DE102012007839A1

DE102012007839A1 - Mehrschichtiges Verbundbauteil mit Class-A-Sichtoberfläche und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102012007839A1
Application number: DE102012007839A
Authority: DE
Inventors: Willy Dauner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-12-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein mehrschichtiges Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) mit wenigstens einer Class-A-Sichtoberfläche und dessen Herstellungsverfahren bereit. Das Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) umfasst zumindest eine Faserkunststoffschicht (3) aus einem Matrixkunststoff, in den Fasermaterial (3'), das Kohlefasern aufweist, eingebettet ist. Die Sichtoberfläche wird durch eine transparente Glasschicht (2) bereitgestellt, die durch den Matrixkunststoff der Faserkunststoffschicht (3) mit der Faserkunststoffschicht (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Faserkunststoff-Verbundbauteil, das zumindest eine mit Class-A-Qualität ausgebildete Sichtoberfläche hat, sowie das entsprechende Verfahren zu dessen Herstellung.
Um die Leichtbauweise von Kraftfahrzeugen weiterzuführen, werden im Fahrzeugbau zunehmend Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften und ihres geringen Gewichts eingesetzt. Die Sichtseite der FVK-Bauteile, auch Faserkunststoff-Verbundbauteile genannt, wird zur Veredelung oder farblichen Gestaltung der Oberflächen zumeist lackiert. Da aufgrund des unterschiedlichen Schwindungsverhaltens von Fasern und Kunststoff die Oberfläche der Bauteile nach der Herstellung häufig eine unregelmäßige Beschaffenheit aufzeigt, so genannte Faserabzeichnungen, gestaltet sich die Lackierung häufig sehr aufwändig, da die zu lackierenden Oberflächen des FVK-Bauteils erst vorbereitet werden müssen, wodurch hohe Kosten anfallen. Es gibt daher Bestrebungen, FVK-Bauteile schon mit lackierfähigen Class-A-Oberflächen zumindest auf der Sichtseite des Bauteils herzustellen.
Kohlefaserverstärkte Bauteile (CFK-Bauteile) weisen vorteilhaft mechanische Eigenschaften auf, die besonders hohen mechanischen Anforderungen genügen. Dadurch können auch dünne Flächenbauteile von Kraftfahrzeugen, wie Automobiltüren, Dachteile, Kofferraumdeckel oder Motorhauben in Leichtbau-Verbundbauweise geschaffen werden. Allerdings muss auch hier die Sichtseite aufgrund der unregelmäßigen Oberfläche mit einer Deckschicht kaschiert werden, um eine Class-A-Oberfläche zu erhalten. Gerade aber bei CFK-Bauteilen kann gewünscht sein, die Struktur des CFK-Materials optisch in Erscheinung treten zu lassen, da hierdurch eine hochwertige Anmutung des Bauteils durch die Verwendung des Hochleistungswerkstoffs CFK erreicht wird.
Aus diesen Gründen werden bisweilen auch FVK-Bauteile hergestellt, die aus Designgründen lediglich mit dekorativen Deckschichten aus CFK-Material ausgebildet sind. Dem Bauteil wird durch die CFK-Deckschicht die hochwertige Optik verliehen, während ein Tragkörper des Bauteils aus einem kostengünstigeren Material als CFK gefertigt ist. Hierbei wird üblicherweise die Deckschicht aus CFK vorgeformt und auf den Tragkörper des Bauteils aufgeklebt. Alternativ können CFK-Prepregs, imprägnierte Faserhalbzeuge, auf den Tragkörper aufgebracht und damit ausgehärtet werden.
Ein solches mehrschichtiges Verbundbauteil mit mehreren Schichten wie einer lastaufnehmenden Trägerschicht und eine dekorativen Deckschicht in Kohlefaseroptik wird in der DE 10 2009 006 130 B4 beschrieben. Die Deckschicht aus kohlenstofffaser- oder kohlenstoffmischfaserverstärktem Kunststoff ist mittels einer Haftvermittlerschicht aus einem Elastomer mit der Trägerschicht aus Metall und/oder faserverstärktem Kunststoff verbunden. Hierbei sind die Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffmischfasern der Deckschicht in optisch erkennbaren Mustern oder Regelmäßigkeiten an der Oberfläche angeordnet und dienen lediglich dazu, dem Bauteil eine hochwertige Anmutung zu verleihen und tragen aufgrund der reduzierten Dicke der Deckschicht nur einen untergeordnete Teil zur lasttragenden Funktion des gesamten Flächenbauteils bei. Ziel dieser Mischbauweise ist es, den Anteil an CFK aus Kostengründen möglichst zu begrenzen. Um die Deckschichtoberfläche glatt zu gestalten und eine Class-A-Sichtfläche zu erhalten, kann über der kohlenstofffaser- oder kohlenstoffmischfaserverstärkten Kunststoffschicht eine dünne transparente Kunststoff- bzw. Harzschicht oder ein Klarlack vorgesehen sein. Bei der Herstellung werden die Trägerschicht, das Elastomermaterial und das plastisch verformbare CFK-Material in eine Pressform gegeben und in einem gemeinsamen Pressvorgang aneinandergefügt.
Generell ist zur Schaffung von fertig dekorierten Kunststoffbauteilen das Folienhinterspritzen (auch Film-Insert-Molding (FIM)) bekannt, bei dem vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze in eine Bauteilformkavität ein vorgeformter Einleger in das Spritzgießwerkzeug eingelegt wird. Die Einleger sind meist bedruckte Folien, die anschließend beschnitten werden. Ähnlich kann bei der In-Mold-Decoration-Technik (IMD) ein fertig dekoriertes Bauteil bereitgestellt werden, wobei eine Heißprägefolie in einem Spitzgießwerkzeug angeordnet wird, die beim Einspritzen der Schmelze durch den Schmelzedruck an die Wand der Kavität gepresst wird. Dabei verbindet sich die Lackschicht der Heißprägefolie durch die hohe Schmelzetemperatur mit dem Kunststoff und löst sich nach dem Abkühlen von der Polyester-Trägerfolie ab.
Um auch großformatige Formteile mit großen Flächen, wie beispielsweise Kofferraumabdeckungen oder Türelemente, mit den im Kraftfahrzeugbau geforderten mechanischen Eigenschaften in einer vergleichbaren Oberflächenqualität herzustellen, werden ebenfalls Kunststofffolien verwendet, die hinsichtlich Beschaffenheit und ggf. Farbgebung der Oberfläche des Bauteils vorgefertigt und entsprechend der Bauteilform vorgeformt sind. Diese Folien werden in eine Werkzeugform eingelegt, so dass auf der Seite der vorgeformten Folie, die nicht die Oberfläche bildet, ein faserverstärkter Kunststoff aufgebracht werden kann, nach dessen Aushärten oder Abkühlen das fertige Formteil der Form entnommen werden kann. Zum Aufbringen des faserverstärkten Kunststoffs können Verfahren wie das Folien-Hinterpressen oder das Folien-Resin-Transfer-Moulding (Folien-RTM) eingesetzt werden.
Beim Folienhinterpressen werden die separat vorgeformte Folie und ein platten- oder mattenartiges Faserkunststoffhalbzeug in einem Presswerkzeug angeordnet und in einem auf die Zusammensetzung des Faserhalbzeugs abgestimmten Pressverfahren verbunden.
Für das Folien-RTM-Verfahren wird vorgeformte Folie und eine Fasermatte in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt, und nach Schließen des Werkzeugs und ggf. Evakuieren des Formhohlraums wird ein Gemisch aus Harz und Härter in den Formhohlraum eingespritzt, wodurch die Fasermatte getränkt und der Formhohlraum gefüllt wird. Nach Aushärten des Harzes wird das Werkzeug geöffnet und das Bauteil kann entnommen werden.
Eine solche Technik kann auch bei offenen Verfahren wie Handlaminieren oder Vakuumverfahren eingesetzt werden.
Dazu beschreibt auch die DE 10 2008 009 438 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Faserverbundkunststoffen mit veredelter Sichtfläche, die sichtseitig eine Oberflächenfolie aufweisen. Dabei wird die Oberflächenfolie entsprechend der Topographie des Formteiles geformt und ein Fasermaterial auf die der Sichtfläche abgewandten Innenseite der geformten Oberflächenfolie aufgebracht. Anschließend erfolgt das Imprägnieren mit einem ungehärteten Matrixmaterial, woraufhin das Formen des Formteiles und Aushärtung erfolgt, ehe das sichtseitig die Oberflächenfolie aufweisende Formteil entnommen wird. Dazu wird in DE 10 2008 009 438 A1 ein einziges Formwerkzeug verwendet, in dem die Oberflächenfolie nach Zuschnitt und Erwärmen bis zur Erweichungstemperatur entsprechend der Topographie des herzustellenden Formteiles geformt wird und das Faser- und Matrixmaterial auf die Innenseite der Oberflächenfolie aufgebracht wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kunststoff-Leichtbauteil mit guten mechanischen Kennwerten und mit einer Class-A-Oberfläche zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines zur Serienfertigung geeigneten Herstellungsverfahrens, die durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst wird.
Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
Ein erfindungsgemäßes mehrschichtiges Faserkunststoff-Verbundbauteil umfasst eine oder mehrere Faserkunststoffschichten, bzw. FVK-Schichten, aus einem in einem Matrixkunststoff eingebetteten Fasermaterial, das zumindest teilweise aus Kohlefasern besteht. Dabei weist das Faserkunststoff-Verbundbauteil wenigstens eine Sichtoberfläche mit Class-A-Güte auf. Diese Sichtoberfläche wird durch eine transparente Glasschicht gebildet, die durch den Matrixkunststoff der Faserkunststoffschicht mit derselben verbunden ist. Die durch die Glasschicht gebildete Deckschicht umfasst also kein Fasermaterial, sie dient der Oberflächenversiegelung und Glättung, während der lastaufnehmende Tragkörper des Bauteils aus CFK ist. Eine Haftvermittlerschicht zwischen Deckschicht und Tragkörper ist hierbei nicht erforderlich. Die kohlefaserverstärkte Kunststoffschicht bildet den Tragkörper des Bauteils, hat also tragende Funktion und benötigt kein funktionales Backing oder dergleichen.
Die Glasschicht hat beispielsweise gegenüber polymeren Folien den großen Vorteil, dass sich die Rauhigkeit und Unebenheit der Oberfläche von FVK-Materialien, die durch die Fasern bedingt sind, auf der Sichtoberfläche nicht abzeichnen. Die Außenseite, bzw. Oberseite der Glasschicht bleibt völlig unbeeinflusst von der auf der gegenüberliegenden Innseite, bzw. Unterseite angeordneten FVK-Schicht, bzw. FVK-Bauteil.
Vorteilhaft bietet das erfindungsgemäße Verbundbauteil einen hohen Kostenvorteil, da keine transparente Lackierung nachgezogen werden muss, um eine Class-A-fähige Sichtoberfläche zu erzeugen. Ohne weitere Maßnahmen wird mit der transparenten Glasschicht als Deckschicht durch die Sicht auf die darunterliegende Faserlage eine Carbon-Sichtfläche geschaffen. Die Glasscheibe bietet ferner einen integrierten UV Schutz für den Matrixkunststoff, der dadurch eine höhere Lebensdauer aufweist. Wird Sicherheitsglas als Glasschicht eingesetzt, werden die Werkstoffeigenschaften des Verbundbauteils weiter verbessert.
Die Glasschicht kann aus einem Mineralglas wie einem Silikatglas oder aus einem Kunststoffglas bestehen. Kunststoffgläser können aus Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyphenoloxid, Polyethylen oder Polyethylenterephtalatglycol gefertigt sein.
Ferner kann der Matrixkunststoff der Faserkunststoffschicht in Bezug auf mechanische und physikalische Eigenschaften wie z. B. das Wärmedehnungsverhalten auf das Material der Glasschicht abgestimmt sein.
Auch wenn das Faserkunststoff-Verbundbauteil bereits mit der Glasschicht eine fertige Sichtoberfläche aufweist, kann auf der von der Faserkunststoffschicht abgewandten Seite der Glasschicht eine Lackschicht vorgesehen sein, etwa eine Decklackschicht zur dekorativen Gestaltung in Wagenfarbe oder eine Klarlackschicht zur Erhöhung der Kratzfestigkeit. Ferner kann zur optischen Gestaltung die Glasschicht eingefärbt sein. Mittel und Maßnahmen zum Einfärben von Glasscheiben sind bekannt.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserkunststoff-Verbundbauteils wird eine Glasscheibe in einem RTM- oder Press- bzw. SMC-Prozess „hinterspritzt” oder „hinterpresst”. Das Verfahren umfasst dazu zunächst das Herstellen und Formen einer transparenten Glasscheibe entsprechend eines Formverlaufs der Sichtoberfläche des Faserkunststoff-Verbundbauteils. Diese geformte Glasscheibe wird in ein für den jeweiligen Prozess ausgebildetes Formwerkzeug eingelegt, und auf die Glasscheibe wird Fasermaterial und ungehärteter Matrixkunststoff aufgebracht, so dass dieser durch Aufbringen von Druck und Beaufschlagen des Formwerkzeugs mit einer Temperatur zum Aushärten des Matrixkunststoffs die Verbindung der Faserkunststoffschicht mit der Glasscheibe herstellt, wobei das Faserkunststoff-Verbundbauteil ausgeformt wird. Nach dem Aushärten des Matrixkunststoffs kann das Faserkunststoff-Verbundbauteil entformt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können CFK-Verbundbauteile mit einer Class-A-Oberfläche in einem One-Step-Prozess bei automobiltypischen Stückzahlen erzeugt werden.
Wird für die Glasscheibe Mineralglas verwendet, kann das Herstellen und Formen der transparenten Glasscheibe durch das Floatverfahren, ein Abwärts-Ziehverfahren wie etwa ein Overflow-Fusion-Verfahren, Gießen und/oder Ziehen ausgeführt werden, während die Herstellung und Formgebung der transparenten Glasscheibe aus Kunststoffglas Extrudieren/Strangpressen, Thermoformen, Hochdruckumformen und/oder ein Gießverfahren wie Spritzgießen umfassen kann.
Je nach verwendetem Verfahren bzw. der Art des verwendeten Fasermaterials kann das Aufbringen des Fasermaterials und des ungehärteten Matrixkunststoffs auf der Glasscheibe das Auflegen zumindest einer trockenen oder vorimprägnierten, ungeformten oder vorgeformten Faserlage und das Injizieren des ungehärteten Matrixkunststoffs in das geschlossene Formwerkzeug oder das Auflegen zumindest einer mit dem ungehärteten Matrixkunststoff imprägnierten, ungeformten oder vorgeformten Faserlage umfassen.
Schließlich kann, falls erwünscht das Aufbringen einer Lackschicht, umfassend eine Klarlackschicht und/oder eine Decklackschicht, auf die Glasschicht erfolgen.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 eine Seitenschnittansicht des Formwerkzeugs beim Einlegen der Glasscheibe und der Faserlage
2 eine Seitenschnittansicht des Formwerkzeugs beim Einspritzen des Matrixkunststoffs und
3 eine Seitenschnittansicht des fertigen Verbundbauteils.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff für ein Leichtbauteil mit einer Class-A-Oberfläche oder einer Sichtcarbonfläche. Bei dem Leichtbauteil handelt es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeugbauteil, spezieller um ein flächiges Karosseriebauteil, wie etwa Türen, Dachsegmente, Kofferraumdeckel oder Motorhauben.
Das erfindungsgemäße Kunststoff-Leichtbauteil weist eine Glasoberfläche als Sichtoberfläche auf. Dadurch kann, falls erwünscht, die Faserstruktur sichtbar dargestellt werden. Gerade bei den verwendeten Kohlenstofffasern ist diese sichtbare Darstellung, wenn diese in einer optisch gefälligen Weise, beispielsweise als Geflecht, Gestrick, Gewirke, Gewebe etc. vorliegen, wünschenswert, da so der eingesetzte hochwertige Leichtbauwerkstoff sofort augenfällig wird. Bauteile im Carbonlook kennzeichnen den Prestigeleichtbau. Wird anders als im Stand der Technik, wo nur dieser Look erzielt werden soll, die lastaufnehmenden Tragfunktion durch die Carbonfasern übernommen, erreichen die Bauteile neben der Optik auch sehr gute mechanische Kennwerte. Das Herstellungsverfahren lässt automobiltypische Stückzahlen zu. Durch die Bereitstellung einer Class-A-Oberfläche schon bei der Herstellung des Bauteils entfallen Schritte zur Aufbereitung und Lackierung der Oberfläche, was sich in einer starken Kostenreduktion niederschlägt.
Alternativ zur Verwendung reiner Kohlenstofffasern können auch Fasergemische eingesetzt werden. Dabei können unterschiedliche Verstärkungsfasern, wie zum Beispiel Kohlenstoff- und Aramidfasern, aber auch Mischungen aus Verstärkungsfasern und weiteren Fasern, wie zum Beispiel Kohlenstofffasern und Naturfasern, eingesetzt werden. Die weiteren Fasern haben insbesondere den Effekt besondere optische Effekte im FVK-Bauteil zu erzeugen.
Die Herstellung umfasst das Verpressen einer kompletten Anordnung aus Faserlage und Glaslage in einem One-Step Prozess. Dadurch, dass zur Bildung der Glasschicht eine vorher geformte und ausgehärtete transparente Glasscheibe eingesetzt wird, wird die durch physikalische und prozesstechnische Bedingungen resultierende wellige Oberfläche des Verbundbauteils vermieden. Dabei wird eine werkzeugfallende Sichtcarbonoberfläche geschaffen, die nicht mehr nachlackiert werden muss. Falls eine Lackierung dennoch gewünscht ist, etwa, wenn die Fasern optisch weniger attraktiv, z. B. ungerichtet als Matte oder Vlies vorliegen, kann diese ohne aufwändige Maßnahmen auf der Glasoberfläche, die eine Class-A-Güte aufweist, aufgebracht werden.
1 zeigt das Einlegen der vorgeformten Glasscheibe 2 und der Faserlage 3' in das Presswerkzeug 4, 5. Anders als dargestellt, kann das mehrschichtige Verbundbauteil auch aus mehr als einer Faserlage und mehr als einer Glasscheibe aufgebaut werden. Die Faserlage(n) kann ein schlaffes, biegeweiches Textil sein, das gegebenenfalls auch trocken oder nass vorimprägniert sein kann, es kann sich aber auch um eine konsolidierte Preform handeln, deren Fasermaterial ein geeignetes Bindemittel umfasst, um die vorgegebene Form zu halten. Auch eine Preform kann gegebenenfalls mit einem pulverförmigen oder flüssigen Matrixmaterial vorimprägniert sein. Ein weiteres alternativ verwendbares Fasermaterial ist ein den Matrixkunststoff bereits umfassendes Faserhalbzeug, z. B. bei duroplastischer Matrix Prepregs oder SMCs. In Prepregs liegen Endlosfasern, meist als Gelege oder Gewebe etc. vor, während es sich bei SMCs um plattenförmige teigartige Pressmassen handelt, hauptsächlich mit Kurzfasern in Mattenform. Thermoplastische Faserhalbzeuge, die erfindungsgemäß zur Bildung der Faserschicht 3 einsetzbar sind, sind sogenannte Organobleche, die sich durch Erwärmen verformen lassen.
Wird ein vorkonsolidiertes Fasermaterial verwendet, wird die Faserlage(n) 3' vor dem Einlegen auf die Glasscheibe 2' vorgeformt, biegeschlaffe Fasermaterialien werden in geeigneter Weise auf der Glasscheibe 2' drapiert.
Je nach eingesetztem Fasermaterial sind nun zwei Prozessvarianten denkbar: bei trockenen oder nur vorimprägnierten Faserlagen 3' oder Preforms wird das RTM-Verfahren und bei fertig imprägnierten Faserhalbzeugen wird das Formpressen durchgeführt, um den Verbund zwischen der Glasscheibe 2' und der Faserlage 3' durch den Matrixkunststoff zu schaffen.
2 zeigt die Variante mit der Injektion i eines Matrixkunststoffs in den von den Werkzeughälften 4, 5 begrenzten Formhohlraum, um die Faserlage 3' zu durchdringen und an die Glasscheibe 2' zu gelangen. Je nach Art des eingesetzten Matrixkunststoffs, ob thermoplastisch oder duroplastisch werden in dem Werkzeug 4, 5 Aushärtbedingungen geschaffen. Dies ist bei duroplastischen Matrixkunststoffen etwa das Erwärmen bis zu einer Aushärtetemperatur, ehe das Abkühlen zur Bauteilentnahme erfolgt. Wird als Matrixkunststoff eine Thermoplastschmelze injiziert, erfordern die Aushärtbedingungen das Abkühlen der Form.
Außer dem genannten RTM-Verfahren können erfindungsgemäß auch verschiedene Injektionsverfahren wie Vakuum-Injektions-Verfahren oder Resin-Infusions-Verfahren eingesetzt werden, bei denen ein Matrixkunststoff in das Fasermaterial zu dessen Imprägnierung eingespritzt wird.
Wird ein fertig imprägniertes Halbzeug verwendet, entfällt das Injizieren von Matrixkunststoff. Als Formwerkzeug wird ein Presswerkzeug eingesetzt, z. B. eine Heißpresse, in der die Formgebung, Aushärtung des Matrixkunststoffs und Herstellung des Verbunds mit der Glasscheibe erfolgt. Auch hier unterscheiden sich die Bedingungen in Abhängigkeit des eingesetzten Matrixkunststoffs. Jedes Matrixsystem bedingt definierte Temperaturen zum Aushärten.
Nach Aushärtung kann das fertige Bauteil 1, dargestellt in 3, entnommen werden, das mit der Glasscheibenseite 2 eine Class-A-Oberfläche bereitstellt, die lackiert werden kann, oder die unlackiert auf der Sichtoberfläche die Faserlage 3 sichtbar lässt, wenn es sich etwa um ein Carbongeflecht etc. handelt.
Als Material für die Glaslage 2 kommen sowohl Mineralglase wie Silikatglas als auch Kunststoffgläser wie Polycarbonat oder PMMA in Frage. Weitere geeignete transparente Kunststoffe sind Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol, Polyphenoloxid, Polyethylen oder Polyethylenterephtalatglycol (PET-G).
Die Glasschicht kann auch aus mehreren Glasscheiben bestehen, sie kann insbesondere eine Verbund-Sicherheitsglasschicht sein, die aus zwei oder mehreren miteinander verklebten bzw. gebondeten Scheiben besteht, die sowohl aus nicht vorgespannten Scheiben als auch kombiniert aus vorgespannten Scheiben gefertigt sein können. Es kann aber auch eine Sicherheitsglasschicht aus einer Scheibe thermisch vorgespannten Glases sein. Die Vorspannung entsteht dabei in dem Floatglas durch besonders intensives Kühlen des rot glühenden Glases mittels beidseitig blasender Luftdüsen während des Abkühlens auf Raumtemperatur.
Die transparente Glasschicht kann gegebenenfalls auch eine farbige Glasschicht sein.
Der Matrixkunststoff kann auf das verwendete Glasmaterial abgestimmt sein, Matrixkunststoff und Glasmaterial können beispielsweise hinsichtlich ihres Wärmedehnungsverhaltens abgestimmt sein. Als Matrixkunststoffe für die CFK-Lage können duroplastische Kunststoffe zur Anwendung kommen, wie sie aus der Technologie der CFK-Verarbeitung bekannt sind, auch ist die Verwendung von Elastomeren denkbar. Weitere als Matrix geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Thermoplaste wie Polycarbonat und PMMA, ferner kann als Matrixkunststoff ein robustes, witterungsbeständiges Material wie etwa Polyamid gewählt werden.
Mit der Glasschicht kann dem in SMC- oder RTM-Prozess hergestellten CFK-Bauteil eine Class-A-Oberfläche verliehen werden, die ansonsten mit diesen Verfahren nicht oder nur bedingt herstellbar sind bzw. Nachbearbeitung erfordern.
Die Kohlefasern, ggf. auch Kohlemischfasern liegen üblicherweise als Faserbündel vor, die zu einem textilen Gebilde verarbeitet sind. Kohlemischfasern umfassen neben Kohlefasern auch andere Verstärkungsfasern, mittels derer das optische Erscheinungsbild hinsichtlich Farbgebung variiert werden kann. Hierbei können die anderen Verstärkungsfasern innerhalb eines Bündels mit Kohlefasern vermischt sein, es können aber auch verschiedene Bündel, also Kohlefaserbündel und andere Verstärkungsfaserbündel eingesetzt werden. Bei den gegebenenfalls neben den Kohlefasern eingesetzten Verstärkungsfasern kann es sich um Aramidfasern, Mineralfasern wie Glasfasern oder Basaltfasern, Metallfasern, Polymerfasern oder Naturfasern handelt.
Textile Gebilde die sich zur sichtbaren Erscheinung an der Oberfläche eignen, haben erkennbare Muster oder Regelmäßigkeiten, wie etwa Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Gelege etc.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil kann es sich bevorzugt um ein Flächenbauteil eines Kraftfahrzeugs, z. B. um Türen, Klappen oder Dachsegmenten handeln.
Gegebenenfalls kann die Glasschicht mit einer Lackschicht versehen werden, z. B. einer Transparenten Klarlackschicht zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, und/oder mit einer farbigen Decklackschicht, falls die Faserlage nicht sichtbar in Erscheinung treten soll.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass sich das Bauteil nicht nur in einem einzigen Verfahrenschritt herstellen lässt, sondern dass sich auch komplexe Geometrien durch dieses Verfahren problemlos abbilden lassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009006130 B4 [0005]
DE 102008009438 A1 [0011, 0011]

Claims

Mehrschichtiges Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) mit wenigstens einer Class-A-Sichtoberfläche, umfassend zumindest eine Faserkunststoffschicht (3) aus einem Matrixkunststoff, in den Fasermaterial (3'), das Kohlefasern aufweist, eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtoberfläche durch eine transparente Glasschicht (2) bereitgestellt wird, die durch den Matrixkunststoff der Faserkunststoffschicht (3) mit der Faserkunststoffschicht (3) verbunden ist.
Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasschicht (2) aus Mineralglas, bevorzugt Silikatglas, oder aus Kunststoffglas aus der Gruppe umfassend Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyphenoloxid, Polyethylen oder Polyethylenterephtalatglycol (PETG), besteht.
Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixkunststoff der Faserkunststoffschicht (3) in Bezug auf mechanische und physikalische Eigenschaften auf das Material der Glassschicht (2) abgestimmt ist.
Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von der Faserkunststoffschicht (3) abgewandten Seite der Glasschicht (2) eine Lackschicht vorliegt und/oder die Glasschicht (2) eingefärbt ist
Verfahren zur Herstellung eines Faserkunststoff-Verbundbauteil (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte – Herstellen und Formen einer transparenten Glasscheibe (2') entsprechend einem Formverlauf der Sichtoberfläche des Faserkunststoff-Verbundbauteils (1), – Einlegen der geformten Glasscheibe (2') in ein Formwerkzeug (4, 5), – auf die Glasscheibe (2') Aufbringen des Fasermaterials (3') und des ungehärteten Matrixkunststoffs, – Druck- und Temperaturbeaufschlagen des Formwerkzeugs (4, 5) und Aushärten des Matrixkunststoffs, dabei Verbinden der Glasscheibe (2') mit der Faserkunststoffschicht (3) durch den Matrixkunststoff und Ausformen des Faserkunststoff-Verbundbauteils (1) mit der Faserkunststoffschicht (3) und der Glasschicht (2), – nach dem Aushärten des Matrixkunststoffs Entformen des Faserkunststoff-Verbundbauteils (1).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – das Herstellen und Formen einer transparenten Glasscheibe (2) aus Mineralglas das Floatverfahren, ein Abwärts-Ziehverfahren, umfassend das Overflow-Fusion-Verfahren, Gießen und/oder Ziehen umfasst, und – das Herstellen und Formen einer transparenten Glasscheibe (2) aus Kunststoffglas das Extrudieren/Strangpressen, das Thermoformen Hochdruckumformen und/oder ein Gießverfahren, bevorzugt Spritzgießen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Aufbringen des Fasermaterials (3') und des ungehärteten Matrixkunststoffs auf der Glasscheibe (2') – das Auflegen zumindest einer trockenen oder vorimprägnierten, ungeformten oder vorgeformten Faserlage (3') und das Injizieren des ungehärteten Matrixkunststoffs in das geschlossene Formwerkzeug (4, 5) oder – das Auflegen zumindest einer mit dem ungehärteten Matrixkunststoff imprägnierten, ungeformten oder vorgeformten Faserlage umfasst.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend den Schritt – Aufbringen einer Lackschicht, umfassend eine Klarlackschicht und/oder eine Decklackschicht, auf die Glasschicht (2).