WO2014044560A1 - Verfahren zur herstellung eines formteils und verwendung eines entsprechenden formteils - Google Patents

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Mesut CETIN
Philipp KETTENIß
Thomas Gries
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a molded article and the use of a corresponding molded article.
  • the invention finds particular application in the production of moldings from composite materials.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • semi-finished fiber products are placed in a mold and then encapsulated with a molding compound.
  • the composite materials resulting from the curing of the molding compound are characterized by high strength and low weight
  • Such composite materials are therefore used in particular as structural parts in vehicle or aircraft construction.
  • composite materials are also used as decorative surfaces, for example as decorative moldings in motor vehicles.
  • carbon fiber reinforced plastics are particularly suitable, because these with their checkerboard pattern one
  • many vehicle buyers prefer surfaces that are at least modeled on a natural material such as wood, which is well known in the art
  • methods for producing composite materials are not suitable for producing molded parts which have a surface structure which is modeled on natural materials.
  • the object of the invention is therefore to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to provide a method for producing a molded part with which molded parts can be produced which have a surface structure modeled on natural materials.
  • advantageous uses of a correspondingly produced molding are given.
  • the inventive method for producing a molded part has at least the following steps: a. Providing a plurality of layers of fibers of a first fiber type in a mold;
  • the mold is a tool, such as a Resin Transfer Molding (RTM) process, which produces the outer shape of a dictates the composite material.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • a plurality of layers of fibers of a first fiber type are provided.
  • the layers are, in particular, a woven fabric, a scrim, a multiaxial fabric, a knitted fabric, a braid, a mat, a fleece, a fine cut and / or a spacer fabric.
  • the fibers can also form layers with an additional material, such as (perforated and / or isotropic) plastic films.
  • the first type of fiber is in particular basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers, steel fibers, aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, Plexiglas fibers, wood fibers, flax fibers, hemp fibers and / or sisal fibers.
  • the first type of fiber is glass fibers.
  • the fibers of the first fiber type are preferably colorless.
  • At least one layer of fibers of a second fiber type is provided in the mold between the plurality of layers of fibers of the first fiber type.
  • the number of layers of fibers of the second fiber type may be different and varied within wide limits depending on the available form. In particular, two, more preferably three or very particularly preferably four, layers of fibers of the second fiber type are preferred.
  • the at least one layer of fibers of the second fiber type may likewise be a scrim, a multiaxial scrim, a knit, a braid, a mat, a nonwoven, a fine cut and / or a Ab Stands tissue. Also preferred here is a Multiaxialgelege.
  • the second type of fiber is also in particular basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers, steel fibers, aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, Plexiglas fibers, wood fibers, flax fibers, hemp fibers and / or sisal fibers.
  • the second fiber type is in particular a colored material. In any case, the first fiber type and the second fiber type are made of different materials and have different colors.
  • the fibers of the first fiber type and the fibers of the second fiber type should not form a layer together.
  • this also means that they are not woven together to form a fabric and, moreover, can be provided in the mold independently of each other.
  • the plurality of layers of fibers of the first fiber type and the at least one layer of fibers of the second fiber type are superimposed in layers in the mold.
  • a pack of layers of both fiber types outside the mold can be formed, so that then the layers are at least partially inserted together in the mold.
  • the layer pack may eventually comprise up to 20 layers, but preferred are arrangements of 3 to 6 layers.
  • the one or at least one of the layers of fibers of the second fiber type is provided wave-like in the mold, so that this (after completion of the moldings) is modeled on the grain of a wood.
  • the layers of fibers of the second fiber type have different corrugations. At least one, several or all layers of fibers of the second fiber type are for this purpose preferably wider than a width of a composite material to be produced and / or longer than a length of a composite material to be produced.
  • At least individual layers of fibers of the second fiber type may be narrower than the width of the composite material to be produced and / or shorter than the length of the composite material to be produced. This also means that at least one, several or all ends of the second fiber type layers in the widthwise and / or lengthwise directions of the composite material to be produced may be spaced from side walls of the mold in providing the second fiber type fibers, and these in particular do not touch.
  • the corrugation of the layers of fibers of the second fiber type may, for example, by a corresponding attachment of the at least one layer of fibers of the second fiber type in the shape, for example with adhesive strips, and / or by a corresponding relining with layers of fibers of the first fiber type can be achieved.
  • at least one, several or all layers of fibers of the first fiber type may preferably be narrower than the width of the composite material to be produced and / or shorter than the length of the composite material to be produced. This means z.
  • At least one, several or all ends of the first fiber type layers in the widthwise and / or lengthwise directions of the composite material to be produced are spaced apart from, and in particular not the same, the side walls of the mold in providing the first fiber type fibers touch. It is also preferred that the lowermost and / or uppermost layer is formed from a layer of fibers of the first fiber type.
  • a resin (especially a casting resin) are filled into the mold.
  • the resin forms a matrix in the mold for the plurality of layers of fibers of the first fiber type.
  • the resin is preferably at least one of the following resins: epoxy resin (EP resin), unsaturated polyester resin (UP resin), vinyl ester resin (VE resin), phenol-formaldehyde resin (PF resin), diallyl phthalate resin (D. AP resin), methacrylate resin (MMA resin), polyurethane resin (PUR resin) and / or amino resins.
  • the mold is in particular connectable via pressure lines with a resin source. The resin is either poured into the mold and / or injected under pressure into the mold.
  • the resin thus forms a composite with the plurality of first fiber type layers and the at least one second type fiber layer.
  • the composite material has a length, a width and a height, for example a length up to about 100 cm, a width up to about 50 cm and a height in the range of about 3-100 mm.
  • the layers of fibers are already made with a bonding material in the layers. These are in particular so-called “prepregs” or else preimpregnated fiber layers, The fibers are then already treated with an unhardened (thermosetting) plastic. see.
  • the connecting material plastic is thus introduced simultaneously with the provision of the layers in the mold.
  • required bonding material for the adhesion of the layers to each other may be a resin and / or a plastic, wherein a casting resin for a subsequent introduction of the bonding material into the mold and plastic in Pregregs preferably applies.
  • vacuum fusion process Preferably one of the following methods is used: vacuum fusion process, prepregging, hand lamination, fiber spraying, pultrusion process.
  • step d. solidified.
  • the resin is cured.
  • a thermal treatment of the composite material can be carried out.
  • Such curing processes are often carried out in an autoclave.
  • the composite material in step e. separated into molded parts so that the layer of fibers of the second fiber type on at least one surface of the molded part or preferably on two (in particular opposite) surfaces of the molded part is visible as a structure. Furthermore, it is also possible that the fibers of the second fiber type are visible as a structure on the majority of the surfaces and / or not on all surfaces of the molded part.
  • the composite material is preferably cut into multiple and / or preferred (substantially) perpendicular to the plurality of layers of fibers of the first fiber type and / or perpendicular to the at least one layer of fibers of the second fiber type in shaped parts.
  • the separation of the composite material takes place in such a way that the molded parts have a molded part length which corresponds to the width of the composite material and / or the molded parts have a molded part width which corresponds to the height of the composite material.
  • the at least one layer of fibers of the second fiber type is deposited on the at least one surface of the molding fiber. partly visible as a structure, in particular, in that the at least one layer of fibers of the second fiber type has a color which visually stands out from a color of the resin and a color of the plurality of layers of fibers of the first fiber type.
  • the at least one surface can additionally be polished and / or varnished with a clearcoat.
  • the moldings have a thickness which is preferably between 1 mm to 50 mm, more preferably between 1 mm to 25 mm and most preferably between 1 mm to 10 mm.
  • the moldings are formed in particular in the manner of disks or plates, wherein in principle (depending on the shape), other shapes are possible, such as an S-shape.
  • steps a. to e. are preferably carried out in succession, wherein z. B. steps a. and b. if necessary (alternately) be executed several times in succession before step c. is carried out.
  • further handling steps can be carried out in between, such as a transport, a conditioning, a measurement, etc.
  • a first type of fiber layer or a plurality of adjacent layers of first fiber type fibers have a first thickness and a layer of second fiber type fibers or a plurality of adjacent second fiber type layers of second fiber type have a second thickness Thickness is greater than the second thickness.
  • the ratio of the first thickness to the second thickness is preferably (at least) 5: 1, more preferably (at least) 10: 1 and most preferably (at least) 20: 1. This ensures that each individual layer of the at least one layer of fibers of the second fiber type on the at least one surface of the molding in step e. becomes visible as a linear structure.
  • a distance between two layers of second fiber type fibers is different along a width of the composite material. This means in particular that the corrugation of the individual layers of fibers of the second fiber type is different. As a result, a structure on at least one surface of the later separated molded part are produced, which looks very similar to a natural wood grain.
  • the plurality of layers of fibers of the first fiber type has a first color and the at least one layer of fibers of the second fiber type has a second color. This ensures that the at least one layer of fibers of the second fiber type can be seen on the at least one surface of the molded part. It is also advantageous if the plurality of layers of fibers of the first fiber type has a first color and the first color corresponds to a color of the resin. In this way it is achieved that the plurality of layers of fibers of the first fiber type and the resin on the at least one surface of the molded part produce a color-homogenous surface.
  • the plurality of layers of fibers of the first fiber type is colorless. As a result, the plurality of layers of fibers of the first fiber type on the at least one surface of the molded part is substantially not visible.
  • the plurality of layers of fibers of the first fiber type during step c. be colored by the resin. This also ensures that the plurality of layers of fibers of the first fiber type and the resin on the at least one surface of the molded part produce a color-homogenous surface.
  • the fibers of the first fiber type are carbon fibers. Carbon fibers have an approximately black color. These are therefore particularly well suited to produce a clearly visible structure on the at least one surface of the molded part. It is particularly advantageous if light-conducting elements are arranged between the plurality of layers of fibers of the first fiber type or the at least one layer of fibers of the second fiber type, so that ends of the light-conducting elements are visible on at least two surfaces of the molded part.
  • the light-conducting elements are preferably light-conducting fibers (in particular of polymethyl methacrylate (PMMA)) and / or glass fibers.
  • the ends of the light-conducting elements are visible in particular on at least two opposite surfaces of the molded part and end there.
  • a use of a molded article produced by a method according to the Invention is proposed as a floor covering, automotive interior or decorative surface.
  • the floor covering, the automotive interior or the decorative surfaces is backlit, so that on a visible surface of the molded parts lighting effects, such. B. points of light, are visible.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments of the invention, but this is not limited thereto.
  • Fig. 4 a composite material
  • Fig. 5 a use of the moldings produced by a method according to the invention as a floor covering.
  • Fig. 1 shows a mold 4 with a bottom 15 and side walls 14.
  • the mold 4 can be closed pressure-tight with a lid, not shown here. 2
  • the mold 4 is shown in a plan view, wherein the mold 4 is connected via a pressure line 18 with a resin source 16.
  • prepregs instead of casting resin, which are simply stacked one on top of the other.
  • a composite material 8 and a top layer of fibers of a first fiber type 2 is visible.
  • the layer of fibers of the first fiber type 2 has a width which corresponds to a width 12 of the composite material 8.
  • the layer of fibers of the first fiber type 2 furthermore has a length which corresponds to a length 17 of the composite material 8.
  • the width 12 and the length 17 of the composite material 8 are defined by the side walls 14 of the mold 4.
  • FIG. 3 shows a sectional view along the section line III-III drawn in FIG. 2.
  • a plurality of layers of fibers of a first fiber type 2 and three layers of fibers of a second fiber type 5 were provided in layers on the bottom 15 of the mold 4, which together form a height 19 of the composite material 8 define.
  • the lowermost layer in this exemplary embodiment forms a layer of fibers of the first fiber type 2.
  • the lowest layer is here the layer which is arranged directly on the bottom 15 of the mold 4.
  • the lowermost layer of fibers of the first fiber type 2 has a width which corresponds to the width 12 of the composite material 8.
  • the overlying layers of first fiber type fibers 2 (also shown in phantom) have at least partially a width that is less than the width 12 of the composite material 8. This allows for a wave-like arrangement of the layers of fibers of the second fiber type 5 by a corresponding relining ,
  • the layers of fibers of the first fiber type 2 have a first thickness 9 and the respective layers of fibers of the second fiber type 5 have a second thickness 10, wherein the first thickness 9 is greater than the second thickness 10.
  • a distance 11 between two layers of second fiber type fibers 5 is different along the width 12 of the composite material 8.
  • the composite material 8 has, parallel to the layers of fibers of the first fiber type 2 and the layers of fibers of the second fiber type 5, a plurality of light-conducting elements 13 which extend in the direction of the length 17 of the composite material 8 shown in FIG have a length corresponding to the length 17 of the composite material 8.
  • resin 7 is introduced into the mold 4 via a pressure line 18 from a resin source 16.
  • FIG. 4 now shows the composite material 8, after which it has been solidified and removed from the mold 4.
  • the composite material 8 has the width 12, the length 17 and the height 19 shown in FIG.
  • the photoconductive elements 13 embedded in the resin 7 as a matrix are shown as dashed lines.
  • the composite material 8 is separated into 25 (plate-shaped) mold parts 1 along section lines 20 shown here in the present exemplary embodiment so that they have a thickness 24 in the direction of the length 17 of the molded part 8 shown in FIG.
  • the moldings 1 also have a mold part length 3, which corresponds to the width 12 of the composite material 8.
  • Fig. 5 shows a use of a prepared according to a method according to the Invention variety of moldings 1 as floor covering 25.
  • the moldings 1 have a molding width 6, which corresponds to the height shown in Fig. 3 19 of the composite material 8, and a surface visible from above 21 on.
  • the layers of fibers of the second fiber type 5 are visible as a wave-shaped structure 22, wherein the structure 22 is modeled on a natural wood grain.
  • 21 ends 23 of light-conducting elements 13 are visible on the surface.
  • the floor covering 25 is illuminated from below.
  • the method according to the invention makes it possible to produce molded parts which have particularly attractive surface structures and, moreover, are durable.

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Formteils (1), aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a. Bereitstellen einer Mehrzahl von Lagen aus Fasern eines ersten Fasertyps (2) in einer Form (4); b. Bereitstellen zumindest einer Lage aus Fasern eines zweiten Fasertyps (5) zwischen der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) in der Form (4); c. Bereitstellen eines Harzes (7) oder eines Kunststoffes in der Form (4), so dass das Harz (7) oder der Kunststoff, die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) und die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) ein Verbundmaterial (8) bilden; d. Verfestigen des Verbundmaterials (8); und e. Trennen des Verbundmaterials (8) in Formteile (1), so dass die Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) auf zumindest einer Oberfläche (21) des Formteils (1) als Struktur (22) sichtbar ist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formteils und Verwendung eines entsprechenden
Formteils Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils und die Verwendung eines entsprechenden Formteils. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung von Formteilen aus Verbundwerkstoffen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Verbundmateria- lien beispielsweise aus Duroplasten und Elastomeren bekannt. Diese Verfahren werden insbesondere als„Resin Transfer Moulding" (RTM) bezeichnet. Bei diesen Verfahren werden Faserhalbzeuge in ein Werkzeug eingelegt und anschließend mit einer Formmasse umgössen. Die nach dem Aushärten der Formmasse entstehenden Verbundmaterialien zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aus. Solche Verbundmaterialen werden daher insbesondere als Strukturteile im Fahrzeug- oder Flugzeugbau verwendet. Neben solchen Strukturteilen werden Verbundwerkstoffe jedoch auch als dekorative Oberflächen, beispielsweise als Zierleisten in Kraftfahrzeugen, eingesetzt. In dieser Hinsicht eignen sich besonders kohlefaserverstärkte Kunststoffe, weil diese mit ihrer schachbrettartigen Musterung einem Fahrzeuginnenraum ein besonders modernes und sportliches Design verleihen. Viele Fahrzeugkäufer bevorzugen jedoch Oberflächen, die einem Naturmaterial, wie beispielsweise Holz, zumindest nachempfunden sind. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterialien sind jedoch nicht dazu geeignet, Formteile herzustellen, die eine Naturmaterialien nachempfundene Oberflächenstruktur aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfah- ren zur Herstellung eines Formteils anzugeben, mit dem Formteile herstellbar sind, die eine Naturmaterialien nachempfundene Oberflächenstruktur aufweisen. Darüber hinaus werden auch vorteilhafte Verwendungen eines entsprechend hergestellten Formteils angegeben.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteils gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in belie- biger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Formteils weist zumindest die folgenden Schritte auf: a. Bereitstellen einer Mehrzahl von Lagen aus Fasern eines ersten Fasertyps in einer Form;
b. Bereitstellen zumindest einer Lage aus Fasern eines zweiten Fasertyps zwischen der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps in der Form; c. Bereitstellen eines Harzes oder Kunststoffes in der Form, so dass das Harz oder der Kunststoff, die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps und die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps ein Verbund- material bilden;
d. Verfestigen des Verbundmaterials; und
e. Trennen des Verbundmaterials in Formteile, so dass die Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps auf zumindest einer Oberfläche des Formteils als Struktur sichtbar ist.
Bei der Form handelt es sich um ein Werkzeug, beispielsweise eines „Resin Transfer Moulding"- Verfahrens (RTM), das die äußere Form eines herzustellen- den Verbundmaterials vorgibt. In diese Form wird gemäß Schritt a. eine Mehrzahl von Lagen aus Fasern eines ersten Fasertyps bereitgestellt. Bei den Lagen handelt es sich insbesondere um ein Gewebe, ein Gelege, ein Multiaxialgelege, ein Gestrick, ein Geflecht, eine Matte, ein Vlies, Feinschnitt und/oder ein Abstandsge- webe. Ebenso können die Fasern auch mit einem Zusatzwerkstoff Lagen bilden, wie beispielsweise als (gelochte und/oder isotrope) Kunststofffolien. Bevorzugt sind jedoch Multiaxialgelege, bei denen Fasern (im Wesentlichen) parallel und gestreckt liegen (unidirektionale Anordnung der Fasern), wobei die Fasern nicht ausschließlich in einer Ebene orientiert sind, sondern auch nicht-parallel oder so- gar senkrecht zu einer Ebene der Lage angeordnet sind. Bei dem ersten Fasertyp handelt es sich insbesondere um Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Stahlfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Polyethylenfasem, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffaser und/oder Sisalfasern. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Fasertyp jedoch um Glasfasern. Darüber hinaus sind die Fasern des ersten Fasertyps bevorzugt farblos.
Gemäß Schritt b. wird zwischen der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps zumindest eine Lage aus Fasern eines zweiten Fasertyps in der Form bereitgestellt. Die Anzahl der Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps kann unterschiedlich sein und in Abhängigkeit von der verfügbaren Form auch in weiten Grenzen variiert werden. Bevorzugt sind insbesondere zwei, besonders bevorzugt drei oder ganz besonders bevorzugt vier Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps. Bei der zumindest einen Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps kann es sich ebenso um ein Gelege, ein Multiaxialgelege, ein Gestrick, ein Geflecht, eine Matte, ein Vlies, Feinschnitt und/oder ein Ab Stands gewebe handeln. Bevorzugt ist auch hier ein Multiaxialgelege. Bei dem zweiten Fasertyp handelt es sich ebenfalls insbesondere um Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Stahlfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern, Ny- lonfasern, Polyethylenfasem, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffaser und/oder Sisalfasern. Bei dem zweiten Fasertyp handelt es sich insbesondere um ein farbiges Material. Der erste Fasertyp und der zweite Fasertyp bestehen jedenfalls aus unterschiedlichen Materialien und weisen unterschiedliche Farben auf.
Klarzustellen ist hier, dass die Fasern des ersten Fasertyps und die Fasern des zweiten Fasertyps nicht gemeinsam eine Lage bilden sollten. Dies bedeutet insbesondere auch, dass diese nicht miteinander zu einem Gewebe einer Lage gewoben sind und darüber hinaus unabhängig voneinander in der Form bereitgestellt werden können. Die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps und die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps werden schichtweise in der Form übereinander gelegt. Gegebenenfalls kann auch schon ein Pack aus Lagen beider Fasertypen außerhalb der Form gebildet werden, so dass dann die Lagen zumindest teilweise zusammen in die Form eingelegt werden. Beispielsweise kann der Lagenpack schließlich bis 20 Lagen umfassen, bevorzugt sind hier aber Anordnungen von 3 bis 6 Lagen. Hierbei wird die eine oder zumindest eine der zumindest einen Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps wellenartig in der Form bereitgestellt, so dass diese (nach Fertigstellung der Formteile) der Maserung eines Holzes nachempfunden ist. Bevorzugt ist zudem bei einer Mehrzahl von Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps, dass die Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps unterschiedliche Wellungen aufweisen. Mindestens eine, mehrere oder alle Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps sind hierzu bevorzugt breiter als eine Breite eines herzustellenden Verbundmaterials und/oder länger als eine Länge eines herzustellenden Verbundmaterials. Klarzustellen ist jedoch, dass zur Herstellung einer Naturmaterialien nachempfundenen Struktur zumindest einzelne Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps schmaler als die Breite des herzustellen- den Verbundmaterials und/oder kürzer als die Länge des herzustellenden Verbundmaterials sein können. Dies bedeutet auch, dass mindestens eine, mehrere oder alle Enden der Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps in den Richtungen der Breite und/oder der Länge des herzustellenden Verbundmaterials bei der Bereitstellung der Fasern des zweiten Fasertyps von Seitenwänden der Form beabstandet sein können und diese insbesondere nicht berühren. Die Wellung der Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps kann beispielsweise durch eine entsprechende Befestigung der zumindest einen Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps in der Form, beispielsweise mit Klebestreifen, und/oder durch eine entsprechende Unterfütterung mit Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps erzielt werden. Zur Unterfütterung der Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps können mindestens eine, mehrere oder alle Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps bevorzugt schmaler als die Breite des herzustellenden Verbundmaterials und/oder kürzer als die Länge des herzustellenden Verbundmaterials sein. Dies bedeutet z. B. auch, dass mindestens eine, mehrere oder alle Enden der Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps in den Richtungen der Breite und/oder der Länge des herzustellenden Verbundmaterials bei der Bereitstellung der Fasern des ersten Fasertyps von Seitenwänden der Form beabstandet sind und diese insbesondere nicht berühren. Bevorzugt ist zudem, dass die unterste und/oder oberste Lage aus einer Lage aus Fasern des ersten Fasertyps gebildet wird.
Weiter kann in Schritt c. ein Harz (insbesondere ein Gießharz) in die Form einge- füllt werden. Das Harz bildet in der Form für die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps eine Matrix. Bei dem Harz handelt es sich bevorzugt um mindestens einen der nachfolgenden Kunstharze: Epoxidharz (EP-Harz), ungesättigtes Polyesterharz (UP-Harz), Venylesterharz (VE-Harz), Phenol- Formaldehydharz (PF-Harz), Diallylphthalath-Harz (D AP-Harz), Methacrylatharz (MMA-Harz), Polyurethanharz (PUR-Harz) und/oder Aminoharze. Zum Einfüllen des Harzes ist die Form insbesondere über Druckleitungen mit einer Harzquelle verbindbar. Das Harz wird entweder in die Form eingegossen und/oder unter Druck in die Form eingespritzt. Das Harz bildet somit mit der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps und der zumindest einen Lage aus Fasern des zweiten Typs ein Verbundmaterial. Das Verbundmaterial weist eine Länge, eine Breite und eine Höhe auf, beispielsweise eine Länge bis ca. 100 cm, eine Breite bis ca. 50 cm und eine Höhe im Bereich von ca. 3-100 mm.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Lagen aus Fasern bereits mit einem Verbindungsmaterial in den Lagen ausgeführt sind. Hierbei handelt es sich insbesondere um so genannte„Prepregs" oder auch vorimprägnierte Faser-Lagen. Die Fasern sind dann bereits mit einem ungehärteten (duroplastischen) Kunststoff ver- sehen. In diesem Fall wird das Verbindungsmaterial (Kunststoff) also gleichzeitig mit der Bereitstellung der Lagen in die Form eingebracht.
Das für den in Schritt d. genötigte Verbindungsmaterial für die Haftung der Lagen miteinander kann also ein Harz und/oder ein Kunststoff sein, wobei ein Gießharz für eine nachträgliche Einbringungen des Verbindungsmaterials in die Form und Kunststoff bei Pregregs bevorzugt Anwendung findet.
Bevorzugt findet eines der folgenden Verfahren Anwendung: Vakuumfusionsver- fahren, Prepregging, Handlaminieren, Faserspritzen, Pultrusionsverfahren.
Daraufhin wird das Verbundmaterial in Schritt d. verfestigt. Dies bedeutet insbesondere, dass das Harz ausgehärtet wird. Hierfür kann insbesondere eine thermische Behandlung des Verbundmaterials durchgeführt werden. Solche Aushärte- prozesse werden vielfach in einem Autoklaven durchgeführt. Zudem wäre auch möglich, eine Aushärtung mittels UV-Licht durchzuführen, wenn der Harz hierfür geeignet ist.
Dann wird das Verbundmaterial in Schritt e. in Formteile getrennt, so dass die Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps auf zumindest einer Oberfläche des Formteils oder bevorzugt auf zwei (insbesondere gegenüberliegenden) Oberflächen des Formteils als Struktur sichtbar ist. Weiterhin ist auch möglich, dass die Fasern des zweiten Fasertyps auf der Mehrzahl der Oberflächen und/oder nicht auf allen Oberflächen des Formteils als Struktur sichtbar sind. Dies bedeutet insbesondere, dass das Verbundmaterial bevorzugt vielfach und/oder bevorzugt (im Wesentlichen) senkrecht zu der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps und/oder senkrecht zu der zumindest einen Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps in Formteile geschnitten wird. Insbesondere erfolgt das Trennen des Verbundmaterials derart, dass die Formteile eine Formteillänge aufweisen, die der Breite des Verbundmaterials entspricht und/oder die Formteile eine Formteilbreite aufweisen, die der Höhe des Verbundmaterials entspricht. Die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps wird auf der zumindest einen Oberfläche des Form- teils als Struktur insbesondere dadurch sichtbar, dass die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps eine Farbe aufweist, die sich optisch von einer Farbe des Harzes und einer Farbe der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps abhebt. Um die Sichtbarkeit der Struktur zu erhöhen, kann die zumindest eine Oberfläche zusätzlich poliert und/oder mit einem Klarlack lackiert werden. Die Formteile weisen eine Stärke auf, die bevorzugt zwischen 1 mm bis 50 mm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm bis 25 mm und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 mm bis 10 mm beträgt. Die Formteile sind insbesondere nach Art von Scheiben oder Platten ausgebildet, wobei grundsätzlich auch (in Abhängigkeit von der Form) auch andere Gestalten möglich sind, wie zum Beispiel eine S-Form.
Die Schritte a. bis e. werden bevorzugt nacheinander durchgeführt, wobei z. B. die Schritte a. und b. ggf. (abwechseln) mehrfach hintereinander ausgeführt werden, bevor Schritt c. durchgeführt wird. Zudem können weitere Handhabungs- schritte zwischendurch vorgenommen werden, wie beispielsweise ein Transport, eine Konditionierung, eine Messung, etc.
Vorzugsweise weisen eine Lage des ersten Fasertyps oder eine Mehrzahl von benachbart angeordneten Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps eine erste Dicke und eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps oder eine Mehrzahl von benachbart angeordneten Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps eine zweite Dicke auf, wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist. Das Verhältnis der ersten Dicke zu zweiten Dicke beträgt bevorzugt (mindestens) 5: 1, besonders bevorzugt (mindestens) 10: 1 und ganz besonders bevorzugt (mindestens) 20: 1. Hierdurch wird gewährleistet, dass jede einzelne Lage der zumindest einen Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps auf der zumindest einen Oberfläche des Formteils in Schritt e. als eine linienartige Struktur sichtbar wird.
Besonders bevorzugt ist ein Abstand zwischen zwei Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps entlang einer Breite des Verbundmaterials verschieden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Wellung der einzelnen Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps verschieden ist. Hierdurch kann eine Struktur auf zumindest einer Ober- fläche des später abgetrennten Formteils erzeugt werden, die einer natürlichen Holzmaserung besonders ähnlich sieht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps eine erste Farbe aufweist und die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps eine zweite Farbe aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps auf der zumindest einen Oberfläche des Formteils erkennbar ist. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps eine erste Farbe aufweist und die erste Farbe einer Farbe des Harzes entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps und der Harz auf der zumindest einen Oberfläche des Formteils eine farblich homogene Fläche erzeugen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps farblos ist. Hierdurch ist die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps auf der zumindest einen Oberfläche des Formteils im Wesentlichen nicht erkennbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps während Schritt c. durch den Harz eingefärbt werden. Auch hierdurch wird erreicht, dass die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps und der Harz auf der zumindest einen Oberfläche des Formteils eine farblich homoge- ne Fläche erzeugen.
Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn es sich bei den Fasern des ersten Fasertyps um Carbonfasern handelt. Carbonfasern weisen eine annähernd schwarze Farbe auf. Diese sind daher besonders gut geeignet, auf der zumindest einen Ober- fläche des Formteils eine deutlich sichtbare Struktur zu erzeugen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn lichtleitende Elemente zwischen die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps oder die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps angeordnet werden, so dass Enden der lichtleitenden Elemente auf zumindest zwei Oberflächen des Formteils sichtbar sind. Bei den lichtleitenden Elementen handelt es sich bevorzugt um lichtleitende Fasern (insbesondere aus Polymethylmethacrylat (PMMA)) und/oder Glasfasern. Die Enden der lichtleitenden Elemente sind insbesondere auf zumindest zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen des Formteils sichtbar und enden dort. Dies hat den Vorteil, dass die Formteile, beispielsweise bei der Verwendung als Fußbodenbelag, hinterleuchtet werden können, so dass auf einer sichtbaren Oberfläche der Formteile Leuchteffekte, wie z. B. Lichtpunkte, sichtbar sind.
Darüber hinaus wird auch eine Verwendung eines nach einem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellten Formteils als Fußbodenbelag, Automobilinterieur oder Dekorationsoberfläche vorgeschlagen. Bevorzugt wird der Fußbodenbelag, das Automobilinterieur oder die Dekorationsoberflächen hinterleuchtet, so dass auf einer sichtbaren Oberfläche der Formteile Leuchteffekte, wie z. B. Lichtpunkte, sichtbar sind. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch: Fig. 1: eine Form in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2: die Form in einer Draufsicht mit bereitgestellten Lagen,
Fig. 3: eine Schnittdarstellung der Form mit den bereitgestellten Lagen,
Fig. 4: ein Verbundmaterial, und Fig. 5: eine Verwendung der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile als Fußbodenbelag.
Fig. 1 zeigt eine Form 4 mit einem Boden 15 und Seitenwänden 14. Die Form 4 ist mit einem hier nicht gezeigten Deckel druckdicht verschließbar. In der Fig. 2 wird die Form 4 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die Form 4 über eine Druckleitung 18 mit einer Harzquelle 16 verbunden ist. Alternativ ist auch möglich, statt Gießharz so genannten Prepregs einzusetzen, die einfach schichtweise aufeinander gelegt werden. In dieser Draufsicht ist ein Verbundmaterial 8 und eine oberste Lage aus Fasern eines ersten Fasertyps 2 sichtbar. Die Lage aus Fasern des ersten Fasertyps 2 weist eine Breite auf, die einer Breite 12 des Verbundmaterials 8 entspricht. Die Lage aus Fasern des ersten Fasertyps 2 weist darüber hinaus eine Länge auf, die einer Länge 17 des Verbundmaterials 8 entspricht. Die Breite 12 und die Länge 17 des Verbundmaterials 8 werden durch die Seitenwände 14 der Form 4 vorgegeben.
Die Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie III-III. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 ist zu erkennen, dass auf dem Boden 15 der Form 4 schichtweise eine Mehrzahl von Lagen aus Fasern eines ersten Fasertyps 2 und drei Lagen aus Fasern eines zweiten Fasertyps 5 bereitgestellt wurden, die gemeinsam eine Höhe 19 des Verbundmaterials 8 definieren. Die unterste Lage bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine Lage aus Fasern des ersten Fasertyps 2. Als unterste Lage wird hier diejenige Lage bezeichnet, die direkt auf dem Boden 15 der Form 4 angeordnet ist. Die unterste Lage aus Fasern des ersten Fasertyps 2 weist eine Breite auf, die der Breite 12 des Verbundmaterials 8 entspricht. Die darüber liegenden Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps 2 (ebenfalls gestrichelt dargestellt) weisen zumindest teilweise eine Breite auf, die geringer ist als die Breite 12 des Verbundmaterials 8. Dies ermöglicht eine wellenartige Anordnung der Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps 5 durch eine entsprechende Unterfütterung. Darüber hinaus ist erkennbar, dass die Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps 2 eine erste Dicke 9 und die jeweiligen Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps 5 eine zweite Dicke 10 aufweisen, wobei die erste Dicke 9 größer als die zweite Dicke 10 ist. Darüber hinaus wird ersichtlich, dass durch die gewellte Anordnung der Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps 5 ein Abstand 11 zwischen zwei Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps 5 entlang der Breite 12 des Verbundmaterials 8 verschieden ist. Darüber hinaus weist das Verbundmaterial 8 parallel zu den Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps 2 und den Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps 5 eine Mehrzahl von lichtleitenden Elementen 13 auf, die sich in Richtung der in Fig. 2 gezeigten Länge 17 des Verbundmaterials 8 erstrecken und eine Länge aufweisen, die der Länge 17 des Verbundmaterials 8 entspricht. Zur Bildung des Verbundmaterials 8 wird über eine Druckleitung 18 aus einer Harzquelle 16 Harz 7 in die Form 4 eingefüllt.
Die Fig. 4 zeigt nun das Verbundmaterial 8, nach dem dieses verfestigt und aus der Form 4 entnommen wurde. Das Verbundmaterial 8 weist die Breite 12, die Länge 17 und die in Fig. 3 gezeigte Höhe 19 auf. Zudem sind die lichtleitenden Elemente 13, die in dem Harz 7 als Matrix eingebettet sind, als gestrichelte Linien dargestellt. Entsprechend Schritt e. wird das Verbundmaterial 8 entlang von hier grafisch dargestellten Schnittlinien 20 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in 25 (plattenförmige) Formteile 1 getrennt, so dass diese in Richtung der in Fig. 2 dargestellten Länge 17 des Formteils 8 eine Stärke 24 aufweisen. Die Formteile 1 weisen darüber hinaus eine Formteillänge 3 auf, die der Breite 12 des Verbundmaterials 8 entspricht.
Die Fig. 5 zeigt eine Verwendung einer nach einem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellten Vielzahl von Formteilen 1 als Fußbodenbelag 25. Die Formteile 1 weisen eine Formteilbreite 6, die der in Fig. 3 gezeigten Höhe 19 des Verbundmaterials 8 entspricht, und eine von oben sichtbare Oberfläche 21 auf. Auf der Oberfläche 21 sind die Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps 5 als eine wellenförmige Struktur 22 sichtbar, wobei die Struktur 22 einer natürlichen Holzmaserung nachempfunden ist. Darüber hinaus sind auf der Oberfläche 21 Enden 23 von lichtleitenden Elementen 13 sichtbar. Der Fußbodenbelag 25 ist von unten beleuchtbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Formteile herstellen, die besonders ansprechende Oberflächenstrukturen aufweisen und darüber hinaus dauerhaltbar sind.
Bezugszeichenliste
1 Formteil
2 Lagen aus Fasern eines ersten Fasertyps
3 Formteillänge
4 Form
5 Lage aus Fasern eines zweiten Fasertyps
6 Formteilbreite
7 Harz
8 Verbundmaterial
9 erste Dicke
10 zweite Dicke
11 Abstand
12 Breite
13 lichtleitendes Element
14 Seitenwand
15 Boden
16 Harzquelle
17 Länge
18 Druckleitung
19 Höhe
20 Schnittlinie
21 Oberfläche
22 Struktur
23 Enden
24 Stärke
25 Fußbodenbelag

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Formteils (1), aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a. Bereitstellen einer Mehrzahl von Lagen aus Fasern eines ersten Fasertyps (2) in einer Form (4);
b. Bereitstellen zumindest einer Lage aus Fasern eines zweiten Fasertyps (5) zwischen der Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) in der Form (4);
c. Bereitstellen eines Harzes (7) oder eines Kunststoffes in der Form
(4), so dass das Harz (7) oder der Kunststoff, die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) und die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) ein Verbundmaterial (8) bilden;
d. Verfestigen des Verbundmaterials (8); und
e. Trennen des Verbundmaterials (8) in Formteile (1), so dass die Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) auf zumindest einer Oberfläche (21) des Formteils (1) als Struktur (22) sichtbar ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei eine Lage aus Fasern des ersten Fasertyps (2) oder eine Mehrzahl von benachbart angeordneten Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) eine erste Dicke (9) aufweisen und eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) oder eine Mehrzahl von benachbart angeordneten Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) eine zweite Dicke (10) aufweisen, wobei die erste Dicke (9) größer als die zweite Dicke (10) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Abstand (11) zwischen zwei Lagen aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) entlang einer Breite (12) des Verbundmaterials (8) verschieden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) eine erste Farbe aufweisen und die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) eine zweite Farbe aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) eine erste Farbe aufweist und wobei die erste Farbe einer Farbe des Harzes (7) entspricht.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) farblos ist.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ersten Fasertyps (2) während Schritt c. durch den Harz (7) einge- färbt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei es sich bei den Fasern des ersten Fasertyps (2) um Carbonfasern handelt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei lichtleitende Elemente (13) zwischen die Mehrzahl von Lagen aus Fasern des ers- ten Fasertyps (2) oder die zumindest eine Lage aus Fasern des zweiten Fasertyps (5) angeordnet werden, so dass Enden (23) der lichtleitenden Elemente (13) auf zumindest zwei Oberflächen des Formteils (1) sichtbar sind.
10. Verwendung eines nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche hergestellten Formteils (1) als Bodenbelag, Automobilinte- rieur oder Dekorationsoberfläche.
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