DE102009044833A1

DE102009044833A1 - Textiles Halbzeug und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009044833A1
Application number: DE102009044833A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Volbers
Original assignee: Saertex GmbH and Co KG
Current assignee: Saertex GmbH and Co KG
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-16
Also published as: EP2509784A1; WO2011070116A1

Abstract

Um die Handhabbarkeit von textilem Halbzeug (1) zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil zu verbessern, wird vorgeschlagen, zwischen Faserverstärkungsschichten (3, 4, 5) bzw. folienartiger Materialschicht (7) Bindemittel (6) mit einem Anteil von bis zu 15 Gew.-% vorzusehen und dieses lokal zu erwärmen, damit sich lokale Verbindungsstellen ausbilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein textiles Halbzeug zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil sowie einen Vorformling. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil.
Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen werden vor allem zwei verschiedene Ansätze verfolgt. Einerseits werden mit Harz vorimprägnierte Faserhalbzeuge (auch Composite oder Prepreg genannt) eingesetzt, die in Form gebracht und anschließend ausgehärtet werden. Andererseits werden Vorformlinge aus mit Bindemittel versehenen Faserschichten (auch Preform genannt) eingesetzt, die auch schon vorläufig in Form gebracht werden können, und später im Rahmen von Verfahren wie etwa RTM(resin transfer moulding)-Verfahren, RIM(resin injection moulding)-Verfahren oder anderen Vakuum- und/oder Druck-unterstützten Injektionsverfahren in einer Form in ein Matrixharz eingebettet, das anschließend ausgehärtet wird.
Die Vorformlinge haben den Vorteil, nicht nur biegsam, sondern in gewissem Umfang auch scherbar zu sein, so dass sie sich auch in komplexere Formen einpassen lassen und gut umformbar sind. Das Bindemittel hat als wichtige Funktion, die Fasern des vorgeformten Formlings miteinander derart zu verbinden, dass der Vorfomling eine für die weitere Handhabung notwendige Formstabilität aufweist.
In Bezug auf mehrlagige Halbzeuge aus Mischvliesen mit kurzen zellulosischen Verstärkungsfasern und thermoplastischem Binder für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen im Formpressverfahren ist aus der DE 10 2007 022 368 A1 bekannt, die Vliese punktuell miteinander zu verschweißen, um deren Handhabbarkeit zu verbessern. Das thermoplastische Material liegt bevorzugt als Faser im Mischvlies vor. Es kann auch in Pulver- oder Granulatform vorliegen. Bei dem als Bindemittel dienenden thermoplastischen Material kann es sich um ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen, speziell Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polypropylen handeln. Weitere Möglichkeiten sind Polyester, Copolyester, Polycarbonat oder Polylactid. Den zellulosischen Verstärkungsfasern können Verstärkungsfasern aus Glas, Kohlenstoff, Aramid oder Basalt oder anderer Naturfaserkurzschnitt beigefügt werden. Der Anteil an Verstärkungsfasern liegt zwischen 20 und 80 Gew.-%.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, textile Halbzeuge für die Herstellung von Vorformlingen in Hinblick auf ihre Handhabbarkeit weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird durch ein textiles Halbzeug zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil gelöst, das zwei oder mehr Faserverstärkungsschichten aufweist, wobei zwischen wenigstens zwei Faserverstärkungsschichten Bindemittel angeordnet ist und die Faserverstärkungsschichten durch lokal angeschmolzenes Bindemittel miteinander verbunden sind, bei dem der Anteil an Bindemittel bei 15 Gew.-% oder weniger liegt.
Vorteilhafterweise kann das textile Halbzeug auf einer oder beiden Außenflächen eine folienartige Materialschicht aufweisen. Durch die folienartige Materialschicht kann ein Anhaften des aus dem textilen Halbzeug hergestellten Vorformlings an den Formwerkzeugteilen, in denen der Vorformling zu einem Faserverbundbauteil weiterverarbeitet wird, vermieden werden. Die folienartige Materialschicht kann außerdem die Handhabung des textilen Halbzeugs, insbesondere dessen Transport vereinfachen.
Ebenso wird die Aufgabe durch ein textiles Halbzeug für ein Faserverbundbauteil gelöst, das eine Faserverstärkungsschicht sowie eine folienartige Materialschicht aufweist, wobei zwischen der Faserverstärkungsschicht und der folienartige Materialschicht Bindemittel angeordnet ist und sie durch lokal angeschmolzenes Bindemittel miteinander verbunden sind, wobei der Anteil an Bindemittel bei 15 Gew.-% oder weniger liegt.
Bei den Faserverstärkungsschichten kann es sich um einzelne, ein Gelege bildende Lagen, Gelege, Gewebe, Gestricke, Vliese, Matten oder Geflechte oder Kombinationen davon handeln. Die ein Gelege bildenden Lagen werden auch Ply genannt und bilden insbesondere unidirektionale, bidirektionale, biaxiale oder multiaxiale Gelege. Komplexere Gelege können auch aus Schichtungen aus Lagen, aus unidirektionalen, bidirektionalen, biaxialen und/oder multiaxialen Gelegen, Geweben Gestricken, Vliesen, Matten, Geflechten oder deren Kombinationen aufgebaut sein.
Es hat sich erstaunlicherweise herausgestellt, dass die Handhabbarkeit von textilen Halbzeugen für die Herstellung von Vorformlingen sich durch lokales Verbinden der Faserverstärkungsschichten erhöhen lässt, dabei aber mit einem viel geringeren Bindemittelanteil ausgekommen werden kann als aus dem Stand der Technik für Halbzeuge für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen im Formpressverfahren bekannt ist. Ein Bindemittelanteil von bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% ist ausreichend.
Die lokalen Verbindungsstellen über angeschmolzenes Bindemittel halten die einzelnen Faserverstärkungsschichten bzw. folienartigen Materialschichten zusammen, ohne die Drapierfähigkeit des textilen Halbzeuges zu beeinträchtigen. Bei dem angeschmolzenen Bindemittel kann es sich gleichbedeutend um angesintertes Bindemittel sowie ganz durchgeschmolzenes oder gesintertes Bindemittel handeln. Alle diese Zustände werden unter der Bezeichnung angeschmolzenes Bindemittel zusammengefasst. Das über lokale Verbindungsstellen stabilisierte textile Halbzeug lässt sich nicht nur gut drapieren, sondern auch einfach transportieren.
Vorteilhafterweise liegt das Bindemittel zumindest teilweise als Pulver, Granulat oder als Film vor. Dies hat den Vorteil, dass das Bindemittel in herkömmlicher Weise aufgestreut oder aufgesprüht werden kann, so dass übliche Bearbeitungsprozesse für die Herstellung von textilen Halbzeugen als Vorstufe zu Vorformlingen weiter eingesetzt werden können. Liegt das Bindemittel in Pulver- oder Granulatform vor, dient eine eventuell vorhandene folienartige Materialschicht zusätzlich als Rieselschutz gegen bei weiteren Bearbeitungs- bzw. Handhabungsschritten herausrieselndes Bindemittel.
Bevorzugt ist das Bindemittel ein thermoplastisches Material. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Material auf Epoxidbasis. Dies hat einerseits den Vorteil, dass das Bindemittel mit dem Matrixharz, das bei der späteren Weiterverarbeitung des Vorformlings aus dem vorliegenden textilen Halbzeug zu einem Faserverbundbauteil eingesetzt wird, in den meisten Fällen kompatibel ist. In der Regel handelt es sich bei dem Matrixharz ebenfalls um ein Material auf Epoxidbasis. Andererseits sind eine Anzahl niedrigschmelzender Materialien auf Epoxidharzbasis bekannt, die sich besonderes gut für das lokale Verbinden der Faserverstärkungsschichten durch Wärmeeinwirkung eignen. Es sei darauf hingewiesen, dass je nach Matrixharz, das für die Weiterverarbeitung zum Faserverbundbauteil verwendet wird, auch ein Material, das nicht auf Epoxidbasis ist, gewählt werden kann. Beispielsweise können auch Materialien auf Polyesterbasis oder besonders bevorzugt auf Polyurethanbasis als Bindemittel geeignet sein.
Vorzugsweise sind dem Bindemittel funktionale Zusatzstoffe beigefügt. Dabei kann es sich u. a. um Zusatzstoffe zur Erhöhung der Zähigkeit, zur Änderung der tribologischen Eigenschaften oder Zusatzstoffe, die als Flammschutz dienen, handeln.
Das Bindemittel kann über die Fläche des textilen Halbzeugs homogen oder lokal konzentriert aufgebracht werden. Vorteilhafterweise weist das Bindemittel über die Fläche des textilen Halbzeugs unterschiedliche Konzentrationen auf. Die Verteilung des Bindemittels über die Fläche kann dabei in Hinblick auf den aus dem textilen Halbzeug herzustellenden Vorformling bzw. das daraus hergestellte Faserverbundbauteil gewählt werden. So ist es beispielsweise von Vorteil, an Stellen, an denen stärkere Verformungen geplant sind oder stärkere Kräfte ausgehalten werden müssen, mehr Bindemittel vorzusehen. Besonders bevorzugt ist bei der Verwendung funktionaler Zusatzstoffe deren Konzentration über die Fläche des textilen Halbzeugs ebenfalls die Anforderung an die Weiterverarbeitung zum Vorformling bzw. Faserverbundbauteil und deren zu erzielende Eigenschaften angepasst.
In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Faserverstärkungsschichten Synthesefasern, Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern, Aramidfasern und/oder Hybridfasern oder deren Kombinationen miteinander. Aramidfasern sind dabei besonders bevorzugte Synthesefasern. Unter Hybridfasern werden insbesondere Fasern aus Kombinationen der genannten Fasermaterialien verstanden. Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sind diese Faserarten besonders gut für den Einsatz in Faserverbundbauteilen geeignet. Außerdem lassen sie sich besonders gut durch angeschmolzenes Bindemittel miteinander verbinden, auch bei geringen Bindemittelanteilen von bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt bis zu 10 Gew.-%.
Bevorzugt ist die folienartige Materialschicht antihaftend und/oder wiederentfernbar und/oder gasdurchlässig. Dadurch kann das textile Halbzeug besonders gut mit vakuumunterstützten und/oder wärmeunterstützten Verfahren zu einem Vorformling weiterverarbeitet werden, wobei die Gefahr eines Anhaftens an verwendeten Formwerkzeugen minimiert werden kann. Bei Bedarf kann ggf. die folienartige Materialschicht vom Vorformling entfernt werden.
Vorzugsweise ist die folienartige Materialschicht als PTFE(Polytetrafluorethylen)-Schicht, als Silikon-Schicht oder als mit PTFE oder Silikon beschichtete folienartige Materialschicht ausgebildet. Bei der beschichteten folienartigen Materialschicht kann es sich beispielsweise um beschichtetes Papier, Kunststoff oder Metall handeln. Es hat sich herausgestellt, dass folienartige Materialschichten mit Silikon oder mit PTFE ein flächendeckendes Anhaften des textilen Halbzeuges bei der Weiterverarbeitung zum Vorformling oder des Vorformlings bei der Weiterverarbeitung zu einem Faserverbundbauteil an den Werkzeugen auch bei erhöhten Temperaturen verhindern. Außerdem lassen sich diese folienartige Materialschichten nach der Verarbeitung leicht wieder entfernen.
Ferner wird die Aufgabe durch einen Vorformling aus einem in eine vorbestimmte Form gebrachtes textiles Halbzeug wie zuvor beschrieben gelöst.
Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil gelöst, mit den Schritten:

– Übereinanderanordnen von wenigstens einer folienartigen Materialschicht und einer oder mehreren Faserverstärkungsschichten oder von zwei oder mehr Faserverstärkungsschichten zu einem Stapel, wobei zwischen mindestens zwei Schichten Bindemittel mit einem Anteil von 15 Gew.-% oder weniger eingebracht wird;
– lokales Erwärmen des Stapels.

Es sich erstaunlicherweise herausgestellt, dass die Handhabbarkeit von textilen Halbzeugen für die Herstellung von Vorformlingen sich durch lokales Verbinden der Faserverstärkungsschichten mittels lokalem Erwärmen erhöhen lässt, dabei aber ein Bindemittelanteil von bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% ausreichend ist, um die Faserverstärkungsschichten gegen ein Verschieben relativ zueinander hinreichend sichern zu können. Das über lokale Verbindungsstellen stabilisierte textile Halbzeug lässt sich nicht nur gut drapieren, sondern auch einfach transportieren.
Bei dem angeschmolzenen Bindemittel kann es sich gleichbedeutend um angesintertes Bindemittel sowie ganz durchgeschmolzenes oder gesintertes Bindemittel handeln. Alle diese Zustände werden unter der Bezeichnung angeschmolzenes Bindemittel zusammengefasst. Der Wärmeeintrag kann beispielsweise über Wärmestrahlung oder in Kontaktbringen mit einem heißen Gegenstand erfolgen. Man kann auch mit Strahlungsquellen für elektromagnetische Strahlung arbeiten, die Strahlungsanteile außerhalb des Infrarotbereichs aufweisen. Vorteilhaft sind beispielsweise Laser. Alternativ kann z. B. auch über Induktion oder Ultraschall das Bindemittel soweit aufgeheizt werden, dass es zumindest teilweise schmilzt bzw. sintert. Es können eine oder mehrere Wärmequellen eingesetzt werden. Bevorzugt wird mit zwei Wärmequellen gearbeitet, von denen eine oberhalb und die andere unterhalb der mit Bindemittel versehenen Schichten angeordnet wird.
Bei den Faserverstärkungsschichten kann es sich um einzelne, ein Gelege bildende Lagen, Gelege, Gewebe, Gestricke, Vliese, Matten oder Geflechte oder Kombinationen davon handeln. Die ein Gelege bildenden Lagen werden auch Ply genannt und bilden insbesondere unidirektionale, bidirektionale, biaxiale oder multiaxiale Gelege. Komplexere Gelege können auch aus Schichtungen aus Lagen, aus unidirektionalen, bidirektionalen, biaxialen und/oder multiaxialen Gelegen, Geweben Gestricken, Vliesen, Matten, Geflechten oder deren Kombinationen aufgebaut sein. In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Faserverstärkungsschichten aus Synthesefasern, Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern, Aramidfasern und/oder Hybridfasern oder deren Kombinationen miteinander. Aramidfasern sind dabei besonders bevorzugte Synthesefasern. Unter Hybridfasern werden insbesondere Fasern aus Kombinationen der genannten Fasermaterialien verstanden. Als Bindemittel wird vorteilhafterweise ein thermoplastisches Material gewählt, dessen Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur der Verstärkungsfasern liegt. Besonders bevorzugt sind dabei Materialien auf Epoxidbasis. Auch Materialien auf Polyurethan- oder Polyesterbasis können geeignet sein. Das Bindemittel kann beispielsweise aufgestreut oder aufgesprüht werden. Eine oder zwei folienartige Materialschichten können als Trägerschichten als äußere Schicht des Stapels vorhanden sein. Dies erhöht die Handhabbarkeit und Transportierbarkeit des textilen Halbzeuges.
Bevorzugt wird das lokale Erwärmen mit Hilfe einer Wärme-Druck-Einrichtung durchgeführt. Dadurch kann insbesondere bei Stapeln mit einer größeren Anzahl an Schichten durch die Einwirkung von Druck zusätzlich zur Wärme gewährleistet werden, dass auch Bindemittel an den von der Wärmequelle entfernten Schichten hinreichend erwärmt wird, um eine Verbindung zwischen den angrenzenden Schichten herzustellen. Temperatur und Druck der Wärme-Druck-Einrichtung können in Abhängigkeit von den Schmelztemperaturen des Bindemittels und der Verstärkungsfasern gewählt werden. Es kann mit zwei, drei, vier oder mehr Wärme-Druck-Einrichtungen gleichzeitig oder hintereinander gearbeitet werden.
Vorteilhafterweise wird in einem zusätzlichen Schritt der Stapel zugeschnitten, wobei man sich bei dem Zuschnitt an der Form des aus dem textilen Halbzeug herzustellenden Vorformlings bzw. des daraus entstehenden Faserverbundbauteil orientiert. Bevorzugt findet das Zuschneiden im Anschluss an das lokale Erwärmen statt, wenn die Schichten des Stapels bereits miteinander verbunden sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, insbesondere bei der Verwendung von Wärme-Druck-Einrichtungen, die Schritte des lokalen Erwärmens und des Zuschneidens parallel durchzuführen, da während des Applizierens des einen oder mehreren Wärme-Druck-Einrichtungen auf den Stapel dieser durch die Wärme-Druck-Einrichtungen in der Zuschneidposition gehalten werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schichten durch Ansaugen temporär gegeneinander fixiert. Dazu kann der Stapel aus Schichten und Bindemittel in einer Form angeordnet werden, an die ein Vakuum angelegt wird, damit der Stapel an die Formwandung gesaugt wird. Sollte sich eine folienartige Materialschicht an der der Formwandung zugewandten Seite des Stapels befinden, ist diese vorteilhafter mit Öffnungen versehen oder auf andere Weise gasdurchlässig ausgebildet, damit das Vakuum auf die übrigen Schichten des Stapels wirken kann. In der angesaugten Position kann der Stapel ohne Gefahr des Verrutschens lokal erwärmt werden, um die Verbindungsstellen zwischen den Schichten zu bilden, und kann ggf. der Stapel zugeschnitten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei in
1 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine erste Ausführungsform eines textilen Halbzeuges;
2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine zweite Ausführungsform eines textilen Halbzeuges;
3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Vorformlings; und
4 einen schematischen Ablauf einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
In 1 wird schematisch ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines textilen Halbzeugs 1 dargestellt. In dem vorliegenden Beispiel sind die einzelnen Faserverstärkungsschichten als Gelegelagen 3, 4, 5 aus Glas- oder Kohlefaser ausgebildet, die zusammen ein multiaxiales Gelege bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass auch zwei oder vier, fünf, sechs oder mehr Faserverstärkungsschichten vorgesehen sein können, die nicht nur als einzelne, ein Gelege bildenden Lagen, sondern auch als Gelege, Gewebe, Gestricke, Vliese, Matten oder Geflechte oder als Kombinationen davon ausgebildet sein können. Die Fasererstärkungsschichten können nicht nur Glas- oder Kohlefasern, sondern auch Synthesefasern wie etwa Aramidfasern, aus Basaltfasern, Aramidfasern, Hybridfasern wie beispielsweise Aramid-Kohlefasern und deren Kombinationen aufweisen.
Zwischen den Gelegelagen 3 und 4 bzw. 4 und 5 ist im vorliegenden Beispiel als Bindemittel 2 ein Epoxidharz aufgestreut, dessen Schmelzpunkt unter dem Schmelzpunkt der Gelegefasern liegt. Außerdem ist das Epoxidharz auf das Matrixharz abgestimmt, mit dem später der aus dem textilen Halbzeug 1 hergestellte Vorformling zu einem Faserverbundbauteil weitererarbeitet wird. Dem Epoxidharz können Flammschutzmittel oder Zusatzstoffe, die die Zähigkeit oder die Tribologie beeinflussen, beigefügt sein. Der Anteil an Bindemittel liegt unter 15 Gew.-% am gesamten textilen Halbzeug 1. Durch lokale Wärmeeinwirkung über – im vorliegenden Beispiel – einer als Heizstempel ausgebildeten Wärme-Druckeinrichtung ist das Bindemittelpulver 2 lokal angeschmolzen und ist dadurch eine Verbindung mit den angrenzenden Gelegelagen 3 und 4 bzw. 4 und 5 eingegangen, wodurch die Gelegelagen 3, 4, 5 zusammengehalten werden. Das textile Halbzeug 1 lässt sich dadurch einfacher handhaben als ohne lokale Verbindungen. Insbesondere lässt es sich einfacher transportieren und problemloser in einer Form drapieren, wenn es zu einem Vorformling weitererarbeitet wird. Aus den Vorformlingen lassen sich Fasererbundbauteile herstellen, die insbesondere als sogenannte Crashelemente, wie beispielsweise Stoßfänger, geeignet sind.
Das in 2 dargestellte Beispiel eines textilen Halbzeuges 1 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten dahingehend, dass das Bindemittel 6 aufgesprüht wurde und quasi als Film über der jeweils darunterliegenden Gelegelage 4 bzw. 5 liegt. Außerdem wurde zusätzliche auf der in diesem Beispiel unteren Außenseite des textilen Halbzeugs 1 eine folienartige Materialschicht 7 vorgesehen, die hier ebenfalls mit Bindemittel besprüht wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass auch auf beiden Außenseiten oder nur auf der oberen Außenseite eine folienartige Materialschicht vorgesehen sein kann, die auch mehrteilig, beispielsweise als folienartiger Materialschichtenverbund ausgestaltet sein kann. Bei Bedarf kann auch zwischen Faserverstärkungsschichten eine folienartige Materialschicht angeordnet sein.
Die folienartige Materialschicht 7 dient als Transportschicht und ist im vorliegenden Beispiel als mit Silikon beschichtetes Papier ausgeführt. Insbesondere bei aufgestreutem Bindemittel dient die folienartige Materialschicht 7 als Rieselschutz bei der Handhabung, insbesondere dem Transport des textilen Halbzeugs 1. Außerdem kann die folienartige Materialschicht 7 bei der weiteren Verarbeitung des textilen Halbzeugs zu einem Vorformling und schließlich zu einem Faserverbundbauteil ein Anhaften in den jeweiligen Formwerkzeugen verhindern. Nach der Umformung kann die folienartige Materialschicht 7 vom Vorformling abgelöst werden. Auch in dem in 2 dargestellten Beispiel wurde mit Hilfe einer hier als Heizstempel ausgebildeten Wärme-Druck-Einrichtung das Bindemittel 6 soweit erwärmt, dass es hinreichend angeschmolzen bzw. angesintert wurde, so dass es sich mit den angrenzenden Gelegelagen 3, 4, 5 bzw. der folienartige Materialschicht 7 lokal verbunden hat.
In 3 ist als Prinzipskizze ein Vorformling 8 dargestellt, der aus einem textilen Halbzeug 1 wie etwa in 1 oder 2 dargestellt hergestellt wurde, indem das textile Halbzeug in eine leicht gekrümmte Form drapiert wurde und insgesamt soweit erwärmt wurde, dass auch das Bindemittel 9 dort, wo noch keine Verbindungsstelle 10, 11 vorhanden war, sich mit den angrenzenden Gelegelagen verbindet. Nach dem Abkühlen ist der Vorformling 8 soweit formstabil, dass er transportiert und beispielsweise im Rahmen von Verfahren wie etwa RTM-Verfahren, RIM-Verfahren oder anderen Vakuum- und/oder Druck-unterstützten Injektionsverfahren zu einem Faserverbundbauteil weiterverarbeitet werden kann.
In 3 ist durch die unterschiedlich dichte Punktierung die über die Fläche des textilen Halbzeugs und damit auch über die Fläche des Vorformlings 8 variierende Konzentration des Bindemittels schematisch angedeutet. Dabei schwankt die Konzentration derart, dass auch in Gebieten höherer Konzentration ein Gewichtsanteil von 15 Gew.-% nicht wesentlich überstiegen wird. Beispielsweise wird bei einem Gelegegewicht von etwa 100 g/m² Bindemittel zwischen ca. 5 und ca. 15 g/m² aufgebracht. Bei hohen Gelegegewichten kann der Gewichtsanteil auch unter 5 Gew.-% sinken. Beispielsweise kann bei einem Gelegegewicht von etwa 1200 g/m² Bindemittel mit ca. 15 bis ca. 40 g/m² aufgebracht werden.
In 3 sind außerdem die Verbindungsstellen 10, 11 des textilen Halbzeugs, aus dem der Vorformling 8 hergestellt wurde, dargestellt. Die Verbindungsstellen können eine beliebige Form haben, etwa eher punktförmig (Verbindungsstellen 10) oder eher linear (Verbindungsstellen 11) oder auch anders, beispielsweise als kontinuierliches Band, wobei der Flächenanteil der Verbindungsstellen an der Gesamtfläche variabel sein kann. Die Anordnung der Verbindungsstellen kann regelmäßig oder unregelmäßig, symmetrisch oder asymmetrisch sein. Die Gestalt und Anordnung der Verbindungsstellen wie auch die Konzentrationsverteilung des Bindemittels werden vorteilhafterweise mit Blick auf das herzustellende Faserverbundbauteil und seine jeweilige Gestalt gewählt. So hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Konzentration des Bindemittels und falls vorhanden von funktionalen Zusatzstoffen im Bindemittel unter Berücksichtigung der zu erwartenden Belastungen des textilen Halbzeugs und daraus hergestellten Vorformling aufgrund der Handhabung und Formgebungsprozesse zu variieren. Beim Faserverbundbauteil können die Belastungen Krafteinleitungen durch Druck-, Zug, Scher- oder Torsionskräfte oder Kombinationen davon sein. Beispielsweise bei der Verwendung einer Wärme-Druckeinrichtung zum Erzeugen der Verbindungsstellen, kann diese so ausgebildet werden, dass die gewünschte Gestalt und Anordnung der Verbindungsstellen erhalten wird.
In 4 ist schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines textilen Halbzeugs wie zuvor beschrieben dargestellt. In einem ersten Schritt 401 bildet man einen Stapel aus Faserverstärkungsschichten und im vorliegenden Beispiel einer Folienschicht, wobei man parallel dazu zwischen mindestens zwei Schichten Bindemittel einbringt (Schritt 403). Dabei beträgt der Anteil von Bindemittel an dem Stapel nicht mehr als 15 Gew.-%. Fakultativ wird werden die Schichten des Stapels in ihrer relativen Lagen zueinander durch Ansaugen fixiert (Schritt 405). Daraufhin wird der Stapel lokal erwärmt (Schritt 407), um Verbindungsstellen zu schaffen, die die Schichten auch nach dem Ansaugen im wesentlichen in dieser relativen Lage zueinander halten. Bei der Verwendung von Wärme-Druck-Einrichtungen zum lokalen Erwärmen kann auf das Ansaugen verzichtet werden. Durch eine oder mehrere Wärme-Druck-Einrichtungen kann soviel Druck auf den Stapel ausgeübt werden, dass die Schichten ebenfalls in ihrer relativen Lage hinreichend fixiert werden. Bevorzugt sind sowohl ober- als auch unterhalb des Stapels Wärmequellen, beispielsweise Wärme-Druck-Einrichtungen, vorgesehen, um damit die Wärmelast auf den Stapel regulieren zu können und z. B. bei dünnen Stapeln diese zu verringern oder bei dicken Stapeln zu erhöhen. Vorteilhafterweise, werden die Schichten spannungsfrei und bei kontinuierlichen Produktionsanlagen in Abstimmung mit dem Vorschub der jeweiligen Anlage fixiert. Während die Schichten in ihrer Lage fixiert sind, wird nötigenfalls das textile Halbzeug passend für den späteren Vorformling zugeschnitten (Schritt 409).
Das fertige textile Halbzeug zeichnet sich durch verbesserte Handhabbarkeit, insbesondere bessere Drapierbarkeit und Transportierbarkeit bei geringem Bindemitteleinsatz aus.
Bezugszeichenliste

1: textiles Halbzeug
2: Bindemittel
3: Gelegelage
4: Gelegelage
5: Gelegelage
6: Bindemittel
7: folienartige Materialschicht
8: Vorformling
9: Bindemittel
10: Verbindungsstelle
11: Verbindungsstelle
401–409: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007022368 A1 [0004]

Claims

Textiles Halbzeug zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil, aufweisend zwei oder mehr Faserverstärkungsschichten, wobei zwischen wenigstens zwei Faserverstärkungsschichten Bindemittel angeordnet ist und die Faserverstärkungsschichten durch lokal angeschmolzenes Bindemittel miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Bindemittel (2, 6, 9) bei 15 Gew.-% oder weniger liegt.
Textiles Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einer oder beiden Außenflächen eine folienartige Materialschicht (7) aufweist.
Textiles Halbzeug für ein Faserverbundbauteil, aufweisend wenigstens eine Faserverstärkungsschicht sowie eine folienartige Materialschicht, wobei zwischen der Faserverstärkungsschicht (3, 4, 5) und der folienartige Materialschicht (7) Bindemittel (2, 6, 9) angeordnet ist und sie durch lokal angeschmolzenes Bindemittel (10, 11) miteinander verbunden sind, wobei der Anteil an Bindemittel (2, 6, 9) bei 15 Gew.-% oder weniger liegt.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (2, 6, 9) zumindest teilweise als Pulver, Granulat oder als Film vorliegt.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (2, 6, 9) ein Material auf Epoxidbasis, Polyesterbasis oder auf Polyurethanbasis ist.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel (2, 6, 9) funktionale Zusatzstoffe beigefügt sind.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (2, 6, 9) über die Fläche des textilen Halbzeugs (1) unterschiedliche Konzentrationen aufweist.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkungsschichten (3, 4, 5) Synthesefasern, Glasfasern, Kohlefasern, Basaltfasern, Aramidfasern und/oder Hybridfasern oder deren Kombinationen miteinander umfassen.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die folienartige Materialschicht antihaftend und/oder wiederentfernbar und/oder gasdurchlässig ist.
Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die folienartige Materialschicht (7) als PTFE-Schicht, als Silikon-Schicht oder als mit PTFE oder Silikon beschichtete folienartige Materialschicht ausgebildet ist.
Vorformling aus einem in eine vorbestimmte Form gebrachtes textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges zur Herstellung eines Vorformlings für ein Faserverbundbauteil, mit den Schritten: – Übereinanderanordnen von wenigstens einer folienartigen Materialschicht und einer oder mehreren Faserverstärkungsschichten oder von zwei oder mehr Faserverstärkungsschichten zu einem Stapel, wobei zwischen mindestens zwei Schichten Bindemittel mit einem Anteil von 15 Gew.-% oder weniger eingebracht wird; – lokales Erwärmen des Stapels.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Erwärmen mit Hilfe einer Wärme-Druck-Einrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit dem zusätzlichen Schritt des Zuschneidens des Stapels.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten durch Ansaugen temporär gegeneinander fixiert werden.