WO2006105814A1 - Herstellung von faserverbundwerkstoffen in geschlossenen laminiersystemen sowie zugehörige erzeugnisse - Google Patents

Herstellung von faserverbundwerkstoffen in geschlossenen laminiersystemen sowie zugehörige erzeugnisse Download PDF

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WO2006105814A1
WO2006105814A1 PCT/EP2005/051507 EP2005051507W WO2006105814A1 WO 2006105814 A1 WO2006105814 A1 WO 2006105814A1 EP 2005051507 W EP2005051507 W EP 2005051507W WO 2006105814 A1 WO2006105814 A1 WO 2006105814A1
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layers
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volumized
fiber
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PCT/EP2005/051507
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Klaus Kölzer
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Spheretex Gmbh
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    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29K2105/16—Fillers
    • B29K2105/165—Hollow fillers, e.g. microballoons or expanded particles

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of Faserverbu ⁇ d- materials, related products and precursors.
  • a method of the aforementioned type is known from German Patent Application 1 03 1 4 901 Al.
  • Fiberglass filaments which have been voluminated by embedding thermoplastic microvoids, are sprayed onto a negative mold by means of a resin fiber spray gun.
  • the endless spun yarns are chopped into staple fibers of, for example, 3 cm in length by means of a cutting mechanism and sprayed onto a negative mold together with a spray jet of hardenable resin, such as unsaturated polyester.
  • Fibers which serve to reinforce and which are therefore called Verstarkungsmaschinen or Verstarkungsmaterial are therefore preferably dry inserted into a corresponding negative mold.
  • the negative mold is first closed with a suitable counter mold. After closing with the counter mold, resin is injected or infused into the closed overall shape. Emissions can thus be prevented and the amount of resin required can be better dosed
  • RTM process resin transfer molding
  • VIP process vacuum infusion process
  • the negative mold and the counter mold ie two mold halves, each consist of stable, ie solid parts.
  • the parts can be made of steel or aluminum. In order to reduce costs for the provision of the molds, these are made of plastic and especially if it is produced in small quantities
  • the two mold halves are mechanically closed and held closed.
  • the mold is closed by vacuum using a suitable vacuum pump.
  • the RTM process pressurizes the liquid resin until it is completely filled of the predetermined mold gap is pressed into the mold intermediate spaces, whereby the pressure penetrates the liquid resin through the reinforcing fibers located between the molds. later speaks the material thickness of the thus produced made of a fiber composite molding.
  • the liquid, curable resin is sucked in by the generated vacuum between the two mold halves in such a way that also in this process, the lying between the mold halves dry reinforcing fibers are completely wetted.
  • the injection of resin by means of pressure or the infusion with the aid of negative pressure in closed overall forms for the production of composite materials is shown in German Patent DE 69003436 T2.
  • the actual reinforcing fibers of high modulus fibers such as glass, carbon or aramid fibers in the outer area and special fiber layers are provided with high return spring force in the core area in layered fiber layers.
  • These spring-back layers can consist of plastic monofilaments, as described in DE 69003436 T2. As spring-back layers but also knitted or knitted fiber layers of plastic or glass fibers can be used. Furthermore, continuous glass fibers, as they are known in the market under the name "Continuous beach mat" can be used.
  • suitable fiber layers are usually delivered to the fabricators as finished, multi-layered complexes by joining together several superimposed layers of the reinforcing material by a needle punching or stitchbonding process.
  • Such a complex is described in the patent DE 69003436 T2.
  • the invention has for its object to be able to produce a fiber composite material with good mechanical properties economically and environmentally friendly.
  • the required restoring force is generated by embedded hollow microspheres or hollow microbodies. Surprisingly, it was found that such a better controllable restoring force compared to the prior art can be provided.
  • the core situation consists of volumised fibers.
  • plastic fibers and / or glass fibers are provided for the core layer.
  • inexpensive natural fibers such as sisal or coconut fibers.
  • the core layer is then mainly between layers of non-volumized high modulus fibers, which are mainly responsible for the bending properties of the walls of the subsequent molding. Therefore, glass, carbon and / or aramid fibers are preferably used for the outer layers.
  • a gas-hydraulic counter-pressure is generated during compression, which is easier to control not only in the percentage compressibility, but also brings with it additional additional positive properties. While control of the remaining and desired material thickness is very difficult in the above-described mechanically resilient fiber layers, especially in vacuum process, because the degree of compression of this type of mats is very high and the material can lose up to 80% of its original strength, build the hollow microspheres a gas-hydraulic Counterpressure, which is easier to control insofar as the closed-cell, filled with gas hollow spheres merely deformed, but not reduced in their gas volume, even by higher pressure or at least relatively little.
  • the soft, conformable contact pressure of the hollow microspheres does not result in a print through effect on the mold surface. This results in far optically better molding surfaces.
  • the core layer has the volumized fibers.
  • the layers on the surface are usually made of high modulus fibers.
  • a complex comprising a core layer with hollow microspheres or micro-hollow bodies located therein has a pre-compression.
  • the various layers or layers of the complex have been connected to one another in such a way that, in the connected state, the hollow microspheres or bodies exert a gas-hydraulic pressure.
  • the hollow microspheres are then preloaded. This pre-compression can be achieved by compressing the volumised fiber layers be targeted. It can be controlled so specifically desired properties of the molded part to be produced therefrom.
  • the embedding of the hollow microspheres has the considerable advantage of reducing the resin absorption capacity in accordance with the volume of the microspheres and thus reducing the specific weight of a molded part produced therefrom.
  • the higher the degree of compression in the complex preparation the lower the resin absorption and thus the weight of the molded part produced therefrom.
  • the result is either thicker molded parts with a comparable total weight, compared to the molded parts produced from non-volumized fiber layers described above have a significantly higher flexural rigidity or molded parts with the same wall thickness and similar mechanical strengths with a weight saving of 30-50%.
  • the mat complexes used with the hollow microspheres located therein it is achieved by a predetermined arrangement of the fibers that sufficient penetration of the liquid resins is ensured.
  • drainage gaps are created between parallel volumized endless fiber strands.
  • the generation of the drainage gap succeeds in an embodiment of the invention by voluminstrumente fiber strands, ie fiber strands embedded therein hollow microspheres or micro hollow bodies are not placed directly next to each other, but on the gap.
  • bulked, cut staple fibers are used and, due to the coarseness of the structure produced, suitable drainage openings are created. This is achieved, in particular, by stacking volumized fiber strands in disordered and two-dimensional stacked stacks.
  • further elements are used which are intended and suitable for increasing the penetration rate of the resin in the reinforcing material.
  • Short pieces of tubing can be used, especially within cut fiber stacks.
  • Particularly preferred are thin perforated hollow tubes, and in particular so-called endless tubes.
  • endless hoses are preferably used in the case of located.
  • Twisted monofilaments are also suitable.
  • the arrangement of such drainage aids may be between the volumized fibers or adjacent to the volumized fibers.
  • Drainage aids such as the aforementioned hoses or monofilaments are particularly advantageous if a higher drainage rate is desired for process-technical reasons or if the reinforcing material, for example a complex, has been compressed very strongly. By a strong compression namely creates a high compression of the volumized fibers. The permeability to resin is thus reduced. This can be counteracted by adding additional drainage aids.
  • a scrim made of volumised fiberglass yarns (core area) with a fiber diameter of 2.0 mm and a weight of 200 lex is coated on both sides with layers of Glasmaschinerovings (each + 45 / - 45 ° about 400 g / m 2 ) and by a Nahwirkpens with suitable Nahgarnen of 1 70 dtex connected to a ready-to-use complex.
  • a volumized yarn is understood to mean a yarn having hollow microspheres or microcavities therein.
  • the complex is placed in a closed Ges ⁇ mtform and resin introduced. After curing of the resin, the desired fiber-reinforced molding is present.
  • a complex as described under 1 is provided with an additional drainage aid in the core area, consisting of needled plastic monofilaments with a weight of approximately 1 50 g / m 2 .
  • the complex is placed in a closed overall mold and resin introduced. After curing of the resin, the desired fiber-reinforced molding is present.
  • a complex is made of two 5 mm thick core layers of microsphere voluminstrumenten and mechanically pre-compressed glass fiber webs with a weight of about 150 g per layer and an intermediate additional drainage aid made of needle-punched monofilaments of about 150 g / m 2 .
  • an intermediate additional drainage aid made of needle-punched monofilaments of about 150 g / m 2 .
  • the complex is placed in a closed overall mold and resin introduced. After curing of the resin, the desired fiber-reinforced molding is present.
  • Figure 1 shows schematically a negative mold 1, which is closed by a film 2. Within this overall shape there is a core layer 3 formed of fibers with hollow microspheres 4. The core layer is enveloped by regions 5 formed by high modulus fibers. Within such a mold, a vacuum is created and resin infused. After curing of the resin, the molding is removed from the overall shape. The molded part produced in this way has smooth walls on the front and back sides. Inside the molding are then the hollow microspheres.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen sowie zugehörige Erzeugnisse. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wirtschaftlich und umweltfreundlich einen Faserverbundwerkstoff mit guten mechanischen Eigenschaften herstellen zu können. Erfindungsgemäss wird zur Lösung der Aufgabe eine erwünschte Rückstellkraft in einem Komplex durch eingebettete Mikrohohlkügelchen bzw. Mikrohohlkörper (4) erzeugt. Überraschend wurde nämlich festgestellt, dass so eine im Vergleich zum Stand der Technik besser kontrollierbare Rückstellkraff bereitgestellt werden kann.

Description

HERSTELLUNG VON FASERVERBUNDWERKSTOFFEN IN GESCHLOSSENEN LAMINIERSYSTEMEN SOWIE ZUGEHÖRIGE ERZEUGNISSE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbuπd- werkstoffen, zugehörige Erzeugnisse und Vorprodukte.
Ein Verfahren der vorgenannten Art ist aus der deutschen Patentanmeldung 1 03 1 4 901 Al bekannt. Spinnfaden aus Glasfasern, die durch Einbetten von thermoplastischen Mikrohohlkorpern voluminisiert worden sind, werden mit Hilfe einer Harz-Faser-Spπtzpistole auf eine Negativform aufgespritzt. Dabei werden gleichzeitig die Endlos-Spinnfaden mit Hilfe eines Schneidwerkes in Stapelfasern von beispielsweise 3 cm Lange zerhackt und gemeinsam mit einem Spruhstrahl aus hartbarem Harz wie ungesättigtem Polyester auf eine Negativform aufgespritzt.
Aus der EP 0 222 399 A2 ist bekannt, Faserverbundwerkstoffe herzustellen, indem man geeignete Fasermaterialien mit duroplastischen Kunststoffharzen wie z.B. Polyester, Epoxydharze oder Amino- und Phenoplasten trankt, drucklos beispielsweise in einer offenen Negativform formt und aushärtet. Es wird gemäß der EP 0 222 399 A2 weiter vorgeschlagen, die Elementarfaden von eingesetzten Verstarkungsmaterialien mit Hilfe von Hohlkugelchen aufzuspreizen. Es treten bei diesen sogenannten offenen Laminierverfahren nachteilhaft unerwünschte Emissionen aufgrund der Verwendung von Harzen auf. Auch ist die rückseitige Oberflache eines resultierenden Formteils relativ uneben und zwar vor allem im Vergleich zur Vorderseite, die an der Innenwand der Negativform wahrend der Herstellung anlag,
Zunehmend wird die Anwendung geschlossener Laminierverfahren versucht, um die unerwünschten Emissionen zu vermeiden und um die Fertigungsprozesse wirtschaftlicher zu gestalten. Bekannt ist, Fasern zusammen mit dem Harz in eine Negativform zu bringen und diese dann zu verschließen. Nachteilhaft hieran ist, dass vor dem Verschließen Emissionen auftreten Auch kann die benotige Menge an Harz nicht genau genug dosiert werden Dies fuhrt zu qualitativen Einbußen beim resultierenden Formteil.
Fasern, die der Verstärkung dienen und die daher Verstarkungsfasern oder Verstarkungsmaterial genannt werden, werden zur daher bevorzugt trocken in eine entsprechende Negativform eingelegt. Die Negativform wird zunächst mit einer geeigneten Gegenform verschlossen Nach dem Schließen mit der Gegenform wird Harz in die geschlossene Gesamtform injiziert bzw infundiert Emissionen können so verhindert werden und die Menge an benötigtem Harz kann besser dosiert werden
Zwei Verfahren sind dabei von Bedeutung und zwar das sogenannte RTM-Verfahren (resin transfer moulding) und das so genannte VIP- Verfahren (vacuum Infusion process).
Bei dem RTM-Verfahren bestehen Negativform und Gegenform, also zwei Formhalften aus jeweils stabilen, also massiven Teilen Die Teile können aus Stahl oder Aluminium bestehen. Um Kosten für die Bereitstellung der Formen zu reduzieren, bestehen diese aus Kunststoff und zwar vor allem dann, wenn in kleinen Stuckzahlen hergestellt wird
Bei dem VIP-Verfahren ist nur eine Formhalfte massiv und die andere Formhalfte besteht aus einer dünnen, preiswerten Kunststofffolie
Wahrend beim RTM-Verfahren die beiden Formhalften mechanisch geschlossen und unter Verschluss gehalten werden, wird beim VIP- Verfahren mit Hilfe einer geeigneten Vakuumpumpe der Formenschluss durch Unterdruck erzeugt Nach dem Schließen der Formhalften wird beim RTM-Verfahren das flussige Harz unter Druck bis zur vollständigen Füllung des vorgegebenen Formspaltes in die Formzwischenraume ge- presst, wobei durch den Druck das flussige Harz die zwischen den Formen befindlichen Verstarkungsfasern durchdringt Dieser Formspalt ent- spricht später der Materialstärke des auf diese Weise hergestellten aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Formteils. Bei dem VIP- Verfahren wird das flüssige, härtbare Harz durch das erzeugte Vakuum zwischen die beiden Formhälften eingesogen und zwar so, dass auch bei diesem Verfahren die zwischen den Formhälften liegenden trockenen Verstärkungsfasern vollständig benetzt werden. Die Injektion von Harz mit Hilfe von Druck bzw. das Infundieren mit Hilfe von Unterdruck in geschlossenen Gesamtformen zur Herstellung von Verbundwerkstoffen geht aus der deutschen Patentschrift DE 69003436 T2 hervor.
Um die beiden vorgenannten Verfahren durchführen zu können, muss eine hinreichend hohe Elastizität und Rücks.tellfederkraft der verwendeten Faserkomplexe vorhanden sein. Beim RTM-Verfahren werden durch die Rückstellkraft die unvermeidlichen Spalttoleranzen nach dem Schließen der Form ausgeglichen. Zwar haben die Formen zur Herstellung bestimmter Wandstärken der hergestellten Formteile einen SoII- Abstand, der aber erheblich von der Norm und zwar zum Teil um 50% und mehr abweichen kann. Nur wenn die Faserlagen zuverlässig und mit dem entsprechenden Pressdruck an die beiden Innenwände der beiden Formteile angedrückt werden, kann hier eine Überspülung der Fasern mit Harz beim späteren Injizieren vermieden werden.
Um eine solche Rückstellkraft zu erzielen, werden bei schichtweise aufgebauten Faserlagen die eigentlichen Verstärkungsfasern aus Hochmodulfasern wie Glas-, Carbon- oder Aramidfasern im Außenbereich und spezielle Faserlagen mit hoher Rückstellfederkraft im Kernbereich vorgesehen. Diese rückfedernden Lagen können aus Kunststoffmonofila- menten bestehen, wie sie in der DE 69003436 T2 beschrieben werden. Als rückfedernde Lagen können aber auch gewirkte oder gestrickte Faserlagen aus Kunststoff- oder Glasfasern eingesetzt werden. Ferner können Endlosglasfasern, wie sie im Markt unter der Bezeichung „continu- ous Strand mat" bekannt sind, verwendet werden.
Bei den beschriebenen Faserlagen aus Glas- oder Kunststofffilamenten wird Druck durch die mechanisch federnden Kernlagen erzeugt. Die Komprimierbαrkeit kann relativ schlecht kontrolliert werden. Insbesondere beim Vakuumverfahren ist eine Kontrolle der verbleibenden und gewünschten Materialstärke sehr schwierig, weil der Kompressionsgrad dieser Art von Matten sehr hoch ist und das Material bis zu 80% seiner Ausgangsstärke einbüßen kann. So hergestellte Faserverbundwerkstoffe weisen daher relativ schlechte mechanische Eigenschaften auf.
Aus Gründen einer wirtschaftlichen Verarbeitungsweise werden den Verarbeitern geeignete Faserlagen in der Regel als fertige, mehrschichtige Komplexe angeliefert, indem man verschiedene übereinandergelegte Schichten des Verstärkungsmaterials durch einen Vernadelungs- oder Nähwirkprozess miteinander verbindet. Ein derartiger Komplex ist in der Patentschrift DE 69003436 T2 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wirtschaftlich und umweltfreundlich einen Faserverbundwerkstoff mit guten mechanischen Eigenschaften herstellen zu können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird die erforderliche Rückstellkraft durch eingebettete Mikrohohlkügelchen bzw. Mikrohohlkörper erzeugt. Überraschend wurde nämlich festgestellt, dass so eine im Vergleich zum Stand der Technik besser kontrollierbare Rückstellkraft bereitgestellt werden kann.
In der Praxis hat es sich bewährt, eine ungeblähte Vorstufe der Mikrohohlkügelchen in das Fasermaterial einzubringen und die Mikrohohlkügelchen dann zu volumisieren. Bevorzugt werden dabei Hochmodulfasern, wie z.B. Glasfasern verwendet. Das Fasermaterial mit den darin befindlichen Hohlkugeln, -kügelchen oder -körpern wird in eine geschlossene Gesαmtform im eingangs genannten Sinn gebracht. Harz wird in die Gesamtform gebracht und so schließlich ein aus Faserverbundwerkstoff bestehendes Formten hergestellt.
Vor allem besteht die Kernlage aus volumisierten Fasern. Aus Kosten und Gewichtsgründen werden Kunststofffasern und/ oder Glasfasern für die Kernlage vorgesehen. In Betracht kommen ferner preiswerte Naturfasern wie Sisal- oder Kokosnussfasern. Die Kernlage befindet sich dann vor allem zwischen Lagen aus nicht volumisierten Hochmodulfasern, die vor allem für die Biegeeigenschaften der Wände des späteren Formteils verantwortlich sind. Bevorzugt werden daher Glas-, Carbon- und/ oder Aramidfasern für die außen liegenden Lagen eingesetzt.
Innerhalb der Gesamtform wird bei den mit elastischen Mikrohohlkugeln bzw. -körpern volumisierten Fasern beim Zusammenpressen ein gashydraulischer Gegendruck erzeugt, der nicht nur in der prozentualen Komp- rimierbarkeit besser kontrollierbar ist, sondern noch weitere zusätzliche positive Eigenschaften mit sich bringt. Während bei den oben beschriebenen mechanisch federnden Faserlagen insbesondere in Vakuumverfahren eine Kontrolle der verbleibenden und gewünschten Materialstärke sehr schwierig ist, weil der Kompressionsgrad dieser Art von Matten sehr hoch ist und das Material bis zu 80% seiner Ausgangsstärke einbüßen kann, bauen dagegen die Mikrohohlkugeln einen gashydraulischen Gegendruck auf, der insofern besser kontrollierbar ist, weil die geschlos- senzelligen, mit Gas gefüllten Hohlkügelchen lediglich deformiert, aber in ihrem Gasvolumen auch durch höheren Druck nicht reduziert werden oder zumindest vergleichsweise wenig. Dies ist insbesondere beim Vakuumverfahren der Fall, bei denen mit Drücken zwischen 0,2 und 0,8 bar gearbeitet wird, aber auch vor allem bei einem RTM-Verfahren, bei dem die beiden Formhälften aus Kunststoff bestehen. Das Ergebnis ist, dass gegenüber den oben beschriebenen mechanisch wirkenden Faserpaketen, die bis zu 80-85 % ihrer Ausgangsstärke verlieren können, die Fαserpαketθ mit Mikrohohlkugeln bei vergleichbarem Druck nur zwischen 25 und max. 40% ihrer Ausgangsstarke verlieren Das Ergebnis sind Verbundwerkstoffe, die z.B. im Vakuumverfahren erheblich höhere Wandstarken ergeben und damit Verbundwerkstoffe mit sehr viel höheren Biegesteifigkeiten.
Ein weiterer erheblicher Vorteil bei Verwendung der volumisierten Fasern besteht darin, dass der weiche, anpassungsfähige Anpressdruck der Mikrohohlkugeln nicht zu einem Strukturabdruck (print through effect) an der Formteiloberflache fuhrt. Dies ergibt weitaus optisch bessere Formteiloberflachen. Durch das Verfahren nach der Erfindung resultieren Im Unterschied zum Stand der Technik Formteile mit gleich glatten Wanden auf Vorder- und Ruckseite mit im Formteil befindlichen Mikrohohlkugeln bzw. Hohlkörpern. Insbesondere die Kernlage weist die volumisierten Fasern auf. Die Lagen auf der Oberfläche bestehen in der Regel aus Hochmodulfasern.
Bei zunehmender Komprimierung wird ferner durch die Verdichtung der Mikrohohlkugeln die Menge der Harzmatrix reduziert und das spezifische Gewicht eines derartig hergestellten Formteils ebenfalls reduziert. Bei den Fasermatten, die mit mechanischen Ruckstellspannungen arbeiten, tritt genau der umgekehrte Effekt ein, indem je nach Pressung die Faserverdichtung immer hoher wird und damit auch das spezifische Gewicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist ein Komplex umfassend eine Kernlage mit darin befindlichen Mikrohohlkugeln oder Mikrohohlkorpern eine Vorkomprimierung auf. Die verschiedenen Schichten bzw. Lagen des Komplexes sind insbesondere derart miteinander verbunden bzw. verbunden worden, dass im verbundenen Zustand die Mikrohohlkugeln bzw. -korper einen gashydraulischer Druck ausüben. Die Mikrohohlkugeln sind dann vorgespannt. Diese Vor- komprimierng kann durch die Verdichtung der volumisierten Faserlagen gezielt eingestellt werden. Es können so gezielt gewünschten Eigenschaften des daraus herzustellenden Formteils gesteuert werden.
Ohnehin hat die Einbettung der Mikrohohlkugeln den erheblichen Vorteil, die Harzaufnahmefähigkeit entsprechend dem Volumen der Mikro- kugeln zu reduzieren und somit das spezifische Gewicht eines daraus hergestellten Formteiles zu verringern. Je höher bei der Komplexherstellung dieser Komprimierungsgrad Ist, desto geringer wird die Harzaufnahme und damit das Gewicht des daraus hergestellten Formteils. Das Ergebnis sind entweder dickwandigere Formteile mit einem vergleichbaren Gesamtgewicht, die gegenüber den eingangs beschriebenen aus nicht volumisierten Faserlagen hergestellten Formteilen eine erheblich höhere Biegesteifigkeit haben oder Formteile mit gleicher Wandstärke und ähnlichen mechanischen Festigkeiten mit einer Gewichtseinsparung von 30-50%.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei den verwendeten Mattenkomplexen mit den darin befindlichen Mikrohohlkugeln durch eine vorgegebene Anordnung der Fasern erreicht, dass eine ausreichende Durchdringungsgeschwiπdigkeit der flüssigen Harze gewährleistet ist. So werden in einer Ausführungsform zwischen parallel liegenden volumisierten Endlosfasersträngen Drainagelücken erzeugt. Die Erzeugung der Drainagelücken gelingt in einer Ausführungsform der Erfindung, indem volumisierte Faserstränge, also Faserstränge mit darin eingebetteten Mikrohohlkugeln bzw. Mikrohohlkörpern nicht direkt nebeneinander, sondern auf Lücke gelegt werden. In einer anderen Ausgestaltung werden volumisierte, geschnittene Stapelfasern verwendet und durch die Grobheit der erzeugten Struktur geeignete Drainageöffnungen erzeugt. Dies gelingt vor allem, indem volumisierte Faserstränge zu Schnittstapeln ungeordnet und zweidimensional übereinandergestapelt werden. Wie bei der Anhäufung von Streichhölzern ergibt sich eine sehr offene Struktur, die in diesem Zustand zu einem Komplex verbunden wird. Auch die Verwendung von Lagen aus vernadelten Monofilamenten aus z.B. Glas- oder Kunststofffasern (Polyester, Polyamid, Polypropylen etc.) vermag die Durchdringungsgeschwindigkeit des Harzes zu erhohen. Weitere Beispiele werden in den Ansprüchen genannt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden neben Mikrohohlkugeln weitere Elemente eingesetzt, die dazu bestimmt und geeignet sind, die Durchdringungsgeschwindigkeit des Harzes im Verstarkungsmaterial zu erhöhen. Es können kurze Schlauchstucke eingesetzt werden und zwar vor allem innerhalb von geschnittenen Faserstapeln Besonders zu bevorzugen sind dünne perforierte Hohlschlauche und zwar vor allem sogenannte Endlosschlauche. Solche Endlosschlauche werden vorzugsweise im Fall von gelegen eingesetzt.
Verzwirnte Monofilamente sind ebenfalls geeignet. Die Anordnung derartiger Drainagehilfen kann zwischen den volumisierten Fasern oder neben den volumisierten Fasern erfolgen.
Drainagehilfen wie die genannten Schlauche oder Monofilamente sind insbesondere dann von Vorteil, wenn aus prozesstechnischen Gründen eine höhere Drainagegeschwindigkeit gewünscht wird oder das Verstarkungsmaterial, so zum Beispie ein Komplex sehr stark komprimiert wurde. Durch eine starke Komprimierung entsteht nämlich eine hohe Verdichtung der volumisierten Fasern. Die Durchlässigkeit für Harz wird so reduziert. Dem kann durch Hinzufugen von zusatzlichen Drainagehilfen entgegengewirkt werden.
Beispiel 1
Ein Fadengelege aus volumisierten Glasfasergarnen (Kernbereich) mit einem Faserdurchmesser von 2,0 mm und einem Gewicht von 200 lex wird beidseitig belegt mit Lagen aus Glasfaserrovings (jeweils + 45 / - 45° ca. 400 g/m2) und durch einen Nahwirkprozess mit geeigneten Nahgarnen von 1 70 dtex zu einem verarbeitungsfertigen Komplex miteinander verbunden. Unter einem volumisierten Garn wird ein Garn mit darin befindlichen Mikrohohlkugeln bzw, Mikrohohlkorpern verstanden. Der Komplex wird in eine geschlossene Gesαmtform gebracht und Harz eingeleitet. Nach dem Aushärten des Harzes liegt das gewünschte faserverstärkte Formteil vor.
Beispiel 2
Ein Komplex wie unter 1 beschrieben wird mit einer zusätzlichen Drai- nagehilfe im Kernbereich, bestehend aus vernadelten Kunststoffmonofi- lamenten mit einem Gewicht von ca. 1 50 g/m2 versehen. Der Komplex wird in eine geschlossene Gesamtform gebracht und Harz eingeleitet. Nach dem Aushärten des Harzes liegt das gewünschte faserverstärkte Formteil vor.
Beispiel 3
Ein Komplex wird aus zwei 5 mm starken Kernlagen von mit Mikrokugeln volumisierten und mechanisch vorkomprimierten Glasfaservliesen mit einem Gewicht von ca. 150 g pro Lage und einer dazwischen befindlichen zusätzlichen Drainagehilfe aus vernadelten Monofilamenten von ca. 150 g/m2 gefertigt. Durch einen Nähwirkprozess mit geeignetem Nähfaden von 1 70 d-tex werden die Lagen miteinander verbunden.
Der Komplex wird in eine geschlossene Gesamtform gebracht und Harz eingeleitet. Nach dem Aushärten des Harzes liegt das gewünschte faserverstärkte Formteil vor.
Figur 1 zeigt schematisch eine Negativform 1 , die durch eine Folie 2 verschlossen ist. Innerhalb dieser Gesamtform gibt es eine aus Fasern gebildete Kernlage 3 mit Mikrohohlkugeln 4. Die Kernlage wird von Bereichen 5 umhüllt, die durch Hochmodulfasern gebildet werden. Innerhalb einer solchen Form wird ein Vakuum erzeugt und Harz infundiert. Nach dem Ausharten des Harzes wird das Formteil aus der Gesamtform entnommen. Das so hergestellte Formteil weist an Vorder- und Ruckseite glatte Wände auf. Im Inneren des Formteils befinden sich dann die Mikrohohlkugeln.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen mit den Schritten:
Bereitstellen von Fasern mit darin befindlichen Mikrohohlkugeln oder Mikrohohlkόrpem (4),
Einbringen der Fasern mit den darin befindlichen Mikrohohlkugeln in eine geschlossene Gesamtform (1 , 2), Zuführung von Harz in die Gesamtform (1 , 2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei der vor der Zuführung von Harz ein Unterdruck in der Gesamtform ( 1 , 2) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Gesamtform durch eine massive Formhälfte(l ) und eine Folie (2) gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , bei der die geschlossene Gesamtform durch zwei massive Formhälften gebildet wird, die insbesondere aus Kunststoff bestehen.
5, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch das Verschließend einer Formhälfte mit einer weiteren Formhälfte die darin befindlichen Fasern komprimiert werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Fasern mit darin befindlichen Mikrohohlkugeln so bereitgestellt werden, dass die Mikrohohlkugeln vorgespannt sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei dem Fasern mit darin befindlichen Mikrohohlkugeln oder Mikrohohl- korpern und Dralnagehilfen in die Gesamtform gebracht werden und zwar insbesondere in Form von Schlauchen oder Kuπststoffmonofilamenten im Kernbereich
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem volumisierte Zwirne oder Garne verwendet werden und zwar insbesondere für eine Kernlage (3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Mattengelege aus parallel liegenden mit thermoplastischen Mikrohohlkugeln volumisierten Kunststoff, Glas-, Carbonoder Aramidgarnen mit einem Durchmesser von 0,5 - 1 0 mm, durch einen Nahwirkprozess mit geeigneten Nahgarnen verbunden und verwendet werden
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Mattengelege bestehend aus mehreren Lagen Fasern verwendet werden, bei denen die einzelnen Lagen in unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet sind.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Mattengelege aus mit Mikrohohlkugeln volumisierten Stapelfasern mit einem Durchmesser von 0,5 - 5 mm verbunden durch einen Nahwirkprozess mit geeigneten Nahgarnen verwendet werden
2 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei denen die außen liegenden Lagen eines Komplexes nicht volumi- slert sind und bevorzugt aus Hochmodulfasern wie Glasfasern, Carbonfasern und / oder Aramidfasern bestehen.
1 3. Mattengelege für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestehend aus einer oder mehreren Schichten mit Mikrohohlkugeln volumisierten Fasern, insbesondere Faservliesen, bevorzugt bestehend aus Glasfasern, Kunststofffasern oder Naturfasern wie Kokosnussfasern o- der Sisalfasern.
1 4. Mattengelege nach dem vorhergehenden Anspruch mit Drai- nagelagen bestehend aus perforiertem Hohlschlauch oder perforierten Schläuchen zwischen den volumisierten Fasern oder angrenzend an volumisierte Fasern.
15. Mattengelege gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche mit Drainagelagen aus verzwirnten Monofilamenten zwischen volumisierten Fasern.
16. Mattengelege gemäß einem der vier vorhergehenden Ansprüche mit Drainagelagen aus vernadelten Glasfaser- oder Kunststofffilamenten von bevorzugt ca. 50 -500 g/ m2 zwischen den volumisierten Fasern.
1 7. Mattengelege gemäß einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, bei denen die zusatzlichen Drainagehilfen einlagig neben die Faserlagen aus volumisierten Fasern gelegt sind.
1 8. Mαttengelege gemäß einem der vorhergehenden gegenständlichen Ansprüche, bei denen die zusätzlichen Drαinαgehilfen auf beide Seiten der volumisierten Fasern gelegt sind
1 9. Mattengelege gemäß einem der vorhergehenden gegenstandlichen Ansprüche, bei denen die einzelnen Lagen durch einen Vernadelungsprozess miteinander verbunden sind.
20 Mattengelege gemäß einem der vorhergehenden gegenständlichen Ansprüche, bei denen die einzelnen Lagen durch einen Nahwirkprozess miteinander verbunden sind
21 Mattengelege gemäß einem der vorhergehenden gegenständlichen Ansprüche, bei denen die einzelnen Lagen durch einen Klebeprozess miteinander verbunden sind.
22. Mattengelege gemäß einem der vorhergehenden gegenstandlichen Ansprüche, bei denen die einzelnen Mattenlagen unter einer definierten Vorkomprimierung von 1 -50% der Ausgangsstarke miteinander verbunden sind.
23. Formteil, herstellbar nach einem der vorhergehenden Verfahrensanspruche, bestehend aus einem Faserverbundwerkstoff mit Mikrohohlkugeln oder Mikrohohlkorpern im Inneren des Formteils und gleich glatter Vorder- und Ruckseite
24. Formteil nach dem vorhergehenden Anspruch mit Wandbere- chen, die aus Galsfasern, Carbonfasern und / oder Aramidfa- sern gebildet werden und einem Kernbereich, der aus Kunststofffasern, Glasfasern, Sisalfasern und/ oder Kokosnussfasern mit eingebetteten Mlkrohohlkörpern gebildet ist.
25. Formteil nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche mit darin befindlichem Schlauch, der insbesondere perforiert ist.
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