WO2009053253A1 - Sandwichstruktur sowie verfahren zur herstellung hierfür - Google Patents

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WO2009053253A1
WO2009053253A1 PCT/EP2008/063566 EP2008063566W WO2009053253A1 WO 2009053253 A1 WO2009053253 A1 WO 2009053253A1 EP 2008063566 W EP2008063566 W EP 2008063566W WO 2009053253 A1 WO2009053253 A1 WO 2009053253A1
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core
layer
cover layer
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core layer
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Ulrike Hoesch-Vial
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Polymerpark Technologies Gmbh + Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a sandwich structure and a method for producing a sandwich structure.
  • Sandwich or multilayer constructions are widely used in a wide variety of applications because they generally have high strength and rigidity despite being light in weight. For example, they are used for load-bearing assemblies in lightweight construction.
  • sandwich structures consist of relatively stiff cover layers, which are glued to a relatively lightweight core material. When a sandwich element is bent, the cover layers absorb the tensile and compressive forces while the core transmits the shear forces.
  • plastic materials have a very low density and thus a low weight.
  • plastic products are known based on thermoset materials and these are combined with reinforcing polyester, polyurethane or epoxy glass fiber topcoats.
  • thermoset sandwich structures are available in a wide variety of designs and qualities, they are often difficult or impossible to recycle because of their character. In addition, the toughness of these materials is very low.
  • thermoplastic materials are superior to thermoset materials in terms of toughness and recyclability.
  • thermoplastic materials usually require very high investment costs for an industrial production, so that then large quantities have to be produced in order to be able to offer the sandwich structures at competitive prices.
  • the known line systems also show little or no process flexibility.
  • mechanically bearing cover layers are thermally or chemically connected to the lightweight core material.
  • an existing finished core material is brought together with an existing finished cover layer. This process creates a two-stage or multi-stage process that is expensive. Such a complicated process is described by way of example in EP 0 794 859.
  • a method for producing a sandwich structure comprising the steps of: a) inserting a first cover layer into an injection mold, b) inserting a second cover layer into the injection mold, c) closing the injection mold, d) injecting a core material into the mold closed injection mold between the first and the second cover layer by means of injection molding, e) curing of the core material, so that between the two cover layers, a core layer is formed, and f) opening the injection mold and demolding the sandwich structure.
  • injection molds have at least two tool parts.
  • the first cover layer is inserted into the first tool part, while the second cover layer is inserted into the second tool part. If necessary, measures are taken to keep the cover layer in the injection mold.
  • the injection mold is then closed and the core material injected under pressure and generally at elevated temperature into the injection mold. After the material has hardened forming a core layer between the two cover layers, the injection mold can be opened and the resulting sandwich structure can be removed from the mold.
  • first and second cover layers are selected from the same material. They preferably have substantially the same thickness, so that a symmetrical sandwich structure is formed.
  • the first and / or the second cover layer may be made of a polymer material, for.
  • a thermoset or thermoplastic material preferably thermoplastic material is used here.
  • thermoplastic material has better toughness and is generally easier to recycle.
  • Exemplary materials which are suitable for the cover layer are polypropylene (PP), polyethylene (PE), copolymers of PE and PP, polyamides, for example PA6 or PA66, copolymers of PA6, PA66 and / or PA 12.
  • thermoplastic Polyesters such as, for example, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) or polyester-acrylate (SAN) can be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • SAN polyester-acrylate
  • thermoplastic elastomers such as e.g. thermoplastic polyurethane (TPU), PP with ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) or thermoplastic elastomers based on polyamide, polypropylene or polyethylene.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • thermoplastic elastomers based on polyamide, polypropylene or polyethylene thermoplastic elastomers
  • elastomers may be useful for some applications, since they are particularly impact resistant. Examples are elastomers based on polyamide or polyester.
  • a metallic layer is selected as the cover layer.
  • the cover layer is fiber reinforced, i. the first and / or the second cover layer consists of a fiber-plastic composite.
  • Such fiber-plastic composites preferably consist of about 60% by weight of fibers, which are introduced in about 40% by weight of a matrix material, namely the polymer materials mentioned.
  • single or multi-layer unidirectionally reinforced or fabric reinforced long fiber composites can be used. Scratches have proved to be particularly advantageous as reinforcing material in the cover layer.
  • the fibers may be glass, carbon, ara- mide, basalt or natural fibers, such as e.g. Be jute, hemp or kenaf.
  • fibers of thermoplastic material such as e.g. PP, PE, copolymers of PE and PP, various polyamides, e.g. PA6 or PA66, copolymers of PA6 and PA66, PA12 or the like, or thermoplastic polyesters, e.g. PET or PBT can be used.
  • the core layer is preferably made of a polymer material.
  • the core layer may consist of any polymer material, but for the reasons already mentioned, a thermoplastic material is preferred.
  • the core layer consists of a foam.
  • a foam is understood as meaning a polymer material whose structure is formed by pores.
  • the core layer forms an integral foam, i. it has a substantially closed outer skin and a porous core.
  • thermoplastics e.g. Polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK) or polysulfone (PSU) in the core and / or the top layer proven.
  • PPS Polyphenylene sulfide
  • PEEK polyether ether ketone
  • PSU polysulfone
  • the mechanical properties of the core layer can be improved if the polymer material additionally contains fillers and / or reinforcing materials. These may preferably be CaCO 3, talc, TiC> 2 , short fibers, discontinuous long fiber of glass or carbon or natural fibers.
  • the core layer and cover layers are selected such that the core layer is compatible with the first and / or the second cover layer.
  • Compatible materials are understood as meaning all materials which fuse together under pressure and / or with an increase in temperature or can be connected to one another as a result of a chemical reaction.
  • cover and core layers of the same base material i. to select the same polymer material, which may differ in the cover and / or core layer introduced fibers or fillers.
  • an adhesion promoter filler is applied to the first and / or second cover layer.
  • An adhesive film is understood to mean a film that is compatible with the two layers between which it is inserted.
  • a primer film may consist of two co-extruded layers, one layer being compatible with the top layer while the other layer is compatible with the core layer.
  • bioplastic if necessary, plus reinforcements and / or fillers exist.
  • PLA polylactic acid
  • the base material consists of starch, starch blends, polyhydroxybutyrate (PHB) or cellulose acetates.
  • PHA polylactic acid
  • PHB polyhydroxybutyrate
  • biodegradable fibers and / or fillers are also used in this case.
  • the first and / or the second cover layer differs from the core layer in a chemical and / or physical property.
  • the cover layer may have a much higher ductility or density than the core layer, giving the sandwich structure overall greater impact resistance.
  • the method described also works when the first and / or the second cover layer is inserted into the injection mold without preheating. Therefore, in a preferred embodiment, the preheating is dispensed with, further simplifying the manufacturing process.
  • step d) consists of the steps: d1) injecting the core material into the closed injection mold between the first and the second cover layer by means of injection molding under pressure and d2) increasing the volume of the cavity of the injection mold and
  • an integral foam can be produced in a simple manner, wherein first the core material is injected under high pressure.
  • the injection mold is designed such that the volume of the cavity can be changed. After the material intended for the core layer has been injected, the volume of the cavity is increased. This has the consequence that the core regions of the core layer have pores.
  • the core layer is thus produced with a compacted edge region, so that the density of the core layer in the compacted edge region is greater than in the center of the core layer.
  • the proportion of pores in the compacted edge region is less than 2%, preferably less than 1% and particularly preferably less than 0.5%.
  • the density of the compacted edge region is at least 90% of the density of the polymer material used for the core layer.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a sandwich structure consisting of a core layer and two on opposite sides of the core layer arranged outer layers, wherein the core layer in turn consists of a central core region and two arranged on opposite sides of the core region edge regions, wherein the edge regions have a higher density than the core region.
  • the density in the edge regions is at least 50%, preferably at least 100% and particularly preferably at least 300% greater than the density of the core region.
  • the first and second cover layers are preferably made of the same material and more preferably have substantially the same thickness.
  • At least one cover layer and / or the core layer consists of a polymer material, preferably of a thermoplastic material and particularly preferably of a fiber-plastic composite.
  • the sandwich structure has a thickness of at least 4mm.
  • the core layer preferably has a thickness of at least 3 mm.
  • the cover layer in a preferred embodiment has a thickness between 0.3 and 2 mm.
  • the core layer has a thickness of preferably between 8 and 30 mm, wherein the compacted edge region preferably has a thickness between 0.3 and 1.5 mm.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic plot of the density versus the distance to the surface of the sandwich structure.
  • FIG. 1 schematically shows the sandwich structure 1 according to the invention.
  • This consists of a core layer 2 and two cover layers 3, which are arranged on both sides of the core layer 2.
  • the core layer 2 in turn, consists of a core region 4 and compacted edge regions 5.
  • the density of the sandwich structure is not homogeneous.
  • the course can be seen schematically in FIG.
  • FIG. is a line graph showing the density as a function of the distance to the surface (each in arbitrary units).
  • the density on the surface of the sandwich structure is shown on the left in FIG. 2 and the density in the core region of the core layer on the right.
  • the sandwich structure 1 has the greatest density in the region of its cover layers 3 and, at the transition to the compacted edge region 5 of the core layer, initially drops sharply. Within the compacted edge region, the density falls only slightly in the direction of the structure interior. In the transition from the compacted edge region 5 into the core region of the core layer, the density drops again sharply and approaches a substantially constant low density in the center of the sandwich structure 1.
  • the density in the compacted edge region 5 of the core layer 2 is much higher than the density in the core region 4. In other words, the density changes twice abruptly from the outside to the inside.
  • the method according to the invention it is possible to provide a sandwich structure which has very good mechanical properties.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur, die leicht herzustellen ist und besondere physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweist. Um dies zu erzielen wird ein Verfahren zum Herstellen dieser Sandwichstruktur vorgeschlagen, welches die Schritte aufweist: a) Einlegen einer ersten Deckschicht (3) in eine Spritzgießform, b) Einlegen einer zweiten Deckschicht (3) in die Spritzgießform, c) Schließen der Spritzgießform, d) Einspritzen eines Kernmaterials in die geschlossene Spritzgießform zwischen die erste und die zweite Deckschicht (3) mittels Spritzgießen, e) Aushärten des Kernmaterials, so daß zwischen den beiden Deckschichten (3) eine Kernschicht (2) gebildet wird, und f) Öffnen der Spritzgießform und Entformen der Sandwichstruktur (3).

Description

Sandwichstruktur sowie Verfahren zur Herstellung hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sandwichstruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur.
Sandwich- bzw. Mehrschichtaufbauten werden in großem Umfang in den verschiedensten Anwendungsgebieten eingesetzt, da sie im allgemeinen trotz geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweisen. So werden sie beispielsweise für tragende Baugruppen im Leichtbau verwendet.
Häufig bestehen Sandwichaufbauten aus relativ steifen Deckschichten, die mit einem relativ leichten Kernmaterial verklebt sind. Wird ein Sandwichelement gebogen, so nehmen die Deckschichten die Zug- und Druckkräfte auf, während der Kern die Schubkräfte überträgt.
Eine Vielzahl dieser Sandwichstrukturen wird aus Kunststoff hergestellt, da Kunststoffmateria- lien eine sehr geringe Dichte und damit ein geringes Gewicht haben. Bekannt sind beispielsweise Kunststoff produkte auf Basis von duroplastischen Werkstoffen und diese werden mit verstärkenden Polyester-, Polyurethan- oder Epoxy-Glasfaserdeckschichten kombiniert.
Diese duroplastischen Sandwichstrukturen sind zwar in verschiedensten Ausführungen und Qualitäten verfügbar, sie sind jedoch aufgrund ihres Stoffcharakters häufig nicht oder nur sehr schwierig zu recyceln. Darüber hinaus ist die Zähigkeit dieser Werkstoffe sehr gering.
Grundsätzlich sind thermoplastische Werkstoffe in bezug auf die Zähigkeit und die Recycelfä- higkeit den duroplastischen Werkstoffen überlegen. Thermoplastische Werkstoffe erfordern je- doch bis heute zumeist sehr hohe Anlagekosten für eine industrielle Fertigung, so daß dann hohe Mengen produziert werden müssen, um die Sandwichstrukturen zu konkurrenzfähigen Preisen anbieten zu können. Die bekannten Linienanlagen zeigen darüber hinaus keine oder nur eine geringe Prozeßflexibilität. Üblicherweise werden dabei mechanisch tragende Deckschichten thermisch oder chemisch mit dem leichten Kernmaterial verbunden. Dabei wird ein bestehendes fertiges Kernmaterial mit einer bestehenden fertigen Deckschicht zusammengebracht. Durch diesen Prozeßablauf entsteht ein zwei- oder mehrstufiger Prozeß, der teuer ist. Beispielhaft ist solch ein aufwendiges Verfahren in der EP 0 794 859 beschrieben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur anzugeben, welches einfach und kostengüns- tig durchzuführen ist und eine flexible Anpassung des Herstellungsprozesses erlaubt. Es ist zudem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sandwichstruktur bereitzustellen, die leicht herzustellen ist und besondere physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Sandwichstruktur, welches die Schritte aufweist: a) Einlegen einer ersten Deckschicht in eine Spritzgießform, b) Einlegen einer zweiten Deckschicht in die Spritzgießform, c) Schließen der Spritzgießform, d) Einspritzen eines Kernmaterials in die geschlossene Spritzgießform zwischen die erste und die zweite Deckschicht mittels Spritzgießen, e) Aushärten des Kernmaterials, so daß zwischen den beiden Deckschichten eine Kernschicht gebildet wird, und f) Öffnen der Spritzgießform und Entformen der Sandwichstruktur.
Üblicherweise weisen Spritzgießformen mindestens zwei Werkzeugteile auf. In diesem Fall wird die erste Deckschicht in das erste Werkzeugteil eingelegt, während die zweite Deckschicht in das zweite Werkzeugteil eingelegt wird. Gegebenenfalls werden Maßnahmen ergriffen, um die Deckschicht in der Spritzgießform zu halten. Die Spritzgießform wird dann geschlossen und das Kernmaterial unter Druck und im allgemeinen bei erhöhter Temperatur in die Spritzgießform eingespritzt. Nachdem das Material zwischen den beiden Deckschichten eine Kernschicht bildend ausgehärtet ist, kann die Spritzgießform geöffnet werden und die so entstandene Sandwichstruktur entformt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden erste und zweite Deckschicht aus demselben Material ausgewählt. Dabei haben sie vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Dicke, so daß eine symmetrische Sandwichstruktur entsteht. Die erste und/oder die zweite Deckschicht kann aus einem Polymermaterial, z. B. ein duroplastisches oder thermoplastisches Material, wobei hier vorzugsweise thermoplastisches Material zum Einsatz kommt. Thermoplastisches Material hat, wie dies bereits eingangs erwähnt wurde, eine bessere Zähigkeit und ist im allgemeinen leichter zu recyceln. Beispielhafte Materialen, die für die Deckschicht in Frage kommen, sind Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Copolymere aus PE und PP, Polyamide, z.B. PA6 oder PA66, Copolymere aus PA6, PA66 und/oder PA 12. Des weiteren können thermoplastische Polyester, wie z.B. Po- lyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymerisat (ABS) oder S ty rol-Acry I n itri I (SAN) verwendet werden.
Als besonders geeignet haben sich auch thermoplastische Elastomere erwiesen, wie z.B. thermoplastisches Polyurethan (TPU), PP mit Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder auch thermoplastische Elastomere auf Basis von Polyamid, Polypropylen oder Polyethylen.
Weiterhin kann für manche Anwendungsfälle die Verwendung von Elastomeren sinnvoll sein, da sie besonders schlagzäh sind. Beispiele sind Elastomere auf Basis von Polyamid oder Polyester.
In einer alternativen Ausführungsform wird als Deckschicht eine metallische Schicht gewählt.
Im Falle von Polymermaterial ist es von Vorteil, wenn die Deckschicht faserverstärkt ist, d.h. die erste und/oder die zweite Deckschicht aus einem Faserkunststoffverbund besteht.
Solche Faserkunststoffverbunde bestehen vorzugsweise aus etwa 60 Gew% Fasern, die in etwa 40Gew% eines Matrixwerkstoffes, nämlich die genannten Polymermaterialien, eingebracht werden.
Beispielsweise können ein- oder mehrlagige unidirektional verstärkte oder gewebeverstärkte Langfaserverbundstoffe eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Gelege als Verstärkungsmaterial in der Deckschicht erwiesen. Die Fasern können glas, Kohlenstoff, Ara- mid, Basalt oder Naturfasern, wie z.B. Jute, Hanf oder Kenaf sein. Weiterhin können auch Fasern aus thermoplastischem Material, wie z.B. PP, PE, Copolymere aus PE und PP, verschiedene Polyamide, wie z.B. PA6 oder PA66, Copolymere aus PA6 und PA66, PA12 o.a., oder thermoplastische Polyester, wie z.B. PET oder PBT verwendet werden.
Auch die Kernschicht besteht vorzugsweise aus einem Polymermaterial. Prinzipiell kann die Kernschicht aus jedem Polymermaterial bestehen, bevorzugt ist jedoch aus den bereits genannten Gründen ein thermoplastisches Material. In einer besonders bevorzugten Ausführungs- form besteht die Kernschicht aus einem Schaumstoff. Dabei wird unter einem Schaumstoff ein Polymermaterial verstanden, dessen Struktur durch Poren gebildet wird. In einer weiteren be- - -
vorzugten Ausführungsform bildet die Kernschicht einen Integralschaum, d.h. sie besitzt eine im wesentlichen geschlossene Außenhaut und einen porigen Kern.
Weiterhin hat sich die Verwendung von Hochtemperaturthermoplasten wie z.B. Polyphenylen- sulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polysulfon (PSU) in der Kern- und/oder der Deckschicht bewährt.
Es hat sich gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften der Kernschicht verbessert werden können, wenn das Polymermaterial zusätzlich Füll- und/oder Verstärkungsstoffe enthält. Dies können vorzugsweise CaCθ3, Talkum, TiC>2, Kurzfasern, diskontinuierliche Langfaser aus Glas oder Kohlenstoff- oder Naturfasern sein.
Mit Vorteil werden Kernschicht und Deckschichten derart ausgewählt, daß die Kernschicht mit der ersten und/oder der zweiten Deckschicht kompatibel ist. Unter kompatiblen Materialien wer- den alle Materialien verstanden, die unter Druck und/oder bei Temperaturerhöhung miteinander verschmelzen oder aufgrund einer chemischen Reaktion miteinander verbunden werden können.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, Deck- und Kernschicht aus dem selben Basis- material, d.h. demselben Polymermaterial auszuwählen, wobei sich die eventuell in Deck- und/oder Kernschicht eingebrachten Fasern oder Füllstoffe unterscheiden können.
Grundsätzlich können auch nicht kompatible Materialien verwendet werden, wobei in diesem Fall vorzugsweise vor Schritt c) auf die erste und/oder zweite Deckschicht eine Haftvermittlerfo- Ne aufgebracht wird. Unter einer Haftvermittlerfolie wird eine Folie verstanden, die mit den beiden Schichten, zwischen die sie eingelegt ist, kompatibel ist. Eine solche Haftvermittlerfolie kann beispielsweise aus zwei mittels Koextrusion hergestellten Schichten bestehen, wobei die eine Schicht mit der Deckschicht kompatibel ist, während die andere Schicht mit der Kernschicht kompatibel ist.
Für manche Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn Kern- und/oder Deckschicht aus Biokunststoff (ggflls zuzüglich Verstärkungs- und/oder Füllstoffen) bestehen. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Polymilchsäure (PLA) erzielt, wobei jedoch auch Sandwichstrukturen denkbar sind, deren Basismaterial aus Stärke, Stärkeblends, Polyhydroxybuttersäure (PHB) oder Celluloseacetate besteht. Mit Vorteil werden in diesem Fall auch biologisch abbaubare Fasern und/oder Füllstoffe verwendet. - -
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die erste und/oder die zweite Deckschicht von der Kernschicht in einer chemischen und/oder physikalischen Eigenschaft.
So kann beispielsweise die Deckschicht eine viel höhere Duktilität oder Dichte als die Kernschicht haben , was der Sandwichstruktur insgesamt eine größere Stoßfestigkeit verleiht.
Überraschenderweise funktioniert das beschriebene Verfahren auch dann, wenn die erste und/oder die zweite Deckschicht ohne Vorwärmung in die Spritzgießform eingelegt wird. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform auf die Vorwärmung verzichtet, was das Herstellungsverfahren weiter vereinfacht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform besteht Schritt d) aus den Schritten: d1 ) Einspritzen des Kernmaterials in die geschlossene Spritzgießform zwischen die erste und die zweite Deckschicht mittels Spritzgießen unter Druck und d2) Vergrößern des Volumens der Kavität des Spritzgießwerkzeuges und
Durch dieses Verfahren kann in einfacher Weise ein Integralschaum erzeugt werden, wobei zunächst das Kernmaterial unter hohem Druck eingespritzt wird. Das Spritzgießwerkzeug ist derart ausgestaltet, daß das Volumen der Kavität verändert werden kann. Nachdem das für die Kernschicht vorgesehene Material eingespritzt worden ist, wird das Volumen der Kavität erhöht. Dies hat zur Folge, daß die Kernbereiche der Kernschicht Poren aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kernschicht somit mit einem kompaktierten Randbereich hergestellt, so daß die Dichte der Kernschicht im kompaktierten Randbereich größer als im Zentrum der Kernschicht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anteil an Poren im kompaktierten Randbereich kleiner als 2%, vorzugsweise kleiner als 1 % und besonders bevorzugt kleiner als 0,5%.
In einer alternativen Ausführungsform beträgt die Dichte des kompaktierten Randbereiches mindestens 90% der Dichte des für die Kernschicht verwendeten Polymermaterials.
Hinsichtlich der Struktur wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Sandwichstruktur bestehend aus einer Kernschicht und zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Kernschicht angeordneten Deckschichten, wobei die Kernschicht ihrerseits aus einem zentralen Kernbereich und zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Kernbereichs angeordneten Randbereichen besteht, wobei die Randbereiche eine höhere Dichte als der Kernbereich aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichte in den Randbereichen mindestens um 50%, vorzugsweise mindestens um 100% und besonders bevorzugt um mindestens 300% größer als die Dichte des Kernbereiches.
Die erste und die zweite Deckschicht bestehen vorzugsweise aus demselben Material und ha- ben besonders bevorzugt im wesentlichen die gleiche Dicke.
Weiterhin besteht zumindest eine Deckschicht und/oder die Kernschicht aus einem Polymermaterial, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material und besonders bevorzugt aus einem Faserkunststoffverbund.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Sandwichstruktur eine Dicke von mindestens 4mm. Die Kernschicht hat vorzugsweise eine Dicke von mindestens 3 mm.
Die Deckschicht hat in einer bevorzugten Ausführungsform eine Dicke zwischen 0,3 und 2 mm. Die Kernschicht hat eine Dicke von vorzugsweise zwischen 8 und 30mm, wobei der kompaktier- te Randbereich vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,3 und 1 ,5mm hat.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der da- zugehörigen Figur. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Sandwichstruktur und
Figur 2 eine schematische Auftragung der Dichte über dem Abstand zur Oberfläche der Sandwichstruktur.
In Figur 1 ist schematisch die erfindungsgemäße Sandwichstruktur 1 dargestellt. Diese besteht aus einer Kernschicht 2 und zwei Deckschichten 3, die auf beiden Seiten der Kernschicht 2 angeordnet sind. Die Kernschicht 2 wiederum besteht aus einem Kernbereich 4 und kompaktierten Randbereichen 5.
Die Dichte der Sandwichstruktur ist nicht homogen. Der Verlauf ist schematisch in Figur 2 zu erkennen. Hier ist ein Liniengraphen dargestellt, der die Dichte in Abhängigkeit vom Abstand zur Oberfläche zeigt (jeweils in willkürlichen Einheiten).
Dabei ist in Figur 2 links die Dichte an der Oberfläche der Sandwichstruktur und rechts die Dichte im Kernbereich der Kernschicht dargestellt.
Man erkennt, dass die Sandwichstruktur 1 im Bereich ihrer Deckschichten 3 die größte Dichte hat und beim Übergang in den kompaktierten Randbereich 5 der Kernschicht zunächst stark abfällt. Innerhalb des kompaktierten Randbereiches fällt die Dichte in Richtung des Strukturinneren nur leicht ab. Beim Übergang vom kompaktierten Randbereich 5 in den Kernbereich der Kernschicht fällt die Dichte erneut stark ab und nähert sich einer im wesentlichen konstanten niedrige Dichte im Zentrum der Sandwichstruktur 1 an. Die Dichte im kompaktierten Randbereich 5 der Kernschicht 2 ist viel höher als die Dichte im Kernbereich 4. Mit anderen Worten ändert sich die Dichte von außen nach innen zweimal abrupt.
Grundsätzlich wäre es möglich, die Dichte der Deckschicht auch geringer als die Dichte des kompaktierten Randbereiches auszuführen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, eine Sandwichstruktur bereitzustellen, die sehr gute mechanische Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus ist es möglich, den Herstel- lungsprozess einfach auf die Anforderungen anzupassen. So kann beispielsweise Dicke und Art der Deckschicht einfach verändert werden, ohne dass das Werkzeug verändert werden muss.
Bezugszeichenliste
1 Sandwichstruktur
2 Kernschicht 3 Deckschicht
4 Kernbereich kompaktierter Randbereich

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur (1 ), das die Schritte aufweist: a) Einlegen einer ersten Deckschicht (3) in eine Spritzgießform, b) Einlegen einer zweiten Deckschicht (3) in die Spritzgießform, c) Schließen der Spritzgießform, d) Einspritzen eines Kernmaterials in die geschlossene Spritzgießform zwischen die erste und die zweite Deckschicht (3) mittels Spritzgießen, e) Aushärten des Kernmaterials, so daß zwischen den beiden Deckschichten (3) ei- ne Kernschicht (2) gebildet wird, und f) Öffnen der Spritzgießform und Entformen der Sandwichstruktur (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Deckschicht (3) aus demselben Material ausgewählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Deckschicht (3) im wesentlichen die gleiche Dicke haben.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Deckschicht (3) aus einem Polymermaterial, vorzugsweise aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Material und besonders bevorzugt aus einem thermoplastischen Material besteht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Deckschicht (3) aus einem Faser-Kunststoff-Verbund besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) aus einem Polymermaterial, vorzugsweise aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Material und besonders bevorzugt aus einem Schaumstoff besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) mit der ersten und/oder zweiten Deckschicht (3) kompatibel ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt c) auf die erste und/oder zweite Deckschicht (3) eine Haftvermittlerfolie aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Deckschicht (3) sich von der Kernschicht (2) in einer chemischen oder physikalischen Eigenschaft unterscheidet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Deckschicht (3) ohne Vorwärmung in die Spritzgießform eingelegt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) aus den Schritten besteht: d1 ) Einspritzen von Kernmaterial in die geschlossene Spritzgießform zwischen die erste und die zweite Deckschicht (3) mittels Spritzgießen und d2) Vergrößern des Volumens der Kavität des Spritzgießwerkzeuges
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) mit einem kompaktierten Randbereich (5) hergestellt wird, wobei die Dichte der Kernschicht (2) im kompaktierten Randbereich (5) größer als im Zentrum der Kernschicht (2) ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Poren im kompaktierten Randbereich (5) kleiner als 2%, vorzugsweise kleiner als 1% und besonders bevorzugt kleiner als 0,5% ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des kompaktierten Randbereiches (5) mindestens 90% der Dichte des für die Kernschicht (2) verwendeten Polymermaterials beträgt.
15. Sandwichstruktur (1 ) bestehend aus einer Kernschicht (2) und zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Kernschicht (2) angeordneten Deckschichten (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) ihrerseits aus einem zentralen Kernbereich (4) und zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Kernbereiches (4) angeordneten Randbereichen (5) besteht, wobei die Randbereiche (5) eine höhere Dichte als der Kernbereich (4) aufweisen.
16. Sandwichstruktur (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte in den Randbereichen (5) mindestens um 50%, vorzugsweise mindestens um 100% und besonders bevorzugt um mindestens 200% größer als die Dichte des Kernbereichs (4) ist.
17. Sandwichstruktur (1 ) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Deckschicht (3) aus demselben Material bestehen und vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Dicke haben.
18. Sandwichstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Deckschicht (3) und/oder die Kernschicht (2) aus einem Polymermaterial, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material und besonders bevorzugt aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, besteht.
19. Sandwichstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) mit der ersten und oder zweiten Deckschicht (3) kompatibel ist.
20. Sandwichstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einer Deckschicht (3) und der Kernschicht (2) eine Haftvermittlerfolie angeordnet ist.
21. Sandwichstruktur (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Deckschicht (3) sich von der Kernschicht (2) in einer chemischen oder physikalischen Eigenschaft unterscheidet.
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