Betriebsunterbrechungen zur Einbringung solcher Hilfsstoff in das Formgebungswerkzeug können ganz oder teilweise entfallen.
Erfindungsgemäß kann die Lagenanordnung ohne ein vorausgehendes Erhitzen der Verstärkungslage oder der Verstärkungslagen bereitgestellt werden.
Während es üblich war, verschiedene Lagen zu bildenden Schichtverbunds separat aufzuheizen und sie dann zum Verbund zusammenzuführen, wird es durch die Erfindung möglich, die gesamte Lagenanordnung ohne separates Aufheizen der einzelnen Lagen auszubilden und die Lagen gemeinsam in der Lagenanordnung aufzuheizen. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass die Lagenanordnung aus vorerwärmten Lagen aufgebaut wird.
Die Oberfläche der Lagenanordnung kann beim Erhitzen eine Temperatur von wenigstens 5 K, insbesondere 6 K bis 100 K, z.B. 10 K bis 60 K, oberhalb der Schmelztemperatur des in der Polymerlage enthaltenen Polymermaterials erreichen. Dies kann es insbesondere mit hitzeunempfindlichen Verstärkungslagen ermöglichen, das Erhitzen sehr schnell durchzuführen und dadurch die Effizient des Verfahrens weiter zu steigern.
Wenn hierin auf eine Schmelztemperatur Bezug genommen wird, ist die nach EN ISO 11357-3:2018 durch dynamische Differenz-Thermoanalyse (DSC) ermittelte Schmelztemperatur gemeint. Bei Beginn der Krafteinwirkung zur Veränderung der Form des Schichtverbunds kann eine Temperatur im Inneren des Schichtverbunds bei oder oberhalb, bevorzugt oberhalb, der Schmelztemperatur des von der Polymerschicht umfassten Polymermaterials liegen und eine Temperatur an einer Oberfläche des Schichtverbunds kann bei oder unterhalb der Schmelztemperatur des von der Verstärkungslage umfassten Polymermaterials liegen. Bevorzugt ist dabei auch die Temperatur im Übergang von der Polymerschicht zur Verstärkungsschicht bei oder oberhalb der Schmelztemperatur des von der Polymerschicht umfassten Polymermaterials.
Vorteilhaft kann es so ermöglicht werden, dass sich die Form des Schichtverbunds unter der Krafteinwirkung gut verändern lässt. Vorteilhaft kann zugleich ein Anhaften einer Oberfläche des Schichtverbunds am Formgebungswerkzeug vermieden werden.
Erfindungsgemäß kann das von der Verstärkungslage umfasste Polymermaterial z.B. dem von der Polymerschicht umfassten Polymermaterial entsprechen.
Durch das vorausgehende Erhitzen und die anschließende teilweise (z.B. passive) Abkühlung beim Überführen in das Formgebungswerkzeug kann sich ein Temperaturgradient einstellen. Die Temperatur an einer Oberfläche des Schichtverbunds kann folglich geringer sein als eine Temperatur im Inneren des Schichtverbunds.
Vorteilhaft kann dies die Veränderung der Form des Schichtverbunds mit geringem Kraftaufwand ermöglichen und ein Ankleben des Schichtverbund am Formgebungswerkzeug weitgehend verhindern.
Durch die Erfindung können also Schichtverbundhalbzeuge und Schichtverbundstrukturbauteile mit einheitlicher Polymermatrix erhalten werden, wobei die Polymermatrix sich durch mehrere Schichten erstreckt und dasselbe Polymermaterial umfasst.
Die Schmelztemperatur eines von der Verstärkungslage umfassten Polymermaterials kann geringer sein als die Schmelztemperatur eines von der Verstärkungslage umfassten Polymermaterials. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine sich beim Erhitzen bildende Schmelze des von der Verstärkungslage umfassten ersten Polymermaterials an Fasern der Verstärkungslage haftet und insbesondere nicht abtropft. So kann für die Schmelztemperatur Tsv eines von der Verstärkungslage umfassten Polymermaterials gelten:
Ts > TSP - X wobei TSP die Schmelztemperatur des von der Polymerschicht umfassten Polymermaterials ist und X für 50 K, bevorzugt für 20 K, z.B. für 10 K, steht.
Die Polymerschicht kann aufschäumbar sein.
Der Formgebungsschritt kann ein Aufschäumen wenigstens eines Bereichs der Polymerschicht umfassen. Mit dem Begriff Formgebungsschritt ist die Veränderung der Form des Schichtverbunds durch die Krafteinwirkung gemeint.
Das Aufschäumen des Bereichs kann vorteilhaft durch eine Kraft befördert werden, welche die beiden zu diesem Bereich benachbarten Oberflächenbereiche der Polymerschicht voneinander entfernt.
Beispielsweise kann das Aufschäumen des Bereichs innerhalb eines Formgebungswerkzeugs erfolgen, das eine erste und eine zweite Formhälfte umfasst und die externe Kraft dadurch aufgewandt werden, dass wenigstens ein Teil einer Formhälfte von wenigstens einem Teil der anderen Formhälfte entfernt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch einen Schichtverbund, der bevorzugt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, wobei die Polymerschicht einen porösen Schichtbereich aufweisen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Schichtverbundhalbzeug, das bevorzugt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, wobei die Polymerschicht einen porösen Schichtbereich aufweisen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Schichtverbundstrukturbauteil, das bevorzugt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, wobei die Polymerschicht einen porösen Schichtbereich aufweisen kann. Bevorzugt kann der poröse Schichtbereich zu der Verstärkungslage beabstandet sein und eine geringere Dichte aufweisen als ein zwischen dem poröse Schichtbereich und der Verstärkungslage liegender Bereich der Polymerschicht. Die Dichte kann bestimmt werden, indem definierte Polymerschichtvolumen aus dem porösen Schichtbereich und aus dem zwischen dem porösen Schichtbereich und der Verstärkungslage liegenden Bereich herausgeschnitten und gewogen werden. Anschließend wird die ermittelte Masse jeweils durch das jeweilige Polymerschichtvolumen geteilt.
Selbstverständlich können im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Merkmale auch Merkmale des erfindungsgemäßen Schichtverbunds, des erfindungsgemäßen Schichtverbundhalbzeugs oder des erfindungsgemäßen Schichtverbundstrukturbauteils bilden.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Lagenanordnung aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Verbindungsvorrichtung aus Fig. 1, welche die in Fig. 2 gezeigte Lagenanordnung enthält;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Formgebungsvorrichtung, welche einen darin formbaren Schichtverbund enthält; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines komplex geformten Schichtverbundstrukturbauteils.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds. Es wird eine Lagenanordnung 106 bereitgestellt, die in Fig. 2 näher dargestellt ist. Sie umfasst zwei Verstärkungslagen 110 und 120. Es handelt sich um faserverstärkte Verstärkungslagen. Die Lagenanordnung 106 umfasst auch eine Polymerlage 130 zwischen den beiden Verstärkungslagen 110 und 120. Die Polymerlage umfasst ein Polymermaterial 131.
Die Verstärkungslagen umfassen jeweils ebenfalls ein Polymermaterial 133. Das Polymermaterial 133 steht mit Oberflächen von Fasern der jeweiligen Verstärkungslage in Kontakt.
Auf einem Tragrost 184 wird die Lagenanordnung 106 in die in Fig. 1 ebenfalls gezeigte Verbindungsvorrichtung 180 eingebracht. Die Verbindungsvorrichtung 180 kann ein Ofen sein. Darin wird die Lagenanordnung 106 durch Erhitzen in einen Schichtverbund 102 überführt. In dem Schichtverbund umfasst die Polymerlage 130 eine verformbare Polymerschicht 132, welche die Verstärkungslagen 110 und 120 verbindet.
Anschließend wird der Schichtverbund 132 durch eine Fördervorrichtung 200 in eine Formhälfte 192 eines Formgebungswerkzeug 190 eingebracht und darin die Form des Schichtverbunds 132 durch Krafteinwirkung verändert, wie in Fig. 4 angedeutet ist.
Zwischen dem Verbindungswerkzeug 180 und dem Formgebungswerkzeug 190, insbesondere während der Schichtverbund 102 mit der Fördervorrichtung 200 in Kontakt steht, erfolgt keine aktive Kühlung des Schichtverbunds 102. Eine Kühlung erfolgt im Wesentlichen nur durch Abgabe von Wärme an die Luft, die den Schichtverbund umgibt.
Die mittlere Formgebungswerkzeugtemperatur kann z.B. 85 °C betragen. Die Verbindungswerkzeugtemperatur kann z.B. 181 °C betragen. Die Adaptionstemperaturdifferenz AT beträgt dann also 96 K. Die umgebende Luft kühlt die initial ca. 181 °C heiße Oberfläche des Schichtverbunds recht schnell ab.
Mit 181 °C erreicht die Oberfläche der Lagenanordnung 106 beim Erhitzen eine Temperatur von etwas mehr als 10 K oberhalb der Schmelztemperatur des in der Polymerlage 130 enthaltenen Polymermaterials 131. Von dem Entnehmen des Schichtverbunds 102 aus dem Verbindungswerkzeug 180 bis zu einem Einbringen des Schichtverbunds 102 in das Formgebungswerkzeug 190, kann es z.B. 9 Sekunden dauern. Die Temperaturadaptionszeit t beträgt also 9 Sekunden.
Der Adaptionstemperaturgradient beträgt folglich 10,67 K/s.
Bei Beginn der Krafteinwirkung zur Veränderung der Form des Schichtverbunds 102 im Formgebungswerkzeug kann die Temperatur im Inneren der Polymerschicht 132 deutlich höher sein als an einer Oberfläche des Schichtverbunds 102. Während an der Umgebungsluft die Oberfläche des Schichtverbunds schnell abkühlt, blieb die Temperatur im Inneren der Polymerschicht 132, die der Umgebungsluft nicht direkt ausgesetzt war, während der 9 Sekunden deutlich höher. Die Kerntemperatur in der verformbaren Polymerschicht von annähernd 181 °C kann eine Oberflächentemperatur des Schichtverbunds 102 beim Einbringen des Schichtverbunds 102 in das Formgebungswerkzeug 190 um etwa 10 K übersteigen.
Fig. 2 zeigt die Lagenanordnung 106 aus Fig. 1 deutlicher. Es handelt sich um eine Sandwich-Lagenanordnung 107, in der die Polymerlage 130 zwischen den Verstärkungslagen 110 und 120 angeordnet ist. Das in Fig. 1 gezeigte Verfahren ist also ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Schichtverbunds.
Wie Fig. 3 zeigt, erfolgt das Erhitzen in dem Verbindungswerkzeug 180 in dem hier gezeigten Beispiel durch Heizelemente 182. Die Heizelemente 182 können Wärmestrahler sein. Das Verbindungswerkzeug könnte stattdessen auch ein Umluftofen sein. Der Tragrost 184 wurde in Fig. 3 weggelassen. Beim Erhitzen werden die Temperatur und die Dauer im gezeigten Beispiel so gewählt, dass das Polymermaterial 131 der Polymerlage 130 wenigstens so weit schmilzt, dass es sich mit den angrenzenden Oberflächen der Verstärkungslagen 110 und 120 verbindet.
Fig. 4 zeigt den Schichtverbund 102 in der Formhälfte 192, in die er durch die Fördervorrichtung 200 eingebracht wurde. Außerdem ist eine weitere Formhälfte 194 des Formgebungswerkzeugs 190 dargestellt. Die beiden dem Schichtverbund 102 zugewandten Oberflächen der beiden Formhälften 192 und 194 definieren die Form, die vom Schichtverbund 102 bei der folgenden Formgebung unter Krafteinwirkung im geschlossenen Formgebungswerkzeug 190 eingenommen wird. Aus der Formgebung im Formgebungswerkzeug 190 wird ein Sandwich- Schichtverbundhalbzeug erhalten, aus dem durch Nachbearbeitung ein Sandwich- Schichtverbundstrukturbauteil erhalten werden kann. Dabei kann es sich z.B. um ein Schichtverbundstrukturbauteil handeln, das sich zur Montage an einem Kraftfahrzeug unterhalb einer Traktionsbatterie eignet.
Fig. 5 illustriert, dass ein so erhältlicher (Sandwich-)Schichtverbund 102, 103 bzw. ein so erhältliches (Sandwich-)Schichtverbundstrukturbauteil 100, 101 komplexe Formen aufweisen kann. Mindestens ein Teil des Sandwich-Schichtverbundstrukturbauteils 101 kann z.B. einen Deckel, einen Boden oder eine Wand eines Gehäuses, insbesondere eines Gehäuses eines Energiespeichers, z.B. einer Batterie oder eines Tanks, bilden.
Das in Fig. 5 gezeigte Strukturbauteil 101 umfasst unterschiedliche Bereiche mit je einer Polymerschicht 132, die jeweils einen expandierten, porösen Schichtbereich 134 umfassen, sowie zwei Verstärkungslagen 110 und 120.
In dem stark expandierten Schichtverbundbereich 129 sind an den Verstärkungslagen 110 und 120 Zusatzverstärkungslagen 112 und 122 angeordnet.
In anderen Schichtverbundbereichen 127 und 128 sind nur Verstärkungslagen 110 und 120 angeordnet. Insbesondere in Schichtverbundbereich 127, in denen überhaupt keine Polymerschicht 132 vorliegt, aber auch in schwächer expandierten porösen Schichtverbundbereichen 128, in denen die Polymerschicht 132 einen geringeren Porenanteil aufweist als in stärker expandierten porösen Schichtverbundbereichen 129, sind im hier dargestellten Beispiel keine Zusatzverstärkungslagen 112 und 122 angebracht.
Das in Fig. 5 gezeigte Strukturbauteil kann mit einer Polymerschicht 132, die aufschäumbar ist, erhalten werden. Der Formgebungsschritt, d.h. das Verändern der Form des Schichtverbunds 102 durch Krafteinwirkung im Formgebungswerkzeug 190, umfasst ein Aufschäumen in den Schichtverbundbereichen 128 und 129 der Polymerschicht 132. Das Aufschäumen der Schichtverbundbereiche 128 und 129 wird durch eine Kraft befördert, welche die beiden zu diesen Schichtverbundbereichen 128 und 129 benachbarten Oberflächenbereiche der Polymerschicht 132 voneinander entfernt. Das Aufschäumen der Schichtverbundbereiche 128 und 129 erfolgt innerhalb des Formgebungswerkzeugs 190, das eine erste und eine zweite Formhälfte 192 und 194 umfasst, wobei die externe Kraft dadurch aufgewandt wird, dass wenigsten ein Teil einer Formhälfte 194 von der anderen Formhälfte 192 entfernt wird.
An mindestens einer Oberfläche einer Verstärkungslage 122 können Rippen 123 ausgebildet sein. Die Oberfläche der Verstärkungslage 120 kann außerdem angebundene Elemente 125 umfassen.
Bezugszeichenliste
Schichtverbundstrukturbauteil 100
Sandwich-Schichtverbundstrukturbauteil 101
Schichtverbund 102
Sandwich-Schichtverbund 103
Lagenanordnung 106
Sandwich-Lagenanordnung 107
Verstärkungslage 110
Zusatzverstärkungslage 112
Verstärkungslage 120
Zusatzverstärkungslage 122
Rippe 123 angebundenes Element 125 nicht expandierter Schichtverbundbereich 127 expandierter Schichtverbundbereich 128 stark expandierter Schichtverbundbereich 129
Polymerlage 130
Polymermaterial 131
Polymerschicht 132
Polymermaterial 133 porösen Schichtbereich 134
Verbindungswerkzeug 180
Heizelement 182
Trag rost 184
Formgebungswerkzeug 190
Formhälfte 192
Formhälfte 194
Fördervorrichtung 200

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbunds (102), eines Schichtverbundhalbzeugs oder eines Schichtverbundstrukturbauteils (100), wobei eine Lagenanordnung (106) bereitgestellt wird, umfassend eine
Verstärkungslage (110, 120), z.B. eine faserverstärkte Verstärkungslage, und eine an einer Oberfläche der Verstärkungslage angeordnete Polymerlage (130), wobei die Polymerlage (130) ein thermoplastisches Polymermaterial (131) umfasst, die Lagenanordnung (106) durch Erhitzen in einen Schichtverbund (102) überführt wird, in dem die Polymerlage (130) eine verformbare Polymerschicht (132) umfasst, und die Form des Schichtverbunds (102) durch Krafteinwirkung verändert wird. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Sandwich-Schichtverbunds (103), eines Sandwich-Schichtverbundhalbzeugs oder eines Sandwich- Schichtverbundstrukturbauteils (101), wobei die bereitgestellte Lagenanordnung (106) eine Sandwich-Lagenanordnung (107) ist, in der die Polymerlage (130) zwischen der Verstärkungslage (110, 120) und einer weiteren Verstärkungslage (110, 120) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erhitzen in einem Verbindungswerkzeug (180) erfolgt und die Form des Schichtverbunds in einem Formgebungswerkzeug (190) verändert wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zwischen dem Verbindungswerkzeug (180) und dem Formgebungswerkzeug (190) keine aktive Kühlung des Schichtverbunds (102) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Adaptionstemperaturdifferenz AT, die berechnet wird, indem die mittlere Formgebungswerkzeugtemperatur von der Verbindungswerkzeugtemperatur abgezogen wird, wenigstens 5 K, z.B. wenigstens 40 K, beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Temperaturadaptionszeit t, die von einem Entnehmen des Schichtverbunds (102) aus dem Verbindungs- Werkzeug (180) bis zu einem Einbringen des Schichtverbunds (102) in das Formgebungswerkzeug (190) vergeht, bis zu 150 Sekunden beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Adaptionstemperaturgradient G, der berechnet wird, indem die Adaptionstemperaturdifferenz AT durch die Temperaturadaptionszeit t geteilt wird, in einem Bereich von 0,005 bis 50 K/s liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Beginn der Krafteinwirkung zur Veränderung der Form des Schichtverbunds (102) eine Temperatur im Inneren des Schichtverbunds (102), z.B. im Inneren der Polymerschicht (132), höher ist als an einer Oberfläche des Schichtverbunds (102). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man die Erhitzungsbedingungen beim Erhitzen, z.B. die Dauer und die Temperatur beim Erhitzen, und die Temperaturadaptionsbedingungen, z.B. die Temperatur eines sich um den Schichtverbund (102) erstreckenden Mediums, insbesondere Luft, und die Temperaturadaptionszeit in diesem Medium vom Entnehmen des Schichtverbunds (102) aus dem Verbindungswerkzeug (180) bis zum Einbringen des Schichtverbunds (102) in das Formgebungswerkzeug (190) so aufeinander abstimmt, dass eine Temperatur im Inneren der verformbaren Polymerschicht (132) eine Oberflächentemperatur des Schichtverbunds (102) beim Einbringen des Schichtverbunds (102) in das Formgebungswerkzeug (190) um wenigstens 5 K, z.B. wenigstens 20 K, übersteigt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagenanordnung (106) ohne ein vorausgehendes Erhitzen der Verstärkungslage (110, 120) bereitgestellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche der Lagenanordnung (106) beim Erhitzen eine Temperatur von wenigstens 5 K, z.B.
10 K bis 100 K, oberhalb der Schmelztemperatur des in der Polymerlage (130) enthaltenen Polymermaterials (131) erreicht. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungslage ebenfalls ein Polymermaterial (133) umfasst. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verstärkungslage (110, 120) eine faserverstärkte Verstärkungslage ist und das von der Verstärkungslage umfasste Polymermaterial (133) mit Oberflächen von Fasern der Verstärkungslage in Kontakt steht. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei bei Beginn der Krafteinwirkung zur Veränderung der Form des Schichtverbunds (102) eine Temperatur im Inneren des Schichtverbunds (102) bei oder oberhalb, bevorzugt oberhalb, der Schmelztemperatur des von der Polymerschicht umfassten Polymermaterials (131) liegt und eine Temperatur an einer Oberfläche des Schichtverbunds (102) bei oder unterhalb der Schmelztemperatur des von der Verstärkungslage (110, 120) umfassten Polymermaterials (133) liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei für die Schmelztemperatur Tsv eines von der Verstärkungslage (110, 120) umfassten Polymermaterials (133) gilt:
Tsv > TSP — 20K wobei TSP die Schmelztemperatur des von der Polymerschicht (132) umfassten Polymermaterials (131) ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polymerschicht (132) aufschäumbar ist und der Formgebungsschritt ein Aufschäumen wenigstens eines Bereichs der Polymerschicht (132) umfasst. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Aufschäumen des Bereichs durch eine Kraft befördert wird, welche die beiden zu diesem Bereich benachbarten Oberflächenbereiche der Polymerschicht (132) voneinander entfernt. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Aufschäumen des Bereichs innerhalb eines Formgebungswerkzeugs (190) erfolgt, das eine erste und eine zweite Formhälfte (192, 194) umfasst, und die externe Kraft dadurch aufgewandt wird, dass wenigstens ein Teil einer Formhälfte (192, 194) von wenigstens einem Teil der anderen Formhälfte (192, 194) entfernt wird. Schichtverbund (102), Schichtverbundhalbzeug oder Schichtverbundstrukturbauteil (101), bevorzugt erhältlich nach einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Polymerschicht (132) einen porösen Schichtbereich (134) aufweist. Schichtverbund (102), Schichtverbundhalbzeug oder Schichtverbundstrukturbauteil (100) nach Anspruch 19, wobei der poröse Schichtbereich (134) zu der Verstärkungslage (110, 120) beabstandet ist und eine geringere Dichte aufweist als ein zwischen dem porösen Schichtbereich (134) und der Verstärkungslage liegender Bereich der Polymerschicht (132).
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