[go: up one dir, main page]

WO2015185573A1 - Faserverstärktes verbundelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Faserverstärktes verbundelement und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2015185573A1
WO2015185573A1 PCT/EP2015/062297 EP2015062297W WO2015185573A1 WO 2015185573 A1 WO2015185573 A1 WO 2015185573A1 EP 2015062297 W EP2015062297 W EP 2015062297W WO 2015185573 A1 WO2015185573 A1 WO 2015185573A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
reinforcing fibers
composite element
fibers
reinforced composite
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/062297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel OSTNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lisa Draexlmaier GmbH
Original Assignee
Lisa Draexlmaier GmbH
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 Lisa Draexlmaier GmbH filed Critical Lisa Draexlmaier GmbH
Publication of WO2015185573A1 publication Critical patent/WO2015185573A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/045—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/046—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with synthetic macromolecular fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/047—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with mixed fibrous material
    • 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
    • B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/10—Polymers of propylene
    • B29K2023/12—PP, i.e. polypropylene
    • 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
    • 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
    • B29K2267/00—Use of polyesters or derivatives thereof as reinforcement
    • 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
    • B29K2311/00—Use of natural products or their composites, not provided for in groups B29K2201/00 - B29K2309/00, as reinforcement
    • B29K2311/10—Natural fibres, e.g. wool or cotton
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3005—Body finishings

Definitions

  • the invention relates to a fiber-reinforced composite element, in particular for interior trim parts of motor vehicles, such as automobiles, buses, trains or aircraft, as well as a
  • an injection molding method is often used, in which a
  • KunststoffStoffmaterial is brought by injection molding in a suitable form. This has the advantage that by a suitable choice of material a very favorable behavior at extreme
  • Loads can be obtained.
  • the material properties can be influenced in the event of an accident so that a prescribed crash behavior of the
  • trim panels or generally components of injection molding are often disadvantageous because the resulting massive Kunststoffoffoff stresses is relatively heavy.
  • German Offenlegungsschrift DE 102 500 23 A1 discloses a molding based on a polyurethane matrix which is obtainable by reacting polyisocyanates with polyols and on a nonwoven fabric embedded in the polyurethane matrix, which is composed of matrix fibers and mechanically solidified.
  • the moldings are proposed according to the disclosure for the production of a vehicle headliner.
  • the application relates to a roof module, which on a
  • German Patent Application DE 195 13 506 A1 describes a hybrid yarn and a permanently deformable textile material produced therefrom.
  • the hybrid yarn consists of two groups of filaments, one group consisting of one or more types of filaments
  • Reinforcing filaments and the other group consists of one or more types of matrix filaments. Furthermore, the above-mentioned publication discloses a three-dimensionally deformable fabric made of this hybrid yarn and a fiber-reinforced one
  • Shaped body made of the deformable sheet
  • German patent application DE 10 2011 119 567 AI discloses a molded part - in particular a lining for the interior of a vehicle - having a support of hot pressed wood fiber molding material containing a crosslinked binder and one or more
  • Attachment parts which are coated with a first hotmelt adhesive and / or consist of a thermoplastic material.
  • Fiber mat is permeated with a KunststoffStoffmaterial.
  • crash characteristics are a priority without significantly increasing the weight compared with conventional components.
  • the object of the invention is achieved by a fiber-reinforced composite element with the features of claim 1, or a corresponding method for producing such
  • Vehicle components characterized in that it consists of a KunststoffStoffmatrix, natural fibers and
  • Natural fibers can therefore - in other words - be organic (vegetable or animal) or inorganic (mineral).
  • the natural fibers and the reinforcing fibers are distributed as evenly as possible in the KunststoffStoffmatrix.
  • the Emphasis lies on the fact that the
  • Laminate construction - contains both reinforcing fibers and natural fibers, which synergize to improve the material properties.
  • the reinforcing fibers have a
  • the reinforcing fibers have a tenacity of more than 75 cN / Tex, and most preferably from 75 to 85 cN / Tex.
  • Armor fibers which have a tenacity of greater than 50 cN / Tex are often referred to in the art as high strength reinforcing fibers. Fineness strength in this context is understood to mean the quotient of the maximum tensile force and the fineness of the fiber. Here is under maximum traction the
  • 1 Tex corresponds to 1 gram per 1000 meters.
  • Natural fibers can according to the present invention
  • the elongation at break behavior of the fiber-reinforced composite element are modified so that the elongation at break - compared to the corresponding product without
  • Reinforcing fibers - can be increased many times and ultimately at least at the level of a pure
  • Injection molding (without any fibers) is located. So that can the advantage of using composite materials - namely the low weight - can be reconciled with a significant improvement in crash properties.
  • inventive composite element is therefore suitable in
  • Composite element are substantially dependent on the tensile strength of the fibers contained in the composite element.
  • the composite element can be stretched much stronger until a fracture begins and on the other hand of the high-strength reinforcing fibers over the conventional fiber-reinforced components much more energy can be absorbed.
  • Arm istungenstatin therefore preferably have a greater fineness than the natural fibers.
  • the natural fibers Preferably, the
  • Armoring fibers have a fineness of 0.5 Tex to 10 Tex, wherein the natural fibers have a fineness of 4 to 17 Tex
  • the reinforcing fibers have a fineness of 4 to 6 Tex, and most preferably a fineness of 5.2 to 5.8 Tex. Thus have the comparatively fine or thin
  • Arm istстn be arranged in the region at the top and / or at the bottom and / or in a median plane of the composite element.
  • Composite element can be even more effectively prevented chipping of material under extreme load. Furthermore, this also improves the elongation at break behavior. Also by a layer of reinforcing fibers in the center plane of the composite element, which then acts as a kind of "soul" of the composite element, the
  • the upper or lower sides designate the flat upper or lower sides of the fiber-reinforced composite element.
  • the term "layers" can be understood according to the invention in particular in that the concentration of the reinforcing fibers in these regions is increased compared to the rest of the composite element.
  • the fiber-reinforced composite element is in each case based on 100 wt .-% (weight percent) by the
  • compositions 11% to 60% by weight of plastic matrix (or plastic matrix material); From 40% to 89% by weight of natural fibers; 3% by weight to 25 wt .-% high-strength reinforcing fibers. If a thermoplastic synthetic material matrix is to be used as synthetic material, a composition of 40% by weight to 55% by weight of plastic matrix (or plastic matrix material); From 45% to 60% by weight of natural fibers; 10 wt .-% to 20 wt .-% high-strength reinforcing fibers preferred. Under
  • a polypropylene as KunststoffStoffmaterial and natural fibers from kenaf, is a composition of 43 wt .-% to 47 wt .-% KunststoffStoffmatrix (or KunststoffStoffmatrix- material); From 38% to 42% by weight of natural fibers; 13 wt .-% to 17 wt .-% high-strength reinforcing fibers preferred.
  • a duroplastic synthetic material matrix is used as synthetic material
  • a composition of 11% by weight to 40% by weight of plastic matrix material (or plastic matrix material) is used; From 60% to 89% by weight of natural fibers; 10 wt .-% to 20 wt .-% preferred.
  • Elastic modulus in particular the bending elastic modulus, and the tensile strength of the composite element significantly increased.
  • Composite element can be increased.
  • adhesion promoter should also be geared to a connection between the natural fibers and the
  • the reinforcing fibers are also curled.
  • the reinforcing fibers are preferably crimped after their preparation. By this crimping the reinforcing fibers with the
  • fiber-reinforced composite element can be adjusted. Be the reinforcing fibers in wet-laid fabric production in a
  • the fiber length of the high-strength reinforcing fiber can be up to 0.2 mm. If the blending of the reinforcing fibers in the natural fiber fleece in dry nonwoven production, the fiber length is the
  • natural fibers may be organic (vegetable or animal) or inorganic (mineral) origin. Kenaf, flax, wood fibers, kapok, jute, hemp, sisal, bamboo, coconut, abaca and / or seaweed have proven to be the natural fiber material.
  • Mineral fiber is called glass fiber, for example.
  • Fiber composites and are also comparatively good and
  • the material from which the synthetic matrix of the invention is constructed can be selected from a variety of polymers or copolymers, such as polyamide (PA), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), alpha-methylstyrene-acrylonitrile copolymer (AMSAN), styrene Acrylonitrile-polycarbonate copolymer (SAN-PC), polyethylene (PE),
  • PA polyamide
  • SAN styrene-acrylonitrile copolymer
  • AMSAN alpha-methylstyrene-acrylonitrile copolymer
  • SAN-PC styrene Acrylonitrile-polycarbonate copolymer
  • PE polyethylene
  • Polypropylene PP possibly with one or more others
  • Polyolefin (s) - acrylic ester styrene, acrylonitrile (ASA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PBT),
  • thermoplastics particularly preferably thermoplastic polyolefins, of which polypropylenes are very particularly preferred.
  • the KunststoffStoffmatrix may alternatively be used in the form of a blend or in the form of a mixture.
  • the high-strength reinforcing fibers are preferred in the high-strength reinforcing fibers.
  • polyesters as well as polycarbonates (esters of carbonic acid) and fibers based on these polymers are known from the
  • polyesters commonly used in fiber production are
  • PBT Polybutylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTT polytrimethylene terephthalate
  • PEN Polyethylene naphthalates
  • PC polycarbonates
  • Polyestercarbonates as well as carboxylic esters, as well as esters of carbonic acid, polyacrylates aromatic
  • Polyesters Polybutylene glycol terephthalates, 1,4-cyclohexylene dimethylene terephthalates and their co-polyesters and also unsaturated polyester resins (UP).
  • polyester fibers have a higher elasticity than natural fibers and have a significantly higher
  • the fiber-reinforced composite element according to the test standard DIN EN ISO 14 125 (method A) determined
  • Young's modulus of at least 1500 N / mm 2 , preferably of at least 5000 N / mm 2 . Furthermore, the
  • fiber reinforced composite element comprises the steps of
  • Fiber fleece made of natural fibers and the introduction of a
  • Natural fibers are evenly distributed in the KunststoffStoffmatrix material.
  • the uniform distribution relates in particular to the distribution of the components immediately after the step described above. This is the condition for that, even after any, subsequent steps to
  • Present invention can be prepared in which the KunststoffStoffmatrix with natural fibers and reinforcing fibers
  • the inventive method can for example with a device having a mold cavity, in which the natural fiber fleece, in which the reinforcing fibers are mixed, is inserted, wherein in the device at least one nozzle is provided by the liquefied KunststoffStoffmatrix material On the inserted natural fiber fleece with the blended reinforcing fibers can be acted upon so that the natural fiber fleece is penetrated by the blended reinforcing fibers of the KunststoffStoffmatrix- material.
  • Fibrous form is mixed in the natural fiber fleece so that the reinforcing fibers and the natural fibers in the
  • the inventive method allows in any case, the uniform distribution of natural fibers and the
  • the reinforcing fibers are preferably in one
  • Reinforcing fibers additionally increased.
  • the mixing of the reinforcing fibers in the natural fiber fleece in dry nonwoven production and on the other hand, the mixing of the
  • the fiber length of the reinforcing fibers is preferably 50 mm to 100 mm, while when blending the reinforcing fibers in the wet web production, the fiber length of the reinforcing fibers is preferably up to 0.2 mm.
  • an adhesion promoter is incorporated into the plastic matrix material in order to improve a bond between the plastic matrix material and the reinforcing fibers or natural fibers.
  • the adhesion promoter may be incorporated as a "graft polymer" during the polymer production of the plastic matrix material
  • Natural fiber fleece with the blended reinforcing fibers with the KunststoffStoffmatrix material the bonding agent is thus easily distributed evenly within the body of the fiber-reinforced composite element.
  • the fibers of the plastic matrix matrix may be Materials, however, alternatively or additionally with the
  • the method may further include a step of producing layers of reinforcing fibers by needling a nonwoven web or
  • Knitted fabric made of reinforcing fibers with the natural fiber fleece
  • stressed areas can be strengthened locally.
  • FIG. 1A shows a first embodiment of the invention
  • Figure 1B shows schematically the cumulative relative
  • FIG. 2A shows a sectional view of a fiber reinforced
  • Figure 2B shows schematically the cumulative relative
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a fiber-reinforced composite element 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the fiber-reinforced composite element 1 is formed from an artificial material matrix 2, from natural fibers 4 and high-strength reinforcing fibers 3.
  • the synthetic material matrix 2 is penetrated by the natural fibers 4 and the reinforcing fibers 3.
  • FIG. 1B in which the relative frequencies, that is to say the distributions of the high-strength reinforcing fibers 3, of the natural fibers 4 and of the plastic matrix material 2 are shown schematically as a function of the thickness d of the composite element 1.
  • Relative frequency of the plastic matrix material 2 in this embodiment is constant as a function of the thickness.
  • the fiber-reinforced composite element according to the first embodiment has the following composition: 45% by weight of plastic matrix
  • Polypropylene 40% by weight natural fibers from kenaf; 15 wt .-% high-strength reinforcing fibers made of polyester with a
  • the reinforcing fibers 3 can thereby more
  • the reinforcing fibers 3 are crimped after manufacture. As a result of this crimping, the reinforcing fibers 3 can make a form-fitting connection with the plastic matrix material 2 and the natural fibers 4. Thereby, the energy absorption capacity of the composite material is further improved in a deformation.
  • flax flax, jute, hemp, sisal and / or
  • thermosetting plastics as well as thermoplastic
  • thermoplastic materials are to be preferred, since the
  • polypropylene is particularly suitable in this context.
  • the requirements of the high-strength reinforcing fibers 3 are that they preferably have a greater fineness and a greater tenacity than the natural fibers 4. These requirements can be well met, for example, polyester fibers (PES fibers) in the context of the present invention.
  • PET fibers polyester fibers
  • high-strength polyester fibers can
  • Fineness of up to 80 cN / Tex can be achieved.
  • adhesion promoter is additionally added to the plastic matrix material 2.
  • adhesion promoters from the group of
  • Anhydrides preferably from the group of carboxylic anhydrides and more preferably - as already mentioned - maleic anhydride and / or its derivatives.
  • the connection between the reinforcing fibers 3 and the KunststoffStoffmatrix material 2 can be improved. Especially when using
  • maleic anhydride as the carboxylic anhydride, the rigidity and the strength of the carboxylic anhydride
  • the present invention can be effectively characterized as compared to the corresponding materials known in the art as follows: by the addition of the high-strength reinforcing fibers 3 made of polyester with a Fineness stability of 80 cN / Tex can increase the elongation at break compared to known composite parts by 5 to 25 percent
  • the additional adhesion promoter maleic anhydride can be increased in conjunction with the polyester reinforcing fibers 3 and the polypropylene plastic matrix 2, the modulus of elasticity up to 6,000 N / mm 2 and the tensile strength up to 85 N / mm 2 .
  • Such composite components which have significantly higher strengths, higher stiffnesses and higher elasticities, can meet the prescribed safety requirements in the event of a crash with a reduced use of materials.
  • the reinforcing fibers 3 in the fiber-reinforced composite element according to the invention also in
  • Composite element 2 according to the second embodiment, in addition layers 10 of high-strength reinforcing fibers 3, which at the top or bottom in the thickness direction of Composite element 11 are arranged. Between the layers 10, the composite element 2 - similar to the composite element 1 - in the first embodiment, a region in which the plastic matrix 2 with reinforcing fibers 3 and 4 natural fibers interspersed.
  • Composite element 2 according to the second embodiment is shown in FIG. 2B as a representation of the relative distributions (cumulative relative frequencies) of reinforcing fibers 3, natural fibers 4 and synthetic material matrix material 2.
  • the reinforcing fibers 3 are concentrated in the layers 10 in particular. In these they have approximately a constant frequency. in the
  • present embodiment also reinforcing fibers 3 present - but with a lower relative frequency. As by the sections constant frequencies
  • Natural fibers 4 present and the distribution of natural fibers 4 falls in the layers 10 to approximately 0 from. In contrast, the distribution of the KunststoffStoffmatrix material 2 over the thickness d of the composite element 2 is approximately constant.
  • an additional layer of high-strength reinforcing fibers in the middle of a composite element in a sense, as a "soul" of the composite element, be arranged.
  • the basic idea of the invention is that the synthetic material matrix of a fiber-reinforced composite element with natural fibers and high-strength reinforcing fibers at least in sections
  • Composite element offers essentially two methods.
  • reinforcing fibers can be mixed into a natural fiber fleece of natural fibers, and the KunststoffStoffmatrix- material can thereafter in this knitted fabric of natural fibers and
  • the fleece can be made
  • Natural fibers and reinforcing fibers for example, in one
  • Mold cavity of a mold can be introduced, wherein tool components can compress and solidify the web additionally by means of pressure and this one
  • the liquefied plastic matrix material can then pass through nozzles in the
  • the finished fiber-reinforced composite element can be removed and possibly further processed and / or finished.
  • an adhesion promoter is to be added in addition, it is advantageous according to this embodiment if it is already present in the mass of the plastic matrix material as a so-called "graft polymer" and by introducing the plastic matrix material into the nonwoven fabric of natural and reinforcing fibers into the composite This allows
  • the plastic matrix material itself may be in a fibrous form
  • Natural fiber fleece made of natural fibers together with the high-strength reinforcing fibers are mixed as evenly as possible. Subsequently, the formation of the fiber-reinforced composite element can take place with application of heat and pressure. If a bonding agent is to be added in this case, this can be provided as a sheathing of the fibers of KunststoffStoffmatrix- material. This ensures also in this case that the bonding agent needs or
  • Equal to both processes is at least one incorporation step of high-strength reinforcing fibers into a natural fiber fleece.
  • two methods can preferably be used, namely the dry nonwoven production and the wet nonwoven production.
  • both alternatives differ essentially by the length of the
  • Reinforcing fibers While the fiber length of the reinforcing fibers in the dry nonwoven fabric production is 50 mm to 100 mm, it is only up to 0.2 mm in the wet nonwoven production. However, since the fiber length in both cases is considerably greater than the entanglement length in the nonwoven, this has only minor effects on the mechanical properties of the composite element.
  • a layer which contains mainly reinforcing fibers, then here in particular a needling of a fleece or knitted fabric made of reinforcing fibers with the natural fiber fleece or the natural fiber fleece with
  • the composite element according to the invention is suitable
  • Composite element can be ensured, while maintaining the fundamental advantage of fiber-reinforced components, namely the low weight, is maintained.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Faserverstärktes Verbundelement (1), insbesondere für Fahrzeugverkleidungen, das aus einer Kunststoffmatrix (2), Naturfasern (4) und hochste Armierungsfasern (3), die eine Feinheitfestigkeit von mindenstens 50 cN/Tex aufweisen, ausgebildet ist, wobei die Kunststoffmatrix mit Naturfasern und Armierungsfasern durchsetzt ist. Entsprechend sieht ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundelements, zumindest den folgenden Schritt vor: gleichmäßiges Einmischen von Armierungsfasern in ein Naturfaservlies aus Naturfasern und Einbringen eines Kunststoffmatrix-Materials in das Naturfaservlies mit den eingemischten Armierungsfasern derart, dass die Armierungsfasern und die Naturfasern in dem Kunststoffmatrix-Material gleichmäßig verteilt sind.

Description

Faserverstärktes Verbundelement und Verfahren zu dessen
Herstellung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Verbundelement, insbesondere für Innenausstattungsteile von Kraftfahrzeugen, wie Automobile, Busse, Züge oder Flugzeuge, sowie ein
Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung.
Technischer Hintergrund der Erfindung
Als herkömmliches Verfahren, Verkleidungsteile oder allgemein Träger-Bauteile für Fahrzeuge herzustellen, kommt häufig ein Spritzgussverfahren zum Einsatz, bei dem ein
KunstStoffmaterial durch Spritzgießen in eine geeignete Form gebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass durch geeignete Materialwahl ein sehr günstiges Verhalten bei extremen
Belastungen erlangt werden kann. So können beispielsweise die Materialeigenschaften im Falle eines Unfalls so beeinflusst werden, dass ein vorgeschriebenes Crashverhalten des
Materials erreicht werden kann, wobei gleichzeitig ein
Splittern des Verkleidungsteils weitestgehend verhindert werden sollte. Gerade in letzter Zeit rückte im Fahrzeugbau allerdings zunehmend der Leichtbau in den Fokus, so dass neben den zu erfüllenden Crasheigenschaften, der Forderung nach einer Gewichtsreduktion der Bauteile nunmehr eine stetig wachsende Rolle zukommt. In dieser Hinsicht sind Verkleidungsteile oder allgemein Bauteile aus Spritzguss häufig nachteilhaft, da der dadurch entstehende massive KunstStoffkörper vergleichsweise schwer ist . So offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 500 23 AI ein Formteil basierend auf einer Polyurethanmatrix, die durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Polyolen erhältlich ist, und auf einem in die Polyurethanmatrix eingebetteten Vliesstoff, der aus Matrixfasern aufgebaut und mechanisch verfestigt wird. Die Formteile werden offenbarungsgemäß für die Herstellung eines Fahrzeughimmels vorgeschlagen. Ferner betrifft die Anmeldung ein Dachmodul, das auf einer
Deckschicht und dem entsprechenden Formteil basiert. Daneben wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 13 506 AI ein Hybridgarn und ein daraus hergestelltes permanent verformbares Textilmaterial beschrieben. Dabei besteht das Hybridgarn aus zwei Gruppen von Filamenten, wobei die eine Gruppe aus einer oder mehreren Sorten von
Verstärkungsfilamenten und die andere Gruppe aus einer oder mehreren Sorten von Matrixfilamenten besteht. Des Weiteren offenbart die oben genannte Offenlegungsschrift ein aus diesem Hybridgarn hergestelltes dreidimensional verformbares Flächengebilde sowie einen faserverstärkten
Formkörper, der aus dem verformbaren Flächengebilde
hergestellt werden kann. Weiterhin offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 119 567 AI ein Formteil - insbesondere eine Verkleidung für den Innenraum eines Fahrzeugs -, das einen Träger aus heiß verpresstem Holzfaserformstoff aufweist, welcher ein vernetztes Bindemittel enthält sowie ein oder mehrere
Anbauteile, die mit einem ersten Schmelzklebstoff beschichtet sind und/oder aus einem thermoplastischen Werkstoff bestehen.
In einer weiteren Druckschrift - der deutschen
Offenlegungsschrift DE 10 2011 005 350 AI - wird ein
faserverstärktes Verkleidungsteil vorgeschlagen, bei dem eine
Fasermatte mit einem KunstStoffmaterial durchdrungen ist.
Dadurch entstehen sehr leichte und feste Faserverbunde, die zumindest die benötigten Materialeigenschaften unter Zug sicherstellen können, und gleichzeitig gegenüber
vergleichbaren Spritzgussteilen eine deutliche
Gewichtsreduktion mit sich bringen.
Allerdings weisen herkömmliche faserverstärkte
Verkleidungsteile den Nachteil auf, dass sie eine geringere Dehnfähigkeit als vergleichbare Teile aus Spritzguss
aufweisen und somit deutlich spröder sind. Dadurch besteht ein hohes Risiko, dass das Verkleidungsteil bei extremen Belastungen, die beispielsweise bei einem Unfall auftreten, brechen kann. Durch die hohen Sicherheitsanforderungen, die an Verkleidungsteile von Fahrzeugen gestellt werden, waren die Anwendungsmöglichkeiten von faserverstärken
Verkleidungsteilen bisher stark eingeschränkt. Daher werden den faserverstärkten Verkleidungsteilen häufig Additive beigemischt, die das Bruchdehnungsverhalten verbessern sollen. Allerdings konnte der Einsatz bisher bekannter
Additive das Bruchdehnungsverhalten nur geringfügig
verbessern . Beschreibung der Erfindung
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Materialeigenschaften bestehender faserverstärkter
Verbundelemente zu verbessern sowie ein entsprechendes
Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen. Insbesondere steht dabei der Einbau von Elementen mit verbesserten
Crasheigenschaften aufgabenmäßig im Vordergrund, ohne dadurch das Gewicht gegenüber herkömmlichen Bauteilen signifikant zu erhöhen .
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein faserverstärktes Verbundelement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, bzw. ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen
Verbundelementes mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Demnach ist ein faserverstärktes Verbundelement, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugverkleidungen und
Fahrzeugbauteilen, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer KunstStoffmatrix, Naturfasern und
Armierungsfasern ausgebildet ist, wobei die Kunststoffmatrix zumindest abschnittsweise mit Naturfasern und
Armierungsfasern durchsetzt ist.
Als Naturfasern im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle Fasern verstanden, die von natürlichen Quellen wie
Pflanzen, Tieren oder Mineralien stammen. Naturfasern können also - mit anderen Worten - organischen (pflanzlichen oder tierischen) oder anorganischen Ursprungs (mineralisch) sein.
Die Naturfasern und die Armierungsfasern sind hierbei möglichst gleichmäßig in der KunstStoffmatrix verteilt. Die Betonung liegt dabei auf der Tatsache, dass die
KunstStoffmatrix - im Gegensatz zu einem Schicht- oder
Laminataufbau - sowohl Armierungsfasern als auch Naturfasern enthält, die zur Verbesserung der Materialeigenschaften synergetisch zusammenwirken.
Weiterhin weisen die Armierungsfasern eine
Feinheitsfestigkeit von mehr als 50 cN/Tex auf. Bevorzugt weisen die Armierungsfasern eine Feinheitsfestigkeit von mehr als 75 cN/Tex und ganz besonders bevorzugt von 75 bis 85 cN/Tex auf. Armierungsfasern, die eine Feinheitsfestigkeit von mehr als 50 cN/Tex aufweisen, werden im Stand der Technik häufig auch als hochfeste Armierungsfasern bezeichnet. Dabei wird unter Feinheitsfestigkeit in diesem Zusammenhang der Quotient aus der Höchst Zugkraft und der Feinheit der Faser verstanden. Hierbei ist unter Höchst Zugkraft die
Maximalkraft zu verstehen, mit der eine Faser in axialer Richtung beaufschlagt werden kann, ohne das die Faser reißt bzw. bricht. Des Weiteren wird in diesem Zusammenhang das Tex-System zur Bestimmung der Feinheit der Faser
herangezogen. In diesem Tex-System wird das Verhältnis der Masse zur Länge angegeben. 1 Tex entspricht hierbei 1 Gramm pro 1000 Meter.
Durch die Zugabe von hochfesten Armierungsfasern zu den
Naturfasern kann gemäß der vorliegenden Erfindung
insbesondere das Bruchdehnungsverhalten des faserverstärkten Verbundelements so modifiziert werden, dass die Bruchdehnung - im Vergleich zu dem entsprechenden Produkt ohne
Armierungsfasern - um ein Vielfaches erhöht werden kann und letztlich mindestens auf dem Niveau eines reinen
Spritzgussbauteils (ohne jegliche Fasern) liegt. Damit kann der Vorteil des Einsatzes von Verbundwerkstoffen - nämlich das geringe Gewicht - mit einer deutlichen Verbesserung der Crasheigenschaften in Einklang gebracht werden. Ein
erfindungsgemäßes Verbundelement eignet sich daher im
besonderen Maße für eine Anwendung als Innenausstattungsteil eines Kraftfahrzeuges bzw. als Trägerteil für ein solches Innenausstattungsteil .
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die
Bruchdehnungseigenschaften des faserverstärkten
Verbundelements wesentlich von der Zugfestigkeit der in dem Verbundelement enthaltenen Fasern abhängig sind. Durch die Verwendung von hochfesten Armierungsfasern kommen die
Auswirkungen der Zugabe von Armierungsfasern deshalb
besonders vorteilhaft zu Geltung.
Bei der Verformung des Verbundelements, beispielsweise bei einem Unfall, werden entsprechende Fasern aus der Matrix herausgezogen. Durch die hohe Feinheitsfestigkeit der
Armierungsfasern zerreißen die Fasern jedoch nicht beim
Herausziehen, so dass zum einen das Verbundelement wesentlich stärker gedehnt werden kann, bis ein Bruch einsetzt und zum anderen von den hochfesten Armierungsfasern gegenüber den herkömmlichen faserverstärkten Bauteilen wesentlich mehr Energie absorbiert werden kann. Die hochfesten
Armierungsfasern weisen daher bevorzugt eine größere Feinheit als die Naturfasern auf. Bevorzugt weisen die
Armierungsfasern eine Feinheit von 0,5 Tex bis 10 Tex auf, wobei die Naturfasern eine Feinheit von 4 bis 17 Tex
aufweisen. Besonders bevorzugt weisen die Armierungsfasern eine Feinheit von 4 bis 6 Tex und am meisten bevorzugt eine Feinheit von 5,2 bis 5,8 Tex auf. Damit besitzen die vergleichsweise feinen bzw. dünnen
Armierungsfasern bei einem bestimmten Gewichtsverhältnis in ihrer Gesamtheit eine größere Oberfläche.
Zur zusätzlichen Verbesserung des Bruchdehnungsverhaltens und allgemein der Crasheigenschaften können bei dem
faserverstärkten Verbundelement ferner Schichten von
Armierungsfasern im Bereich an der Oberseite und/oder an der Unterseite und/oder in einer Mittelebene des Verbundelements angeordnet werden.
Durch die Anordnung an der Ober- bzw. Unterseite des
Verbundelements kann dabei ein Absplittern von Material bei einer extremen Belastung noch effektiver verhindert werden. Ferner wird dadurch auch das Bruchdehnungsverhalten weiter verbessert. Auch durch eine Schicht von Armierungsfasern in der Mittelebene des Verbundelements, die dann gewissermaßen als „Seele" des Verbundelements fungiert, wird das
Bruchdehnungsverhalten des faserverstärkten Verbundelements weiter verbessert.
Die Ober- bzw. Unterseiten bezeichnen dabei die flächigen Ober- bzw. Unterseiten des faserverstärkten Verbundelements Der Ausdruck „Schichten" kann erfindungsgemäß insbesondere dahingehend verstanden werden, dass die Konzentration der Armierungsfasern in diesen Bereichen verglichen mit dem restlichen Verbundelement erhöht ist.
Vorzugsweise ist das faserverstärkte Verbundelement jeweils bezogen auf 100 Gew.-% (Gewichtsprozent) durch die
nachfolgenden Zusammensetzungen charakterisiert: 11 Gew.-% bis 60 Gew.-% KunstStoffmatrix (bzw. KunstStoffmatrix- Material) ; 40 Gew.-% bis 89 Gew.-% Naturfasern; 3 Gew.-% bis 25 Gew.-% hochfeste Armierungsfasern. Sofern eine thermoplastische KunstStoffmatrix als KunstStoffmaterial Anwendung finden soll, ist eine Zusammensetzung aus 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% KunstStoffmatrix (bzw. KunstStoffmatrix- Material); 45 Gew.-% bis 60 Gew.-% Naturfasern; 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% hochfeste Armierungsfasern bevorzugt. Unter
Verwendung eines Polypropylens als KunstStoffmaterial und Naturfasern aus Kenaf, ist eine Zusammensetzung aus 43 Gew.-% bis 47 Gew.-% KunstStoffmatrix (bzw. KunstStoffmatrix- Material); 38 Gew.-% bis 42 Gew.-% Naturfasern; 13 Gew.-% bis 17 Gew.-% hochfeste Armierungsfasern bevorzugt.
Findet hingegen eine duroplastische KunstStoffmatrix als KunstStoffmaterial Anwendung ist eine Zusammensetzung aus 11 Gew.-% bis 40 Gew.-% KunstStoffmatrix (bzw. Kunststoffmatrix- Material) ; 60 Gew.-% bis 89 Gew.-% Naturfasern; 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% bevorzugt.
Es hat sich gezeigt, dass innerhalb der angegebenen Bereiche die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen
faserverstärkten Verbundelements besonders gut zur Geltung kommen. So kann durch die Beimischung von hochfesten
Armierungsfasern im Bereich von 3 Gew.-% bis 25 Gew.-% das Bruchdehnungsverhalten bei in etwa gleichbleibendem Gewicht des faserverstärkten Verbundelements deutlich gesteigert werden. Konkret können unter Verwendung der hochfesten
Armierungsfasern bei Zugversuchen nach der Prüfnorm DIN EN ISO 527-4 am Verbundelement mit einer Kraftabschalt schwelle von 98 Prozent, bezogen auf die Maximalkraft, Dehnungen von 5 bis 25 Prozent erreicht werden.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich die Crasheigenschaften des erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundelements durch die Zugabe eines Haftvermittlers, der die Verbindung
insbesondere zwischen den Armierungsfasern mit der
KunstStoffmatrix verbessern. Entsprechend ist eine
vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
faserverstärkten Verbundelements dadurch charakterisiert, dass es zusätzlich einen Haftvermittler zum Verbessern einer Verbindung zwischen den Armierungsfasern und der
KunstStoffmatrix enthält. Durch den Haftvermittler wird mehr Energie notwendig, um die Armierungsfasern aus der
Polymermatrix zu lösen. Somit wird bei einer Deformation des Bauteils mehr Energie absorbiert, was die Crasheigenschaften zusätzlich verbessert. Dabei ist bevorzugt, dass der
Haftvermittler aus der Gruppe der Anhydride - vorzugsweise aus der Gruppe der Carbonsäureanhydride - ausgewählt ist, und besonders bevorzugt durch ein ggf. substituiertes
Maleinsäureanhydrid-Haftvermittler verkörpert wird.
Insbesondere durch die Verwendung eines sog.
Maleinsäureanhydrid-Haftvermittlers werden der
Elastizitätsmodul, insbesondere der Biege-Elastizitätsmodul, sowie die Zugfestigkeit des Verbundelements deutlich erhöht. In diesem Zusammenhang ist ferner zu betonen, dass die Zugabe eines Haftvermittlers aus der Gruppe der Anhydride in
herkömmlichen faserverstärkten Bauteilen häufig mit dem
Nachteil einhergeht, dass das Bruchdehnungsverhalten des Verbundelements weiter herab gesenkt wird. Haftvermittler aus der Gruppe der Anhydride waren daher bisher in den meisten Fällen ungeeignet für eine Anwendung in Verkleidungsteilen für Fahrzeuge. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß durch die hochfesten Armierungsfasern ausgeglichen, da die Bruchdehnung gegenüber bekannten Verbundteilen um 10 bis 20 Prozent verbessert ist, während durch die Zugabe des Haftvermittlers der Elastizitätsmodul, insbesondere der Biege- Elastizitätsmodul, sowie die Zugfestigkeit des
Verbundelements erhöht werden.
Obgleich voranstehend hauptsächlich ein Haftvermittler zum Verbessern einer Verbindung zwischen den Armierungsfasern und der KunstStoffmatrix beschrieben wurde, kann der
Haftvermittler selbstverständlich auch darauf abgestellt sein, eine Verbindung zwischen den Naturfasern und der
KunstStoffmatrix bzw. eine Verbindung zwischen
Armierungsfasern, Naturfasern und der KunstStoffmatrix zu verbessern .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundelements sind die Armierungsfasern darüber hinaus gekräuselt. Dazu werden die Armierungsfasern bevorzugt nach deren Herstellung gekräuselt. Durch diese Kräuselung können die Armierungsfasern mit dem
KunstStoffmatrix-Material eine formschlüssige Verbindung eingehen. Bei einer Deformation des Verbundelements müssen die Armierungsfasern somit erst gestreckt werden, um aus der KunstStoffmatrix herausgezogen werden zu können, was weitere Energie absorbiert und somit das Bruchdehnungsverhalten des Verbundelements weiter verbessert. Die Länge der Armierungsfasern kann an das entsprechende Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße
faserverstärkte Verbundelement angepasst werden. Werden die Armierungsfasern in Nassvlies-Herstellung in ein
Naturfaservlies eingemischt, kann die Faserlänge der hoch- festen Armierungsfaser bis zu 0,2 mm betragen. Erfolgt das Einmischen der Armierungsfasern in das Naturfaservlies in Trockenvlies-Herstellung, beträgt die Faserlänge der
Armierungsfasern bevorzugt 50 bis 100 mm. Wie bereits eingangs erwähnt, können Naturfasern organischen (pflanzlich oder tierisch) oder anorganischen Ursprungs (mineralisch) sein. Als Material für die Naturfasern haben sich Kenaf, Flachs, Holzfasern, Kapok, Jute, Hanf, Sisal, Bambus, Kokos, Abaca und/oder Seegras bewährt. Als
mineralische Faser sei beispielsweise Glasfaser genannt.
Diese Fasern gewährleisten sehr leichte und feste
Faserverbunde und sind ferner vergleichsweise gut und
kostengünstig verfügbar.
Das Material aus dem erfindungsgemäß die KunstStoffmatrix aufgebaut wird, kann aus einer Vielzahl von Polymeren oder Copolymeren ausgewählt werden, wie zum Beispiel Polyamid (PA), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Alpha-Methylstyrol- Acrylnitril-Copolymer (AMSAN) , Styrol-Acrylnitril- Polycarbonat-Copolymer (SAN-PC), Polyethylen (PE) ,
Polypropylen PP) - ggf. mit einem oder mehreren anderen
Polyolefin (en) -, Acrylester-Styrol , Acrylnitril (ASA) , Polycarbonat (PC) , Polyethylenterephthalat (PBT) ,
Polyethylenterephthalat (PET) , Polyphenylensulfid (PPF) , Polysulfon (PSU) , Polyethersulfon (PEF) , Polyetheretherketon (PEEK) , Therpolymerstyrol/Acrylnitril/ Maleinsäureanhydrid, Polymer auf Basis Acryl- und Methacrylsäureesther , Copolymer aus Hexamethylendiamin, Terephthal- und Isophthalsäure sowie Mischungen der genannten Polymere bzw. Copolymere. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe, besonders bevorzugt thermoplastische Polyolefine - worunter Polypropylene ganz besonders bevorzugt werden - eingesetzt. Die KunstStoffmatrix kann alternativ auch in Form eines Blends bzw. in Form einer Mischung zum Einsatz kommen. Durch die Verwendung thermoplastischer Kunststoffe kann das Bruchdehnungsverhalten des Verbundelements nochmals deutlich verbessert werden. Allerdings eignen sich alternativ auch duroplastische Kunststoffe als Material für die
KunstStoffmatrix .
Bevorzugt sind die hochfesten Armierungsfasern im
faserverstärkten Verbundelement gemäß der vorliegenden
Erfindung aus organischen Polyestern ausgebildet. Derartige Polyester wie auch Polycarbonate (Ester der Kohlensäure) sowie Fasern auf der Basis dieser Polymere sind aus der
Polymerchemie wohlbekannt. In der Faserherstellung häufig eingesetzte Polyester sind zum Beispiel
Polybutylenterephthalate (PBT) , Polyethylenterephthalate (PET) , Polytrimethylenterephthalate (PTT) ,
Polyethylennaphthalate (PEN) , Polycarbonate (PC) ,
Polyestercarbonate (PEC) sowie Carbonsäureester, als auch Ester der Kohlensäure, Polyacrylate aromatische
Polyester (PAR) Polybutylenglykolterephthalate, 1,4- Cyclohexylen-dimethylen-terephthalate sowie deren Co- Polyester und auch ungesättigte Polyesterharze (UP) .
Überraschenderweise wurde erfindungsgemäß gefunden, dass sich gerade mit Armierungsfasern auf Polyesterbasis die
vorteilhaften Wirkungen der Zugabe von Armierungsfasern zu einem Verbundelement besonders zur Geltung bringen lassen. So weisen Polyesterfasern eine gegenüber Naturfasern höhere Dehnfähigkeit auf und besitzen eine deutlich höhere
Feinheitsfestigkeit als vergleichbare Naturfasertypen. Es hat sich gezeigt, dass sich Polyesterfasern mit einer Feinheit von 5,3 bis 5,8 dtex, einer Faserlänge von 57 bis 63 mm, einer nach der Prüfnorm DIN EN ISO 527-4 ermittelten
Bruchdehnung von 10 bis 16 % und einer nach der Prüfnorm DIN EN ISO 527-4 ermittelten Zugfestigkeit von 75 bis 85 cN/Tex besonders vorteilhaft für die Anwendung in einem
erfindungsgemäßen Verbundbauteil sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist das faserverstärkte Verbundelement einen nach der Prüfnorm DIN EN ISO 14 125 (Verfahren A) ermittelten
Elastizitätsmodul, insbesondere einen Biege-
Elastizitätsmodul, von mindestens 1500 N/mm2, bevorzugt von mindestens 5000 N/mm2 auf. Weiterhin weist das
faserverstärkte Verbundelement eine nach der Prüfnorm DIN EN ISO 527-4 ermittelte Zugfestigkeit von mindestens 25 N/mm2, bevorzugt von mindestens 50 N/m2 auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines
faserverstärkten Verbundelements weist die Schritte des
Einmischens von Armierungsfasern mit einer
Feinheitsfestigkeit von mindestens 50 cN/Tex in ein
Faservlies aus Naturfasern und des Einbringens eines
KunstStoffmatrix-Materials in das Naturfaservlies auf - und zwar in der Weise, dass die Armierungsfasern und die
Naturfasern in dem KunstStoffmatrix-Material gleichmäßig verteilt sind. Die gleichmäßige Verteilung bezieht sich dabei insbesondere auch auf die Verteilung der Komponenten unmittelbar nach dem oben beschriebenen Schritt. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass auch nach etwaigen, darauf folgenden Schritten zum
Fertigbearbeiten des faserverstärkten Verbundelements ein faserverstärktes Verbundelement gemäß der Lehre der
vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, in dem die KunstStoffmatrix mit Naturfasern und Armierungsfasern
durchsetzt ist. In die Praxis umgesetzt werden kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise mit einer Vorrichtung, die einen Formhohlraum aufweist, in den das Naturfaservlies, in das die Armierungsfasern eingemischt sind, eingelegt ist, wobei in der Vorrichtung zumindest eine Düse vorgesehen ist, durch die verflüssigtes KunstStoffmatrix-Material auf das eingelegte Naturfaservlies mit den eingemischten Armierungsfasern so beaufschlagt werden kann, dass das Naturfaservlies mit den eingemischten Armierungsfasern von dem KunstStoffmatrix- Material durchdrungen wird.
Als Alternative zu der oben beschriebenen Beaufschlagung des Naturfaservlieses mitsamt den darin enthaltenen
Armierungsfasern mit geschmolzenem KunstStoffmatrix-Material , kann das Einbringen des KunstStoffmatrix-Materials auch derart erfolgen, dass das KunstStoffmatrix-Material in
Faserform derart in das Naturfaservlies eingemischt wird, dass die Armierungsfasern und die Naturfasern in dem
KunstStoffmatrix-Material gleichmäßig verteilt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in jedem Fall die gleichmäßige Verteilung der Naturfasern und der
Armierungsfasern im KunstStoffmatrix-Material , wodurch sich die oben beschriebenen Wirkungen der Zugabe von
Armierungsfasern in ein faserverstärktes Verbundelement besonders vorteilhaft entfalten.
Bevorzugt werden die Armierungsfasern dabei in einem
Spinnverfahren hergestellt, wobei die gesponnenen Fasern anschließend mechanisch verstreckt werden. Durch die
mechanische Verstreckung wird die Festigkeit der
Armierungsfasern zusätzlich erhöht. Für das Einmischen der Armierungsfasern in das Naturfaservlies kommen bevorzugt zwei verschiedene Verfahren in Frage: einerseits das Einmischen der Armierungsfasern in das Naturfaservlies in Trockenvlies- Herstellung und andererseits das Einmischen der
Armierungsfasern in das Naturfaservlies in Nassvlies- Herstellung. Bei der Einmischung in Trockenvlies-Herstellung beträgt die Faserlänge der Armierungsfasern bevorzugt 50 mm bis 100 mm, während bei Einmischen der Armierungsfasern in der Nassvlies-Herstellung die Faserlänge der Armierungsfasern bevorzugt bis zu 0,2 mm beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundelements gemäß der vorliegenden Erfindung ist in das KunstStoffmatrix-Material ein Haftvermittler eingebracht, um eine Verbindung zwischen dem KunstStoffmatrix-Material und den Armierungsfasern, bzw. den Naturfasern zu verbessern.
Der Haftvermittler kann dabei bei der Polymerherstellung des KunstStoffmatrix-Materials als „Pfropfpolymer" eingebracht werden. Der Haftvermittler kann aber auch in Form eines
Copolymers bzw. in Form eines Blends mit zum Beispiel vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Maleinsäureanhydrid- Anteil zum Einsatz kommen. Bei der Beaufschlagung des
Naturfaservlieses mit den eingemischten Armierungsfasern mit dem KunstStoffmatrix-Material wird der Haftvermittler somit auf einfache Weise gleichmäßig innerhalb des Korpus aus dem faserverstärkten Verbundelement verteilt. Erfolgt die Einbringung des KunstStoffmatrix-Materials dadurch, dass das KunstStoffmatrix-Material in Faserform eingemischt wird, können die Fasern des KunstStoffmatrix- Materials allerdings alternativ bzw. zusätzlich mit dem
Haftvermittler ummantelt sein.
Durch beide Möglichkeiten lässt sich sicherstellen, dass der Haftvermittler das KunstStoffmatrix-Material optimal
durchsetzt und somit insbesondere eine Verbindung zwischen dem KunstStoffmatrix-Material und den Armierungsfasern verbessert .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des faserverstärkten Verbundelements kann das Verfahren ferner einen Schritt des Erzeugens von Schichten aus Armierungsfasern durch Vernadeln eines Vlieses oder
Gewirkes aus Armierungsfasern mit dem Naturfaservlies
aufweisen .
Dadurch entsteht ein faserverstärktes Verbundelement, bei dem der Anteil an hochfesten Armierungsfasern in den Schichten lokal erhöht ist. Wie bereits ausgeführt, lassen sich dadurch gewisse Sicherheitsanforderungen einfacher erfüllen, da somit beispielsweise das Verbundelement in besonders stark
beanspruchten Bereichen lokal verstärkt werden kann.
Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Figur 1A zeigt eine erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundelements.
Figur 1B zeigt schematisch die kumulierten relativen
Häufigkeiten der einzelnen Bestandteile des
faserverstärkten Verbundelements gemäß der ersten
Ausführungsform als Funktion der Dicke des faserverstärkten Verbundelements . Figur 2A zeigt eine Schnittansicht eines faserverstärkten
Verbundelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2B zeigt schematisch die kumulierten relativen
Häufigkeiten wesentlicher Komponenten des faserverstärkten Verbundelements gemäß der zweiten Ausführungsform als Funktion der Dicke des faserverstärkten Verbundelements.
Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines faserverstärkten Verbundelements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das faserverstärkte Verbundelement 1 ist dabei aus einer KunstStoffmatrix 2, aus Naturfasern 4 und hochfesten Armierungsfasern 3 ausgebildet. Wie in Figur 1A schematisch dargestellt, ist die KunstStoffmatrix 2 mit den Naturfasern 4 und den Armierungsfasern 3 durchsetzt.
Mit anderen Worten heißt dies, dass die Armierungsfasern 3 und die Naturfasern 4 gleichmäßig im KunstStoffmatrix- Material 2 verteilt sind. Dies ist in Figur 1B verdeutlicht, in der die relativen Häufigkeiten, also die Verteilungen der hochfesten Armierungsfasern 3, der Naturfasern 4 und des KunstStoffmatrix-Materials 2 als Funktion der Dicke d des Verbundelements 1 schematisch dargestellt sind. Die
dargestellten Häufigkeiten sind dabei als kumulierte
Häufigkeiten über die gesamte Länge des Querschnitts zu verstehen . „
In der ersten Ausführungsform sind die hochfesten
Armierungsfasern 3 und die Naturfasern 4 als Funktion der Dicke d des faserverstärkten Verbundelements mit einer konstanten relativen Häufigkeit anzutreffen. Auch die
relative Häufigkeit des KunstStoffmatrix-Materials 2 ist in dieser Ausführungsform als Funktion in Abhängigkeit von der Dicke konstant.
An dieser Stelle sei explizit angemerkt, dass die
dargestellten Verteilungen lediglich schematische
Verteilungen zur besseren Verdeutlichung wiedergeben.
Selbstverständlich können die Absolutwerte der relativen Häufigkeiten der Komponenten je nach Verwendungszweck
variiert werden.
Bezogen auf 100 Gew.-% weist zum Beispiel das faserverstärkte Verbundelement gemäß der ersten Ausführungsform folgende Zusammensetzung auf: 45 Gew.-% KunstStoffmatrix aus
Polypropylen); 40 Gew.-% Naturfasern aus Kenaf; 15 Gew.-% hochfeste Armierungsfasern aus Polyester mit einer
Feinheitsfestigkeit von 80 cN/Tex.
Wie in Figur 1A angedeutet, weisen die hochfesten
Armierungsfasern 3 eine höhere Feinheit als die Naturfasern 4 auf. Dadurch, dass die Armierungsfasern 3 also dünner als die Naturfasern 4 sind, besitzen sie bei einem gegebenen
Gewichtsverhältnis eine größere Oberfläche. Bildlich
gesprochen können die Armierungsfasern 3 dadurch mehr
Anknüpfungspunkte an das KunstStoffmatrix-Material 2 und auch an die Naturfasern 4 ausbilden. Dies wiederum erhöht das
Energieaufnahmevermögen, wenn die Armierungsfaser 3 - im Fall einer Deformation - aus dem Verbund aus dem Kunststoffmatrix- Material 2 und den Naturfasern 4 herausgezogen wird. Um den Materialverbund im faserverstärkten Verbundelement 1 noch weiter zu verbessern, werden die Armierungsfasern 3 nach der Herstellung gekräuselt. Durch diese Kräuselung können die Armierungsfasern 3 mit dem KunstStoffmatrix-Material 2 sowie den Naturfasern 4 eine formschlüssige Verbindung eingehen. Dadurch wird das Energieaufnahmevermögen des Verbundmaterials bei einer Deformation weiter verbessert.
Als Material für die Naturfasern 4 wurde im vorliegenden Ausführungsbeispiel Kenaf verwendet, jedoch können
beispielsweise auch, Flachs, Jute, Hanf, Sisal und/oder
Seegras oder andere Fasern natürlichen Ursprungs Anwendung finden .
Als KunstStoffmatrix-Material 2 eignen sich sowohl
duroplastische Kunststoffe als auch thermoplastische
Kunststoffe. Dabei hat sich jedoch gezeigt, dass vor allem thermoplastische Kunststoffe zu bevorzugen sind, da die
Dehnfähigkeit des gesamten Verbundes deutlich verbessert wird. Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang Polypropylen besonders geeignet.
Die Anforderungen an die hochfesten Armierungsfasern 3 sind, dass sie bevorzugt eine größere Feinheit sowie eine größere Feinheitsfestigkeit als die Naturfasern 4 aufweisen. Diese Anforderungen können beispielsweise von Polyesterfasern (PES- Fasern) im Sinne der vorliegenden Erfindung gut erfüllt werden. Dabei können hochfeste Polyesterfasern eine
Feinheitsfestigkeit von bis zu 80 cN/Tex erreichen.
Die Kombination von Polypropylen als KunstStoffmatrix- Material 2 mit hochfesten Armierungsfasern 3 aus Polyester hat allerdings den Nachteil, dass beide Komponenten unpolar sind, so dass eine stoffliche Verbindung zwischen den
Armierungsfasern 3 und dem KunstStoffmatrix-Material 2 kaum hergestellt werden kann. Deshalb wird dem Kunststoffmatrix- Material 2 zusätzlich ein Haftvermittler beigefügt. Im Fall von hochfesten Armierungsfasern 3 aus Polyester und einem KunstStoffmatrix-Material 2 aus Polypropylen eignen sich dabei insbesondere Haftvermittler aus der Gruppe der
Anhydride, bevorzugt aus der Gruppe der Carbonsäureanhydride und besonders bevorzugt - wie bereits erwähnt - Maleinsäureanhydrid und/oder dessen Derivate.
Durch den Haftvermittler kann die Verbindung zwischen den Armierungsfasern 3 und dem KunstStoffmatrix-Material 2 verbessert werden. Vor allem bei der Verwendung von
Maleinsäureanhydrid als Carbonsäureanhydrid werden zusätzlich die Steifigkeit und die Festigkeit des aus dem
Verbundmaterial hergestellten Bauteil erhöht. Die Verwendung eines solchen Haftvermittlers birgt jedoch den Nachteil in sich, dass herkömmliche Verbundbauteile so stark verspröden, dass die Sicherheitsanforderungen, die vor allem im Fahrzeugbau bestehen, nicht mehr erfüllt werden können. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil allerdings durch die hochfesten Armierungsfasern 3 kompensiert, die das
KunstStoffmatrix-Material 2 durchsetzen.
Die Materialeigenschaften eines faserverstärkten
Verbundelements gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung lassen sich im Endeffekt gegenüber den entsprechenden Materialien, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wie folgt charakterisieren: durch den Zusatz der hochfesten Armierungsfasern 3 aus Polyester mit einer Feinheitsstabilität von 80 cN/Tex kann die Reißdehnung gegenüber bekannten Verbundteilen um 5 bis 25 Prozent
verbessert werden. Ebenso kann ein Elastizitätsmodul,
insbesondere ein Biege-Elastizitätsmodul, am fertigen
Verbundteil von 1.500 bis 2.500 N/mm2, sowie eine
Zugfestigkeit von 25 bis 45 N/mm2 erlangt werden.
Durch den zusätzlichen Haftvermittler Maleinsäureanhydrid kann in Verbindung mit den Polyester-Armierungsfasern 3 und der Polypropylen-KunstStoffmatrix 2, der Elastizitätsmodul auf bis zu 6.000 N/mm2 und die Zugfestigkeit auf bis zu 85 N/mm2 erhöht werden.
Solche Verbundbauteile, die deutlich höhere Festigkeiten, höhere Steifigkeiten und höhere Dehnfähigkeiten aufweisen, können die vorgeschriebenen Sicherheitsanforderungen im Falle eines Crashs bei einem verringerten Materialeinsatz erfüllen.
Dieser Sachverhalt ermöglicht wiederum weitere
Materialeinsparungen bei der Herstellung von Bauteilen aus den erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundwerkstoffen bzw. dem faserverstärkten Verbundelement 1.
Alternativ, bzw. zusätzlich können die Armierungsfasern 3 im erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundelement auch in
Schichtform angeordnet sein. Ein solches Beispiel ist in der zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche in den Figuren 2A und 2B dargestellt ist. Wie in Figur 2A gezeigt, weist das faserverstärkte
Verbundelement 2 gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich Schichten 10 aus hochfesten Armierungsfasern 3 auf, die an der Ober- bzw. Unterseite in Dickenrichtung des Verbundelements 11 angeordnet sind. Zwischen den Schichten 10 weist das Verbundelement 2 - ähnlich dem Verbundelement 1 - in der ersten Ausführungsform einen Bereich auf, in dem die KunstStoffmatrix 2 mit Armierungsfasern 3 und Naturfasern 4 durchsetzt ist.
Zur besseren Verdeutlichung der Zusammensetzung des
Verbundelements 2 gemäß der zweiten Ausführungsform findet sich in Figur 2B eine Darstellung der relativen Verteilungen (kumulierte relative Häufigkeiten) von Armierungsfasern 3, Naturfasern 4 und KunstStoffmatrix-Material 2.
Wie aus Figur 2B ersichtlich, sind die Armierungsfasern 3 besonders in den Schichten 10 konzentriert. In diesen weisen sie annähernd eine konstante Häufigkeit auf. Im
Zwischenbereich zwischen den Schichten sind in der
vorliegenden Ausführungsform ebenfalls Armierungsfasern 3 vorhanden - allerdings mit geringerer relativer Häufigkeit. Wie durch die abschnittsweise konstanten Häufigkeiten
angedeutet, sind die Armierungsfasern 3 und die
KunstStoffmatrix 2 sowohl in den Schichten 10, als auch im Zwischenbereich zwischen den Schichten gleichmäßig verteilt. Im vorliegenden Beispiel sind in den Schichten 10 kaum
Naturfasern 4 vorhanden und die Verteilung der Naturfasern 4 fällt in den Schichten 10 auf annähernd 0 ab. Demgegenüber ist die Verteilung des KunstStoffmatrix-Materials 2 über die Dicke d des Verbundelements 2 annähernd konstant.
Insbesondere kann auch eine zusätzliche Schicht hochfester Armierungsfasern in der Mitte eines Verbundelements, gewissermaßen als „Seele" des Verbundelements, angeordnet sein .
Der Grundgedanke der Erfindung ist, dass die KunstStoffmatrix eines faserverstärkten Verbundelements mit Naturfasern und hochfesten Armierungsfasern zumindest abschnittsweise
gleichmäßig durchsetzt ist, so dass Naturfasern und
Armierungsfasern in der KunstStoffmatrix gleichmäßig verteilt sind. Zur Erlangung eines derartigen faserverstärkten
Verbundelements bieten sich im Wesentlichen zwei Verfahren an .
Zum einen können Armierungsfasern in ein Naturfaservlies aus Naturfasern eingemischt werden, und das KunstStoffmatrix- Material kann danach in dieses Gewirkte aus Naturfasern und
Armierungsfasern eingebracht werden. Dabei wird das Vlies aus Naturfasern und Armierungsfasern mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung bevorzugt so mit verflüssigtem Kunststoff
beaufschlagt, dass der Kunststoff das Vlies durchdringt, womit eine gleichmäßige Verteilung von Naturfasern und
Armierungsfasern im KunstStoffmatrix-Material erlangt werden kann .
Um dieses Verfahren umzusetzen, kann das Vlies aus
Naturfasern und Armierungsfasern beispielsweise in einen
Formhohlraum eines Formwerkzeugs eingebracht werden, wobei Werkzeugkomponenten das Vlies zusätzlich mittels Druck verpressen und verfestigen können und diesem so eine
dreidimensionale Kontur verleihen können. Das verflüssigte KunstStoffmatrix-Material kann dann über Düsen in dem
Formwerkzeug so eingebracht werden, dass die bevorzugt heiße und druckbeaufschlagte Schmelze des KunstStoffmatrix- Materials das verpresste oder noch unverpresste Vlies durchdringt. Darauf folgend kann ein weiterer
Verpressungsschritt erfolgen.
Nach dem Aushärten des KunstStoffmatrix-Materials kann das fertige faserverstärkte Verbundelement entnommen und ggf. noch weiter bearbeitet und/oder veredelt werden.
Soll zusätzlich ein Haftvermittler beigefügt werden, so ist es gemäß dieser Ausführungsform vorteilhaft, wenn dieser bereits in der Masse des KunstStoffmatrix-Materials als sogenanntes „Pfropfpolymer" vorliegt und durch das Einbringen des KunstStoffmatrix-Materials in das Vlies aus Natur- und Armierungsfasern in den Verbund gelangt. Dadurch kann
sichergestellt werden, dass auch der Haftvermittler homogen verteilt ist.
Alternativ dazu kann in einem abweichenden Verfahren das KunstStoffmatrix-Material selbst in einer Faserform
vorbereitend zur Verfügung gestellt werden und in ein
Naturfaservlies aus Naturfasern zusammen mit den hochfesten Armierungsfasern möglichst gleichmäßig eingemischt werden. Anschließend kann unter Wärme- und Druckbeaufschlagung die Ausformung des faserverstärkten Verbundelements erfolgen. Soll in diesem Fall ein Haftvermittler beigefügt werden, kann dieser als Ummantelung der Fasern aus KunstStoffmatrix- Material vorgesehen sein. Dies stellt auch in diesem Fall sicher, dass der Haftvermittler bedarfsgerecht bzw.
wunschgemäß verteilt wird.
Beiden Verfahren gleich ist zumindest ein Einmisch-Schritt von hochfesten Armierungsfasern in ein Naturfaservlies. Dabei können bevorzugt zwei Verfahren zur Anwendung kommen, nämlich die Trockenvlies-Herstellung und die Nassvlies-Herstellung. Hinsichtlich des fertigen Produkts unterscheiden sich beide Alternativen im Wesentlichen durch die Länge der
Armierungsfasern. Während die Faserlänge der Armierungsfasern bei der Trockenvlies-Herstellung 50 mm bis 100 mm beträgt, beträgt sie in der Nassvlies-Herstellung lediglich bis zu 0,2 mm. Da die Faserlänge in beiden Fällen erheblich größer als die Verschlaufungslänge im Vlies ist, hat dies jedoch nur geringe Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Verbundelements .
Soll - wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben - zusätzlich eine Schicht integriert werden, die hauptsächlich Armierungsfasern enthält, so bietet sich hier vor allem ein Vernadeln eines Vlieses oder Gewirkes aus Armierungsfasern mit dem Naturfaservlies oder dem Naturfaservlies mit
eingemischten Armierungsfasern an.
Das erfindungsgemäße Verbundelement eignet sich
erfindungsgemäß besonders für die Verwendung von Träger- oder Verkleidungsteilen in Fahrzeugen wie Automobilen, Bussen, Zügen oder auch Flugzeugen, in denen hohe Anforderungen hinsichtlich der Crasheigenschaften mit dem Bedarf nach
Leichtbau in Einklang zu bringen sind. Dadurch, dass die KunstStoffmatrix mit Naturfasern und Armierungsfasern mit einer Feinheitsstabilität von größer 50 cN/Tex durchsetzt ist, können hervorragende mechanische Eigenschaften des
Verbundelements sichergestellt werden, wobei gleichzeitig der grundsätzliche Vorteil von faserverstärkten Bauteilen, nämlich das geringe Gewicht, erhalten bleibt. Beispiele
Der nachfolgenden tabellarischen Zusammenfassung maßgeblicher mechanischer Messgrößen können die vorteilhaften
Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundelemente entnommen werden .
Tabelle 1 zeigt deutlich, dass die erfindungsgemäßen
Verbundelemente alle Anforderungen hinsichtlich
Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Biege-E-Modul und
Biegefestigkeit erfüllen.
Tabelle 1
WandFlächenZugfestigBruchBiege- Biege- BiegeBiege¬
Zusammensetzung stärke gewicht Dichte keit dehnung E-Modul E-Modul festigkeit festigkeit
(mm) (g/mm2) (g/cm3) (N/mm2) (%) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) nach nach
DIN EN ISO 527-4 DIN EN IS014125 Verfahren A
Ausrichtung - - - - - längs quer längs quer
45%Kenaf +18%Hanf
+30%Acrodur +
7%PES 1 ,7 1450 0,8 27 1 ,05 2923 3535 39 46
50% Kenaf +50%PP 1 ,9 1774 0,9 39 2,2 2930 3371 47 50
50%Kenaf +50%PP 1 ,7 1621 0,9 31 2,3 2602 3098 47 41
40%Kenaf+15%PES- Hochfest*+45%PP 1 ,59 1453 0,91 27 17 1855 2166 32 41
*Hochfeste PES-Fasern mit einer Zugfestigkeit 75 bis 85 cN/Tex

Claims

Patentansprüche
1. Faserverstärktes Verbundelement (1), insbesondere für Fahrzeugverkleidungen, das ausgebildet ist aus: einer KunstStoffmatrix (2), Naturfasern (4) und
Armierungsfasern (3); wobei die KunstStoffmatrix (2) zumindest abschnittsweise mit Naturfasern (4) und Armierungsfasern (3) durchsetzt ist und die Armierungsfasern (3) hochfeste Armierungsfasern (3) sind, die eine Feinheitsfestigkeit von mindestens 50 cN/Tex aufweisen.
2. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Verbundelement (1) jeweils bezogen auf 100 Gew.-% folgende Zusammensetzung aufweist: 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% KunstStoffmatrix-Material (2); 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Naturfasern (4); 3 Gew.-% bis 25 Gew.-%
Armierungsfasern (3) .
3. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich einen
Haftvermittler zum Verbessern einer Verbindung zwischen den Armierungsfasern (3) und der KunstStoffmatrix (2) enthält .
4. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach Anspruch 3, bei dem der Haftvermittler aus der Gruppe der Anhydride, bevorzugt aus der Gruppe der Carbonsäureanhydride ausgewählt ist und besonders bevorzugt
Maleinsäureanhydrid oder ein Derivat des
Maleinsäureanhydrids ist.
5. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Armierungsfasern (3) gekräuselt sind.
6. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Armierungsfasern (3) eine Feinheit von 0,5 Tex bis 10,0 Tex, bevorzugt 4 bis 6 Tex und besonders bevorzugt eine Feinheit von 5,2 bis 5,8 aufweisen.
7. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem die KunstStoffmatrix
(2) aus thermoplastischem Kunststoff, bevorzugt aus einem Polyolefin und besonders bevorzugt aus einem Polypropylen ausgebildet ist.
8. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Armierungsfasern
(3) aus Polyester ausgebildet sind.
9. Faserverstärktes Verbundelement (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, das einen Elastizitätsmodul von mindestens 1500 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von mindestens 25 N/mm2, und bevorzugt eine
Elastizitätsmodul von mindestens 5000 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von mindestens 50 N/mm2 aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1), das den folgenden Schritt aufweist: gleichmäßiges Einmischen von Armierungsfasern (3) in ein Naturfaservlies aus Naturfasern (4) und Einbringen eines KunstStoffmatrix-Materials (2) in das Naturfaservlies mit den eingemischten Armierungsfasern (3) derart, dass die Armierungsfasern (3) und die Naturfasern (4) in dem KunstStoffmatrix-Material (2) gleichmäßig verteilt sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelementes (1) nach Anspruch 10, bei dem die
Armierungsfasern (3) in einem Spinnverfahren hergestellt werden, und die gesponnenen Armierungsfasern
anschließend mechanisch verstreckt werden.
12. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1) nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Einmischen der Armierungsfasern (3) in das
Naturfaservlies in Trockenvlies-Herstellung erfolgt, und die Faserlänge der Armierungsfasern (3) 50 mm bis 100 mm beträgt .
13. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1) nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Einmischen der Armierungsfasern in das
Naturfaservlies in Nassvlies-Herstellung erfolgt, und die Faserlänge der Armierungsfaser bis zu 0,2 mm
beträgt .
14. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das KunstStoffmatrix-Material (2) einen Haftvermittler aufweist, um die Verbindung zwischen dem KunstStoffmatrix-Material (2) und den Armierungsfasern (3) zu verbessern.
15. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, das ferner einen Schritt des Anbringens von Schichten von Armierungsfasern (3) durch Vernadeln eines Vlieses oder Gewirkes aus Armierungsfasern (3) mit dem
Naturfaservlies aufweist.
16. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem das Einbringen des KunstStoffmatrix-Materials (2) derart erfolgt, dass das KunstStoffmatrix-Material (2) in Faserform zusätzlich zu den Armierungsfasern (3) gleichmäßig in das Naturfaservlies eingemischt wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Verbundelements (1) nach Anspruch 16, bei dem die Fasern aus KunstStoffmatrix-Material (2) mit einem
Haftvermittler ummantelt sind.
18. Verwendung eines faserverstärkten Verbundelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Innenausstattungsteil und/oder als Trägerteil eines Innenausstattungsteils eines Kraftfahrzeuges.
PCT/EP2015/062297 2014-06-04 2015-06-02 Faserverstärktes verbundelement und verfahren zu dessen herstellung Ceased WO2015185573A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014107881.0A DE102014107881A1 (de) 2014-06-04 2014-06-04 Faserverstärktes Verbundelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102014107881.0 2014-06-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015185573A1 true WO2015185573A1 (de) 2015-12-10

Family

ID=53276145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/062297 Ceased WO2015185573A1 (de) 2014-06-04 2015-06-02 Faserverstärktes verbundelement und verfahren zu dessen herstellung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102014107881A1 (de)
WO (1) WO2015185573A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109867814A (zh) * 2017-12-01 2019-06-11 丰田纺织株式会社 纤维复合材料及其生产方法
ES2736056R1 (es) * 2018-06-11 2020-01-13 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Panel compuesto y procedimiento para su obtencion
WO2022180018A1 (de) * 2021-02-23 2022-09-01 Ensinger Gmbh Faserverstärktes komposit-material mit styrol(co)polymer und naturfasern

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024110129A1 (de) * 2024-04-11 2025-10-16 Voith Patent Gmbh Kompositwerkstoff, Walze und Klinge

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0450488A2 (de) * 1990-04-03 1991-10-09 Hoechst Aktiengesellschaft Faserverstärkter Werkstoff, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
DE10250023A1 (de) * 2002-10-25 2004-05-06 Basf Ag Formteil aus Vliesstoff enthaltender Polyurethanmatrix
DE102004061767A1 (de) * 2004-12-22 2006-07-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Thermoplastischer Verbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102011119567A1 (de) * 2011-11-28 2013-05-29 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Formteil für die Innenausstattung von Fahrzeugen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19513506A1 (de) * 1995-04-10 1996-10-17 Hoechst Ag Hybridgarn und daraus hergestelltes permanent verformbares Textilmaterial, seine Herstellung und Verwendung
DE102011005350A1 (de) 2011-03-10 2012-09-13 Lisa Dräxlmaier GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formteils mit faserverstärktem Träger und Funktionsteilen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0450488A2 (de) * 1990-04-03 1991-10-09 Hoechst Aktiengesellschaft Faserverstärkter Werkstoff, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
DE10250023A1 (de) * 2002-10-25 2004-05-06 Basf Ag Formteil aus Vliesstoff enthaltender Polyurethanmatrix
DE102004061767A1 (de) * 2004-12-22 2006-07-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Thermoplastischer Verbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102011119567A1 (de) * 2011-11-28 2013-05-29 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Formteil für die Innenausstattung von Fahrzeugen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109867814A (zh) * 2017-12-01 2019-06-11 丰田纺织株式会社 纤维复合材料及其生产方法
US10808087B2 (en) * 2017-12-01 2020-10-20 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Fiber composite material and method of producing the same
CN109867814B (zh) * 2017-12-01 2021-04-27 丰田纺织株式会社 纤维复合材料及其生产方法
ES2736056R1 (es) * 2018-06-11 2020-01-13 Faurecia Innenraum Systeme Gmbh Panel compuesto y procedimiento para su obtencion
WO2022180018A1 (de) * 2021-02-23 2022-09-01 Ensinger Gmbh Faserverstärktes komposit-material mit styrol(co)polymer und naturfasern

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014107881A1 (de) 2015-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2847378B1 (de) Kraftfahrzeug-teppichboden
DE102014200682B4 (de) Träger für ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil und Fahrzeuginnenverkleidungsteil
EP1077127B1 (de) Verbundwerkstoff mit einer Zwischenschicht, welche mindestens durch eine Naturfasermatte aus nachwachsenden Rohstoffen gebildet ist.
DE102010050872B4 (de) Sandwichbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10009280B4 (de) Kompositmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016220867A1 (de) Faservliesplatte für den Außenbereich eines Fahrzeugs und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102013104715A1 (de) Hinterschäumbares Akustikelement eines Kraftfahrzeugkarosserieverkleidungsbauteils
DE19832721A1 (de) Schichtenweise zusammengesetzter Verbundwerkstoff zur Stabilisierung einer Kernkomponente von Formteilen
DE102022121174B3 (de) Isolationsbauteil-herstellungsverfahren sowie strömungsdichtes, leichtes isolationsbauteil für fahrzeuge
EP3535117A1 (de) Absorptives-schallisolationselement-herstellungsverfahren sowie absorptives schallisolationskraftfahrzeugverkleidungselement
DE102011105858A1 (de) Faserverbundkunststoff-Pultrusionsprofil und Herstellungsverfahren
DE202022105888U1 (de) Klebeband, insbesondere Wickelband zum Ummanteln von Kabeln in Automobilen
WO2015185573A1 (de) Faserverstärktes verbundelement und verfahren zu dessen herstellung
EP2322713A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Bambusfasern, sowie Kunststoffe enthaltend dieselben
DE19944437B4 (de) Energieabsorbierendes Element
DE102019109758A1 (de) Dekorteil und Verfahren zur Herstellung eines Dekorteils
DE102007055103A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines mit Naturfasern verstärkten Kunststoffs
DE29720598U1 (de) Vliesstoff aus Naturfasern und Kunstfasern
EP2871052B1 (de) Kfz-innenverkleidungsteil
DE102004014423B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungsteils
DE102005060500A1 (de) Faserverstärkter Kunststoff, enthaltend Bambusfasern, sowie Verfahren zu seiner Herstellung
EP3101165A1 (de) Verfahren zur herstellung eines kraftfahrzeuginnenraumverkleidungsmaterials und kraftfahrzeuginnenraumverkleidungsbauteil
DE102004022464B4 (de) Formteil für die Innenausstattung von Fahrzeugen
EP0797697B1 (de) Selbstklebendes verstärkungsmaterial für textilfaservliese
DE102018129065A1 (de) Multimaterielles Halbzeug für tragende Strukturbauteile

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15726159

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15726159

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1