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Title:
METHOD FOR MANUFACTURING A FIBRE LAMINATE, FIBRE LAMINATE, AND USE OF A FIBRE LAMINATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/064966
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for manufacturing a fibre laminate (1), in which method - a matrix (2) in a liquid state as well as fibres (3) are provided, - the fibres (3) are embedded in the matrix (2) while the matrix (2) is in the liquid state, - during a curing process, a time is allowed to elapse until the matrix (2) reaches a gel point, from which time the matrix (2) has substantially changed from the liquid to a plastic state, - when the matrix (2) is in the plastic state, a surface structure (10) is imprinted on the matrix (2) together with the fibres (3) embedded therein, and - the curing process is terminated, resulting in the production of the fibre laminate (1) which contains the matrix (2) and the fibres (3) embedded therein and which has the imprinted surface structure (10).

Inventors:
KRICKER PETER (AT)
PLOT GERALD (AT)
KRENN KLAUS (AT)
Application Number:
PCT/AT2022/000006
Publication Date:
April 27, 2023
Filing Date:
September 19, 2022
Export Citation:
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Assignee:
ISOSPORT VERBUNDBAUTEILE GES M B H (AT)
International Classes:
B29C59/04; A63C5/12; B29C70/52; B29K67/00
Foreign References:
DE102006009343A12007-09-06
DE102018108804A12019-10-17
JPH02289334A1990-11-29
Attorney, Agent or Firm:
TORGGLER & HOFMANN PATENTANWÄLTE GMBH & CO KG (AT)
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Claims:
Patentansprüche

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

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

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (3) im Wesentlichen unidirektional in die Matrix (2) eingebettet werden.

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

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) durch eine Düse (5) geführt wird, um eine geometrische Form, insbesondere eine Dicke, des Faserlaminats (1) zumindest teilweise fest zulegen . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) , vorzugsweise mittels zumindest einer Heizplatte (14) , beheizt wird, um den Aushärteprozess auszulösen und/oder zu beschleunigen . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die

Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) - vorzugsweise vor dem Aufprägen der Oberflächenstruktur (10) - durch zumindest ein Walzenpaar (7) geführt wird, um eine Dicke des resultierenden Faserlaminats (1) festzulegen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenstruktur (10) mittels zumindest einer Prägewalze (6) auf die Matrix (2) samt den darin eingebetteten Fasern (3) aufgeprägt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Prägen eine Oberflächenstruktur (10) mit einer Rautiefe von Rz = 0,01 bis 1 pm, vorzugsweise Rz = 0,03 bis 0,5 pm, besonders bevorzugt von Rz = 0,03 bis 0,3 pm, hergestellt wird. Faserlaminat, insbesondere hergestellt nach einem der

Ansprüche 1 bis 9, mit in einer Matrix (2) eingebetteten Fasern (3) , dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Faserlaminats (1) eine geprägte Oberflächenstruktur (10) aufweist .

Verwendung eines Faserlaminats (1) nach Anspruch 10 und/oder hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei der Fertigung 19 von Gleitgeräten, insbesondere Skiern oder Snowboards , und/oder zur Fertigung von Windflügeln .

Description:
Verfahren zum Herstellen eines Faserlaminats , ein Faserlaminat sowie eine Verwendung eines Faserlaminats

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

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

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

Ein weiterer positiver Ef fekt der Oberflächenstruktur ist eine verbesserte Haftung zwischen den Lagen .

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

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

Da die Fasern im Laminat außerdem nicht ideal gleichmäßig verteilt angeordnet sind und teilweise sogar übereinander angeordnet sind, werden die Fasern beim Schlei fen verschieden stark angeschli f fen, wodurch sich inhomogene mechanische Materialeigenschaften des Laminats einstellen .

Durch das Schlei fen entstehen im Laminat außerdem Mikrobrüche , die im fertigen Produkt zu Sollbruchstellen werden .

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen von Faserlaminaten und ein Faserlaminat mit einer Oberflächenstruktur bereitzustellen, wobei Material eingespart werden kann und/oder weniger schädliche Nebenprodukte , wie Schlei f staub, anfallen und/oder homogenere Materialeigenschaften erzielt werden .

Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst , nämlich indem eine Matrix in flüssigem Zustand sowie Fasern bereitgestellt werden, die Fasern in die Matrix eingebettet werden, während s ich die Matrix im flüssigen Zustand befindet , während eines Aushärteprozesses abgewartet wird, bis die Matrix einen Gelpunkt erreicht , ab dem die Matrix im Wesentlichen vom flüssigen in einen plastischen Zustand übergegangen ist , im plastischen Zustand der Matrix eine Oberflächenstruktur auf die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern aufgeprägt wird und der Aushärteprozess beendet wird, wodurch das die Matrix und die darin eingebetteten Fasern enthaltende Faserlaminat erhalten wird, das die aufgeprägte Oberflächenstruktur aufweist .

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

Das Aufprägen einer Oberflächenstruktur auf ein Faserlaminat ist nicht zu j edem Zeitpunkt sinnvoll möglich . Wird die Oberflächenstruktur zu früh während des Aushärteprozesses verändert , bleibt die Oberflächenstruktur nicht bestehen, weil die flüssige Matrix einfach wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt . Ebenso wenig kann die Oberflächenstruktur auf geprägt werden, nachdem der Aushärteprozess beendet ist , weil die Matrix zu diesem Zeitpunkt nicht mehr plastisch verformbar ist .

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

Gemäß der Erfindung kann dadurch auf eine Nachbearbeitung, wie beispielsweise Schlei fen, komplett verzichtet werden, wodurch Material eingespart werden kann und unerwünschte Nebenprodukte , wie Schlei f staub, komplett vermieden werden können . Die erfindungsgemäßen Faserlaminate können also direkt für die weitere Fertigung, beispielsweise von Gleitgeräten oder Windflügeln verwendet werden .

Durch den Wegfall des Schlei fens verbessern sich einerseits die Arbeitsbedingungen in der Umgebung der Anlage zum Herstellen der Faserlaminate . Außerdem müssen, wie erwähnt , keinerlei Vorkehrungen zum Entsorgen des Schlei f staubs getrof fen werden . Ebenso wenig müssen abgenützte Schlei fbänder gewechselt werden .

Dadurch dass auf das Schlei fen der Laminate komplett verzichtet werden kann, stellen sich außerdem homogenere Materialeigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften wie Elasti zität , Bruchzähigkeit sowie Widerstand gegen Delamination, ein . In konkreten Versuchen der Anmelderin konnten die mechanischen Toleranzen eines erfindungsgemäßen Faserlaminats von 15 % auf 8 % reduziert werden .

Ein weiterer Ef fekt der Erfindung liegt darin, dass die Oberflächenstruktur fast frei gewählt und dadurch an die gewünschte Anwendung angepasst werden kann .

Unter einer Oberflächenstruktur wird gemäß der Erfindung einer Struktur verstanden, die Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist , also nicht glatt ist , und zumindest bis zu einem gewissen Grad der Prägestruktur eines Prägewerkzeugs entspricht .

In besonders bevorzugten Aus führungs formen der Erfindung kann das Einbetten der Fasern in die flüssige Matrix durch ein Strangziehverfahren ( Pultrusion) geschehen . Das Einbetten der Fasern in die flüssige Matrix kann auch als Imprägnieren bezeichnet werden . Die flüssige Matrix benetzt dabei bevorzugt alle Fasern .

In besonders bevorzugten Aus führungs formen werden die Fasern im Wesentlichen unidirektional in die Matrix eingebettet , sodass sich ein Faserlaminat mit im Wesentlichen unidirektional ausgerichteten Fasern ergibt . Aus führungs formen mit nicht unidirektionaler Ausrichtung der Fasern sind natürlich im Prinzip denkbar .

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

Vorteilhafte Aus führungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert .

Als Matrix kann ein reaktives und/oder duroplastisches Matrixsystem verwendet werden .

Das heißt , bei der Matrix kann es sich um ein Harz oder ein reaktives Polymervorprodukt handeln, das nach dem Imprägnieren der Fasern - bspw . unterstützt durch Einfluss von Druck und/oder Temperatur - aushärtet .

Bei der Matrix kann es sich konkret um zumindest eines der folgenden handeln :

• Ungesättigte Polyesterharze

• Vinylesterharze

• Diallylphthalatharze

• Methyl-Methacrylatharze

• Epoxidharze • Polyurethane

• Phenol-Formaldehydharze

• Aminoharze

• Thermoplastische Harzsysteme

• Biopolymere

Wie erwähnt , können die Fasern im Wesentlichen unidirektional in die Matrix eingebettet werden .

Die Fasern ( auch bezeichnet als Filamente ) können in Bündel form (Rovings ) bereitgestellt werden . Die Bündel können dabei aus im Wesentlichen parallel ausgerichteten Fasern oder umeinander gewundene oder geflechteten Fasern bestehen . Natürlich sind auch Mischformen prinzipiell denkbar .

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

Glas fasern ( Glas fasern sind hauptsächlich wegen ihres relativ geringen Preises die am häufigsten verwendeten Fasertypen . Es gibt Glas fasertypen für unterschiedliche Einsatzgebiete . ) Kohlenstof f fasern ( auch : Carbonfasern; Diese weisen eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht auf . Nachteile können in einem spröden Bruchverhalten und einer geringen Bruchdehnung liegen . )

Basaltfasern (Basaltfaser ist eine Mineral faser, die wegen ihrer guten chemischen Beständigkeit und Temperaturf estigkeit vorwiegend im Behälter- und

Fahrzeugbau verwendet wird . ) Keramikfasern (Endlose Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit (Mischoxid aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid) , SiBCN, SIGN, SiC etc . sind teure Spezial fasern für hochtemperaturbelastbare Verbundwerkstof fe mit einer Keramikmatrix . Die nicht-oxidischen Fasern werden, ähnl ich wie Kohlenstoff fasern, aus organischen Harzen gewonnen, in denen neben Kohlenstoff auch Silicium enthalten ist.) Aramidfasern (Aramid ist die Kurzfassung für aromatische Polyamide. Das Herstellungsverfahren ist sehr teuer und somit ist die Aramidfaser preislich vergleichbar mit der Kohlenstoff faser . Die wesentlichen Eigenschaften sind ihre geringe Dichte und die guten Dämpfungseigenschaften.) Stahlfasern (Stahlfasern werden hauptsächlich im Bauwesen bei Stahlfaserbeton verwendet. Diese Anwendung ist stark im Wachsen und hat besonders wirtschaftliche Vorteile.) Naturfasern (Die am häufigsten für die Produktion von Faserverbundwerkstoffen eingesetzten Fasern sind die heimischen Holzfasern, Flachs- und Hanffasern sowie subtropische und tropische Fasern wie Jute-, Kenaf-, Ramieoder Sisalfasern.)

Nylonfasern (Fasern mit einer hohen Bruchdehnung sind von Vorteil, wenn das Faserlaminat Stöße aufnehmen muss.)

Es kann vorgesehen sein, dass die Fasern durch ein Bad mit der Matrix im flüssigen Zustand gezogen und dadurch in der Matrix eingebettet werden.

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

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

Alternativ kann die Düse die Geometrie des Faserlaminats auch nur bereichsweise festlegen, sodass die Düse die geometrische Form des Faserlaminats auf diese Weise nur teilweise festlegt .

Um den Aushärteprozess aus zulösen und/oder zu beschleunigen, kann die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern behei zt werden, vorzugsweise mittels zumindest einer Hei zplatte .

In besonders bevorzugten Aus führungsbeispielen können zwei Hei zplatten vorgesehen sein, zwischen denen die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern hindurchgeführt wird .

In besonders bevorzugten Aus führungsbeispielen ist die zumindest eine Hei zplatte in Kontakt mit der Matrix und/oder den darin eingebetteten Fasern, um die Wärmeübertragung zu verbessern .

Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die zumindest eine Hei zplatte einen definierten Druck und/oder eine definierte Kraft auf die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern ausübt .

Hei zplatten können direkt mit elektrischer Energie oder mittels eines Hei zmediums (bspw . Wasser oder Öl ) behei zt werden .

Statt Hei zplatten könnt prinzipiell auch andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Hei zstrahler, eingesetzt werden .

Die Temperatur und/oder die ausgeübte Kraft und/oder der ausgeübte Druck kann gesteuert oder geregelt werden .

Wie bereits erwähnt , kann es vorgesehen sein, dass die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern - vorzugsweise vor dem Aufprägen der Oberflächenstruktur - durch zumindest ein Wal zenpaar geführt wird, um eine Dicke des resultierenden Faserlaminats festzulegen . Aus führungs formen, wobei das Wal zenpaar zum Einstellen der Dicke in einer Vorschubrichtung vor der zumindest einen Prägewal ze angeordnet ist , sind prinzipiell auch denkbar .

Das Wal zenpaar kann dabei gegenüberliegend angeordnet sein, sodass die Matrix samt den darin eingebetteten Fasern gleichzeitig in Kontakt mit beiden Wal zen des Wal zenpaars steht .

Die Wal zen des Wal zenpaars können dabei bevorzugt eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweisen, um die aufgeprägte Oberflächenstruktur nicht zu stören . Die Wal zen des Wal zenpaars können dementsprechend auch als „Glättwal zen" bezeichnet werden .

Es kann vorgesehen sein, dass die Wal zen des Wal zenpaars einen definierten, gesteuerten und/oder geregelten Abstand voneinander aufweisen, um die Dicke des Faserlaminats einzustellen .

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

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

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

Prinzipiell könnten auch mehr als zwei Prägewal zen verwendet werden, die beispielsweise teilweise sequentiell angeordnet sind .

Es müssen nicht alle der Prägewal zen die erwähnte Negativ-Struktur aufweisen . Zumindest eine der Prägewal zen muss aber eine Negativ- Struktur aufweisen, sodass die Oberflächenstruktur aufgeprägt werden kann .

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

Alternativ zu Prägewal zen könnten prinzipiell auch Bänder zum Einsatz kommen, welche die erwähnte Negativ-Struktur aufweisen .

Darunter, dass Prägewal zen oder Glättwal zen gleichzeitig mit der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern in Kontakt stehen, kann verstanden werden, dass diese Wal zen in Bezug auf eine Vorschubrichtung der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern an der gleichen Stelle angeordnet sind, sodass sie in Vorschubrichtung mit dem gleichen Bereich der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern in Kontakt stehen ( also „gleichzeitig" in

Bezug auf eine Vorschubposition) .

Es kann vorgesehen sein, dass durch das Prägen eine Oberflächenstruktur mit einer Rautiefe von Rz = 0 , 01 bis 1 pm, vorzugsweise Rz = 0 , 03 bis 0 , 5 pm, besonders bevorzugt von Rz=

0 , 03 bis 0 , 3 pm, hergestellt wird . Besonders bei der Anwendung einer Prägewal ze - insbesondere wenn zumindest ein Wal zenpaar der Prägewalte vorgeschaltet ist - lassen sich besonders günstige Oberflächengüten erreichen, wie beispielweise oben genannte Rautiefen .

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

In Versuchen der Anmelderin in Form eines Strangzieh-Prozesses haben sich dabei Soll-Temperaturen von weniger als 400 ° C (besonders bei Hei zstrahlern) , weniger als 200 ° C (besonders bei elektrisch behei zten Hei zplatten) und/oder weniger als 100 ° C (besonders bei mittels eines Hei zmediums behei zten Hei zplatten) als vorteilhaft herausgestellt .

Des Weiteren haben sich bei einer Bewegungsgeschwindigkeit der Matrix samt den darin eingebetteten Fasern beim Strangziehen von weniger als 12 m pro Minute folgende Abstandsbereiche herausgestellt , bei denen der Aushärteprozess beendet sein kann ( das Aufprägen der Oberflächenstruktur geschieht erfindungsgemäß vor dem Aushärtezeitpunkt ) : nach einer Düse : 7 m bis 12 m nach einem Eintritt in eine Hei z zone : 5 , 5 m bis 10 , 5 m

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich . Dabei zeigen : Fig. 1 ein schematisches Schaubild eines

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ,

Fig. 2a und 2b fotografische Darstellungen zweier

Ausführungsbeispiele einer Prägewalze,

Fig. 3 eine fotografische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laminats,

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

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Gelpunkts.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaubild zu einem

Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung .

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

Die Matrix 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein auf Bisphenol A basiertes Epoxid Harz mit einem Isophorondiamin Härter.

Dabei werden die Fasern 3 in einer Richtung parallel zueinander durch das Bad 4 geführt, sodass sich letztendliche eine unidirektionale Ausrichtung der Fasern 3 im Faserlaminat 1 ergibt.

Nach dem Imprägnieren im Bad 4 wird die Matrix 2 samt den darin eingebetteten Fasern 3 durch eine Düse 5 geführt, welche die Geometrie des Faserlaminats 1 grob festlegt. Die Geometrie des Faserlaminats 1 ist aus Fig. 3 ersichtlich. Für den Vorschub (eigentlich: Durchzug) der Fasern 3 durch das Rovinggatter 9, das Bad 4, die Düse 5 und die nachfolgenden Elemente ist ein Abzug 12 vorgesehen. Der Abzug 12 beinhaltet zwei Kettenbänder, welche die Matrix 2 samt der darin eingebetteten Fasern 3 durch die erwähnten Elemente zieht.

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

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

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

An dieser Stelle sind Prägewalzen 6 vorgesehen, die durch Vertiefungen und Erhebungen (Negativ-Struktur) die Oberflächenstruktur 10 auf die Matrix 2 samt den darin vorliegenden Fasern 3 aufprägen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist nur die in der Fig. 1 obere

Prägewalze 6 mit der Negativ-Struktur versehen. Die untere Prägewalze ist demnach in diesem Ausführungsbeispiel glatt.

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

Vor den Prägewalzen 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Walzenpaar 7 vorgesehen, mittels welchem die Dicke des Faserlaminats 1 eingestellt werden kann. Auch am Ort des Walzenpaars 7 befindet sich die Matrix 2 noch im plastischen Zustand .

Die Prägewalzen 6 und das Walzenpaar 7 sind räumlich nahe zueinander angeordnet und bilden daher eine Glätt- und Prägeeinheit .

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

Wie erwähnt, zeigen Fig. 2a und Fig. 2b zwei Ausführungsbeispiele für Prägewalzen 6, wobei verschiedene Negativ-Strukturen ersichtlich sind.

Fig. 3 zeigt Faserlaminate 1, die gemäß dem in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Herstellungsverfahren mit einer Oberflächenstruktur 10 versehen wurden.

Bei den beispielhaften Faserlaminaten 1, die in Fig. 3 dargestellt sind, liegen zumeist mehrere Lagen von Faserbündeln übereinander.

Zum Vergleich wurde in Fig. 4a und in Fig. 4b ein Herstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik verdeutlicht. Ersichtlich ist, dass die Faserbündel (Rovings) nicht ideal eben im Laminat 21 liegen. Durch den nachfolgenden Schleifprozess mittels eines Schlei fbands 22 wird zwar eine Oberfläche mit einer gewissen Struktur erzeugt . Allerdings werden die einzelnen Fasern bis zu verschiedener Tiefe angeschli f fen oder sogar ganz weggeschli f fen . Es ist offensichtlich, dass dadurch nicht nur schädlicher Schlei fstaub entsteht , sondern dass außerdem die Materialeigenschaften, j e nach lokaler Lage der Fasern im Laminat 21 , unterschiedlich aus fallen .

Im Gegensatz dazu kann mit der Erfindung einer Faserlaminat 1 hergestellt werden, ohne dass Material verschwendet wird, welches darüber hinaus weitaus homogenere Materialeigenschaften und eine frei wählbare Oberflächenstruktur aufweist .

Fig . 5 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zur Verdeutlichung des Gelpunkts . Aufgetragen sind einerseits der Temperaturverlauf ( durchgezogene Linie ) eines Volumenelements der Matrix 2 während des Strangziehens und andererseits die Viskosität ( gepunktet ) desselben, j eweils gegen die Zeit .

Nach einem anfänglichen Abfall der Viskosität durch die ansteigende Temperatur in der Hei z zone 11 und einem anschließenden flachen Verlauf der Viskosität , währenddessen die Aushärtereaktion der Matrix 2 beginnt , steigt die Viskosität relativ steil an . Letzteres ist das Resultat der Aushärtereaktion, durch welche in der Matrix 2 langkettige Moleküle gebildet werden .

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

Ersichtlich ist , dass durch den starken Anstieg der Viskosität nur ein relativ kurzes Zeitfenster zur Verfügung steht , in welchem die Matrix 2 plastisch verformbar ist . Ein Grundaspekt der Erfindung ist es , dieses kurze Zeitfenster aus zunützen, um die Oberflächenstruktur 10 unter plastischer Verformung der Matrix 2 auf zuprägen .