CN106132674A - 具有优化树脂流动的压制模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维复合构件的压制模具，包括第一模具部件(11)和可相对于其移动的第二模具部件(12)，两个模具部件(11、12)在压制模具(10)的闭合状态中构成用于容纳待成形纤维半成品的成形型腔(13)并且分别具有限定型腔(13)的模具表面(11a、12a)。此外，至少一个所述模具表面(11a、12a)包括至少两个相邻且彼此倾斜的表面区段(14、15、16)，所述表面区段借助弯曲的过渡区段(21、22)彼此连接。此外，所述弯曲的过渡区段(21、22)包括至少一个朝向型腔(13)的槽状凹部(18、19)。

Description

具有优化树脂流动的压制模具
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、用于制造纤维复合构件的压制模具。
背景技术
在制造纤维复合构件时常常使用所谓的“树脂传递模塑成型”法(RTM法)。在此将“干燥”、尚未浸渍的纤维半成品放入压制模具内，该压制模具通常包括下模和可相对于下模移动的上模。两个模具在闭合状态中在其之间构成至少一个成形的模具型腔。在纤维半成品放入型腔之后，模具闭合并且模具型腔被塑料质料或树脂质料(下面称为基质)填充，其与放入的纤维半成品连接并且在压力和热的作用下时效硬化。在时效硬化后打开压制模具，以便取出以这种方式制造的纤维增强纤维复合构件。相应的RTM模具例如由DE19922799 A1公开。
尤其是在纤维半成品的在压制模具内加工期间经受高变形度的区域中，树脂流动基于纤维材料的高度变形而变难。因此很容易产生低浸渍或未浸渍的部位(所谓的干斑)或在后来的构件中产生孔隙，所述孔隙至少局部削弱构件强度。根据这些削弱部位的严重性，构件有可能不再适合用于规定的应用目的。
常常通过力求避免(例如基于具有小的尖锐边缘半径的模具边缘而引起的)高变形度来防止所述削弱部位。但由此限制了构件几何形状的设计自由度，以致不能在所有情况下实现。因此作为替代方案也尝试通过延长注入时间来改善在构件所有区域中的树脂流动，以避免所述缺陷部位。但由此明显提高了用于每个构件的周期时间。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种压制模具，其能够以简单且可靠的方式避免在制造纤维复合构件时产生干斑并且同时实现尽可能短的周期时间和注入时间。
所述任务借助一种具有权利要求1所述特征的压制模具解决。有利的扩展方案由从属权利要求给出。
据此提出一种用于制造纤维复合构件的压制模具，包括第一模具部件和可相对于第一模具部件移动的第二模具部件，这两个模具部件在该压制模具的闭合状态中构成用于容纳待成形纤维半成品的成形型腔并且分别具有限定型腔的模具表面。至少一个所述模具表面包括至少两个相邻且彼此倾斜或者说成角度的表面区段，所述表面区段借助弯曲的过渡区段彼此连接。此外，所述弯曲的过渡区段包括至少一个朝向成形型腔的槽状凹部。
所描述的压制模具因而至少包括两个模具部件(如上模和下模)，它们作为下压模和上压模分别具有三维成形的模具表面并且在压制模具闭合时相互接合，以便使放入的纤维半成品获得相应的三维形状。
换言之，三维成形的模具表面限定型腔并且因此对于待成形的纤维半成品起成形作用。各模具表面为此通常包括多个不同程度相互倾斜或者说成角度地定向的表面区段。每个表面区段可平面(大致二维地)或三维成形、尤其是弯曲地构造。
在相邻和不同程度倾斜的表面区段之间可设置弯曲的过渡区段，通过该过渡区段将所述表面区段彼此连接。过渡区段本身也是模具表面的一部分并且构成两个表面区段之间“流畅的”、连续的过渡部。通常，过渡区段比表面区段更大程度地弯曲，从而在过渡区段的区域中纤维半成品至少局部比表面区段本身经受更强的变形度。
例如可根据表面区段彼此间的角度在压制模具闭合时在过渡区段的区域中产生大的变形度、尤其是30°和90°之间的变形度，其可不利地影响树脂流动。
过渡区段的所述一个或多个凹部设置用于在弯曲的过渡区段的区域中即使纤维半成品变形也仍允许基质流动并且因此实现对纤维半成品的可靠浸渍。这如下实现，即，基质可通过凹部在纤维半成品之外被导入较强变形的区域中并且在那里从凹部起从外向内侵入纤维半成品的表面。因此有效且简单地避免了干斑或孔隙的形成。也无需延长注入时间。
优选地，所述一个或多个凹部构造为所谓的“划痕”并且可简单地在模具表面上制出。
所述弯曲的过渡区段例如具有凸形或凹形弯曲。在这两种情况下基质通过凹部到达弯曲的过渡区段的区域中，以便安全且可靠地浸渍纤维半成品的相应变形部位。
优选地，所述至少一个凹部从弯曲的过渡区段的邻接第一表面区段的端部延伸至弯曲的过渡区段的邻接第二表面区段的端部。这具有以下优点：凹部的两个端部设置在模具表面的不具有弯曲或仅具有小弯曲的区域中。因此基质可几乎不受阻碍地分布，从而在该区域中不出现干斑。此外，通过凹部的设置在该区域中的端部，基质可进入凹部中并且沿凹部的延伸方向流动。通过凹部，基质可靠到达过渡区段的(较大程度)弯曲的区域中并且在那里也确保纤维半成品的浸渍。
根据另一种实施方式，所述至少一个凹部从弯曲的过渡区段的邻接第一表面区段的端部延伸至第二表面区段中。在此凹部的设置在第二表面区段中的端部优选比凹部的配置给第一表面区段的相反端部更靠近用于供应基质的浇口。例如，凹部可伸入第二表面区段中2至50mm、优选约10mm。当然，在需要时凹部也可以相同方式和距离伸入第一表面区段中。
例如，所述弯曲的过渡区段可构造成倒圆边缘。这表示，过渡区段定义这样的区段，在该区段中两个表面区段连接为共同的边缘，在此该边缘倒成具有边缘半径的圆角。在此情况下，过渡区段通过倒圆的连接区段来定义。优选地，边缘半径介于2和10mm之间。这两个表面区段例如构成90°≤β≤135°的角度β(参见图1：β1和β2)。
此外，所述至少一个凹部可构造为槽状切口或刻槽。原则上凹部的横截面例如可成形为V形或U形的。但也可使用其它横截面，只要基质能够在过渡区段的区域中从凹部充分输出到纤维半成品上。
此外，所述至少一个凹部的延伸方向可与弯曲的过渡区段的延伸方向以0°<α≤±90°之间、优选±30°≤α≤±60°之间、尤其是大致α＝±45°的角度α定向。
根据另一种实施方式，所述弯曲的过渡区段包括至少两个凹部，所述凹部在其延伸方向上彼此平行定向。优选可设置多个凹部，它们分别与相邻凹部具有2至20mm、特别优选5至10mm的距离。
附加或替代地，所述弯曲的过渡区段包括至少两个凹部，所述两个凹部以0°<γ≤±90°之间、优选±30°≤γ≤±90°之间、尤其是大致γ＝±90°的角度γ相互定向。各相应定向的凹部可彼此间隔开或交叉设置。
优选地，所述至少一个凹部具有至少0.5mm、优选至少2mm、特别优选介于2和3mm之间的深度。优选这样选择凹部的几何形状，使得(基本上)避免例如由于纤维半成品进入凹部中引起的对纤维半成品的不利影响。在此有利的是，凹部的宽度或其相对于型腔的开口为1至10mm、优选2至5mm。
原则上压制模具可构造为RTM模具或湿压制模具。
虽然上述实施方式始终在树脂注入的范畴中结合流向纤维半成品的尽可能最佳的基质流动来说明，但这些实施方式也同样适用于已经预浸渍的纤维半成品的湿压制。在预浸渍的纤维半成品中尤其是在较大程度弯曲的过渡区段的区域中也可基于高变形度而使纤维半成品中的基质受到局部挤压并且因此妨碍完全浸渍。在此情况下，凹部也能实现流入过渡区段的补偿树脂流动并且因此也避免干斑或孔隙的产生。
当然，所描述的模具部件可具有一个或多个所描述的过渡区段。这些过渡区段也可具有相同或不同数量的凹部以及相同或不同的凹部设置和定向。
附图说明
下面参考附图借助实施例详细说明本发明。附图如下：
图1为用于制造纤维复合构件的压制模具；
图2为图1的压制模具的根据本说明书的模具部件的透视图；
图3为用于根据本说明书的模具部件的、具有多种凹部方案的过渡区段的细节图。
具体实施方式
图1示出用于由纤维半成品制造纤维复合构件的压制模具10，其包括第一模具部件11和可相对于第一模具部件移动的第二模具部件12。两个模具部件11、12在根据图1的压制模具闭合状态中构成用于容纳待成形纤维半成品(未示出)的成形型腔13并且分别具有限定型腔的模具表面11a、12a。
两个模具表面11a、12a包括多个彼此相邻且彼此倾斜的(平面)表面区段，所述表面区段分别借助弯曲的过渡区段彼此连接。
为简明起见，仅详细说明下模具半部11的模具表面11a的部分结构。需要时这也适用于模具表面11的其余相应区段以及整个第二模具表面12a。
在所示实施方式中，模具表面11a包括两个相邻的且以角度β1彼此成角度的表面区段14、15或两个相邻的且以角度β2彼此成角度的表面区段15、16。所述表面区段分别借助弯曲的过渡区段21或22彼此连接。相应过渡区段21或22因此定义弯曲边缘区域，在该边缘上两个表面14和15或15和16交接在一起。
在压制模具10闭合并且压制放入的纤维半成品时，纤维半成品在过渡区段21和22的区域中经受与表面区段14、15和16相比较高的变形，该变形通常会导致减小的局部基质流动并且因此在制出的纤维复合构件中引起干斑。然而通过图2和3所示的凹部18、19、20可有效防止该现象。
图2以透视图仅示意性示出图1的压制模具10的模具部件11。第一过渡区段21相对于型腔13具有凹形弯曲。与此相反，第二过渡区段22凸形弯曲。换言之，弯曲的过渡区段21或22在分别在两侧相邻的表面区段14和15或15和16之间分别构成一个倒圆边缘。此外，每个弯曲的过渡区段21和22包括一定数量的朝向型腔的凹部18、19，在此每个凹部18、19构造为在模具表面11a中的切口或刻槽。
过渡区段21的每个凹部18在其延伸方向上(参见图3)从弯曲的过渡区段21的邻接第一表面区段14的第一端部21'延伸至弯曲的过渡区段21的邻接第二表面区段15的第二端部21”。过渡区段21的两个端部21'和21”可理解为相应表面区段14或15进入过渡区段21的弯曲中的连续过渡部。
这同样适用于过渡区段22的从过渡区段22的第一端部22'延伸至过渡区段22的第二端部22”的凹部19。
仅示例性为了说明目的示出第三过渡区段23，其具有凹部20的交叉设置。
所有显示的凹部设置仅可理解为示例性的并且用于说明多种不同的实施方式。当然可在模具部件11的每个或仅一些过渡区段上设置一个或多个凹部。
每个过渡区段因此可单独或根据需要构造有凹部或不构造凹部。也可独立于其它凹部选择凹部的数量、每个凹部的设置、定向和几何形状。
相应地，图3仅作为图样示出在具有延伸方向E的凸形弯曲的过渡区段32上选择不同的凹部39或39'和39”的定向方案。前三个凹部39的相应延伸方向A与弯曲的过渡区段32的延伸方向E以例如约45°的角度α定向。此外，这三个凹部39在其延伸方向A上相互平行定向。为简明起见仅标出第一个凹部39(左侧)的延伸方向A。
代替凹部相互间的平行设置，例如也可存在交叉定向，如借助两个凹部39'和39”所显示的那样。在此两个槽状凹部39'和39”的延伸方向A'和A”以0°和±90°之间、优选以±30°和±90°之间、尤其是大致γ≈90°的角度γ相互定向。可相应选择相对于过渡区段32的延伸方向E的角度α'和α”。
未示出凹部39、39'和39”的深度。该深度例如可为至少0.5mm、优选至少2mm、特别优选介于2和3mm之间。
由于图3仅示例性示出凹部和其设置的图样，可以理解，如已经描述的那样，在过渡区段上可不设置或设置任意数量的凹部。每个凹部的相应设置和定向也可单独设计并且尤其是符合压制模具的局部要求。
因此，对于每个过渡区段所有凹部可仅相互平行或凹部仅相互交叉、尤其是成对交叉地设置。当然也可混合设置。
所描述的结构不仅适合用于凸形过渡区段，而且也可以类似方式设置用于具有凹形弯曲的过渡区段。

Claims (10)

1.用于制造纤维复合构件的压制模具，包括第一模具部件(11)和能够相对于第一模具部件移动的第二模具部件(12)，其中，这两个模具部件(11、12)在该压制模具(10)的闭合状态中构成用于容纳待成形纤维半成品的成形型腔(13)并且分别具有限定型腔的模具表面(11a、12a)，至少一个所述模具表面(11a、12a)包括至少两个相邻且彼此倾斜的表面区段(14、15、16)，所述表面区段借助弯曲的过渡区段(21、22)彼此连接，
其特征在于，所述弯曲的过渡区段(21、22)包括至少一个朝向型腔(13)的槽状凹部(18、19)。
2.根据权利要求1所述的压制模具，其特征在于，所述弯曲的过渡区段(21、22)具有凸形或凹形弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的压制模具，其特征在于，所述至少一个槽状凹部(18、19)从所述弯曲的过渡区段的邻接第一表面区段(14、15)的端部(21'、22')延伸至所述弯曲的过渡区段(21、22)的邻接第二表面区段(15、16)的端部(21”、22”)。
4.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，所述弯曲的过渡区段(21、22)构造为倒圆边缘。
5.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，所述至少一个槽状凹部(18、19)构造为切口或刻槽。
6.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，所述至少一个槽状凹部(18、19)的延伸方向(A、A'、A”)与所述弯曲的过渡区段(21、22)的延伸方向(E)以0°<α≤±90°之间、优选±30°≤α≤±60°之间、尤其是大致α＝±45°的角度α定向。
7.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，所述弯曲的过渡区段(21、22)包括至少两个槽状凹部(18、19、39)，所述槽状凹部(18、19、39)在其延伸方向(A)上彼此平行定向。
8.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，所述弯曲的过渡区段(21、22)包括至少两个槽状凹部(39'、39”)，所述两个槽状凹部(39'、39”)的延伸方向(A'、A”)以0°<γ≤±90°之间、优选±30°<γ≤±90°之间、尤其是大致γ＝±90°的角度γ相互定向。
9.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，所述至少一个槽状凹部(18、19、39、39'、39”)具有至少0.5mm、优选至少2mm、特别优选介于2和3mm之间的深度。
10.根据上述权利要求之一所述的压制模具，其特征在于，该压制模具(10)是RTM模具或湿压制模具。
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