AT525587A1

AT525587A1 - Verfahren zum Herstellen eines Faserlaminats, ein Faserlaminat sowie eine Verwendung eines Faserlaminats

Info

Publication number: AT525587A1
Application number: ATA50833/2021A
Authority: AT
Original assignee: Isosport Verbundbauteile Ges M B H
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-05-15
Also published as: WO2023064966A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Faserlaminats (1), wobei - eine Matrix (2) in flüssigem Zustand sowie Fasern (3) bereitgestellt werden, - die Fasern (3) in die Matrix (2) eingebettet werden, während sich die Matrix (2) im flüssigen Zustand befindet, - während eines Aushärteprozesses abgewartet wird, bis die Matrix (2) einen Gelpunkt erreicht, ab dem die Matrix (2) im Wesentlichen vom flüssigen in einen plastischen Zustand übergegangen ist, - im plastischen Zustand der Matrix (2) eine Oberflächenstruktur (10) auf die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) aufgeprägt wird und - der Aushärteprozess beendet wird, wodurch das die Matrix (2) und die darin eingebetteten Fasern (3) enthaltende Faserlaminat (1) erhalten wird, das die aufgeprägte Oberflächenstruktur (10) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserlaminats, ein Faserlaminat sowie eine Verwendung eines Faserlaminats bei der Fertigung von Gleitgeräten, insbesondere Skiern oder Snowboards, und/oder zur Fertigung von Windflügeln.

Das Herstellen von Faserlaminaten, beispielsweise im Strangziehverfahren, ist an sich selbstverständlich bekannt. Dabei werden Fasern in eine Matrix eingebettet, während

sich die Matrix im flüssigen Zustand befindet.

Beispielsweise bei der Fertigung von Skiern werden Faserlaminate verwendet. Hierbei müssen die Faserlaminate eine Oberflächenstruktur aufweisen, weil sich sonst während des Pressvorgangs, mit dem die Skier gefertigt werden, Lufteinschlüsse bilden können. Eine Oberflächenstruktur verhindert dies, weil durch die Oberflächenstruktur eine gewisse Beabstandung von über oder unter dem Faserlaminat befindlichen Schichten fast bis zum Ende des Pressprozesses geschaffen wird. Durch die entstehenden

Zwischenräume kann die Luft dann entweichen.

Ein weiterer positiver Effekt der Oberflächenstruktur ist eine verbesserte Haftung

zwischen den Lagen.

Die erwähnte Oberflächenstruktur des Faserlaminats wird im Stand der Technik durch Schleifen der Oberfläche des vorab hergestellten Faserlaminats erzeugt, was Nachteile mit sich bringt. Zunächst ist das Schleifen von Faserlaminat grundsätzlich unerwünscht, weil durch das Schleifen der Fasern Staub (beispielsweise Glasfaserstaub) entstehen kann, dessen Entsorgung aufgrund der Korngröße aufwändig und schwierig ist. Bei unsachgemäßer Handhabung würde der Schleifstaub außerdem eine erhebliche

Umweltbelastung darstellen.

Des Weiteren ist das Schleifen des vorab hergestellten Faserlaminats unerwünscht, weil dadurch mehr Material verwendet wird, als eigentlich notwendig wäre. Auch in diesem Hinblick ist das Schleifen des Faserlaminats im Hinblick auf die

Materialausnutzung und die Umweltverträglichkeit nachteilig.

Da die Fasern im Laminat außerdem nicht ideal gleichmäßig verteilt angeordnet sind und teilweise sogar übereinander angeordnet sind, werden die Fasern beim Schleifen verschieden stark angeschliffen, wodurch sich inhomogene mechanische

Materialeigenschaften des Laminats einstellen.

Durch das Schleifen entstehen im Laminat außerdem Mikrobrüche, die im fertigen

Produkt zu Sollbruchstellen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen von Faserlaminaten und ein Faserlaminat mit einer Oberflächenstruktur bereitzustellen, wobei Material eingespart werden kann und/oder weniger schädliche Nebenprodukte, wie Schleifstaub,

anfallen und/oder homogenere Materialeigenschaften erzielt werden.

Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, nämlich indem

- eine Matrix in flüssigem Zustand sowie Fasern bereitgestellt werden,

- die Fasern in die Matrix eingebettet werden, während sich die Matrix im flüssigen Zustand befindet,

- während eines Aushärteprozesses abgewartet wird, bis die Matrix einen Gelpunkt erreicht, ab dem die Matrix im Wesentlichen vom flüssigen in einen plastischen Zustand übergegangen ist,

- im plastischen Zustand der Matrix eine Oberflächenstruktur auf die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern aufgeprägt wird und

- der Aushärteprozess beendet wird, wodurch das die Matrix und die darin eingebetteten Fasern enthaltende Faserlaminat erhalten wird, das die

aufgeprägte Oberflächenstruktur aufweist.

Hinsichtlich des Faserlaminats wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst, nämlich indem die Oberfläche des Faserlaminats eine geprägte

Oberflächenstruktur aufweist.

Das Aufprägen einer Oberflächenstruktur auf ein Faserlaminat ist nicht zu jedem Zeitpunkt sinnvoll möglich. Wird die Oberflächenstruktur zu früh während des

Aushärteprozesses verändert, bleibt die Oberflächenstruktur nicht bestehen, weil die

flüssige Matrix einfach wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Ebenso wenig kann die Oberflächenstruktur aufgeprägt werden, nachdem der Aushärteprozess

beendet ist, weil die Matrix zu diesem Zeitpunkt nicht mehr plastisch verformbar ist.

Das Aufprägen einer Oberflächenstruktur auf ein Faserlaminat geschieht gemäß der Erfindung nach dem Eintreten des Gelpunkts, aber bevor der Aushärteprozess beendet ist. Ein Grundaspekt der Erfindung ist es also, dass es möglich ist, auf die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern eine Oberflächenstruktur aufzuprägen, wenn man auf den relativ kurzen Zeitraum wartet, in welchem die Matrix in einem plastischen Zustand

(ab dem Gelpunkt) ist und der Aushärteprozess noch nicht beendet ist.

Gemäß der Erfindung kann dadurch auf eine Nachbearbeitung, wie beispielsweise Schleifen, komplett verzichtet werden, wodurch Material eingespart werden kann und unerwünschte Nebenprodukte, wie Schleifstaub, komplett vermieden werden können. Die erfindungsgemäßen Faserlaminate können also direkt für die weitere Fertigung,

beispielsweise von Gleitgeräten oder Windflügeln verwendet werden.

Durch den Wegfall des Schleifens verbessern sich einerseits die Arbeitsbedingungen in der Umgebung der Anlage zum Herstellen der Faserlaminate. Außerdem müssen, wie erwähnt, keinerlei Vorkehrungen zum Entsorgen des Schleifstaubs getroffen werden.

Ebenso wenig müssen abgenützte Schleifbänder gewechselt werden.

Dadurch dass auf das Schleifen der Laminate komplett verzichtet werden kann, stellen sich außerdem homogenere Materialeigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften wie Elastizität, Bruchzähigkeit sowie Widerstand gegen Delamination, ein. In konkreten Versuchen der Anmelderin konnten die mechanischen Toleranzen eines erfindungsgemäßen Faserlaminats von 15 % auf

8 % reduziert werden.

Ein weiterer Effekt der Erfindung liegt darin, dass die Oberflächenstruktur fast frei

gewählt und dadurch an die gewünschte Anwendung angepasst werden kann.

Unter einer Oberflächenstruktur wird gemäß der Erfindung einer Struktur verstanden, die Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist, also nicht glatt ist, und zumindest bis

zu einem gewissen Grad der Prägestruktur eines Prägewerkzeugs entspricht.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das Einbetten der

Fasern in die flüssige Matrix durch ein Strangziehverfahren (Pultrusion) geschehen.

Das Einbetten der Fasern in die flüssige Matrix kann auch als Imprägnieren bezeichnet

werden. Die flüssige Matrix benetzt dabei bevorzugt alle Fasern.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen werden die Fasern im Wesentlichen unidirektional in die Matrix eingebettet, sodass sich ein Faserlaminat mit im Wesentlichen unidirektional ausgerichteten Fasern ergibt. Ausführungsformen mit nicht

unidirektionaler Ausrichtung der Fasern sind natürlich im Prinzip denkbar.

Schutz wird außerdem für die Verwendung eines Faserlaminats bei der Fertigung von Gleitgeräten, insbesondere Skiern oder Snowboards, und/oder zur Fertigung von Windflügeln begehrt. Unter Windflügeln können dabei die Flügel einer Windkraftanlage

verstanden werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen

definiert.

Als Matrix kann ein reaktives und/oder duroplastisches Matrixsystem verwendet

werden.

Das heißt, bei der Matrix kann es sich um ein Harz oder ein reaktives Polymervorprodukt handeln, das nach dem Imprägnieren der Fasern — bspw.

unterstützt durch Einfluss von Druck und/oder Temperatur — aushärtet.

Bei der Matrix kann es sich konkret um zumindest eines der folgenden handeln: e Ungesättigte Polyesterharze e Vinylesterharze

e Diallylphthalatharze

e Methyl-Methacrylatharze

e Epoxidharze

e Polyurethane

e Phenol-Formaldehydharze

e Aminoharze

e Thermoplastische Harzsysteme

e Biopolymere

Wie erwähnt, können die Fasern im Wesentlichen unidirektional in die Matrix

eingebettet werden.

Die Fasern (auch bezeichnet als Filamente) können in Bündelform (Rovings) bereitgestellt werden. Die Bündel können dabei aus im Wesentlichen paralle!| ausgerichteten Fasern oder umeinander gewundene oder geflechteten Fasern

bestehen. Natürlich sind auch Mischformen prinzipiell denkbar.

Beispiele für Fasern, die mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind zumindest eines der Folgenden:

- Glasfasern (Glasfasern sind hauptsächlich wegen ihres relativ geringen Preises die am häufigsten verwendeten Fasertypen. Es gibt Glasfasertypen für unterschiedliche Einsatzgebiete.)

- Kohlenstofffasern (auch: Carbonfasern; Diese weisen eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht auf. Nachteile können in einem spröden Bruchverhalten und einer geringen Bruchdehnung liegen.)

- Basaltfasern (Basaltfaser ist eine Mineralfaser, die wegen ihrer guten chemischen Beständigkeit und Temperaturfestigkeit vorwiegend im Behälterund Fahrzeugbau verwendet wird.)

- Keramikfasern (Endlose Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit (Mischoxid aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid), SIBCN, SICN, SiC etc. sind teure Spezialfasern für hochtemperaturbelastbare Verbundwerkstoffe mit einer Keramikmatrix. Die nicht-oxidischen Fasern werden, ähnlich wie Kohlenstofffasern, aus organischen Harzen gewonnen, in denen neben

Kohlenstoff auch Silicium enthalten ist.)

- Aramidfasern (Aramid ist die Kurzfassung für aromatische Polyamide. Das Herstellungsverfahren ist sehr teuer und somit ist die Aramidfaser preislich vergleichbar mit der Kohlenstofffaser. Die wesentlichen Eigenschaften sind ihre geringe Dichte und die guten Dämpfungseigenschaften.)

- Stahlfasern (Stahlfasern werden hauptsächlich im Bauwesen bei Stahlfaserbeton verwendet. Diese Anwendung ist stark im Wachsen und hat besonders wirtschaftliche Vorteile.)

- Naturfasern (Die am häufigsten für die Produktion von Faserverbundwerkstoffen eingesetzten Fasern sind die heimischen Holzfasern, Flachs- und Hanffasern sowie subtropische und tropische Fasern wie Jute-, Kenaf-, Ramie- oder Sisalfasern.)

- Nylonfasern (Fasern mit einer hohen Bruchdehnung sind von Vorteil, wenn

das Faserlaminat StöRe aufnehmen muss.)

Es kann vorgesehen sein, dass die Fasern durch ein Bad mit der Matrix im flüssigen

Zustand gezogen und dadurch in der Matrix eingebettet werden.

Die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern kann durch eine Düse geführt werden, um eine geometrische Form, insbesondere eine Dicke, des Faserlaminats zumindest

teilweise festzulegen.

Dass die Düse die geometrische Form zumindest teilweise festlegt, kann dahingehend verstanden werden, dass beispielsweise eine Dicke des Faserlaminats durch die Düse bis zu einem gewissen Genauigkeitsgrad festgelegt wird. Durch anschließende Vorgänge (beispielsweise Schwindung beim Aushärteprozess, Aufprägen der Oberflächenstruktur) kann sich die Geometrie des Faserlaminats noch weiter verändern. Durch Führen der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern durch ein Walzenpaar (vor oder nach dem Aufprägen der Oberflächenstruktur) kann die Dicke

letztendlich festgelegt werden, was aber nicht zwingend ist. Alternativ kann die Düse die Geometrie des Faserlaminats auch nur bereichsweise

festlegen, sodass die Düse die geometrische Form des Faserlaminats auf diese Weise

nur teilweise festlegt.

Um den Aushärteprozess auszulösen und/oder zu beschleunigen, kann die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern beheizt werden, vorzugsweise mittels zumindest einer

Heizplatte.

In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen können zwei Heizplatten vorgesehen sein, zwischen denen die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern hindurchgeführt

wird.

In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die zumindest eine Heizplatte in Kontakt mit der Matrix und/oder den darin eingebetteten Fasern, um die

Wärmeübertragung zu verbessern.

Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die zumindest eine Heizplatte einen definierten Druck und/oder eine definierte Kraft auf die Matrix samt den darin

eingebetteten Fasern ausübt.

Heizplatten können direkt mit elektrischer Energie oder mittels eines Heizmediums

(bspw. Wasser oder Öl) beheizt werden.

Statt Heizplatten könnt prinzipiell auch andere Vorrichtungen, wie beispielsweise

Heizstrahler, eingesetzt werden.

Die Temperatur und/oder die ausgeübte Kraft und/oder der ausgeübte Druck kann

gesteuert oder geregelt werden.

Wie bereits erwähnt, kann es vorgesehen sein, dass die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern — vorzugsweise vor dem Aufprägen der Oberflächenstruktur — durch zumindest ein Walzenpaar geführt wird, um eine Dicke des resultierenden Faserlaminats festzulegen. Ausführungsformen, wobei das Walzenpaar zum Einstellen der Dicke in einer Vorschubrichtung vor der zumindest einen Prägewalze angeordnet

ist, sind prinzipiell auch denkbar.

Das Walzenpaar kann dabei gegenüberliegend angeordnet sein, sodass die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern gleichzeitig in Kontakt mit beiden Walzen des

Walzenpaars steht.

Die Walzen des Walzenpaars können dabei bevorzugt eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweisen, um die aufgeprägte Oberflächenstruktur nicht zu stören. Die Walzen des Walzenpaars können dementsprechend auch als „Glättwalzen“ bezeichnet

werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Walzen des Walzenpaars einen definierten, gesteuerten und/oder geregelten Abstand voneinander aufweisen, um die Dicke des

Faserlaminats einzustellen.

Die Oberflächenstruktur kann mittels zumindest einer Prägewalze auf die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern aufgeprägt werden. Die Prägewalze hat dafür eine Negativ-Struktur, die sich nach dem Aufprägen als Oberflächenstruktur des

Faserlaminats zeigt.

Die Negativ-Struktur besitzt dabei Vertiefungen und/oder Erhöhungen, die beim Kontakt mit der zumindest einen Prägewalze in der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern korrespondierende Erhöhungen und/oder Vertiefungen und damit die

Oberflächenstruktur erzeugen.

Es können zwei Prägewalzen zum Einsatz kommen, die gegenüberliegend angeordnet sind, sodass die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern gleichzeitig in Kontakt mit

den Prägewalzen steht.

Prinzipiell könnten auch mehr als zwei Prägewalzen verwendet werden, die

beispielsweise teilweise sequentiell angeordnet sind. Es müssen nicht alle der Prägewalzen die erwähnte Negativ-Struktur aufweisen.

Zumindest eine der Prägewalzen muss aber eine Negativ-Struktur aufweisen, sodass

die Oberflächenstruktur aufgeprägt werden kann.

Kommen zwei oder mehr Prägewalzen zum Einsatz kann die Oberflächenstruktur der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern auf zwei Seiten aufgeprägt werden. Gemäß der Erfindung kann daher ein Faserlaminat bereitgestellt werden, das die

Oberflächenstruktur auf einer oder zwei Seiten aufweist.

Alternativ zu Prägewalzen könnten prinzipiell auch Bänder zum Einsatz kommen,

welche die erwähnte Negativ-Struktur aufweisen.

Darunter, dass Prägewalzen oder Glättwalzen gleichzeitig mit der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern in Kontakt stehen, kann verstanden werden, dass diese Walzen in Bezug auf eine Vorschubrichtung der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern an der gleichen Stelle angeordnet sind, sodass sie in Vorschubrichtung mit dem gleichen Bereich der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern in Kontakt stehen (also

„gleichzeitig“ in Bezug auf eine Vorschubposition).

Zum Erreichen des Gelpunkts, ohne dass der Aushärteprozess der Matrix vor dem Aufprägen der Oberflächenstruktur beendet wird, können definierte Temperaturbereiche und/oder Abstände zwischen einem Punkt, bei dem der Aushärtezeitpunkt beginnt, und

einem Punkt, an dem die Oberflächenstruktur aufgeprägt wird, verwendet werden.

In Versuchen der Anmelderin in Form eines Strangzieh-Prozesses haben sich dabei Soll-Temperaturen von weniger als 400° C (besonders bei Heizstrahlern), weniger als 200° C (besonders bei elektrisch beheizten Heizplatten) und/oder weniger als 100° C (besonders bei mittels eines Heizmediums beheizten Heizplatten) als vorteilhaft

herausgestellt.

Des Weiteren haben sich bei einer Bewegungsgeschwindigkeit der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern beim Strangziehen von weniger als 12 m pro Minute folgende Abstandsbereiche herausgestellt, bei denen der Aushärteprozess beendet sein kann (das Aufprägen der Oberflächenstruktur geschieht erfindungsgemäß vor dem Aushärtezeitpunkt):

- nach einer Düse: 7 m bis 12 m

- nach einem Eintritt in eine Heizzone: 5,5 m bis 10,5 m

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren sowie der

dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,

Fig. 2a und 2b fotografische Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele einer Prägewalze, Fig. 3 eine fotografische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laminats,

Fig. 4a und 4b zwei Schaubilder zum Verfahren gemäß dem Stand der Technik sowie

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Gelpunkts.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaubild zu einem Ausführungsbeispiel des

Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung.

Aus einem Vorrat 8 an Fasern 3 in Bündelform (Rovings) werden die Fasern 3 über ein Rovinggatter 9 und Rollen durch ein Bad 4 geführt, in welchem die Matrix 2 in flüssiger Form vorliegt. Dadurch werden die Fasern 3 in die Matrix 2 eingebettet, d.h. mit der

Matrix 2 imprägniert.

Die Matrix 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein auf Bisphenol A basiertes Epoxid

Harz mit einem Isophorondiamin Härter.

Dabei werden die Fasern 3 in einer Richtung parallel zueinander durch das Bad 4 geführt, sodass sich letztendliche eine unidirektionale Ausrichtung der Fasern 3 im

Faserlaminat 1 ergibt.

Nach dem Imprägnieren im Bad 4 wird die Matrix 2 samt den darin eingebetteten Fasern 3 durch eine Düse 5 geführt, welche die Geometrie des Faserlaminats 1 grob

festlegt. Die Geometrie des Faserlaminats 1 ist aus Fig. 3 ersichtlich.

Für den Vorschub (eigentlich: Durchzug) der Fasern 3 durch das Rovinggatter 9, das

Bad 4, die Düse 5 und die nachfolgenden Elemente ist ein Abzug 12 vorgesehen. Der

Abzug 12 beinhaltet zwei Kettenbänder, welche die Matrix 2 samt der darin

eingebetteten Fasern 3 durch die erwähnten Elemente zieht.

Insoweit handelt es sich beim vorliegenden Herstellungsverfahren um ein an sich bekanntes Strangziehverfahren, womit Faserlaminate in Endlosfertigung hergestellt

werden können.

Nach der Düse 5 wird die Matrix 2 samt der darin eingebetteten Fasern 3 durch eine Heizzone 11 bewegt. Die Heizzone 11 beinhaltet Heizplatten 14, welche die Matrix 2 erwärmen. Durch die Erwärmung wird der Aushärteprozess der Matrix 2 in Gang

gesetzt und/oder beschleunigt.

Die Länge der Heizzone und die Durchzugsgeschwindigkeit wird dabei so gewählt, dass die Matrix 2 am Ende der Heizzone und nach dem Führen durch ein Walzenpaar 7 den Gelpunkt erreicht, bei dem die Matrix 2 in einem plastischen Zustand vorliegt (Anhärten

durch Bildung langkettiger Moleküle).

An dieser Stelle sind Prägewalzen 6 vorgesehen, die durch Vertiefungen und Erhebungen (Negativ-Struktur) die Oberflächenstruktur 10 auf die Matrix 2 samt den

darin vorliegenden Fasern 3 aufprägen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist nur die in der Fig. 1 obere Prägewalze 6 mit der Negativ-Struktur versehen. Die untere Prägewalze ist demnach in diesem

Ausführungsbeispiel glatt.

Nach dem erfindungsgemäßen Aufprägen der Oberflächenstruktur 10 setzt sich der Aushärteprozess der Matrix 2 bis zum vollständigen Aushärten fort, sodass die Matrix 2 vom angesprochenen plastischen Zustand in einen vollkommen erhärteten Zustand übergeht. In diesem vollkommen erhärteten Zustand wäre ein Aufprägen einer Struktur nicht mehr möglich, da sich die Matrix 2 nur mehr gering elastisch verformen würde

oder unter der Einwirkung der Prägung vielfach brechen würde.

Vor den Prägewalzen 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Walzenpaar 7

vorgesehen, mittels welchem die Dicke des Faserlaminats 1 eingestellt werden kann.

Auch am Ort des Walzenpaars 7 befindet sich die Matrix 2 noch im plastischen

Zustand.

Die Prägewalzen 6 und das Walzenpaar 7 sind räumlich nahe zueinander angeordnet

und bilden daher eine Glätt- und Prägeeinheit.

Nach dem Abzug 12 kann das Faserlaminat wie gewünscht beschnitten werden.

Wie erwähnt, zeigen Fig. 2a und Fig. 2b zwei Ausführungsbeispiele für Prägewalzen 6,

wobei verschiedene Negativ-Strukturen ersichtlich sind.

Fig. 3 zeigt Faserlaminate 1, die gemäß dem in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen

Herstellungsverfahren mit einer Oberflächenstruktur 10 versehen wurden.

Bei den beispielhaften Faserlaminaten 1, die in Fig. 3 dargestellt sind, liegen zumeist

mehrere Lagen von Faserbündeln übereinander.

Zum Vergleich wurde in Fig. 4a und in Fig. 4b ein Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik verdeutlicht. Ersichtlich ist, dass die Faserbündel (Rovings) nicht ideal eben im Laminat 21 liegen. Durch den nachfolgenden Schleifprozess mittels eines Schleifbands 22 wird zwar eine Oberfläche mit einer gewissen Struktur erzeugt. Allerdings werden die einzelnen Fasern bis zu verschiedener Tiefe angeschliffen oder sogar ganz weggeschliffen. Es ist offensichtlich, dass dadurch nicht nur schädlicher Schleifstaub entsteht, sondern dass außerdem die Materialeigenschaften, je nach

lokaler Lage der Fasern im Laminat 21, unterschiedlich ausfallen.

Im Gegensatz dazu kann mit der Erfindung einer Faserlaminat 1 hergestellt werden, ohne dass Material verschwendet wird, welches darüber hinaus weitaus homogenere

Materialeigenschaften und eine frei wählbare Oberflächenstruktur aufweist.

Fig. 5 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zur Verdeutlichung des Gelpunkts. Aufgetragen sind einerseits der Temperaturverlauf (durchgezogene Linie) eines Volumenelements der Matrix 2 während des Strangziehens und andererseits die

Viskosität (gepunktet) desselben, jeweils gegen die Zeit.

Nach einem anfänglichen Abfall der Viskosität durch die ansteigende Temperatur in der Heizzone 11 und einem anschließenden flachen Verlauf der Viskosität, währenddessen die Aushärtereaktion der Matrix 2 beginnt, steigt die Viskosität relativ steil an. Letzteres

ist das Resultat der Aushärtereaktion, durch welche in der Matrix 2 langkettige Moleküle

gebildet werden.

In diesem Zeitraum fällt der Gelpunkt (vertikale Linie). Er markiert den Zeitpunkt, ab dem die Matrix 2 plastisch verformbar ist. Der sich nach dem Gelpunkt fortsetzende starke Anstieg der Viskosität mündet letztlich in einem ausgehärteten Zustand, in

welchem die Matrix 2 nicht mehr plastisch verformbar ist. Ersichtlich ist, dass durch den starken Anstieg der Viskosität nur ein relativ kurzes Zeitfenster zur Verfügung steht, in welchem die Matrix 2 plastisch verformbar ist. Ein

Grundaspekt der Erfindung ist es, dieses kurze Zeitfenster auszunützen, um die

Oberflächenstruktur 10 unter plastischer Verformung der Matrix 2 aufzuprägen.

Innsbruck, am 19. Oktober 2021

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Faserlaminats (1), wobei

- eine Matrix (2) in flüssigem Zustand sowie Fasern (3) bereitgestellt werden,

- die Fasern (3) in die Matrix (2) eingebettet werden, während sich die Matrix (2) im flüssigen Zustand befindet,

- während eines Aushärteprozesses abgewartet wird, bis die Matrix (2) einen Gelpunkt erreicht, ab dem die Matrix (2) im Wesentlichen vom flüssigen in einen plastischen Zustand übergegangen ist,

- im plastischen Zustand der Matrix (2) eine Oberflächenstruktur (10) auf die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) aufgeprägt wird und

- der Aushärteprozess beendet wird, wodurch das die Matrix (2) und die darin eingebetteten Fasern (3) enthaltende Faserlaminat (1) erhalten wird, das die

aufgeprägte Oberflächenstruktur (10) aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Matrix (2) ein reaktives und/oder

duroplastisches Matrixsystem verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (3) im

Wesentlichen unidirektional in die Matrix (2) eingebettet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (3) durch ein Bad (4) mit der Matrix (2) im flüssigen Zustand gezogen und dadurch in

der Matrix (2) eingebettet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) durch eine Düse (5) geführt wird, um eine geometrische Form, insbesondere eine Dicke, des Faserlaminats (1) zumindest

teilweise festzulegen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (2) samt

den darin eingebetteten Fasern (3), vorzugsweise mittels zumindest einer

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Heizplatte (14), beheizt wird, um den Aushärteprozess auszulösen und/oder zu

beschleunigen.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) —- vorzugsweise vor dem Aufprägen der Oberflächenstruktur (10) — durch zumindest ein Walzenpaar (7) geführt wird, um

eine Dicke des resultierenden Faserlaminats (1) festzulegen.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenstruktur (10) mittels zumindest einer Prägewalze (6) auf die Matrix (2)

samt den darin eingebetteten Fasern (3) aufgeprägt wird.

Faserlaminat, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit in einer Matrix (2) eingebetteten Fasern (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Faserlaminats (1) eine geprägte Oberflächenstruktur (10) aufweist. Verwendung eines Faserlaminats (1) nach Anspruch 9 und/oder hergestellt nach

einem der Ansprüche 1 bis 8 bei der Fertigung von Gleitgeräten, insbesondere

Skiern oder Snowboards, und/oder zur Fertigung von Windflügeln.

Innsbruck, am

19.Oktober 2021