WO2011073433A1 - Method for producing fiber composite structures, including microwave curing step, and fiber composite structure thereby obtained - Google Patents

Method for producing fiber composite structures, including microwave curing step, and fiber composite structure thereby obtained Download PDF

Info

Publication number
WO2011073433A1
WO2011073433A1 PCT/EP2010/070163 EP2010070163W WO2011073433A1 WO 2011073433 A1 WO2011073433 A1 WO 2011073433A1 EP 2010070163 W EP2010070163 W EP 2010070163W WO 2011073433 A1 WO2011073433 A1 WO 2011073433A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
fiber composite
composite structure
impregnated
tool
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/070163
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Birgit Reiter
Peter Domagalski
Andreas Kienzle
Tanja Damjanovic
Original Assignee
Sgl Carbon Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sgl Carbon Se filed Critical Sgl Carbon Se
Priority to EP10798784A priority Critical patent/EP2512781A1/en
Publication of WO2011073433A1 publication Critical patent/WO2011073433A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0855Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using microwave

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of fiber composite structures, such fiber composite structures and to an apparatus for producing such fiber composite structures.
  • Fiber composite structures are often used because of their lightweight construction potential in aviation, in racing, in the energy sector, in shipbuilding and in the automotive sector.
  • various production processes such as autoclave processes or RTM processes are typically used, in which an impregnation of a fiber structure with polymer material and / or resin and curing takes place. Curing usually takes place in suitable tools.
  • a disadvantage of the mentioned methods is that a large amount of energy is lost unused due to the non-specific energy transfer to the impregnated fiber structure.
  • Another disadvantage of the method is that due to the sometimes long occupancy times of the tools relatively long cycle times in the manufacturing process are the result, which can significantly increase the cost of these methods.
  • This object is achieved by a method for the production of fiber composite structures, which comprises the following steps: impregnating a fiber structure with a polymer material; Treating the impregnated fiber structure by introducing microwave energy into the impregnated fiber structure to melt and / or crosslink the polymer material.
  • the object is achieved by a fiber composite structure, which is obtainable with such a method.
  • this fiber composite structure may be a semi-finished product.
  • an apparatus for producing such a fiber composite structure is proposed, which has at least one, preferably at least two microwave radiation sources.
  • the microwave energy there is typically an interaction of electromagnetic waves with the anisotropic impregnated fiber structure.
  • the absorption of the introduced energy can be carried out mainly at the locations which are provided and / or suitable for the energy absorption. This is especially the polymer material which can melt or molecularly crosslink due to energy absorption.
  • the direct energy input by means of a microwave thus also allows faster process times, since the additional heating of further structures is sometimes eliminated.
  • the coupling of the microwave radiation can also take place via the fiber structure itself, in particular via carbon fibers, if such are covered by the fiber structure, or via a filler. However, should such coupling occur, sufficient heat energy is typically dissipated to the surrounding polymeric material or resin so that it can melt or crosslink.
  • introduction by means of microwave energy allows energy to be introduced into deeper layers of the impregnated fiber structure or fiber composite structure, without, however, having previously built up a temperature gradient in the fiber composite structure for heat transport.
  • Such temperature gradients often contribute to an undesirable heat treatment in which certain regions are treated approximately reinforced, i. warmed up, are considered other regions.
  • the method according to the invention can enable a substantially uniform heating of the complete fiber structure or fiber composite structure. This also avoids tensions that can cause weak points in the structure.
  • a further advantage of introducing microwave energy into the fiber structure is that the heating can not only be volumetric, but can also be adapted to the structural requirements of the fiber composite by, for example, providing higher energy density to certain areas than others , or the radiation can be targeted to predetermined sections of the fiber composite structure.
  • the microwave radiation sources by suitably orienting or arranging the microwave radiation sources with respect to the fiber structure or fiber composite structure, a largely homogeneous microwave field can be generated in the latter.
  • the impregnated fiber structure prior to the step of treating the impregnated fiber structure with microwave energy, is preformed by deep drawing (pultrusion), calendering, laminating, in particular band laminating, pressing, in particular belt pressing or hydroforming ,
  • Preforming refers here to a forming process which takes place before the step of act of the impregnated fiber structure is done with microwave energy. Preforming allows for proper shaping in a condition in which the impregnated fiber structure has not yet been microwaved and thus is sometimes relatively easier to form. Namely, melting or crosslinking of the polymer which has already taken place can clearly restrict the moldability of the impregnated fiber structure.
  • the impregnated fiber structure is simultaneously formed by deep-drawing (pultrusion), calendering, laminating, in particular band laminating, pressing, in particular belt pressing or hydroforming becomes.
  • deep-drawing pulse-drawing
  • calendering laminating, in particular band laminating
  • pressing in particular belt pressing or hydroforming becomes.
  • the polymer material-impregnated fiber structure is converted into a stable final state or else intermediate state (for example as semifinished product), the polymer material being at least partially melted or crosslinked.
  • this also has the following steps: inserting at least two impregnated fiber structures into a tool; and joining the at least two impregnated fiber structures during the treatment of the impregnated fiber structure by introducing microwave energy.
  • This makes it possible to produce more complex fiber composite structures, in particular three-dimensionally more complex fiber composite structures.
  • an efficient joining process can be carried out since the joining of the at least two fiber structures is assisted by the microwave radiation.
  • Such a joining process can also be supported by the use of a primer or adhesive.
  • the adhesive can also be activated by the microwave radiation.
  • the adhesive may also be provided in microcapsules, wherein the destruction of the microcapsule may be effected by microwaves.
  • the Microcapsules have the function of a latent hardener system and consist of resin, hardener and additive.
  • joining is made possible by the inherent adhesion of the polymer material or resin directly between the two fibrous structures, which then adhere to each other and to each other
  • the method also has the following steps: inserting a core into the fiber structure or between the fiber structures to form cavities in the fiber composite structures; and removing the core during or after treating the impregnated fiber structure by introducing microwave energy.
  • the core can be either a lost or a non-lost core, in particular a draggable core.
  • the core preferably interacts with the microwave radiation less than the surrounding material.
  • cavities can also be provided which, for example, can fulfill further functions in the finished or semi-finished fiber structure or fiber composite structure.
  • the treatment of the impregnated fiber structure can be temperature-controlled by introducing microwave energy.
  • the method can also be temperature-controlled.
  • the temperature in the treated impregnated fiber structure determines the amount of further energy input.
  • the temperature can also be determined on a tool accommodating the fiber structure or on the surface of the fiber structure itself. Accordingly, the amount of energy to be introduced can be suitably adjusted so that the process conditions, in particular the melting temperature of the polymer material or the degree of crosslinking, are suitably controlled can.
  • Advantageous process temperatures for phenolic resins are about 80 ° C to 1 10 ° C, and for thermoset polymers typically 130 ° to 300 °.
  • the method can be carried out in such a way that the treatment of the impregnated fiber structure is power-controlled by introduction of microwave energy.
  • a method is used when the process conditions are already sufficiently known in advance and, after prior knowledge, it is sufficient to introduce a certain amount of energy over a predetermined period of time.
  • a performance-controlled method is particularly advantageous in a series production, in which only the knowledge of the approximate course of the process up to the entry of a previously known amount of energy is required.
  • the treatment of the impregnated fiber structure by introduction of microwave energy lasts between 1 min and 60 min.
  • the exact duration of time is determined inter alia by the geometry and size of the fiber structure to be treated, that of the tool and that of the microwave radiation sources.
  • even larger components, such as wing or fuselage parts of aircraft or ships can be specifically treated by microwaves, so that sometimes longer periods of treatment may be required.
  • a path-controlled method allows easy process control.
  • the controller can also take into account the amount of microwave energy already introduced into the impregnated fiber structure.
  • a pressure-controlled method can be adapted, above all, to predetermined process steps which correspond to defined states of the impregnated fiber structure during the course of the treatment.
  • carbonization and / or also graphitization of the fiber composite structure after treatment with microwaves can take place according to a further embodiment.
  • curing with microwave radiation and microwave assisted CVI may be provided.
  • the resulting composite material is then cohesively Carbon Reinforced Carbon (CFC).
  • Concrete applications include, for example, the production of felt (eg for furnace linings), aircraft brake discs and brake discs for road vehicles.
  • carbon fiber-reinforced silicon carbide can be produced as a fiber composite structure if carbon fibers are encompassed by the fiber structure.
  • a fiber composite structure can be used for brake disks, for example, as well as in the field of ballistics.
  • the polymer material provided for impregnation is a thermosetting and / or thermoplastic polymer, in particular a thermosetting and / or thermoplastic resin.
  • a thermoplastic polymer or resin may melt upon exposure to microwave energy, with crosslinking or solidification occurring upon completion of the energy input.
  • a thermosetting polymer or resin is typically increasingly crosslinked upon treatment with microwave energy to form a three-dimensionally crosslinked structure in which, for example, a fibrous structure may be embedded.
  • known temperature limits are to be observed.
  • the polymer material intended for impregnation may be an organic and / or inorganic resin.
  • Inorganic resins are to be used in particular as a binding system if the fiber structure comprises fibers of SiC.
  • a so-called hybrid resin is used as the resin, which is based on at least two, usually independent reaction systems.
  • the second reaction system can also be designed in the form of a so-called accelerator or catalyst of the first reaction system, by means of which a control of the reaction can take place.
  • thermosetting and / or thermoplastic resins may be dissolved in organic or inorganic solvents for improved application.
  • the polymeric material or resin may also contain fillers such as wood flour, carbon black, graphite, rock dust, glass dust or coke as a filler.
  • the fiber structure comprises fiber rovings, short cut fibers, fiber bundles or semi-finished textile products such as woven fabric, scrim, braid or knitted fabric.
  • Fiber types used are preferably: carbon fibers based on PAN, pitch and cellulose, graphite, hybrid yarns of glass, aramid and / or carbon, continuous fibers and also fine-cut fibers.
  • the fibers impart to the fiber composite structure a structure which is resistant to mechanical influences and which is embedded in the polymer material, in particular in the resin. An embedding can also be understood in terms of incomplete embedding.
  • the fiber structure may also comprise multi-axial covers, nonwovens, felts or papers.
  • the fiber structure can comprise pretreated fiber bundles, in particular temperature-pretreated fiber bundles.
  • pretreated fiber bundles in particular temperature-pretreated fiber bundles.
  • Such a temperature pretreatment can be carried out both for the treatment of the fiber surface, for example for the removal of the fiber sizing, or else in a series of further process steps, such as CFK, CSiC or CFC components comprising fiber bundles.
  • carbochip components which may be included as a builder in a fiber structure or fiber composite structure may be mentioned here.
  • carbochips having a width of less than 10 mm, in particular less than 2 mm, a length of less than 20 mm, in particular less than 10 mm, and a height of less than 8 mm, in particular less than 6 mm and more preferably less than 3 mm are used.
  • the fiber structure comprises mechanically pretreated fiber bundles, in particular mechanically premixed fiber bundles.
  • Such treated fiber bundles may have improved impregnation properties which increase the quality of the fiber composite structure to be produced.
  • fiber bundles in particular if they have already been processed in CFK, CSiC or CFC components, can lead to advantageous microstructuring. tion, which ensures an improved quality of the subsequently produced fiber composite structure.
  • a further advantageous embodiment of the fiber composite structure also comprises fiber bundles of a defined, substantially uniform size. These can be produced in such large numbers that a series production of fiber composite structures can be made possible. In addition, with uniform fiber bundles, the strengths of the fiber composite structure to be produced can be better estimated or calculated.
  • the fiber structure comprises a number of fibers of different lengths, in particular the fibers are arranged on top of each other and preferably have different orientations of the fiber extension directions.
  • Fiber structures of different fiber lengths can also be recycled fibers, which are obtained in a recycling process.
  • fibers of different lengths can also be suitably adapted to the fiber composite structure to be produced, so that strengths of the fiber composite structure can also be adjusted specifically, also locally.
  • the fiber composite structure may also be a component of a vehicle, in particular a brake disc of such a vehicle.
  • uses of the fiber composite structure in the field of measurement technology and optics are preferred, as in the field of mechanical engineering (eg for gripper bars, connecting rods, lifting hooks, lifting beams and rotor stirrups)
  • mechanical engineering eg for gripper bars, connecting rods, lifting hooks, lifting beams and rotor stirrups
  • Significant advantages of the fiber composite structures according to the invention are low thermal expansion (adjustable down to the negative range), low weight, high measurement accuracy, dimensional stability and positioning accuracy. excellent fatigue strength, higher output, low energy consumption and good chemical resistance.
  • Other areas of application include aircraft construction, automotive engineering
  • the device has at least one, preferably at least two microwave radiation sources.
  • the microwave sources allow the radiation or introduction of microwave energy into the impregnated fiber structure.
  • the microwave radiation sources can be designed such that they absorb the entire fiber structure and irradiate with microwave energy during operation, or are only attached locally to a tool which accommodates the fiber structure.
  • the radiation characteristic in the arrangement of the microwave radiation source with respect to the fiber structure can be adjusted.
  • the at least one microwave radiation source is arranged on a tool for shaping or for receiving the fiber structure, in particular on different sides of the tool.
  • the arrangement on different sides of the tool enables an improved energy density distribution in the impregnated fiber structure.
  • the arrangement can also take into account the geometry of the tool or the impregnated fiber structure, so that the best possible energy input can take place.
  • the arrangement can also support an advantageous homogenization of the radiation field.
  • a plurality of microwave radiation sources is arranged on the tool symmetrically to the treated fiber composite structure. Such an arrangement can achieve an advantageous homogenization of the radiation field and thus of the energy input.
  • the at least one microwave radiation source is arranged on the shaping tool on a substantially microwave-transmissive region of the tool, which in particular has a ceramic, preferably Al 2 O 3, a granite structure, a plastic, and / or a calcium umcarbon Quilt (eg Cyclics C65 calcium carb). Ceramics can be made sufficiently homogeneous, so that when irradiated with microwave radiation no hot spots, ie regions of excessive energy input, occur. On the one hand, this ensures an advantageous energy distribution over the entire radiation cross section and, on the other hand, damage to the microwave-transmissive region is avoided. It should also be mentioned that typically no complete microwave permeability can be achieved. A permeability of more than 10%, in particular of more than 50% in
  • predetermined spectral ranges can already be considered sufficient in the present case.
  • the power of the at least one microwave radiation source is between 1 and 300 kW. These radiation powers are typically sufficient for most treatments of impregnated fiber structures. Greater performance may be provided, as the application requires.
  • At least one temperature sensor is arranged on the tool.
  • the temperature sensor can be provided on the outside of the tool or on the inside of the tool.
  • the temperature sensor may be a probe for insertion through the tool into the fiber structure.
  • the temperature sensor allows suitable temperature control of the treatment with microwave energy.
  • the tool is formed at least partially insulated in temperature. Temperature insulation ensures reduced heat dissipation when treating the impregnated fiber structure with microwave energy.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the treatment by means of microwave irradiation of a fiber structure impregnated with a polymer material in cross-section;
  • FIG. 2a a schematic representation of a tool in a perspective view for receiving impregnated fiber structures
  • FIG. 2b a schematic representation of the tool according to FIG. 2a in a perspective view after filling with an impregnated fiber structure
  • FIGS. 2a and 2b shows a schematic representation of a first embodiment of an apparatus for treating impregnated fiber structures comprising a tool according to FIGS. 2a and 2b;
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of a
  • 4a shows a schematic representation of a second embodiment of a device for the treatment of impregnated fiber structures comprising a tool according to FIG. 3
  • 4b is a schematic representation of another embodiment of an apparatus for treating impregnated fiber structures comprising a tool according to FIG. 3
  • Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment of a
  • Apparatus for treating impregnated fiber structures as a pultrusion device
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the treatment by means of microwave radiation 10 of a fiber structure 2 impregnated with a polymer material 3 (both not individually shown here) in cross-section.
  • the fiber structure 2 impregnated with a polymer material 3 is presently depicted as an already produced fiber composite structure 1.
  • the fiber composite structure 1 is accommodated in a tool 65, which encloses the fiber composite structure 1 on all sides. Consequently, the composite fiber structure 1 can be exposed to microwave radiation 10, so that the polymer material 3 melts and / or crosslinks when the absorbed microwave energy is converted into heat energy.
  • the tool can still be pressurized in order to carry out a pressing of the polymer material 3 impregnated fiber structure 2 (fiber composite structure 1).
  • FIG. 2a shows a schematic representation of a tool 65 in a perspective view for receiving impregnated fiber structures 2.
  • the tool 65 has a receptacle 67, in which impregnated fiber structures 2 can be accommodated.
  • the fiber structures 2 in the receptacle 67 may be mixed and impregnated with a polymeric material 3 (not shown herein) if they have not already been previously impregnated therewith.
  • the receptacle 67 has a fixed predetermined shape, so that the impregnated fiber structures 2 have a corresponding counter-form after being treated with microwave energy.
  • the tool 65 has a cover (not provided with a reference numeral) with which the receptacle can be closed or covered.
  • the cover is adapted to the shape of the receptacle 67, so that preferably a fitting closure of the opening of the receptacle 67 can take place.
  • the impregnated fiber structure 2 is only schematically illustrated. posed.
  • the fiber structure 2 is impregnated or mixed with a polymer material 3, as shown in FIG. 2 b, the polymer material 3 being indicated only schematically.
  • the filling state of the receptacle 67 can vary or be adjusted depending on the requirements.
  • the tool 67 After introducing a sufficient amount of impregnated fiber structures 2 into the receptacle 67, the tool 67 is closed and irradiated in a treatment process with microwave energy 10 from a microwave radiation source 70.
  • the irradiation takes place in the present case from the side which is directed counter to the receptacle 67, but can be made according to other requirements from any side.
  • the only prerequisite is that the microwave energy can be introduced through the walls of the tool 65 in the impregnated fiber structure 2.
  • a microwave permeable region 66 can be provided, via which the microwave energy can be coupled into the receptacle 67.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of another embodiment of a tool 65 in a perspective view for receiving impregnated fiber structures 2.
  • the present tool 65 has a annular structure on. Such formations are particularly suitable for the production of brake discs.
  • the tool 65 has a cover of the annular receptacle 67, which defines a microwave transmissive region 66.
  • the entire cover is made of a microwave-transparent material such as Al 2 O 3, so that directly through the cover microwave energy can be radiated into the receptacle 67.
  • individual windows may be provided.
  • the remaining walls can also be temperature-insulated, so that the heat losses are reduced.
  • a plurality of microwave radiation sources 70 may be provided on the cover, which a radiation direction in the direction the receptacle 67 have.
  • a total of 4 microwave radiation sources 70 are provided, which are arranged symmetrically on the cover.
  • any other number of microwave radiation sources 70 is conceivable.
  • further microwave radiation sources 70 may additionally be provided on the side of the tool 65 opposite the first microwave radiation sources 70, which are likewise arranged symmetrically.
  • These second microwave radiation sources 70 may also have a different arrangement or number than shown here.
  • further pressing devices may also be provided which exert pressure on the impregnated fiber structure 2 via the cover.
  • the pressing devices are not shown here.
  • a weight of 2500 g of impregnated fiber structure at a heating rate of 10 K / min a temperature of 180 ° C can be maintained over a period of 20 minutes to obtain a stable fiber composite structure.
  • the mass of the fiber composite structure thus produced was about 2300 g after the treatment process with a thickness of about 2 cm and had a density of 1, 21 g / cm 3 .
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a device 60 for treating impregnated fiber structures as a pultrusion device.
  • a fiber strand or roving in the sense of a fiber structure 2, in particular carbon fibers, introduced via deflection rollers 68 in a dipping 69, in which the fiber strand or roving 20 soaked with a polymer material 3, that is impregnated.
  • the impregnated fiber strand 20 in the sense of an impregnated fiber structure 2
  • the fiber structure 2 (fiber strand / roving 20) with Treated microwave energy from a microwave radiation source 70, wherein the polymer material at least partially crosslinked.
  • the fiber strand / roving 20 is guided into the tool 65 as a molding tool. After the molding process, a pultruded fiber strand / roving 20 (fiber composite structure 1) is obtained.
  • carbon fibers of the manufacturers Teaxax and SGL can be suitably processed in flat profiles.
  • a pultrusion tool a tool with a cross-sectional area of 50 mm 2 is suitable, using a take-off speed between 0.3 m / min and 1.235 m / min.
  • the thickness of the pultrudate is in particular between 1 and 2 mm, whereby a fiber volume content can be achieved, which is about 60%.
  • the mold temperature can be suitably adjusted to 150 to 200 ° C.
  • the cooling of the tool can be done at the inlet.
  • the phenolic resin Eponol 2509 together with the curing agent Eponol 2501 / B with the addition of eponol PHL 2601 / A2 has proven to be advantageous as a release agent.
  • the filler ASP 400 can be used as a filler.

Abstract

The invention relates to a method for producing fiber composite structures (1) which comprises the following steps: impregnation of a fiber structure with a polymer material; and treatment of the impregnated fiber structure by introducing microwave energy into the impregnated fiber structure to melt and/or cross-link the polymer material.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON FASERVERBUNDWERKSTOFFEN MIT MIKROWELLENHÄRTUNG, UND DIE DADURCH ERHALTENE FASERVERBUNDSTRUKTUR  METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING FIBER COMPOSITES WITH MICROWAVE CURING, AND THE FIBER COMPOSITE STRUCTURE OBTAINED THEREFROM
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundstrukturen, derartige Faserverbundstrukturen sowie eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Faserverbundstrukturen. The invention relates to a method for the production of fiber composite structures, such fiber composite structures and to an apparatus for producing such fiber composite structures.
Faserverbundstrukturen werden häufig wegen ihres Leichtbaupotentials in der Luftfahrt, im Rennsport, im Energiebereich, im Schiffsbau und im Automobilbereich eingesetzt. Zur Herstellung von solchen Faserverbundstrukturen werden typischerweise verschiedene Herstellungsverfahren wie Autoklavverfahren oder RTM-Verfahren ein- gesetzt, bei welchen eine Imprägnierung einer Faserstruktur mit Polymermaterial und/oder Harz und ein Aushärten erfolgt. Das Aushärten findet hierbei meist in geeigneten Werkzeugen statt. Nachteilig an den genannten Verfahren ist jedoch, dass aufgrund des unspezifischen Energieübertrags auf die imprägnierte Faserstruktur eine große Menge an Energie ungenutzt verloren geht. Weiter nachteilig an den Verfahren ist, dass aufgrund der mitunter langen Belegungszeiten der Werkzeuge relativ lange Taktzeiten im Fertigungsprozess die Folge sind, welche die Kosten dieser Verfahren erheblich erhöhen können. Fiber composite structures are often used because of their lightweight construction potential in aviation, in racing, in the energy sector, in shipbuilding and in the automotive sector. For the production of such fiber composite structures, various production processes, such as autoclave processes or RTM processes are typically used, in which an impregnation of a fiber structure with polymer material and / or resin and curing takes place. Curing usually takes place in suitable tools. A disadvantage of the mentioned methods, however, is that a large amount of energy is lost unused due to the non-specific energy transfer to the impregnated fiber structure. Another disadvantage of the method is that due to the sometimes long occupancy times of the tools relatively long cycle times in the manufacturing process are the result, which can significantly increase the cost of these methods.
Bei Fertigungsverfahren für serienmäßige Prozesse bestehen zusätzlich noch die Bedürfnisse für einen effizienten Einsatz von Werkstoffen, sowie allgemein für kostengünstige Prozesse mit einer reduzierten Anzahl von Prozessschritten, um einen erhöhten Durchsatz gewährleisten zu können. Auch diesbezüglich eignen sich die herkömmlichen Verfahren, wie RTM oder ein Autoklavverfahren nur ungenügend. Im Gegensatz zu diesen Verfahren sind andere Fertigungsverfahren für Faserverbundstrukturen, wie beispielsweise Pultrusion (Tiefstrangziehen) oder Heißpressen, welche zwar hinsichtlich einer besseren Wirtschaftlichkeit größere Produktionsvolumen erlauben, hinsichtlich der realisierbaren Geometrien der Faserverbundstrukturen sehr limitierend. So lassen sich beispielsweise bei Pultrusionsverfahren beinahe aus- schließlich nur gerade Profile mit einem konstanten Querschnitt herstellen. Dies schränkt jedoch die Einsatzfähigkeit dieser Verfahren für komplexere Strukturen, wie sie etwa im Fahrzeugbau nachgefragt werden, stark ein. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundstrukturen zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine gute Energienutzung erlaubt, aber gleichzeitig auch die Herstellung von komplexeren Strukturen, insbesondere von dreidimensional komplexen Strukturen ermöglicht. Zusätzlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Faserverbundstrukturen vorzuschlagen, sowie eine solche Faserverbundstruktur. In addition, in mass production processes, there is a need for efficient use of materials, as well as generally cost-effective processes with a reduced number of process steps to ensure increased throughput. Also in this regard, the conventional methods, such as RTM or autoclave method are insufficient. In contrast to these methods, other manufacturing methods for fiber composite structures, such as pultrusion (deep drawing) or hot pressing, which allow for greater efficiency in terms of greater production volume, with respect to the feasible geometries of fiber composite structures very limiting. For example, in pultrusion processes it is almost impossible to finally produce only straight profiles with a constant cross-section. However, this limits the usefulness of these methods for more complex structures, such as those in the automotive industry, a strong demand. It is therefore the object of the present invention to provide a method for the production of fiber composite structures, which on the one hand allows a good use of energy, but at the same time allows the production of more complex structures, in particular of three-dimensional complex structures. In addition, it is an object of the present invention to propose an apparatus for producing such fiber composite structures, as well as such a fiber composite structure.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundstrukturen, welches die folgenden Schritte umfasst: Imprägnieren einer Faserstruktur mit einem Polymermaterial; Behandeln der imprägnierten Faserstruktur durch Einbringen von Mikrowellenenergie in die imprägnierte Faserstruktur zum Schmelzen und/oder zum Vernetzen des Polymermaterials. This object is achieved by a method for the production of fiber composite structures, which comprises the following steps: impregnating a fiber structure with a polymer material; Treating the impregnated fiber structure by introducing microwave energy into the impregnated fiber structure to melt and / or crosslink the polymer material.
Weiter wird die Aufgabe durch eine Faserverbundstruktur gelöst, welche mit einem solchen Verfahren erhältlich ist. Insbesondere kann diese Faserverbundstruktur ein Halbzeug sein. Überdies wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Faserverbundstruktur vorgeschlagen wird, welche wenigstens eine, bevorzugt mindestens zwei Mikrowellenstrahlungsquellen aufweist. Während des Prozesses des Energieeintrags kommt es typischerweise zu einer Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit der anisotropen imprägnierten Faserstruktur. Durch eine direkte Einbringung der Mikrowellenenergie in die imprägnierte Faserstruktur kann die Absorption der eingebrachten Energie hauptsächlich auch an den Stellen erfolgen, welche für die Energieaufnahme vorgesehen und/oder geeignet sind. Dies ist insbesondere das Polymermaterial, welches infolge der Energieabsorption schmelzen kann oder molekular vernetzt. In vorteilhafter Weise erlaubt somit die direkte Energieeinbringung mittels Mikrowelle auch schnellere Prozesszeiten, da die zusätzliche Erwärmung weiterer Strukturen mitunter entfällt. Weiter kann die Ankopplung der Mikrowellenstrahlung aber auch über die Faserstruktur selbst, insbesondere über Carbonfasern erfolgen, falls solche von der Faserstruktur umfasst werden, oder über einen Füllstoff. Sollte eine solche Ankopplung erfolgen, wird jedoch typischerweise ausreichend Wärmeenergie an das umgebende Polymermaterial oder Harz abgegeben, so dass dieses schmelzen bzw. vernetzen kann. Furthermore, the object is achieved by a fiber composite structure, which is obtainable with such a method. In particular, this fiber composite structure may be a semi-finished product. Moreover, the object is achieved in that an apparatus for producing such a fiber composite structure is proposed, which has at least one, preferably at least two microwave radiation sources. During the process of energy input, there is typically an interaction of electromagnetic waves with the anisotropic impregnated fiber structure. By a direct introduction of the microwave energy into the impregnated fiber structure, the absorption of the introduced energy can be carried out mainly at the locations which are provided and / or suitable for the energy absorption. This is especially the polymer material which can melt or molecularly crosslink due to energy absorption. Advantageously, the direct energy input by means of a microwave thus also allows faster process times, since the additional heating of further structures is sometimes eliminated. Furthermore, the coupling of the microwave radiation can also take place via the fiber structure itself, in particular via carbon fibers, if such are covered by the fiber structure, or via a filler. However, should such coupling occur, sufficient heat energy is typically dissipated to the surrounding polymeric material or resin so that it can melt or crosslink.
Überdies erlaubt eine Einbringung mittels Mikrowellenenergie eine Energieeinbringung in tiefere Schichten der imprägnierten Faserstruktur bzw. der Faserverbund- struktur, ohne jedoch vorher zum Wärmetransport einen Temperaturgradienten in der Faserverbundstruktur aufgebaut haben zu müssen. Derartige Temperaturgradienten tragen oft zu einer ungewünschten Wärmebehandlung bei, in welcher bestimmte Regionen etwa verstärkt behandelt, d.h. erwärmt, werden als andere Regionen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch eine weitgehend gleichmäßige Erwär- mung der vollständigen Faserstruktur bzw. Faserverbundstruktur ermöglichen. Dadurch werden zudem auch Spannungen vermieden, die Schwachstellen in der Struktur entstehen lassen können. Moreover, introduction by means of microwave energy allows energy to be introduced into deeper layers of the impregnated fiber structure or fiber composite structure, without, however, having previously built up a temperature gradient in the fiber composite structure for heat transport. Such temperature gradients often contribute to an undesirable heat treatment in which certain regions are treated approximately reinforced, i. warmed up, are considered other regions. However, the method according to the invention can enable a substantially uniform heating of the complete fiber structure or fiber composite structure. This also avoids tensions that can cause weak points in the structure.
Ein weitere Vorteil der Einbringung von Mikrowellenenergie in die Faserstruktur bzw. Faserverbundstruktur ist darin zu sehen, dass die Erwärmung nicht nur volumetrisch erfolgen kann, sondern auch auf die Strukturerfordernisse der Faserverbundstruktur angepasst werden kann, indem etwa bestimmte Bereiche mit einer höheren Energiedichte versorgt werden als andere, bzw. die Strahlung auf vorbestimmte Abschnitte der Faserverbundstruktur gezielt gerichtet werden. Alternativ kann auch durch geeig- nete Orientierung bzw. Anordnung der Mikrowellenstrahlungsquellen in Bezug auf die Faserstruktur bzw. Faserverbundstruktur ein weitgehend homogenes Mikrowellenfeld in dieser erzeugt werden. A further advantage of introducing microwave energy into the fiber structure is that the heating can not only be volumetric, but can also be adapted to the structural requirements of the fiber composite by, for example, providing higher energy density to certain areas than others , or the radiation can be targeted to predetermined sections of the fiber composite structure. Alternatively, by suitably orienting or arranging the microwave radiation sources with respect to the fiber structure or fiber composite structure, a largely homogeneous microwave field can be generated in the latter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist vorgesehen, dass vor dem Schritt des Behandeins der imprägnierten Faserstruktur mit Mikrowellenenergie die imprägnierte Faserstruktur durch ein Tiefstrangziehen (Pultrusion), Kalandern, Laminieren, insbesondere Bandlaminieren, Pressen, insbesondere Bandpressen, oder Innenhochdruckumformen vorgeformt wird. Ein Vorformen betrifft hier einen Formprozess, welcher zeitlich vor dem Schritt des Be- handelns der imprägnierten Faserstruktur mit Mikrowellenenergie erfolgt. Ein Vorformen erlaubt eine geeignete Formgebung in einem Zustand, in welchem die imprägnierte Faserstruktur noch nicht mit Mikrowellen behandelt worden ist und damit noch mitunter verhältnismäßig leichter formbar ist. Ein bereits erfolgtes Schmelzen bzw. Vernetzen des Polymers kann nämlich die Formbarkeit der imprägnierten Faserstruktur deutlich einschränken. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that prior to the step of treating the impregnated fiber structure with microwave energy, the impregnated fiber structure is preformed by deep drawing (pultrusion), calendering, laminating, in particular band laminating, pressing, in particular belt pressing or hydroforming , Preforming refers here to a forming process which takes place before the step of act of the impregnated fiber structure is done with microwave energy. Preforming allows for proper shaping in a condition in which the impregnated fiber structure has not yet been microwaved and thus is sometimes relatively easier to form. Namely, melting or crosslinking of the polymer which has already taken place can clearly restrict the moldability of the impregnated fiber structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass während des Schritts des Behandeins der imprägnierten Faser- struktur mit Mikrowellenenergie gleichzeitig die imprägnierte Faserstruktur durch ein Tiefstrangziehen (Pultrusion), Kalandern, Laminieren, insbesondere Bandlaminieren, Pressen, insbesondere Bandpressen, oder Innenhochdruckumformen umgeformt wird. Ein derartiges Verfahren erlaubt eine Zeitersparnis im Produktionsprozess, da zwei Prozessschritte gleichzeitig ausgeführt werden können. Zudem erlaubt der gleichzeitige Mikrowellenenergieeintrag im Wesentlichen eine Finalisierung derIn a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that during the step of treating the impregnated fiber structure with microwave energy, the impregnated fiber structure is simultaneously formed by deep-drawing (pultrusion), calendering, laminating, in particular band laminating, pressing, in particular belt pressing or hydroforming becomes. Such a method allows a time saving in the production process, since two process steps can be performed simultaneously. In addition, the simultaneous introduction of microwave energy essentially allows a finalization of the
Formgebung. Durch gleichzeitiges Ausführen eines formgebenden Prozesses sowie der Einbringung von Mikrowellenenergie wird die mit Polymermaterial imprägnierte Faserstruktur in einen stabilen End- oder auch Zwischenzustand (etwa als Halbzeug) überführt, wobei das Polymermaterial wenigstens teilweise geschmolzen oder ver- netzt wird. Shaping. By simultaneously carrying out a shaping process and introducing microwave energy, the polymer material-impregnated fiber structure is converted into a stable final state or else intermediate state (for example as semifinished product), the polymer material being at least partially melted or crosslinked.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dieses auch die folgenden Schritte auf: Einlegen von zumindest zwei imprägnierten Faserstrukturen in ein Werkzeug; und Fügen der zumindest zwei imprägnierten Fa- serstrukturen während des Behandeins der imprägnierten Faserstruktur durch Einbringen von Mikrowellenenergie. Damit können komplexere Faserverbundstrukturen, insbesondere dreidimensional komplexere Faserverbundstrukturen hergestellt werden. Zudem kann ein effizienter Fügeprozess ausgeführt werden, da das Verbinden der wenigstens zwei Faserstrukturen durch die Mikrowelleneinstrahlung unterstütz wird. Ein solcher Fügeprozess kann auch durch Einsatz eines Haftvermittlers oder Klebstoffs unterstützt werden. Der Kleber kann hierbei auch durch die Mikrowellenstrahlung aktiviert werden. Weiter kann der Kleber auch in Mikrokapseln vorgesehen sein, wobei die Zerstörung der Mikrokapsel durch Mikrowellen erfolgen kann. Die Mikrokapseln haben dabei die Funktion eines latenten Härtersystems und bestehen aus Harz, Härter und Additiv. According to a further embodiment of the method according to the invention, this also has the following steps: inserting at least two impregnated fiber structures into a tool; and joining the at least two impregnated fiber structures during the treatment of the impregnated fiber structure by introducing microwave energy. This makes it possible to produce more complex fiber composite structures, in particular three-dimensionally more complex fiber composite structures. In addition, an efficient joining process can be carried out since the joining of the at least two fiber structures is assisted by the microwave radiation. Such a joining process can also be supported by the use of a primer or adhesive. The adhesive can also be activated by the microwave radiation. Further, the adhesive may also be provided in microcapsules, wherein the destruction of the microcapsule may be effected by microwaves. The Microcapsules have the function of a latent hardener system and consist of resin, hardener and additive.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Fügen durch die dem Polymermate- rial oder dem Harz immanente Adhäsionsfähigkeit direkt zwischen den zwei Faserstrukturen möglich, die dann aneinander haften und miteinander In an alternative embodiment, joining is made possible by the inherent adhesion of the polymer material or resin directly between the two fibrous structures, which then adhere to each other and to each other
aushärten. Harden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Verfahren auch die folgenden Schritte aufweist: Einfügen eines Kerns in die Faserstruktur bzw. zwischen die Faserstrukturen zur Ausbildung von Hohlräumen in den Faserverbundstrukturen; und Entfernen des Kerns während oder nach dem Behandeln der imprägnierten Faserstruktur durch Einbringen von Mikrowellenenergie. Der Kern kann entweder ein verlorener oder auch ein nicht-verlorener Kern, insbeson- dere ein ziehbarer Kern sein. Der Kern wechselwirkt hierbei bevorzugt mit der Mikrowellenstrahlung weniger als das umgebende Material. Damit lassen sich nicht nur komplexe Strukturen darstellen, sondern auch Hohlräume vorsehen, welche beispielsweise weitere Funktionen in der fertigen oder halbfertigen Faserstruktur bzw. Faserverbundstruktur erfüllen können. Beispielsweise zu nennen sind hier das Aus- formen von Kühlkanälen zur Materialkühlung bei bestimmungsgemäßer Verwendung der erzeugten Faserverbundstruktur, oder von Hohlräumen zur Materialeinsparung. According to a further embodiment it can be provided that the method also has the following steps: inserting a core into the fiber structure or between the fiber structures to form cavities in the fiber composite structures; and removing the core during or after treating the impregnated fiber structure by introducing microwave energy. The core can be either a lost or a non-lost core, in particular a draggable core. The core preferably interacts with the microwave radiation less than the surrounding material. Thus, not only can complex structures be represented, but cavities can also be provided which, for example, can fulfill further functions in the finished or semi-finished fiber structure or fiber composite structure. To be mentioned here, for example, are the shapes of cooling channels for material cooling when the fiber composite structure produced is used as intended, or cavities for saving material.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Behandeln der imprägnierten Faserstruktur durch Einbringen von Mikrowellenenergie temperaturgesteuert erfolgen. Alternativ kann das Verfahren auch temperaturgeregelt erfolgen. In beiden Fällen bestimmt die Temperatur in der zu behandelnden imprägnierten Faserstruktur die Menge des weiteren Energieeintrags. Alternativ kann auch die Temperatur an einem die Faserstruktur aufnehmenden Werkzeug bestimmt werden, bzw. an der Oberfläche der Faserstruktur selbst. Demnach kann die Menge an einzutragender Energie geeignet eingestellt werden, so dass die Prozessbedingungen, insbesondere die Schmelztemperatur des Polymermaterials oder der Vernetzungsgrad geeignet kontrolliert werden können. Vorteilhafte Prozesstemperaturen für Phenolharze sind etwa 80°C bis 1 10 °C, sowie für duroplastische Polymere typischerweise 130° bis 300°. Alternativ kann das Verfahren derart erfolgen, dass das Behandeln der imprägnierten Faserstruktur durch Einbringen von Mikrowellenenergie leistungsgesteuert erfolgt. Hierbei wird insbesondere auf ein solches Verfahren zurück gegriffen, wenn die Pro- zessbedingungen vorab schon ausreichend bekannt sind und nach Vorkenntnis es ausreichend ist, eine bestimmte Energiemenge über einen vorbestimmten Zeitraum einzubringen. Ein leistungsgesteuertes Verfahren ist insbesondere in einer Serienfertigung vorteilhaft, in welcher lediglich die Kenntnis des ungefähren Prozessverlaufs bis zum Eintrag einer vorbekannten Menge an Energie erforderlich ist. In a further embodiment of the method, the treatment of the impregnated fiber structure can be temperature-controlled by introducing microwave energy. Alternatively, the method can also be temperature-controlled. In both cases, the temperature in the treated impregnated fiber structure determines the amount of further energy input. Alternatively, the temperature can also be determined on a tool accommodating the fiber structure or on the surface of the fiber structure itself. Accordingly, the amount of energy to be introduced can be suitably adjusted so that the process conditions, in particular the melting temperature of the polymer material or the degree of crosslinking, are suitably controlled can. Advantageous process temperatures for phenolic resins are about 80 ° C to 1 10 ° C, and for thermoset polymers typically 130 ° to 300 °. Alternatively, the method can be carried out in such a way that the treatment of the impregnated fiber structure is power-controlled by introduction of microwave energy. In particular, such a method is used when the process conditions are already sufficiently known in advance and, after prior knowledge, it is sufficient to introduce a certain amount of energy over a predetermined period of time. A performance-controlled method is particularly advantageous in a series production, in which only the knowledge of the approximate course of the process up to the entry of a previously known amount of energy is required.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass es derart ausgeführt wird, dass das Behandeln der imprägnierten Faserstruktur durch Einbringen von Mikrowellenenergie zwischen 1 min und 60 min dauert. Die genaue Zeitdauer bestimmt sich u.a. nach der Geometrie und Größe der zu behandelnden Fa- serstruktur, der des Werkzeugs sowie der der Mikrowellenstrahlungsquellen. Überdies können auch größere Bauteile, wie beispielsweise Flügel- oder Rumpfteile von Flugzeugen oder Schiffen mittels Mikrowellen gezielt behandelt werden, so dass mitunter auch längere Zeiten der Behandlung erforderlich sein können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Pressen weggesteuert oder druckgesteuert erfolgt. Das Pressen kann hierbei vor oder auch während des Behandeins der imprägnierten Faserstruktur mit Mikrowellenstrahlung erfolgen. Ein weggesteuertes Verfahren erlaubt eine einfache Prozesssteuerung. Weiterführend kann die Steuerung auch die Menge an bereits in die imprägnierte Faserstruktur eingetragene Mikrowellenenergie berücksichtigen. Ein druckgesteuertes Verfahren vermag vor allem vorbestimmten Prozessschritten angepasst werden, die etwa definierten Zuständen der imprägnierten Faserstruktur während des Behandlungsverlaufs entsprechen. Als zusätzlicher Prozessschritt kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Carbonisierung und/oder auch Graphitierung der Faserverbundstruktur nach dem Behandeln mit Mikrowellen erfolgen. Ferner können als alternative Verfahrensschritte bevorzugt Nachimprägnieren, Aushärten mit Mikrowellenstrahlung und mikrowellenunterstütztes CVI vorgesehen sein. Der so erzeugte Verbundwerkstoff ist dann koh- lenstoffverstärkter Kohlenstoff (CFC). Konkrete Anwendungen sind hierzu beispielsweise die Herstellung von Filz (z.B. für Ofenauskleidungen), Flugzeugbremsscheiben und Bremsscheiben für Straßenfahrzeuge. Wird in einer weiteren Ausführungsform der zusätzliche Verfahrensschritt einer Sili- zierung durchgeführt, lässt sich als Faserverbundstruktur kohlenstoffverstärktes Sili- ziumcarbid herstellen, wenn von der Faserstruktur Carbonfasern umfasst werden. Eine solche Faserverbundstruktur kann etwa für Bremsscheiben, wie auch im Bereich Ballistik verwendet werden. In a further embodiment of the method it is provided that it is carried out such that the treatment of the impregnated fiber structure by introduction of microwave energy lasts between 1 min and 60 min. The exact duration of time is determined inter alia by the geometry and size of the fiber structure to be treated, that of the tool and that of the microwave radiation sources. Moreover, even larger components, such as wing or fuselage parts of aircraft or ships can be specifically treated by microwaves, so that sometimes longer periods of treatment may be required. According to a further embodiment of the method according to the invention, provision can be made for pressing to be controlled away or under pressure control. The pressing can be done before or during the treatment of the impregnated fiber structure with microwave radiation. A path-controlled method allows easy process control. Furthermore, the controller can also take into account the amount of microwave energy already introduced into the impregnated fiber structure. A pressure-controlled method can be adapted, above all, to predetermined process steps which correspond to defined states of the impregnated fiber structure during the course of the treatment. As an additional process step, carbonization and / or also graphitization of the fiber composite structure after treatment with microwaves can take place according to a further embodiment. Further, as an alternative method steps preferably Nachimprägnieren, curing with microwave radiation and microwave assisted CVI may be provided. The resulting composite material is then cohesively Carbon Reinforced Carbon (CFC). Concrete applications include, for example, the production of felt (eg for furnace linings), aircraft brake discs and brake discs for road vehicles. If, in a further embodiment, the additional process step of a siliconization is carried out, carbon fiber-reinforced silicon carbide can be produced as a fiber composite structure if carbon fibers are encompassed by the fiber structure. Such a fiber composite structure can be used for brake disks, for example, as well as in the field of ballistics.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faserverbundstruktur ist das zum Imprägnieren vorgesehene Polymermaterial ein duroplastisches und/oder thermoplastisches Polymer, insbesondere ein duroplastisches und/oder thermoplastisches Harz. Ein thermoplastisches Polymer oder Harz kann bei Be- handlung mit Mikrowellenenergie schmelzen, wobei nach Beendigung des Energieeintrags ein Vernetzen bzw. Erstarren erfolgt. Ein duroplastisches Polymer oder Harz wird bei Behandlung mit Mikrowellenenergie typischerweise zunehmend vernetzt, so dass eine dreidimensional vernetzte Struktur ausgeformt wird, in welche etwa eine Faserstruktur eingebettet sein kann. Hierbei sind bekannte Temperaturgrenzen zu beachten. In a preferred embodiment of the fiber composite structure according to the invention, the polymer material provided for impregnation is a thermosetting and / or thermoplastic polymer, in particular a thermosetting and / or thermoplastic resin. A thermoplastic polymer or resin may melt upon exposure to microwave energy, with crosslinking or solidification occurring upon completion of the energy input. A thermosetting polymer or resin is typically increasingly crosslinked upon treatment with microwave energy to form a three-dimensionally crosslinked structure in which, for example, a fibrous structure may be embedded. Here, known temperature limits are to be observed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das zum Imprägnieren vorgesehene Polymermaterial ein organisches und/oder anorganisches Harz sein. Anorganische Harze sind insbesondere dann als Bindesystem zu verwenden, wenn die Faser- struktur Fasern aus SiC umfasst. According to another embodiment, the polymer material intended for impregnation may be an organic and / or inorganic resin. Inorganic resins are to be used in particular as a binding system if the fiber structure comprises fibers of SiC.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird als Harz ein sogenanntes Hybridharz eingesetzt, das auf der Basis von mindestens zwei, in der Regel unabhängigen Reaktionssystemen besteht. Das zweite Reaktionssystem kann auch in Form eines sogenannten Beschleunigers oder Katalysators des ersten Reaktionssystems ausgestaltet sein, durch den eine Steuerung der Reaktion erfolgen kann. In a further embodiment of the invention, a so-called hybrid resin is used as the resin, which is based on at least two, usually independent reaction systems. The second reaction system can also be designed in the form of a so-called accelerator or catalyst of the first reaction system, by means of which a control of the reaction can take place.
Weiter können duroplastische und/oder thermoplastische Harze in organischen oder anorganischen Lösungsmitteln zur verbesserten Applizierung gelöst sein. Optional kann das Polymermaterial oder das Harz auch Füllstoffe wie beispielsweise Holzmehl, Ruß, Graphit, Gesteinsstaub, Glasstaub oder Koks als Füllstoff enthalten. Furthermore, thermosetting and / or thermoplastic resins may be dissolved in organic or inorganic solvents for improved application. optional For example, the polymeric material or resin may also contain fillers such as wood flour, carbon black, graphite, rock dust, glass dust or coke as a filler.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Fa- serstruktur Faserrovinge, Kurzschnittfasern, Faserbündel oder textiles Halbzeug wie Gewebe, Gelege, Geflecht oder Gewirke umfasst. Als Fasertypen werden bevorzugt eingesetzt: Carbonfasern, auf Basis von PAN, Pech und Cellulose, Graphit, Hybridgarne aus Glas, Aramid und/oder Carbon, Endlosfasern sowie auch Feinschnittfasern. Die Fasern verleihen der Faserverbundstruktur eine gegen mechanische Ein- flüsse widerstandfähige Struktur, welche in dem Polymermaterial, insbesondere in dem Harz eingebettet ist. Eine Einbettung kann hier auch im Sinne einer nicht vollständigen Einbettung verstanden werden. Weiterhin kann die Faserstruktur auch Multiaxialgelege, Vliesstoffe, Filze oder Papiere umfassen. Gemäße einer Weiterführung kann auch vorgesehen sein, dass die Faserstruktur vorbehandelte Faserbündel, insbesondere temperaturvorbehandelte Faserbündel umfasst. Eine derartige Temperaturvorbehandlung kann sowohl zur Behandlung der Faseroberfläche, etwa zur Entfernung der Faserschlichte, erfolgen, oder aber auch in einer Reihe an weiteren Prozessschritten, etwa zur Herstellung von Faserbündel umfassenden CFK-, CSiC oder CFC-Bauteilen. Insbesondere sind hier zu nennen Carbochip-Bauteile, welche als Gerüststoff in einer Faserstruktur bzw. Faserverbundstruktur umfasst sein können. Bevorzugt können Carbochips mit einer Breite von weniger als 10 mm, insbesondere von weniger als 2 mm, einer Länge von weniger als 20 mm, insbesondere von weniger als 10 mm, und einer Höhe von weniger als 8 mm, insbesondere von weniger als 6 mm und besonders bevorzugt von weniger als 3 mm verwendet werden. According to a further embodiment, it may be provided that the fiber structure comprises fiber rovings, short cut fibers, fiber bundles or semi-finished textile products such as woven fabric, scrim, braid or knitted fabric. Fiber types used are preferably: carbon fibers based on PAN, pitch and cellulose, graphite, hybrid yarns of glass, aramid and / or carbon, continuous fibers and also fine-cut fibers. The fibers impart to the fiber composite structure a structure which is resistant to mechanical influences and which is embedded in the polymer material, in particular in the resin. An embedding can also be understood in terms of incomplete embedding. Furthermore, the fiber structure may also comprise multi-axial covers, nonwovens, felts or papers. According to a continuation, provision can also be made for the fiber structure to comprise pretreated fiber bundles, in particular temperature-pretreated fiber bundles. Such a temperature pretreatment can be carried out both for the treatment of the fiber surface, for example for the removal of the fiber sizing, or else in a series of further process steps, such as CFK, CSiC or CFC components comprising fiber bundles. In particular, carbochip components which may be included as a builder in a fiber structure or fiber composite structure may be mentioned here. Preferably, carbochips having a width of less than 10 mm, in particular less than 2 mm, a length of less than 20 mm, in particular less than 10 mm, and a height of less than 8 mm, in particular less than 6 mm and more preferably less than 3 mm are used.
Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn die Faserstruktur mechanisch vorbehandelte Faserbündel, insbesondere mechanisch vorgemischte Faserbündel um- fasst. Derartig behandelte Faserbündel können verbesserte Imprägnierungseigenschaften aufweisen, welche die Qualität der herzustellenden Faserverbundstruktur erhöhen. Weiter können solche Faserbündel, insbesondere wenn sie bereits in CFK-, CSiC oder CFC-Bauteilen verarbeitet wurden, zu einer vorteilhaften Mikrostrukturie- rung führen, die eine verbesserte Qualität der nachträglich herzustellenden Faserverbundstruktur gewährleistet. It has also proved to be advantageous if the fiber structure comprises mechanically pretreated fiber bundles, in particular mechanically premixed fiber bundles. Such treated fiber bundles may have improved impregnation properties which increase the quality of the fiber composite structure to be produced. Furthermore, such fiber bundles, in particular if they have already been processed in CFK, CSiC or CFC components, can lead to advantageous microstructuring. tion, which ensures an improved quality of the subsequently produced fiber composite structure.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Faserverbundstruktur umfasst auch Faserbündel einer definierten, im Wesentlichen gleichmäßigen Größe. Diese können etwa in derart großen Stückzahlen hergestellt werden, dass eine Serienfertigung von Faserverbundstrukturen ermöglicht werden kann. Zudem lassen sich bei einheitlichen Faserbündeln die Festigkeiten der zu erzeugenden Faserverbundstruktur besser einschätzen oder berechnen. A further advantageous embodiment of the fiber composite structure also comprises fiber bundles of a defined, substantially uniform size. These can be produced in such large numbers that a series production of fiber composite structures can be made possible. In addition, with uniform fiber bundles, the strengths of the fiber composite structure to be produced can be better estimated or calculated.
Gemäß einer weiterführenden oder auch alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Faserstruktur eine Anzahl an verschieden langen Fasern umfasst, insbesondere die Fasern aufeinander angeordnet sind und bevorzugt unterschiedliche Orientierungen der Fasererstreckungsrichtungen aufweisen. Faserstruk- turen unterschiedlicher Faserlängen können etwa auch recyclierte Fasern sein, welche in einem Recyclingprozess gewonnen werden. Weiter können Fasern unterschiedlicher Länge auch geeignet an die herzustellende Faserverbundstruktur ange- passt sein, so dass Festigkeiten der Faserverbundstruktur gezielt, auch lokal eingestellt werden können. According to a further or alternatively alternative embodiment it can be provided that the fiber structure comprises a number of fibers of different lengths, in particular the fibers are arranged on top of each other and preferably have different orientations of the fiber extension directions. Fiber structures of different fiber lengths can also be recycled fibers, which are obtained in a recycling process. Furthermore, fibers of different lengths can also be suitably adapted to the fiber composite structure to be produced, so that strengths of the fiber composite structure can also be adjusted specifically, also locally.
Ausführungsgemäß kann auch die Faserverbundstruktur ein Bauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eine Bremsschreibe eines solchen Fahrzeugs sein. Ferner bevorzugt sind Verwendungen der Faserverbundstruktur im Bereich der Messtechnik und Optik (z. B. für Tasterrohre, Säulen, optische Scheren, Kameraplattem und Lin- senfassungen) wie im Bereich Maschinenbau (z. B. für Greiferstangen, Pleuel, Hubhaken, Hubbalken und Rotorbügel. Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Faserverbundstrukturen etwa im Bereich Messtechnik und Optik sind eine geringe Wärmeausdehnung (einstellbar bis in den negativen Bereich), ein geringes Eigengewicht, eine hohe Messgenauigkeit, Dimensionsstabilität und Positioniergenauigkeit. Vorteile der erfindungsgemäßen Faserverbundstrukturen etwa im Bereich Maschinenbau sind ein geringes Eigengewicht, eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit, eine höhere Ausbringungsmenge, ein geringer Energieverbrauch und eine gute chemische Beständigkeit. Weitere Anwendungsbereiche sind der Flugzeugbau, der Automobilbau einschließlich According to the embodiment, the fiber composite structure may also be a component of a vehicle, in particular a brake disc of such a vehicle. Furthermore, uses of the fiber composite structure in the field of measurement technology and optics (eg for probe tubes, columns, optical scissors, camera plates and lens mountings) are preferred, as in the field of mechanical engineering (eg for gripper bars, connecting rods, lifting hooks, lifting beams and rotor stirrups) Significant advantages of the fiber composite structures according to the invention, for example in the area of measuring technology and optics, are low thermal expansion (adjustable down to the negative range), low weight, high measurement accuracy, dimensional stability and positioning accuracy. excellent fatigue strength, higher output, low energy consumption and good chemical resistance. Other areas of application include aircraft construction, automotive engineering
Nutzfahrzeuge, der Schiffbau, Blechteile und Blendungen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung der Faserverbundstruktur ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens eine, bevorzugt mindestens zwei Mikrowellenstrahlungsquellen aufweist. Die Mikrowellenquellen erlauben die Abstrahlung bzw. Einbringung von Mikrowellenenergie in die imprägnierte Faserstruktur. Die Mikrowellenstrahlungsquellen können derart ausge- führt sein, dass sie die gesamte Faserstruktur in sich aufnehmen und bei Betrieb mit Mikrowellenenergie bestrahlen, oder aber lediglich lokal an einem die Faserstruktur aufnehmenden Werkzeug angebracht sind. Zur Verbesserung der Energieaufnahme durch die Faserstruktur kann die Abstrahlcharakteristik bei der Anordnung der Mikrowellenstrahlungsquelle in Bezug auf die Faserstruktur eingestellt werden.  Commercial vehicles, shipbuilding, sheet metal parts and glare. According to a particularly preferred embodiment of the device for producing the fiber composite structure, it is provided that the device has at least one, preferably at least two microwave radiation sources. The microwave sources allow the radiation or introduction of microwave energy into the impregnated fiber structure. The microwave radiation sources can be designed such that they absorb the entire fiber structure and irradiate with microwave energy during operation, or are only attached locally to a tool which accommodates the fiber structure. To improve the energy absorption by the fiber structure, the radiation characteristic in the arrangement of the microwave radiation source with respect to the fiber structure can be adjusted.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Mikrowellenstrahlungsquelle an einem Werkzeug zur Formgebung bzw. zur Aufnahme der Faserstruktur, insbesondere auf unterschiedlichen Seiten des Werkzeugs angeordnet ist. Die Anordnung an unterschiedlichen Seiten des Werk- zeugs ermöglicht eine verbesserte Energiedichteverteilung in der imprägnierten Faserstruktur. Die Anordnung kann zudem die Geometrie des Werkzeugs bzw. der imprägnierten Faserstruktur berücksichtigen, so dass ein möglichst guter Energieeintrag erfolgen kann. Die Anordnung kann auch eine vorteilhafte Homogenisierung des Strahlungsfeldes unterstützen. According to a further embodiment of the device, it is provided that the at least one microwave radiation source is arranged on a tool for shaping or for receiving the fiber structure, in particular on different sides of the tool. The arrangement on different sides of the tool enables an improved energy density distribution in the impregnated fiber structure. The arrangement can also take into account the geometry of the tool or the impregnated fiber structure, so that the best possible energy input can take place. The arrangement can also support an advantageous homogenization of the radiation field.
Gemäße einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl an Mikrowellenstrahlungsquellen an dem Werkzeug symmetrisch zur behandelnden Faserverbundstruktur angeordnet ist. Eine solche Anordnung kann eine vorteilhafte Homogenisierung des Strahlungsfeldes und damit des Energieeintrags erreichen. According to a further embodiment it can be provided that a plurality of microwave radiation sources is arranged on the tool symmetrically to the treated fiber composite structure. Such an arrangement can achieve an advantageous homogenization of the radiation field and thus of the energy input.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Mikrowellenstrahlungsquelle an dem Werkzeug zur Formgebung an einem im Wesentlichen mikrowellendurchlässigen Bereich des Werkzeugs angeordnet ist, welcher insbesondere eine Keramik, bevorzugt AI2O3, eine Granitstruktur, einen Kunststoff, und/oder eine Calci- umcarbonstruktur (z.B. Cyclics C65 Calciumcarb) aufweist. Keramiken können ausreichend homogen gefertigt werden, so dass bei Durchstrahlung mit Mikrowellen- strahlung keine Hot-Spots, d.h. Regionen übermäßiger Energieeinbringung, auftreten. Dies gewährleistet einerseits eine vorteilhafte Energieverteilung über den ge- samten Strahlungsquerschnitt und andererseits werden Beschädigungen des mikrowellendurchlässigen Bereichs vermieden. Hierbei ist auch anzuführen, dass typischerweise keine vollständige Mikrowellendurchlässigkeit erreicht werden kann. Eine Durchlässigkeit von mehr als 10%, insbesondere von mehr als 50% in It can advantageously be provided that the at least one microwave radiation source is arranged on the shaping tool on a substantially microwave-transmissive region of the tool, which in particular has a ceramic, preferably Al 2 O 3, a granite structure, a plastic, and / or a calcium umcarbonstruktur (eg Cyclics C65 calcium carb). Ceramics can be made sufficiently homogeneous, so that when irradiated with microwave radiation no hot spots, ie regions of excessive energy input, occur. On the one hand, this ensures an advantageous energy distribution over the entire radiation cross section and, on the other hand, damage to the microwave-transmissive region is avoided. It should also be mentioned that typically no complete microwave permeability can be achieved. A permeability of more than 10%, in particular of more than 50% in
vorbestimmten spektralen Bereichen kann vorliegend bereits als ausreichend angesehen werden. predetermined spectral ranges can already be considered sufficient in the present case.
Gemäße einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Leistung der wenigstens einen Mikrowellenstrahlungsquelle zwischen 1 und 300 kW beträgt. Diese Abstrahlleistungen sind typischerweise ausreichend für die meisten Behand- lungen von imprägnierten Faserstrukturen. Größere Leistungen können vorgesehen werden, wenn dies die Anwendung erfordert. According to a further embodiment it can be provided that the power of the at least one microwave radiation source is between 1 and 300 kW. These radiation powers are typically sufficient for most treatments of impregnated fiber structures. Greater performance may be provided, as the application requires.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass an dem Werkzeug wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist. Der Temperatur- fühler kann hierbei an der Außenseite des Werkzeugs oder an der Innenseite des Werkzeugs vorgesehen sein. Insbesondere kann der Temperaturfühler eine Sonde zum Einführen durch das Werkzeug in die Faserstruktur sein. Der Temperaturfühler ermöglicht eine geeignete Temperatursteuerung der Behandlung mit Mikrowellenenergie. Ausführungsgemäß können auch mehr als ein Temperaturfühler pro Faser- struktur oder pro Werkzeug vorgesehen sein. Diese können auch vorteilhaft relativ zueinander angeordnet sein. According to a further embodiment of the device, it is provided that at least one temperature sensor is arranged on the tool. The temperature sensor can be provided on the outside of the tool or on the inside of the tool. In particular, the temperature sensor may be a probe for insertion through the tool into the fiber structure. The temperature sensor allows suitable temperature control of the treatment with microwave energy. According to the embodiment, it is also possible to provide more than one temperature sensor per fiber structure or per tool. These can also be arranged advantageously relative to each other.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Werkzeug wenigstens bereichsweise temperaturisoliert ausgebildet ist. Eine Temperaturisolierung gewährleistet eine verringerte Wärmeverlustleistung beim Behandeln der imprägnierten Faserstruktur mit Mikrowellenenergie. It is also advantageous if the tool is formed at least partially insulated in temperature. Temperature insulation ensures reduced heat dissipation when treating the impregnated fiber structure with microwave energy.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug und die Mikrowellenstrahlungsquellen so aufeinander abgestimmt sind, dass in der Faserverbundstruktur bei Betrieb der wenigstens einen Mikrowellenstrahlungsquelle eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung ausgebildet wird. Damit wird gewährleistet, dass der Schmelzprozess bzw. der Vernet- zungsprozess weitgehend gleichmäßig über das gesamte Volumen der imprägnier- ten Faserstruktur erfolgt. According to a further advantageous embodiment, provision can be made for the tool and the microwave radiation sources to be matched to one another in that a substantially uniform temperature distribution is formed in the fiber composite structure during operation of the at least one microwave radiation source. This ensures that the melting process or the cross-linking process is largely uniform over the entire volume of the impregnated fiber structure.
Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen ausgeführt. Hierbei betreffen gleiche Bezugszeichen Merkmale mit im Wesentlichen gleicher Wirkung. Further features of the invention are described below by way of examples. Here, the same reference numerals relate to features having substantially the same effect.
Hierbei zeigen: Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Behandlung mittels Mikrowelleneinstrahlung einer mit einem Polymermaterial imprägnierten Faserstruktur im Quer- schnitt; 1 shows a schematic representation of the treatment by means of microwave irradiation of a fiber structure impregnated with a polymer material in cross-section;
Fig. 2a eine schematische Darstellung eines Werkzeugs in perspektivischer Ansicht zur Aufnahme von imprägnierten Faserstrukturen; Fig. 2b eine schematische Darstellung des Werkzeugs gemäß Figur 2a in perspektivischer Ansicht nach Befüllung mit einer imprägnierten Faserstruktur; FIG. 2a a schematic representation of a tool in a perspective view for receiving impregnated fiber structures; FIG. 2b a schematic representation of the tool according to FIG. 2a in a perspective view after filling with an impregnated fiber structure;
Fig. 2c eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von imprägnierten Faserstrukturen umfassend ein Werkzeug gemäß den Figuren 2a und 2b; 2c shows a schematic representation of a first embodiment of an apparatus for treating impregnated fiber structures comprising a tool according to FIGS. 2a and 2b;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einesFig. 3 is a schematic representation of another embodiment of a
Werkzeugs in perspektivischer Ansicht zur Aufnahme von imprägnierten Faserstrukturen; Tool in perspective view for receiving impregnated fiber structures;
Fig. 4a eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von imprägnierten Faserstrukturen umfassend ein Werkzeug gemäß der Figur 3; Fig. 4b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von imprägnierten Faserstrukturen umfassend ein Werkzeug gemäß der Figur 3; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer4a shows a schematic representation of a second embodiment of a device for the treatment of impregnated fiber structures comprising a tool according to FIG. 3; 4b is a schematic representation of another embodiment of an apparatus for treating impregnated fiber structures comprising a tool according to FIG. 3; Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment of a
Vorrichtung zur Behandlung von imprägnierten Faserstrukturen als Pultrusionsvor- richtung; Apparatus for treating impregnated fiber structures as a pultrusion device;
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Behandlung mittels Mikrowellenstrahlung 10 einer mit einem Polymermaterial 3 imprägnierten Faserstruktur 2 (beide vorliegend nicht einzeln gezeigt) im Querschnitt. Die mit einem Polymermaterial 3 imprägnierte Faserstruktur 2 ist vorliegend als eine bereits hergestellt Faserverbundstruktur 1 abgebildet. Die Faserverbundstruktur 1 ist aufgenommen in einem Werk- zeug 65, welches die Faserverbundstruktur 1 allseitig umschließt. Folglich kann die Faserverbundstruktur 1 mit Mikrowellenstrahlung 10 beaufschlagt werden, so dass das Polymermaterial 3 schmilzt und/oder vernetzt, wenn die absorbierte Mikrowellenenergie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Zusätzlich kann das Werkzeug noch mit Druck beaufschlagt werden, um etwa ein Pressen der mit einem Polymermaterial 3 imprägnierten Faserstruktur 2 (Faserverbundstruktur 1 ) vorzunehmen. 1 shows a schematic representation of the treatment by means of microwave radiation 10 of a fiber structure 2 impregnated with a polymer material 3 (both not individually shown here) in cross-section. The fiber structure 2 impregnated with a polymer material 3 is presently depicted as an already produced fiber composite structure 1. The fiber composite structure 1 is accommodated in a tool 65, which encloses the fiber composite structure 1 on all sides. Consequently, the composite fiber structure 1 can be exposed to microwave radiation 10, so that the polymer material 3 melts and / or crosslinks when the absorbed microwave energy is converted into heat energy. In addition, the tool can still be pressurized in order to carry out a pressing of the polymer material 3 impregnated fiber structure 2 (fiber composite structure 1).
Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeugs 65 in perspektivischer Ansicht zur Aufnahme von imprägnierten Faserstrukturen 2. Das Werkzeug 65 weist eine Aufnahme 67 auf, in welcher imprägnierte Faserstrukturen 2 aufgenommen werden können. Insbesondere können die Faserstrukturen 2 in der Aufnahme 67 mit einem Polymermaterial 3 (vorliegend nicht gezeigt) gemischt und imprägniert werden, wenn sie nicht bereits vorab mit diesem imprägniert wurden. Die Aufnahme 67 weist eine fest vorgegebene Form auf, so dass die imprägnierten Faserstrukturen 2 nach dem Behandeln mit Mikrowellenenergie eine entsprechende Gegenform auf- weisen. Weiter weist das Werkzeug 65 eine Abdeckung (nicht mit einem Bezugszeichen versehen) auf, mit welcher die Aufnahme verschlossen bzw. abgedeckt werden kann. Die Abdeckung ist der Form der Aufnahme 67 entsprechend angepasst, so dass vorzugsweise ein passgenauer Verschluss der Öffnung der Aufnahme 67 erfolgen kann. Vorliegend ist die imprägnierte Faserstruktur 2 lediglich schematisch dar- gestellt. Die Faserstruktur 2 ist hierbei, wie in Figur 2b gezeigt, mit einem Polymermaterial 3 imprägniert bzw. gemischt, wobei auch das Polymermaterial 3 lediglich schematisch angedeutet ist. Der Füllzustand der Aufnahme 67 kann je nach Anforderungen variieren bzw. eingestellt werden. 2a shows a schematic representation of a tool 65 in a perspective view for receiving impregnated fiber structures 2. The tool 65 has a receptacle 67, in which impregnated fiber structures 2 can be accommodated. In particular, the fiber structures 2 in the receptacle 67 may be mixed and impregnated with a polymeric material 3 (not shown herein) if they have not already been previously impregnated therewith. The receptacle 67 has a fixed predetermined shape, so that the impregnated fiber structures 2 have a corresponding counter-form after being treated with microwave energy. Furthermore, the tool 65 has a cover (not provided with a reference numeral) with which the receptacle can be closed or covered. The cover is adapted to the shape of the receptacle 67, so that preferably a fitting closure of the opening of the receptacle 67 can take place. In the present case, the impregnated fiber structure 2 is only schematically illustrated. posed. In this case, the fiber structure 2 is impregnated or mixed with a polymer material 3, as shown in FIG. 2 b, the polymer material 3 being indicated only schematically. The filling state of the receptacle 67 can vary or be adjusted depending on the requirements.
Nach Einbringen einer ausreichenden Menge von imprägnierten Faserstrukturen 2 in die Aufnahme 67 wird das Werkzeug 67 verschlossen und in einem Behandlungs- prozess mit Mikrowellenenergie 10 aus einer Mikrowellenstrahlungsquelle 70 bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt vorliegend von der Seite, welche der Aufnahme 67 entgegen gerichtet ist, kann jedoch nach anderen Anforderungen von einer beliebigen Seite erfolgen. Voraussetzung ist lediglich, dass die Mikrowellenenergie durch die Wandungen des Werkzeugs 65 in die imprägnierte Faserstruktur 2 eingebracht werden kann. Hierzu kann ein mikrowellendurchlässiger Bereich 66 vorgesehen sein, über welchen die Mikrowellenenergie in die Aufnahme 67 eingekoppelt werden kann. Gleichzeitig oder auch zeitversetzt kann auch Druck (symbolisch Dargestellt durch den Pfeil) auf die Abdeckung der Aufnahme 67 ausgeübt werden, welcher an die imprägnierte Faserstruktur 2 entsprechend übertragen wird. Damit erfolgt eine Kom- paktierung der imprägnierten Faserstruktur 2. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Werkzeugs 65 in perspektivischer Ansicht zur Aufnahme von imprägnierten Faserstrukturen 2. Anders als Werkzeug 65 in den Figuren 2a bis 2c weist das vorliegende Werkzeug 65 eine ringförmige Struktur auf. Derartige Ausformungen sind insbesondere geeignet, für die Herstellung von Bremsscheiben. Das Werkzeug 65 weist eine Abdeckung der ringförmigen Aufnahme 67 auf, welche einen mikrowellendurchlässigen Bereich 66 definiert. Beispielsweise ist die gesamte Abdeckung aus einem mikrowellendurchlässigen Material wie AI2O3 hergestellt, so dass direkt durch die Abdeckung Mikrowellenenergie in die Aufnahme 67 eingestrahlt werden kann . Alternativ hierzu können auch einzelne Fenster vorgesehen sein. Die übrigen Wandungen können zudem auch temperaturisoliert sein, so dass die Wärmeverluste vermindert werden. After introducing a sufficient amount of impregnated fiber structures 2 into the receptacle 67, the tool 67 is closed and irradiated in a treatment process with microwave energy 10 from a microwave radiation source 70. The irradiation takes place in the present case from the side which is directed counter to the receptacle 67, but can be made according to other requirements from any side. The only prerequisite is that the microwave energy can be introduced through the walls of the tool 65 in the impregnated fiber structure 2. For this purpose, a microwave permeable region 66 can be provided, via which the microwave energy can be coupled into the receptacle 67. At the same time or with a time delay, pressure (symbolically represented by the arrow) can also be exerted on the cover of the receptacle 67, which is transmitted correspondingly to the impregnated fiber structure 2. FIG. 3 shows a schematic representation of another embodiment of a tool 65 in a perspective view for receiving impregnated fiber structures 2. Unlike tool 65 in FIGS. 2a to 2c, the present tool 65 has a annular structure on. Such formations are particularly suitable for the production of brake discs. The tool 65 has a cover of the annular receptacle 67, which defines a microwave transmissive region 66. For example, the entire cover is made of a microwave-transparent material such as Al 2 O 3, so that directly through the cover microwave energy can be radiated into the receptacle 67. Alternatively, individual windows may be provided. The remaining walls can also be temperature-insulated, so that the heat losses are reduced.
Wie in Fig. 4a dargestellt, können eine Mehrzahl an Mikrowellenstrahlungsquellen 70 auf der Abdeckung vorgesehen sein, welche eine Abstrahlungsrichtung in Richtung der Aufnahme 67 aufweisen. Vorliegend sind insgesamt 4 Mikrowellenstrahlungsquellen 70 vorgesehen, welche symmetrisch auf der Abdeckung angeordnet sind. Hierbei ist jedoch jede andere Anzahl an Mikrowellenstrahlungsquellen 70 denkbar. Alternativ oder ergänzend, wie in Fig. 4b dargestellt, können zudem auch noch weitere Mikrowellenstrahlungsquellen 70 auf der den ersten Mikrowellenstrahlungsquellen 70 gegenüber liegenden Seite des Werkzeugs 65 vorgesehen sein, welche ebenso symmetrisch angeordnet sind. Auch diese zweiten Mikrowellenstrahlungsquellen 70 können eine andere Anordnung bzw. Anzahl aufweisen als vorliegend gezeigt. Wesentlich ist jedoch, dass auch bei Verwendung weiterer Mikrowellenstrahlungsquellen 70, diese Ihre Energie durch einen mikrowellendurchlässigen Bereich 66 in das Innere des Werkzeugs 65 abgeben. Dieser ist vorliegend nicht genauer bestimmt. Zusätzlich können in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 4a und Fig. 4b auch noch weitere Pressvorrichtungen vorgesehen sein, welche Druck über die Abdeckung auf die imprägnierte Faserstruktur 2 ausüben. Die Pressvorrichtungen sind vorliegend nicht weiter dargestellt. Beispielsweise können, wie interne Versuche ergeben haben, bei einer Einwiegmasse von 2500 g imprägnierter Faserstruktur unter einer Aufheizrate von 10 K/min eine Temperatur von 180 °C über eine Zeit von 20 Minuten gehalten werden, um eine stabile Faserverbundstruktur zu erhalten. Die Masse der so hergestellten Faserverbundstruktur betrug etwa 2300 g nach dem Behandlungsprozess mit einer Dicke von ca. 2 cm und wies eine Dichte von 1 ,21 g/cm3 auf. As shown in Fig. 4a, a plurality of microwave radiation sources 70 may be provided on the cover, which a radiation direction in the direction the receptacle 67 have. In the present case, a total of 4 microwave radiation sources 70 are provided, which are arranged symmetrically on the cover. In this case, however, any other number of microwave radiation sources 70 is conceivable. Alternatively or additionally, as shown in FIG. 4b, further microwave radiation sources 70 may additionally be provided on the side of the tool 65 opposite the first microwave radiation sources 70, which are likewise arranged symmetrically. These second microwave radiation sources 70 may also have a different arrangement or number than shown here. It is essential, however, that even with the use of further microwave radiation sources 70, they release their energy through a microwave-permeable region 66 into the interior of the tool 65. This is not specified here. In addition, in the exemplary embodiments according to FIGS. 4 a and 4 b, further pressing devices may also be provided which exert pressure on the impregnated fiber structure 2 via the cover. The pressing devices are not shown here. For example, as internal experiments have shown, with a weight of 2500 g of impregnated fiber structure at a heating rate of 10 K / min, a temperature of 180 ° C can be maintained over a period of 20 minutes to obtain a stable fiber composite structure. The mass of the fiber composite structure thus produced was about 2300 g after the treatment process with a thickness of about 2 cm and had a density of 1, 21 g / cm 3 .
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 60 zur Behandlung von imprägnierten Faserstrukturen als Pultrusionsvorrichtung. Hierbei wird ein Faserstrang oder Roving, im Sinne einer Faserstruktur 2, insbesondere aus Carbonfasern, über Umlenkrollen 68 in ein Tauchbad 69 eingeführt, in welchem der Faserstrang oder Roving 20 mit einem Polymermaterial 3 getränkt, d.h. imprägniert wird. Anschließend wird der imprägnierte Faserstrang 20, im Sinne einer imprägnierten Faserstruktur 2, in einen Einlass 64 der Pultrusionsvorrichtung 60 gezogen. Nach Durchlaufen des Einlasses 64 wird die Faserstruktur 2 (Faserstrang/Roving 20) mit Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenstrahlungsquelle 70 behandelt, wobei das Polymermaterial wenigstens teilweise vernetzt. Anschließend wird der Faser- strang/Roving 20 in das Werkzeug 65 als Formwerkzeug geführt. Nach dem Form- prozess wird ein pultrudierter Faserstrang/Roving 20 (Faserverbundstruktur 1 ) er- halten. 5 shows a schematic representation of a device 60 for treating impregnated fiber structures as a pultrusion device. Here, a fiber strand or roving, in the sense of a fiber structure 2, in particular carbon fibers, introduced via deflection rollers 68 in a dipping 69, in which the fiber strand or roving 20 soaked with a polymer material 3, that is impregnated. Subsequently, the impregnated fiber strand 20, in the sense of an impregnated fiber structure 2, is drawn into an inlet 64 of the pultrusion device 60. After passing through the inlet 64, the fiber structure 2 (fiber strand / roving 20) with Treated microwave energy from a microwave radiation source 70, wherein the polymer material at least partially crosslinked. Subsequently, the fiber strand / roving 20 is guided into the tool 65 as a molding tool. After the molding process, a pultruded fiber strand / roving 20 (fiber composite structure 1) is obtained.
Beispielsweise können bei dem Pultrusionsprozess Carbonfasern der Hersteller Te- nax und SGL (Sigrafil) geeignet in Flachprofile verarbeitet werden. Als Pultrusions- werkzeug eignet sich ein Werkzeug mit einer Querschnittsfläche von 50mm2 unter Verwendung einer Abzugsgeschwindigkeit zwischen 0,3m/min und 1 ,235m/min. Die Dicke des Pultrudats beträgt insbesondere zwischen 1 und 2 mm, wobei ein Faservolumengehalt erzielt werden kann, welcher ca. 60% beträgt. Die Werkzeugtemperatur kann geeignet auf 150 bis 200°C eingestellt werden. Die Kühlung des Werkzeugs kann am Einlass erfolgen. Als Polymermaterial hat sich das Phenolharz Epo- nol 2509 zusammen mit dem Härter Eponol 2501 /B unter Zusatz von Eponol PHL 2601 /A2 als Trennmittel als vorteilhaft erwiesen. Als Füllstoff können zudem die Füllstoffe ASP 400 eingesetzt werden. For example, in the pultrusion process, carbon fibers of the manufacturers Teaxax and SGL (Sigrafil) can be suitably processed in flat profiles. As a pultrusion tool, a tool with a cross-sectional area of 50 mm 2 is suitable, using a take-off speed between 0.3 m / min and 1.235 m / min. The thickness of the pultrudate is in particular between 1 and 2 mm, whereby a fiber volume content can be achieved, which is about 60%. The mold temperature can be suitably adjusted to 150 to 200 ° C. The cooling of the tool can be done at the inlet. As a polymer material, the phenolic resin Eponol 2509 together with the curing agent Eponol 2501 / B with the addition of eponol PHL 2601 / A2 has proven to be advantageous as a release agent. In addition, the filler ASP 400 can be used as a filler.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Faserverbundstruktur 1 fiber composite structure
2 Faserstruktur  2 fiber structure
3 Polymermaterial  3 polymer material
10 Mikrowellenenergie  10 microwave energy
20 Strang/Roving  20 strand / roving
60 Vorrichtung  60 device
64 Einlass  64 inlet
65 Werkzeug  65 tool
66 mikrowellendurchlässigen Bereich 66 microwave permeable area
67 Aufnahme 67 recording
68 Umlenkrolle  68 pulley
69 Tauchbad  69 dipping bath
70 Mikrowellenstrahlungsquelle  70 microwave radiation source

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Verfahren zur Herstellung von Faserverbundstrukturen (1 ), welches die folgenden Schritte umfasst: 1. A process for producing fiber composite structures (1), which comprises the following steps:
- Imprägnieren einer Faserstruktur (2) mit einem Polymermaterial (3); - Impregnating a fiber structure (2) with a polymer material (3);
- Behandeln der imprägnierten Faserstruktur (2) durch Einbringen von Mikrowellenenergie in die imprägnierte Faserstruktur (2) zum Schmelzen und/oder zum Vernetzen des Polymermaterials (3).  - Treating the impregnated fiber structure (2) by introducing microwave energy into the impregnated fiber structure (2) for melting and / or crosslinking of the polymer material (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
vordem Schritt des Behandeins der imprägnierten Faserstruktur (2) mit Mikrowellenenergie die imprägnierte Faserstruktur (2) durch ein Tiefstrangziehen (Pultrusion), Kalandern, Laminieren, insbesondere Bandlaminieren, Pressen, insbesondere Bandpressen, oder Innenhochdruckumformen vorgeformt wird. prior to the step of treating the impregnated fiber structure (2) with microwave energy, the impregnated fiber structure (2) is preformed by deep drawing (pultrusion), calendering, laminating, especially tape laminating, pressing, in particular belt pressing, or hydroforming.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
während des Schritts des Behandeins der imprägnierten Faserstruktur (2) mit Mikro- wellenenergie gleichzeitig die imprägnierte Faserstruktur (2) durch ein Tiefstrangziehen (Pultrusion), Kalandern, Laminieren, insbesondere Bandlaminieren, Pressen, insbesondere Bandpressen, oder Innenhochdruckumformen umgeformt wird. during the step of treating the impregnated fiber structure (2) with microwave energy, simultaneously the impregnated fiber structure (2) is formed by deep drawing (pultrusion), calendering, laminating, in particular band laminating, pressing, in particular belt pressing, or hydroforming.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Verfahren auch die folgenden Schritte aufweist: the method also comprises the following steps:
- Einlegen von zumindest zwei imprägnierten Faserstrukturen (2) in ein Werkzeug (65); und  - Inserting at least two impregnated fiber structures (2) in a tool (65); and
- Fügen der zumindest zwei imprägnierten Faserstrukturen (2) während des Behan- delns der imprägnierten Faserstruktur (2) durch Einbringen von Mikrowellenenergie.  - Adding the at least two impregnated fiber structures (2) during the treatment of the impregnated fiber structure (2) by introducing microwave energy.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Fügen durch Einsatz eines Haftvermittlers oder Klebstoffs unterstützt wird. the joining is supported by the use of a primer or adhesive.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Verfahren auch die folgenden Schritte aufweist: the method also comprises the following steps:
- Einfügen eines Kernes in die Faserstruktur (2) bzw. zwischen die Faserstrukturen (2) zur Ausbildung von Hohlräumen in den Faserverbundstrukturen (1); und - Inserting a core in the fiber structure (2) or between the fiber structures (2) to form cavities in the fiber composite structures (1); and
- Entfernen des Kernes während oder nach dem Behandeln der imprägnierten Faserstruktur (2) durch Einbringen von Mikrowellenenergie (10). - Removing the core during or after treating the impregnated fiber structure (2) by introducing microwave energy (10).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Behandeln der imprägnierten Faserstruktur (2) durch Einbringen von Mikrowellenenergie temperaturgesteuert erfolgt. the treatment of the impregnated fiber structure (2) is temperature controlled by introducing microwave energy.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, 8. The method according to any one of the preceding claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Behandeln der imprägnierten Faserstruktur (2) durch Einbringen von Mikrowellenenergie leistungsgesteuert ist. the treatment of the impregnated fiber structure (2) is power controlled by introduction of microwave energy.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Behandeln der imprägnierten Faserstruktur (2) durch Einbringen von Mikrowellenenergie zwischen 1 min und 60 min dauert. the treatment of the impregnated fiber structure (2) takes place by introducing microwave energy between 1 min and 60 min.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, 10. The method according to any one of the preceding claims 3 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
ein Pressen weggesteuert oder druckgesteuert erfolgt. a pressing away controlled or pressure controlled.
11. Faserverbundstruktur (1 ) erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 11. Fiber composite structure (1) obtainable by a method according to one of the preceding claims.
12. Faserverbundstruktur nach Anspruch 11 , 12. fiber composite structure according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das zum Imprägnieren vorgesehene Polymermaterial (3) ein duroplastisches und/oder thermoplastisches Harz ist. characterized in that the impregnated polymeric material (3) is a thermosetting and / or thermoplastic resin.
13. Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass 13. fiber composite structure according to any one of the preceding claims 11 or 12, characterized in that
das zum Imprägnieren vorgesehene Polymermaterial (3) ein organisches und/oder anorganisches Harz ist. the impregnated polymeric material (3) is an organic and / or inorganic resin.
14. Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass 14. fiber composite structure according to one of the preceding claims 11 to 13, characterized in that
die Faserstruktur (2) Faserrovinge, Kurzschnittfasern, Faserbündel oder textiles Halbzeug wie Gewebe, Gelege, Geflecht oder Gewirke umfasst. the fibrous structure (2) comprises fiber rovings, short cut fibers, fiber bundles or semi-finished textile products such as woven, scrim, braid or knitted fabric.
15. Faserverbundstruktur nach Anspruch 14, 15. fiber composite structure according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Faserstruktur (2) vorbehandelte Faserbündel, insbesondere temperaturvorbe- handelte Faserbündel umfasst. the fiber structure (2) pretreated fiber bundles, in particular temperature pre-treated fiber bundles comprises.
16. Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass 16. fiber composite structure according to one of the preceding claims 11 to 15, characterized in that
die Faserstruktur (2) mechanisch vorbehandelte Faserbündel, insbesondere mechanisch vorgemischte Faserbündel umfasst. the fiber structure (2) comprises mechanically pretreated fiber bundles, in particular mechanically premixed fiber bundles.
17. Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass 17. Fiber composite structure according to one of the preceding claims 11 to 16, characterized in that
die Faserstruktur (2) Faserbündel einer definierten, im Wesentlichen gleichmäßigen Größe umfasst. the fiber structure (2) comprises fiber bundles of a defined, substantially uniform size.
18. Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass 18. fiber composite structure according to one of the preceding claims 11 to 17, characterized in that
die Faserstruktur (2) eine Anzahl an verschieden langen Fasern umfasst, insbesondere die Fasern aufeinander angeordnet sind und bevorzugt unterschiedliche Orientierungen der Fasererstreckungsrichtungen aufweisen. the fiber structure (2) comprises a number of fibers of different lengths, in particular the fibers are arranged on top of each other and preferably have different orientations of the fiber extension directions.
19. Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass 19. fiber composite structure according to one of the preceding claims 11 to 18, characterized in that
die Faserverbundstruktur (1) ein Bauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eine Bremsscheibe ist. the fiber composite structure (1) is a component of a vehicle, in particular a brake disk.
20. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, 20. An apparatus for producing a fiber composite structure according to one of the preceding claims 11 to 19,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Vorrichtung (60) wenigstens eine, bevorzugt mindestens zwei Mikrowellenstrah- lungsquellen (70) aufweist. the device (60) has at least one, preferably at least two microwave radiation sources (70).
21. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass 21. An apparatus for producing a fiber composite structure according to claim 20, characterized in that
die wenigstens eine Mikrowellenstrahlungsquelle (70) an einem Werkzeug (65) zur Formgebung, insbesondere auf unterschiedlichen Seiten des Werkzeugs (65) angeordnet ist. the at least one microwave radiation source (70) is arranged on a tool (65) for shaping, in particular on different sides of the tool (65).
22. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach Anspruch 20 oder 21, 22. An apparatus for producing a fiber composite structure according to claim 20 or 21,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Mehrzahl an Mikrowellenstrahlungsquellen (70) an dem Werkzeug (65) symmetrisch zur behandelnden Faserverbundstruktur (1) angeordnet ist. a plurality of microwave radiation sources (70) are arranged on the tool (65) symmetrically with respect to the treated fiber composite structure (1).
23. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach einem der An- Sprüche 20 bis 22, 23. An apparatus for producing a fiber composite structure according to any one of the arrival claims 20 to 22,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die wenigstens eine Mikrowellenstrahlungsquelle (70) an dem Werkzeug (65) zur Formgebung an einem im Wesentlichen mikrowellendurchlässigen Bereich (66) des Werkzeugs (65) angeordnet sind, welcher insbesondere eine Keramik, bevorzugt AI2O3, eine Granitstruktur, einen Kunststoff, und/oder eine Calciumcarbonatstruktur aufweist. the at least one microwave radiation source (70) is arranged on the tool (65) for shaping on a substantially microwave transparent area (66) of the tool (65), which in particular is a ceramic, preferably Al 2 O 3, a granite structure, a plastic, and / or a Having calcium carbonate structure.
24. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass 24. An apparatus for producing a fiber composite structure according to one of claims 20 to 23, characterized in that
die Leistung der wenigstens einen Mikrowellenstrahlungsquelle (70) zwischen 1 und 300 kW beträgt. the power of the at least one microwave radiation source (70) is between 1 and 300 kW.
25. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach einem der Ansprüche 20 bis 24, 25. An apparatus for producing a fiber composite structure according to any one of claims 20 to 24,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
an dem Werkzeug (65) wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist. at least one temperature sensor is arranged on the tool (65).
26. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach einem der Ansprüche 20 bis 25, 26. An apparatus for producing a fiber composite structure according to any one of claims 20 to 25,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Werkzeug (65) wenigstens bereichsweise temperaturisoliert ausgebildet ist. the tool (65) is at least partially formed temperature insulated.
27. Vorrichtung zur Herstellung einer Faserverbundstruktur nach einem der Ansprüche 20 bis 26, 27. An apparatus for producing a fiber composite structure according to any one of claims 20 to 26,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Werkzeug (65) und die Mikrowellenstrahlungsquellen (70) so aufeinander abgestimmt sind, dass in der Faserverbundstruktur (1) bei Betrieb der wenigstens einen Mirkowellenstrahlungsquelle (70) eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung ausgebildet wird. the tool (65) and the microwave radiation sources (70) are matched to one another in such a way that a substantially uniform temperature distribution is formed in the fiber composite structure (1) during operation of the at least one microwave radiation source (70).
PCT/EP2010/070163 2009-12-17 2010-12-17 Method for producing fiber composite structures, including microwave curing step, and fiber composite structure thereby obtained WO2011073433A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10798784A EP2512781A1 (en) 2009-12-17 2010-12-17 Method for producing fiber composite structures, including microwave curing step, and fiber composite structure thereby obtained

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009054894.7 2009-12-17
DE102009054894A DE102009054894A1 (en) 2009-12-17 2009-12-17 Process for the production of fiber composites with microwave curing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011073433A1 true WO2011073433A1 (en) 2011-06-23

Family

ID=43707797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/070163 WO2011073433A1 (en) 2009-12-17 2010-12-17 Method for producing fiber composite structures, including microwave curing step, and fiber composite structure thereby obtained

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2512781A1 (en)
DE (1) DE102009054894A1 (en)
WO (1) WO2011073433A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2777908A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-17 Loiretech Tool for implementing a composite material
GB2519636A (en) * 2013-08-23 2015-04-29 Pentaxia Ltd Microwave curing of composite materials
US20150224683A1 (en) * 2014-02-10 2015-08-13 Hyundai Motor Europe Technical Center Gmbh Method and apparatus for manufacturing a fiber-reinforced thermoset article
DE102014004053A1 (en) 2014-03-21 2015-09-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for the consolidation of thermoplastic or thermoelastic fiber composite structures
DE102015014512A1 (en) 2015-11-11 2017-05-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for the consolidation of impregnated fiber composite structures
JP2018144457A (en) * 2017-03-09 2018-09-20 Jsr株式会社 Thermosetting resin molding method

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012108132B4 (en) 2012-08-31 2015-01-22 Firep Rebar Technology Gmbh Process for the production of reinforcing elements made of fiber-reinforced plastic
DE102012217104A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-27 Zf Friedrichshafen Ag Friction lining for dry running friction clutch of clutch disk in vehicle, has material or material mixture provided with negative thermal expansion coefficient in longitudinal direction of fibers of material or material mixture
DE102013000714A1 (en) * 2013-01-17 2014-07-17 Johnson Controls Gmbh Preparing a fiber reinforced composite material, useful in automotive manufacture, comprises arranging a first layer comprising polyamide fibers on a second layer comprising a matrix polymer and heating the material by microwave radiation

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4477707A (en) * 1982-11-24 1984-10-16 General Electric Company Electromagnetic field heating apparatus for curing resin/fiber composites in continuous pultrusion processes
FR2618378A1 (en) * 1987-04-22 1989-01-27 Pelissier Jean Pierre Microwave pultruder
EP0347299A1 (en) * 1988-06-16 1989-12-20 Societe Anonyme Des Usines Chausson Process and device for forming and polymerizing thermosetting plastic articles
US5073315A (en) * 1989-12-19 1991-12-17 Bertelson Peter C Methods for making fiber reinforced wheels and other structural moldings
GB2245893A (en) * 1990-07-10 1992-01-15 Shaw John Ltd Fibre reinforced plastic composites
US5470423A (en) * 1994-01-25 1995-11-28 Board Of Trustees Operating Michigan State University Microwave pultrusion apparatus and method of use
WO2005002852A1 (en) * 2003-07-01 2005-01-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for producing fiber-reinforced composite material parts
US20080023130A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Airbus Espana, S.L. Tool and process for manufacturing pieces of composite materials outside an autoclave
DE102007050312A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a fiber composite component

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4477707A (en) * 1982-11-24 1984-10-16 General Electric Company Electromagnetic field heating apparatus for curing resin/fiber composites in continuous pultrusion processes
FR2618378A1 (en) * 1987-04-22 1989-01-27 Pelissier Jean Pierre Microwave pultruder
EP0347299A1 (en) * 1988-06-16 1989-12-20 Societe Anonyme Des Usines Chausson Process and device for forming and polymerizing thermosetting plastic articles
US5073315A (en) * 1989-12-19 1991-12-17 Bertelson Peter C Methods for making fiber reinforced wheels and other structural moldings
GB2245893A (en) * 1990-07-10 1992-01-15 Shaw John Ltd Fibre reinforced plastic composites
US5470423A (en) * 1994-01-25 1995-11-28 Board Of Trustees Operating Michigan State University Microwave pultrusion apparatus and method of use
WO2005002852A1 (en) * 2003-07-01 2005-01-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for producing fiber-reinforced composite material parts
US20080023130A1 (en) * 2006-07-31 2008-01-31 Airbus Espana, S.L. Tool and process for manufacturing pieces of composite materials outside an autoclave
DE102007050312A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for producing a fiber composite component

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI J B ET AL: "Recent Progress in Microwave Processing of Polymers and Composites", TRENDS IN POLYMER SCIENCE, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V. AMSTERDAM, NL, vol. 4, no. 1, 1 January 1996 (1996-01-01), pages 18 - 24, XP004049306, ISSN: 0966-4793 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2777908A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-17 Loiretech Tool for implementing a composite material
FR3005435A1 (en) * 2013-03-11 2014-11-14 Loiretech METHOD AND DEVICE FOR HEATING A FIBROUS COMPOSITE PREFORM
GB2519636A (en) * 2013-08-23 2015-04-29 Pentaxia Ltd Microwave curing of composite materials
US20150224683A1 (en) * 2014-02-10 2015-08-13 Hyundai Motor Europe Technical Center Gmbh Method and apparatus for manufacturing a fiber-reinforced thermoset article
DE102014004053A1 (en) 2014-03-21 2015-09-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for the consolidation of thermoplastic or thermoelastic fiber composite structures
DE102014004053B4 (en) * 2014-03-21 2017-05-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for the consolidation of thermoplastic or thermoelastic fiber composite structures
DE102015014512A1 (en) 2015-11-11 2017-05-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for the consolidation of impregnated fiber composite structures
EP3168036A1 (en) 2015-11-11 2017-05-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for consolidating impregnated fiber composite structures
DE102015014512B4 (en) * 2015-11-11 2017-05-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for the consolidation of impregnated fiber composite structures
JP2018144457A (en) * 2017-03-09 2018-09-20 Jsr株式会社 Thermosetting resin molding method

Also Published As

Publication number Publication date
EP2512781A1 (en) 2012-10-24
DE102009054894A1 (en) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2512781A1 (en) Method for producing fiber composite structures, including microwave curing step, and fiber composite structure thereby obtained
EP2498965B1 (en) Method of producing an article of fiber-reinforced material
EP2200797B1 (en) Method for producing a fibre-composite component
EP3180182B1 (en) Method for producing an smc component provided with a unidirectional fibre scrim
WO2009153259A2 (en) Method and mold for the production of parts from fiber-reinforced composite material by means of microwaves
EP1897680A1 (en) Manufacturing process of a honeycomb sandwich panel
DE102008029056A1 (en) Manufacturing method of fiber reinforced composite components with microwaves
EP2915659B1 (en) Fibre composite component with filling body crosslinked by irradiation
EP2794220B1 (en) Method for producing a fibre composite material and a device for carrying out the method
EP0915070B1 (en) Method of making carbon fibre reinforced ceramified shaped body and use of such a shaped body
DE102010006805A1 (en) Method for manufacturing component e.g. shell part of car body, in automobile industry, involves discontinuously manufacturing complex component from preform, and introducing preform into press, and pressing preform
EP1547992B1 (en) Process for producing a fibre reinforced composite material and the fibre reinforced composite material
EP3168036B1 (en) Method and device for consolidating impregnated fiber composite structures
DE102011110206A1 (en) Form tool for manufacturing fiber composite component, has shaping tool part and another shaping tool part, where fiber layers are introduced between former tool part and latter tool part for forming fiber composite component
DE102010010802B4 (en) Method and device for producing fiber-reinforced polymer molded parts
EP2567805A2 (en) Production of a fibre composite component
DE102010053841A1 (en) Textile semi-finished products useful for manufacturing fiber-reinforced structural-parts for motor vehicles, comprises at least one non-metallic fiber assembly, and at least one wire with a plastic deformability
DE102015113688A1 (en) Method for producing a component
EP2150396B1 (en) Method for shaping profiles of unidirectional fibre reinforced composite materials during the production process
DE4301396C2 (en) Process for the production of porous fiber components
EP2830843B1 (en) Fiber composite production system
EP2758219B1 (en) Production of a rotor blade of a wind turbine by means of heating on both sides
DE102011010683A1 (en) Tool for producing fiber reinforced material component of motor vehicle, has negative mold equipped with microwave-permeable sections, so that curing process of impregnation material is performed by guiding microwave radiation
WO2021069724A1 (en) Synthetic fibre composite components
DE102013210441A1 (en) Differential-thermal tool concept for the production of fiber composites

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10798784

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010798784

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE