DE3843535A1

DE3843535A1 - Verwendung von halbzeugen aus faserverstaerktem kunststoff fuer die herstellung von formkoerpern, insbesondere stossfaengertraeger

Info

Publication number: DE3843535A1
Application number: DE19883843535
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr Winkler; Hans Hubert Wald; Ernst-Werner Ratz; Klaus Giesen
Original assignee: Elastogran Kunststoff Technik GmbH
Current assignee: BASF Polyurethanes GmbH
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-06-28

Description

Die Herstellung von Halbzeugen bzw. Formkörpern aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen ist bekannt. Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 23 12 816 werden zwei Glasfasermatten zunächst erwärmt und an schließend einer Druckzone zugeführt. An ihrem Zusammenführungspunkt wird geschmolzenes thermoplastisches Material zwischen die Matten eingebracht, welches dabei in die Matten eindringt. Erst beim unmittelbaren an schließenden Verpressen werden die Matten vollständig getränkt und die Luft daraus verdrängt. Dieses Verpressen findet zwischen kontinuierlich bewegten Bändern statt, wobei der Preßvorgang und das Abkühlen der Kunst stoff-Matten-Verbunde praktisch gleichzeitig erfolgen. Ein auf diese Weise gefertigtes Halbzeug ist in der Ebene isotrop, d.h. die Fasern sind statistisch verteilt und damit die Festigkeitseigenschaften in allen Rich tungen gleich. Zahlreiche Formkörper aus verstärkten Thermoplasten werden aber bevorzugt nur in einer Richtung beansprucht, so daß die Verwendung isotroper Halbzeuge in diesen Fällen höchst unwirtschaftlich ist.

Weiterhin sind in der Firmenschrift "Forschung und Entwicklung" von BASF (erschienen Oktober 1986) Halbzeuge aus faserverstärkten Thermoplasten beschrieben, die zusätzlich zu den Matten mit wirrer Faserverteilung auch in einer Richtung ausgerichtete Glasfasern aufweisen. Die orientierten Glasfasern sind jedoch über die ganze Länge der Halbzeuge in immer gleicher Menge vorhanden, d.h. die Zuordnung größerer oder kleinerer Mengen gerichtetere Glasfasern entsprechend den Bereichen eines Form körpers mit größerer bzw. geringerer Beanspruchung ist nicht möglich.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, anzugeben, wie Formkörper aus faser verstärkten Kunststoffen eine bevorzugte Verstärkung in einer Richtung er halten können, wobei auch in dieser Richtung eine unterschiedliche Bean spruchung der Formkörper berücksichtigt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung von Halbzeugen aus faserver stärktem Kunststoff gelöst, wobei wenigstens ein Halbzeug ein faseriges Flächengebilde mit ausschließlich längsgerichteten Fasern aufweist und wobei das Halbzeug derart auf Teilbereichen des bzw. der anderen Halb zeuge(s) angebracht ist, daß die Fasern im wesentlichen in Richtung der hauptsächlichen mechanischen Beanspruchung der Formkörper verlaufen.

Erfindungsgemäß sind am Aufbau der Formkörper isotrope und/oder anisotrope Halbzeuge sowie zur partiellen Verstärkung Halbzeuge mit einem faserigen Flächengebilde aus ausschließlich längsgerichteten Fasern beteiligt. Letztere werden nur an den Stellen der Formkörper angeordnet, an denen die aus Berechnungen oder Versuchen ermittelten größten Beanspruchungen zu erwarten sind. Sie werden mit Hilfe einer Schablone oder Maske auf dem oder den übrigen Halbzeug(en) positioniert und zusammen mit diesen ver preßt.

Als faserige Flächengebilde für die isotropen und anisotropen Halbzeuge kommen Gewebe oder Gelege, die z.B. durch Polymerfasern zusammengenäht sind, in Betracht. Eine Kombination mit Matten oder Vliesen ist möglich und in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft. Die Flächengewichte dieser Gebilde liegen zwischen 100 und 1200, vorzugsweise zwischen 225 und 900 g/cm². Die Gewebe können in Kett- und Schußrichtung Fasern unterschied licher Titer enthalten. Kettverstärkte Gewebe, deren Fasern zu 60 bis 95% in der Kettrichtung orientiert sind, werden besonders bevorzugt. Die Faserfeinheit der Faserbündel für Gewebe und Gelege beträgt etwa 10 bis etwa 3600 tex, zweckmäßig 20 bis 1200 tex.

Für eine bessere Handhabung der faserigen Flächengebilde mit ausschließ lich längsgerichteten Fasern können diese auf einer Thermoplastfolie als Träger abgelegt und mit dieser vernadelt werden oder sie können mitein ander verklebt werden. Der Faserdurchmesser bei diesen Flächengebilden liegt im allgemeinen zwischen 5 und 30 µm.

Zur Herstellung der faserigen Flächengebilde werden Glasfasern bevorzugt eingesetzt, es können aber auch Kohlenstoff-Fasern, Fasern aus aromati schen Polyamiden oder anderen thermoplastischen Kunststoffen sowie Fasern aus verschiedenen Kunststoffen verwendet werden. Die faserigen Flächenge bilde werden in an sich bekannter Weise mit Kunststoff laminiert, in dem z.B. eine Kunststoffschmelze über eine Breitschlitzdüse extrudiert und von beheizten Walzen oder Preßbändern in das Fasermaterial eingedrückt wird. Es ist auch möglich, die faserigen Flächengebilde mit einer dünnflüssigen Kunststofflösung zu tränken und anschließend das Lösungsmittel zu ver dampfen oder den Kunststoff im Phasenumkehrverfahren auszufällen. Der Fasergehalt eines Halbzeuges kann in weiten Grenzen variieren und liegt im allgemeinen zwischen 20 und 60 Gew.%. Für Halbzeuge mit einem faserigen Flächengebilde mit ausschließlich längsgerichteten Fasern wird dem Flächengebilde nur so viel Thermoplastschmelze hinzugefügt, daß ein Faser anteil von etwa 70 bis etwa 90 Gew.% erreicht wird. Die Halbzeugdicke kann je nach Flächengewicht der faserigen Gebilde etwa 0,5 bis 10 mm, vorzugs weise 1 bis 4 mm, betragen.

Als Kunststoffe für das Laminieren oder Tränken der faserigen Flächenge bilde eignen sich praktisch alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunst stoffe, beispielsweise Olefinpolymerisate, wie Polyethylen oder Poly propylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrols; Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid oder chlorierte Poly olefine; Polyamide, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat sowie Mischungen dieser Polymerisate.

Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pig mente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten.

Die so hergestellten Halbzeuge werden nun zunächst auf die Maße des zu fertigenden Formkörpers zugeschnitten und auf Temperaturen bis zum Er weichungspunkt der Thermoplaste erwärmt. Dieses kann in einem Umluftofen oder durch Infrarotbestrahlung erfolgen. Anschließend werden die Halbzeuge in ein Preßwerkzeug eingelegt, wobei das oder die Halbzeuge mit aus schließlich längsgerichteten Fasern entsprechend positioniert wird bzw. werden, und gemeinsam verpreßt. Das Verpressen wird unter Abkühlung vor genommen. Insgesamt haben sich für eine homogene Verbindung der Halbzeuge Preßdrücke zwischen 10 und 30 bar als vorteilhaft erwiesen.

Auf diese Weise lassen sich zahlreiche Formkörper mit partieller Ver stärkung herstellen, beispielsweise Stoßfängerträger, Schürzen, Schutz leisten, Spurstangen, A-, B- und C-Säulen im PKW und dergleichen. Außer halb des Fahrzeugbaus können auch Bögen für den Schießsport sowie Ski ge fertigt werden. Für alle Anwendungen gilt, daß die Formkörper sowohl Rechteckquerschnitt als auch U- oder T-förmigen Querschnitt haben können.

Die Verwendung von Halbzeugen aus faserverstärktem Kunststoff ist in der Zeichnung am Beispiel eines Stoßfängerträgers schematisch dargestellt und nachfolgend erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Stoßfängerträgers im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie A-B der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie C-D der Fig. 1.

Der Stoßfängerträger (1) ist nach Maßgabe seiner Befestigung am Fahrzeug ein Balken auf zwei Stützen mit beidseitigen Kragarmen. In Versuchen wird die im Fahrbetrieb tatsächlich zu erwartende Beanspruchung durch Schläge mit einem Pendel simuliert. Dabei wird sowohl auf einen Punkt zwischen den Befestigungen (2) am Fahrzeug, wie auch auf den Kragarm selbst geschlagen. Beide Schläge mit dem Pendel ergeben eine hohe Zugbeanspruchung an den Be festigungen (2) auf der geschlagenen Seite und zwischen den Befestigungen auf der Gegenseite des Stoßfängerträgers (1). Die entsprechenden Bereiche sind mit (3) und (4) bezeichnet (Fig. 1).

Gemäß den Fig. 2 und 3 enthalten die Bereiche (3) und (4) des Stoß fängerträgers (1) neben isotropen und anisotropen Halbzeugen (5) auch Halbzeuge (6) mit ausschließlich längsgerichteten Fasern. Die etwa 1 mm dicken Halbzeuge bestehen aus faserigen Flächengebilden aus Glasfasern und sind mit Polypropylen laminiert. Der Fasergehalt der Halbzeuge (5) beträgt etwa 40 Gew.% und der Fasergehalt der Halbzeuge (6) beträgt etwa 80 Gew.%.

Claims

1. Verwendung von Halbzeugen aus faserverstärktem Kunststoff, welche aus faserigen Flächengebilden und einer Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffes bestehen, auf Temperaturen bis zum Erweichungspunkt der Thermoplaste erwärmt und in einer Druckzone verformt und miteinander verhaftet werden, für die Herstellung von Formkörpern, insbesondere Stoßfängerträger, wobei wenigstens ein Halbzeug ein faseriges Flächen gebilde mit ausschließlich längsgerichteten Fasern aufweist und wobei das Halbzeug derart auf Teilbereichen des bzw. der anderen Halb zeuge(s) angebracht ist, daß die Fasern im wesentlichen in Richtung der hauptsächlichen mechanischen Beanspruchung der Formkörper ver laufen.

2. Halbzeug für die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längsgerichteten Fasern aus Glas, Kohlenstoff und/oder Kunst stoff bestehen.

3. Halbzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil etwa 70 bis 90 Gew.% beträgt.