DE102011011387A1 - Multilayer fiber reinforced plastic composite semi-finished product for preparing body components, comprises layers, where a core layer is arranged from one another on filling bodies that are connected between two edge layers - Google Patents

Multilayer fiber reinforced plastic composite semi-finished product for preparing body components, comprises layers, where a core layer is arranged from one another on filling bodies that are connected between two edge layers Download PDF

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Abstract

The multilayer fiber reinforced plastic composite semi-finished product comprises layers, where a core layer (3) is arranged from one another on filling bodies (6) that are connected between two edge layers (2), which are connected with the core layer. One of the edge layers is a smooth muscle cell (SMC)-layer from a fiber assembly (5) drying-impregnated with a first matrix material (4), which is a shrink-reduced matrix material and comprises a composition, which is convenient to provide a Class-A-surface. A second edge layer is the SMC-layer from the fiber assemblies. The multilayer fiber reinforced plastic composite semi-finished product comprises layers, where a core layer (3) is arranged from one another on filling bodies (6) that are connected between two edge layers (2), which are connected with the core layer. One of the edge layers is a smooth muscle cell (SMC)-layer from a fiber assembly (5) drying-impregnated with a first matrix material (4), which is a shrink-reduced matrix material and comprises a composition, which is convenient to provide a Class-A-surface. A second edge layer is the SMC-layer from the fiber assemblies drying-impregnated with a second matrix material, where the second matrix material is same as the first matrix material or a matrix material differentiating the first matrix material. The filling bodies of the core layer are connected by a third matrix material, and are drying-impregnated or coated with the filling bodies, which have a volume fraction of the filling body of the core layer is 50%. The edge layer has a layer thickness of 0.25-0.5 mm, and a density of 2 g/cm 3>. The core layer has a layer thickness 1-5 mm, and a density of 0.5 g/cm 3>. The first, the second and the third matrix material are present in a powdery form, and powder particles are electrostatically provided, where the matrix material of the core layer is the same matrix material as well as one of the matrix materials forming the edge layers or the matrix material differentiating the edge layers, which are mixable and/or crosslinkable with the matrix materials of the edge layers. The multilayer fiber reinforced plastic composite semi-finished product further comprises a layer, which is arranged between the edge layers that are selected from a group of layers comprising a carrier web, the SMC-layer, a filling body layer and a functional layer, where the functional layer comprises a conductive layer, whose surface resistance is set in a range of 5-100 komega /cm. The filling body is a spherical-shaped hollow body, comprises different wall thickness and/or dimensions, and/or is arranged or disordered, where a regulatory filling body comprises a layer- or a gradient structure with respect to its dimensions and/or consists of a glass, a ceramic- and/or a plastic material. Carbon fibers comprise an insulating coating. The edge layer is formed as the SMC-layer, whose fiber assembly forms an outer skin of body components with the first matrix material, which is the shrink-reduced matrix material.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Faserkunststoffverbundhalbzeug mit einer zwischen zwei Randschichten angeordneten Kernschicht sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a multilayer composite fiber plastic composite with a core layer arranged between two edge layers and to a method for the production thereof.

Im Zuge der Leichtbauweise werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich als Bauteilwerkstoffe zunehmend Faserkunststoffverbundhalbzeuge wie etwa Sheet Molding Compounds, SMCs, verwendet, die plattenförmig oder als Coil vorliegen und die sich zu dem gewünschten Bauteil zuschneiden und umformen lassen. Diese Bauteile verbinden die Vorteile des geringen Gewichts mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.In the course of lightweight construction, for example in the motor vehicle sector, fiber composite semifinished products, such as sheet molding compounds, SMCs, which are plate-shaped or coil-shaped and can be cut to form the desired component and are reshaped, are increasingly being used as component materials. These components combine the advantages of low weight with excellent mechanical properties.

Zur Herstellung von solchen Faserkunststoffverbund- und SMC-Halbzeugen werden Verstärkungsfasern in entsprechenden Anlagen mit lösungsmittelhaltigen Pasten bzw. Harzen im flüssigen Zustand imprägniert. So entstehen teigartige Pressmassen aus meist duroplastischen Reaktionsharzen und Verstärkungsfasern zur Herstellung von Faserkunststoffverbundbauteilen. In dem SMC liegen alle nötigen Komponenten vollständig vorgemischt verarbeitungsbereit vor. Übliche Faserlängen der Verstärkungsfasern liegen dabei zwischen 25 und 50 mm. Ferner können SMCs mit anisotroper Faserstruktur orientiert liegende Fasern mit einer Länge von bis zu 200 mm aufweisen, wodurch allerdings der Fließwiderstand des SMCs erhöht wird.To produce such fiber-plastic composite and SMC semi-finished products, reinforcing fibers are impregnated in appropriate systems with solvent-containing pastes or resins in the liquid state. This results in dough-like molding compounds of mostly thermosetting reaction resins and reinforcing fibers for the production of fiber-reinforced plastic composite components. In the SMC, all necessary components are ready for use completely pre-mixed. Usual fiber lengths of the reinforcing fibers are between 25 and 50 mm. Further, SMCs with anisotropic fiber structure may have oriented fibers up to 200 mm in length, however, increasing the flow resistance of the SMC.

Durch Zusatz von Mitteln zur Schwundreduktion können SMCs mit niedrigem Schrumpf hergestellt werden, bzw. der Schrumpf des Polyesterharzes kann beim Aushärten zum Teil ganz ausgeglichen werden. SMC-Systeme, die lackierbare Oberflächen mit Class-A-Qualität ausbilden sollen, weisen einen Schrumpf kleiner 0,05% auf.By adding means for shrinkage reduction SMCs can be produced with low shrinkage, or the shrinkage of the polyester resin can be completely compensated during curing. SMC systems designed to form paintable surfaces with Class A quality have a shrinkage of less than 0.05%.

Eine SMC-Masse setzt sich aus Verstärkungsfasern und einem Matrixmaterial zusammen, das ein vernetzungsfähiges Kunststoffmaterial, beispielsweise ein Harz, mineralische Füllstoffe wie etwa Kreide oder Gesteinsmehl, sowie Additive zur Schwundreduktion, Inhibitoren, inerte Trennmittel, Reaktionsbeschleuniger, etc. umfasst. Je nach Anforderung kann das Matrixmaterial auch Farbstoffe oder Flammschutzmittel aufweisen. Eine typische SMC-Masse enthält etwa 12% vernetzungsfähiges Kunststoffmaterial, 45% mineralische Füllstoffe, und 30% Verstärkungsfasern, es handelt sich also um ein harz- und füllstoffreiches Fasermaterial.An SMC composition is composed of reinforcing fibers and a matrix material comprising a crosslinkable plastic material, for example a resin, mineral fillers such as chalk or rock flour, and additives for shrinkage reduction, inhibitors, inert release agents, reaction accelerators, etc. Depending on requirements, the matrix material may also comprise dyes or flame retardants. A typical SMC mass contains about 12% crosslinkable plastic material, 45% mineral fillers, and 30% reinforcing fibers, so it is a resin and filler-rich fiber material.

Das SMC-Halbzeug lässt sich zuschneiden und mittels Fließ- oder Formpressen zum fertigen Bauteil weiter verarbeiten. Allerdings weisen SMC-Halbzeugen bislang Mängel durch mangelnde Mischungsgüte, Lufteinschlüsse und durch die im Prozess zu integrierende Transport- und Verpackungsfolien auf, die schwierig zu beherrschen sind und die Produktqualität beeinträchtigen.The SMC semi-finished product can be cut to size and further processed to the finished component using flow or compression molding. However, so far, SMC semi-finished products have suffered from poor mixing quality, air pockets and the transport and packaging films to be integrated in the process, which are difficult to control and impair product quality.

Zur Herstellung von Karosseriebauteilen für ein Kraftfahrzeug ist ferner ein dreischichtiger Werkstoffverbund aus zwei Stahldeckblechen und einer Zwischenlage aus viskoelastischem Material bekannt. Weiter werden zu diesem Zweck Mehrschichtverbundplatten aus leichten Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium oder Faserverbundkunststoffe verwendet. Hierzu beschreibt die DE 199 39 513 B4 eine Mehrschichtverbundplatte mit verbesserter Steifigkeit, Korrosionsschutz und Schwingungs- und Schalldämpfung, die zwei äußeren Metall- oder Kunststofftafeln als Deckel- oder Bodenplatte und eine Zwischenlage aus miteinander verschweißten, versinterten oder verklebten Kugeln aufweist.For the production of body components for a motor vehicle, a three-layer material composite of two steel cover plates and an intermediate layer of viscoelastic material is also known. Further, for this purpose, multi-layer composite panels of lightweight materials, such as aluminum or fiber composites used. This describes the DE 199 39 513 B4 a multi-layer composite panel with improved rigidity, corrosion protection and vibration and sound damping, the two outer metal or plastic panels as a cover or bottom plate and an intermediate layer of welded together, sintered or glued balls.

So bieten solche Mehrschichtverbundplatten für die Herstellung eines Karosseriebauteils wie etwa einem Fahrzeugdach eine maximale Gewichtseinsparung. Aufgrund der oben stehenden Nachteile bei SMC-Halbzeugen werden diese zum Aufbau von solchen Mehrschichtverbundplatte nicht verwendet.Thus, such multilayer composite panels provide maximum weight savings for the manufacture of a body component such as a vehicle roof. Due to the above disadvantages of SMC semi-finished products, these are not used for the construction of such multilayer composite panel.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optimiertes mehrschichtiges Faserkunststoffverbundhalbzeug bereitzustellen, das zur Herstellung eines Karosseriebauteils mit einer lackierbaren Oberfläche geeignet ist.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an optimized multilayer composite fiber plastic composite, which is suitable for producing a body component with a paintable surface.

Diese Aufgabe wird durch das Mehrschicht-Faserkunststoffverbundhalbzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the multi-layer fiber-plastic composite semifinished product having the features of claim 1.

Die Aufgabe der Herstellung eines solchen Mehrschicht-Faserkunststoffverbundhalbzeugs wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.The object of the production of such a multi-layer fiber-plastic composite semi-finished product is achieved by the method having the features of claim 8.

Weiterbildungen des Faserkunststoffverbundhalbzeugs und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the fiber-plastic composite semifinished product and the method are carried out in the respective subclaims.

Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein mehrschichtiges Faserkunststoffverbundhalbzeug aus drei oder mehr Schichten, wobei zumindest eine zwischen zwei Randschichten angeordnete Kernschicht aus miteinander verbundenen Füllkörpern besteht und die Randschichten mit der Kernschicht verbunden sind. Zumindest eine dieser Randschichten ist dabei als eine SMC-Schicht ausgeführt, die aus einer mit einem ersten Matrixmaterial trockenimprägnierten Faseranordnung gebildet wird, wobei es sich bei diesem Matrixmaterial um ein schrumpfreduziertes Matrixmaterial handelt, das eine Zusammensetzung zur Ausbildung einer Class-A-Oberfläche aufweist. Die SMC-Randschicht ist somit zur Ausbildung einer lackierbaren Oberfläche geeignet, so dass das Faserkunststoffverbundhalbzeug zur Fertigung eines Karosseriebauteils verwendet werden kann.A first embodiment relates to a multi-layer fibrous plastic composite semi-finished product of three or more layers, wherein at least one core layer arranged between two edge layers consists of interconnected fillers and the edge layers are connected to the core layer. At least one of these edge layers is embodied as an SMC layer which is formed from a fiber arrangement which has been dry-impregnated with a first matrix material, this matrix material being a shrink-reduced matrix material having a composition for forming a classifying layer. A-surface has. The SMC edge layer is thus suitable for the formation of a paintable surface, so that the fiber-plastic composite semifinished product can be used to produce a body component.

Bei der zweiten Randschicht kann es sich ebenfalls um eine SMC-Schicht handeln, die aus einer mit einem zweiten Matrixmaterial trockenimprägnierten Faseranordnung besteht. Dieses Matrixmaterial kann das gleiche wie das erste Matrixmaterial sein, es kann aber auch ein sich davon unterscheidendes Matrixmaterial sein, wenn lediglich eine der Randschichten eine lackierbare Class-A-Oberfläche bereitstellen soll.The second edge layer may also be an SMC layer consisting of a fiber arrangement dry-impregnated with a second matrix material. This matrix material may be the same as the first matrix material, but it may also be a different matrix material if only one of the surface layers is to provide a paintable Class A surface.

Die Verbindung der Füllkörper der Kernschicht wird durch ein drittes Matrixmaterial hergestellt, wobei die Füllkörper mit dem Matrixmaterial vermischt, insbesondere auch trockenimprägniert oder beschichtet vorliegen können. Ein Volumenanteil der Füllkörper der Kernschicht kann dabei zumindest 50% betragen.The compound of the packing of the core layer is produced by a third matrix material, wherein the filler can be mixed with the matrix material, in particular dry-impregnated or coated. A volume fraction of the packing of the core layer can be at least 50%.

Die SMC-Randschicht(en) des Faserkunststoffverbundhalbzeugs können eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 0,75 mm, insbesondere von 0,25 bis 0,5 mm und eine Dichte im Bereich von 1,0 bis 3, 0 g/cm3, insbesondere von 2,0 g/cm3 aufweisen. Die dazwischen angeordnete Kernschicht kann eine Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 7,5 mm, insbesondere von 1 bis 5 mm, und eine Dichte im Bereich von 0,3 bis 0,7 g/cm3, insbesondere von 0,5 g/cm3 haben.The SMC edge layer (s) of the semifinished fiber-plastic composite can have a layer thickness in the range from 0.1 to 0.75 mm, in particular from 0.25 to 0.5 mm, and a density in the range from 1.0 to 3.0 g / cm 3 , in particular of 2.0 g / cm 3 . The core layer arranged therebetween may have a layer thickness in the range of 0.5 to 7.5 mm, in particular of 1 to 5 mm, and a density in the range of 0.3 to 0.7 g / cm 3 , in particular of 0.5 g / cm 3 have.

Um eine Trockenimprägnierung der Faseranordnung(en) durchführen zu können, liegt das jeweils dazu verwendete Matrixmaterial in Pulverform vor. Auch das Matrixmaterial, das zur Einbettung der Füllkörper der Kernschicht verwendet wird, ist vorzugsweise ein pulverförmiges Matrixmaterial, wodurch jeweils eine sehr homogene Verteilung des Matrixmaterials in der Faseranordnung bzw. eine homogene Durchmischung mit den Füllkörpern erreicht werden kann. Damit die pulverförmigen Matrixmaterialien nach bekannten Trockenimprägnierverfahren mittels elektrostatischem Wechselfeld in die Faseranordnung eingebracht sowie mit den Füllkörpern vermischt werden kann, sind die Pulverpartikel der Matrixmaterialien elektrostatisierbar.In order to be able to carry out a dry impregnation of the fiber arrangement (s), the respectively used matrix material is in powder form. The matrix material used for embedding the packing of the core layer is also preferably a powdery matrix material, whereby in each case a very homogeneous distribution of the matrix material in the fiber arrangement or a homogeneous mixing with the packing can be achieved. In order that the powdery matrix materials can be introduced into the fiber arrangement by means of electrostatic alternating field by known dry impregnation methods and mixed with the filling bodies, the powder particles of the matrix materials can be electrostatically stabilized.

Das Matrixmaterial der Kernschicht kann sich von den Matrixmaterialien der Randschichten unterscheiden, so dass, je nach dem, ob für die Randschichten das gleiche oder unterschiedliche Matrixmaterialien verwendet werden, innerhalb des Faserkunststoffverbundhalbzeugs bis zu drei verschiedene Matrixmaterialien vorliegen können. Bei zwei verschiedenen Matrixmaterialien kommen die Kombinationen gleiches Matrixmaterial für die Randschichten und ein sich unterscheidendes Matrixmaterial für die Kernschicht oder gleiches Matrixmaterial für eine Randschicht und die Kernschicht und ein sich unterscheidendes Matrixmaterial für die andere Randschicht in Frage. Es kann aber auch für alle Schichten das gleiche Matrixmaterial verwendet werden, wodurch eine gute Verbindung zwischen den Schichten gesichert ist.The matrix material of the core layer may differ from the matrix materials of the edge layers, so that, depending on whether the same or different matrix materials are used for the edge layers, up to three different matrix materials may be present within the fiber-plastic composite semi-finished product. In the case of two different matrix materials, the combinations of the same matrix material for the edge layers and a different matrix material for the core layer or the same matrix material for one edge layer and the core layer and a different matrix material for the other edge layer come into question. But it can also be used for all layers, the same matrix material, whereby a good connection between the layers is secured.

Werden verschiedene Matrixmaterialien für die SMC-Randschicht und die Kernschicht verwendet, so muss es sich zumindest bei dem Matrixmaterial der SMC-Randschicht um das schrumpfreduzierte Matrixmaterial handeln, dessen Zusammensetzung entsprechende Zusätzen von Mitteln zur Schwundreduktion aufweist, die einen Schrumpf von unter 0,05% bereitstellen. Die Matrixmaterialien von Kernschicht und Randschichten sollten zumindest teilweise miteinander mischbar sein und beim Aushärten gemeinsam vernetzen können, um eine gute Verbindung der Schichten zu erzielen.If different matrix materials are used for the SMC boundary layer and the core layer, then at least the matrix material of the SMC boundary layer must be the shrink-reduced matrix material whose composition has corresponding additions of shrinkage reducing agents which produce a shrinkage of less than 0.05%. provide. The matrix materials of core layer and edge layers should be at least partially miscible with each other and can crosslink together during curing, in order to achieve a good connection of the layers.

Ferner kann ein erfindungsgemäßes Faserkunststoffverbundhalbzeug nach einer weiteren Ausführungsform noch zumindest eine weitere Schicht aufweisen, die zwischen den Randschichten angeordnet ist. Dabei kann es sich um ein Trägervlies oder eine weitere SMC-Schicht oder eine Füllkörperschicht, die einer weiteren Kernschicht entspricht, handeln. Auch Kombinationen sind denkbar. Ferner kann das Faserkunststoffverbundhalbzeug eine Funktionsschicht umfassen, die beispielsweise eine leitfähige Schicht sein kann, die begrenzt leitfähig mit einem Oberflächenwiderstand in einem Bereich von 5 bis 100 kΩ/cm eingestellt werden kann.Furthermore, according to a further embodiment, a semi-finished fiber-plastic composite according to the invention may also have at least one further layer which is arranged between the edge layers. This may be a carrier fleece or a further SMC layer or a filler layer which corresponds to a further core layer. Combinations are also conceivable. Furthermore, the semifinished fiber plastic composite product may comprise a functional layer, which may for example be a conductive layer, which may be adjusted to a limited conductivity with a surface resistance in a range of 5 to 100 kΩ / cm.

Die in der Kernschicht verwendeten Füllkörper können Hohlkörper sein, wobei Hohlkugeln oder kugelähnliche Hohlkörper wie Ellipsoide bevorzugt sind, die sich geeignet in der Kernschicht anordnen lassen. Die Füllkörper können unterschiedliche Abmessungen aufweisen, so können auch unterschiedlich große Füllkörper in einer Kernschicht verwendet werden. Werden Hohlkörper verwendet, so können nicht nur die Abmessungen, sondern auch die Wandstärken variieren. Die Füllkörper können in geordneter oder ungeordneter Anordnung in der Kernschicht vorliegen, wobei eine geordnete Anordnung eine Schicht- oder Gradientenstruktur bezüglich der Abmessungen der Füllkörper aufweisen kann. So kann etwa ein Kugeldurchmesser von der Mitte der Kernschicht zu den Randschichten hin abnehmen. Geeignete Füllkörpermaterialien umfassen Glas, Keramik und/oder Kunststoff. Als Faseranordnung werden vorzugsweise Faservliese oder Fasermatten verwendet, andere Faseranordnungen wie Geflechte, Gewebe und Gestricke etc. sind aber gegebenenfalls auch denkbar. Bei den Verstärkungsfasern kann es sich um Glas-, Polymer- und/oder Keramikfasern handeln. Auch Carbonfasern können verwendet werden, wenn sie eine isolierende Beschichtung aufweisen, so dass sie im elektrischen Wechselfeld bei der Trockenimprägnierung nicht beeinflusst werden.The fillers used in the core layer may be hollow bodies, wherein hollow spheres or spherical hollow bodies such as ellipsoids are preferred, which can be suitably arranged in the core layer. The fillers may have different dimensions, so differently sized filler can be used in a core layer. If hollow bodies are used, not only the dimensions but also the wall thicknesses can vary. The packing may be arranged in an ordered or disordered arrangement in the core layer, wherein an ordered arrangement may have a layer or gradient structure with respect to the dimensions of the packing. For example, a ball diameter may decrease from the center of the core layer to the edge layers. Suitable packing materials include glass, ceramic and / or plastic. As a fiber arrangement preferably nonwoven or fiber mats are used, but other fiber arrangements such as braids, fabrics and knits, etc. are also possibly conceivable. The reinforcing fibers may be glass, polymer and / or ceramic fibers. Carbon fibers can also be used If they have an insulating coating, so that they are not affected in the alternating electric field in the dry impregnation.

Das erfindungsgemäße Faserkunststoffverbundhalbzeug eignet sich insbesondere zur Herstellung eines Karosseriebauteils eines Kraftfahrzeugs, wobei eine als SMC-Schicht ausgebildete Randschicht des Faserkunststoffverbundhalbzeugs, die das schrumpfreduzierte Matrixmaterial aufweist, die lackierbare Class-A-Oberfläche bereitstellt, wobei mit dieser Randschicht die Außenhaut des Karosseriebauteils gebildet wird.The fiber composite semifinished product according to the invention is particularly suitable for producing a body component of a motor vehicle, wherein an edge layer formed as an SMC layer of the semifinished fiber composite semifinished product comprising the shrink-reduced matrix material provides the paintable Class A surface, with this outer layer forming the outer skin of the body component.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs umfasst das Trockenimprägnieren zumindest einer Faseranordnung mit einem ersten elektrostatisierbaren pulverförmigen Matrixmaterial in einem elektrischen Wechselfeld. Ferner werden die Füllkörper mit dem dritten, vorzugsweise ebenfalls elektrostatisierbaren pulverförmigen Matrixmaterial vermischt, trockenimprägniert und/oder beschichtet. Es folgt das Anordnen der mit dem dritten Matrixmaterial vermischten, trockenimprägnierten und/oder beschichteten Füllkörper zwischen der mit dem ersten Matrixmaterial trockenimprägnierten Faseranordnung und einer eine zweite Randschicht bildenden Lage. Bei dieser kann es sich um eine Kunststoffplatte, eine Metallplatte oder eine faserverstärkte Kunststoffverbundplatte handeln, es kann sich aber auch um eine mit einem zweiten Matrixmaterial trockenimprägnierte Faseranordnung handeln. Das dazu verwendete Matrixmaterial kann das gleiche Matrixmaterial wie das erste Matrixmaterial sein, so dass die zweite Randschicht ebenfalls eine SMC-Schicht ist, es kann aber auch ein sich von dem ersten Matrixmaterial unterscheidendes Matrixmaterial verwendet werden.A method according to the invention for producing a multilayer fiber-plastic composite semifinished product comprises the dry impregnation of at least one fiber arrangement with a first, electrostatically matable powdered matrix material in an alternating electric field. Furthermore, the fillers are mixed with the third, preferably also electrostatically powdered matrix material, dry-impregnated and / or coated. This is followed by arranging the dry-impregnated and / or coated filling bodies mixed with the third matrix material between the fiber arrangement dry-impregnated with the first matrix material and a layer forming a second boundary layer. This can be a plastic plate, a metal plate or a fiber-reinforced plastic composite plate, but it can also be a fiber arrangement dry-impregnated with a second matrix material. The matrix material used for this purpose may be the same matrix material as the first matrix material, so that the second edge layer is likewise an SMC layer, but it is also possible to use a matrix material which differs from the first matrix material.

In dieser Schichtanordnung erfolgt durch Zuführen von Wärme und/oder durch Ausüben eines Pressdrucks das eigentliche Imprägnieren der Faseranordnung mit dem ersten Matrixmaterial, wobei die SMC-Schicht gebildet wird, und das Verbinden der Füllkörper mit dem dritten Matrixmaterial, so dass die Kernschicht entsteht, sowie das Verbinden der Kernschicht mit den Randschichten. Ist die zweite Randschicht eine entsprechende trocken imprägnierte Faseranordnung, so erfolgt auch dort im Schichtaufbau durch Zuführen von Wärme und/oder durch Ausüben des Pressdrucks das Imprägnieren, indem die Matrixmaterialen aufgeschmolzen werden, und die Fasern beziehungsweise die Füllkörper umfließen können, wobei sie jedoch noch nicht aushärten, bzw. vernetzen. Nach erfolgter Imprägnierung kann das Faserkunststoffverbundhalbzeug gegebenenfalls gekühlt werden und der Weiterverarbeitung beispielsweise der Herstellung von Karosseriebauteilen zugeführt werden.In this layer arrangement, the actual impregnation of the fiber arrangement with the first matrix material, whereby the SMC layer is formed, and the bonding of the filler bodies to the third matrix material, so that the core layer is formed, takes place by supplying heat and / or by exerting a pressing pressure the bonding of the core layer to the edge layers. If the second boundary layer is a corresponding dry-impregnated fiber arrangement, the layer structure is also produced there by applying heat and / or by exerting the pressure by impregnating the matrix materials and allowing the fibers or fillers to flow around, but not yet harden, or network. After impregnation, the fiber-plastic composite semifinished product can optionally be cooled and the further processing, for example, the production of body parts supplied.

Das Herstellungsverfahren kann das separate Fertigen der trockenimprägnierten Faseranordnungen, die die Randschichten bilden sollen, und der Füllkörper-Matrix-Mischung, die die Kernschicht bilden wird, umfassen, wobei anschließend das Anordnen der Füllkörper-Matrix-Mischung zwischen den trockenimprägnierten Faseranordnungen erfolgt, die dann in einem Laminierprozess zusammengeführt und imprägniert werden.The manufacturing process may include separately preparing the dry-impregnated fiber assemblies that are to form the skin layers and the filler-matrix mixture that will form the core layer, then placing the filler-matrix mixture between the dry-impregnated fiber assemblies, which then be combined and impregnated in a lamination process.

Alternativ kann das Herstellungsverfahren die Schritte des Trockenimprägnierens und des Anordnens kombinieren und die kontinuierliche sequenzielle Fertigung der Schichten umfassen, wobei in einem ersten Trockenimprägnierschritt eine Faseranordnung gebildet wird, die die untere Randschicht bildet, und auf die die Mischung aus Füllkörpern und Matrixmaterial, die gegebenenfalls im elektrischen Wechselfeld homogenisiert wird, zur Bildung der Kernschicht aufgebracht wird. In der letzten Stufe wird zur Bildung der oberen Randschicht auf der Füllkörper-Matrix-Schicht eine weitere trockenimprägnierte Faseranordnung aufgebracht, woraufhin direkt der eigentliche Imprägnierschritt folgen kann.Alternatively, the manufacturing method may combine the steps of dry impregnating and placing and comprising the continuous sequential fabrication of the layers, wherein in a first dry impregnation step a fiber assembly is formed which forms the lower surface layer and to which the mixture of packing and matrix material optionally present in the alternating electric field is homogenized, is applied to form the core layer. In the last stage, a further dry-impregnated fiber arrangement is applied to form the upper boundary layer on the filler-matrix layer, whereupon the actual impregnation step can follow directly.

Das Entlüften des mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs kann dabei durch Anlegen eines Vakuums während des Imprägnierens und/oder durch zusätzliches Walzen des gebildeten mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs bei leicht erhöhter Temperatur erfolgen.The venting of the multi-layer fiber composite plastic semifinished product can be carried out by applying a vacuum during impregnation and / or by additional rolling of the formed multilayer fiber-plastic composite semifinished product at a slightly elevated temperature.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich das mehrschichtige Faserkunststoffverbundhalbzeug mit einem Minimum an Lufteinschlüssen und einem minimalen Aufwand an Transport und Verpackung, und zugleich verbesserter Durchmischung des die Randschichten bildenden SMCs herstellen. Es können Class-A-Oberflächen in Leichtbauweise realisiert werden.By means of the method according to the invention, the multilayer fiber composite semifinished product can be produced with a minimum of air inclusions and a minimal amount of transport and packaging, and at the same time improved mixing of the SMCs forming the surface layers. Class A surfaces can be realized in lightweight construction.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dabei der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description serves to assist in describing and facilitating the understanding of the subject matter. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Schnittansicht durch den Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Faserkunststoffverbundhalbzeugs, 1 a schematic sectional view through the layer structure of an embodiment according to the invention of the fiber-plastic composite semifinished product,

2 eine schematische Darstellung von Schritten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, 2 a schematic representation of steps of a first embodiment of the manufacturing method according to the invention,

3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. 3 a schematic representation of another embodiment of the manufacturing method according to the invention.

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Faserkunststoffverbundhalbzeug 1, wie es beispielhaft in 1 skizziert ist. Dort besteht das Verbundhalbzeug 1 aus drei Schichten. Anders als dargestellt kann ein erfindungsgemäßes Faserkunststoffverbundhalbzeug aber auch mehr Schichten aufweisen. Jedenfalls weist das Faserkunststoffverbundhalbzeug 1 eine zwischen zwei Randschichten 2 angeordnete Kernschicht 3 auf, die aus miteinander verbundenen Füllkörpern 6 besteht, die in 1 kugelförmig sind. Rand- und Kernschicht 2, 3 sind jeweils miteinander verbunden.The invention relates to a multilayer fibrous plastic composite semifinished product 1 as exemplified in 1 outlined. There is the composite semi-finished product 1 from three layers. Unlike shown, however, a fiber composite semifinished product according to the invention may also have more layers. In any case, the fiber plastic composite semi-finished 1 one between two outer layers 2 arranged core layer 3 on, made of interconnected packing 6 that exists in 1 are spherical. Edge and core layer 2 . 3 are each connected to each other.

Im vorliegenden Beispiel sind beide Randschichten 2 als SMC-Schichten ausgeführt und sind aus einer in einem ersten Matrixmaterial 4 trockenimprägnierten Faseranordnung 5 gebildet. Die Faseranordnung 5 kann ein Faservlies oder eine Fasermatte sein, deren Fasern aus einem Glas-, Polymer-, Keramikmaterial und/oder aus Carbonfasern, bzw. Kohlenstofffasern sind. Um ein Fasermaterial aus Carbonfasern im elektrischen Wechselfeld trockenimprägnierten zu können, weisen die Carbonfasern eine isolierende Beschichtung auf. Geeignete isolierend wirkende Schlichten sind bekannt.In the present example, both boundary layers 2 designed as SMC layers and are made of one in a first matrix material 4 dry-impregnated fiber arrangement 5 educated. The fiber arrangement 5 may be a non-woven fabric or a fiber mat whose fibers are made of a glass, polymer, ceramic material and / or carbon fibers, or carbon fibers. In order to be able to dry-impregnate a fiber material made of carbon fibers in the alternating electric field, the carbon fibers have an insulating coating. Suitable insulating fillers are known.

Mit diesem Schichtaufbau, der erfindungsgemäß SMC-Schichten als Randschichten 2 aufweist, die eine lackierbare Oberfläche ausbilden, kann das Faserkunststoffverbundhalbzeug 1 zur Herstellung eines Karosseriebauteils verwendet werden. Hierfür wäre zwar generell nur eine als SMC-Schicht ausgebildete Randschicht 2 notwendig, die die Class-A-Oberfläche ausbilden kann, zur einfacheren Handhabung des Faserkunststoffverbundhalbzeugs 1 jedoch können beide Randschichten 2, wie dargestellt, SMC-Schichten sein, so dass bei der Anordnung des Faserkunststoffverbundhalbzeugs 1 in einem Formwerkzeug nicht auf die Seite der Randschicht 2 geachtet werden muss, d. h. dass beide Randschichten 2 zur Ausbildung der Class-A-Oberfläche geeignet sind, obwohl die für eine ins Innere weisende Oberfläche eines Karosseriebauteils aufgrund der dort später vorliegenden Verkleidung nicht erforderlich wäre.With this layer structure, according to the invention SMC layers as surface layers 2 has, which form a paintable surface, the semi-finished fiber plastic composite 1 be used for the production of a body component. For this purpose, although generally only a SMC layer formed as a boundary layer 2 necessary, which can form the Class A surface, for easier handling of the fiber-plastic composite semi-finished product 1 however, both marginal layers can 2 As shown, be SMC layers, so that in the arrangement of the fiber-plastic composite semifinished product 1 in a mold not on the side of the surface layer 2 must be respected, ie that both edge layers 2 are suitable for the formation of the class A surface, although for an inwardly facing surface of a body component would not be required due to the later there disguise.

Die Füllkörper 6 der Kernschicht 3 werden durch das Matrixmaterial 7 verbunden. Wird ein pulverförmiges Matrixmaterial 7 verwendet, so können die Füllkörper 6 sehr gut damit vermischt werden. Auch lässt sich durch Trockenimprägnieren im elektrischen Wechselfeld eine homogene Mischung aus Füllkörpern 6 und dem Matrixmaterial 7 erreichen. Gegebenenfalls kann auch ein Granulat verwendet werden, das aus mit Matrixmaterial 7 beschichteten Füllkörpern 6 besteht.The packing 6 the core layer 3 be through the matrix material 7 connected. Will be a powdery matrix material 7 used, so can the packing 6 be very well mixed with it. Dry impregnation in the alternating electric field also permits a homogeneous mixture of random packings 6 and the matrix material 7 to reach. Optionally, it is also possible to use a granulate which comprises matrix material 7 coated packing 6 consists.

Die SMC-Randschichten) 2 des Faserkunststoffverbundhalbzeugs 1 kann/können eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 0,75 mm, insbesondere von 0,25 bis 0,5 mm, und eine Dichte im Bereich von 1,0 bis 3, 0 g/cm3, insbesondere von 2,0 g/cm3 aufweisen. Die dazwischen angeordnete Kernschicht 3 kann eine Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 7,5 mm, insbesondere von 1 bis 5 mm, und eine Dichte im Bereich von 0,3 bis 0,7 g/cm3, insbesondere von 0,5 g/cm3 haben. Ein beispielhaftes Faserkunststoffverbundhalbzeug 1 mit Randschichten 2 von je 0,25 mm und einer Dichte von 2,0 g/cm3 und einer Kernschicht 3 von 2 mm und einer Dichte von 0,5 g/cm3 weist ein Flächengewicht von 2 kg/m2 auf, was einer mittleren Dichte von 0,8 g/cm3 entspricht, woraus sich eine Gewichtsminderung eines daraus gefertigten Karosseriebauteils gegenüber dem Stand der Technik von ca. 50% ergibt.The SMC surface layers) 2 of the fiber-plastic composite semifinished product 1 can have a layer thickness in the range of 0.1 to 0.75 mm, in particular of 0.25 to 0.5 mm, and a density in the range of 1.0 to 3.0 g / cm 3 , in particular of 2, 0 g / cm 3 . The interposed core layer 3 may have a layer thickness in the range of 0.5 to 7.5 mm, in particular of 1 to 5 mm, and a density in the range of 0.3 to 0.7 g / cm 3 , in particular of 0.5 g / cm 3 , An exemplary fiber-plastic composite semifinished product 1 with boundary layers 2 of 0.25 mm each and a density of 2.0 g / cm 3 and a core layer 3 of 2 mm and a density of 0.5 g / cm 3 has a basis weight of 2 kg / m 2 , which corresponds to an average density of 0.8 g / cm 3 , resulting in a weight reduction of a manufactured from this body component compared to the state the technique of about 50% results.

Um eine gute Verbindung, die bei Verwendung gleicher Matrixmaterialien gewährleistet ist, zwischen Schichten 2, 3 zu sichern, die unterschiedliche Matrixmaterialien 4, 7 aufweisen, sollten Matrixmaterialien verwendet werden, die die gleiche vernetzungsfähige Kunststoffkomponente aufweisen. Die jeweilig für die verschiedenen Schichten 2, 3 erforderlichen Eigenschaften können dann über variierende Anteile und verschiedene Zusatzstoffe eingestellt werden. Generell muss das Matrixmaterial 4 der SMC-Randschicht 2 ein schrumpfreduziertes Matrixmaterial 4 sein, während das Matrixmaterial 7 der Kernschicht 3 hinsichtlich einer optimalen Einbettung der Füllkörper 6 ausgewählt werden kann. Werden verschiedene vernetzungsfähige Kunststoffkomponenten für die Matrixmaterialien von Rand- und Kernschicht 2, 3 verwendet, so sollten diese zumindest teilweise miteinander mischbar sein und beim Aushärten gemeinsam vernetzten, um eine gute Verbindung der Schichten zu erzielen.To ensure a good bond between layers when using the same matrix materials 2 . 3 to secure the different matrix materials 4 . 7 should be used, matrix materials having the same crosslinkable plastic component. The respective for the different layers 2 . 3 required properties can then be adjusted via varying proportions and various additives. Generally, the matrix material needs 4 the SMC boundary layer 2 a shrink-reduced matrix material 4 be while the matrix material 7 the core layer 3 with regard to an optimal embedding of the packing 6 can be selected. Be different crosslinkable plastic components for the matrix materials of the edge and core layer 2 . 3 used, they should be at least partially miscible with each other and crosslinked during curing in order to achieve a good connection of the layers.

Idealer Weise sollte sich bei Verwendung unterschiedlicher Matrixmaterialien 4, 7 das Schrumpfverhalten der beiden nicht allzu sehr unterscheiden. Als vernetzungsfähiges Kunststoffmaterial der Matrixmaterialien kommen thermoplastische oder thermisch aushärtende Harze in Frage. Weitere Bestandteile des Matrixmaterials können Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe wie etwa Kreide oder Gesteinsmehl, sowie Additive zur Schwundreduktion sein. Weitere Zusätze wie Inhibitoren, inerte Trennmittel, Reaktionsbeschleuniger, Farbstoffe oder Flammschutzmittel können je nach gewähltem Harz variieren.Ideally, it should be different when using different matrix materials 4 . 7 the shrinkage behavior of the two do not differ too much. Suitable crosslinkable plastic material of the matrix materials are thermoplastic or thermosetting resins. Other constituents of the matrix material may be fillers, in particular mineral fillers such as chalk or rock flour, as well as additives for shrinkage reduction. Other additives such as inhibitors, inert release agents, reaction accelerators, dyes or flame retardants may vary depending on the selected resin.

Über den Fasermattenaufbau, beispielsweise über die Faserlänge, und über die Eigenschaften der Matrixmaterialien bzw. deren Zusammensetzungen, können die Fließfähigkeiten von Rand- und Kernschicht abgestimmt werden. Je größer die verwendete Faserlänge, desto höher der Fließwiderstand. Generell eignet sich der mehrschichtige Aufbau des erfindungsgemäßen Faserkunststoffverbundhalbzeugs jedoch vorzugsweise für das Formpressen zu komplex geformten Bauteilen wie etwa einer Dach-Außenhaut einer Kraftfahrzeugkarosserie.Over the fiber mat structure, for example over the fiber length, and over the properties of the matrix materials or their compositions, the flow capabilities of edge and core layer can be tuned. The larger the fiber length used, the higher the flow resistance. In general, however, the multi-layer structure of the fiber-plastic composite semi-finished product according to the invention is preferably suitable for molding into components of complex shape, such as a roof outer skin of a motor vehicle body.

Abweichend von dem in 1 dargestellten Schichtaufbau kann ein erfindungsgemäßes Faserkunststoffverbundhalbzeug zwischen den Randschichten auch noch weitere Schichten aufweisen. Denkbar sind hier beispielsweise eine weitere SMC-Schicht, die zwischen zwei Füllkörperschichten liegt oder auch eine Schicht aus einem Trägervlies oder eine Funktionsschicht. Eine leitfähige Schicht als Funktionsschicht, die begrenzt leitfähig mit einem Oberflächenwiderstand in einem Bereich von 5 bis 100 kΩ/cm eingestellt ist, kann etwa für eine elektrostatische Lackierung der Oberfläche verwendet werden, so dass hier eine Anordnung der Funktionsschicht zwischen der SMC-Randschicht und der Kernschicht sinnvoll ist.Notwithstanding the in 1 shown layer structure, a fiber composite semifinished product according to the invention between the surface layers also have further layers. For example, another SMC layer which lies between two random packings or else a layer of a carrier nonwoven or a functional layer is conceivable here. A conductive layer as a functional layer, which is set to a limited conductivity with a surface resistance in a range of 5 to 100 kΩ / cm, can be used for an electrostatic coating of the surface, so that here an arrangement of the functional layer between the SMC surface layer and the Core layer makes sense.

Die zur Bildung der Kernschicht 3 verwendeten kugelförmigen Füllkörper 6 verleihen dem mehrschichtigen Verbundhalbzeug eine sehr gute Umformbarkeit. Der Spannungsübergang verläuft innerhalb des Werkstücks durch die kugelförmigen Füllkörper fließend. Die Kugel- oder Hohlkugelkernschicht 3 ermöglicht eine große Aufbauhöhe des Sandwichaufbaus 1 von mehreren Millimetern bis Zentimetern bei einem niedrigen spezifischen Gewicht. Da infolge der Übertragung der Schubspannung diese Aufbauhöhe mit der dritten Potenz zur Gesamtsteifigkeit beiträgt, wird gewichtsspezifisch eine hohe Steifigkeit des Gesamtverbundes erzielt. Die gute Umformbarkeit gestattet die Realisierung komplexer, vorgeformter Geometrien, wie sie bei Karosseriebauteile auftreten.The formation of the core layer 3 used spherical filler 6 give the multilayer semi-finished composite a very good formability. The voltage transition is flowing within the workpiece through the spherical filling body. The spherical or hollow core layer 3 allows a large installation height of the sandwich construction 1 from several millimeters to centimeters at a low specific gravity. Since, as a result of the transmission of the shear stress, this construction height contributes to the overall rigidity with the third power, a high rigidity of the overall composite is achieved on a weight-specific basis. The good formability allows the realization of complex, preformed geometries, such as occur in body parts.

Das erfindungsgemäße Faserkunststoffverbundhalbzeug eignet sich damit insbesondere zur Herstellung eines Karosseriebauteils, wobei eine als SMC-Schicht ausgebildete Randschicht des Faserkunststoffverbundhalbzeugs, die die lackierbare Class-A-Oberfläche aufweist, die eine Außenhaut des Karosseriebauteils bildet.The fiber composite semifinished product according to the invention is therefore particularly suitable for the production of a body component, wherein an edge layer formed as an SMC layer of the semifinished fiber composite, which has the paintable Class A surface forming an outer skin of the body component.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs umfasst das Trockenimprägnieren zumindest einer, eine Randschicht 2 bildenden Faseranordnung 5 mit einem ersten elektrostatisierbaren pulverförmigen und Schrumpf reduzierten Matrixmaterial 4 in einem elektrischen Wechselfeld. Dargestellt ist dieser Verfahrensschritt in 2 auf der linken Seite. Auf die Fasermatte 5, die kontinuierlich, beispielsweise von einem Coil zugeführt wird, wird das pulverförmige Matrixmaterial 4 von einer Aufbringstation 10 aufgebracht, woraufhin die Fasermatte 5 mit dem aufgebrachten Matrixmaterial 4 ein elektrostatisches Wechselfeld durchläuft, das zwischen den Elektroden 11 aufgebaut wird.A method according to the invention for producing a multilayered fiber-plastic composite semifinished product comprises the dry impregnation of at least one, an edge layer 2 forming fiber assembly 5 with a first electrostatically controllable powdery and shrink-reduced matrix material 4 in an alternating electric field. This process step is shown in FIG 2 on the left. On the fiber mat 5 , which is supplied continuously, for example from a coil, the powdery matrix material 4 from an application station 10 applied, whereupon the fiber mat 5 with the applied matrix material 4 passes through an electrostatic alternating field, that between the electrodes 11 is built.

Diese Art der Einbringung eines pulverförmigen Materials in eine Faseranordnung ist bekannt und wird etwa in der EP 1 678 372 B1 beschrieben. Dort wird beschrieben, wie organische Polymer- und Mineralpulver mittels einer angelegten Wechselspannung in ein faserartiges Netzwerk eingebracht werden können, wobei es sich bei den organischen Polymeren um thermoplastische oder thermisch härtbare Polymere handelt. Dazu weist dort eine obere Elektrode zur Erzeugung des Wechselfels zumindest ein elektrodenartiges Rohr auf und das verwendete Wechselfeld liegt zwischen 0,1 und 20 kV/mm. In der DE 690 28 550 T2 ist ebenfalls ein Trockenimprägnierverfahren mit dem Herstellungsverfahren für ein Halbzeug zur Herstellung von Sinterverbundwerkstoffen mit einer durch lange Fasern verstärkten Verbundmatrix beschrieben.This type of introduction of a powdery material into a fiber arrangement is known and is approximately in the EP 1 678 372 B1 described. It describes how organic polymer and mineral powders can be introduced into a fibrous network by means of an applied AC voltage, wherein the organic polymers are thermoplastic or thermally curable polymers. For this purpose, an upper electrode for generating the alternating field there has at least one electrode-like tube and the alternating field used is between 0.1 and 20 kV / mm. In the DE 690 28 550 T2 Also, a dry impregnation process is described with the semis production process for producing sintered composites with a long fiber reinforced composite matrix.

Voraussetzung für ein solches Trockenimprägnier-Verfahren im elektrischen Wechselfeld sind Pulver, die im elektrischen Wechselfeld beweglich sind, d. h. Ladung aufnehmen und abgeben. Somit werden hier zur Bildung der erfindungsgemäßen SMC-Randschichten durch Trockenimpägnieren die Matrixmaterialien in Pulverform verwendet und nicht, wie bislang in SMC-Technologie üblich, in Form flüssiger Pasten.Prerequisite for such a dry impregnation process in the alternating electric field are powders which are movable in the alternating electric field, d. H. Pick up and deliver cargo. Thus, the matrix materials are used in powder form here to form the SMC edge layers according to the invention by dry impregnation and not, as usual in SMC technology, in the form of liquid pastes.

Wie die separat trockenimprägnierte Fasermatte 5, wie in 2 dargestellt, können die weiteren Schichten für das Faserkunststoffverbundhalbzeug separat gefertigt werden und in einem weiteren Prozessschritt entsprechend dem Schichtaufbau angeordnet und zusammengeführt werden. Die eigentliche Imprägnierung, bei der die vernetzungsfähigen Kunststoffkomponenten der Matrixmaterialien 4, 7 aufgeschmolzen werden, um die Fasern der Fasermatte 5 und die Füllstoffe der Matrixmaterialien 4, 7 zu umfließen, bzw. die Füllkörper 6 und die jeweiligen Schichten 2, 3 miteinander zu verbinden, findet unter Wärmezufuhr und/oder durch Ausüben eines Pressdrucks etwa durch Walzen in der Vorrichtung 12 statt. Bei dem Imprägnieren in der Vorrichtung 12 findet zwar ein Aufschmelzen der Matrixmaterialien 4, 7 nicht aber eine Vernetzungsreaktion bzw. das Aushärten des Matrixmaterials 4 statt.Like the separately dry-impregnated fiber mat 5 , as in 2 illustrated, the other layers for the semifinished fiber plastic composite can be made separately and arranged in a further process step according to the layer structure and merged. The actual impregnation, in which the crosslinkable plastic components of the matrix materials 4 . 7 melted to the fibers of the fiber mat 5 and the fillers of the matrix materials 4 . 7 to flow around, or the packing 6 and the respective layers 2 . 3 to connect with each other takes place under heat and / or by applying a pressing pressure such as by rolling in the device 12 instead of. In the impregnation in the device 12 indeed finds a melting of the matrix materials 4 . 7 but not a crosslinking reaction or the curing of the matrix material 4 instead of.

Anders als dargestellt, könnte die zweite Randschicht unter Umständen auch nur aus einer Kunststofffolie, einer Metallplatte oder einer Kunststofffaserverbundschicht bestehen, die nicht den Anforderungen an eine Class-A-Oberfläche genügen muss. Vorzugsweise wird aber auch die zweite Randschicht 2 durch das Trockenimprägnieren einer Faseranordnung 5 mit dem ersten elektrostatisierbaren pulverförmigen Matrixmaterial 4 in einem elektrischen Wechselfeld 11 gebildet, so dass das spätere Handling des gebildeten Faserkunststoffverbundhalbzeugs wie zuvor erläutert erleichtert wird. Allerdings können, etwa im Falle der Einbringung einer Funktionsschicht unterscheidbare Randschichten von Vorteil sein. Gegebenenfalls lässt sich dies auch mittels unterschiedlicher Farbzusätze in dem ersten Matrixmaterial realisieren.Other than shown, the second edge layer could possibly consist only of a plastic film, a metal plate or a plastic fiber composite layer, which does not have to meet the requirements of a Class A surface. Preferably, however, the second boundary layer is also used 2 by dry-impregnating a fiber assembly 5 with the first electrostatically powdered matrix material 4 in an alternating electric field 11 formed, so that subsequent handling of the fiber composite semifinished product formed as described above is facilitated. However, for example, in the case of incorporation of a functional layer distinguishable edge layers may be advantageous. Optionally, this can also be realized by means of different color additives in the first matrix material.

Die Schichten 2, 3 können alternativ, wie in 3 skizziert, kontinuierlich sequentiell aufgebaut werden. Nach dem Trockenimprägnieren einer ersten Fasermatte 5 mit Matrixmaterial 4 im elektrischen Wechselfeld 11, werden direkt auf diese trockenimprägnierte Fasermatte 5 die Füllkörper 6 und das Matrixmaterial 7 aus entsprechenden Vorrichtungen 13, 10 aufgebracht, und dann ebenfalls durch ein elektrostatisches Wechselfeld 11 geführt. Anders als dargestellt, können Füllkörper 6 und Matrixmaterial 7 auch vorab gemischt, bzw. die Füllkörper 6 mit dem Matrixmaterial 7 beschichtet werden, und gemeinsam auf die untere trockenimprägnierte Fasermatte 5 aufgebracht werden. In der dritten Stufe wird eine weitere Fasermatte 5 auf der Füllkörper-Matrixmaterialschicht abgelegt, mit dem gewünschten Matrixmaterial 4 versehen, das dann bei Durchlaufen eines weiteren Wechselfelds 11 in die Fasermatte 5 eindringt. Anschließend erfolgt das Nassimprägnieren in Vorrichtung 12 unter Wärmezufuhr und/oder unter Ausüben eines Pressdrucks.The layers 2 . 3 Alternatively, as in 3 sketched, continuously sequentially constructed. After dry impregnation of a first fiber mat 5 with matrix material 4 in the alternating electric field 11 , are applied directly to this dry-impregnated fiber mat 5 the packing 6 and the matrix material 7 from corresponding devices 13 . 10 applied, and then also by an electrostatic alternating field 11 guided. Other than shown, packing can be 6 and matrix material 7 also mixed in advance, or the filler 6 with the matrix material 7 coated, and together on the bottom dry-impregnated fiber mat 5 be applied. In the third stage is another fiber mat 5 deposited on the packed matrix material layer, with the desired matrix material 4 provided, then when passing through another alternating field 11 in the fiber mat 5 penetrates. Subsequently, the wet impregnation takes place in the device 12 under heat and / or exerting a pressing pressure.

Das Entlüften des mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs kann dabei durch Anlegen eines Vakuums während des Imprägnierens in Vorrichtung 12 und/oder durch zusätzliches Walzen des gebildeten mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs bei leicht erhöhter Temperatur erfolgen. Die Entlüftung kann somit im einfachsten Fall durch ein während des Imprägnierens beim SMC-Pressen angelegte Vakuum im Presswerkzeug gelöst werden.The venting of the multilayer fiber composite plastic semifinished product can by applying a vacuum during the impregnation in device 12 and / or by additional rolling of the formed multilayer fiber-plastic composite semifinished product at slightly elevated temperature. The vent can thus be solved in the simplest case by an applied during the impregnation during SMC pressing vacuum in the press tool.

In beiden in 2 und 3 skizzierten Verfahrensvarianten wird das erfindungsgemäße mehrschichtige Faserkunststoffverbundhalbzeug mit den Randschichten 2 und der Kernschicht 3 erhalten, das in einem konsolidierten Zustand für die weitere Verarbeitung vorliegt. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Kühlung bei einem Walzvorgang unterstützt werden.In both in 2 and 3 outlined variants of the method of the invention, the multi-layer fiber composite plastic semi-finished product with the edge layers 2 and the core layer 3 obtained in a consolidated state for further processing. This can be supported for example by a corresponding cooling during a rolling process.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich das mehrschichtige Faserkunststoffverbundhalbzeug mit einem Minimum an Lufteinschlüssen und einem minimalen Aufwand an Transport und Verpackung, und zugleich verbesserter Durchmischung des die Randschichten bildenden SMCs herstellen. So können vorteilhaft Class-A-Oberflächen in Leichtbauweise realisiert werden.By means of the method according to the invention, the multilayer fiber composite semifinished product can be produced with a minimum of air inclusions and a minimal amount of transport and packaging, and at the same time improved mixing of the SMCs forming the surface layers. Thus, it is advantageous to realize class A surfaces in lightweight construction.

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Claims (10)

Mehrschichtiges Faserkunststoffverbundhalbzeug (1), das drei oder mehr Schichten aufweist, wobei zumindest eine Kernschicht (3) aus miteinander verbundenen Füllkörpern (6) zwischen zwei Randschichten (2) angeordnet ist, wobei die Randschichten (2) mit der Kernschicht (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Randschichten (2) eine SMC-Schicht (2) aus einer mit einem ersten Matrixmaterial (4) trockenimprägnierten Faseranordnung (5) ist, wobei das erste Matrixmaterial (4) ein schrumpfreduziertes Matrixmaterial (4) ist und eine Zusammensetzung aufweist, die geeignet ist, eine Class-A-Oberfläche bereitzustellen.Multilayer fiber-plastic composite semifinished product ( 1 ) having three or more layers, wherein at least one core layer ( 3 ) of interconnected packing ( 6 ) between two boundary layers ( 2 ), wherein the boundary layers ( 2 ) with the core layer ( 3 ), characterized in that at least one of the surface layers ( 2 ) an SMC layer ( 2 ) from one with a first matrix material ( 4 ) dry-impregnated fiber arrangement ( 5 ), the first matrix material ( 4 ) a shrink-reduced matrix material ( 4 ) and having a composition capable of providing a Class A surface. Faserkunststoffverbundhalbzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Randschicht (2) eine SMC-Schicht (2) aus einer mit einem zweiten Matrixmaterial (4) trockenimprägnierten Faseranordnungen (5) ist, wobei das zweite Matrixmaterial (4) das gleiche wie das erste Matrixmaterial (4) oder ein sich von dem ersten Matrixmaterial (4) unterscheidendes Matrixmaterial (4) ist, und dass die Füllkörper (6) der Kernschicht (3) durch ein drittes Matrixmaterial (7) verbunden sind, mit dem die Füllkörper (6) vermischt, insbesondere trockenimprägniert oder beschichtet sind, und ein Volumenanteil der Füllkörper (6) der Kernschicht (3) zumindest 50% beträgt.Fiber plastic composite semi-finished products ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second boundary layer ( 2 ) an SMC layer ( 2 ) from one with a second matrix material ( 4 ) dry-impregnated fiber arrangements ( 5 ), the second matrix material ( 4 ) the same as the first matrix material ( 4 ) or from the first matrix material ( 4 ) differing matrix material ( 4 ), and that the filling bodies ( 6 ) of the core layer ( 3 ) by a third matrix material ( 7 ) are connected, with which the filler ( 6 ) are mixed, in particular dry-impregnated or coated, and a volume fraction of the packing ( 6 ) of the core layer ( 3 ) is at least 50%. Faserkunststoffverbundhalbzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschicht (2) eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 0,75 mm, insbesondere von 0,25 bis 0,5 mm, und eine Dichte im Bereich von 1,0 bis 3, 0 g/cm3, insbesondere von 2,0 g/cm3 und die Kernschicht (3) eine Schichtdicke im Bereich von 0,5 bis 7,5 mm, insbesondere von 1 bis 5 mm, und eine Dichte im Bereich von 0,3 bis 0,7 g/cm3, insbesondere von 0,5 g/cm3 aufweist.Fiber plastic composite semi-finished products ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the boundary layer ( 2 ) has a layer thickness in the range of 0.1 to 0.75 mm, in particular 0.25 to 0.5 mm, and a density in the range of 1.0 to 3.0 g / cm 3 , in particular 2.0 g / cm 3 and the core layer ( 3 ) has a layer thickness in the range of 0.5 to 7.5 mm, in particular of 1 to 5 mm, and a density in the range of 0.3 to 0.7 g / cm 3 , in particular of 0.5 g / cm 3 , Faserkunststoffverbundhalbzeug (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und das dritte Matrixmaterial (4, 7) pulverförmig vorliegen und die Pulverpartikel elektrostatisierbar sind, wobei das Matrixmaterial (7) der Kernschicht (3) das gleich Matrixmaterial wie eines der die Randschicht (2) bildenden Matrixmaterialien (4) oder ein sich davon unterscheidendes Matrixmaterial (7) ist, das insbesondere mit den Matrixmaterialien (4) der Randschichten (2) mischbar und/oder vernetzbar ist.Fiber plastic composite semi-finished products ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the first, the second and the third matrix material ( 4 . 7 ) are powdery and the powder particles are elektrostatisierbar, wherein the matrix material ( 7 ) of the core layer ( 3 ) the same matrix material as one of the surface layer ( 2 ) forming matrix materials ( 4 ) or a different matrix material ( 7 ), in particular with the matrix materials ( 4 ) of the surface layers ( 2 ) is miscible and / or crosslinkable. Faserkunststoffverbundhalbzeug (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrschichtige Faserkunststoffverbundhalbzeug (1) zumindest eine weitere Schicht aufweist, die zwischen den Randschichten (2) angeordnet ist, und die aus einer Gruppe von Schichten ausgewählt ist, die ein Trägervlies, eine SMC-Schicht, eine Füllkörperschicht und eine Funktionsschicht umfasst, wobei die Funktionsschicht insbesondere eine leitfähige Schicht ist, deren Oberflächenwiderstand in einem Bereich von 5 bis 100 kΩ/cm einstellbar begrenzt ist.Fiber plastic composite semi-finished products ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the multi-layer fibrous plastic composite semifinished product ( 1 ) has at least one further layer which, between the surface layers ( 2 ), which is selected from a group of layers comprising a carrier nonwoven, an SMC layer, a packed layer and a functional layer, wherein the functional layer is in particular a conductive layer whose surface resistance is in a range of 5 to 100 kΩ / cm adjustable is limited. Faserkunststoffverbundhalbzeug (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (6) Hohlkörper (6), vorzugsweise kugelfömige Hohlkörper (6) sind, die – unterschiedliche Wandstärken und/oder Abmessungen aufweisen, und/oder – geordnet oder ungeordnet angeordnet sind, wobei eine geordnete Füllkörperanordnung insbesondere eine Schicht- oder Gradientenstruktur bezüglich ihrer Abmessungen aufweist, und/oder – aus einem Glas-, Keramik- und/oder Kunststoffmaterial bestehen, und/oder dass die Faseranordnung (5) ein Faservlies oder eine Fasermatte ist, und die Fasern aus einem Glas-, Polymer-, Keramikmaterial und/oder aus Carbon sind, wobei die Carbonfasern eine isolierende Beschichtung aufweisen.Fiber plastic composite semi-finished products ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the filling bodies ( 6 ) Hollow body ( 6 ), preferably spherical hollow bodies ( 6 ), which - have different wall thicknesses and / or dimensions, and / or - ordered or arranged disorderly, with an ordered Füllkörperanordnung in particular a layer or gradient structure with respect to their dimensions, and / or - of a glass, ceramic and or plastic material, and / or that the fiber arrangement ( 5 ) is a non-woven or a fiber mat, and the fibers are made of a glass, polymer, ceramic material and / or carbon, wherein the carbon fibers have an insulating coating. Verwendung des Faserkunststoffverbundhalbzeugs (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung einer Karosseriebauteils eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die als SMC-Schicht (2) ausgebildete Randschicht (2), deren Faseranordnung (5) mit dem ersten Matrixmaterial (4), das das schrumpfreduzierte Matrixmaterial (4) ist, eine Außenhaut des Karosseriebauteils bildet.Use of the fiber-plastic composite semifinished product ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6 for producing a body component of a motor vehicle, characterized in that the SMC layer ( 2 ) formed edge layer ( 2 ) whose fiber arrangement ( 5 ) with the first matrix material ( 4 ) containing the shrink-reduced matrix material ( 4 ), forms an outer skin of the body component. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: – Trockenimprägnieren zumindest einer Faseranordnung (5) mit dem ersten Matrixmaterial (4), das ein pulverförmiges Matrixmaterial (4) mit elektrostatisierbaren Partikeln ist, in einem elektrischen Wechselfeld, – Vermischen, Trockenimprägnieren und/oder Beschichten der Füllkörper (6) mit dem dritten Matrixmaterial (7) und – Anordnen der mit dem dritten Matrixmaterial (7) vermischten, trockenimprägnierten und/oder beschichteten Füllkörper (6) zwischen der mit dem ersten Matrixmaterial (4) trockenimprägnierten Faseranordnung (5) und einer zweiten Randschicht (2) bildenden Lage, die eine Kunststoffplatte, Metallplatte oder eine faserverstärkte Kunststoffverbundplatte, insbesondere eine mit einem zweiten Matrixmaterial (4) trockenimprägnierte Faseranordnung (5) ist, wobei das zweite Matrixmaterial (4) das gleiche Matrixmaterial (4) wie das erste Matrixmaterial (4) ist oder sich davon unterscheidet, – Imprägnieren der Faseranordnung (5) mit dem ersten Matrixmaterial (4), dabei Bilden der als SMC-Schicht (2) ausgebildeten Randschicht (2), und Verbinden der Füllkörper (6) mit dem dritten Matrixmaterial (7), dabei Bilden der Kernschicht (3), und Verbinden der Kernschicht (3) mit den Randschichten (2) durch Zuführen von Wärme und/oder durch Ausüben eines Pressdrucks, die/der ein Aufschmelzen der Matrixmaterialen (4, 7) bereitstellt.Process for producing a multilayer fiber-plastic composite semifinished product ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, comprising the steps of: - dry-impregnating at least one fiber arrangement ( 5 ) with the first matrix material ( 4 ), which is a powdery matrix material ( 4 ) with electrostatically-capable particles, in an alternating electric field, - mixing, dry impregnation and / or coating of the filling bodies ( 6 ) with the third matrix material ( 7 ) and - arranging the with the third matrix material ( 7 ) mixed, dry-impregnated and / or coated filler ( 6 ) between the one with the first matrix material ( 4 ) dry-impregnated fiber arrangement ( 5 ) and a second boundary layer ( 2 ) forming layer comprising a plastic plate, metal plate or a fiber-reinforced plastic composite plate, in particular one with a second matrix material ( 4 ) dry-impregnated fiber arrangement ( 5 ), the second matrix material ( 4 ) the same Matrix material ( 4 ) like the first matrix material ( 4 ) or differs from it, - Impregnating the fiber arrangement ( 5 ) with the first matrix material ( 4 ), thereby forming the SMC layer ( 2 ) formed surface layer ( 2 ), and connecting the packing ( 6 ) with the third matrix material ( 7 ), thereby forming the core layer ( 3 ), and connecting the core layer ( 3 ) with the surface layers ( 2 ) by applying heat and / or by exerting a pressing pressure, the melting of the matrix materials ( 4 . 7 ). Verfahren nach Anspruch 8, wobei die die Kernschicht (3) bildenden, mit dem dritten Matrixmaterial (7) vermischten Füllkörper (6) und die die Randschichten (2) bildenden trockenimprägnierten Faseranordnungen (5) separat gefertigt werden, oder eine untere trockenimprägnierte Faseranordnung (5), die mit dem dritten Matrixmaterial (7) vermischten Füllkörper (6) und die obere trockenimprägnierte Faseranordnung (5) nach- und aufeinander in aufeinander folgenden Trockenimprägnierprozessen gefertigt werden.The method of claim 8, wherein the core layer ( 3 ), with the third matrix material ( 7 ) mixed filler ( 6 ) and the boundary layers ( 2 ) forming dry-impregnated fiber assemblies ( 5 ) or a lower dry-impregnated fiber assembly ( 5 ) with the third matrix material ( 7 ) mixed filler ( 6 ) and the upper dry-impregnated fiber assembly ( 5 ) are made after and in succession in successive dry impregnation processes. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, umfassend den Schritt – Entlüften des mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs (1) durch Anlegen eines Vakuums während des Imprägnierens und/oder durch Walzen des mehrschichtigen Faserkunststoffverbundhalbzeugs (1) bei erhöhter Temperatur.Method according to claim 8 or 9, comprising the step of venting the multilayered fiber-plastic composite semifinished product ( 1 ) by applying a vacuum during the impregnation and / or by rolling the multilayer fiber plastic composite semi-finished product ( 1 ) at elevated temperature.
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