DE102009031336A1

DE102009031336A1 - Faseranordnung und Faserverbundwerkstoff sowie daraus hergestelltes Faserverbundbauteil und Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen

Info

Publication number: DE102009031336A1
Application number: DE102009031336A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Ilzhöfer; Asmir Dipl.-Ing. Salkic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Faseranordnung (1) zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit einer duroplastischen Matrix bereit, wobei die Faseranordnung (1) eine Mehrzahl von Verstärkungsfasern (2) aufweist und ein vernetzbares faserförmiges, die duroplastische Matrix bildendes Reaktionsharz umfasst, das benachbart zu den Verstärkungsfasern (2) angeordnet vorliegt. Ferner offenbart die Erfindung einen faserverstärkten Verbundwerkstoff, der die Faseranordnung (1) umfasst, und ein daraus hergestelltes Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug. Schließlich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils unter Verwendung der Faseranordnung (1) offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft eine Faseranordnung zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit einer duroplastischen Matrix, die sich insbesondere zur Fertigung von Faserverbundbauteilen eignet. Ferner wird das entsprechende Herstellungsverfahren für Faserverbundbauteile unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Faseranordnung offenbart.
Um im Automobilbau zur Gewichtsoptimierung auch für tragende Konstruktionsbauteile leichtere Komponenten mit gewünschten Festigkeitseigenschaften einzusetzen, wird zunehmend auf faserverstärkte Verbundbauteile zurückgegriffen. Dabei ist es bekannt, Halbzeuge, auch Prepregs genannt, auf Basis duroplastischer Matrizen zu schaffen, die ein Imprägnieren der Fasern mit dem noch nicht vernetzten Harz erfordern. Derartige Prepregs können unmittelbar weiter verarbeitet werden. Nachteilig ist bei der Verwendung der bekannten Prepregs bis dato, dass sie in Bändchenform geschaffen werden, was zu geometrischen Einschränkungen bei der Verarbeitung zu faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen führt.
Um Nachteile zu überwinden, die sich durch Einschränkungen bei der Bauteilgeometrie aus den als Trägermaterialbahn oder Trägermaterialband vorliegenden Fasergeweben ergeben, die imprägniert und schließlich weiter verarbeitet werden, wurde die Technologie zur Fertigung so genannter „comingled yarns” geschaffen. Dabei wird ein Garn geschaffen, dass aus wenigstens zwei Fäden, respektive Fasern, mit unterschiedlichen Eigenschaften bereitgestellt ist.
So beschreibt die US 2008 02 99 856 A1 ein Verfahren zur Fertigung kontinuierlicher coextrudierter „intermingled” Glasfasern und endloser organischer Thermoplasten-Fasern, die es ermöglichen, dass nicht-spinnbare Verbindungen in thermoplastischen Fasern inkorporiert werden können. Dabei werden die thermoplastischen Fasern durch Co-Extrusion des thermoplastischen Materials, das als Kern dient, und eines thermoplastischen Materials, das zumindest eine nicht-spinnbare Verbindung enthält, gewonnen. Das Prinzip zur Schaffung eines Faserkerns, der von einem anderen Material mit vollkommen anderen Eigenschaften umhüllt wird, ist auch in der WO 99/31025 offenbart: Dort wird eine Glasfaserbeschichtungsverbindung beschrieben, die polymerisierbare Konstituenten enthält.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine Faseranordnung zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit einer duroplastischen Matrix zu schaffen, die es erlaubt, jedwede geometrische Bauteilform aus dem faserverstärkten Verbundwerkstoff auf einfache Weise zu schaffen. Desgleichen soll ein entsprechender faserverstärkter Verbundwerkstoff mit einer duroplastischen Matrix geschaffen werden. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, das ermöglicht, Faserverbundbauteile aus derartigen Faseranordnungen herzustellen.
Diese Aufgaben werden mit einer verbesserten Faseranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie mit einem verbesserten faserverstärkten Verbundwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und durch das verbesserte Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen bereitzustellen, wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In den Unteransprüchen werden entsprechende Ausgestaltungen des Verfahrens beansprucht.
Die erfindungsgemäße Faseranordnung, die eine Vielzahl von Verstärkungsfasern aufweist und die zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit einer duroplastischen Matrix geeignet ist, umfasst in einem ersten Ausführungsbeispiel außer den Verstärkungsfasern ein vernetzbares Reaktionsharz, das ebenfalls in Form von Fasern vorliegt. In der Faseranordnung sind die faserförmigen Reaktionsharzelemente benachbart zu den Verstärkungsfasern angeordnet.
Das Reaktionsharz kann dabei als Reaktionsharzfaser ohne weitere Komponenten vorliegen oder die Reaktionsharzfaser kann einen Kern aus einer Trägerfaser enthalten. Ebenfalls ist es möglich, dass das Reaktionsharz eine Verstärkungsfaser umgibt und somit ebenfalls die Faserform aufweist. Derart geschaffene Faseranordnungen, die entweder aus einer Kombination von Verstärkungsfasern und Reaktionsharz-Fasern oder aus mehreren mit Reaktionsharz umgebenen Verstärkungsfasern bestehen, ermöglichen vorteilhaft dass sie zu Garn gesponnen werden können. Die Darstellung von Bauteilen mit beliebiger Geometrie aus dem faserverstärkten Verbundwerkstoff wird ermöglicht, ohne dabei Fasermaterial zu verschwenden, während gleichzeitig bei der Darstellung des Bauteils ein zusätzlicher Imprägnierschritt entfällt, da der Matrix bildende Reaktionsharzanteil schon in der Faseranordnung enthalten ist und nicht während der Formgebung aufgetragen werden muss. Insofern, als die Faseranordnung nicht band- oder bändchenförmig vorliegt, sondern als gesponnenes Garn mehr oder minder großen Durchmessers dargestellt wird, das unmittelbar durch sämtliche Verarbeitungstechnologien wie Weben, Stricken, Sticken oder weitere direkt in Form des Bauteils gebracht werden und aushärten gelassen werden kann, wird ein Direktverfahren bereitgestellt, das vorteilhaft bei der Fertigung der Leichtbauteile die Wertschöpfungsstufenzahl verringert und damit eine kostengünstige Fertigung ermöglicht. Die Verwendung des faserförmigen Reaktionsharzes in der Faseranordnung ermöglicht die gleichzeitige Imprägnierung der Verstärkungsfaser und der Formgebung des Bauteils. Hierdurch wird vorteilhaft der Zykluszeit im Fertigungszyklus der Bauteile reduziert, was zu beträchtlichen Kostensenkungen beitragen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Reaktionsharz intermediär schmelzbar ist oder zumindest erweichbar. Dies bedeutet, dass das Rektionsharz bevor es ausgehärtet wird schmelzflüssig oder zumindest plastisch verformbar wird. Hierdurch lässt sich das Reaktionsharz unmittelbar vor dem Aushärten zu einer dichten Matrix umformen.
Um die Faseranordnung weiter zu schützen, kann die Faser mit einer Schlichte als Schutzmaterial umgeben sein. Diese Schlichte wird dabei auf die Faser aufgebracht, bevor das Reaktionsharz aufgebracht wird.
Bei den Verstärkungsfasern kann es sich um Glas- oder Karbonfasern handeln, wohingegen es sich bei der Trägerfaser um eine Thermoplastfaser wie eine Polyester-, eine Polyamid-, eine Polyethylen- oder eine Polypropylenfaser handeln kann. Dies hat den Vorteil, dass für die Trägerfaser ein Vielzahl von Materialien zur Verfügung steht, die wahlweise zur Verstärkung der Faseranordnung beitragen kann, aber nicht muss, wie im Falle des Polyesters.
Zur Bildung der duroplastischen Matrix kann als Reaktionsharz vorteilhaft ein Phenylharz, ein Polyurethan oder ein Polyesterharz, insbesondere ein Vinylester-Urethan-Hybridharz gewählt werden. Zur Vernetzung können diese Harze vorteilhaft bei der Darstellung des Formteils bei niedrigen Temperaturen aufgeschmolzen werden. Diese Temperatur liegt besonders bevorzugt im Bereich von etwa 40–50°C. Gleichfalls sind auch angepasste Epoxydharze geeignet. Bevorzugt werden die Reaktionsharze auf Schmelztemperaturen im Bereich von 40 bis 70°C eingestellt. Bei thermisch härtenden Reaktionsharzen wird die Höhe der Schmelz- oder Erweichungstemperatur dadurch begrenzt, dass mit zunehmender Temperatur auch der Start der Aushärtung beginnt.
Durch das intermediäre Aufschmelzen wird ein niedriger Energieaufwand erforderlich. Insbesondere bildet aber durch das Aufschmelzen das Reaktionsharz eine gleichmäßige, bzw. durchgängige Matrixphase aus. Das Zusammenfließen des Harzes kann durch äußeren Druck unterstützt werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Reaktionsharz vor dem Aushärten nur erweicht.
Ein geeignetes Harz ist bei der Fa. DSM unter dem Namen Daron XP 45 erhältlich. (DSM Composit Resins Deutschland GmbH, Ludwigshafen/Rhein). Bei der Faseranordnung kann ein Vielzahl von Verstärkungsfasern mit einer Vielzahl von Reaktionsharz-Fasern als annährend parallel zusammengefasste Einzelfasern angeordnet und von der Schlichte umhüllt werden und somit ein so genanntes „Roving” bilden. Ein Roving kann ebenfalls erhalten werden, wenn eine Vielzahl von Verstärkungsfasern, die mit Reaktionsharz umgeben sind, parallel zusammengefasst und von der Schlichte umgeben wird.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Reaktionsharzfaser selbst oder die die Verstärkungsfaser oder die Trägerfaser umgebende Reaktionsharzschicht einen polygonalen, insbesondere eine rechteckigen Querschnitt aufweist. Damit wird erreicht, dass eine Vielzahl derartiger Fasern mit rechteckigem Querschnitt dichter gepackt angeordnet werden kann.
Mittels geeigneter Flächen schaffender Verarbeitungsmaßnahmen wie Weben, Stricken, Sticken etc. wird die Faseranordnung zu einem Bauteilrohling, einer so genannten „Preform” verarbeitet, so dass nach dem aushärten Lassen des Reaktionsharzanteils der Faseranordnung das Bauteil als faserverstärkter Verbundwerkstoff vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen umfasst daher zunächst die Schaffung einer Faseranordnung aus einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern und einem vernetzbaren faserförmigen Reaktionsharz zur Bildung der duroplastischen Matrix. Das Reaktionsharz wird jeweils benachbart zu den Verstärkungsfasern angeordnet. Es handelt sich beim Reaktionsharz um ein faserförmiges Gebilde, das auch einen Trägerfaserkern oder die Verstärkungsfaser enthalten kann. Das Faserverbundbauteil wird mit der Faseranordnung ausgeformt, wobei das Ausformen der Faseranordnung, bezogen auf das herzustellende Faserverbundbauteil kraftfluss- und spannungsoptimiert erfolgt. In einem letzten Schritt wird das Reaktionsharz aushärten gelassen und somit das Faserverbundbauteil erhalten. Das Aushärten kann thermisch oder photoinitiiert erfolgen. Bei thermischem Aushärten ist es ausreichend, das Harz auf 40–50°C erwärmt zu haben. Beim photoinitiiert aushärtenden System wird bevorzugt ein radikalisch härtendes System verwendet, das Photoinitiatoren beinhaltet.
Die Einbringung der Energie zum Aushärten kann unter anderem auch über Mikrowellenbestrahlung, Infrarotbestrahlung, UV-Belichtung oder Induktionsverfahren erfolgen.
Das Ausformen des Faserverbundbauteils kann dabei das Verweben, Stricken, Spinnen oder Formgeben der Faseranordnung auf andere Weise enthalten.
Damit ist es möglich, in wenigen Verfahrensschritten eine Faseranordnung zur Schaffung von Faserverbundbauteilen zu gewinnen, die es ermöglicht, im Direktverfahren Leichtbauteile aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff zur Gestaltung von Automobilelementen herzustellen.
Diese und weitere Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Figuren weiter ersichtlich.
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Faseranordnung, die zwischen Verstärkungsfasern angeordnete Reaktionsharzfasern umfasst,
2 eine schematische Darstellung einer Faseranordnung, die zwischen Verstärkungsfasern angeordnete Reaktionsharzfasern mit einem Trägerfaserkern umfasst,
3 eine schematische Darstellung einer Faseranordnung, die die Vielzahl von nebeneinander angeordneten Reaktionsharzfasern mit Verstärkungsfaserkern, umgeben von einer Schlichte, umfasst,
4 eine schematische Faseranordnung einer Vielzahl von mit Reaktionsharz umgebenen Verstärkungsfasern, die als paralleles Bündel zusammengefasst und von einer Schlichte umhüllt sind,
5a eine Querschnittsansicht einer Verstärkungsfaser, die von einer Reaktionsharzfaser mit rechteckigem Querschnitt umgeben ist,
5b eine Verstärkungsfaser mit rundem Faserquerschnitt, die konzentrisch von einer Reaktionsharzfaser mit rundem Querschnitt umgeben ist, wobei das Volumenverhältnis von Reaktionsharz zu Verstärkungsfaser bei 8:1 liegt,
5c eine Querschnittsansicht einer kreisförmigen Verstärkungsfaser, die konzentrische von einer Reaktionsharzfaserumgeben ist, wobei das Volumenverhältnis von Reaktionsharz zu Verstärkungsfaser bei 3:1 liegt.
Die erfindungsgemäße Faseranordnung zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit duroplastischer Matrix bezieht sich auf die Verwendung mehrerer Verstärkungsfasern in einer Faseranordnung. Diese Verstärkungsfasern werden benachbart zu vernetzbaren faserförmigen Reaktionsharzen angeordnet. Bei den Verstärkungsfasern kann es sich um Glas- oder Karbonfasern handeln und bei dem Reaktionsharz, das faserförmig ausgebildet werden kann, kann es sich um ein Phenylharz, ein Polyurethan oder ein Polyesterharz, insbesondere um ein Vinylester-Urethan-Hybridharz handeln, wie es unter dem Markennamen Daron XP 45 vom Hersteller DSM (DSM Composit Resins Deutschland GmbH, Ludwigshafen/Rhein) vertrieben wird. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass Imprägnierungsaufgaben für einen erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff, der aus dieser Faseranordnung geschaffen werden kann, durch die integrierten Harzfasern übernommen wird. Indem die Reaktionsharz-Fasern zusammen mit den Verstärkungsfasern angeordnet werden, kann ein faserverstärktes Bauteil einer beliebigen gewünschten Bauteilgeometrie erzeugt werden, welches nach dem Vernetzen beziehungsweise Aushärten des duroplastischen Reaktionsharzes die gewünschte Stabilität, Reißfestigkeit und Elastizität aufweist.
Durch die Verwendung des faserförmigen Reaktionsharzes ist es möglich, den Nachteil der mangelnden Festigkeit von Reaktionsharzfasern auszugleichen, indem Thermoplastfasern als Trägerfasern für das Reaktionsharz verwendet werden. So kann die Reaktionsharzfaser den Trägerfaserkern oder auch einen Verstärkungsfaserkern aufweisen.
Wie 1 zeigt, können in der Faseranordnung 1 Verstärkungsfasern 2 neben Reaktionsharzen in Faserform 3 angeordnet werden. Alternativ ist es möglich, die in 2 gezeigte Anordnung zu wählen, in der die Verstärkungsfasern 2 wechselweise mit Trägerfasern 4 angeordnet werden, wobei die Trägerfasern 4 lediglich als Kern einer Reaktionsharzfaser 3 dienen. Eine weitere Alternative liegt in der in 3 gezeigten Anordnung, in der die Verstärkungsfaser 2 den Kern einer Reaktionsharzfaser 3 bildet, die schließlich von einer Schlichte-Schicht 5 umgeben ist.
Die Schlichte 5 erleichtert die Weiterverarbeitung der Faseranordnung 1, beispielsweise beim Weben, da die Schlichte 5 das aus der Faseranordnung 1 gebildete Garn geschmeidiger und widerstandsfähiger gegen mechanische Beanspruchung macht. Ein solches zur Weiterverarbeitung geeignetes Garn kann durch eine versponnene Faseranordnung 1 gebildet werden.
In 3 wird hierbei das Garn aus drei Fasern gebildet, wobei jede Faser aus drei Schichten bereitgestellt wird, die durch die Verstärkungsfaser 2 die nötige Stabilität, durch die Reaktionsharzfaser 3 die Vernetzbarkeit und damit Ausformbarkeit und durch die Schlichte 5 einen Schutzfilm für die Faser bei der mechanischen Verarbeitung des Garns erhält.
Weiter können die Fasern in der bekannten Anordnung 1 als „Rovings” 1' bereitgestellt werden, wie sie in 4 gezeigt werden. Die Verstärkungsfasern 2, die jeweils den Kern eine Reaktionsharzfaser 3 bereitstellen, werden im Wesentlichen als parallele Einzelfasern nebeneinander angeordnet und zum Bündel gefasst von einer Schlichte-Schicht 5 als Schutzmantel umgeben. Die Schlichte-Schicht 5 kann vorteilhaft aus einem Material gewählt werden, das fest genug ist, um eine Faserverarbeitung wie Nähen, Weben oder Stricken zuzulassen und damit aus den Fasern ein Bauteil in einer gewünschten Form bereitzustellen, so dass durch Vernetzung des Reaktionsharzanteils der Verbund hergestellt werden kann.
Dazu kann, sobald das Bauteil aus der verarbeiteten Faseranordnung entsprechend geformt ist, der faserverstärkte Verbundwerkstoff hergestellt werden, indem das Material beispielsweise einer Erwärmung unterzogen wird, die im Bereich von ca. 40–50°C liegen kann, wenn das gewünschte Reaktionsharz zur Ausbildung der duroplastischen Matrix ein Phenylharz, ein Polyurethan oder ein Polyesterharz, insbesondere das genannte Vinylester-Urethan-Hybridharz ist. Damit liegt in allen vorgenannten Fällen das angeordnete Fasermaterial bereits imprägniert und dennoch lagerfähig vor. Die vorteilhafte Lagerfähigkeit ergibt sich, da das Reaktionsharz fest ist und nicht weiter reagiert, wenn es nicht zur Reaktion gebracht wird, was erreicht werden kann, wenn entweder die gewünschte Reaktionswärme aufgebracht wird oder eine photochemische Polymerisierung angeregt wird, indem die Reaktionsharz-Fasern der Faseranordnung der notwendigen Belichtung unterzogen werden.
Um bessere Packungsdichten zu erzielen, ist es außerdem möglich, wie in 5a gezeigt, den Verstärkungsfaserkern 2 mit einer Reaktionsharzfaser 3 zu umgeben, die im Querschnitt eine Rechtecksform hat.
Um bestimmte Werkstoffeigenschaften zu erzielen, kann ferner das Volumenverhältnis des Reaktionsharzes zum Verstärkungskern variiert werden: So zeigt 5b beispielhaft den Querschnitt einer Faser aus einem Verstärkungsfaserkern 2, umgeben von einer Reaktionsharzfaser 3, wobei das Volumen des Reaktionsharzes etwa achtmal so groß ist wie das Volumen des Verstärkungskerns. Die in 5c gezeigte Faser zeigt ein geringeres Reaktionsharz-Volumenverhältnis: Hier beträgt der Volumenanteil der Reaktionsharzfaser 3 lediglich drei Viertel des Gesamtvolumens, wohingegen die Verstärkungsfaser 2 ein Viertel des Volumens ausmacht.
In den vorgenannten Fällen, in denen die Verstärkungsfaser unmittelbar benachbart zum Reaktionsharz vorliegen, kann das lagerfähige, kalte Reaktionsharz, sobald es in Form gebracht und in Form gehalten werden soll, erwärmt und dadurch vernetzt werden. Damit werden die Verstärkungsfasern entsprechend imprägniert und das Harz kann aushärten gelassen werden, so dass vorteilhaft die erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundwerkstoffe in der Leichtbauweise erhalten werden.
Entsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einer duroplastischen Matrix vor, dass zunächst die Faseranordnung aus einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern und einem vernetzbarem faserförmigen Reaktionsharz geschaffen wird, wobei das faserförmige Reaktionsharz benachbart zu den Verstärkungsfasern angeordnet wird. Dabei wird das Reaktionsharz zur Faser geformt, die mit einem Trägerfaserkern oder einem Verstärkungsfaserkern versehen werden kann. Es folgt das Ausformen des Faserverbundbauteils, das die Faseranordnung umfasst, wobei das Ausformen der Faseranordnung, bezogen auf das herzustellende Faserverbundbauteil, kraftfluss- und spannungsoptimiert erfolgt. Beim Ausformen oder unmittelbar vor dem Aushärten kann das Reaktionsharz durch Erwärmung aufgeschmolzen oder zumindest erweicht werden, um eine gleichmäßige Matrix oder durchgängige Matrixphase einzustellen. Schließlich wird in einem letzten Schritt das Reaktionsharz aushärten gelassen, so dass sich das Faserverbundbauteil in seiner Endform ausbildet. Das Aushärten kann thermisch oder photoinitiiert erfolgen. Bei der thermischen Aushärtung erfolgt der Schritt von Aufschmelzen oder Erweichen zweckmäßigerweise während der Aufheizphase zum Thermischen Aushärten bzw. als Unterprozessschritt des Härtungsprozesses.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 20080299856 A1 [0004]
- WO 99/31025 [0004]

Claims

Faseranordnung (1) zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit einer duroplastischen Matrix, wobei die Faseranordnung (1) eine Mehrzahl von Verstärkungsfasern (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseranordnung (1) ein vernetzbares faserförmiges, die duroplastische Matrix bildendes Reaktionsharz umfasst, wobei das Reaktionsharz benachbart zu den Verstärkungsfasern (2) angeordnet ist.
Faseranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsharz – eine Reaktionsharzfaser (3) ist, – eine Reaktionsharzfaser (3) mit einem Trägerfaserkern (4) ist, oder – die Verstärkungsfaser (2) umgibt.
Faseranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlichte (5) die Reaktionsharzfaser (3) umgibt.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfaser (2) eine Glasfaser oder eine Karbonfaser ist.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsharz ein Phenylharz, ein Polyurethan oder ein Polyesterharz, insbesondere ein Vinylester-Urethan-Hybridharz ist, das vor dem Aushärten schmelzbar oder zumindest erweichbar ist.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfaser (4) eine Thermoplastfaser, insbesondere eine Polyester-, eine Polyamid-, eine Polyethylen- oder eine Polypropylenfaser ist.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Vielzahl von Verstärkungsfasern (2) mit einer Vielzahl von Reaktionsharzfasern (3) und/oder – eine Vielzahl von mit dem Reaktionsharz umgebenen Verstärkungsfasern (2) als annähernd parallel zusammengefasste Einzelfasern angeordnet und von einer Schlichte (5) umhüllt sind.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Träger- oder die Verstärkungsfaser (2) umgebende Reaktionsharzfaser (3) einen polygonalen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsharz-Anteil der Faseranordnung (1) über ein Volumen-Verhältnis der Reaktionsharzfaser (3) und der Träger- oder der Verstärkungsfaser (2, 4) einstellbar ist.
Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseranordnung (1) ein gesponnenes Garn ist.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff mit einer duroplastischen Matrix, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Verbundwerkstoff eine Faseranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, die eine Mehrzahl von Verstärkungsfasern (2) und ein vernetzbares faserförmiges, die duroplastische Matrix bildendendes Reaktionsharz, das benachbart zu den Verstärkungsfasern (2) angeordnet ist, aufweist.
Faserverbundbauteil für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff nach Anspruch 11 beschaffen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, umfassend die Schritte: a) Schaffung der Faseranordnung (1) aus einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern (2) und einem vernetzbaren faserförmigen, die duroplastische Matrix bildenden Reaktionsharz, und Anordnen des Reaktionsharzes benachbart zu den Verstärkungsfasern (2), b) Ausformen des Faserverbundbauteils mit der Faseranordnung (1), wobei das Ausformen der Faseranordnung (1) bezogen auf das herzustellende Faserverbundbauteil kraftfluss- und spannungsoptimiert erfolgt, und c) Aushärten des Reaktionsharzes und Bilden des Faserverbundbauteils.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten (c) ein intermediäres Aufschmelzen oder Erweichen das Reaktionsharzes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufschmelzen oder Erweichen eine gleichmäßige oder durchgängige Matrixphase ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend den Schritt des – Ausformens des Reaktionsharzes zu einer Reaktionsharzfaser.
Verfahren nach Anspruch 16, umfassend den Schritt des – Ausformens des Reaktionsharzes zu einer Reaktionsharzfaser unter Einbindung eines Trägerfaserkerns (4), oder – Ausformens des Reaktionsharzes zu einer Reaktionsharzfaser unter Einbindung eines Verstärkungsfaserkerns (2) ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17, umfassend den Schritt des thermischen und/oder photoinitiierten Aushärtens.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das thermische Aushärten bei einer Temperatur im Bereich 40–70°C, bevorzugt 40–50°C erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 19, umfassend den Schritt des Verwebens, Strickens, Spinnens, Stickens oder des Formgebens der Faseranordnung (1) auf andere Weise zum Ausformen des Faserverbundbauteils.