DE102005011977A1

DE102005011977A1 - Resin infusion system for manufacturing reinforced plastic parts using fiber preforms comprises gas impermeable thermoplastic elastomer membrane forming a closed chamber around fiber preform

Info

Publication number: DE102005011977A1
Application number: DE200510011977
Authority: DE
Inventors: Martin Dr.-Ing. Koschmieder; Bruno Dipl.-Ing. Möltgen; Patrick Dipl.-Ing. Simon (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-02-16

Abstract

A fiber preform(2) in a tool(3) is covered by a gas impermeable film of thermoplastic elastomer which forms a membrane(4). The membrane creates a closed chamber(7) either by itself or with the tool inner surface(6). Resin is introduced into the chamber and penetrates the fiber preform. The membrane(4) is drawn onto the inner surface(6) and any materials(10,16) to be attached to the rear side of the finished part by vacuum or pressure-assisted vacuum. Membrane thickness is 0.5-3mm. Liquid resin is supplied through the membrane into the closed chamber(7) by a feed line. The outlet(9A) of the material feed line is omega shaped. A bulge(4A) in the membrane holds the feed line outlet. Resin flow distribution between the fiber preform(2) and the outlet of the feed line is aided by a woven fabric(17). A connection(8) to a suction system passes through the membrane unit and enables resin to be drawn into the closed chamber from a storage vessel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoff-Bauteils aus einem Faser-Halbzeug (Preform) mittels Infusion eines fließfähigen Matrix-Materials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der DE 103 26 021 A1 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a device for producing a fiber-reinforced plastic component from a semi-finished fiber product (preform) by infusion of a flowable matrix material according to the preamble of claim 1, as for example from DE 103 26 021 A1 as known.

Die DE 103 26 021 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff, bei dem ein Faser-Halbzeug mit einem fließfähigen Matrixmaterial in Form eines flüssigen Harzes imprägniert wird. Bei diesem Verfahren, das als „Vakuuminjektionsverfahren" oder als „Resin-Infusion-Verfahren" bekannt ist, kommt eine Vorrichtung mit einer Werkzeugform zum Einsatz, auf der das Faser-Halbzeug (beispielsweise ein mehrlagiges Gewebe) angeordnet und nach außen durch eine Vakuumfolie abgedeckt wird. Zwischen dem Faser-Halbzeug und der Vakuumfolie wird ein geschlossener Raum gebildet. Dieser wird mit Unterdruck beaufschlagt, um flüssiges Harz aus einem Vorratsbehälter in den geschlossenen Raum zu saugen und das Faser-Halbzeug mit dem Harz zu imprägnieren. Damit eine gute Verteilung des flüssigen Harzes über das gesamte Bauteil gewährleistet werden kann, ist zwischen dem Faser-Halbzeug und der Vakuumfolie ein Verteilergewebe vorgesehen.The DE 103 26 021 A1 describes a method for producing a component from a fiber-reinforced plastic, in which a semifinished fiber product is impregnated with a flowable matrix material in the form of a liquid resin. In this method, which is known as a "vacuum injection method" or as a "resin infusion method", a device is used with a tool mold on which the fiber semifinished product (for example a multilayer fabric) is arranged and covered to the outside by a vacuum film becomes. A closed space is formed between the fiber semifinished product and the vacuum film. This is subjected to negative pressure to suck liquid resin from a reservoir into the closed space and to impregnate the fiber semifinished product with the resin. In order to ensure a good distribution of the liquid resin over the entire component, a distributor fabric is provided between the fiber semifinished product and the vacuum film.

Bei dem aus der DE 103 26 021 A1 bekannten Verfahren muss die Vakuumfolie hohen Anforderungen genügen: Zum einen wird die Folie – in Abhängigkeit des gewähltem Harzsystems – bei der Infusion und dem Aushärten des Harzes erhöhten Temperaturen bis zu 120°C ausgesetzt; daher muss die Vakuumfolie eine gute Beständigkeit gegenüber Wärmebelastungen haben und unempfindlich gegenüber chemischen Beanspruchungen durch das verwendete Harzsystem sein. Weiterhin muss sie eine ausreichende Festigkeit und eine hohe Reißdehnung aufweisen, um sich – durch Dehnung und/oder Faltenlegung – der Geometrie des herzustellenden Bauteils anzupassen, ohne zu reißen.In the from the DE 103 26 021 A1 On the one hand, the film is - depending on the selected resin system - exposed to elevated temperatures up to 120 ° C during infusion and curing of the resin; therefore, the vacuum film must have good resistance to thermal stresses and be insensitive to chemical stresses by the resin system used. Furthermore, it must have sufficient strength and a high elongation at break, in order to adapt to the geometry of the component to be produced, without tearing, by stretching and / or folding.

Als Materialien für die Vakuumfolie sind unterschiedliche Werkstoffe bekannt. So schlägt beispielsweise die EP 1 150 826 B1 vor, als Vakuumfolie eine Folie aus Polyamid, PET, PEEK, PEI oder PES zu verwenden. Diese Materialien sind sehr temperaturbeständig. Bei der Herstellung komplexer Bauteile mit steilen Stufen, Hinterschneidungen etc. hat sich allerdings herausgestellt, dass diese Folien für solche Applikationen ungeeignet sind, da sie eine viel zu geringe Dehnung und Elastizität aufweisen, um sich der komplexen Teilegeometrie anzupassen. So treten bei der Dehnung bzw. Faltenlegung der Folie Risse und Lecks auf, die zu einer erhöhten Ausschussrate der hergestellten Bauteile führen. Auch die in der DE 100 13 409 C1 vorgeschlagenen Folienwerkstoffe PTFE und PET haben eine viel zu geringe Festigkeit und Elastizität und sind daher nicht bei der Herstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie einsetzbar.As materials for the vacuum film different materials are known. For example, the EP 1 150 826 B1 to use as a vacuum film a film of polyamide, PET, PEEK, PEI or PES. These materials are very temperature resistant. In the manufacture of complex components with steep steps, undercuts, etc., however, it has been found that these films are unsuitable for such applications because they have far too low elongation and elasticity to adapt to the complex part geometry. Thus, cracks and leaks occur during stretching or pleating of the film, which lead to an increased reject rate of the produced components. Also in the DE 100 13 409 C1 proposed film materials PTFE and PET have far too low strength and elasticity and are therefore not used in the manufacture of components with complex geometry.

Weiterhin schlägt die EP 1 150 826 B1 vor, als Vakuumfolie eine Polyurethanfolie einzusetzen; diese Folie kann allerdings nicht zusammen mit einem Epoxid-Harzsystem verwendet werden, da Polyurethan auf dem Epoxid haftet und sich die Vakuumfolie daher nur sehr schwer von dem fertigen Bauteil ab lösen lässt. Auch das in der EP 1 150 826 B1 vorgeschlagene Polyethylen ist ungeeignet, da es einen sehr niedrigen Schmelzpunkt (etwa 100° C) hat, während die Prozesstemperatur bei der Aushärtung von Epoxidharzen bei etwa 120° C liegt.Furthermore, the beats EP 1 150 826 B1 before, to use a polyurethane film as a vacuum film; However, this film can not be used together with an epoxy resin system, since polyurethane adheres to the epoxy and therefore it is very difficult to detach the vacuum film from the finished component. Also in the EP 1 150 826 B1 proposed polyethylene is unsuitable because it has a very low melting point (about 100 ° C), while the process temperature in the curing of epoxy resins is about 120 ° C.

Schließlich ist es bekannt, Vakuumfolien aus Silikon zu verwenden. Solche Folien wurden bisher vor allem bei der Herstellung faserverstärkter Bauteile für die Luftfahrtindustrie eingesetzt. Dieser Werkstoff zeigt zwar eine gute thermische Resistenz, jedoch beeinträchtigen Spuren von Silikon, die dem fertig geformten Bauteil eventuell anhaften, bei einer nachfolgenden Lackierung das Haftverhalten der Lacke, weswegen ein Einschleppen von Silikon in Lackier-Anlagen unbedingt vermieden werden muss. Die Verwendung von Vakuumfolien aus Silikon kommt somit bei der Herstellung von Bauteilen, die anschließend lackiert werden sollen, nicht in Frage.Finally is it is known to use silicone vacuum foils. Such slides have so far mainly been used in the production of fiber-reinforced components for the Aviation industry used. Although this material shows a good thermal resistance, but affect traces of silicone, which may adhere to the finished molded component, in a subsequent Painting the adhesion of the paints, so a lugging of silicone in paint shops absolutely must be avoided. The Use of vacuum films made of silicone thus comes in the production of components that subsequently to be painted, out of the question.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus der DE 103 26 021 A1 bekannte Vorrichtung in einer solchen Weise weiterzuentwickeln, dass komplexe faserverstärkte Kunststoff-Bauteile, die anschließend lackiert werden sollen, in hoher Qualität prozesssicher und kostengünstig hergestellt werden können.The invention is therefore the object of the DE 103 26 021 A1 develop known device in such a way that complex fiber-reinforced plastic components that are to be subsequently painted, can be produced in high quality process reliable and cost.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved.

Danach wird als Vakuumfolie eine Membran aus einem thermoplastischen Elastomer verwendet. Thermoplastische Elastomere weisen eine gute Temperaturbeständigkeit bei den erhöhten Prozesstemperaturen von bis zu 150° C auf, die für die Verarbeitung vieler Harzsysteme (insbesondere von Epoxidharzen) notwendig sind. Weiterhin eignen sich diese Werkstoffe aufgrund ihrer Festigkeit und ihrer hohen Reißdehnung auch und insbesondere zur Herstellung von komplexen Bauteilen mittels Resin-Infusion-Verfahren. Hierzu wird eine vorgeformte Membran aus thermoplastischem Elastomer hergestellt, die der Geometrie des zu fertigenden Bauteils angepasst ist und die die in herkömmlichen Vorrichtungen verwendete Vakuumfolie ersetzt. Wegen der hohen Elastizität der Membran, ihrer Wärmebeständigkeit und ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Epoxidharzen können Lecks in der Membran wirksam vermieden werden. Dadurch wird die Gefahr von Porositäten der fertigen Bauteile – die zu Ausschuss führen – wesentlich reduziert.Thereafter, a membrane of a thermoplastic elastomer is used as a vacuum film. Thermoplastic elastomers have good temperature resistance at elevated process temperatures of up to 150 ° C, which are necessary for the processing of many resin systems (especially epoxy resins). Furthermore, these materials are due to their strength and high elongation at break and in particular for the production of complex components by resin infusion process. For this purpose, a preformed membrane made of thermoplastic elastomer, which is adapted to the geometry of the component to be manufactured and the ver in conventional devices used replaced vacuum film. Due to the high elasticity of the membrane, its heat resistance and its insensitivity to epoxy resins leaks in the membrane can be effectively avoided. As a result, the risk of porosities of the finished components - which lead to rejects - significantly reduced.

Weiterhin zeichnen sich thermoplastische Elastomere durch ein sehr gutes Trennverhalten gegenüber Epoxidharz aus, so dass das Ablösen der Membran vom fertigen Bauteil problemlos und unaufwendig möglich ist. Dies führt zu einer wesentlichen Reduktion des (manuellen) Aufwands bei der Vorbereitung und beim Entformen der Bauteile und bringt daher Zeit- und Kostenvorteile mit sich. Außerdem kann Verbrauchsmaterial (Trennfolie, Sprühkleber ...) gespart werden. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihres guten Trennverhaltens kann die Membran weiterhin – im Unterschied zu herkömmlicher Vakuumfolie – mehrfach wiederverwendet werden.Farther Thermoplastic elastomers are characterized by a very good separation behavior across from Made of epoxy resin, allowing the peeling the membrane of the finished component is easily and inexpensively possible. this leads to to a substantial reduction of the (manual) effort in the Preparation and demoulding of the components and therefore brings and cost advantages. In addition, can Consumables (release film, spray adhesive ...) can be saved. Due to their high strength and good separation behavior the membrane can continue - in Difference to conventional Vacuum foil - several times be reused.

Als Werkstoffe für die Membran haben sich thermoplastische Vulkanisate (TPV) aus der Familie der thermoplastischen Elastomere als besonders gut geeignet erwiesen. Gute Ergebnisse wurden insbesondere mit TPVs erzielt, die unter dem Namen „Santoprene" (Hersteller: ExxonMobil Chemical) bzw. „Sarlink" (Hersteller: DSM) auf dem Markt sind. Vorteilhaft an diesen Werkstoffen ist die geringe Rückstellneigung nach dem Umformen. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung von Bauteilen mit sehr komplexer Geometrie, weil dadurch sichergestellt wird, dass die Membran die Bauteilform in allen Phasen des Prozesses beibehält (z.B. auch bei Ofenhärtung bei 120° C); dadurch kann gewährleistet werden, dass sich auch in Bereichen enger Radien auf dem Bauteil keine Harzansammlungen bilden, die ansonsten zu Ausschussteilen führen können. Wie in Versuchen ermittelt wurde, gewährleisten die erwähnten TPVs diese Formbeständigkeit bis ca. 150° C.When Materials for The membrane has become thermoplastic vulcanizates (TPV) from the Family of thermoplastic elastomers are particularly well suited proved. Good results have been achieved especially with TPVs, under the name "Santoprene" (manufacturer: ExxonMobil Chemical) or "Sarlink" (manufacturer: DSM) are in the market. The advantage of these materials is the low Reset tilt after forming. This is especially important in the production of components with very complex geometry, because it ensures That will make the membrane the component shape in all phases of the process maintains (For example, in oven hardening at 120 ° C); this can be guaranteed be that even in areas of narrow radii on the component do not form accumulations of resin, which otherwise become rejects to lead can. As determined in tests, the mentioned TPVs ensure this dimensional stability up to approx. 150 ° C

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Membran aus thermoplastischem Elastomer eignet sich insbesondere zur Herstellung faserverstärkter Außenbeplankungsteile für den Fahrzeugbau. Diese Teile zeichnen sich u.a. durch komplexe Formgebung, Hinterschneidungen, Variationen in der Bauteildicke, steile Stufen, enge Radien etc. aus und stellen daher hohe Ansprüche an den Herstellprozess. Weiterhin müssen die Teile – als sichtbare Außenhautteile – hohen Anforderungen in Bezug auf ihre Oberflächenqualität genügen; das Herstellungsverfahren muss somit die Erzeugung von glatten, gleichförmig gekrümmten Oberflächen (sogenannten „Class-A-Oberflächen") ermöglichen, die außerdem ein gutes Anhaften von Lacken gewährleisten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der wiederverwendbaren Membran aus thermoplastischem Elastomer ermöglicht eine prozesssichere Herstellung dieser komplexen Teile in hoher Qualität.The inventive device with the membrane of thermoplastic elastomer is particularly suitable for producing fiber-reinforced outer planking parts for the Vehicle construction. These parts are u.a. by complex shaping, Undercuts, variations in component thickness, steep steps, narrow radii etc. and therefore make high demands on the Manufacturing process. Continue to have the parts - as visible outer skin parts - high Requirements with regard to their surface quality are sufficient; the manufacturing process thus must enable the production of smooth, uniformly curved surfaces (so-called "class A surfaces"), the one besides ensure good adhesion of paints. The device according to the invention with the reusable thermoplastic elastomer membrane allows one process-reliable production of these complex parts in high quality.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Membran aus TPV besteht darin, dass aufgrund des sehr guten Abform-Verhaltens einer solchen Membran unterschiedliche Oberflächenstrukturen (Texturen), die bei der Herstellung der TPV-Membran mit Hilfe des Thermoformens auf der Membran-Oberfläche erzeugt werden, auf die Bauteil-Rückseite übertragen werden können. Insbesondere kann auf diese Weise in lokal begrenzten Anbindungsbereichen der Bauteil-Rückseite eine rauere Oberflächenstruktur generiert werden, um beim späteren Fügen des fertigen Bauteils ein optimales Anhaften von Klebstoff zu erreichen.One Another advantage of using a TPV membrane is that that due to the very good impression behavior of such a membrane different surface structures (Textures) used in the manufacture of the TPV membrane using the Thermoforming can be generated on the membrane surface, on the Transfer component back can be. In particular, this can be done in localized connection areas the component back generates a rougher surface texture to be at later Add the finished component to achieve an optimal adhesion of adhesive.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:advantageous Embodiments of the invention are the subclaims and the embodiment refer to. The invention is based on a in the Drawings illustrated embodiment explained in more detail. there demonstrate:

1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils aus einem Faser-Halbzeug mit Hilfe des Resin-Infusion-Verfahrens; 1 a sectional view of an apparatus according to the invention for producing a component from a fiber-semifinished product by means of the resin infusion method;

2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung der 1; 2 a top view of the device of 1 ;

3 eine Detaildarstellung des Faser-Halbzeugs gemäß dem Ausschnitt III in 1; 3 a detailed representation of the fiber-semifinished product according to the section III in 1 ;

4 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils mit Hinterschneidungen. 4 a sectional view of an inventive device for producing a component with undercuts.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils mit Hilfe des Resin-Infusion-Verfahrens. umfasst ein Werkzeug 3, auf dessen Innenfläche 6 zwei trockene Faser-Halbzeuge 2 angeordnet sind. Die Innenfläche 6 des Werkzeugs 1 weist eine der Geometrie der herzustellenden Bauteile entsprechende Form auf. 1 shows a device 1 for producing a fiber-reinforced component by means of the resin infusion method. includes a tool 3 , on its inner surface 6 two dry fiber semi-finished products 2 are arranged. The inner surface 6 of the tool 1 has a shape corresponding to the geometry of the components to be produced.

Das trockene Faser-Halbzeug 2 (auch Preform genannt) umfasst – wie in 3 im Detail dargestellt – zwei Schichten aus Carbonfasern 2A, die biaxial (± 45°) angeordnet sind. Zwischen diesen Carbonfaserschichten 2A ist eine Schicht eines Verteilergewebes 2B angeordnet. Im Unterschied zu herkömmlichen Resin-Infusion-Verfahren, bei denen das Verteilergewebe außerhalb des Faser-Halbzeugs angeordnet ist und nach dem Aushärten des Harzes abgeschält wird, befindet sich hier das Verteilergewebe 2B im Inneren des Faser-Halbzeugs 2, was bei Bauteilen für den Fahrzeugbau zu Verbesserungen im Crashverhalten führt. Um die für Beplankungsteile im Fahrzeugbau ge forderte hohe Oberflächenqualität zu erreichen, ist das Faser-Halbzeug 2 in seinen Außenbereichen mit Schichten 2C aus ungeordnetem Polyacrylnitril-Vlies (PAN-Vlies), Polyester- oder Glasfaser-Vlies, beispielsweise Viledon T1747, versehen. Ganz allgemein kann das Faser-Halbzeug 2 als Gewebe, als Multiaxialgelege oder als kettverstärktes unidirektionales Halbzeug vorliegen. Es kann insbesondere Carbonfasern (CFK), Glasfasern (GFK), Aramidfasern (AFK), Borfasern (BFK) oder Hybridwerkstoffe umfassen.The dry fiber semi-finished product 2 (also called preform) includes - as in 3 shown in detail - two layers of carbon fibers 2A which are arranged biaxially (± 45 °). Between these carbon fiber layers 2A is a layer of a distribution fabric 2 B arranged. In contrast to conventional resin infusion methods, in which the distributor fabric is arranged outside the fiber semifinished product and peeled off after curing of the resin, here is the distributor fabric 2 B inside the fiber semi-finished product 2 what to improve components for vehicle construction leads in crash behavior. In order to achieve the high surface quality required for paneling in vehicle construction, this is the semifinished fiber product 2 in its outdoor areas with layers 2C of disordered polyacrylonitrile nonwoven (PAN fleece), polyester or glass fiber fleece, for example, Viledon T1747 provided. In general, the semi-finished fiber can 2 as a woven fabric, as a multiaxial fabric or as a warp-reinforced unidirectional semi-finished product. It may in particular comprise carbon fibers (CFRP), glass fibers (GRP), aramid fibers (AFK), boron fibers (BFK) or hybrid materials.

Zur Herstellung des trockenen Faser-Halbzeugs 2 werden die Schichten 2A,2B,2C gemeinsam – beispielsweise durch Vakuum-Formen bei gleichzeitiger Temperatur-Einwirkung – in eine dem fertigen Bauteil entsprechende Form gebracht. Hierzu werden entsprechende Abschnitte der Schichten 2A,2B,2C in ein Formwerkzeug eingelegt und unter Vakuum erhitzt, wodurch die Schichten 2A,2B,2C durch Aktivierung eines Bindemittels verbunden und zum Faser-Halbzeug 2 geformt werden.For the production of the dry semifinished fiber product 2 become the layers 2A . 2 B . 2C together - for example, by vacuum molding with simultaneous exposure to temperature - brought into a shape corresponding to the finished component. For this purpose, appropriate sections of the layers 2A . 2 B . 2C placed in a mold and heated under vacuum, causing the layers 2A . 2 B . 2C connected by activation of a binder and the fiber semifinished product 2 be formed.

Anschließend wird das geformte trockene Faser-Halbzeug 2 in das Resin-Infusion-Werkzeug 3 eingelegt und mit einem fließfähigen Matrix-Material (das im Folgenden auch als „flüssiges Harz" bezeichnet wird) imprägniert. 1 und 2 zeigen ein Werkzeug 3, mit dessen Hilfe zwei Faser-Halbzeuge 2 gleichzeitig mit flüssigem Harz imprägniert werden können. Zur Herstellung von Außenbeplankungsteilen für Kraftfahrzeuge wird als Harzsystem beispielsweise ein Bisphenol A/F-Epoxidharz verwendet, das sich durch das sehr gute Oberflächeneigenschaften auszeichnet. Als Härter kommt ein cycloalphatisches Polyamin zum Einsatz. Weitere mögliche Harzsysteme für Karosserieteile sind Ungesättigte Polyester- oder Vinylester-Harze.Subsequently, the shaped dry fiber semi-finished product 2 in the resin infusion tool 3 and impregnated with a flowable matrix material (which is also referred to below as "liquid resin"). 1 and 2 show a tool 3 , with the help of two semi-finished fiber products 2 can be impregnated simultaneously with liquid resin. For the production of exterior planking parts for motor vehicles, the resin system used is, for example, a bisphenol A / F epoxy resin, which is distinguished by its very good surface properties. The hardener used is a cycloaliphatic polyamine. Other possible resin systems for body parts are unsaturated polyester or vinyl ester resins.

Wie aus der Schnittdarstellung der 1 ersichtlich, weist die Innenfläche 6 des Werkzeug 3 – entsprechend der gewünschten Form des herzustellenden Bauteils – enge Radien 6A auf.As seen from the sectional view of 1 can be seen, the inner surface 6 of the tool 3 - According to the desired shape of the component to be produced - tight radii 6A on.

Am Rand 11 der Werkzeugform 3 ist beidseitig je ein Sauganschluss 8 für eine (in 1 und 2 nicht gezeigte) Pumpe vorgesehen, mit deren Hilfe ein Unterdruck erzeugt werden kann. Der Endbereich 8A des Sauganschlusses mündet in ein Atmungsgewebe 16, das ein vollständiges Absaugen der in den Faser-Halbzeugen 2 enthaltenen Luft gewähren soll und sich umlaufend über den gesamten Randbereich 11 der Werkzeugform 3 erstreckt. Zwischen dem Randbereich 12 des Faser-Halbzeugs 2 und dem Rand des Atmungsgewebes 16 ist umlaufend ein Spalt 18 vorgesehen. Dieser Spalt 18 wird durch einen (in 1 gezeigten) Streifen Abreißgewebe 10 überbrückt, der als „Fließbremse" für das angesaugte flüssige Harz wirken soll und somit den Sauganschluss 8A vor einer Kontaminierung mit Harz schützt. Die abzusaugende Luft kann diese „Fließbremse" ungehindert passieren, während der Harzfluss behindert wird. In ausgewählten Randbereichen 12A des Halbzeugs 2, in denen das fertige Bauteil später mit anderen Bauteilen verklebt werden soll, ragt das Abreißgewebe 10 in den Randbereich 12 des Halbzeugs 2 hinein; dadurch wird – aufgrund des Anhaftens des Abreißgewebes 10 an dem Harz – in diesen Randbereichen 12A eine definierte (angeraute) Oberfläche erzeugt wird, die beim späteren Fügen des fertigen Bauteils das Haftverhalten von Klebstoff fördert.At the edge 11 the mold 3 is a suction connection on both sides 8th for a (in 1 and 2 not shown) pump, with the help of which a negative pressure can be generated. The end area 8A the suction connection opens into a respiratory tissue 16 , which is a complete suction in the fiber semi-finished products 2 contained air and circulating over the entire periphery 11 the mold 3 extends. Between the border area 12 of the fiber semi-finished product 2 and the edge of the respiratory tissue 16 is a gap all around 18 intended. This gap 18 is replaced by a (in 1 shown) strips tear-off fabric 10 bridged, which should act as a "flow brake" for the sucked liquid resin and thus the suction port 8A protects against contamination with resin. The air to be extracted can pass through this "flow brake" unhindered, while the flow of resin is hindered, in selected border areas 12A of the semi-finished product 2 , in which the finished component is to be glued later with other components, the tear-off fabric protrudes 10 in the border area 12 of the semi-finished product 2 in; this will - due to the adherence of the tear-off fabric 10 on the resin - in these edge areas 12A a defined (roughened) surface is produced, which promotes the adhesion of adhesive during subsequent joining of the finished component.

Zur Zufuhr des Matrix-Materials (d.h. des flüssigen Harzes) ist eine Zuführungsleitung 9 vorgesehen, die flüssiges Harz aus einem (in den 1 und 2 nicht gezeigten) Vorratsbehälter in das Werkzeug 3 fördert. Die Zuführungsleitung 9 weist im Bereich des Werkzeugs 3 einen Auslass 9A auf, der als Omega-Profil ausgebildet ist. Zwischen dem als Omega- Profil ausgebildeten Auslass 9A und der diesem Auslass 9A gegenüberliegenden Werkzeuginnenseite 6 ist ein Verteilergewebe 17 angeordnet, das als „Fließhilfe" für das aus der Zuführungsleitung 9 austretende flüssige Harz dient und eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Harzes in das Faser-Halbzeug 2 hinein gewährleisten soll. Zwischen dem Rand des Verteilergewebes 17 und dem Rand 12 des Faser-Halbzeugs 4 ist ein schmaler Streifen Abreißgewebe 10 vorgesehen, um nach dem Aushärten des Harzes eine leichte Abtrennung des Verteilergewebes 17 vom Bauteil zu gewährleisten. Alternativ zu dem Omega-Profil kann die Verteilung des Harzes auch durch einen Spiralschlauch erfolgen.For supplying the matrix material (ie the liquid resin) is a supply line 9 provided the liquid resin from a (in the 1 and 2 not shown) reservoir in the tool 3 promotes. The supply line 9 points in the area of the tool 3 an outlet 9A on, which is designed as omega profile. Between the omega-shaped outlet 9A and this outlet 9A opposite tool inside 6 is a distribution fabric 17 arranged as a "flow aid" for the out of the supply line 9 leaking liquid resin serves and a uniform distribution of the liquid resin in the fiber semifinished product 2 to ensure it. Between the edge of the distribution fabric 17 and the edge 12 of the fiber semi-finished product 4 is a narrow strip of tear-off fabric 10 provided to after the curing of the resin, a slight separation of the distribution fabric 17 to ensure the component. As an alternative to the omega profile, the distribution of the resin can also be done by a spiral tube.

Die Werkzeuginnenseite 6 mit dem eingelegten Faser-Halbzeug 2 und dem darauf angeordneten Atmungsgewebe 16, Abreißgewebe 10, Verteilergewebe 17 und Auslass 9A der Harzzuführung 9 wird mit einer gasundurchlässigen Membran 4 aus einem thermoplastische Elastomer bedeckt, die außerhalb des Atmungsgewebes 16 über eine Dichtung 13 mit der Werkzeuginnenfläche 6 verbunden ist. Zwischen der Innenfläche 14 der Membran 4, der Dichtung 13 und der Werkzeuginnenfläche 6 ist somit ein geschlossener Raum 7 gebildet, der gasdicht gegenüber der Umgebung 15 versiegelt ist. Der Sauganschluss 8 für die Pumpe und die Zuführung 9 für flüssiges Matrixmaterial ragen durch die Membran 4 hindurch in den geschlossenen Raum 7 hinein, so dass durch Anlegen eines Unterdrucks an den Sauganschluss 8 flüssiges Harz aus dem Vorratsbehälter über die Zuführungsleitung 9 in den geschlossenen Raum 7 gefördert werden kann. Anstelle der Verwendung eines Omega-Profils oder eines Spiralschlauchs für den Auslass 9A kann dieser Auslass auch direkt in die Membran eingearbeitet sein. In diesem Fall muss die Wanddicke der Membran 4 groß genug sein, um ein Kollabieren des Auslasses 9A unter Vakuum und bei den Aushärte-Temperaturen zu verhindern.The tool inside 6 with the inserted semi-finished fiber 2 and the respiratory tissue disposed thereon 16 , Tear-off fabric 10 , Distribution fabric 17 and outlet 9A the resin feeder 9 comes with a gas-impermeable membrane 4 covered by a thermoplastic elastomer, which is outside the respiratory tissue 16 about a seal 13 with the tool inner surface 6 connected is. Between the inner surface 14 the membrane 4 , the seal 13 and the tool inner surface 6 is thus a closed space 7 formed, the gas-tight against the environment 15 is sealed. The suction connection 8th for the pump and the feeder 9 for liquid matrix material protrude through the membrane 4 through into the closed space 7 into it, so that by applying a negative pressure to the suction port 8th liquid resin from the reservoir via the supply line 9 in the closed room 7 can be promoted. Instead of using an omega profile or a spiral hose for the outlet 9A This outlet can also be incorporated directly into the membrane. In this case, the wall thickness of the membrane 4 be big enough to collapse the outlet 9A U.N The vacuum and at the curing temperatures to prevent.

Die Membran 4 besteht aus einem thermoplastischen Vulkanisat (TPV) aus der Familie der thermoplastischen Elastomere, die als hochelastische, flexible Kunststoffe bekannt sind. Die Membran 4 ist als flexibles Werkzeugoberteil ausgestaltet; das bedeutet, dass die Membran 4 (im Unterschied zu den in herkömmlichen Vorrichtungen verwendeten dünnen Vakuumfolien) eine vergleichsweise große Materialstärke von 0.5 – 3.0 mm aufweist und einerseits elastisch und flexibel ist, andererseits aber eine (permanente) Form aufweist, die dem herzustellenden Bauteil bzw. der Werkzeuginnenseite 6 angepasst ist. Die Membran 4 schmiegt sich somit glatt und ohne Faltenwurf an das Faser-Halbzeug 2 an, so dass eine glatte Innenfläche 14 der Membran 4 sich auf der Oberfläche des fertigen Bauteils abbildet und auf dem fertigen Bauteil eine qualitativ hochwertige, glatte Außenfläche schafft. Das thermoplastische Vulkanisat zeichnet sich durch ein sehr gutes Trennverhalten gegenüber Epoxidharz aus, so dass die Membran 4 sich leicht von dem fertigen Bauteil ablösen lässt.The membrane 4 consists of a thermoplastic vulcanizate (TPV) from the family of thermoplastic elastomers known as highly elastic, flexible plastics. The membrane 4 is designed as a flexible tool shell; that means the membrane 4 (In contrast to the thin vacuum films used in conventional devices) has a comparatively large material thickness of 0.5 - 3.0 mm and on the one hand elastic and flexible, but on the other hand has a (permanent) shape, the component to be manufactured or the tool inside 6 is adjusted. The membrane 4 thus nestles smoothly and without drapery on the fiber semi-finished product 2 on, leaving a smooth inner surface 14 the membrane 4 Imaged on the surface of the finished component and creates a high-quality, smooth outer surface on the finished component. The thermoplastic vulcanizate is characterized by a very good separation behavior with respect to epoxy resin, so that the membrane 4 can easily be detached from the finished component.

Zur Herstellung der Membran 4 wird eine entsprechend dimensionierte flache thermoplastische Elastomerfolie mit einer Materialstärke zwischen 0.5 mm und 3.0 mm durch Thermoformen in die gewünschte dreidimensionale Form umgeformt. Abweichende Wanddicken können je nach Einsatzfall sinnvoll sein. Die untersuchten TPVs werden typischerweise bei Temperaturen von etwa 180°C umgeformt. Eine auf diese Weise hergestellte Membran 4 zeigt hervorragende Formstabilität, gute Festigkeit, hohe Reißdehnung und Temperaturbeständigkeit bei Arbeitstemperaturen von etwa 120° C.For the preparation of the membrane 4 For example, a suitably dimensioned flat thermoplastic elastomer film with a material thickness between 0.5 mm and 3.0 mm is thermoformed into the desired three-dimensional shape. Different wall thicknesses can be useful depending on the application. The tested TPVs are typically reshaped at temperatures of about 180 ° C. A membrane made in this way 4 shows excellent dimensional stability, good strength, high elongation at break and temperature resistance at working temperatures of about 120 ° C.

Aufgrund des sehr guten Abform-Verhaltens einer Membran aus TPV können Oberflächenstrukturen (Texturen), die beim Thermoformen der TPV-Membran auf der Membran-Oberfläche erzeugt wurden, auf die Bauteil-Rückseite übertragen werden. Auf diese Weise können beispielsweise auf der Bauteiloberfläche Gebiete 12A mit lokalen Aufrauungen (als Haftverbesserung für Klebstoff in einem späteren Fügeschritt) erzeugt werden, ohne dass hierfür – wie oben beschrieben – Abreißgewebe 10 in diesen Randbereichen 12A vorgesehen zu werden braucht.Due to the very good molding behavior of a membrane made of TPV, surface textures (textures), which were created on the membrane surface during thermoforming of the TPV membrane, can be transferred to the back of the component. In this way, for example, on the component surface areas 12A with local roughening (to improve the adhesion of adhesive in a subsequent joining step), without - as described above - tear-off fabric 10 in these peripheral areas 12A needs to be provided.

Da der Membranwerkstoff sich leicht vom fertigen Bauteil lösen lässt und außerdem während des mehrstündigen Harzaushärtungszyklus' bei 120° C im Ofen keine Alterung zeigt, kann eine solche Membran 4 aus thermoplastischem Elastomer (im Unterschied zu den herkömmlicherweise verwendeten dünnen Vakuumfolien) mehrfach wiederverwendet werden. Dies führt zu einer erheblichen Einsparung von Verbrauchsmaterial und somit zu Kostenreduktionen bei der Herstellung dieser Bauteile. Weiterhin wird der manuelle Aufwand bei der Vorbereitung des Resin-Infusion-Prozesse und dem Entformen der Bauteile wesentlich reduziert. Schließlich wird das Risiko von Leckagen und somit die Ausschussquote erheblich vermindert.Since the membrane material can be easily detached from the finished component and also during the multi-hour Harzaushärtungs' at 120 ° C in the oven shows no aging, such a membrane 4 made of thermoplastic elastomer (in contrast to the conventionally used thin vacuum films) are reused several times. This leads to a considerable saving of consumables and thus to cost reductions in the production of these components. Furthermore, the manual effort in preparing the resin infusion processes and the removal of the components is significantly reduced. Finally, the risk of leaks and thus the reject rate is significantly reduced.

Der als Omega-Profil oder Spiralschlauch ausgestaltete Auslass 9A der Harz-Zuführungsleitung 9 wird in einer Ausbuchtung 4A der Membran 4 aufgenommen, so dass – ohne Schablone – eine präzise Ausrichtung des Omega-Profils 9A gegenüber den Faser-Halbzeugen im Werkzeug 3 gewährleistet ist; damit wird eine hohe Reproduzierbarkeit der Fließfront des einströmenden flüssigen Harzes erreicht, was eine konstant hohe Qualität der fertigen Bauteile zur Folge hat.The omega-shaped or spiral-shaped outlet 9A the resin feed line 9 is in a bulge 4A the membrane 4 so that - without template - a precise alignment of the omega profile 9A compared to the fiber semi-finished products in the tool 3 is guaranteed; Thus, a high reproducibility of the flow front of the incoming liquid resin is achieved, which has a consistently high quality of the finished components result.

Ist die Membran 4 über die Dichtung 13 fest mit der Werkzeuginnenfläche 6 verbunden, so wird durch Anlegen eines Unterdrucks an die Saugeinrichtung 8 flüssiges Harz über die Zuführung 9 in den Hohlraum 7 zwischen Membraninnenfläche 14 und Werkzeuginnenfläche 6 gefördert und dort über das Vertei lergewebe 17 zu den Faser-Halbzeugen 2 geleitet. Wenn das flüssige Harz die Faser-Halbzeuge 2 vollständig durchdrungen hat, wird das Werkzeug 3 zusammen mit den darin enthaltenen harzgetränkten Faser-Halbzeugen 2 in einen regelbaren Ofen verbracht, in dem das Harz ausgehärtet wird. Bei Verwendung von Bisphenol A/F-Epoxidharz wird das harzgetränkte Faser-Halbzeug 2 zunächst auf einer Temperatur von etwa 90° C angeliert und anschließend auf einer Temperatur von etwa 120° C ausgehärtet. Während des gesamten Härteprozesses muss der Unterdruck im geschlossenen Raum 7 aufrechterhalten bleiben, um ein porenfreies Bauteil mit hoher Oberflächenqualität zu erhalten.Is the membrane 4 about the seal 13 firmly with the tool inner surface 6 connected, so by applying a negative pressure to the suction device 8th liquid resin over the feeder 9 in the cavity 7 between membrane inner surface 14 and tool inner surface 6 promoted and there lergewebe over the Vertei 17 to the fiber semi-finished products 2 directed. When the liquid resin is the fiber semi-finished 2 has completely penetrated, becomes the tool 3 together with the resin-impregnated fiber semifinished products contained therein 2 placed in a controllable oven where the resin is cured. When using Bisphenol A / F epoxy resin, the resin impregnated fiber semi-finished product 2 first annealed at a temperature of about 90 ° C and then cured at a temperature of about 120 ° C. During the entire hardening process, the negative pressure in the closed space 7 be maintained to obtain a non-porous component with high surface quality.

In Abhängigkeit von dem gewählten Harzsystem kann bereits die Infusion des flüssigen Harzes in den Hohlraum 7 der Werkzeugform 3 mit einer thermischen Behandlung einhergehen. In diesem Fall wird das Werkzeug 3 und der Harz-Vorratsbehälter während der gesamten Prozessdauer auf einer erhöhten Temperatur gehalten; dies kann beispielsweise mit Hilfe von Heizplatten, einer Wärmekammer, durch Eintauchen in eine heizbare Flüssigkeit (Ölbad) oder durch Einbringen in den regelbaren Ofen erfolgen.Depending on the resin system chosen, infusion of the liquid resin may already be in the cavity 7 the mold 3 associated with a thermal treatment. In this case, the tool becomes 3 and maintaining the resin reservoir at an elevated temperature throughout the process; This can be done for example by means of hot plates, a heat chamber, by immersion in a heatable liquid (oil bath) or by introducing it into the controllable oven.

Nach Abkühlen des Werkzeugs 3 mit den darin enthaltenen Bauteilen wird die Membran 4 abgenommen und die Bauteile aus der Werkzeugform 3 entnommen. Anschließend werden die Bauteile auf ihre endgültige Form beschnitten und evtl. lackiert.After cooling the tool 3 with the components contained therein, the membrane 4 removed and the components from the mold 3 taken. Then the components are cut to their final shape and possibly painted.

4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' mit einem Werkzeug 3', dessen Innenfläche 6' eine Hinterschneidung 6B zur Herstellung eines hinterschnittenen Bauteils aufweist. Um ein einfaches Einlegen des zugehörigen, mit einer Hinterschneidung 2B versehenen Faser-Halbzeugs 2' in das Werkzeug 3' zu ermöglichen, ist das Werkzeug 3' zwei- oder mehrteilig ausgestaltet und umfasst neben einem Unterwerkzeug 3A ein oder mehrere Zusatz-Werkzeugteile (Losteile) 3B, das nach dem Einlegen des Faser-Halbzeugs 2' mit dem Unterwerkzeug 3A verbunden wird. Ebenso wie in der Vorrichtung der 1 ist das Faser-Halbzeug 2' und die Werkzeuginnenfläche 6' mit einer flexiblen, der Bauteilform angepassten Membran 4' abgedeckt, die vom Sauganschluss 8 und der Zuführleitung 9 für flüssiges Matrix-Material durchdrungen wird und randseitig durch eine Dichtung 13 mit der Werkzeuginnenfläche 6' verbunden ist. 4 shows an alternative embodiment of the device according to the invention 1' with a tool 3 ' , its inner surface 6 ' a hind Tailoring 6B for producing an undercut component. To simply insert the associated, with an undercut 2 B provided semi-finished fiber 2 ' in the tool 3 ' to enable is the tool 3 ' designed in two or more parts and includes next to a lower tool 3A one or more additional tool parts (loose parts) 3B after inserting the fiber semifinished product 2 ' with the lower tool 3A is connected. As in the device of 1 is the semi-finished fiber 2 ' and the tool inner surface 6 ' with a flexible, the component shape adapted membrane 4 ' covered by the suction connection 8th and the supply line 9 for liquid matrix material is penetrated and at the edge by a seal 13 with the tool inner surface 6 ' connected is.

Claims

Device for producing a fiber-reinforced plastic component from a fiber semifinished product (preform) by infusing a flowable matrix material - with a tool for arranging the fiber semifinished product and - with a gas-impermeable film, which is arranged in regions around the fiber semifinished product and which forms a closed space by itself or together with a tool inner surface, can be introduced into the matrix material, characterized in that the gas-impermeable film has a membrane ( 4 ) is made of a thermoplastic elastomer.

Device according to claim 1, characterized in that the membrane ( 4 ) consists of a thermoplastic vulcanizate (TPV) from the family of thermoplastic elastomers.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane ( 4 ) has a three-dimensional shape, the tool inside ( 6 ) with inserted semi-finished fiber ( 2 ) and the consumables positioned on the back of the component ( 10 . 16 . 17 ) is adjusted.

Device according to claim 3, characterized in that the membrane ( 4 ) is formed by vacuum forming or pressure assisted vacuum forming from a thermoplastic elastomeric film having a material thickness between 0.5 mm and 3.0 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) one through the membrane ( 4 ) into the closed space ( 7 ) feeding ( 9 ) for flowable matrix material.

Apparatus according to claim 5, characterized in that a in the closed space ( 7 ) projecting outlet ( 9A ) of the matrix material feeder ( 9 ) is configured at least in sections as an omega profile.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that membrane ( 4 ) a bulge ( 4A ) for receiving the outlet ( 9A ) of the matrix material feeder ( 9 ) having.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that between the fiber semifinished product ( 2 ) and the outlet ( 9A ) of the matrix material feeder ( 9 ) a planar distribution fabric ( 17 ) is arranged as a flow aid for the flowable matrix material.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) one through the membrane ( 4 ) into the closed space ( 7 ) connection ( 8th ) for a suction device, with the help of which the flowable matrix material from a reservoir into the closed space ( 7 ) can be sucked.

Device according to claim 9, characterized in that the connection ( 8th ) of the suction device sections of a respiratory tissue ( 16 ) is surrounded.

Device according to claim 10, characterized in that the respiratory tissue ( 16 ) in the form of a strip circumferentially over the entire edge region ( 11 ) of the mold ( 3 ).

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that between the fiber semifinished product ( 2 ) and the respiratory tissue ( 16 ) A gap ( 18 ) formed by a strip of tear-off fabric ( 10 ) is bridged.

Use of the device ( 1 ) according to one of claims 1 to 12 for the production of fiber-reinforced Außenbeplankungsteilen for motor vehicles.