WO2013045114A2 - Faserverstärktes verbundbauteil sowie verfahren zur herstellung eines solchen verbundbauteils - Google Patents

Faserverstärktes verbundbauteil sowie verfahren zur herstellung eines solchen verbundbauteils Download PDF

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WO2013045114A2
WO2013045114A2 PCT/EP2012/004106 EP2012004106W WO2013045114A2 WO 2013045114 A2 WO2013045114 A2 WO 2013045114A2 EP 2012004106 W EP2012004106 W EP 2012004106W WO 2013045114 A2 WO2013045114 A2 WO 2013045114A2
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rubber
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elastomer
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Jens Schaube
Florian Plenk
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Gummiwerk Kraiburg Gmbh & Co. Kg
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    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres

Definitions

  • the invention relates to a fiber-reinforced composite component having at least one plastic layer and having at least one elastomer layer according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a composite component according to claim 9.
  • FRP fiber reinforced plastics
  • a vehicle component is known from WO 2010/083980 A1, in which a bonding agent layer of elastomer and, subsequently, a cover layer of carbon fiber reinforced plastic is applied to a carrier layer of metal or fiber-reinforced synthetic resin.
  • the matrix of the cover layer should be made transparent in order to make visible the fibers embedded in the cover layer.
  • a composite component in which a first, at least partially made of a thermosetting synthetic resin layer and a second, at least partially made of an elastomer layer are joined together by a common heat treatment in one operation.
  • the present invention has for its object to provide a composite component and a method for its production, whose surface has an excellent quality with ease of manufacture.
  • the invention provides that a first layer of a fiber-reinforced plastic, a second layer of an elastomer and a third layer consisting of a gelcoat or a synthetic resin paint are joined together as a composite component by a common crosslinking or hardening.
  • the composite component By using the gelcoat or synthetic resin lacquer layer, which is preferably colored in the desired color, the composite component obtains a smooth surface in a single pass, which also satisfies the high demands of the automotive industry ("Class A visible surface”) can thus be made ready for installation without further or at least significantly reduced rework, such as grinding or painting, in one operation.
  • Class A visible surface the high demands of the automotive industry
  • layers in the present invention, they may mean wholly or even partially superimposed or intermeshed strips, pieces or regions of said materials, and a plastic composite component in the sense of the present invention will also be used If one or more layers of the plastic composite component are made of metal or other materials that are not to be designated as plastics, the fiber-reinforced layer and the elastomer layer are jointly co-formed with the cover layer in one operation and then under the influence of energy All of the raw materials involved are coordinated so that they network or harden together.
  • the first layer is formed as a plastic carrier layer of a fiber reinforced plastic (FRP), a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • FRP fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • the elastomer layer preferably consists of one of the following substances:
  • EPM ethylene propylene rubber
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • EAM ethylene acrylate rubber
  • FKM fluorocarbon rubber
  • ACM acrylate rubber
  • NBR acrylonitrile butadiene rubber
  • PVC polyvinyl chloride
  • HNBR hydrogenated nitrile rubber
  • XNBR carboxylate nitrile rubber
  • XHNBR hydrogenated carboxylate nitrile rubber
  • natural rubber NR
  • EVA ethyl vinyl acetate
  • EVA Chlorosulfonyl Polyethylene Rubber
  • CSM Chlorinated Polyethylene
  • CM Chlorinated Polyethylene
  • VMQ Chlorinated Polyethylene
  • MVQ Silicone Rubber
  • FVMQ Fluorosilicone Rubber
  • FVMQ Fluorosilicone Rubber
  • CO Epichlorohydrin rubber
  • ECO polychloroprene rubber
  • PU one-component polyurethane
  • CO Epichloro
  • the composite components according to the invention are in a ready-to-use condition and no longer necessarily have to be additionally painted, although an optional coating is possible.
  • body shell components such as doors, fenders, hoods, trunk lids, roof modules, spoilers or the like can be made in finished form and matching color and mounted directly to the vehicle.
  • the structure of the composite component of the fiber-reinforced layer, the elastomer layer and the cover layer is preferably as follows: a) According to a first alternative, first the supply of the third layer in a preferably provided with a release agent form, in particular by spraying the Gelcoats or Kunststoffharzlacks, b ) then feeding the second layer by applying an uncrosslinked elastomer layer (eg, by laying a green rubber or TPE film) on the third layer;
  • both vibration absorption in the composite component according to the invention and vibration isolation by the composite component according to the invention can be achieved.
  • the elastomeric layer effectively protects the composite component of the invention against impacting objects, such as a car body component of a vehicle from stone chipping, hail, bird strike, falling tools, as well as from scratches or abrasion.
  • optically and / or haptically pleasing surface layers can be produced.
  • a particularly advantageous use of a composite component according to the invention is that the composite component is used as energy-absorbing component.
  • use as a stable, vibration-damping lightweight component is advantageous.
  • use as interior trim or body shell component of vehicles or as a housing for high quality Consumer goods, such as computers or notebooks or the like possible this list is only exemplary and not conclusive.
  • a multi-layer structure is advantageous, wherein advantageously each of a plastic layer and an elastomer layer alternate with each other.
  • an outer layer or both outer layers can be formed by gelcoat or synthetic resin paint.
  • the structure of the entire composite component is done in a continuous operation at the same workplace.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a composite component with three layers, a first layer of a fiber-reinforced plastic, an elastomer layer arranged above it as a second layer and a third layer of gelcoat or synthetic resin lacquer forming the outer layer, and an alternative to FIG the second and the third layer still another fiber-reinforced plastic layer is provided.
  • a composite component 10 according to the invention is shown schematically in its structure.
  • the composite component 10 has a first layer 12, a second layer 16 arranged thereon and a third layer 18 adjoining upwards thereon as a cover layer or outer layer.
  • the first layer 12 is formed as a plastic carrier layer made of a reinforced with fibers 14 plastic (FRP), a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • FRP reinforced with fibers 14 plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • Fiber reinforcement 14 which is used in the form of loose fibers, a woven, laid or pulp, are preferably glass fibers, nylon, polyester, carbon fibers, viscose, aramid fibers or metal fibers as well as fibers from natural, renewable raw materials into consideration.
  • the second layer 16 consists of an elastomer layer arranged on the first layer 12, which can optionally also be provided with an insert of fibers or fabric material.
  • the subsequent to the second layer 16 cover layer or outer layer 18 consists of a gelcoat or synthetic resin lacquer layer with the color properties adapted for the particular application.
  • silicic acid to increase the abrasion resistance of the outer layer 18 is preferably admixed with the gelcoat consisting of, for example, unsaturated polyester (UP).
  • UP unsaturated polyester
  • the second layer 16 formed as an elastomer layer preferably consists of one of the following materials: ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-acrylate rubber (EAM), fluorocarbon rubber (FKM ), Acrylate rubber (ACM), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), optionally blended with polyvinyl chloride (PVC), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), carboxylate-nithl rubber (XNBR), hydrogenated carboxylate-nitrile rubber (XHNBR), Natural Rubber (NR), Ethyl Vinyl Acetate (EVA), Chlorosulfonyl Polyethylene Rubber (CSM), Chlorinated Polyethylene (CM), Butyl or Halobutyl Rubber, Silicone Rubber (VMQ, MVQ), Fluorine - Silicone rubber (FVMQ, MFQ), chlorohydrin rubber (CO), epichlorohydrin rubber (ECO), polychloroprene rubber (
  • the at least one elastomer layer may also consist of a thermoplastic elastomer (TPE).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • TPE-A thermoplastic copolyamides
  • the elastomer layer contains - if it does not consist of TPE - a crosslinking system which, depending on the elastomer used at least one crosslinker from the group of peroxides, amines and / or bisphenols and allows a reaction with the resin of the carrier layer.
  • a crosslinking system which, depending on the elastomer used at least one crosslinker from the group of peroxides, amines and / or bisphenols and allows a reaction with the resin of the carrier layer.
  • another crosslinking treatment for example with ultraviolet irradiation (UV light), may also be carried out.
  • elastomeric layers On top of a first elastomeric layer, further elastomeric layers, if necessary of different strength and hardness, may be applied, which are assembled to bond to the respective underlying elastomeric layer.
  • the at least one elastomer layer particularly preferably consists of rubber-based materials.
  • reinforcement with fibers 14 it is also possible to use a metal powder as an insert in at least one of the layers 12, 16 or 18.
  • specific physical properties of the composite component 10 can be selectively generated, such as its strength, flexibility and elasticity, its spring and damping behavior, its electrical conductivity or its flammability.
  • the layers of a composite component 20 corresponding to FIG. 1 are provided with a higher reference number.
  • a further layer 27 of a thermosetting synthetic resin provided with a fabric or fiber insert 271.
  • This layer 27 is preferably formed as prepreg impregnated with synthetic resin, but can also be applied as a dry tissue and then infiltrated with synthetic resin.
  • the fabric 271 is for example particularly preferably formed from carbon fibers. In this case, it may be desirable to make the outer layer 18 of gel coat or synthetic resin paint transparent or at least translucent, so that the carbon fibers are visible on the visible side and give the composite component 20 a high-tech character with a high-quality appearance
  • the production of the component according to the invention preferably takes place in a mold with the following method steps:
  • the mold is provided with an anti-sticking agent, but may also be self-adhesive (for example by Teflon® surfaces).
  • the gelcoat or synthetic resin paint layer as outer layer 18 or 28 is preferably produced by spraying in the mold.
  • a carbon fiber mat 271 is preferably applied to the outer layer 28 as prepreg pre-impregnated with synthetic resin or alternatively applied as a dry carbon fiber mat 271 and passed through in an intermediate step
  • the elastomer layer 16 or 26 is applied to the outer layer 18 (in the first exemplary embodiment according to FIG. 1) or to the additional synthetic resin layer 27 (in the second exemplary embodiment according to FIG. 2). This is preferably applied as a raw, uncrosslinked elastomer or TPE film.
  • the first layer 12 or 22, which acts as a reinforcement is applied with the fiber reinforcement 14 or 24 to the elastomer layer 16 or 26.
  • all layers 12, 16 and 18 or 22, 26, 27 and 28 are cured or cured together by a common heat treatment or another energy input.
  • the curing temperature is preferably between 80 and 200 ° C.
  • a preferred use of a composite component 10 or 20 according to the invention is, for example, a planar vehicle component in the outer region of the body or else an interior trim part of a vehicle.
  • a composite component 10 or 20 according to the invention is, for example, a planar vehicle component in the outer region of the body or else an interior trim part of a vehicle.
  • it is also a variety of other uses, such as consumer goods, sports equipment or high-quality consumer goods possible.
  • Plastic carrier layer (first layer)
  • Plastic carrier layer (first layer)

Landscapes

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  • Textile Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil (10) aus wenigstens zwei Schichten (12, 14, 16, 18), wobei eine erste Schicht (12) zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff besteht und wobei eine zweite Schicht (16) zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht. Erfindungsgemäß werden die erste Schicht (12; 22), die zweite Schicht (16; 26) und eine dritte Schicht (18; 28) aus einem Gelcoat oder einem Kunstharzlack durch eine gemeinsame Vernetzung bzw. Aushärtung als Verbundbauteil (10) mit hoher Oberflächengüte zusammengefügt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundbauteils.

Description

Faserverstärktes Verbundbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundbauteils
Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Verbundbauteil mit wenigstens einer Kunststoffschicht und mit wenigstens einer Elastomerschicht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils gemäß Patentanspruch 9.
Es sind faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bekannt, die meist wenig energieelastisch und spröde sind und daher beim Auftreten eines Energieeintrags durch Schwingungen, Stöße oder Schläge wenig Energie aufnehmen bzw. absorbieren können. Wenn derartige faserverstärkte Kunststoffe mit einer hohen Oberflächengüte erzeugt werden sollen, so wie dies beispielsweise für Karosserie-Außenhautbauteile oder Innenverkleidungsteile von Fahrzeugen der Fall ist, stößt dies auf beträchtliche Schwierigkeiten. Das liegt insbesondere an der Ondulation des Rovings im Gewebe. Dadurch ergeben sich Dickenschwankungen des das Gewebe umgebenden Harzes was wiederum durch Schwund und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zu unregelmäßigen Oberflächen führt.
Aus der WO 2010/083980 A1 ist ein Fahrzeugbauteil bekannt, bei dem auf eine Trägerschicht aus Metall oder faserverstärktem Kunstharz eine Haftvermittlerschicht aus Elastomer und an diese anschließend eine Deckschicht aus Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff aufgebracht wird. Die Matrix der Deckschicht soll in diesem Fall transparent ausgebildet sein, um die in die Deckschicht eingebetteten Fasern Sichtbar werden zu lassen.
Aus der WO 2006/122749 A1 ist ein Verbundbauteil bekannt, bei dem eine erste, zumindest teilweise aus einem wärmehärtenden Kunstharz bestehende Schicht und eine zweite, zumindest teilweise aus einem Elastomer bestehende Schicht durch eine gemeinsame Wärmebehandlung in einem Arbeitsgang zusammengefügt sind. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, dessen Oberfläche bei einfacher Herstellbarkeit eine hervorragende Qualität aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel hinsichtlich der Vorrichtung und durch die im Patentanspruch 9 angegebenen Mittel hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung sieht vor, dass eine erste Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff, eine zweite Schicht aus einem Elastomer und eine dritte, aus einem Gelcoat oder einem Kunstharzlack bestehende Schicht durch eine gemeinsame Vernetzung bzw. Aushärtung als Verbundbauteil zusammengefügt sind. Durch die Verwendung des vorzugsweise in der gewünschten Farbe eingefärbten Gelcoat- oder Kunstharzlack-Schicht erhält das Verbundbauteil bei einer einfachen Herstellung in einem Arbeitsgang eine glatte Oberfäche, die auch den hohen Ansprüchen der Automobilindustrie („Class-A-Sichtoberfläche") genügt. Das Verbundbauteil kann damit ohne weitere oder zumindest mit deutlich verringerter Nacharbeit, wie Schleifen oder Lackieren, in einem Arbeitsgang einbaufertig hergestellt werden. Wenn bei der vorliegenden Erfindung von„Schichten" die Rede ist, können damit ganz oder auch nur partiell übereinander angeordnete oder ineinander eingebettete Streifen, Stücke oder Bereiche aus den genannten Materialien gemeint sein. Von einem Kunststoff-Verbundbauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung wird auch dann gesprochen, wenn eine oder mehrere Schichten des Kunststoff-Verbundbauteils aus Metall oder anderen, nicht als Kunststoffe zu bezeichnenden Materialien bestehen. Die als Festigkeitsträger fungierende, faserverstärkte Schicht und die Elastomerschicht werden mit der Deckschicht in einem Arbeitsgang in einer Form gemeinsam aufgebaut und anschließend unter Energieeinwirkung miteinander verbunden. Alle beteiligten Rohmaterialien sind so auf einander abgestimmt, dass sie gemeinsam vernetzen bzw. aushärten.
Die erste Schicht wird als Kunststoff-Trägerschicht aus einem Faserverstärkten Kunststoff (FVK), einem Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einem Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) gebildet. Die Elastomerschicht besteht bevorzugt aus einem der folgenden Stoffe:
aus Ethylen-Propylen- Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), optional im Verschnitt mit Polyvinylchlorid (PVC), Hydriertem Nitril-Kautschuk (HNBR), Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XNBR), Hydrierter Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XHNBR), Naturkautschuk (NR), Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA), Chlorsulfonyl- Polyäthylen-Kautschuk (CSM), Chloriertes Polyethylen (CM), Butyl- oder Halobutyl-Kautschuk, Silikon-Kautschuk (VMQ, MVQ), Fluor-Silikon-Kautschuk (FVMQ, MFQ), Chlorhydrin-Kautschuk (CO), Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO), Polychloropren-Kautschuk (CR), einkomponentigem Polyurethan (PU) oder einer Kombination oder einem Verschnitt der vorstehend genannten Stoffe. Alternativ dazu kann die wenigstens eine Elastomerschicht auch aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) bestehen.
Durch die Verbindung mit der für den jeweiligen Verwendungszweck eingefärbten dritten Schicht können fertige Verbundbauteile kostengünstig hergestellt werden. Nach der gemeinsamen Formung und Aushärtung befinden sich die erfindungsgemäßen Verbundbauteile in einem gebrauchsfertigen Zustand und müssen nicht mehr zwingend zusätzlich lackiert werden, wobei eine optionale Lackierung jedoch möglich ist. Dadurch können Karosserie- Außenhautbauteile, wie Türen, Kotflügel, Motorhauben, Kofferraumdeckel, Dachmodule, Spoiler oder ähnliches in fertiger Form und passender Farbe hergestellt und direkt an das Fahrzeug montiert werden.
Der Aufbau des Verbundbauteils aus der faserverstärkten Schicht, der Elastomerschicht und der Deckschicht geschieht bevorzugt wie folgt: a) Gemäß einer ersten Alternative erfolgt zunächst die Zufuhr der dritten Schicht in eine vorzugsweise mit einem Trennmittel versehene Form, insbesondere durch Aufsprühen des Gelcoats oder Kunstharzlacks, b) dann das Zuführen der zweiten Schicht durch Aufbringen einer unvernetzten Elastomerschicht (z.B. durch Auflegen einer rohen Gummioder TPE-Folie) auf die dritte Schicht;
c) dann das Zuführen der ersten Schicht aus einem mittels Fasern verstärkten Kunststoff auf die zweite Schicht, insbesondere als fertig getränktes Prepreg oder als trockenes Gewebe, Vlies oder Matte, welche(s) dann in einem Zwischenschritt mit Kunstharz infiltriert wird;
d) Verbinden der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht durch ein gemeinsames Aushärten bzw. Vernetzen unter Energiezufuhr. e) Gemäß einer zweiten Alternative wird zwischen die dritte Schicht und die zweite Schicht noch eine weitere insbesondere mit Carbonfasern verstärkte Kunststoff Schicht eingefügt, die dann ebenfalls mit den übrigen Schichten durch ein gemeinsames Aushärten bzw. Vernetzen unter Energiezufuhr verbunden wird.
Durch die weichere elastomere Schicht kann sowohl eine Schwingungsabsorption im erfindungsgemäßen Verbundbauteil als auch eine Schwingungsisolation durch das erfindungsgemäße Verbundbauteil erreicht werden. Die elastomere Schicht schützt das erfindungsgemäße Verbundbauteil darüber hinaus wirksam vor auftreffenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Karosseriebauteil eines Fahrzeugs vor Steinschlag, Hagelschlag, Vogelschlag, herunterfallenden Werkzeugen, aber auch vor Kratzern oder Abrieb. Für Innenverkleidungsteile können optisch und/oder haptisch ansprechende Oberflächenschichten erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verbundbauteil weist folgende weitere Vorteile auf:
• einfache Verarbeitungsweise
• kurze Zykluszeiten
• niedriger Energieverbrauch
• Mehr-Komponenten-Verarbeitung und somit die Reduzierung des
Montageaufwands
• Kombination dreier Materialien (Hart-Weich-Hart-Verbund)
• vielfältige Einfärbbarkeit auch mit Effekten und damit Designfreiheit
Durch das optionale Einbringen von flammhemmend ausgerüsteten Elastomerschichten wird eine Brandausbreitung behindert.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils besteht darin, dass das Verbundbauteil als Energie absorbierendes Bauteil verwendet wird. Generell ist eine Verwendung als stabiles, schwingungsdämpfendes Leichtbauteil vorteilhaft. Dabei ist beispielsweise eine Verwendung als Innenverkleidungs- oder Karosserie- Außenhautbauteil von Fahrzeugen oder als Gehäuse für hochwertige Konsumgüter, wie Computer oder Notebooks oder dergleichen möglich, wobei diese Aufzählung nur exemplarisch und nicht abschließend zu sehen ist.
Im Minimum sind in Verbindung mit der dritten Schicht aus einem Gelcoat oder Kunstharzlack jeweils nur eine erste Schicht beziehungsweise eingelegte oder eingebettete Streifen, Stücke oder Bereiche aus einem faserverstärkten Kunststoff und eine zweite Schicht aus einem Elastomer vorgesehen. Für bestimmte Anwendungszwecke ist ein mehrschichtiger Aufbau vorteilhaft, wobei vorteilhaft jeweils eine Kunststoffschicht und eine Elastomerschicht einander abwechseln. Dabei kann vorteilhaft eine Außenschicht oder auch beide Außenschichten durch Gelcoat oder Kunstharzlack gebildet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung sind: - Die separate Herstellung eines harzbasierenden Festigkeitsträgers ist nicht mehr notwendig.
Der Aufbau des gesamten Verbundbauteils geschieht in einem durchgehenden Arbeitsgang an demselben Arbeitsplatz.
Eine Verwendung von Haftvermittlern ist nicht nötig.
- Geringerer Zeitaufwand für die Herstellung, dadurch erhebliche Kostensenkung.
Die Herstellung einer elektrisch ableitenden Variante ist ohne signifikant höhere Materialkosten durch Einbetten leitender Fäden, Streifen oder Gewebe möglich.
- Es sind völlig neuartige Konstruktionen möglich:
• Energieabsorbierende Bauteile in Leichtbauweise
• Verbundbauteile mit integriertem Oberflächenschutz gegen Kratzer, Abrieb, Hagel, Steinschlag oder andere aufprallende Gegenstände
· Bauteile mit reduzierter Bruch- oder Splitterneigung bei
Deformation • Flammhemmende Verbundteile durch Einbau unbrennbarer elastischer Schichten (z.B. Metall- oder Metallhydroxidpartikel oder halogenierte Paraffine als Zuschlagstoffe im Elastomer). Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Verbundbauteils mit drei Schichten, einer ersten Schicht aus einem faserverstärkten Kunststoff, einer darüber angeordneten Elastomerschicht als zweite Schicht und einer die Außenschicht bildenden dritten Schicht aus Gelcoat oder Kunstharzlack, und eine Alternative zur Fig. 1 , bei der zwischen der zweiten und der dritten Schicht noch eine weitere faserverstärkte Kunststoffschicht vorgesehen ist.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 10 schematisch in seinem Aufbau dargestellt. Das Verbundbauteil 10 weist dabei eine erste Schicht 12, eine darauf angeordnete zweite Schicht 16 und eine daran nach oben anschließende dritte Schicht 18 als Deckschicht oder Außenschicht auf.
Wenn im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung von„darauf oder„nach oben" gesprochen wird, so ist zu beachten, dass in Fig. 1 und 2 die Deckschicht oder Außenschicht 18 unten liegt, so wie dies bei der Herstellung in einer nicht dargestellten Form der Fall ist. Beim Gebrauch des fertigen Verbundbauteils 10 bildet die Deckschicht oder Außenschicht 18 jeweils dessen außen liegende Sichtseite.
Die erste Schicht 12 wird als Kunststoff-Trägerschicht aus einem mit Fasern 14 verstärkten Kunststoff (FVK), einem Carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einem Glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) gebildet. Als Material für die Faserverstärkung 14, die in Form loser Fasern, eines Gewebes, Geleges oder als Pulpe verwendet wird, kommen bevorzugt Glasfasern, Nylon, Polyester, Kohlefasern, Viskose, Aramidfasern oder Metallfasern sowie auch Fasern aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen in Betracht.
Die zweite Schicht 16 besteht aus einer auf der ersten Schicht 12 angeordneten Elastomerschicht, die optional ebenfalls mit einer Einlage aus Fasern oder Gewebematerial versehen werden kann. Die an die zweite Schicht 16 anschließende Deckschicht oder Außenschicht 18 besteht aus einer Gelcoat- oder Kunstharzlackschicht mit den für den jeweiligen Verwendungszweck angepassten farblichen Eigenschaften. Dem beispielsweise aus ungesättigtem Polyester (UP) bestehenden Gelcoat ist vorzugsweise Kieselsäure zur Erhöhung der Abriebfestigkeit der Außenschicht 18 beigemischt.
Die als Elastomerschicht ausgebildete zweite Schicht 16 besteht bevorzugt aus einem der folgenden Stoffe: aus Ethylen-Propylen- Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Ethylen-Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Acrylnitril-Butadien- Kautschuk (NBR), optional im Verschnitt mit Polyvinylchlorid (PVC), Hydriertem Nitril-Kautschuk (HNBR), Carboxylat-Nithl-Kautschuk (XNBR), Hydrierter Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XHNBR), Naturkautschuk (NR), Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA), Chlorsulfonyl-Polyäthylen-Kautschuk (CSM), Chloriertes Polyethylen (CM), Butyl- oder Halobutyl-Kautschuk, Silikon-Kautschuk (VMQ, MVQ), Fluor- Silikon-Kautschuk (FVMQ, MFQ), Chlorhydrin-Kautschuk (CO), Epichlorhydrin- Kautschuk (ECO), Polychloropren-Kautschuk (CR), einkomponentigem Polyurethan (PU) oder einer Kombination oder einem Verschnitt der vorstehend genannten Stoffe. Alternativ dazu kann die wenigstens eine Elastomerschicht auch aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) bestehen. Hierfür kommen insbesondere TPE-S (auch„TPS" = Styrol-Blockcopolymere, wie SBS, SEBS, SEPS, SEEPS oder MBS; beispielsweise das Produkt Thermolast® der KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG), TPE-V (auch „TPV" = dynamisch vulkanisierte Thermoplaste), TPE-A (auch „TPA" = Thermoplastische Copolyamide) oder TPE-E (auch „TPC" = Thermoplastische Copolyester) in Betracht.
Die Elastomerschicht enthält - sofern sie nicht aus TPE besteht - ein Vernetzungssystem, welches je nach verwendetem Elastomer wenigstens einen Vernetzer aus der Gruppe der Peroxide, der Amine und/oder der Bisphenole enthält und eine Reaktion mit dem Kunstharz der Trägerschicht ermöglicht. Alternativ zu einer Wärmebehandlung für eine Vernetzung der Elastomerschicht 16 mit dem Kunstharz der Trägerschicht 12 und der Gelcoat- oder Kunstharzlackschicht 18 kann auch eine andere vernetzende Behandlung, beispielsweise mit ultravioletter Bestrahlung (UV-Licht) erfolgen. Auf eine erste Elastomerschicht können weitere Elastomerschichten, falls erforderlich mit unterschiedlicher Festigkeit und Härte aufgebracht werden, die so zusammengesetzt sind, dass sie sich mit der jeweils darunter liegenden Elastomerschicht verbinden. Die wenigstens eine Elastomerschicht besteht besonders bevorzugt aus auf Kautschuk basierenden Werkstoffen. Alternativ oder ergänzend zur Verstärkung mit Fasern 14 ist auch eine Verwendung eines Metallpulvers als Einlage in wenigstens einer der Schichten 12, 16 oder 18 möglich. Dadurch können gezielt bestimmte physikalische Eigenschaften des Verbundbauteils 10 erzeugt werden, wie beispielsweise dessen Festigkeit, Biegsamkeit und Elastizität, dessen Feder- und Dämpfungsverhalten, dessen elektrische Leitfähigkeit oder dessen Entflammbarkeit.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die der Figur 1 entsprechenden Schichten eines Verbundbauteils 20 mit einer um 10 höheren Bezugszahl versehen. Im Unterschied zur Figur 1 ist zwischen der zweiten Schicht 26 (Elastomerschicht) und der dritten Schicht 28 (Außenschicht aus Gelcoat oder Kunstharzlack) eine weitere Schicht 27 aus einem wärmehärtenden Kunstharz mit einer Gewebe- oder Fasereinlage 271 vorgesehen. Diese Schicht 27 ist bevorzugt als fertig mit Kunstharz getränktes Prepreg ausgebildet, kann aber auch als trockenes Gewebe aufgelegt und dann mit Kunstharz infiltriert werden. Das Gewebe 271 wird beispielsweise besonders bevorzugt aus Carbonfasern gebildet. In diesem Falle kann es erwünscht sein, die Außenschicht 18 aus Gelcoat oder Kunstharzlack transparent oder zumindest durchscheinend zu gestalten, so dass die Carbonfasern auf der Sichtseite zu sehen sind und dem Verbundbauteil 20 einen High-Tech-Charakter mit einem hochwertigen Erscheinungsbild geben
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils findet bevorzugt in einer Form mit folgenden Verfahrensschritten statt:
• Die Form wird bei Bedarf mit einem Antihaftmittel versehen, kann aber auch selbst antihaftend (beispielsweise durch Teflon®-Oberflächen) ausgebildet sein.
• Als nächstes wird die Gelcoat- oder Kunstharzlackschicht als Außenschicht 18 bzw. 28 bevorzugt durch Sprühen in der Form erzeugt.
• Auf die Außenschicht 28 wird im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 eine Carbonfaser-Matte 271 bevorzugt als fertig mit Kunstharz vorgetränktes Prepreg aufgelegt oder alternativ als trockene Carbon- Fasermatte 271 aufgelegt und in einem Zwischenschritt durch
Kunstharzinfusion mit Kunstharz getränkt; beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 entfällt diese zusätzliche
Kunstharzschicht 27.
Im nächsten Schritt wird auf die Außenschicht 18 (beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1) oder auf die zusätzliche Kunstharzschicht 27 (beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2) die Elastomerschicht 16 bzw. 26 aufgebracht. Diese wird bevorzugt als rohe, unvernetzte Elastomer- oder TPE-Folie aufgelegt.
Im nächsten Schritt wird die als Festigkeitsträger fungierende erste Schicht 12 bzw. 22 mit der Faserverstärkung 14 bzw. 24 auf die Elastomerschicht 16 bzw. 26 aufgebracht. • Im letzten Schritt werden alle Schichten 12, 16 und 18 bzw. 22, 26 , 27 und 28 durch eine gemeinsame Wärmebehandlung oder einen anderen Energieeintrag gemeinsam vernetzt bzw. ausgehärtet. Die Aushärtetemperatur liegt vorzugsweise zwischen 80 und 200° C.
Eine bevorzugte Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils 10 bzw. 20 ist beispielsweise ein flächiges Fahrzeugbauteil im Außenbereich der Karosserie oder auch ein Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs. Es ist jedoch auch eine Vielzahl von anderen Verwendungen, beispielsweise bei Gebrauchsgegenständen, Sportgeräten oder hochwertigen Konsumgütern möglich.
Bezugszeichenliste
Verbundbauteil
Kunststoff-Trägerschicht (erste Schicht)
Fasermaterial
Elastomerschicht (zweite Schicht)
Außenschicht (dritte Schicht)
Verbundbauteil
Kunststoff-Trägerschicht (erste Schicht)
Fasermaterial
Elastomerschicht (zweite Schicht)
(weitere) Kunststoffschicht
Gewebe
Außenschicht (dritte Schicht)

Claims

Patentansprüche
1. Verbundbauteil (10; 20) aus wenigstens zwei Schichten (12, 14, 16, 18;
22, 24, 26, 27, 271 , 28), wobei eine erste Schicht (12; 22) zumindest teilweise aus einem mittels Fasern (14; 24) verstärkten Kunststoff (FVK, CFK, GFK) besteht und wobei eine zweite Schicht (16; 26) zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (12; 22), die zweite Schicht (16; 26) und eine dritte, aus einem Gelcoat oder einem
Kunstharzlack bestehende Schicht (18; 28) durch eine gemeinsame Vernetzung bzw. Aushärtung als Verbundbauteil (10) zusammengefügt sind. 2. Verbundbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Schicht (16; 26) und der dritten Schicht (18; 28) eine weitere, insbesondere mittels eines Gewebes (271) verstärkte Kunststoffschicht (27) angeordnet ist. 3. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (12; 22) aus einem Kunstharz, wie Polyesterharz, Phenol-Formaldehyd-Harz, Cyanat-Ester-Harz, Epoxydharz oder Acrylatharz gebildet ist 4. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (14; 24) von Carbonfasern, Glasfasern, Nylon, Polyester, Viskose, Aramidfasern, Metallfasern oder von Fasern aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen in loser Form, in Form eines Gewebes, eines Geleges oder einer Pulpe gebildet werden.
5. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16; 26) aus Ethylen-Propylen- Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Ethylen- Acrylat-Kautschuk (EAM), Fluorkarbon-Kautschuk (FKM), Acrylat- Kautschuk (ACM), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), optional im Verschnitt mit Polyvinylchlorid (PVC), Hydriertem Nitril-Kautschuk (HNBR), Carboxylat-Nitril-Kautschuk (XNBR), Hydrierter Carboxylat-Nitril- Kautschuk (XHNBR), Naturkautschuk (NR), Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA),
Chlorsulfonyl-Polyäthylen-Kautschuk (CSM), Chloriertem Polyethylen (CM), Butyl- oder Halobutyl-Kautschuk, Silikon-Kautschuk (VMQ, MVQ), Fluor-Silikon-Kautschuk (FVMQ, MFQ), Chlorhydrin-Kautschuk (CO), Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO), Polychlorpren-Kautschuk (CR), einkomponentigem Polyurethan (PU) oder einer Kombination oder einem
Verschnitt der vorstehend genannten Stoffe besteht.
6. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) besteht.
7. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kunststoffschicht (27) von einem mit Kunstharz getränkten Gewebe (271 ) gebildet ist.
8. Verbundbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (271) von Carbonfasern gebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (10; 20) aus wenigstens drei Schichten (12, 14, 16, 18; 22, 24, 26, 27, 271 , 28), wobei eine erste
Schicht (12; 22) zumindest teilweise aus einem mit Fasern (14; 24) verstärkten Kunststoff besteht, wobei eine zweite Schicht (16; 26) zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht, und wobei eine dritte Schicht (18; 28) aus einem Gelcoat oder einem Kunstharzlack besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Zuführen der dritten Schicht (18; 28) in eine bevorzugt mit einem Trennmittel versehene Form, b) Zuführen der zweiten Schicht (16; 26) in die Form anschließend an die dritte Schicht (18; 28);
c) Zuführen der ersten Schicht aus einem mittels Fasern (14) verstärkten Kunststoff in die Form anschließend an die zweite Schicht (16; 26);
d) Verbinden der ersten Schicht (12; 22), der zweiten Schicht (16; 26) und der dritten Schicht (18; 28) durch ein gemeinsames Aushärten bzw. Vernetzen unter Energiezufuhr.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
e) zwischen den Verfahrensschritt a) und b) auf die dritte Schicht (18; 28) zunächst eine weitere Schicht (27) mit einem Verstärkungsgewebe (271) aufgebracht wird.
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