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WO2010139077A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundwerkstoffs - Google Patents

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Publication number
WO2010139077A1
WO2010139077A1 PCT/CH2009/000349 CH2009000349W WO2010139077A1 WO 2010139077 A1 WO2010139077 A1 WO 2010139077A1 CH 2009000349 W CH2009000349 W CH 2009000349W WO 2010139077 A1 WO2010139077 A1 WO 2010139077A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core layer
reinforcing
fiber bundles
fibers
thermoplastic
Prior art date
Application number
PCT/CH2009/000349
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Seyed Hassan Hosseini
Jerôme LEFEVRE
Karl-Ludwig Brentrup
Original Assignee
Quadrant Plastic Composites Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quadrant Plastic Composites Ag filed Critical Quadrant Plastic Composites Ag
Publication of WO2010139077A1 publication Critical patent/WO2010139077A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/82—Forcing wires, nets or the like partially or completely into the surface of an article, e.g. by cutting and pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/88—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
    • B29C70/887—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced locally reinforced, e.g. by fillers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite material from a core layer containing air pores comprising random fibers reinforced thermoplastic and reinforcing strips of continuous, unidirectional reinforcing fibers, which are embossed on one or both sides in the surface of the core layer, and a composite material according to This method can be produced, and an existing acoustic panel.
  • thermoplastic materials containing air pores are known; they are widely used for automotive parts and construction. To improve their strength and the surface quality, they are covered with various cover layers.
  • cover layers in which one or more cover layers in the form of continuous or long thermoplastic fibers or prepregs containing parallel reinforcing fibers are hot-pressed onto a substrate layer having a density of less than 1.2 g / cm 3 .
  • a disadvantage of such laminates is that the porous surface of the substrate layer is completely or at least largely covered by the cover layers, so that the sound absorption capacity is drastically reduced.
  • WO 2008/101360 a process for the production of lightweight molded parts is described, in which in a two-part mold a heated blank of Kunststoffporen Vietnamesem, fiber-reinforced polypropylene and at its edge over Hinged GMT strips made of air-pore-free polypropylene are inserted, pressed and deformed.
  • the edge strips consist of a polypropylene matrix with short, undirected fibers.
  • the purpose of the GMT edge strips is to enable the thermally flowable GMT to penetrate into the edge regions of the mold during pressing for the production of the molded parts; from an improvement in particular the sound absorption capacity of the moldings by the short fibers contained in the edge strips is not mentioned, and this is not possible.
  • the core layer consists of a preferably 30 to 80 wt .-% random fibers reinforced matrix of a thermoplastic material containing preferably 20 to 80, in particular 30 to 70 vol .-% air voids.
  • This can be prepared, for example, by a process described in WO 2006/105682 by mixing glass fibers and polypropylene fibers, needling the mixed nonwoven fabric, heating to temperatures above the softening temperature of the polypropylene and pressing, for example in a double belt press at relatively low pressures.
  • polypropylene fibers or powder are mixed with glass fibers in aqueous suspension, the water is squeezed and the resulting plate is dried and hot pressed.
  • This core layer is preferably more than 3 mm, in particular 5 to 10 mm thick, and has a density of less than 1.0 g / cm 3 , preferably from 0.3 to 0.6 g / cm 3 .
  • Air-entrained composite panels are known and commercially available as sheets or panels of up to 300 cm in width, for example SymaLite from Quadrant Plastic Composites AG, SEEBERLITE from Röchling Automotive AG, ACOUSTIMAX from Owens Corning Corp., SUPERLITE from Hanwha and KARAMTEC the Karam Tech Corp.
  • reinforcing strips are embossed.
  • the core layer is heated to temperatures above the softening temperature of the thermoplastic material, and the surface is turned on or off applied on both sides of a plurality of individual reinforcing fiber bundles at a distance from each other and pressed into the surface.
  • the reinforcing fiber bundles are co-pressed on one or both sides by hot-pressing a needled composite fiber fleece from fibers of the thermoplastic polymer and reinforcing fibers onto a double-belt press. It is also possible to make the composite materials by pressing core layer webs with the reinforcing fiber bundles in a calender.
  • hybrid rovings are preferably used which consist of homogeneously mixed reinforcing fiber filaments and thermoplastic fiber filaments.
  • Preferred reinforcing fibers are glass fibers.
  • the thermoplastic is preferably identical, but at least compatible with the thermoplastic material of the core layer. Accordingly, the preferred thermoplastic is polypropylene, with the weight ratio of glass fibers to polypropylene fibers being between 53:47 and 82:18.
  • Such hybrid yarns are commercially available, eg TWINTEX from the company OCV.
  • pultruded thermoplastic fiber / glass fiber rovings can also be used.
  • the reinforcing fiber bundles can also consist of so-called Bico fibers with a core of reinforcing fibers and a sheath made of a thermoplastic, wherein the reinforcing fibers do not melt or only at a temperature higher by more than 40 0 C than the thermoplastic sheath.
  • the thermoplastic is preferably identical, but at least compatible with the thermoplastic material of the core layer.
  • thermoplastic component of the fibers melts during hot pressing and combines with the thermoplastic material of the core layer. In this way the penetration of the reinforcing fibers into the core layer is facilitated.
  • reinforcing fiber rovings or yarns which preferably have no rotation
  • thermoplastic component wherein for penetration a slightly higher pressure must be applied.
  • the fiber bundles have a titre of 50 to 3,000 tex and a practically round cross-section, the diameter preferably being between 0.25 and 5 mm, in particular between 1 and 4 mm.
  • the bundles are widened by applying a tensile stress of about 0.1 N to strips having a width of preferably 0.5 to 25 mm.
  • the fiber bundles are pressed into the surface of the core layer at a pressure of preferably 0.5 to 5 bar and a temperature which is at least 2O 0 C above the melting temperature of the thermoplastic material, is pressed so strong that the reinforcing fibers completely in the core layer penetrate so that it then has a flat surface.
  • a tension is exerted on the fiber bundles when the fiber bundles are applied to the core layer. In the preferred continuous process, this happens partly automatically when the fiber bundles are fed into the double belt press.
  • the tension of each fiber bundle can be individually controlled to achieve a greater spread. Due to the stress, the reinforcing fibers are strictly linearly aligned, which leads to an even better strength and rigidity of the composite materials in the fiber direction compared to the method according to WO 2005/070664.
  • the number of fiber bundles applied to the core layer depends on the width of the core layer. For narrow, from 30 cm wide core layers, for example, 4 to 10 fiber bundles are sufficient, with up to 300 cm wide core layers up to 100, preferably 10 to 50 fiber bundles can be applied. Per cm, preferably 0.4 to 4, in particular 0.5 to 2 fiber bundles are pressed. There is also the possibility of strengthening only in certain areas. applied to reinforce a component locally. In such cases, 4 fiber bundles per core layer are sufficient.
  • the fiber bundles may be passed over the recesses between the teeth of a comb and then applied to the surface of the core layer.
  • the distances of the teeth are displaceable, so that depending on the width of the core layer and the distances between the fiber bundles and thus the distances of the reinforcing strips are displaced from each other in the range of 3 mm to 5 mm. Greater distances can be achieved by skipping positions.
  • the fiber bundles are arranged parallel to one another and applied to the surface of the core layer.
  • the fiber bundles can be applied over the entire width of the web-shaped core layer in a zigzag form, being deposited from a cross-traversing depositing device on the forward-transported, heated web and pressed into the surface of the web in a double-belt press or calender.
  • the angle to the transport direction is about 45 °, optimum torsional rigidity of the composite panel is obtained.
  • the fiber bundles zigzag as narrow, z. B. 300 mm wide bands applied to the core layer web.
  • the fiber bundles can also be applied in the form of coarse-meshed mesh fabrics, which are formed, for example, from polypropylene fiberglass hybrid bundles, wherein the distances of the individual fiber bundles from each other in the grid can be eg 1 to 10 cm.
  • the reinforcing fibers glass fibers are preferred, besides carbon fibers, natural fibers, mineral fibers such as basalt fibers, liquid crystalline plastic fibers, thermoplastic reinforcing fibers having a preferably higher melting point of 40 0 C than the istmoplast used for the core layer, for example diveverstreckte fibers of polyethylene terephthalate , are used.
  • Polypropylene is preferred as well as polyethylene, polyamides and thermoplastic polyesters.
  • Another object of the invention is a composite material comprising
  • This composite material is preferably produced by the process according to the invention.
  • the composite has on its surface a sufficient number of open air pores, so that a good sound absorption is ensured.
  • a maximum of 50%, preferably a maximum of 30% and in particular less than 15% of the surface is formed by the pressed-in reinforcing strips.
  • a composite panel with many narrow strips, preferably more than 10 strips at a distance of at least 1 mm, preferably at least 3 mm, from each other, a better sound absorption has as a plate with only a wide, closed strip, or a plate which - as indicated in WO 2005/070664 - only partially covered with a cover layer, wherein the many narrow strips on the one hand and a strip or the cover layer on the other each occupy the same area.
  • the reinforcing strips can be attached to the core layer specifically where a gain is needed later in the component, or where they do not interfere with the subsequent deformation.
  • FIG. 1 shows in plan view a section of a core layer layer K with two mutually parallel hybrid rovings R consisting of reinforcing fibers VF and thermoplastic fibers TF.
  • FIG. 2 shows the arrangement of FIG. 1 corresponding to section A-A.
  • FIG. 3 shows a plan view of the above arrangement after the two rovings have been pressed in, wherein their reinforcing fibers are fused to the thermoplastic material of the core layer layer and thus only the uppermost reinforcing fibers VF are visible.
  • Each group of reinforcing fibers VF forms a reinforcing strip V.
  • Figure 4 shows the arrangement of Figure 3 corresponding to the section B-B. From Figures 3 and 4 it can be seen that the reinforcing strips V are completely pressed into the core layer K and the surface of the core layer is flat.
  • FIG. 5 shows a plan view of a section of a core layer layer K with a reinforcing strip V of individual reinforcing fibers VF pressed in in a zigzag fashion, the reinforcing strip extending over the entire width of the web-shaped core layer layer.
  • FIG. 6 shows in plan view a section of a core layer layer K with two narrow reinforcing strips V 1 pressed into it, each of which runs in a zigzag shape.
  • the composite materials according to the invention can be used for the production of components in the automotive industry, for example for headliners, as subfloors and as car load floors, furthermore in furniture construction and in construction, e.g. for sound absorbing ceiling panels.
  • the good sound absorption capacity is particularly important for automotive rooflights and furniture.
  • TWINTEX fiber bundles prestressed with a force of 0.1 N, and thereby widened to a width of approximately 7 mm each, were made of 60% by weight of glass fibers and 40% by weight of polypropylene fibers with a linear density of 1'860 Tex in a distance of 2 cm from each other in the central region of the web fed into the calender and applied to the surface of the web.
  • the expanded fiber bundles were embossed into the surface of the core layer web. Thereafter, the obtained composite plate was cooled.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

In einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit A. einer mindestens 20 Vol.-% Luftporen enthaltenden Kernschicht (K) aus einem mit Wirrfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff, und B. Verstärkungsstreifen (V) aus kontinuierlichen, parallelen, unidirektionalen Verstärkungsfasern, die ein- oder beidseitig in die Oberfläche der Kernschicht eingeprägt sind, wird die Kernschicht auf Temperaturen oberhalb des Erweichungsbereichs des thermoplastischen Kunststoffs erwärmt. Danach wird eine Vielzahl von individuellen Faserbündeln, die im Abstand voneinander auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht wurden, in diese eingepresst.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus einer Luftporen enthaltenden Kernschicht aus einem mit Wirrfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff und Verstärkungsstreifen aus kontinuierlichen, uni- direktionalen Verstärkungsfasern, die ein- oder beidseitig in die Oberfläche der Kernschicht eingeprägt sind, sowie einen Verbundwerkstoff, der nach diesem Verfahren herstellbar ist, und eine daraus bestehende Akustikplatte.
Verbundwerkstoffe aus Luftporen enthaltenden thermoplastischen Kunststoffen sind bekannt; sie werden vielfältig für Automobilteile und im Bauwesen eingesetzt. Zur Verbesserung ihrer Festigkeit und der Oberflächenqualität werden sie mit diversen Deckschichten belegt. So ist z.B. in der WO 2005/070664 ein Schichtstoff beschrieben, bei dem auf eine Substratschicht mit einer Dichte von weniger als 1.2 g/cm3 beidseitig eine oder mehrere Deckschichten in Form von kontinuierliche oder lange, parallele Verstärkungsfasern enthaltenden Thermoplastfilmen oder Prepregs heiss aufgepresst werden. Nachteilig an derartigen Schichtstoffen ist, dass durch die Deckschichten die poröse Oberfläche der Sub- stratschicht vollständig oder zumindest weitgehend abgedeckt ist, so dass die Schallabsorptionsfähigkeit drastisch vermindert wird.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff mit einer Luftporen enthaltenden Kernschicht aus einem mit Wirrfasern verstärkten ther- moplastischen Kunststoff bereitzustellen, der nicht nur eine verbesserte Festigkeit und Steifigkeit sondern auch eine gute Schallabsorptionsfähigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst.
In der WO 2008/101360 ist ein Verfahren zur Herstellung von leichten Formteilen beschrieben, bei dem man in eine zweiteilige Form einen erwärmten Zuschnitt aus luftporenhaltigem, faserverstärktem Polypropylen und an dessen Rand über- lappend erwärmte GMT-Streifen aus luftporenfreiem Polypropylen einlegt, ver- presst und dabei verformt. Die Randstreifen bestehen dabei aus einer Polypropylenmatrix mit kurzen, ungerichteten Fasern. Die GMT-Randstreifen sollen bewirken, dass beim Verpressen zur Herstellung der Formteile das thermisch fliessfähige GMT in die Randbereiche der Pressform vordringen kann; von einer Verbesserung insbesondere der Schallabsorptionsfähigkeit der Formteile durch die in den Randstreifen enthaltenen kurzen Fasern ist nicht die Rede, und dies ist auch nicht möglich.
Die Kernschicht besteht aus einer mit vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-% Wirrfasern verstärkten Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff, der vorzugsweise 20 bis 80, insbesondere 30 bis 70 Vol.-% Luftporen enthält. Bevorzugt ist mit Glasfasern verstärktes Polypropylen. Dieses kann z.B. nach einem in der WO 2006/105682 beschriebenen Verfahren hergestellt werden durch Vermi- sehen von Glasfasern und Polypropylenfasern, Vernadeln des Mischvlieses, Erwärmen auf Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur des Polypropylens und Verpressen, z.B. in einer Doppelbandpresse bei relativ niedrigen Drücken. Bei einem anderen Verfahren werden Polypropylenfasern oder -pulver mit Glasfasern in wässriger Suspension vermischt, das Wasser wird abgepresst und die erhaltene Platte wird getrocknet und heiss verpresst. Diese Kernschicht ist vorzugsweise mehr als 3 mm, insbesondere 5 bis 10 mm dick, und hat eine Dichte von weniger als 1.0 g/cm3, vorzugsweise von 0.3 bis 0.6 g/cm3. Luftporen enthaltende Verbundplatten sind bekannt und als Bahnen oder Platten mit einer Breite von bis zu 300 cm im Handel erhältlich, z.B. SymaLite der Quadrant Plastic Composites AG, SEEBERLITE der Röchling Automotive AG, ACOUSTI- MAX der Owens Corning Corp., SUPERLITE von Hanwha und KARAMTEC der Karam Tech Corp.
In diese Kernschicht werden Verstärkungsstreifen eingeprägt. Dazu wird zu- nächst die Kernschicht auf Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs erwärmt und auf die Oberfläche wird ein- oder beidseitig eine Vielzahl von individuellen Verstärkungsfaserbündeln im Abstand voneinander aufgebracht und in die Oberfläche eingepresst.
Bei einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren werden bei der Herstellung der Kernschicht durch Heissverpressen eines vernadelten Mischfaservlieses aus Fasern des thermoplastischen Kunststoffs und Verstärkungsfasern auf einer Doppelbandpresse ein- oder beidseitig die Verstärkungsfaserbündel mitver- presst. Es ist auch möglich, die Verbundwerkstoffe durch Verpressen von Kernschichtbahnen mit den Verstärkungsfaserbündeln in einem Kalander vorzuneh- men.
Als Verstärkungsfaserbündel werden bevorzugt Hybrid-Rovings eingesetzt, die aus homogen miteinander vermischten Verstärkungsfaserfilamenten und Ther- moplastfaserfilamenten bestehen. Bevorzugte Verstärkungsfasern sind Glasfa- sern. Der Thermoplast ist vorzugsweise identisch, zumindest aber kompatibel mit dem thermoplastischen Kunststoff der Kernschicht. Bevorzugter Thermoplast ist demnach Polypropylen, wobei das Gewichtsverhältnis Glasfasern zu Polypropylenfasern zwischen 53 : 47 und 82 : 18 liegt. Derartige Hybridgarne sind im Handel erhältlich, z.B. TWINTEX der Fa. OCV. Daneben können auch pultrudierte Thermoplastfaser/Glasfaser- Rovings verwendet werden. Ferner können die Verstärkungsfaserbündel auch aus sogenannten Bico-Fasern mit einem Kern aus Verstärkungsfasern und einer Hülle aus einem Thermoplasten bestehen, wobei die Verstärkungsfasern nicht oder erst bei einer um mehr als 400C höheren Temperatur als die Thermoplasthülle schmelzen. Der Thermoplast ist vor- zugsweise identisch, zumindest aber kompatibel mit dem thermoplastischen Kunststoff der Kernschicht.
In beiden Fällen schmilzt beim Heissverpressen der Thermoplast-Bestandteil der Fasern auf und verbindet sich mit dem thermoplastischen Kunststoff der Kern- schicht. Auf diese Weise wird das Eindringen der Verstärkungsfasern in die Kernschicht erleichtert. Grundsätzlich können auch Verstärkungsfaser-Rovings oder -Garne (welche bevorzugt keine Drehung aufweisen) ohne Thermoplast- Bestandteil eingesetzt werden, wobei zum Eindringen ein etwas höherer Druck angewandt werden muss.
Die Faserbündel haben einen Titer von 50 bis 3'0OO tex und einen praktisch runden Querschnitt, wobei der Durchmesser vorzugsweise zwischen 0.25 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 4 mm liegt. Vor dem Einpressen in die Oberfläche der Kernschicht werden die Bündel durch Anlegen einer Zugspannung von ca. 0.1 N zu Streifen einer Breite von vorzugsweise 0.5 bis 25 mm aufgewei- tet. Vorzugsweise werden die Faserbündel bei einem Druck von vorzugsweise 0.5 bis 5 bar und einer Temperatur, die mindestens 2O0C über der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs liegt, in die Oberfläche der Kernschicht eingepresst, wobei so stark gepresst wird, dass die Verstärkungsfasern vollständig in die Kernschicht eindringen, so dass diese dann eine ebene Ober- fläche aufweist.
Bevorzugt wird beim Aufbringen der Faserbündel auf die Kernschicht eine Spannung auf die Faserbündel ausgeübt. Bei dem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren geschieht dies zum Teil automatisch beim Einzug der Faserbündel in die Doppelbandpresse. Zusätzlich kann die Spannung jedes Faserbündels individuell kontrolliert werden, um eine stärkere Spreizung zu erreichen. Durch die Spannung werden die Verstärkungsfasern streng linear ausgerichtet, was im Vergleich zu dem Verfahren nach WO 2005/070664 zu einer noch besseren Festigkeit und Steifigkeit der Verbundwerkstoffe in Faserrichtung führt.
Die Anzahl der auf die Kernschicht aufgebrachten Faserbündel hängt von der Breite der Kernschicht ab. Bei schmalen, ab 30 cm breiten Kernschichten genügen z.B. 4 bis 10 Faserbündel, bei bis zu 300 cm breiten Kernschichten können bis zu 100, vorzugsweise 10 bis 50 Faserbündel aufgebracht werden. Pro cm werden vorzugsweise 0.4 bis 4, insbesondere 0.5 bis 2 Faserbündel aufge- presst. Es besteht auch die Möglichkeit, nur in gewissen Bereichen Verstär- kungsstreifen aufzubringen, um ein Bauteil lokal zu verstärken. In solchen Fällen genügen schon 4 Faserbündel pro Kernschicht.
Bei der bevorzugten kontinuierlichen Ausführungsform der Erfindung können die Faserbündel über die Vertiefungen zwischen den Zähnen eines Kamms geführt und dann auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht werden. Die Abstände der Zähne sind verschiebbar, so dass je nach Breite der Kernschicht auch die Abstände der Faserbündel und damit auch die Abstände der Verstärkungsstreifen voneinander im Bereich von 3 mm bis 5 mm verschiebbar sind. Grossere Abstände können durch Auslassen von Positionen erzielt werden.
Die bisherigen Erläuterungen zum Herstellverfahren bezogen sich weitgehend auf die bevorzugte Ausführungsform bei der die Faserbündel parallel zueinander angeordnet auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Faserbündel zickzackförmig aufzubringen. Dabei können die Faserbündel über die ganze Breite der bahnförmigen Kernschicht in Zickzackform aufgebracht werden, wobei sie aus einer quertraversierenden Ablegevorrichtung auf der vorwärts transportierten, erwärmten Bahn abgelegt und in einer Doppelbandpresse oder einem Kalander in die Oberfläche der Bahn eingepresst werden. Wenn der Winkel zur Transportrichtung etwa 45° beträgt, wird eine optimale Torsionssteifigkeit der Verbundplatte erhalten.
Weiterhin ist es möglich, die Faserbündel zickzackförmig als schmale, z. B. 300 mm breite Bänder auf die Kernschichtbahn aufzubringen.
Schliesslich können die Faserbündel auch in Form von grobmaschigen Gittergeweben aufgebracht werden, welche beispielsweise aus Polypropylen- Glasfaser-Hybridbündeln gebildet sind, wobei die Abstände der einzelnen Faserbündel voneinander in dem Gitter z.B. 1 bis 10 cm betragen können. AIs Verstärkungsfasern sind Glasfasern bevorzugt, daneben können auch Kohlefasern, Naturfasern, Mineralfasern, wie z.B. Basaltfasern, flüssigkristalline Kunststofffasern, thermoplastische Verstärkungsfasern mit einem um vorzugsweise 400C höheren Schmelzpunkt als der für die Kernschicht verwendete Ba- sisthermoplast, beispielsweise hochverstreckte Fasern aus Polyethylente- rephthalat, eingesetzt werden.
Bevorzugter Thermoplast ist Polypropylen, daneben sind auch Polyethylen, Polyamide sowie thermoplastische Polyester geeignet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundwerkstoff, umfassend
A. eine mindestens 20 Vol.-% Luftporen enthaltende Kernschicht aus einem mit Wirrfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff, und
B. in die Oberfläche der Kernschicht ein- oder beidseitig eingeprägte Ver- Stärkungsstreifen einer Breite von 0.5 bis 25 mm aus kontinuierlichen, parallelen, unidirektionalen Verstärkungsfasern, wobei die Streifen in die Kernschicht vollständig eingepresst sind, und wobei die Oberfläche der Kernschicht eben ist.
Dieser Verbundwerkstoff wird vorzugsweise nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt.
Der Verbundwerkstoff weist an seiner Oberfläche eine ausreichende Zahl von offenen Luftporen auf, so dass eine gute Schallabsorption gewährleistet ist. Da- bei werden maximal 50%, vorzugsweise maximal 30% und insbesondere weniger als 15% der Oberfläche von den eingepressten Verstärkungsstreifen gebildet.
Ferner hat sich gezeigt, dass eine Verbundplatte mit vielen schmalen Streifen, vorzugsweise mehr als 10 Streifen mit einem Abstand von mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, voneinander, eine bessere Schallabsorption aufweist als eine Platte mit nur einem breiten, geschlossenen Streifen, bzw. einer Platte, die - wie in WO 2005/070664 angedeutet - nur teilweise mit einer Deckschicht belegt ist, wobei die vielen schmalen Streifen einerseits und der eine Streifen bzw. die Deckschicht andererseits jeweils die gleiche Fläche ein- nehmen. Von Vorteil ist auch, dass die Verstärkungsstreifen an der Kernschicht gezielt dort angebracht werden können, wo im Bauteil später eine Verstärkung gebraucht wird, bzw. wo sie bei der späteren Verformung nicht stören.
Schliesslich ist es bei Akustikplatten - im Gegensatz zu den Schichtstoffen nach WO 2005/070664 - nicht notwendig, beide Seiten der Kernschicht zu belegen, so dass nur in eine Seite der Kernschicht Verstärkungsstreifen eingeprägt sind.
Die Figur 1 zeigt in Draufsicht einen Abschnitt einer Kernschichtlage K mit zwei darauf liegenden, parallel zueinander angeordneten Hybrid-Rovings R aus Ver- Stärkungsfasern VF und Thermoplastfasern TF. Die Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1 entsprechend dem Schnitt A-A.
Die Figur 3 zeigt in Draufsicht die obige Anordnung nach dem Einpressen der beiden Rovings, wobei deren Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Kunststoff der Kernschichtlage verschmolzen sind und somit nur noch die obersten Verstärkungsfasern VF sichtbar sind. Jede Gruppe von Verstärkungsfasern VF bildet einen Verstärkungsstreifen V. Die Figur 4 zeigt die Anordnung der Figur 3 entsprechend dem Schnitt B-B. Aus den Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, dass die Verstärkungsstreifen V in die Kernschicht K vollständig eingepresst sind und die Oberfläche der Kernschicht eben ist.
Die Figur 5 zeigt in Draufsicht einen Abschnitt einer Kernschichtlage K mit einem darin eingepressten zickzackförmig angeordneten Verstärkungsstreifen V aus einzelnen Verstärkungsfasern VF, wobei der Verstärkungsstreifen der über die ganze Breite der bahnförmigen Kernschichtlage verläuft. Die Figur 6 zeigt in Draufsicht einen Abschnitt einer Kernschichtlage K mit zwei darin eingepressten schmalen Verstärkungsstreifen V1 die je zickzackförmig verlaufen.
Die erfindungsgemässen Verbundwerkstoffe können zur Herstellung von Bauteilen im Automobilbau verwendet werden, beispielsweise für Dachhimmel, als Unterböden und als PKW-Ladeböden, ferner im Möbelbau und im Bauwesen, z.B. für schallabsorbierende Deckenverkleidungen. Insbesondere bei Automobildachhimmeln und im Möbelbau ist die gute Schallabsorptionsfähigkeit wichtig.
Beispiel
Eine 2 m breite, 1 ,5 cm dicke Kernschichtbahn mit einem Flächengewicht von 500 g/m2 aus einer Polypropylenmatrix, 40 Gew.% Schnittglasfasern und einem Luftporengehalt von 55 Vol.%, die in Anlehnung an das Beispiel 1 der EP-B 1 868 796 hergestellt worden war, wurde auf eine Temperatur von 1900C vorgewärmt und in einen 180°C heissen Kalander eingeführt. Gleichzeitig wurden über die Vertiefungen eines Umlenkkamms vier mit einer Kraft von 0.1 N vorgespannte und dadurch auf eine Breite von je etwa 7 mm aufgeweitete TWINTEX- Faserbündel aus 60 Gew.% Glasfasern und 40 Gew.% Polypropylenfasern mit einem Titer von 1'860 Tex in einem Abstand von 2 cm voneinander im Mittelbereich der Bahn in den Kalander zugeführt und auf die Oberfläche der Bahn aufgebracht. Bei einem Liniendruck von 5 bar wurden die aufgeweiteten Faserbündel in die Oberfläche der Kernschichtbahn eingeprägt. Danach wurde die erhaltene Verbundplatte abgekühlt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, umfassend
A. eine mindestens 20 Vol.-% Luftporen enthaltende Kernschicht (K) aus einem mit Wirrfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff, und
B. Verstärkungsstreifen (V) aus kontinuierlichen, parallelen, unidirektiona- len Verstärkungsfasern (VF), die ein- oder beidseitig in die Oberfläche der Kernschicht eingeprägt sind, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Oberfläche der Kernschicht, die auf Temperaturen oberhalb des Erweichungsbereichs des thermoplastischen Kunststoffs erwärmt wurde, eine Vielzahl von individuellen Faserbündeln im Abstand voneinander aufbringt und in die Oberfläche der Kernschicht einpresst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel Hybrid-Rovings (R) sind, in denen Verstärkungsfaserfilamente (VF) und Thermoplastfaserfilamente (TF) homogen miteinander vermischt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbün- del aus Bico-Fasern bestehen, bei denen ein Verstärkungsfaser-Kern mit einer Hülle aus einem Thermoplasten ummantelt ist, wobei die Verstärkungsfasern nicht oder erst bei einer um mehr als 400C höheren Temperatur als die Thermoplasthülle schmelzen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel Verstärkungsfaser-Rovings sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel parallel zueinander angeordnet auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel zickzackförmig angeordnet auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel in Form eines Gittergewebes auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Faser- bündel beim Aufbringen auf die Kernschicht eine Spannung ausgeübt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel kontinuierlich über die Vertiefungen zwischen den Zähnen eines Kamms geführt werden und dann auf die Oberfläche der Kernschicht aufgebracht werden, wobei sie aufgeweitet werden.
10. Verbundwerkstoff, umfassend
A. eine mindestens 20 Vol.-% Luftporen enthaltende Kernschicht (K) aus einem mit Wirrfasern verstärktem thermoplastischen Kunststoff, und B. in die Oberfläche der Kernschicht ein- oder beidseitig eingeprägte Verstärkungsstreifen (V) einer Breite von 0.5 bis 25 mm aus kontinuierlichen, parallelen, unidirektionalen Verstärkungsfasern (VF), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstreifen in die Kernschicht vollständig eingepresst sind und die Oberfläche der Kernschicht eben ist.
11. Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Oberfläche der Kernschicht (K) eingeprägten Verstärkungsstreifen (V) parallel zueinander angeordnet sind.
12. Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Oberfläche der Kernschicht (K) eingeprägten Verstärkungsstreifen (V) zickzackförmig angeordnet sind.
13. Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Oberfläche der Kernschicht (K) eingeprägten Verstärkungsstreifen (V) gitterförmig angeordnet sind.
14. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Oberfläche der Kernschicht zu maximal 50% von den
Verstärkungsstreifen gebildet wird.
15. Akustikplatte aus dem Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht mit mehr als 3 Verstärkungsstreifen versehen ist, die einen Abstand von mindestens 1 mm voneinander aufweisen.
16. Akustikplatte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nur in eine Seite der Kernschicht Verstärkungsstreifen eingeprägt sind.
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