DE69308471T2

DE69308471T2 - Formkörper aus Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69308471T2
Application number: DE69308471T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Hosoyama; Satoru Kishi; Katsuyuki Morita; Kojiro Motai; Hideo Sakai; Hiroshi Tanabe
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1992-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2013-10-28
Also published as: DE69308471D1; EP0595607A1; KR940008869A; US5725940A; KR960005298B1; EP0595607B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundformteil, der durch Verbinden einer Mehrschichtplatte, die faserverstärktes thermoplastisches Harz enthält, mit der Oberfläche eines Kernmaterials aus geschäumtem Harz hergestellt wird, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
Derartige Verbundformteile werden beispielsweise für Baumaterialien, wie z.B. Gerüstplanken für die Bauindustrie, Betonschalungstafeln und dergleichen, für verschiedene mechanische Teile, wie z.B. Innenmaterialien und Stoßstangenträger für Kraftfahrzeuge und dergleichen, Industriematerialien und dergleichen verwendet.
Nach dem Stand der Technik wird als Verfahren zur Herstellung eines solchen Formteils im allgemeinen ein Verfahren eingesetzt, bei dem durch Übereinanderlegen und Verbinden dünner faserverstärkter Harzplatten erzeugte, mehrschichtige Platten erhitzt und erweicht werden, gefolgt vom Ausüben eines hohen Drucks in einer Form unter Einsatz einer Preßmaschine, um Druck auszuüben und zu formen. Ein Beispiel für solche Verfahren wird in einem Amtsblatt über eine ungeprüfte japanische Patentanmeldung, nämlich der JP-A-HEI-1-286823 (1989) mit dem Titel "Verfahren zum kontinuierlichen Formen eines faserverstärkten Harzform körpers und dessen Formvorrichtung", geoffenbart.
Das in diesem Amtsblatt geoffenbarte Formverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung eines einfachen Formteils, der nur aus solchen Kunststoffplatten besteht; dieses Amtsblatt enthält keine Beschreibung für einen Verbundformteil, der durch Kombinieren solcher Platten mit anderen Rohmaterialien gebildet wird.
Andererseits ist als Strukturelement, das geringes Gewicht und hohe Steifigkeit gegen Verbiegen aufweist, ein Formteil mit sogenannter Sandwichstruktur bekannt, der gebildet wird, indem ein Schaumteil als Kernmaterial verwendet wird, auf dessen Oberfläche Platten wie oben beschrieben befestigt werden.
Wenn eine Verbundstruktur hergestellt wird, die aus Verstärkungsfasern enthaltenden Plattenabschnitten und einem aus einem geschäumten Harz bestehenden Kernmaterialabschnitt besteht, ist es im allgemeinen notwendig, daß beide Abschnitte getrennt hergestellt und mit einem Kleber oder mittels eines Heißschweißverfahrens zusammengeklebt oder unter Verwendung mechanischer Befestigungen verbunden werden.
Bei derartigen Verfahren bestehen insofern Probleme, als nicht nur die Ausrüstungskosten für Formen und dergleichen hoch sind, weil beide getrennt hergestellt werden, sondern die Herstellungskosten auch aufgrund komplizierter Schritte hoch sind.
Insbesondere bestehen Probleme darin, daß, wenn mechanische Verbindungselemente, wie Schrauben, Muttern und dergleichen, verwendet werden, mechanische Bearbeitung, wie z. B. Gewindeschneiden und dergleichen, sowie Assemblierungsschritte erforderlich sind, sodaß die Herstellung in jedem Fall lange dauert, und daß weiters, wenn verbundene Formteile als Strukturrahmeneemente eingesetzt werden, sich Spannungen an mechanisch verbundenen Abschnitten, wie z.B. Schrauben, Muttern und dergleichen, konzentrieren, sodaß verschiedene Verstärkungen, wie z.B. Stützen und Rippen, erforderlich sind.
Es gibt dahingehend Probleme, daß, wenn das Verbinden auf chemischem Weg unter Verwendung eines Klebers erfolgt, Schritte erforderlich sind, bei denen der Kleber auf mehrschichtige Platten aufgetragen wird, die entsprechend der äußeren Form des Kernmaterials geformt sind, um durch Druck einen Kontakt dazwischen herzustellen und den Kontakt aufrecht zu erhalten, bis die Verfestigung des Klebers abgeschlossen ist, weshalb die Herstellung lange dauert, die Kosten hoch werden und die Tendenz zu Schwierigkeiten wie Ablösen des Randes und dergleichen an der Verbindungsebene besteht.
Außerdem wurde besonders in den letzten Jahren Polypropylen-Harz für die Platten und das Kernmaterial verwendet, es besteht jedoch das Problem, daß es, wenn beide aus Polypropylen-Harz bestehen, keinen geeigneten Kleber gibt und das Kleben in diesem Fall daher nach einem Heißschweißverfahren erfolgen muß, wobei jedoch das Problem besteht, daß, wenn die bereits geformten Kunststoffplatten unter Einsatz heißer Platten von außen erhitzt werden, die Oberfläche der Platten rauh wird, und daß, wenn die Platten mit hoher Temperatur zum Verkleben gegen das Kernmaterial aus geschäumten Harz gepreßt werden, das Kernmaterial zerdrückt wird.
Daher wurden nach dem Stand der Technik nur selten thermoplastische Harze als Material für beide Abschnitte eingesetzt, sondern hauptsächlich reaktive wärmehärtende Harze. Wenn jedoch ein wärmehärtendes Harz verwendet wird, besteht insofern ein Problem, als großdimensionierte Produktionsanlagen erforderlich und die Kosten daher hoch sind.
Andererseits wird heute beispielsweise zur Konstruktion von Kraftfahrzeugen mit geringem Gewicht versucht, Stahlteile durch solche aus verstärktem Kunststoff zu ersetzen, und es werden beispielsweise, wie in der JP-A-SHO-62-128732 (1987) geoffenbart, Stoßstangenträger aus Stahl, die bisher weitverbreitet Verwendung fanden, durch Stoßstangenträger aus verstärktem Kunststoff ersetzt.
Dieser Stoßstangenträger wird mittels folgender Schritte konstruiert: ein Paar rinnenförmiger langer Träger mit U-förmigem Querschnitt und großer seitlicher Breite, die eine seichte Rinne und Flanschabschnitte entlang ihrer Längskanten aufweisen, wird unter Verwendung von verstärktem Kunststoff hergestellt, ihre Flanschabschnitte werden einander gegenüber angeordnet, Polypropylenlagen dazwischengelegt, um sie mittels eines Heißschweiß-, Vibrationssschweiß- oder elektromagnetisches Induktionsschweißverfahrens zu verschweißen, wodurch ein Träger in Gestalt eines hohlen, winkeligen Rohres mit rechteckigem Querschnitt ensteht; ein dicker stoßdämpfender Körper aus geschäumtem Polypropylen wird an dessen Vorderfläche befestigt und seine Außenseite mit einem Oberflächenmaterial mit U-förmigem Querschnitt abgedeckt.
Bei diesem bekannten Stoßstangenträger ist der verstärkte Kunststoff nicht organisch und einstückig kombiniert, der Schaumteil dient nur zur Stoßdämpfung, und das Strukturelement zum Aufnehmen der Stoßbelastung besteht nur aus dem verstärkten Kunststoff.
Daher ist dieser bekannte Stoßstangenträger relativ voluminös, was mit den Designs von Autokarosserien nicht harmoniert.
Wenn der verstärkte Kunststoff und der Formkörper zur Bildung eines Stoßstangenträgers organisch und einstückig verbunden sind, kann ein extrem schmaler Stoßstangenträger mit starker Pufferfunktion erhalten werden; ein solches technisches Konzept ist jedoch in den genannten Veröffentlichungen nicht enthalten.
Die JP-A-21 79724 offenbart eine Stoßstangenverstärkung, bei der im Innenraum zwischen glasfaserverstärkten Polypropylenharzlagen ein Schaum schmelzeingeschweißt ist.
Die DE-A-3722873 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Paneelen für Autoinnenräume. Eine Schaumschicht wird durch Erhitzen der Trägerschicht auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Schaums mit der Trägerschicht verbunden. Die Trägerschicht kann ein mit Polypropylen imprägniertes Faservlies sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Aspekte liefern:
ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundformteils, worin mehrschichtige Platten, die aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz und aus einem Kernmaterial aus geschäumtem Harz bestehen, unter einem niedrigen Haftdruck fest aneinandergefügt werden können, ohne daß mechanische Befestigungen, wie z.B. Schrauben, Muttern und dergleichen, oder ein Kleber und dergleichen verwendet wird;
ein neuer Verbundformteil, der leichtgewichtig ist, hohe Steifigkeit aufweist und zu einem günstigen Preis sowie in großen Mengen hergestellt werden kann;
ein neuer Kunststoff-Stoßstangenträger für Kraftfahrzeuge mit Struktur und Merkmalen wie oben beschrieben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können durch gegenseitiges Verschweißen, Vereinigen und Verfestigen von Verbindungsabschnitten zwischen dem in den mehrschichtigen Platten enthaltenen thermoplastischen Harz und dem das Kernmaterial dargestellenden, geschäumten Harz selbst erhalten werden, um das Kernmaterial ohne Verwendung eines Klebers mit den mehrschichtigen Platten zu verbinden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die mehrschichtigen Platten selbst, die mit dem Kernmaterial zu verkleben sind, als Heizplatten zum Verkleben eingesetzt, wodurch extrem gute Haftung erzielt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Verbundformteil bereit, der ein Kernmaterial und zumindest eine mehrschichtige Platte umfaßt, wobei die mehrschichtige Platte erhältlich ist, indem mehrere Prepregs in einer Schichtkonfiguation laminiert, erhitzt und unter Druck verbunden werden, wobei jedes Prepreg ein thermoplastisches Harz und Verstärkungsfasern in einem Volumsanteil von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 85% enthält, wobei die mehrschichtige Platte in eine gewünschte Form gebracht werden kann, wenn sich das thermoplastische Kunstharz in einem geschmolzenen Zustand befindet, und wobei das Kernmaterial ein geschäumtes thermoplastisches Harz mit einer gewünschten Form ist, wobei der Verbundformteil erhältlich ist, indem die mehrschichtige Platte an die Oberfläche des Kernmaterial angepreßt und mit dieser verbunden wird, wenn die mehrschichtige Platte auf nicht weniger als die Schmelztemperatur des thermoplastischen Harzes der mehrschichtigen Platte erhitzt wird.
Die obengenannte mehrschichtige Platte enthält vorzugsweise eine Verstärkungsfaser, die vorteilhafterweise eine Glasfaser ist und in einem Volumsanteil von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 85% enthalten ist. Außerdem ist es wünschenswert, daß sowohl das in den mehrschichtigen Platten enthaltene thermoplastische Harz als auch das Harz, das das Kernmaterial bildet, Polypropylenharz sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundformteils bereit, umfassend:
einen Schritt, in dem ein geschäumtes Harz eingesetzt wird, um ein Kernmaterial mit einer gewünschten äußeren Form herzustellen,
einen Schritt, in dem mehrere Prepregs, die Verstärkungsfasern in einem Volumsanteil von nichtweniger als 30% und nichtmehr als 85% und ein thermoplastisches Harz enthalten, so laminiert werden, daß die Richtung der Verstärkungsfasern sich relativ zueinander ändert, und auf nicht weniger als die Schmelztemperatur des darin enthaltenen thermoplastischen Harzes erhitzt werden, damit die Prepregs aneinander haften, und die im Inneren enthaltene Luft entfernt wird, um mehrschichtige Platten herzustellen,
einen Schritt, in dem die mehrschichtigen Platten auf nicht weniger als die Schmelztemperatur des thermoplastischen Harzes der Platten erhitzt und zu einer Form geformt und verarbeitet werden, die der Form des Kernmaterials angepaßt ist,
einen Schritt, in dem die mehrschichtigen Platten, nachdem sie im obigen Schritt in die gewünschte Form gebracht wurden, neben dem Kernmaterial angeordnet, mit gewünschten Bereichen in Kontakt gebracht und durch Druck mit dem Kernmaterial verbunden werden, und
einen Schritt, in dem ein aus dem Kernmaterial und den mehrschichtigen Platten bestehender Verbundformteil abgekühlt wird und die Harze gehärtet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen geoffenbart.
Im übrigen kann das obengenannte Verfahren, obwohl es keine dahingehende Einschränkung gibt, insbesondere dann erfolgreich durchgeführt werden, wenn die Verstärkungsfaser der mehrschichtigen Platte Glasfaser ist, das darin enthaltene thermoplastische Harz ein Polypropylenharz ist und das obengenannte Kernmaterial aus geschäumtem Polypropylen besteht.
Weiters kann der Verbundformteil gemäß vorliegender Erfindung ein Dekorationsmaterial aufweisen, das mit der Oberfläche der mit dem Kernmaterial verbundenen mehrschichtigen Platten verbunden ist.
Wenn dieses Dekorationsmaterial aus einem Kunstharz besteht, kann die Verbindung zwischen der mehrschichtigen Platte und dem Dekorationsmaterial auch ohne Kleber durch Schmelzen, Vereinigen und Verfestigen der Harze selbst als Komponenten davon am Verbindungsabschnitt gegenseitig erfolgen.
Außerdem können, wenn dieses Dekorationsmaterial ein organisches oder anorganisches Faserprodukt ist, beide Teile durch Verfestigen des thermoplastischen Harzes in einem Zustand, in dem die Faser des Dekorationsmaterials in das geschmolzene thermoplastische Harz des mehrschichtigen Platte eingebettet ist, fest verklebt werden, oder umgekehrt wird das geschmolzene thermoplastische Harz zwischen die Fasern des Dekorationsmaterials eindringen gelassen.
Das gemäß vorliegender Erfindung verwendete geschäumte Harz hat vorzugsweise einen Ausdehnungskoeffizienten vom 2- bis 50fachen, und es wird empfohlen, ein Harz von der gleichen Art wie jenes zur Bildung anderer Elemente zu verwenden.
Als mehrschichtige Platte zur Verwendung gemäß vorliegender Erfindung wird eine unidirektional faserverstärkte thermoplastische Kunstharzplatte (nachstehend als Prepreg bezeichnet) verwendet, bei der eine Faserlage, die durch Verstrecken und Ausrichten langer, kontinuierlicher Fasern in einer Richtung und in einer Ebene gebildet wird, als Rahmenmaterial verwendet wird, das mit dem thermoplastischen Harz imprägniert wird. Als Prepreg ist abgesehen von obigem eine multidirektional faserverstärkte thermoplastische Harzplatte bekannt, bei der ein aus solchen Fasern bestehendes Gewebe mit dem obengenannten Harz imprägniert ist, und es ist auch möglich, ein solches Prepreg zu verwenden.
Diese Prepregs können alleine eingesetzt werden, üblicherweise werden jedoch mehrere Prepregs in einer bestimmten Dicke laminiert, wobei die Faserrichtungen unterschiedlich kombiniert werden und sie im voraus erhitzt und zusammengedrückt werden, um zwischen den Prepregs vorhandene Luft zu entfernen, und in eine für die weitere Verwendung gewünschte Gestalt und Größe gebracht.
Als Prepreg kann jedes verwendet werden, das üblicherweise die obengenannte Faser in einem Anteil von 30-85 Vol.-% enthält und eine Dicke von 0,05-1,0 mm aufweist, insbesondere empfohlen werden jedoch jene, die nach einem in der US-PS-5.201.979 geoffenbarten Verfahren hergestellt werden.
Eine Lage der mehrschichtigen Platte umfaßt bis zu maximal 100 Prepreglagen.
Eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung der aus solchen Prepregs bestehenden mehrschichtigen Platte.
Selbst wenn die mehrschichtigen Platten eine große Anzahl Prepregs umfassen, liegen die Harzschichten zwischen den die Prepregs bildenden Faserschichten vor, und wenn sich diese im geschmolzenen Zustand befinden, wird die Scherbewegung zwischen den Faserschichten aufgrund ihrer Schmierfunktion einfach, sodaß es möglich ist, sie in eine Form zu bringen, die an die Außenform des Kernmaterials angepaßt ist, an das sie unter einem derartig geringen Druck durch Pressen und In-Kontakt-Bringen an das Kernmaterial oder eine Form angeklebt werden, daß das geschäumte Harz durch den Druck nicht zerquetscht wird.
Außerdem kann die aus einem oder einer geringen Anzahl an Prepregs bestehende mehrschichtige Platte mit einer extrem schwachen äußeren Kraft verformt werden, wenn sie auf die Schmelztemperatur des Harzes erhitzt wird.
Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die kontinuierlichen Fasern in einer Richtung oder in zwei Richtungen, nämlich in Längs und Querrichtung, in einer Ebene ausgerichtet sind.
Selbst im Fall der mehrschichtigen Platte mit gleicher Dicke kann deren Charakteristik je nach der Kombination aus der Dicke des zu verwendenden Prepregs und der Anzahl der zu laminierenden Lagen geändert werden; zusammenfassend ist jedoch festzustellen, daß zur Durchführung der vorliegenden Erfindung jede verwendet werden kann, die durch einen geringen Druck im Ausmaß von einigen kg/cm² (z.B. weniger als 10 kg/cm², vorzugsweise weniger als 5 kg/cm²), in eine beliebige Form gebracht werden kann.
Im Fall einer herkömmlichen faserverstärkten Harzplatte werden lange, kontinuierliche, spiralförmige Fasern ineinander verschlungen und dann mit dem Harz imprägniert, und weiters ist die Plattendicke außerdem üblicherweise nicht geringer als 3 mm, sodaß es beim Verformen derselben notwendig ist, die Verformung unter Ausweitung der Masse von ineinander verschlungen Fasern vorzunehmen, wodurch ein ziemlich hoher Druck erforderlich und es unmöglich ist, die Verformung durch Anpressen an das Kernmaterial vorzunehmen, und es ist notwendig, das Formen unter einem hohen Druck durchzuführen, selbst wenn eine Form verwendet wird.
Als Faser für das Rahmenmaterial des Prepregs können beispielsweise anorganische Fasern, wie z.B. Glas, Kohlenstoff, Siliziumkarbid und dergleichen, Metalifasern, wie z.B. Titan, Bor, rostfreier Strahl und dergleichen, und Kunstharzfasern, wie z.B. Aramid (Markenname "KEVLAR") und dergleichen, verwendet werden.
Als Prepreg wird ein solches verwendet, bei dem Faserstränge, die durch Verseilen von 200-2.000 Monofilamenten mit einem Durchmesser von üblicherweise 3-25 µm erhalten wurden, oder gezwirnte Garne unter Verwendung einer vorbestimmten Anzahl von Einzesträngen parallel zueinander angeodnet und mit dem thermoplastischen Harz imprägniert wurden.
Um den engen Kontakt mit dem Harz zu verbessern, wird die Glasfaser einer bekannten Oberflächenbehandlung unter Verwendung eines Bindemittels und eines Haftmittels unterzogen.
Genauer gesagt ist es zum Zusammenfassen oder Verseilen der Monofilamente notwendig, die Behandlung unter Verwendung eines Bindemittels durchzuführen, das sich für das zuzusetzende thermoplastische Harz eignet. Im allgemeinen wird ein solches gewählt, das bei der Schmelztemperatur des zuzusetzenden Harzes weich wird und es leicht macht, den Faserstrang mit dem thermoplastischen Harz zu imprägnieren. Daher wird oft jenes Bindemittel eingesetzt, das ein Harz desselben Typs wie das als Hauptkomponente zu kombinierende enthält.
Als Glasfaser wird eine eingesetzt, die mit dem Haftmittel, wie z.B. Silan, Titanat, Zirkonium und dergleichen, behandelt wird, um den engen Kontakt mit dem Harz zu verbessern. Was das in diesem Fall zu verwendende Haftmittel betrifft, ist es notwendig, das je nach dem zu kombinierenden Harz am besten geeignete zu verwenden, und nachstehend werden konkrete Beispiele dafür angeführt:
Für Nylon: γ-Aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan und dergleichen.
Für Polycarbonat: γ-Aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan und dergleichen.
Für Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat: β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan und dergleichen.
Für Polyethylen oder Polypropylen: Vinyltrimethoxysilan, Vinyl-tris-(2-methoxyethoxy)silan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan und dergleichen.
Für Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyetheretherketon, Polyimid, Polyallylat und Fluorharz können natürlich die obengenannten Haftmittel verwendet werden, aber abgesehen von den obigen gibt es N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropylmethydimethoxysilan, γ-Chlorpropylmethyldimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, p-Aminophenyltriethoxysilan und dergleichen.
Wenn als Verstärkungsfaser andere Fasern als Glasfasern verwendet werden, erfolgt die Behandlung off unter Verwendung eines aminhärtenden Epoxyharzes als Haftmittel, wobei konkrete Beispiele für das Epoxyharz Bisphenol-A-epichlorhydrin-Harz, Epoxy- Novolak-Harz, alizyklisches Epoxyharz, aliphatisches Epoxyharz und Glycidylesterharz sind.
Das thermoplastische Harz hat jedoch im allgemeinen eine hohe Schmeztemperatur, sodaß derartige Haftmittel nicht verwendet werden können, wenn die obengenannten Haftmittel thermischer Zersetzung unterliegen können.
Ein Verfahren zum Aufbringen des Haftmittels auf die Faseroberfläche ist das folgende: Wenn die Faser geschmolzen wird, wird, um die Monofilamente zu ziehen, dem Bindeund dem Haftmittel ein oberflächenaktives Mittel zugegeben, um eine wäßrige Lösung herzustellen, die auf die Monofilamente aufgespritzt wird, gefolgt von Trocknen bei einer Temperatur von etwa 100ºC.
Als alternatives Verfahren wird die Faser, die kein Bindemittel aufweist, durch Eintauchen, Sprühen, Aufstreichen oder dergleichen mit einer Lösung imprägniert, in der das Bindemittel und das Haftmittel in einem Anteil von insgesamt 0,1-3 Gew.-% gelöst sind.
Die die Haftmittellösung enthaltende Faser wird bei 60-120ºC getrocknet und das Haftmittel mit der Faseroberfäche reagieren gelassen. Als Trocknungszeit ist jene Zeit ausreichend, die erforderlich ist, damit das Lösungsmittel verdampft und sich verflüchtigt, was üblicherweise 15-20 min dauert.
Was das Lösungsmittel betrifft, in dem das Halfmittel gelöst wird, gibt es, je nach dem verwendeten Oberflächenbehandlungsmittel, einen Fall, in dem auf einen pH-Wert von 2,0-12,0 eingestelltes Wasser verwendet wird, und einen Fall, in dem organische Lösungsmittel, wie Ethanol, Toluol-Aceton, Xylol und dergleichen, allein oder als Gemisch verwendet werden.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Imprägnieren der Verstärkungsfasern, die gereckt und in einer Richtung und in einer Ebene ausgerichtet sind, um Lagenform zu ergeben, mit dem thermoplastischen Harz; das allgemeinste Verfahren ist jedoch das folgende:
Im Fall eines im Lösungsmittel löslichen Harzes ist es möglich, ein Verfahren einzusetzen, bei dem das Harz im Lösungsmittel gelöst und die Verstärkungsfasern damit imprägniert werden, und das Lösungsmittel dann unter Belüftung entfernt wird, um die Lage herzustellen.
Als alternatives Verfahren ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem das Harz erhitzt und geschmolzen wird, um die Verstärkungsfasern zu imprägnieren, die dann belüftet und abgekühlt werden, um die Lage herzustellen.
Das so hergestellte Prepreg weist einen hervorragenden engen Kontakt zwischen der Faser und dem thermoplastischen Harz auf, der Fasergehalt kann je nach den Anforderungen auch stark verändert werden, sodaß er 30-85 Vol.-% beträgt, und die Dicke kann auch im Bereich von 0,05-1,0 mm liegen, um Prepregs mit einer gewünschten Dicke herzustellen.
Wenn der Glasfasergehalt nicht mehr als 30 Vol.-% beträgt, wird die Fasermenge zu gering und die Festigkeit unzureichend, während, wenn er nicht weniger als 85 Vol.-% beträgt, die Harzmenge relativ zu den Fasern zu gering, der enge Kontakt zwischen den Fasern und dem Harz beeinträchtigt und auch die Festigkeit verringert wird.
Andererseits können als Beispiele für das thermoplastische Harz, das in die Zwischenräume der Rahmenmaterialfasern zu imprägnieren ist, beispielsweise Polystyrol, Polyvinylchlorid, HD-Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Polyethersulfon, Polysulfon, Polyetherimid (Marken name "ULTEM"), Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid und dergleichen genannt werden.
Außerdem ist es möglich, als geschäumtes Harz zur Verwendung für das Kernmaterial beispielsweise zusätzlich zum Polypropylen, Polyurethan und dergleichen eines zu verwenden, bei dem das aus geschäumtem Polystyrol bestehende Kernmaterial mit geschäumtem Polypropylen beschichtet ist. Es können jene verwendet werden, die einen Ausdehnungskoeffizienten vom 2- bis zum 50fachen aufweisen.
Als Dekorationsmaterial sind beispielsweise zusätzlich zu thermoplastischen Polypropylen-Harzprodukten und dergleichen, wie z.B. Lagen aus geschäumtem und ungeschäumtem Polystyrol, PVC, PZT und dergleichen, jene mit an der Oberfläche liegenden Fasern gewünscht, wie z.B. Gewebe, Vlies, Grobfolien und dergleichen.
Bei der Herstellung des Verbundformteils gemäß vorliegender Erfindung werden zunächst mehrschichtige Platten erhitzt, wobei ein Zweck davon darin besteht, ausreichende Entlüftung zwischen den Prepregs herbeizuführen und die mehrschichtigen Platten ausreichend zu erhitzen, um die Bearbeitung im nächsten Schritt leicht zu machen.
Im allgemeinen wird es, wenn eine Platte aus thermoplastischem Harz, die keine Verstärkungsfasern enthält, auf eine Temperatur nicht unter der Schmelztemperatur erhitzt wird, unmöglich, ihre Gestalt beizubehalten, und es wird schwierig, sie in die gewünschte Form zu bringen.
Daher wird in einem solchen Fall Formgebung innerhalb einer geschlossenen Form durchgeführt, oder die Formgebung wird innerhalb des Erweichungsbereichs nicht über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes durchgeführt.
Im Fall einer mehrschichtigen Platte zur Verwendung gemäß vorliegender Erfindung wird das Harz jedoch durch die Anordnung einer großen Anzahl an Fasern zusammengehalten, sodaß es zu keinem Ausfließen kommt, selbst wenn das thermoplastische Harz schmilzt und sich so in einem fließfähigen Zustand befindet, und daher ist es möglich, die gewünschte Form der Platte beizubehalten, wodurch es im nächsten Schritt möglich ist, die auf nicht weniger als den Schmelzpunkt des darin enthaltenden Harzes erhitzte mehrschichtige Platte gegen die Oberfläche des damit zu verbindenden Kernmaterials zu pressen, um engen Kontakt damit herzustellen und für eine einstückige Verbindung zu sorgen.
Beim Verfahren gemäß vorliegender Erfindung behält, selbst nachdem die mehrschichtige Platte in eine solche Form gebracht wurde, daß sie in engem Kontakt mit der Oberfläche des Kernmaterials steht, ihr thermoplastisches Harz den Schmelzzustand bei, sodaß die Oberflächenschicht des geschäumten Harzes, das das Kernmaterial bildet, aufgrund der von diesem zugeführten Hitze schmilzt und an die mehrschichtige Platte angeschweißt wird, weshalb eine sofortige Abkühlung und Verfestigung in diesem Zustand für eine feste Verbindung zwischen beiden Abschnitten sorgt.
In diesem Fall werden, wenn seitliche Randabschnitte mehrerer mehrschichtiger Platten zum Umhüllen des Kernmaterials miteinander überlappen, die thermoplastischen Harze an der Verbindungsebene miteinander verschweißt, wenn sie während einer Phase mit hoher Temperatur aneinandergepreßt und -geklebt werden, sodaß ihre sofortige Abkühlung und Verfestigung auch für vollständiges Miteinanderverbinden mit hoher Festigkeit zwischen der Vielzahl mehrschichtiger Platten sorgt, die das Kernmaterial umhüllen, was zu einer einstückigen Struktur führt.
Wenn weiters die mehrschichtigen Platten mit dem Kernmaterial verbunden sind, nimmt das Dekorationsmaterial für den Fall, daß es gleichzeitig in engen Kontakt mit der Außenfläche der mehrschichtigen Platte gebracht wird, Wärme von der mehrschichtigen Platte mit hoher Temperatur auf, seine Verbindungsfläche schmilzt und verschmilzt mit der mehrschichtigen Platte.
Selbst wenn das Dekorationsmaterial bei der Temperatur der mehrschichtigen Platte nicht schmilzt, gibt es außerdem, wenn es porös oder mit Fasern bedeckt ist, wie beispielsweise Textilien oder dergleichen, einen Zustand, in dem die Fasern und das Gewebemuster mit dem geschmolzenen Harz imprägniert wird, oder dünne Fasern und dergleichen, die vom Dekorationsmaterial wegstehen, in die geschmolzene Harzschicht der mehrschichtigen Platte eindringen, sodaß deren Abkühlung und Verfestigung für eine Vereinigung der mehrschichtigen Platte mit dem Dekorationsmaterial sorgt.
Wenn daher der Volumsanteil der Fasern geringer als 30% ist, wird es bei der aus den Prepregs bestehenden mehrschichtigen Platte unmöglich, sie geeignet zu formen, da die Fähigkeit zur Verhinderung des Fließens des Harzes eingeschränkt wird, während umgekehrt, wenn der Volumsanteil der Faser 85% übersteigt, der Harzgehalt gering und das Formen schwierig wird, sodaß kein gewünschter Formteil erhalten wird.
Genauer gesagt wird gemäß vorliegender Erfindung jene mehrschichtige Platte eingesetzt, die Fasern in einem Volumsanteil von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 85% enthält. Noch bevorzugter wird aufgrund ihrer guten Verarbeitbarkeit beim Formen die mehrschichtige Platte mit einem Faservolumsanteil von 40-80% empfohlen, um so gewünschte Formteile zu erhalten.
Im allgemeinen wird das geschäumte Harz, wenn ein hoher Druck darauf ausgeübt wird, durch diesen weitgehend verformt und zerdrückt. Außerdem fließt das geschmolzene Harz, wenn die erhitzte mehrschichtige Platte durch Ausübung eines hohen Drucks zum Formen zusammengepreßt wird, aus der dreidimensionalen Struktur der Faser heraus und verschwindet darin, außer in jenem Fall, wo der Druck in einer dicht verschlossenen Form angelegt wird. Daher muß der Formdruck im allgemeinen unter Berücksichtigung der Temperatur und Viskosität des Harzes und der Druckfestigkeit des geschäumten Harzes entsprechend gewählt werden. Üblicherweise ist im Fall eines herkömmlichen Systems ein Druck von nicht weniger als 10 kg/cm² erforderlich, es reicht jedoch aus, wenn der Formdruck der mehrschichtigen Platte zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr als 3 kg/cm², üblicherweise etwa 0,1-1,5 kg/cm², beträgt.
Wenn sich das in der mehrschichtigen Platte enthaltene Harz von dem das Kernmaterial bildenden Harz unterscheidet, gilt für mögliche Kombinationen davon, daß der Schmelzpunkt des ersteren wünschenswerterweise etwa gleich hoch oder nicht höher als der Schmelzpunkt des letzteren ist.
Wenn die Schmelzpunkte der beiden Abschnitte etwa gleich sind, werden die Harze beide Abschnitte vorteilhaft geschmolzen und vereinigt, wenn die erhitzte mehrschichtige Platte mit dem Kernmaterial in Kontakt steht.
Wenn das Herz des Kernmaterials jedoch einen hohen Schmelzpunkt aufweist und kein Schmelzen erfolgt, werden, wenn das geschmolzene Harz der mehrschichtigen Platte in Zellen an der Oberfläche des porösen Kernmaterials fließt und sich verfestigt, beide Abschnitte ausreichend fest verbunden, sodaß es keine Schwierigkeiten gibt.
Andererseits ist ein zu niedriger Schmelzpunkt des Kernmaterialharzes nicht zweckmäßig.
Außerdem ist es natürlich unmöglich, eine Kombination von Harzen zu verwenden, bei der ein Harz beim Schmelzpunkt des anderen abgebaut wird.
Was das Erhitzen der mehrschichtigen Platte betrifft, wird bei Verwendung der aus Glasfaser mit einem Volumsanteil von 60% und dem Rest aus Polypropylen bestehenden mehrschichtigen Platte empfohlen, sie unter Verwendung eines Ofens auf 250ºC zu erhitzen. Was die Heizdauer betrifft, sind im Fall der Verwendung einer Platte mit etwa 1 mm Dicke 1 min und im Fall von etwa 3 mm etwa 3 min ausreichend.
Ein Beispiel für einen Verbundformteil gemäß vorliegender Erfindung ist eine Kfz- Stoßstange.
Der Hauptträger für die Stoßstange gemäß vorliegender Erfindung besteht aus einem langen Hauptelement mit rinnenförmigem Querschnitt, das Flansche, die sich an seinen Randseiten nach außen erstrecken, ein aus einem in die Rinne des Hauptelements gefüllten geschäumten Harz bestehendes Kernmaterial sowie eine Verbindungsplatte als Abdeckung für das Kernmaterial und zum Verbinden der Flansche des Hauptelements aufweist.
Daher umfaßt die Stoßstange den Hauptträger, Stoßstangenstützen, um sie an einer Kfz- Karosserie zu befestigen, ein Dämpfungselement aus einem geschäumten Harz zur Befestigung an der Außenfläche des Hauptträgers sowie ein Deckelement zu deren Abdeckung.

KURZE BESCHREIBÜNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen laminierten Verbundformteil gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, die mehrschichtige Platten zeigt, die ober- und unterhalb eines Kernmaterials angeordnet sind, das aus einem geschäumten Harz besteht, und die während des Verfahrens zur Herstellung eines laminierten Verbundformteils gemäß vorliegender Erfindung erhitzt und geformt werden.
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht des Verbundformteils, der durch Herbeiführen von engem Kontakt der in Fig. 2 gezeigten mehrschichtigen Platten mit dem Kernmaterial, gefolgt von Abkühlung und Verfestigung zur Vereinigung derselben erhalten wird.
Fig. 4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, die Details eines Verbindungsabschnitts zwischen den mehrschichtigen Platten und dem Kernmaterial des in Fig. 3 gezeigten Verbundformteils zeigt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Teilansicht einer Teilstruktur des zweiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Beispiels.
Fig. 6 ist eine perspektivische Teilansicht einer Teilstruktur des dritten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Beispiels.
Fig. 7 ist eine seitliche Querschnittansicht, die die Struktur des vierten Beispiels gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist eine seitliche Querschnittansicht, die die Struktur des fünften Beispiels gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist eine erläuternde Ansicht; die in einen Zustand zeigt, in dem mehrschichtige Platten und ein Dekorationsmaterial ober- und unterhalb eines Kernmaterials angeordnet sind, um den in Fig. 8 gezeigten Verbundformteil herzustellen.
Fig. 10 ist eine seitliche Querschnittansicht, die die Struktur des sechsten Beispiels gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 11 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, die Details eines Verbindungsabschnitts des in Fig. 10 gezeigten sechsten Beispiels zeigt.
Fig. 12 ist eine perspektivische Teilansicht, die Details eines Stoßstangenträgers gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 13 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hauptträgers des in Fig. 12 gezeigten Stoßstangenträgers zeigt.
Fig. 14 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Testverfahren für den Stoßstangenträger zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für die Grundstruktur eines laminierten Verbundformteils gemäß vorliegender Erfindung zeigt, worin 10 der Formteil gemäß vorliegender Erfindung ist, 11 und 12 mehrschichtige Platten sind und 13 ein aus einem geschäumten Harz bestehendes Kernmaterial ist.
Es werden dabei die mehrschichtigen Platten 11 und 12 zunächst erhitzt und zusammengedrückt, und Luft zwischen den diese bildenden Prepregs entweicht; dann werden sie zu in Fig. 2 dargestellten Querschnittsformen geformt.
Das Kernmaterial 13 wird durch Schäumen eines Harzes innerhalb einer gewünschten Form geformt, und seine Deck- und Bodenfläche werden mit den mehrschichtigen Platten 11 bzw. 12 verklebt, um einen Verbundformteil 10 herzustellen.
Die Luft zwischen den Prepregs wird zunächst in einem Heizschritt ausgetrieben, bevor das Kernmaterial 13 mit den mehrschichtigen Platten 11 und 12 in Kontakt gebracht wird, die auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreicht, um darin enthaltenes Harz sowie das Kernmaterial harz zu schmelzen, d.h. üblicherweise auf eine Temperatur nicht unter dem Schmelzpunkt des Harzes.
Selbst wenn die mehrschichtigen Platten auf eine Temperatur nicht unter dem Schmelzpunkt des darin enthaltenen Harzes erhitzt werden, können sie in gewünschten Formen gebracht werden, weil das Harz zwischen Fasern festgehalten wird, wie oben beschrieben, und daher in keinen fließenden Zustand versetzt wird.
Daher wird, wie in Fig. 3 gezeigt, wenn die mehrschichtigen Platten 11, 12 in engem Kontakt mit dem Kernmaterial 1 3 stehen, das Harz an der Oberfläche des Kernmaterials 13 aufgrund der Hitze der mehrschichtigen Platten 11, 12 geschmolzen. Genauer gesagt fungieren die mehrschichtigen Platten 11, 12 als Heizplatten zum Heißkleben, um das Harz an der Oberfläche des Kernmaterials 13 zu schmelzen.
Die in den mehrschichtigen Platten 11, 12 enthaltenen Fasern fungieren als Speicher, und aufgrund des Ausmaßes der darin gespeicherten Wärme schmilzt die Oberfläche des das Kernmaterial 13 bildenden Harzes und wird mit dem in den mehrschichtigen Platten enthaltenen, geschmolzenen Harz vereinigt, sodaß deren sofortiges Abkühlen nach kurzer Zeit zu einem hervorragenden Verbundformteil führt. Da das Harz in diesem Fall thermoplastisch ist, wird nicht die für eine Polyermisationsreaktion wie bei einem wärmehärtenden Epoxyharz erforderliche Zeit benötigt, sondern es reicht eine extrem kurze Bearbeitungszeit.
Der Zustand eines Verbindungsabschnitts zwischen der mehrschichtigen Platte und dem Kernmaterial wird in Fig. 4 vergrößert gezeigt. Bei mikroskopischen Untersuchungen ist zu beobachten, daß eine Schweißschicht 16 an einer Verbindungsebene zwischen der mehrschichtigen Platte 11 und dem Kernmaterial 13 gebildet wird. Wenn deren Harz dasselbe ist, liegt eine Konfiguration vor, bei der an der Oberflächenschicht des geschäumten Harzes des Kernmaterials 13 ein dünner Film gebildet wird. Wenn beide Abschnitte andererseits aus verschiedenen Harzen bestehen, hat die Schweißschicht 16 eine Zusammensetzung, bei der beide Harze in gemischtem Zustand vorliegen.
Der in Fig. 5 gezeigte Verbundformteil 20 hat die Form einer einfachen ebenen Platte, die mehrschichtige Platten 21 und 22 und ein Kernmaterial 23 umfaßt. In der Figur wird zur Vergrößerung und Darstellung der Struktur im Querschnitt nur ein Abschnitt gezeigt; tatsächlich ist jedoch dieser Formteil 20 eine Platte mit einer Größe von beispielsweise 1.800 mmx 3.600 mmx 10 mm oder mehr.
Der in Fig. 6 gezeigter Verbundformteil 30 weist in seiner Längsrichtung einen nach außen ragenden Streifen an der Oberfläche auf, der aus mehrschichtigen Platten 31 und 32 und einem Kernmaterial 33 besteht.
Diese in den Fig. 1, 5 und 6 gezeigten Formteile werden beispielsweise wie folgt hergestellt.
Zunächst wird ein gewünschtes geschäumtes Harz, beispielsweise ein geschäumtes Polypropylenharz, verwendet, um das jeweilige Kernmaterial in gewünschter Form herzustellen.
Getrennt davon werden mehrere Prepregs, die durch Imprägnieren von in einer Richtung einer Ebene ausgerichteten Glasfasern mit einem Polypropylen harz hergestellt werden, so laminiert, daß die Anordnungsrichtungen der Fasern in den aneinanderliegenden Prepregs einen rechten Winkel bilden, um zwei Lagen der mehrschichtigen Platten mit einer Dicke von 0,2 mm und einem Faservolumsanteil von 60% herzustellen.
Abziehfilme, die aus Polyimid oder Polytetrachlorethylen bestehen, werden auf beide Oberflächen dieser mehrschichtigen Platten geklebt, die zwischen auf 250ºC erhitzte Platten gelegt und 5 min unter einem Druck von 0,01-0,03 kg/cm² erhitzt werden.
Nach dem Erhitzen werden die Abziehfilme auf den ersten Oberflächen jeweils von den beiden mehrschichtigen Platten abgezogen, das zuvor hergestellte Kernmaterial wird dazwischen angeordnet und in eine auf 60ºC vorgeheizte Preßform eingelegt, um unter einem Druck von 2 kg/cm² abzukühlen. Die Form wird nach dem Abkühlen auf nicht mehr als den Schmelzpunkt des Harzes geöffnet, der Formteil wird herausgenommen, und die Abziehfilme werden abgezogen.
In jedem Fall wird eine Form verwendet, mit der der beabsichtigte Formteil geformt werden kann.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines Formteils 40 in Form einer langen quadratischen Stange.
Der Formteil wird beispielsweise wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein gewünschtes geschäumtes Harz, beispielsweise ein geschäumtes Polypropylenharz, verwendet, um ein Kernmaterial in Form eines Stabs mit quadratischem Querschnitt mit einer gewünschten Abmessung herzustellen.
Getrennt davon werden 8 Prepreg-Lagen, die aus Glasfasern und einem Polypropylenharz bestehen, auf die gleiche Weise wie oben beschrieben laminiert, sodaß die Anordnungsrichtungen der Fasern in den aneinanderliegenden Prepregs einen rechten Winkel bilden, um zw ei Lagen mehrschichtiger Platten mit einer Dicke von 0,2 mm und einem Faservolumsanteil von 60% herzustellen.
Aus Polytetrachlorethylen bestehende Abziehfilme werden auf beide Oberflächen dieser mehrschichtigen Platten aufgeklebt und diese zwischen auf 250ºC erhitzte Platten gelegt und 5 min lang unter einem Druck von 0,01 kg/cm² erhitzt.
Nach dem Erhitzen werden die Abziehfilme auf den ersten Oberflächen jeweils von den beiden mehrschichtigen Platten abgezogen, eine mehrschichtige Platte 42 wird auf einem horizontalen Sockel angeordnet, das obengenannte Kernmaterial 43 wird entlang ihrer Mittellinie angeordnet, die verbleibende mehrschichtige Platte 41 wird dann unter Einrichtung der Mittellinie darauf angeordnet; als nächstes hängen die vorragenden Abschnitte an beiden Seiten der oberen mehrschichtigen Platte 41 entlang der Seitenflächen des Kernmaterials 43 nach unten und werden gegen die Seitenflächen des Kernmaterials 43 gepreßt, der Abziehfilm auf der mehrschichtigen Platte 41 wird abgezogen, und dann wird die mehrschichtige Platte 42 mit der Oberseite nach unten aufgebogen, gegen das Kernmaterial 43 und die andere mehrschichtige Platte 41 gepreßt und mittels Druck festgeklebt; dann wird abgekühlt, um den Abziehfilm abzuziehen, wodurch der Formteil entsteht.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht eines Formteils 40 in Form einer langen quadratischen Stange.
Die mehrschichtige Platte wird umgefaltet, um rinnenförmige Elemente 41 und 42 mit kastenartigem Querschnitt herzustellen, die ausreichend erhitzt werden. In diesem Stadium wird ein langes Kernmaterial in Form eines Stabs mit quadratischem Querschnitt aus geschäumtem Harz in das Element 41 eingeschoben, das Element 41 und das Kernmaterial 43 werden mit dem Element 42 bedeckt und die obigen drei Elemente 41, 42 und 43 werden an ihren aneinandergrenzenden Oberflächen eng miteinander verbunden und abgekühlt, wodurch ein langer Formteil 40 in Gestalt eines Stabs mit quadratischem Querschnitt erhalten wird.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittstruktur eines Verbundformteils 50, bei dem zusätzlich zu den mehrschichtigen Platten 51, 52 und einem Kernmaterial 53 ein Dekorationsmaterial 54 verwendet wird.
Dieser Verbundformteil 50 wird konstruiert, indem die mehrschichtigen Platten 51 und 52 mit der Vorder- und der Rückfläche des Kernmaterials 53 in engen Kontakt gebracht werden und das Dekorationsmaterial 54 mit der Oberfläche der mehrschichtigen Platte 51 in engen Kontakt gebracht wird.
Um diesen Formteil herzustellen, wie in Fig. 9 gezeigt, werden die mehrschichtigen Platten 51 und 52, nachdem sie erhitzt, zusammengepreßt, entlüftet und gegebenenfalls in eine gewünschte Form gebracht wurden, ober- und unterhalb des Kernmaterials 53 angeordnet, das in die gewünschte Form gebracht wurde, und weiters wird das Dekorationsmaterial 54 - in der Figur an der Oberseite - auf die mehrschichtige Platte 51 aufgelegt, leicht gepreßt und in Kontakt gebracht.
Unterdessen werden die Oberflächenabschnitte des Kernmaterials 53 und des Dekorationsmaterials 54, welche mit den mehrschichtigen Platten 51 und 52 mit hoher Temperatur in Kontakt stehen, durch die Hitze der mehrschichtigen Platten 51 und 52 aufgeschmolzen und an die mehrschichtigen Platten 51 und 52 angeschweißt, sodaß nach Abkühlung und Verfestigung der Verbundformteil mit dem Dekorationsmaterial wie in Fig. 8 gezeigt erhalten wird.
Ein in Fig. 10 gezeigter Verbundformteil 60 wird konstruiert, indem mehrschichtige Platten 61 und 62 auf die Vorder- bzw. Rückseite eines Kernmaterials 63 aufgeklebt und weiters Dekorationsmaterialien 64 und 65 sowohl auf deren Vorder- als auch Rückfläche geklebt werden.
Die in Fig. 8 und Fig. 10 gezeigten Formteile werden beispielsweise nach einem Verfahren hergestellt, das dem in der obengenannten Fig. 1 gezeigten und dergleichen ähnlich ist, sie sind jedoch mit dem Dekorationsmaterial versehen, sodaß, bevor sie in der Presse angeordnet werden, der Abziehfilm, auf dessen Fläche das Dekorationsmaterial aufgeklebt wird, enfernt und das gewünschte Dekorationsmaterial darübergelegt wird, woraufhin sie in die Presse gelegt und unter einem Druck in der Größenordnung von etwa 3 kg/cm² abgekühlt werden. Als mehrschichtige Platte wird beispielsweise eine mit einem Glasgehalt von 50 Vol-% und einer Dicke von etwa 0,25 mm empfohlen.
Fig. 11 ist eine erläuternde Ansicht von Details des Klebeabschnitts zwischen dem Dekorationsmaterial 64 und der mehrschichtigen Platte 61 und dem Klebeabschnitt zwischen der mehrschichtigen Platte 61 und dem Kernmaterial 63, wenn in dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel ein mit Fasern bedecktes Material als Dekorationsmaterial 64 verwendet wird.
Der Klebeabschnitt 66 zwischen der mehrschichtigen Platte 61 und dem Kernmaterial 63 ist dem in Fig. 4 gezeigten Klebebschnitt 16 ähnlich und wird durch Schmelzen und Vermischen der in der mehrschichtigen Platte 61 und im Kernmaterial 63 enthaltenen Harze erzeugt.
Das Dekorationsmaterial 64 ist jedoch im allgemeinen Gewebe, Grobfolie oder dergleichen, die durch die Hitze der mehrschichtigen Platte üblicherweise nicht schmelzen, sodaß kein Klebeabschnitt wie zwischen der mehrschichtigen Platte 61 und dem Kernmaterial 63 erzeugt wird.
Stattdessen hat das Dekorationsmaterial 64 am Verbindungsabschnitt zwischen dem Dekorationsmaterial 64 und der mehrschichtigen Platte 61 eine mit Fasern bedeckte Oberfläche, sodaß Fasern 67, die aus der Oberfläche vorragen, in das geschmolzene Harz der mehrschichtigen Platte eindringen und das Harz sich in dieser Anordnung verfestigt, sodaß das Dekorationsmaterial aufgrund dieser Ankerfunktion mechanisch und fest mit der mehrschichtigen Platte verbunden wird. Daher ist das Dekorationsmaterial nicht unbedingt ausschließlich auf Harze beschränkt, die nur durch Erhitzen schmelzen, sondern es ist auch möglich, jene auszuwählen, die unter Verwendung verschiedener Rohmaterialien, wie Gewebe, Vlies, Glasstoff, Asbest, anorganischer Materialien und dergleichen, hergestellt werden.
Nun wird eine in Fig. 12 gezeigte Stoßstange beschrieben.
Diese Stoßstange 70 besitzt einen Stoßstangenträger, der aus einem durch Formen mehrschichtiger Platten gebildeten Hauptträger 71 mit rinnenförmigem Querschnitt, einer Vorderplatte 72 und einem Kernmaterial 73 besteht.
Der Hauptträger 71 ist ein langer Träger mit rinnenförmigem Querschnitt, der ein Paar Flansche 71a, 71b aufweist, die entlang beider Seitenränder seitwärts nach außen ragen und sich jeweils in seine Längsrichtung erstrecken, und der ein Paar Stoßstangenstützen 74 (von denen in der Figur nur eine gezeigt wird) zum Befestigen an einem Fahrzeugkörper an der Seite gegenüber seiner Öffnung aufweist, wobei sein Innenraum mit dem aus einem geschäumten Harz bestehenden Kernmaterial 73 gefüllt ist, die Vorderplatte 72 mit dem Paar Flansche 71a, 71b überbrückt wird und die Vorderplatte 72 fest mit dem Kernmaterial 73 und den Flanschabschnitten 71a und 71b verklebt ist.
Außerdem ist ein stoßdämpfender Körper 75, der aus einem geschäumten Harz besteht, an die Vorderfläche der Vorderplatte 72 geklebt, dessen Außenabschnitt mit einem Beschichtungsmaterial 76 beschichtet ist.
Eine beliebige der mehrschichtigen Platten zur Bildung des Hauptträgers 71 und der Vorderplatte 72 wird hergestellt, indem Prepregs laminiert und mit einem Harz imprägniert werden, wobei es sich empfiehlt, Prepregs zu verwenden, bei denen Fasern, die in Längsrichtung der Stoßstange ausgerichtet sind, und jene, die in eine Richtung senkrecht dazu ausgerichtet sind, abwechselnd laminiert sind, wobei im Fall des Hauptträgers 71 etwa 18-20 Lagen und im Fall der Vorderplatte 72 etwa 8-10 Lagen verwendet werden, die mit einem Polypropylenharz imprägniert werden.
Diese mehrschichtigen Platten werden zu geeigneten Stücken geschnitten, die zuvor auf 210ºC erhitzt werden, und in eine in Fig. 13 gezeigte Form 81 eingelegt, um zunächst den Hauptträger 71 nach einem bekannten Verfahren zu formen. Weiters wird in das Innere der Rinne des Hauptträgers 71 der 15fach aufgeschäumte Körper 73 aus Polypropylenharz hineingestopft, der etwas größer als das Volumen der Rinne ist, und die Vorderplatte 72 wird darauf angeordnet.
Eine beliebige der Formen 81, 82 wird auf 70ºC vorerhitzt, der Inhalt in der Form wird durch Ausüben eines Preßdrucks von 3 kg/cm² 1 min lang zusammengedrückt, um diese miteinander zu verkleben, was den Stoßstrangenträger ergibt.
Zudem kann als alternatives Verfahren die Stoßstange auch nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem die mehrschichtigen Platten um das Kernmaterial 73 herum geklebt werden.
Die Stoßstangenträger 74 sind als zwei Einzelteile mit einem geeigneten Abstand dazwischen vorgesehen, sodaß, wenn auf die Stoßstange in einem Abschnitt zwischen den beiden Stoßstangenstützen 74, 74 ein Stoß einwirkt, im Mittelabschnitt des Stoßstangenträgers 71 eine Druckspannung an der Außenflächenseite und eine Zugspannung an der Seite des Kfz-Körpers erzeugt werden; diese Stoßstange besteht jedoch aus den Prepregs, die zwar flexibel sind aber dennoch eine hohe Beständigkeit gegen die Zugspannung aufweisen, und aus dem Kernmaterial aus geschäumtem Harz mit geringem Gewicht und großer Druckfestigkeit, wodurch der Aufprall gedämpft werden kann.
Unter Verwendung von Polypropylenharzen mit Ausdehnungsverhältnissen vom 15-, 30- und 45fachen als das geschäumte Harz des Kernmaterials wurden Stoßstangenträger mit einer Länge von 1.200 mm, einer Breite von 100 mm und einer Höhe von 70 mm hergestellt, und die maximale Bruchlast wurde unter Verwendung einer in Fig. 14 gezeigten Vorrichtung gemessen.
Außerdem wurde als Vergleich auch ein Test an einem Stoßstangenträger mit der gleichen Form aber ohne Kernmaterial durchgeführt.
Der Abstand zwischen den Stützen der Testvorrichtung betrug 1.000 mm, die Stütze wurde nach einem herkömmlichen Verfahren an den Stützen 74 befestigt, darauf wurde eine Eisenpatte 78 mit einer Höhe von 20 mm, einer Breite von 120 mm und einer Länge von 500 mm über ein Kissen 77 aus geschäumtem Harz im Mittelabschnitt angeordnet und eine statische Last W, W darauf angelegt.
Die maximalen Bruchlasten waren folgende:
Es ergibt sich, daß die Festigkeit auf einem hohen Niveau gehalten wird, wenn der Ausdehnungsfaktor des Harzes des Kernmaterials nicht höher als das 30fache ist; im Fall eines so hohen Werts wie dem 45fachen sinkt die Festigkeit jedoch auf ein Ausmaß, das gleich hoch ist wie ohne Kernmaterial.
Außerdem nimmt das Gewicht zu, wenn der Ausdehnungsfaktor nicht über dem 2fachen liegt, sodaß nicht nur die Kosten hoch sind, sondern auch die Gefahr besteht, daß es aufgrund der Eigenträgheit während des Betriebs zur Zerstörung durch Ermüdung kommt.
Es ist daher ein Ausdehnungsfaktor des Kernmaterialharzes nicht unter dem 2fachen und nicht über dem 30fachen wünschenswert.
Als Harz zum Imprägnieren der mehrschichtigen Platten für den Stoßstangenträger werden Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyimid, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Acrylnitril-Styrol-Copolymerharz, mit Maleinsäureanhydrid modifiziertes Polystyrolharz und dergleichen empfohlen, es ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt.

Claims

1. Verbundformteil, der ein Kernmaterial und zumindest eine mehrschichtige Platte umfaßt, wobei die mehrschichtige Platte erhältlich ist, indem mehrere Prepregs in einer Schichtkonfiguration laminiert, erhitzt und unter Druck verbunden werden, wobei jedes Prepreg ein thermoplastisches Harz und Verstärkungsfasern in einem Volumsanteil von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 85% enthält, wobei die mehrschichtige Platte in eine gewünschten Form gebracht werden kann, wenn sich das thermoplastische Kunstharz in einem geschmolzenen Zustand befindet, und wobei das Kernmaterial ein geschäumtes thermoplastisches Harz mit einer gewünschten Form ist, wobei der Verbundformteil erhältlich ist, indem die mehrschichtige Platte an die Oberfläche des Kernmaterial angepreßt und mit dieser verbunden wird, wenn die mehrschichtige Platte auf nicht weniger als die Schmeztemperatur des thermoplastischen Harzes der mehrschichtigen Platte erhitzt wird.

2. Verbundformteil nach Anspruch 1, worin das in den mehrschichtigen Platten enthaltene Harz und das geschäumte Harz zur Bildung des Kernmaterials thermoplastische Harze derselben Art sind.

3. Verbundformteil nach Anspruch 1 oder 2, worin die in den mehrschichtigen Platten enthaltenen Verstärkungsfasern Glasfasern sind, das thermoplastische Harz ein Polypropylen-Harz ist und das Harz zur Bildung des Kernmaterials ein geschäumtes Polypropylen-Harz ist.

4. Verbundformteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin ein Dekorationsmaterial auf die Oberfläche zumindest einer der mehrschichtigen Platten aufgesteckt bzw. geklebt ist.

5. Verbundformteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Verbundformteil ein Stoßstangenträger ist.

6. Verbundformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der ein Stoßstangenträger ist, umfassend

einen Hauptträger (71), der durch Formen einer der mehrschichtigen Platten erhältlich ist, einen kastenförmigen Querschnitt aufweist und über Flansche (71a, 71b) verfügt, die sich an beiden in seiner Längsrichtung erstreckenden Öffnungsränder jeweils seitlich nach außen erstrecken,

Kernmaterial (73), das aus in das Innere des Hauptträgers (71) gefülltem geschäumtem Harz besteht, sowie

eine Vorderplatte (72), die eine weitere derartige mehrschichtige Platte ist und Vorderflächen der Flansche (71a, 71b) des Hauptträgers (71) und des Kernmaterials (73) bedeckt und einstückig damit verbunden ist.

7. Stoßstangensystem, das einen Stoßstangenträger nach Anspruch 6 umfaßt, der über ein Paar Stoßstangenstützen (74) am einem Kraftfahrzeugkörper befestigt ist.

8. Verfahren zur Herstellung von Verbundformteilen, umfassend:

einen Schritt, in dem ein geschäumtes thermoplastisches Harz eingesetzt wird, um ein Kernmaterial mit einer gewünschten äußeren Form herzustellen,

einen Schritt, in dem mehrere Prepregs, die Verstärkungsfasern in einem Volumsanteil von nicht weniger als 30% und nicht mehr als 85% und ein thermoplastisches Harz enthalten, so laminiert werden, daß die Richtung der Verstärkungsfasern sich relativ zueinander ändert, und auf nicht weniger als die Schmelztemperatur des darin enthaltenen thermoplastischen Harzes erhitzt werden, damit die Prepregs aneinander haften, und die im Inneren enthaltene Luft entfernt wird, um mehrschichtige Platten herzustellen,

einen Schritt, in dem die mehrschichtigen Platten auf nicht weniger als die Schmelztemperatur des thermoplastischen Harzes der Platten erhitzt und zu einer Form geformt und verarbeitet werden, die der Form des Kernmaterials angepaßt ist,

einen Schritt, in dem die mehrschichtigen Platten, nachdem sie im obigen Schritt in die gewünschten Form gebracht wurden, neben dem Kernmaterial angeordnet, mit gewünschten Bereichen in Kontakt gebracht und durch Druck mit dem Kernmaterial verbunden werden, und

einen Schritt, in dem ein aus dem Kernmaterial und den mehrschichtigen Platten bestehender Verbundformteil abgekühlt wird und die Harze gehärtet werden.