WO2013045087A1 - Composite component made of thermoplastic material and elastomers, and method for producing such a composite component - Google Patents

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WO2013045087A1
WO2013045087A1 PCT/EP2012/004041 EP2012004041W WO2013045087A1 WO 2013045087 A1 WO2013045087 A1 WO 2013045087A1 EP 2012004041 W EP2012004041 W EP 2012004041W WO 2013045087 A1 WO2013045087 A1 WO 2013045087A1
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layer
composite component
fibers
plastic
component according
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PCT/EP2012/004041
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Frieder Vielsack
Jens Schaube
Judith Zahn
Florian Plenk
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Kraiburg Tpe Gmbh & Co. Kg
Gummiwerk Kraiburg Gmbh & Co. Kg
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/086—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers and with one or more layers of pure plastics material, e.g. foam layers
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    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2274/00—Thermoplastic elastomer material

Definitions

  • Composite component made of thermoplastic material and elastomers and method for producing such a composite component
  • the invention relates to a composite component of at least one plastic layer and at least one elastomer layer according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a composite component according to claim 13.
  • a composite component in which a first, at least partially made of a thermosetting synthetic resin layer and a second, at least partially made of an elastomer layer are joined together by a common heat treatment in one operation.
  • thermoplastic elastomers consist of thermoplastic end blocks and an elastic middle block. They belong to a group of materials that are structurally and behaviorally to be classified between plastic (thermoplastics) and rubber (elastomers).
  • thermoplastic Elastomers TPE have now established themselves as an independent class of materials. On the one hand, they combine the positive properties of plastics for the processor and, on the other hand, the elastomers for product developers and designers. Like thermoplastics, TPEs become plastic when they are supplied with heat, and when cooled again they show elastic behavior.
  • TPE is a physical cross-linking that is also reversible due to renewed heat input.
  • crosslinking sites are formed which connect the elastic blocks to fixed spatial networks.
  • FRP fiber-reinforced plastics
  • the invention provides that the at least one at least partially made of a plastic first layer consists of a fiber reinforced plastic with a thermoplastic matrix and the at least one second, at least partially made of an elastomer layer having this first layer are joined together to form a thermally deformable thermoplastic composite component under the influence of temperature.
  • thermoplastic matrix of the fiber composite plastic that is to say the first layer and the second layer consisting of a thermoplastic elastomer (TPE)
  • TPE thermoplastic elastomer
  • this composite component can optionally be connected to further layers, for example a paint film, or to a preferably thin and hard plastic outer layer, preferably of polyethylene (PE) and in particular of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW-PE).
  • PE polyethylene
  • UHMW-PE Ultra High Molecular Weight Polyethylene
  • the composite component may be formed as a plate-shaped semifinished product, which is then brought to a component under the action of heat again in a deformable state for final processing and then brought into the final desired shape.
  • the composite component can also be formed only in the further processing and final shaping of the only slightly connected superimposed layers.
  • the optionally provided further layers can either already be connected to the semifinished product or can also be seriously introduced into the component in a further processing process.
  • the plastic layer with the thermoplastic matrix is reinforced by means of long fibers or continuous fibers. Of long fibers is spoken in this context at a fiber length of 2 mm to 50 mm; with a fiber length of over 50 mm, the expert speaks of continuous fibers.
  • Fibers may be arranged in loose form or in the form of a fabric, a mat or a pulp.
  • plastic composite component in the sense of the present invention will also be used spoken, if one or more layers of the plastic composite component made of metal or other, not to be designated as plastics materials.
  • the fiber-reinforced first layer with thermoplastic matrix acting as reinforcement, and the second layer of TPE located thereon, are preferably constructed together in one operation and then connected to one another under the effect of pressure and / or temperature. All involved raw materials are coordinated so that they form a liability to each other. In contrast to the aforementioned WO 2006/122749 A1, no chemical crosslinking or curing takes place in the composite component according to the invention.
  • the composite component according to the invention can be brought into a deformable state at any time by renewed heating.
  • a working temperature suitable for such deformation is preferably between 120 ° C and 400 ° C.
  • both layers are guided as material webs lying one above the other through a pair of rollers and under the influence of pressure and temperature to a composite part connected (hot pressing).
  • a composite part connected hot pressing
  • at least one of the mutually facing contact surfaces of the two material webs can be heated by an energy input before entering the gap of the roller pair.
  • the starting materials of the two layers are coextruded in an extruder to form a multilayer film composite.
  • heating of at least one of the two starting materials preferably likewise takes place in the extruder or on the feed path in the same.
  • one of the two materials is applied by injection molding to a material web of the other material.
  • the sheet-like or sheet-like starting materials of the two layers are laminated to form a composite.
  • At least one of the two starting materials is present as a strip-shaped band, which is placed on the other starting material or wound in tubular components. It is also possible for both starting materials to be present as a strip-shaped band, which are then laid over one another or wound over one another manually or by means of a suitable apparatus for the desired composite component.
  • the starting materials of one or both layers are stacked in bulk as a powder or granules or applied to the present as a material web second layer and then sintered in a mold.
  • at least one of the two plastics used (the matrix plastic surrounding the fibers and / or the region of TPE as a solution, dispersion or emulsion) may be applied, in which case the plastic may also be present as a mono- or oligomeric precursor under the
  • Processing conditions polymerized (in situ) and thus forms the present in the final plastic.
  • thermoplastics such as polyamide (PA), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC) or other thermoplastics are preferably used.
  • PA polyamide
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEEK polyetheretherketone
  • PE polyethylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • TPE-S thermoplastic elastomers
  • preferably thin and hard plastic outer layer preferably polyethylene (PE), and in particular Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW-PE), can be used.
  • PE polyethylene
  • UHMW-PE Ultra High Molecular Weight Polyethylene
  • the composite material according to the invention By means of the composite material according to the invention, it is possible to form components which have less weight than metal parts used to date in the same place. Due to the softer elastomer layer, the composite components according to the invention also have a lower brittleness than the previously customary fiber-reinforced carbon components. Deep-drawing, thermoforming, stamping or embossing are particularly suitable for the further processing of composite components according to the invention present as sheet or plate-shaped semifinished products. The optional connection with outer layers suitable for the respective intended use enables finished composite components, which can be brought into any shape by heating, to be manufactured inexpensively.
  • a paint film applied to the elastomer layer or alternatively also to the fiber-reinforced thermoplastic resin matrix layer is processed into the final component for a body shell component, this body shell component is in a ready-to-use state after joint final deformation and no longer needs to be additionally painted become.
  • body shell components such as doors, fenders, hoods, trunk lids, roof modules, spoilers or the like can be made in finished form and matching color and mounted directly to the vehicle. Due to the softer elastomeric layers, both a vibration absorption in the component according to the invention and a vibration isolation by the component according to the invention can be achieved.
  • optically and / or haptically pleasing surface layers can be integrated as a cover layer in the composite component or applied to it.
  • the composite component according to the invention has the following further advantages: Simple thermoplastic processing
  • a particularly advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component is used as energy-absorbing component.
  • use as a stable, vibration-damping lightweight component is advantageous.
  • a further advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component as an impact protection part on the leading edge of a wing, a wing or tail of an aircraft, or on the lying in the direction of rotation leading edge of a rotor blade of a helicopter or a wind turbine, or on a body component a vehicle such as a bumper or bonnet, or a component of a vehicle exposed to a swirling object, such as an underbody part of a land vehicle or railcar, a suspension strut, a steering linkage, a drive shaft or propeller shaft, a bottom bracket of a particular carbon frame mountain -Bikes, or on an interior trim of a land, water, air or space vehicle, or on the inside of a serviceable accessible cavity of land, water, air or space vehicles to protect against damage from heru Falling tools, or at the cargo facing Surfaces of open or closed transport spaces, such as holds of vans and trucks or containers, or on the forward hull area or keel area of a watercraft, such as
  • a further advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component as splinter protection part or as a protection against sudden total failure on an inner trim part of a vehicle, such as a door trim, or on an outer body part, such as a spoiler, a fender , a vehicle roof, a tailgate, a hood, a crash nose or a side part of a race car, or a rotor blade, a support surface of a sports plane, or a prosthesis or orthosis, or on a frame, a handlebar, a handlebar stem or a seat post a bicycle, a tennis racket, a rail or a heel cap of inline skates, a body protector, a protective helmet, or a reinforcing part of an armored vehicle, or a splinter protection part or stab protection part is arranged as protection against gunshot or stab wounds or at least partially forms this where d This list is only to be seen as an example and not exhaustively.
  • a further advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component as a protective part against vibration and vibration damage, against resonances, for vibration damping or for acoustic damping on an inner trim part of a vehicle, such as a door trim, or on an outer body part of a vehicle like a bumper, a A vehicle roof, a vehicle door, a trunk lid or a hood, or vibrating exposed components in mechanical engineering, such as a robotic arm of an industrial robot, a grip area of a pneumatic tool, a frame, rack or scaffolding, or turbines, rotor blades or wings, or on measuring devices or optical devices, or on construction machines, or on skis or snowboards, or on bridges, or at least partially forms this, this list is only exemplary and not exhaustive.
  • a multilayer structure is advantageous, wherein advantageously each of a plastic layer and an elastomer layer alternate with each other and wherein advantageously one or both outer layers are formed by plastic layers.
  • the sandwich construction may also be reversed when soft outer layers are desired, such as in an interior trim panel of a vehicle.
  • the structure of the entire molding is done in a continuous
  • Flame-retardant composite parts by incorporation of incombustible elastic layers (for example metal or metal hydroxide particles or halogenated paraffins as additives in the elastomer).
  • incombustible elastic layers for example metal or metal hydroxide particles or halogenated paraffins as additives in the elastomer.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a composite component with three layers, a first layer made of a fiber-reinforced thermoplastic, an elastomer layer arranged above and an outer layer
  • FIG. 2 is a schematic representation of a production method of a composite component.
  • a composite component 10 according to the invention is shown schematically in its structure.
  • the composite component 10 in this case has a first layer 12, a second layer 16 arranged thereon and optionally an outer layer 18 which adjoins it at the top.
  • the first layer 12 consists of a reinforced with long or continuous fibers 14 plastic with a thermoplastic matrix.
  • the second layer 16 consists of a thermoplastic elastomer layer (TPE) arranged on the first layer 12, which can optionally be provided with an insert 17 made of fibers or fabric material.
  • TPE thermoplastic elastomer layer
  • the cover layer or outer layer 18 adjoining the second layer 16 consists of a material having the properties adapted to the respective intended use.
  • the cover layer 18, for example consists of a preferably in the desired vehicle color inked paint film.
  • the optionally provided, preferably thin and hard, plastic outer layer 18 is particularly preferably formed from polyethylene (PE), and in particular from Ultra High Molecular Weight polyethylene (UHMW-PE).
  • the cover layer 8 When used as an interior trim part of a vehicle, the cover layer 8 consists for example of a visually and / or haptic-responsive plastic, which may also have a leather or textile-like structure.
  • thermoplastics such as polyamide (PA), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC) or other thermoplastics are preferably used.
  • a fabric, Geleges or as pulp are preferably glass fibers, nylon, polyester, carbon fibers, viscose, aramid fibers or metal fibers, as well as fibers from natural, renewable resources into consideration.
  • a metal powder as an insert in at least one of the layers 12, 16 or 18.
  • specific physical properties of the composite component 10 can be selectively generated, such as its strength, flexibility and elasticity, its spring and damping behavior, its electrical conductivity or its flammability.
  • different methods come into consideration. 2 shows a press-rolling method in which the first layer 12 and the second layer 16 provided with fibers 14 are jointly guided between two rolls 20, 22 of at least one pair of rolls which are pressed against each other with a pressing pressure and are joined together under pressure.
  • At least one of the mutually facing contact surfaces of the first layer 12 or of the second layer 16 before introduction into the gap between the rollers 20, 22 is acted upon by means 24 for introducing energy, so that the interfaces of the layers 12 and 16 forming granules be dissolved and an intimate connection of both layers 12 and 16 can take place.
  • the device 24 can as Heat radiator, be designed as a laser or other suitable radiation source.
  • both the contact surfaces of the layers 12 and 16 may be heated or fused by the device 24 or another device, not shown, prior to introduction into the nip.
  • the outer layer 18 can optionally be introduced as a third web, together with the layers 12 and 16, into the nip between the rolls 20, 22 or also into the nip of a following pair of rolls (not shown). If necessary, depending on the material used, a device for introducing energy is also provided for the contact surface of the outer layer 18.
  • the starting materials of the two layers 12 and 16 and optionally also the outer layer 18 are coextruded in an extruder to form a multilayer film composite.
  • heating of at least one of the two starting materials preferably likewise takes place in the extruder or on the feed path in the same.
  • At least one of the materials of the layers 12, 16 or 18 is applied to a layer of the other material by injection molding.
  • the sheet-like or sheet-like starting materials of the layers 12, 16 and optionally also of the layer 18 are laminated to form a composite.
  • At least one of the starting materials of the layers 12, 16 or 18 is present as a strip-shaped band which is laid on the starting material of the adjacent layers or wound over it in the case of tubular components. It may also be the starting materials of several or all layers 12, 16 and 18 are present as strip-shaped bands, which then manually or by a suitable device to the desired composite component to be superimposed or wound.
  • the starting materials of the layers 12, 16 and optionally also the layer 18 are stacked in bulk as a powder or granules and then sintered in a mold.
  • plastic carrier layer 12 which is preferably formed as a long-fiber-reinforced thermoplastic layer, and the elastomer layer 16 (optionally with woven material).
  • a preferred use of a composite component 10 according to the invention is, for example, a flat vehicle component in the outer region of the body or else an interior trim part of a vehicle. However, it is also a variety of other uses, such as vehicle parts, tool parts, machine parts, commodities, sports equipment or high-quality consumer goods possible.
  • a composite component 10 according to the invention can be used advantageously wherever it fulfills or at least supports one or more of the following functions:

Abstract

The invention relates to a composite component (10) made of at least two layers (12, 14, 16, 18), wherein a first layer (12) consists, at least in part, of a plastics material, and wherein a second layer (16) consists, at least in part, of an elastomer. According to the invention, the at least one first layer (12), which consists, at least in part, of a plastics material, consists of a plastics material (FVK) which is reinforced by means of fibres (14), and has a thermoplastic matrix, and the at least one second layer (16), which consists, at least in part, of a thermoplastic elastomer (TPE), is joined together with said first layer (12) to form a composite component (10) which can be deformed thermoplastically under the action of temperature and/or pressure. An outer plastics layer (18), preferably one made of polyethylene (PE), in particular Ultra High Molecular Weight polyethylene (UHMW‑PE), is optionally provided in addition. The invention also relates to a method for producing such a composite component.

Description

Verbundbauteil aus thermoplastischem Kunststoff und Elastomeren sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundbauteils  Composite component made of thermoplastic material and elastomers and method for producing such a composite component
Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil aus wenigstens einer Kunststoffschicht und wenigstens einer Elastomerschicht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils gemäß Patentanspruch 13. The invention relates to a composite component of at least one plastic layer and at least one elastomer layer according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a composite component according to claim 13.
Aus der WO 2006/122749 A1 ist ein Verbundbauteil bekannt, bei dem eine erste, zumindest teilweise aus einem wärmehärtenden Kunstharz bestehende Schicht und eine zweite, zumindest teilweise aus einem Elastomer bestehende Schicht durch eine gemeinsame Wärmebehandlung in einem Arbeitsgang zusammengefügt sind. From WO 2006/122749 A1, a composite component is known in which a first, at least partially made of a thermosetting synthetic resin layer and a second, at least partially made of an elastomer layer are joined together by a common heat treatment in one operation.
Es sind ferner Bauteile aus thermoplastischen Elastomeren bekannt. Thermoplastische Elastomere (TPE) bestehen aus thermoplastischen Endblöcken und einem elastischen Mittelblock. Sie gehören einer Werkstoffgruppe an, die struktur- und verhaltenstechnisch zwischen Kunststoff (Thermoplaste) und Gummi (Elastomere) einzuordnen sind. Thermoplastische Elastomere (TPE) haben sich mittlerweile als eine eigenständige Werkstoffklasse etabliert. Sie vereinen einerseits die positiven Eigenschaften der Kunststoffe für den Verarbeiter und andererseits die der Elastomere für Produktentwickler und Designer. Wie Thermoplaste werden TPE durch Wärmezufuhr plastisch und zeigen bei Abkühlung wieder elastisches Verhalten. Im Gegensatz zur chemischen Vernetzung bei den Elastomeren handelt es sich bei TPE aber um eine physikalische Vernetzung, die durch erneuten Wärmeeintrag auch wieder reversibel ist. Beim Abkühlen bilden sich Vernetzungsstellen, die die elastischen Blöcke zu festen räumlichen Netzwerken verbinden. So entstehen elastische Eigenschaften, die vergleichbar mit Elastomeren sind und die, wie bei Thermoplasten, wiederholbare Verformungsprozesse ermöglichen. Daher sind sie auch fließfähig und verformbar. Weiterhin sind Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bekannt, die meist wenig energieelastisch und spröde sind und daher beim Auftreten eines Energieeintrags durch Schwingungen, Stöße oder Schläge wenig Energie aufnehmen bzw. absorbieren können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, die eine vielseitige und wirtschaftliche Verwertung derartiger Verbundbauteile ermöglichen. There are also known components made of thermoplastic elastomers. Thermoplastic elastomers (TPE) consist of thermoplastic end blocks and an elastic middle block. They belong to a group of materials that are structurally and behaviorally to be classified between plastic (thermoplastics) and rubber (elastomers). thermoplastic Elastomers (TPE) have now established themselves as an independent class of materials. On the one hand, they combine the positive properties of plastics for the processor and, on the other hand, the elastomers for product developers and designers. Like thermoplastics, TPEs become plastic when they are supplied with heat, and when cooled again they show elastic behavior. In contrast to the chemical cross-linking of elastomers, however, TPE is a physical cross-linking that is also reversible due to renewed heat input. Upon cooling, crosslinking sites are formed which connect the elastic blocks to fixed spatial networks. This results in elastic properties that are comparable to elastomers and, as with thermoplastics, enable repeatable deformation processes. Therefore, they are also flowable and deformable. Furthermore, fiber-reinforced plastics (FRP) are known, which are usually less energy-elastic and brittle and therefore can absorb or absorb little energy when an energy input occurs due to vibrations, shocks or impacts. The present invention has for its object to provide a composite component and a method for its production, which allow a versatile and economical utilization of such composite components.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel hinsichtlich der Vorrichtung und durch die im Patentanspruch 13 angegebenen Mittel hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine zumindest teilweise aus einem Kunststoff bestehende erste Schicht aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff mit einer thermoplastischen Matrix besteht und die wenigstens eine zweite, zumindest teilweise aus einem Elastomer bestehende Schicht mit dieser ersten Schicht zu einem unter Temperatureinwirkung gemeinsam verformbaren, thermoplastischen Verbundbauteil zusammengefügt sind. Bei der gemeinsamen Verformung erfolgt der Verbund zwischen thermoplastischer Matrix des Faserverbundkunststoffs (FVK), das heißt der ersten Schicht und der zweiten aus einem Thermoplastischen Elastomer (TPE) bestehenden Schicht über Komponenten im TPE, die über physikalische oder chemische Gruppen eine Verbindung zur thermoplastischen Matrix des FVK herstellen. Dieses Verbundbauteil kann je nach Verwendungszweck optional mit weiteren Schichten, beispielsweise einer Lackfolie oder mit einer vorzugsweise dünnen und harten Kunststoff-Außenschicht, bevorzugt aus Polyethylen (PE) und insbesondere aus Ultra High Molecular Weight Polyethylen (UHMW-PE), verbunden werden. Das Verbundbauteil kann als plattenförmiges Halbzeug ausgebildet sein, welches dann für die endgültige Verarbeitung zu einem Bauteil unter Wärmeeinwirkung erneut in einen verformbaren Zustand gebracht und dann in die endgültige gewünschte Form gebracht wird. Das Verbundbauteil kann aber auch erst bei der Weiterverarbeitung und endgültigen Formgebung aus den nur leicht verbundenen übereinander angeordneten Schichten gebildet werden. Die optional vorgesehenen weiteren Schichten können entweder schon mit dem Halbzeug verbunden oder auch ernst bei einem Weiterverarbeitungsprozess in das Bauteil eingebracht werden. Die Kunststoffschicht mit der thermoplastischen Matrix ist mittels Langfasern oder Endlosfasern verstärkt. Von Langfasern wird in diesem Zusammenhang bei einer Faserlänge von 2 mm bis 50 mm gesprochen; bei einer Faserlänge von über 50 mm spricht der Fachmann von Endlosfasern. Als Langfasern oder Endlosfasern für eine derartige Faserverstärkung kommen Carbonfasern, Glasfasern, Nylon, Polyester, Viskose, Aramidfasern oder Metallfasern, aber auch Fasern aus natürlichen nachwachsenden Rohstoffen in Betracht. Die Fasern können in loser Form oder in Form eines Gewebes, eines Geleges oder einer Pulpe angeordnet sein. This object is achieved by the means specified in claim 1 with respect to the device and by the means specified in claim 13 with respect to the method for production. Advantageous embodiments of the invention can be found in the respective subclaims. The invention provides that the at least one at least partially made of a plastic first layer consists of a fiber reinforced plastic with a thermoplastic matrix and the at least one second, at least partially made of an elastomer layer having this first layer are joined together to form a thermally deformable thermoplastic composite component under the influence of temperature. In the case of joint deformation, the bond between the thermoplastic matrix of the fiber composite plastic (FRP), that is to say the first layer and the second layer consisting of a thermoplastic elastomer (TPE), takes place via components in the TPE which connect to the thermoplastic matrix of the polymer via physical or chemical groups Produce FRP. Depending on the intended use, this composite component can optionally be connected to further layers, for example a paint film, or to a preferably thin and hard plastic outer layer, preferably of polyethylene (PE) and in particular of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW-PE). The composite component may be formed as a plate-shaped semifinished product, which is then brought to a component under the action of heat again in a deformable state for final processing and then brought into the final desired shape. However, the composite component can also be formed only in the further processing and final shaping of the only slightly connected superimposed layers. The optionally provided further layers can either already be connected to the semifinished product or can also be seriously introduced into the component in a further processing process. The plastic layer with the thermoplastic matrix is reinforced by means of long fibers or continuous fibers. Of long fibers is spoken in this context at a fiber length of 2 mm to 50 mm; with a fiber length of over 50 mm, the expert speaks of continuous fibers. Carbon fibers, glass fibers, nylon, polyester, viscose, aramid fibers or metal fibers, but also fibers from natural renewable raw materials come into consideration as long fibers or continuous fibers for such a fiber reinforcement. The Fibers may be arranged in loose form or in the form of a fabric, a mat or a pulp.
Wenn bei der vorliegenden Erfindung von„Schichten" die Rede ist, können damit ganz oder auch nur partiell übereinander angeordnete oder ineinander eingebettete Streifen, Stücke oder Bereiche aus den genannten Materialien gemeint sein. Von einem Kunststoff-Verbundbauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung wird auch dann gesprochen, wenn eine oder mehrere Schichten des Kunststoff-Verbundbauteils aus Metall oder anderen, nicht als Kunststoffe zu bezeichnenden Materialien bestehen. When referring to "layers" in the present invention, they may mean wholly or even partially superimposed or intermeshed strips, pieces or regions of said materials, and a plastic composite component in the sense of the present invention will also be used spoken, if one or more layers of the plastic composite component made of metal or other, not to be designated as plastics materials.
Die als Festigkeitsträger fungierende, faserverstärkte erste Schicht mit thermoplastischer Matrix und die darauf befindliche zweite Schicht aus TPE werden bevorzugt in einem Arbeitsgang gemeinsam aufgebaut und anschließend unter Druck- und/oder Temperatureinwirkung miteinander verbunden. Alle beteiligten Rohmaterialien sind so auf einander abgestimmt, dass sie zueinander eine Haftung ausbilden. Im Gegensatz zur eingangs erwähnten WO 2006/122749 A1 findet beim erfindungsgemäßen Verbundbauteil keine chemische Vernetzung bzw. Aushärtung statt. Das erfindungsgemäße Verbundbauteil kann jederzeit durch erneute Erwärmung in einen verformbaren Zustand gebracht werden. Eine für eine derartige Verformung geeignete Arbeitstemperatur liegt vorzugsweise zwischen 120 °C und 400 °C. Der Aufbau des Mehrkomponentenproduktes aus der faserverstärkten ersten Schicht mit thermoplastischer Matrix und der als zweite Schicht fungierenden thermoplastischen Elastomerschicht geschieht in mehreren Alternativen wie folgt: - Gemäß einer ersten Alternative werden beide Schichten als Materialbahnen übereinander liegend durch ein Walzenpaar geführt und unter Einwirkung von Druck und Temperatur zu einem Verbundteil verbunden (Heißpressen). Dabei kann bevorzugt zumindest eine der einander zugewandten Kontaktflächen der beiden Materialbahnen vor dem Einlaufen in den Spalt des Walzenpaares durch einen Energieeintrag erwärmt werden. The fiber-reinforced first layer with thermoplastic matrix acting as reinforcement, and the second layer of TPE located thereon, are preferably constructed together in one operation and then connected to one another under the effect of pressure and / or temperature. All involved raw materials are coordinated so that they form a liability to each other. In contrast to the aforementioned WO 2006/122749 A1, no chemical crosslinking or curing takes place in the composite component according to the invention. The composite component according to the invention can be brought into a deformable state at any time by renewed heating. A working temperature suitable for such deformation is preferably between 120 ° C and 400 ° C. The construction of the multicomponent product of the fiber-reinforced thermoplastic-coated first layer and the thermoplastic elastomer layer acting as the second layer takes place in several alternatives as follows: According to a first alternative, both layers are guided as material webs lying one above the other through a pair of rollers and under the influence of pressure and temperature to a composite part connected (hot pressing). In this case, preferably at least one of the mutually facing contact surfaces of the two material webs can be heated by an energy input before entering the gap of the roller pair.
Gemäß einer zweiten Alternative werden die Ausgangsmaterialien der beiden Schichten in einem Extruder zu einem Mehrschicht-Folienverbund coextrudiert. Dabei findet im Extruder oder auf dem Zufuhrweg in denselben bevorzugt ebenfalls eine Erwärmung wenigstens eines der beiden Ausgangsmaterialien statt. According to a second alternative, the starting materials of the two layers are coextruded in an extruder to form a multilayer film composite. In this case, heating of at least one of the two starting materials preferably likewise takes place in the extruder or on the feed path in the same.
Gemäß einer dritten Alternative wird eines der beiden Materialien durch Spritzgießen auf eine Materialbahn des anderen Materials aufgebracht. According to a third alternative, one of the two materials is applied by injection molding to a material web of the other material.
Gemäß einer vierten Alternative werden die bahnförmigen oder folienförmigen Ausgangsmaterialien der beiden Schichten zu einem Verbund laminiert. According to a fourth alternative, the sheet-like or sheet-like starting materials of the two layers are laminated to form a composite.
Gemäß einer fünften Alternative ist zumindest eines der beiden Ausgangsmaterialien als streifenförmiges Band vorhanden, das auf das andere Ausgangsmaterial gelegt oder bei rohrförmigen Bauteilen gewickelt wird. Es können auch beide Ausgangsmaterialien als streifenförmiges Band vorhanden sein, die dann manuell oder durch eine geeignete Vorrichtung zum gewünschten Verbundbauteil übereinander gelegt oder gewickelt werden. According to a fifth alternative, at least one of the two starting materials is present as a strip-shaped band, which is placed on the other starting material or wound in tubular components. It is also possible for both starting materials to be present as a strip-shaped band, which are then laid over one another or wound over one another manually or by means of a suitable apparatus for the desired composite component.
Gemäß einer sechsten Alternative werden die Ausgangsmaterialien einer oder beider Schichten in loser Schüttung als Pulver oder Granulat übereinandergeschichtet bzw. auf die als Materialbahn vorliegende zweite Schicht aufgebracht und anschließend in einer Form gesintert. Gemäß einer siebten Alternative kann mindestens einer der beiden verwendeten Kunststoffe (der Matrixkunststoff der die Fasern umgibt und/oder der Bereich aus TPE als Lösung, Dispersion oder Emulsion aufgebracht werden. Dabei kann der Kunststoff auch als mono- bzw. oligomeres Vorprodukt vorliegen, das unter denAccording to a sixth alternative, the starting materials of one or both layers are stacked in bulk as a powder or granules or applied to the present as a material web second layer and then sintered in a mold. According to a seventh alternative, at least one of the two plastics used (the matrix plastic surrounding the fibers and / or the region of TPE as a solution, dispersion or emulsion) may be applied, in which case the plastic may also be present as a mono- or oligomeric precursor under the
Verarbeitungsbedingungen polymerisiert (in situ) und so den im Endprodukt vorliegenden Kunststoff bildet. Processing conditions polymerized (in situ) and thus forms the present in the final plastic.
Als thermoplastische Matrix der faserverstärkten ersten Schicht sind bevorzugt Thermoplaste wie beispielsweise Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyethylentherephtalat (PET), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder andere thermoplastische Kunststoffe verwendbar. . As the thermoplastic matrix of the fiber-reinforced first layer, thermoplastics such as polyamide (PA), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC) or other thermoplastics are preferably used. ,
Die Elastomerschicht besteht aus thermoplastischen Elastomeren (TPE), insbesondere in den Ausprägungen als TPE-S (auch „TPS" = Styrol- Blockcopolymere, wie SBS, SEBS, SEPS, SEEPS oder MBS; beispielsweise das Produkt Thermolast® der K RAIBURG TPE GmbH & Co. KG), TPE-V (auch „TPV" = dynamisch vulkanisierte Thermoplaste), TPE-A (auch „TPA" = Thermoplastische Copolyamide) oder TPE-E (auch„TPC" = Thermoplastische Copolyester). The elastomer layer consists of thermoplastic elastomers (TPE), in particular in the forms as TPE-S (also "TPS" = styrene block copolymers, such as SBS, SEBS, SEPS, SEEPS or MBS, for example the product Thermolast® from K RAIBURG TPE GmbH & Co. KG), TPE-V (also "TPV" = dynamically vulcanized thermoplastics), TPE-A (also "TPA" = thermoplastic copolyamides) or TPE-E (also "TPC" = thermoplastic copolyester).
Für eine optional vorgesehene, vorzugsweise dünne und harte Kunststoff- Außenschicht ist bevorzugt Polyethylen (PE), und insbesondere Ultra High Molecular Weight Polyethylen (UHMW-PE), verwendbar. For an optionally provided, preferably thin and hard plastic outer layer, preferably polyethylene (PE), and in particular Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW-PE), can be used.
Durch den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff können Bauteile gebildet werden, die weniger Gewicht aufweisen, als bislang an gleicher Stelle verwendete Metallteile. Die erfindungsgemäßen Verbundbauteile weisen durch die weichere Elastomerschicht auch eine geringere Sprödigkeit auf als die bisher üblichen faserverstärkten Carbonbauteile. Für die Weiterverarbeitung erfindungsgemäßer, als bahn- oder plattenförmiges Halbzeug vorliegender Verbundbauteile kommen insbesondere Tiefziehen, Thermoformen, Stanzen oder Prägen in Betracht. Durch die optionale Verbindung mit für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Außenschichten können fertige Verbundbauteile, die durch Erwärmung in eine beliebige Form bringen kann sind, kostengünstig hergestellt werden. Wenn beispielsweise für ein Karosserie-Außenhautbauteil eine auf die Elastomerschicht oder alternativ auch auf die faserverstärkte Kunststoffschicht mit thermoplastischer Matrix aufgebrachte Lackfolie mit zum endgültigen Bauteil verarbeitet wird, ist dieses Karosserie-Außenhautbauteil nach der gemeinsamen endgültigen Verformung in einem gebrauchsfertigen Zustand und muss nicht mehr zusätzlich lackiert werden. Dadurch können Karosserie- Außenhautbauteile, wie Türen, Kotflügel, Motorhauben, Kofferraumdeckel, Dachmodule, Spoiler oder ähnliches in fertiger Form und passender Farbe hergestellt und direkt an das Fahrzeug montiert werden. Durch die weicheren elastomeren Schichten kann sowohl eine Schwingungsabsorption im erfindungsgemäßen Bauteil als auch eine Schwingungsisolation durch das erfindungsgemäße Bauteil erreicht werden. Für Innenverkleidungsteile können optisch und/oder haptisch ansprechende Oberflächenschichten als Deckschicht in das Verbundbauteil integriert oder auf dieses aufgebracht werden. By means of the composite material according to the invention, it is possible to form components which have less weight than metal parts used to date in the same place. Due to the softer elastomer layer, the composite components according to the invention also have a lower brittleness than the previously customary fiber-reinforced carbon components. Deep-drawing, thermoforming, stamping or embossing are particularly suitable for the further processing of composite components according to the invention present as sheet or plate-shaped semifinished products. The optional connection with outer layers suitable for the respective intended use enables finished composite components, which can be brought into any shape by heating, to be manufactured inexpensively. If, for example, a paint film applied to the elastomer layer or alternatively also to the fiber-reinforced thermoplastic resin matrix layer is processed into the final component for a body shell component, this body shell component is in a ready-to-use state after joint final deformation and no longer needs to be additionally painted become. As a result, body shell components, such as doors, fenders, hoods, trunk lids, roof modules, spoilers or the like can be made in finished form and matching color and mounted directly to the vehicle. Due to the softer elastomeric layers, both a vibration absorption in the component according to the invention and a vibration isolation by the component according to the invention can be achieved. For interior trim parts, optically and / or haptically pleasing surface layers can be integrated as a cover layer in the composite component or applied to it.
Das erfindungsgemäße Verbundbauteil weist folgende weitere Vorteile auf: · einfache thermoplastische Verarbeitungsweise The composite component according to the invention has the following further advantages: Simple thermoplastic processing
• kurze Zykluszeiten  • short cycle times
• niedriger Energieverbrauch  • low energy consumption
• thermische Beständigkeit, dadurch großes Verarbeitungsfenster • thermal resistance, therefore large processing window
• Mehr-Komponenten-Verarbeitung und somit die Reduzierung des • multi-component processing and thus the reduction of
Montageaufwands  installation expenses
• Kombination zweier Materialien (Hart-Weich-Verbund)  • combination of two materials (hard-soft composite)
• vollständige Recyclingfähigkeit vielfältige Einfärbbarkeit auch mit Effekten und damit Designfreiheit • complete recyclability Diverse coloring also with effects and thus design freedom
Durch das optionale Einbringen von flammhemmend ausgerüsteten Elastomerschichten wird eine Brandausbreitung behindert. The optional introduction of flame-retardant elastomer layers impedes fire propagation.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils besteht darin, dass das Verbundbauteil als Energie absorbierendes Bauteil verwendet wird. Generell ist eine Verwendung als stabiles, schwingungsdämpfendes Leichtbauteil vorteilhaft. Dabei ist beispielsweise eine Verwendung als Innenverkleidungs- oder Karosserie- Außenhautbauteil von Fahrzeugen, als Gehäuse für hochwertige Konsumgüter, wie Computer oder Notebooks, als stabiler schwingungsdämpfender Kern von Sportgeräten, wie Skiern, Snowboards, Schlitten, Bobs, Surfbrettern, Tennisoder Eishockeyschlägern, als Wandung von Behältern oder Rohren oder dergleichen möglich, wobei diese Aufzählung nur exemplarisch und nicht abschließend zu sehen ist. A particularly advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component is used as energy-absorbing component. In general, use as a stable, vibration-damping lightweight component is advantageous. Here, for example, a use as interior trim or body shell of vehicles, as a housing for high-quality consumer goods, such as computers or notebooks, as a stable vibration damping core of sports equipment, such as skis, snowboards, sleds, bobs, surfboards, tennis or hockey sticks, as a wall of Containers or pipes or the like possible, this list is to be seen only as an example and not exhaustive.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils besteht darin, dass das Verbundbauteil als Aufprall-Schutzteil an der Vorderkante eines Flügels, einer Tragfläche oder eines Leitwerks eines Luftfahrzeugs, oder an der in Drehrichtung liegenden Vorderkante eines Rotorblattes eines Hubschraubers oder eines Windrades, oder an einem Karosseriebauteil eines Fahrzeugs, wie einer Stoßstange oder einer Motorhaube, oder an einem aufwirbelnden Gegenständen ausgesetzten Bauteil eines Fahrzeugs, wie einem Unterbodenschutzteil eines Landfahrzeugs oder Schienenfahrzeugs, einer Fahrwerksstrebe, einem Lenkgestänge, einer Antriebswelle oder Kardanwelle, einem Tretlager eines insbesondere mit einem Carbon-Rahmen versehenen Mountain-Bikes, oder an einer Innenverkleidung eines Land-, Wasser-, Luft- oder Raum-Fahrzeugs, oder an der Innenseite eines zu Wartungszwecken begehbaren Hohlraums von Land-, Wasser-, Luftoder Raum-Fahrzeugen zum Schutz vor Beschädigungen durch herunterfallende Werkzeuge, oder an den der Ladung zugewandten Oberflächen von offenen oder geschlossenen Transporträumen, wie Laderäumen von Transportern und Lastkraftwagen oder Containern, oder am vorderen Rumpfbereich oder Kielbereich eines Wasserfahrzeugs, wie eines Sportbootes, eines Speed-Bootes oder eines Kajaks, oder an stark beanspruchten Nutzflächen von Sportgeräten, wie dem Schaufelbereich von Eishockey-Schlägern, den Boden-Kontaktflächen von Nordic-Walking-Stöcken oder Ski-Stöcken oder den Paddelblättern von Kanu- oder Kajakpaddeln angeordnet ist oder dieses zumindest teilweise bildet, wobei diese Aufzählung nur exemplarisch und nicht abschließend zu sehen ist. A further advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component as an impact protection part on the leading edge of a wing, a wing or tail of an aircraft, or on the lying in the direction of rotation leading edge of a rotor blade of a helicopter or a wind turbine, or on a body component a vehicle such as a bumper or bonnet, or a component of a vehicle exposed to a swirling object, such as an underbody part of a land vehicle or railcar, a suspension strut, a steering linkage, a drive shaft or propeller shaft, a bottom bracket of a particular carbon frame mountain -Bikes, or on an interior trim of a land, water, air or space vehicle, or on the inside of a serviceable accessible cavity of land, water, air or space vehicles to protect against damage from heru Falling tools, or at the cargo facing Surfaces of open or closed transport spaces, such as holds of vans and trucks or containers, or on the forward hull area or keel area of a watercraft, such as a pleasure boat, speed boat or kayak, or on heavily used utility areas of sports equipment, such as ice hockey scooping Bumpers, the ground contact surfaces of Nordic Walking poles or ski poles or the paddle blades of canoe or kayak paddles is arranged or at least partially forms, this list is only exemplary and not exhaustive.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils besteht darin, dass das Verbundbauteil als Splitter-Schutzteil oder als Schutzteil gegen ein plötzliches Totalversagen an einem Innen- Verkleidungsteil eines Fahrzeugs, wie einer Tür-Verkleidung, oder an einem äußeren Karosseriebauteil, wie einem Spoiler, einem Kotflügel, einem Fahrzeugdach, einer Heckklappe, einer Motorhaube, einer Crash-Nase oder einem Seitenteil eines Rennwagens, oder einem Rotorblatt, einer Tragfläche eines Sportflugzeugs, oder einer Prothese oder Orthese, oder an einem Rahmen, einem Lenker, einem Lenker-Vorbau oder einer Sattelstütze eines Zweirads, einem Tennisschläger, einer Schiene oder einer Fersenkappe von Inline-Skates, einem Body-Protektor, einem Schutzhelm, oder einem Verstärkungsteil eines gepanzerten Fahrzeugs, oder einem Splitterschutzteil oder Stichschutzteil als Schutz vor Schuss- oder Stichverletzungen angeordnet ist oder dieses zumindest teilweise bildet, wobei diese Aufzählung nur exemplarisch und nicht abschließend zu sehen ist. A further advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component as splinter protection part or as a protection against sudden total failure on an inner trim part of a vehicle, such as a door trim, or on an outer body part, such as a spoiler, a fender , a vehicle roof, a tailgate, a hood, a crash nose or a side part of a race car, or a rotor blade, a support surface of a sports plane, or a prosthesis or orthosis, or on a frame, a handlebar, a handlebar stem or a seat post a bicycle, a tennis racket, a rail or a heel cap of inline skates, a body protector, a protective helmet, or a reinforcing part of an armored vehicle, or a splinter protection part or stab protection part is arranged as protection against gunshot or stab wounds or at least partially forms this where d This list is only to be seen as an example and not exhaustively.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils besteht darin, dass das Verbundbauteil als Schutzteil gegen Vibrationen und Vibrationsschäden, gegen Resonanzen, zur Schwingungsdämpfung oder zur akustischen Dämpfung an einem Innen- Verkleidungsteil eines Fahrzeugs, wie einer Tür-Verkleidung, oder an einem äußeren Karosseriebauteil eines Fahrzeugs, wie einer Stoßstange, einem Fahrzeugdach, einer Fahrzeugtür, einem Kofferraumdeckel oder einer Motorhaube, oder an Schwingungen ausgesetzten Bauteilen im Maschinenbau, wie einem Roboterarm eines Industrieroboters, einem Griffbereich eines Pneumatikwerkzeugs, einem Rahmen, Gestell oder Gerüst, oder an Turbinen, Rotorblättern oder Flügeln, oder an Messgeräten oder an optischen Vorrichtungen, oder an Baumaschinen, oder an Skiern oder Snowboards, oder an Brücken angeordnet ist oder dieses zumindest teilweise bildet, wobei diese Aufzählung nur exemplarisch und nicht abschließend zu sehen ist. A further advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component as a protective part against vibration and vibration damage, against resonances, for vibration damping or for acoustic damping on an inner trim part of a vehicle, such as a door trim, or on an outer body part of a vehicle like a bumper, a A vehicle roof, a vehicle door, a trunk lid or a hood, or vibrating exposed components in mechanical engineering, such as a robotic arm of an industrial robot, a grip area of a pneumatic tool, a frame, rack or scaffolding, or turbines, rotor blades or wings, or on measuring devices or optical devices, or on construction machines, or on skis or snowboards, or on bridges, or at least partially forms this, this list is only exemplary and not exhaustive.
Im Minimum sind nur jeweils eine Schicht beziehungsweise eingelegte oder eingebettete Streifen, Stücke oder Bereiche aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff und eine Schicht aus einem Elastomer vorgesehen. Für bestimmte Anwendungszwecke ist ein mehrschichtiger Aufbau vorteilhaft, wobei vorteilhaft jeweils eine Kunststoffschicht und eine Elastomerschicht einander abwechseln und wobei vorteilhaft eine oder beide Außenschichten durch Kunststoffschichten gebildet werden. Der Sandwich- Aufbau kann jedoch auch umgekehrt werden, wenn weiche Außenschichten erwünscht sind, wie beispielsweise bei einem Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs. At a minimum only one layer or inserted or embedded strips, pieces or regions of a fiber-reinforced thermoplastic material and a layer of an elastomer are provided. For certain applications, a multilayer structure is advantageous, wherein advantageously each of a plastic layer and an elastomer layer alternate with each other and wherein advantageously one or both outer layers are formed by plastic layers. However, the sandwich construction may also be reversed when soft outer layers are desired, such as in an interior trim panel of a vehicle.
Weitere Vorteile der Erfindung sind: Further advantages of the invention are:
Die separate Herstellung eines kunststoffbasierten Festigkeitsträgers ist nicht mehr notwendig. The separate production of a plastic-based reinforcement is no longer necessary.
Der Aufbau des gesamten Formteils geschieht in einem durchgehenden The structure of the entire molding is done in a continuous
Arbeitsgang an demselben Arbeitsplatz. Operation at the same workplace.
Eine Verwendung von Haftvermittlern ist nicht nötig.  A use of adhesion promoters is not necessary.
Geringerer Zeitaufwand für die Herstellung, dadurch erhebliche Kostensenkung. Die Herstellung einer elektrisch ableitenden Variante ist ohne signifikant höhere Materialkosten durch Einbetten leitender Fäden, Streifen oder Gewebe möglich. Reduced time required for the production, thereby significant cost reduction. The production of an electrically dissipative variant is possible without significantly higher material costs by embedding conductive threads, strips or fabric.
Es sind völlig neuartige Konstruktionen möglich.  There are completely new constructions possible.
· Energieabsorbierende Bauteile in Leichtbauweise  · Energy absorbing components in lightweight construction
• Verbundbauteile mit integriertem Oberflächenschutz gegen Kratzer oder Abrieb  • Composite components with integrated surface protection against scratches or abrasion
• Verbundbauteile mit einer einstellbaren Oberflächen-Friktion (hoch oder niedrig, je nach Verwendungszweck)  • Composite components with an adjustable surface friction (high or low, depending on the purpose)
· Aufbringen rutschfester Beschichtungen auf Formteile wie · Apply non-slip coatings on molded parts such as
Surfboards etc. Surfboards etc.
• Elastomerbeschichtete Behälter oder Rohre mit einer hohen Beständigkeit gegen aggressive Medien und/oder einer dichten Barriere gegen das Durchdringen von Flüssigkeiten oder Gasen · Versteifung von Elastomerartikeln  • Elastomer-coated containers or tubes with high resistance to aggressive media and / or a dense barrier against the penetration of liquids or gases. · Stiffening of elastomeric articles
• Bauteile mit reduzierter Bruch- oder Splittemeigung bei Deformation  • Components with reduced breakage or splintering during deformation
• Flammhemmende Verbundteile durch Einbau unbrennbarer elastischer Schichten (z.B. Metall- oder Metallhydroxidpartikel oder halogenierte Paraffine als Zuschlagstoffe im Elastomer).  Flame-retardant composite parts by incorporation of incombustible elastic layers (for example metal or metal hydroxide particles or halogenated paraffins as additives in the elastomer).
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Im Einzelnen zeigt: Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Verbundbauteils mit drei Schichten, einer ersten Schicht aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff, einer darüber angeordneten Elastomerschicht und einer Außenschicht, und Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Herstellverfahrens eines Verbundbauteils. In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 10 schematisch in seinem Aufbau dargestellt. Das Verbundbauteil 10 weist dabei eine erste Schicht 12, eine darauf angeordnete zweite Schicht 16 und optional eine daran nach oben anschließende Deckschicht oder Außenschicht 18 auf. Hereinafter, embodiments of the invention are described with reference to the drawing. 1 shows the basic structure of a composite component with three layers, a first layer made of a fiber-reinforced thermoplastic, an elastomer layer arranged above and an outer layer, and FIG. 2 is a schematic representation of a production method of a composite component. In Fig. 1, a composite component 10 according to the invention is shown schematically in its structure. The composite component 10 in this case has a first layer 12, a second layer 16 arranged thereon and optionally an outer layer 18 which adjoins it at the top.
Die erste Schicht 12 besteht aus einem mit Lang- oder Endlosfasern 14 verstärkten Kunststoff mit einer thermoplastischen Matrix. Die zweite Schicht 16 besteht aus einer auf der ersten Schicht 12 angeordneten thermoplastischen Elastomerschicht (TPE), die optional mit einer Einlage 17 aus Fasern oder Gewebematerial versehen werden kann. The first layer 12 consists of a reinforced with long or continuous fibers 14 plastic with a thermoplastic matrix. The second layer 16 consists of a thermoplastic elastomer layer (TPE) arranged on the first layer 12, which can optionally be provided with an insert 17 made of fibers or fabric material.
Die an die zweite Schicht 16 anschließende Deckschicht oder Außenschicht 18 besteht aus einem Material mit den für den jeweiligen Verwendungszweck angepassten Eigenschaften. Bei einer Verwendung des Verbundbauteils 10 als Karosserie-Außenhautbauteil eines Fahrzeugs besteht die Deckschicht 18 beispielsweise aus einer vorzugsweise in der gewünschten Fahrzeugfarbe eingefärbten Lackfolie. Bei hohen Anforderungen an eine verschleißfeste Oberfläche ist die optional vorgesehene, vorzugsweise dünne und harte Kunststoff-Außenschicht 18 besonders bevorzugt aus Polyethylen (PE), und insbesondere aus Ultra High Molecular Weight Polyethylen (UHMW-PE) gebildet. Bei einer Verwendung als Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs besteht die Deckschicht 8 beispielsweise aus einem optisch und/oder haptisch ansprechenden Kunststoff, der auch eine Leder- oder textilähnliche Struktur aufweisen kann. The cover layer or outer layer 18 adjoining the second layer 16 consists of a material having the properties adapted to the respective intended use. When using the composite component 10 as a body shell component of a vehicle, the cover layer 18, for example, consists of a preferably in the desired vehicle color inked paint film. In the case of high demands on a wear-resistant surface, the optionally provided, preferably thin and hard, plastic outer layer 18 is particularly preferably formed from polyethylene (PE), and in particular from Ultra High Molecular Weight polyethylene (UHMW-PE). When used as an interior trim part of a vehicle, the cover layer 8 consists for example of a visually and / or haptic-responsive plastic, which may also have a leather or textile-like structure.
Als thermoplastische Matrix der faserverstärkten ersten Schicht 12 sind bevorzugt Thermoplaste wie beispielsweise Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyethylentherephtalat (PET), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylen (PE) Polyvinylchlorid (PVC) oder andere thermoplastische Kunststoffe verwendbar. Die zweite Schicht 16 besteht aus einem thermoplastischen Elastomeren (TPE), insbesondere in den Ausprägungen als TPE-S (auch „TPS" = Styrol- Blockcopolymere, wie SBS, SEBS, SEPS, SEEPS oder MBS; beispielsweise das Produkt Thermolast® der KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG), TPE-V (auch „TPV" = dynamisch vulkanisierte Thermoplaste), TPE-A (auch „TPA" = Thermoplastische Copolyamide) oder TPE-E (auch„TPC" = Thermoplastische Copolyester). As the thermoplastic matrix of the fiber-reinforced first layer 12, thermoplastics such as polyamide (PA), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC) or other thermoplastics are preferably used. The second layer 16 consists of a thermoplastic elastomer (TPE), in particular in the forms as TPE-S (also "TPS" = styrene block copolymers, such as SBS, SEBS, SEPS, SEEPS or MBS, for example the product Thermolast® of KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG), TPE-V (also "TPV" = dynamically vulcanized thermoplastics), TPE-A (also "TPA" = thermoplastic copolyamides) or TPE-E (also "TPC" = thermoplastic copolyester).
Als Material für die Einlage, die in Form loser Fasern, eines Gewebes, Geleges oder als Pulpe verwendet wird, kommen bevorzugt Glasfasern, Nylon, Polyester, Kohlefasern, Viskose, Aramidfasern oder Metallfasern sowie auch Fasern aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen in Betracht. Alternativ oder ergänzend dazu ist auch eine Verwendung eines Metallpulvers als Einlage in wenigstens einer der Schichten 12, 16 oder 18 möglich. Dadurch können gezielt bestimmte physikalische Eigenschaften des Verbundbauteils 10 erzeugt werden, wie beispielsweise dessen Festigkeit, Biegsamkeit und Elastizität, dessen Feder- und Dämpfungsverhalten, dessen elektrische Leitfähigkeit oder dessen Entflammbarkeit. Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils kommen unterschiedliche Verfahren in Betracht. Exemplarisch dargestellt ist in Fig. 2 ein Presswalz- Verfahren, bei dem die mit Fasern 14 versehene erste Schicht 12 und die zweite Schicht 16 gemeinsam zwischen zwei mit einem Pressdruck gegeneinander angestellte Walzen 20, 22 wenigstens eines Walzenpaares geführt und unter Druck miteinander verbunden werden. As material for the insert, which is used in the form of loose fibers, a fabric, Geleges or as pulp, are preferably glass fibers, nylon, polyester, carbon fibers, viscose, aramid fibers or metal fibers, as well as fibers from natural, renewable resources into consideration. Alternatively or additionally, it is also possible to use a metal powder as an insert in at least one of the layers 12, 16 or 18. As a result, specific physical properties of the composite component 10 can be selectively generated, such as its strength, flexibility and elasticity, its spring and damping behavior, its electrical conductivity or its flammability. For the production of the component according to the invention, different methods come into consideration. 2 shows a press-rolling method in which the first layer 12 and the second layer 16 provided with fibers 14 are jointly guided between two rolls 20, 22 of at least one pair of rolls which are pressed against each other with a pressing pressure and are joined together under pressure.
Bevorzugt wird zumindest eine der einander zugewandten Kontaktflächen der ersten Schicht 12 oder der zweiten Schicht 16 vor Einführung in den Spalt zwischen den Walzen 20, 22 mittels einer Vorrichtung 24 zum Einbringen von Energie beaufschlagt, so dass die Grenzflächen der die Schichten 12 und 16 bildenden Granulate aufgelöst werden und eine innige Verbindung beider Schichten 12 und 16 erfolgen kann. Die Vorrichtung 24 kann als Wärmestrahler, als Laser oder andere geeignete Strahlenquelle ausgebildet sein. Optional können von der Vorrichtung 24 oder einer weiteren, nicht gezeigten Vorrichtung auch beide Kontaktflächen der Schichten 12 und 16 vor Einführung in den Walzenspalt erwärmt bzw. angeschmolzen werden. Die Außenschicht 18 kann optional als dritte Bahn gemeinsam mit den Schichten 12 und 16 mit in den Spalt zwischen den Walzen 20, 22 oder auch in den Spalt eines nicht dargestellten folgenden Walzenpaares eingeführt werden. Je nach verwendetem Material ist dabei erforderlichenfalls auch für die Kontaktfläche der Außenschicht 18 eine Vorrichtung zum Einbringen von Energie vorgesehen. Preferably, at least one of the mutually facing contact surfaces of the first layer 12 or of the second layer 16 before introduction into the gap between the rollers 20, 22 is acted upon by means 24 for introducing energy, so that the interfaces of the layers 12 and 16 forming granules be dissolved and an intimate connection of both layers 12 and 16 can take place. The device 24 can as Heat radiator, be designed as a laser or other suitable radiation source. Optionally, both the contact surfaces of the layers 12 and 16 may be heated or fused by the device 24 or another device, not shown, prior to introduction into the nip. The outer layer 18 can optionally be introduced as a third web, together with the layers 12 and 16, into the nip between the rolls 20, 22 or also into the nip of a following pair of rolls (not shown). If necessary, depending on the material used, a device for introducing energy is also provided for the contact surface of the outer layer 18.
Gemäß einer anderen, nicht dargestellten Alternative werden die Ausgangsmaterialien der beiden Schichten 12 bzw. 16 und optional auch der Außenschicht 18 in einem Extruder zu einem Mehrschicht-Folienverbund coextrudiert. Dabei findet im Extruder oder auf dem Zufuhrweg in denselben bevorzugt ebenfalls eine Erwärmung wenigstens eines der beiden Ausgangsmaterialien statt. According to another alternative, not shown, the starting materials of the two layers 12 and 16 and optionally also the outer layer 18 are coextruded in an extruder to form a multilayer film composite. In this case, heating of at least one of the two starting materials preferably likewise takes place in the extruder or on the feed path in the same.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Alternative wird wenigstens eines der Materialien der Schichten 12, 16 oder 18 durch Spritzgießen auf eine Schicht des anderen Materials aufgebracht. According to another alternative, not shown, at least one of the materials of the layers 12, 16 or 18 is applied to a layer of the other material by injection molding.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Alternative werden die bahnförmigen oder folienförmigen Ausgangsmaterialien der Schichten 12, 16 und optional auch der Schicht 18 zu einem Verbund laminiert. According to another alternative, not illustrated, the sheet-like or sheet-like starting materials of the layers 12, 16 and optionally also of the layer 18 are laminated to form a composite.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Alternative ist zumindest eines der Ausgangsmaterialien der Schichten 12, 16 oder 18 als streifenförmiges Band vorhanden, das auf das Ausgangsmaterial der benachbarten Schichten gelegt oder bei rohrförmigen Bauteilen über diese gewickelt wird. Es können auch die Ausgangsmaterialien mehrerer oder aller Schichten 12, 16 und 18 als streifenförmige Bänder vorhanden sein, die dann manuell oder durch eine geeignete Vorrichtung zum gewünschten Verbundbauteil übereinander gelegt oder gewickelt werden. According to another alternative, not shown, at least one of the starting materials of the layers 12, 16 or 18 is present as a strip-shaped band which is laid on the starting material of the adjacent layers or wound over it in the case of tubular components. It may also be the starting materials of several or all layers 12, 16 and 18 are present as strip-shaped bands, which then manually or by a suitable device to the desired composite component to be superimposed or wound.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Alternative werden die Ausgangsmaterialien der Schichten 12, 16 und optional auch der Schicht 18 in loser Schüttung als Pulver oder Granulat übereinandergeschichtet und anschließend in einer Form gesintert . According to a further, not shown alternative, the starting materials of the layers 12, 16 and optionally also the layer 18 are stacked in bulk as a powder or granules and then sintered in a mold.
Beim gemeinsamen Thermoformen werden chemische und/oder physikalische Vernetzungspunkte zwischen der bevorzugt als langfaserverstärkte Thermoplastschicht ausgebildeten Kunststoff-Trägerschicht 12 und der Elastomerschicht 16 (optional mit Gewebematerial) erzeugt. In the case of joint thermoforming, chemical and / or physical crosslinking points are produced between the plastic carrier layer 12, which is preferably formed as a long-fiber-reinforced thermoplastic layer, and the elastomer layer 16 (optionally with woven material).
Eine bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils 10 ist beispielsweise ein flächiges Fahrzeugbauteil im Außenbereich der Karosserie oder auch ein Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs. Es ist jedoch auch eine Vielzahl von anderen Verwendungen, beispielsweise bei Fahrzeugteilen, Werkzeugteilen, Maschinenteilen, Gebrauchsgegenständen, Sportgeräten oder hochwertigen Konsumgütern möglich. Generell ist ein erfindungsgemäßes Verbundbauteils 10 überall dort vorteilhaft einsetzbar, wo es eine oder mehrere der folgenden Funktionen erfüllt oder zumindest unterstützt: A preferred use of a composite component 10 according to the invention is, for example, a flat vehicle component in the outer region of the body or else an interior trim part of a vehicle. However, it is also a variety of other uses, such as vehicle parts, tool parts, machine parts, commodities, sports equipment or high-quality consumer goods possible. In general, a composite component 10 according to the invention can be used advantageously wherever it fulfills or at least supports one or more of the following functions:
• als Aufprall-Schutzteil, As an impact protection part,
• als Splitter-Schutzteil,  • as splinter protection part,
· als Schutzteil gegen ein plötzliches Totalversagen,  · As a protection against sudden total failure,
• als Schutzteil gegen Vibrationen und Vibrationsschäden, gegen Resonanzen, zur Schwingungsdämpfung oder zur akustischen Dämpfung. Bezugszeichenliste Verbundbauteil • as a protective part against vibration and vibration damage, against resonance, for vibration damping or for acoustic damping. List of references Composite component
Kunststoff-Trägerschicht Plastic carrier layer
Fasermaterial fiber material
Elastomerschicht (optional mit Gewebematerial) Elastomer layer (optional with fabric material)
Außenschicht outer layer
Presswalze press roll
Presswalze press roll
Vorrichtung (zum Einbringen von Wärme bzw. anderer Energie) Device (for introducing heat or other energy)

Claims

Patentansprüche claims
Verbundbauteil (10) aus wenigstens zwei Schichten (12, 14, 16, 18), wobei eine erste Schicht (12) zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht und wobei eine zweite Schicht (16) zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, Composite component (10) of at least two layers (12, 14, 16, 18), wherein a first layer (12) consists at least partially of a plastic and wherein a second layer (16) consists at least partially of an elastomer,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zumindest teilweise aus einem Kunststoff bestehende erste Schicht (12) aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff mit einer thermoplastischen Matrix besteht und die wenigstens eine zweite, zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) bestehende zweite Schicht (16) mit dieser ersten Schicht (12) zu einem unter Temperatureinwirkung thermoplastisch verformbaren Verbundbauteil (10) zusammengefügt sind. characterized in that the at least one at least partially made of a plastic first layer (12) consists of a fiber (14) reinforced plastic with a thermoplastic matrix and the at least one second, at least partially made of a thermoplastic elastomer (TPE) second layer (16) are combined with this first layer (12) to form a thermoplastically deformable composite component (10) under the influence of temperature.
Verbundbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (14) als Langfasern oder Endlosfaser ausgebildet sind. Composite component according to claim 1, characterized in that the fibers (14) are formed as long fibers or continuous fiber.
Verbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (14) von Carbonfasern, Glasfasern, Nylon, Polyester, Viskose, Aramidfasern, Metallfasern oder von Fasern aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen in loser Form, in Form eines Gewebes, eines Geleges oder einer Pulpe gebildet werden. Composite component according to claim 1 or 2, characterized in that the fibers (14) of carbon fibers, glass fibers, nylon, polyester, viscose, aramid fibers, metal fibers or fibers of natural, renewable raw materials in loose form, in the form of a fabric, a fabric or a pulp are formed.
Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Matrix des Kunststoffs der ersten Schicht (12) aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyethylentherephtalat (PET), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylen (PE) oder Polyvinylchlorid (PVC) gebildet ist. Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic matrix of the plastic of the first layer (12) consists of a thermoplastic such as polyamide (PA), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene ( PE) or polyvinyl chloride (PVC) is formed.
Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) in den Ausprägungen als TPE-S und/oder als TPS (Styrol-Blockcopolymere, wie SBS, SEBS, SEPS, SEEPS oder MBS) und/oder als TPE-V oder TPV (dynamisch vulkanisierte Thermoplaste) und/oder als TPE-A oder TPA (Thermoplastische Copolyamide) und/oder als TPE-E oder TPCComposite component according to one of the preceding claims, characterized in that the second layer (16) consists of a thermoplastic elastomer (TPE) in the forms as TPE-S and / or as TPS (styrene block copolymers such as SBS, SEBS, SEPS, SEEPS or MBS) and / or as TPE-V or TPV (dynamically vulcanized thermoplastics) and / or as TPE-A or TPA (thermoplastic copolyamides) and / or as TPE-E or TPC
(Thermoplastische Copolyester) besteht. (Thermoplastic copolyester) exists.
6. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an die erste Schicht (12) und/oder an die zweite Schicht (16) zumindest eine weitere Schicht (18) als6. Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that subsequent to the first layer (12) and / or to the second layer (16) at least one further layer (18) as
Deckschicht oder Außenschicht vorgesehen ist. Cover layer or outer layer is provided.
7. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch in die zweite Schicht (16) eine Einlage (17) aus einem Feststoff eingebettet ist. 7. Composite component according to one of the preceding claims, characterized in that in the second layer (16) an insert (17) is embedded from a solid.
8. Verbundbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (17) von einem Gewebe gebildet ist. 9. Verbundbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage ( 7) von einem Fasermaterial gebildet ist. 8. Composite component according to claim 7, characterized in that the insert (17) is formed by a fabric. 9. Composite component according to claim 7, characterized in that the insert (7) is formed by a fiber material.
10. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebematerial oder Fasermaterial der Einlage (17) aus wenigstens einer der Gruppen der Glasfasern, der10. Composite component according to one of claims 8 or 9, characterized in that the fabric material or fiber material of the insert (17) from at least one of the groups of glass fibers, the
Nylonfaser, der Polyesterfasern, der Kohlefasern, der Viskosefasern, der Aramidfasern und/oder der Metallfasern gebildet ist. Nylon fiber, the polyester fibers, the carbon fibers, the viscose fibers, the aramid fibers and / or the metal fibers is formed.
1 1 . Verbundbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (17) von einem Metallpulver gebildet ist. 1 1. Composite component according to claim 7, characterized in that the insert (17) is formed by a metal powder.
12. Verbundbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Verbundbauteil (10) von einer dünnen harten Kunststoff- Außenschicht (18), wie aus Polyethylen (PE) und insbesondere aus Ultra High Molecular Weight Polyethylen (UHMW-PE), wenigstens einer daran nach innen anschließenden thermoplastischen Elastomerschicht (16) und wenigstens einer daran nach innen anschließenden Kunststoff- Trägerschicht (12) aus einem Faserverstärkten Kunststoff (FVK), einem Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einem Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) gebildet wird. 12. Composite component according to claim 6, characterized in that the plastic composite component (10) of a thin hard plastic outer layer (18), such as polyethylene (PE) and in particular from Ultra High Molecular Weight polyethylene (UHMW-PE), at least an inwardly adjoining thermoplastic elastomer layer (16) and at least one subsequently adjoining plastic backing layer (12) of a fiber reinforced plastic (FRP), a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP) is formed.
13. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (10) aus wenigstens zwei Schichten (12, 14, 16, 18), wobei eine erste Schicht (12) zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht und wobei eine zweite Schicht (16) zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Elastomer besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 13. A method for producing a composite component (10) from at least two layers (12, 14, 16, 18), wherein a first layer (12) at least partially made of a plastic and wherein a second layer (16) at least partially made of a thermoplastic Elastomer consists, characterized by the following process steps:
a) Zuführen der ersten Schicht (12) aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff mit einer thermoplastischen Matrix in eine Vorrichtung zur Ausübung von Druck und/oder Wärme, a) feeding the first layer (12) of a fiber (14) reinforced plastic with a thermoplastic matrix in a device for applying pressure and / or heat,
b) Zuführen der zweiten Schicht (16) aus einem thermoplastischen Elastomer in die Vorrichtung zur Ausübung von Druck und/oder Wärme, c) Verbinden der ersten Schicht (12) und der zweiten Schicht (16) durch eine gemeinsame Druck- und/oder Wärmebehandlung in der Vorrichtung. b) feeding the second layer (16) of a thermoplastic elastomer into the device for applying pressure and / or heat, c) bonding the first layer (12) and the second layer (16) by a common pressure and / or heat treatment in the device.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass A method according to claim 13, characterized in that
gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt b) oder nach dem Verfahrensschritt b) oder nach dem Verfahrensschritt c) auf die zweite Schicht (16) eine weitere Schicht (18) als Deckschicht aufgebracht wird.  simultaneously with method step b) or after method step b) or after method step c), a further layer (18) is applied to the second layer (16) as a cover layer.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Formgebung des Verbundbauteils (10) bei einer Temperatur von 120 0 C bis 400 0 C durch Tiefziehen, Thermoformen, Prägen oder durch Stanzen erfolgt . A method according to claim 13 or 14, characterized in that the further shaping of the composite component (10) takes place at a temperature of 120 0 C to 400 0 C by deep drawing, thermoforming, embossing or punching.
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