DE102010045220A1 - Injection molding device for impregnation of e.g. fabric, with thermoplastic matrix polymer for manufacturing motor vehicle components, has upper and lower parts with lower and upper sides whose surface is lined with spacer material layer - Google Patents

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Abstract

The device has an injection molding tool with a tool upper part that comprises a lower side (1), and a tool lower part comprising an upper side (2) pointed to the lower side of the tool upper part. A surface of the lower and upper sides of the upper and lower parts is lined with a spacer material layer (4). The surface is congruent to a surface of a fiber structure (3) to be impregnated during execution of an injection molding-impregnating method. The fiber structure is inserted into the injection molding tool. The spacer material layer is made of fleece or open porous foam. An independent claim is also included for an injection molding-impregnating method for fiber structures with thermoplastic matrix polymer.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spritzgießvorrichtung zum Imprägnieren von Fasergebilden und ein entsprechendes Spritzgieß-Imprägnierverfahren, das mit der Vorrichtung ausführbar ist; insbesondere um Kraftfahrzeugbauteile zu fertigen.The present invention relates to an injection molding apparatus for impregnating fibrous structures and a corresponding injection-impregnation method, which is executable with the apparatus; in particular to manufacture motor vehicle components.

Es ist bekannt, die zur Fertigung von Kraftfahrzeugbauteilen durch Sandwich-Spritzgießverfahren hergestellten leichten und belastbaren Bauteile aus Faserverbundkomponenten so zu verstärken, dass relativ steife Strukturen erzeugt werden. Dazu können Textilien, Gewebe oder andere Fasergebilde mit thermoplastischen Kunststoffen hinterspritzt werden. Bis dato gestaltet es sich als schwierig, gerade die Randschichten von Bauteilen, die bei Biegebelastung die Steifigkeit eines Bauteils entscheidend bestimmen, maximal zu verstärken, was sich vielfach daraus ergibt, dass die Ausrichtung der Fasern nicht ausschließlich unidirektional erfolgt.It is known to reinforce the lightweight and resilient components made of fiber composite components produced by sandwich injection molding for the manufacture of motor vehicle components so that relatively stiff structures are produced. For this purpose, textiles, fabrics or other fiber structures can be back-injected with thermoplastic materials. To date, it has proven difficult to maximally reinforce the marginal layers of components which decisively determine the rigidity of a component under bending stress, which often results from the fact that the orientation of the fibers is not exclusively unidirectional.

Die aus dem Stand der Technik bekannten hinterspritzten Textilien oder Gewebe weisen ferner einen Faservolumenanteil auf, der geringer ist, als er bei unidirektionaler Ausrichtung der Fasern sein könnte.The back-injected textiles or fabrics known from the prior art also have a fiber volume fraction that is less than it could be if the fibers were oriented unidirectionally.

Ein derartiges Bauteil und das entsprechende Herstellungsverfahren hierfür wird bereits in der DE 10 2007 053 120 A1 offenbart. Das mit dem dort offenbarten Verfahren hergestellte Bauteil kann ein Schwenklager oder ein Achsschenkel oder ein Radträger mit einem faserverstärkten Verbundwerkstoff sein, dessen Grundstruktur aus einem flächigen, aus Fasermaterial gebildeten Textil geschaffen wird, die mit einer Matrixkomponente verfestigt wird. So sollen Bauteile hergestellt werden, die zugleich das Gewicht des Fahrzeugs aus ökonomischen und ökologischen Gründen verringern und die dennoch den hohen mechanischen Anforderungen standhalten können, mit denen Kraftfahrzeugbauteile belastet werden. Dabei soll dort über grundsätzlich bekannte Verbundherstellungsverfahren ein zur Grundstruktur vorgeformtes textiles Faserhalbzeug, gegebenenfalls unter Einbau von Einlegeteilen mit Matrixkomponenten wie etwa Kunststoffen, Keramiken oder Metallen verfestigt, beziehungsweise konsolidiert werden. Beim Eindringen der Matrixkomponente in die textile Grundstruktur erfolgt dort die Infiltration des trockenen Textils mit der Matrixkomponente. Sowohl ein mit der Matrixkomponente vorimprägniertes textiles Faserhalbzeug als auch ein Faser-Matrix-Misch-Textil oder ein Film-Stacking-Textil können nach bekannter Weise durch Zugabe der Matrixkomponente mittels Erhitzung, Verpressung, Härtung und Abkühlung verfestigt werden.Such a component and the corresponding manufacturing method for this is already in the DE 10 2007 053 120 A1 disclosed. The component produced by the method disclosed therein may be a pivot bearing or a knuckle or a wheel carrier with a fiber-reinforced composite whose basic structure is created from a flat, formed of fiber material textile, which is solidified with a matrix component. Thus, components are to be produced, which at the same time reduce the weight of the vehicle for economic and environmental reasons, and yet can withstand the high mechanical demands placed on motor vehicle components. In this case, a basic textile preformed semi-finished fiber textile product is to be consolidated or consolidated there by incorporation of inserts with matrix components such as plastics, ceramics or metals via fundamentally known composite production processes. When the matrix component penetrates into the textile basic structure, the infiltration of the dry textile with the matrix component takes place there. Both a semifinished textile semi-finished product preimpregnated with the matrix component and a fiber-matrix mixed textile or a film-stacking textile can be consolidated in a known manner by adding the matrix component by means of heating, pressing, curing and cooling.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe der Bereitstellung einer Vorrichtung, die es ermöglicht, zielgerichtet die steifigkeitsbestimmenden Randschichten einer Faserverbund-Bauteilkomponente ideal zu verstärken. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.Based on this prior art, the object of providing a device which makes it possible to purposefully reinforce the stiffness-determining edge layers of a fiber composite component component ideal. This object is achieved by the device having the features of claim 1.

Die weitere Aufgabe der Schaffung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens, das es ermöglicht, reproduzierbar und strukturell optimal randschichtverstärkte Faserverbundbauteile herzustellen, wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.The further object of the creation of a corresponding manufacturing method, which makes it possible to produce reproducible and structurally optimal surface layer reinforced fiber composite components, is achieved by the method having the features of claim 6.

Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the device and the method are set forth in the subclaims.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung, die dazu geeignet ist, Fasergebilde mit einem thermoplastischen Matrixpolymer zu imprägnieren, um leichtgewichtige, aber hoch biegebelastbare Bauteile mit vorteilhaft optimal verstärkten Randschichten bereitzustellen, weist ein Spritzgießwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil auf. Dabei weist die Unterseite des Werkzeugoberteils entsprechend zu der Oberseite des Werkzeugunterteils und erfindungsgemäß ist zumindest eine der beiden Seiten, Oberseite oder Unterseite, mit einer Beabstandungsmaterial-Schicht ausgekleidet. Die Fläche, die das Beabstandungsmaterial einnimmt, ist dabei bevorzugterweise wenigstens so groß wie eine Fläche des zu imprägnierenden Fasergebildes, das in der Spritzgießvorrichtung hinterspritzt werden soll. In einer bevorzugen Ausführungsform sind deren Geometrien kongruent.An embodiment of the injection molding apparatus according to the invention, which is suitable for impregnating fiber structures with a thermoplastic matrix polymer in order to provide lightweight but highly flexible components with advantageously optimally reinforced edge layers, has an injection molding tool with a tool upper part and a lower tool part. In this case, the underside of the upper tool part corresponding to the upper side of the lower tool part and according to the invention, at least one of the two sides, top or bottom, lined with a spacer material layer. The area which occupies the spacing material is preferably at least as large as a surface of the fiber structure to be impregnated, which is to be back-injected in the injection molding apparatus. In a preferred embodiment, their geometries are congruent.

Die Fläche des Beabstandungsmaterials kann aber auch eine andere Größe aufweisen, wie die der Faserverstärkung, so dass die Flächen sich nur entsprechen. Dies richtet sich nach den Strömungsbedingungen bei der Werkzeugfüllung, denn zum Fliesswegende hin würde ein Fliessen längs der Faserverstärkung stattfinden und das Luftpolster auch in dieser Richtung vorausschieben. Dies gilt analog auch für die Fläche der Ober- und/oder Unterseite des Werkzeugs. So muss auch die Anpassung an die Werkzeugform nicht vollständig kongruent oder passgenau erfolgen, da die zu verwendenden Materialien in begrenztem Maß, abhängig von der Dicke und Steifigkeit nachgiebig und plastisch verformbar sind. Hierdurch können die Materialien in begrenztem Maße beim Pressvorgang tiefgezogen werden.However, the surface of the spacer material may also have a different size, such as the fiber reinforcement, so that the surfaces only correspond. This depends on the flow conditions in the tool filling, because the flow path end would take place along the fiber reinforcement and advance the air cushion in this direction. This applies analogously to the surface of the top and / or bottom of the tool. Thus, the adaptation to the tool shape does not have to be completely congruent or precisely fitting, since the materials to be used are to a limited extent, depending on the thickness and rigidity yielding and plastically deformable. As a result, the materials can be thermoformed to a limited extent during the pressing process.

Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass das thermoplastische Matrixpolymermaterial, das zum Hinterspritzen in die Spritzgießwerkzeug gegossen wird, um die einzelnen Fasern beziehungsweise Faserstränge des Fasergebildes herum und durch diese hindurch strömen kann, wobei durch das Beabstandungsmaterial verhindert wird, dass das thermoplastische Matrixmaterial unmittelbar, nachdem es zwischen dem Fasergebilde hindurch getreten ist, an der Werkzeugwand erstarrt, was andernfalls nachteilig eine unvollständige Imprägnierung und damit geschwächte Randbereiche des zu fertigenden Bauteils mit sich bringt. Die Beabstandungsmaterialschicht bildet somit einen „Überlauf” auf der ganzen Fläche, über die sich auch das zu imprägnierende Fasergebilde erstreckt, und es erhält den Schmelzzustand des Matrixpolymers nach Durchtritt durch das Fasergebilde aufrecht. So wird vorteilhaft eine verzögerte Erstarrung herbeigeführt, was dazu führt, dass das Matrixmaterial mehr Zeit hat, zwischen jedweden Zwischenraum im Fasergebilde zu fließen, und um die in dem Werkzeug und insbesondere in dem Fasergebilde vorhandene Luft zu verdrängen. Somit gelingt es mit der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung, ein Faserverbundbauteil mit verbessertem Imprägniergrad zu schaffen.Thus, the device according to the invention allows the thermoplastic matrix polymer material, which is poured into the injection mold for injection molding, around the individual fibers or fiber strands of the fiber structure around and through them, wherein the spacer material prevents the thermoplastic matrix material immediately after it has passed between the fiber structure, solidified on the mold wall, which would otherwise disadvantageous incomplete impregnation and thus weakened edge regions of the component to be manufactured with brings. The spacer material layer thus forms an "overflow" over the entire surface over which the fibrous structure to be impregnated also extends and maintains the melted state of the matrix polymer after it has passed through the fibrous structure. Thus, a delayed solidification is advantageously brought about, which results in the matrix material having more time to flow between any gaps in the fiber structure and to displace the air present in the tool and in particular in the fiber structure. Thus, it is possible with the injection molding apparatus according to the invention to provide a fiber composite component with improved degree of impregnation.

Vorteilhaft ist das Beabstandungsmaterial ein Vlies oder ein offenporiger Schaum, der in einer ganz idealen Ausbildung einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Matrixpolymer aufweist und sich somit während des Spritzgießens des heißen, flüssigen Matrixpolymers in dem, optional erhitzten, Spritzgießwerkzeug verflüssigt und sich idealer Weise mit dem Matrixpolymer mischt und sich in diesem auflöst. So wird vorteilhaft eine verbesserte Oberflächenqualität des hinterspritzten Fasergebildes erreicht.Advantageously, the spacing material is a nonwoven or open cell foam which, in a quite ideal design, has a lower melting point than the matrix polymer and thus liquefies during injection molding of the hot liquid matrix polymer in the optionally heated injection mold and ideally with the matrix polymer mixes and dissolves in this. Thus, advantageously, an improved surface quality of the back-injected fiber structure is achieved.

Bei dem Fasergebilde, das vorteilhaft einen hohen Faserorientierungsgrad aufweist um einen höheren Faservolumenanteil in dem Faserverbundbauteil bereit zu stellen, kann es sich um Gelege, ein Gewebe, aber auch um ein vorimprägniertes textiles Faserhalbzeug, ein Faser-Matrix-Mischtextil oder um ein sogenanntes Film-Stacking-Textil handeln. Am meisten bevorzugt sind Fasergebilde, die eine unidirektionale Faserstranganordnung aufweisen, und die insofern einen hohen Faserorientierungsgrad aufweisen. Bei derart unidirektional orientierten Fasern, die auf die zu erwartenden Biegebelastungen des Bauteils ausgerichtet sind, können durch Einsatz der erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung Randschichten mit verbesserter Steifigkeit erreicht werden, wobei „verbessert” sich auf Bauteile bezieht, bei denen die Randschichten nicht optimal ausgebildet sind, da ein zu frühes Erhärten des Matrixmaterials erfolgt ist.The fiber structure, which advantageously has a high degree of fiber orientation in order to provide a higher fiber volume fraction in the fiber composite component, can be scrim, a woven fabric, but also a preimpregnated textile fiber semi-finished product, a fiber-matrix mixed textile or a so-called film fiber. Stacking textile act. Most preferred are fibrous structures which have a unidirectional fiber strand arrangement and thus have a high degree of fiber orientation. In such unidirectionally oriented fibers, which are aligned with the expected bending loads of the component, edge layers with improved rigidity can be achieved by using the injection molding device according to the invention, wherein "improved" refers to components in which the edge layers are not optimally formed as a Too early hardening of the matrix material is done.

Durch die Verwendung der unidirektionalen Faseranordnungen und durch deren ideale Durchdringung mit Matrixmaterial, die auch dadurch verbessert werden kann, dass sich das Beabstandungsmaterial mit dem Matrixpolymer vereint, kann ein verbesserter Faservolumenanteil und damit eine höhere mechanische Belastbarkeit des Bauteils erzielt werden.By using the unidirectional fiber arrays and their ideal penetration of matrix material, which can also be improved by combining the spacing material with the matrix polymer, an improved fiber volume fraction and thus a higher mechanical strength of the component can be achieved.

Um das Matrixpolymer in die Spritzvorrichtung zu injizieren, kann ein Angussstutzen vorgesehen sein, der sich durch das Werkzeugoberteil bis zu dessen Unterseite erstreckt, insbesondere kann ein solcher Angussstutzen sich in eine Angussmulde erweitern, die es ermöglicht, dass sich das Matrixmaterial zunächst über eine gewisse Fläche an der Werkzeugoberteilunterseite verteilt, ehe es dann gleichmäßig das Fasergebilde zu durchdringen beginnt.In order to inject the matrix polymer into the spray device, a sprue can be provided which extends through the tool top to its bottom, in particular, such a sprue can expand into a sprue, which allows the matrix material initially over a certain area distributed on the top of the tool before it begins to penetrate evenly through the fiber structure.

Das erfindungsgemäße Spritzgieß-Imprägnierverfahren für Fasergebilde, um diese mit einem thermoplastischen Matrixpolymer zu imprägnieren, umfasst daher zunächst den Schritt des Auskleidens von wenigstens einer der beiden Seiten: Unterseite des Werkzeugoberteils und Oberseite des Werkzeugunterteils des Spritzgießwerkzeugs mit einer Beabstandungsmaterialschicht. Dabei sollte die Beabstandungsmaterialschicht eine Fläche einnehmen, die der Fläche des zu imprägnierenden, in das Werkzeug einzulegenden Fasergebildes bei Ausführen des Spritzgieß-Imprägnierverfahrens entspricht. Dann wird das Fasergebilde in die Spritzgießvorrichtung eingelegt, wobei es zwischen der Unterseite des Werkzeugoberteils und der Oberseite des Werkzeugunterteils, beziehungsweise zwischen der entsprechenden Beabstandungsmaterialschicht und der nicht mit Beabstandungsmaterial belegten Seite oder alternativ zwischen zwei Beabstandungsmaterialschichten zu liegen kommt. Das Beabstandungsmaterial sorgt dafür, dass das zu imprägnierende Fasergebilde von dem Werkzeug selbst beanstandet ist, wodurch bewirkt wird, dass nach Zuführen des thermoplastischen Matrixpolymers dieses nicht unmittelbar am Werkzeug erstarrt, sondern das Fasergebilde gut durchdringt und insbesondere die Randschichten ideal verstärkt. Dies ergibt sich auch dadurch, dass in dem Werkzeug und in dem Fasergebilde vorliegende Luft durch das langsamere Erstarren des Matrixpolymers vollständiger ausgetrieben werden kann.The inventive injection molding / impregnation method for fiber structures in order to impregnate them with a thermoplastic matrix polymer therefore initially comprises the step of lining at least one of the two sides: underside of the upper tool part and upper side of the lower tool part of the injection molding tool with a spacer material layer. In this case, the spacer material layer should occupy a surface which corresponds to the surface of the fiber structure to be impregnated into the tool when the injection molding impregnation process is carried out. Then, the fiber structure is inserted into the injection molding device, wherein it comes to lie between the underside of the upper tool part and the upper side of the tool lower part, or between the corresponding Abstandsmaterialschicht and not occupied with spacer material side or alternatively between two Abstandsungsmaterialschichten. The spacing material ensures that the fiber structure to be impregnated is rejected by the tool itself, which causes that after supplying the thermoplastic matrix polymer, this does not solidify directly on the tool, but penetrates well through the fiber structure and ideally ideally reinforces the edge layers. This is also due to the fact that air present in the tool and in the fiber structure can be more completely expelled by the slower solidification of the matrix polymer.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Einbringen des Beabstandungsmaterials gemeinsam mit den Verstärkungslagen. Hierdurch wird das Handling deutlich einfacher, da das Einlegen in das Werkzeug in einem einzigen Verfahrensschritt erfolgt und die Zykluszeit geringer wird. Die Verstärkungs- und Beabstandungsmaterialien können des weiteren auch vorher noch zusammengefügt, insbesondere geklebt, geheftet oder vernäht werden.In a further embodiment of the invention, the introduction of the spacing material takes place together with the reinforcing layers. This makes the handling much easier, since the insertion into the tool takes place in a single process step and the cycle time is reduced. The reinforcing and spacing materials may also be previously joined, in particular glued, stapled or sewn.

Das Verfahren kann vorsehen, dass das Spritzgießwerkzeug erhitzt wird und dass nach dem Zuführen des thermoplastischen Matrixpolymers das Mischen des flächigen Beabstandungsmaterials, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das thermoplastische Matrixpolymer, mit dem thermoplastischen Matrixpolymer erfolgt. Dabei löst sich das Beabstandungsmaterial in dem Matrixpolymer und erkaltet mit diesem, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität des Bauteils führt.The method may provide that the injection molding tool is heated and that after the thermoplastic matrix polymer has been supplied, mixing the sheet spacing material having a lower melting point than the thermoplastic matrix polymer with the thermoplastic resin Matrix polymer takes place. In the process, the spacer material dissolves in the matrix polymer and cools with it, which leads to an improved surface quality of the component.

Das Verfahren eignet sich vorteilhaft auch für Serienanwendungen struktureller Bauteile.The method is also advantageously suitable for series applications of structural components.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. The figures are merely schematic representations of an embodiment of the invention.

Dabei zeigtIt shows

1 Eine schematische Seitenansicht in eine erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung, 1 A schematic side view into an injection molding device according to the invention,

2 eine schematische Seitenansicht des Details des in das Fasergebilde fließenden thermoplastischen Matrixmaterials, 2 a schematic side view of the detail of the flowing into the fiber structure thermoplastic matrix material,

3 eine schematische Seitenansicht eines vorgeformten Fasergebildes zwischen beidseitig angeordneten Beabstandungsgeweben im Spritzgießwerkzeug. 3 a schematic side view of a preformed fiber structure between both sides arranged spacing fabrics in the injection mold.

Eine erfindungsgemäße Spritzgießvorrichtung, mit der es gelingt, Fasergebilde, insbesondere, Fasergebilde mit hohen Faserorientierungsgrad auf ideale Weise mit einem thermoplastischen Matrixpolymere zu imprägnieren, ist im Ausschnitt in 2 und 3 gezeigt.An injection molding apparatus according to the invention, with which it is possible to impregnate fiber structures, in particular fiber structures with a high degree of fiber orientation, in an ideal manner with a thermoplastic matrix polymer, is shown in detail in FIG 2 and 3 shown.

Die Figuren zeigen das von der Spritzgießvorrichtung umfasste Spritzgießwerkzeug mit dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil, wobei entsprechend die Unterseite 2 des Werkzeugoberteils zu der Oberseite 1 des Werkzeugunterteils weist, so dass das Fasergebilde 3 zur Durchführung des Imprägniervorgangs zwischen die beiden Werkzeughälften gelegt werden kann.The figures show the injection molding tool encompassed by the injection molding device with the tool upper part and the tool lower part, the underside being correspondingly 2 of the tool shell to the top 1 of the tool lower part, so that the fiber structure 3 can be placed between the two mold halves to carry out the impregnation process.

Bei der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Spritzgießvorrichtung ist dabei die Werkzeugunterteil-Oberseite 2 mit einem Beabstandungsmaterial 4 ausgekleidet.At the in 2 shown injection molding device according to the invention is the tool base top 2 with a spacer material 4 lined.

Hierbei kann es sich um ein Vlies oder um einen offenporigen Schaum handeln, wobei das Vlies oder der Schaum vorteilhaft einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen als das thermoplastische Matrixpolymer, mit dem das Fasergebilde imprägniert werden soll. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Vlies- oder Schaummaterial mit dem thermoplastischen Matrixpolymer mischbar ist.This may be a non-woven or an open-pore foam, wherein the non-woven or the foam advantageously have a lower melting point than the thermoplastic matrix polymer, with which the fiber structure is to be impregnated. It is particularly advantageous if the nonwoven or foam material is miscible with the thermoplastic matrix polymer.

Das in 1 bis 3 gezeigte Fasergebilde kann ein Gelege, ein Gewebe, ein vorimprägniertes textiles Faserhalbzeug, ein Faser-Matrix-Misch-Textil oder ein Film-Stacking-Textil sein, wobei insbesondere bevorzugt wird, dass die Faseranordnung aus unidirektional angeordneten Fasersträngen besteht, um damit Kraftfahrzeugbauteile mit hohem Faservolumenanteil in der Verbundkomponente fertigen zu können. Diese halten trotz ihres vergleichsweise geringen Gewichts hoher Biegebelastung Stand.This in 1 to 3 The fiber structure shown can be a scrim, a woven fabric, a pre-impregnated textile semi-finished fiber, a fiber-matrix mixed textile or a film-stacking textile, wherein it is particularly preferred that the fiber assembly consists of unidirectionally arranged fiber strands, so as to high-motor vehicle components Fasvololumenanteil in the composite component to be able to manufacture. These hold despite their comparatively low weight high bending load.

Die in 4 gezeigte Spritzgießvorrichtung sieht vor, dass durch den Angussstutzen 5, der sich durch das Werkzeugoberteil hindurch erstreckt und der vorliegend in eine Angussmulde 5' mündet, gegossenes Matrixmaterial sich über der Fläche des Fasergebildes 3 verteilen kann, wie durch Pfeile a, a' angedeutet. So fließt das thermoplastische Matrixmaterial über die Fasergebildefläche 3 und dringt langsam und zuverlässig unter Verdrängung von Luft, die im Fasergebilde und im Werkzeug vorliegt, in das Fasergebilde ein. Vorteilhaft erstarrt es dabei nicht vorzeitig, da die Beabstandungsschicht 4, die auf der Unterseite 2 des Werkzeugunterteils angeordnet ist, einen direkten Kontakt des thermoplastischen Matrixmaterials mit der Werkzeugoberfläche verhindert, was andernfalls zu einem unerwünschten vorzeitigen Erstarren führen kann.In the 4 shown injection molding device provides that through the sprue 5 which extends through the tool top and therethrough into a sprue 5 ' flows, poured matrix material over the surface of the fiber structure 3 can distribute, as indicated by arrows a, a '. Thus, the thermoplastic matrix material flows over the fiber structure surface 3 and penetrates slowly and reliably into the fiber structure by displacing air present in the fiber structure and in the tool. Advantageously, it does not solidify prematurely, since the spacer layer 4 on the bottom 2 is disposed of the die bottom, prevents direct contact of the thermoplastic matrix material with the tool surface, which may otherwise lead to an undesirable premature solidification.

Bei dem zu imprägnierenden Fasergebilde kann es sich, wie in 3 dargestellt, um ein vorgeformtes Fasergebilde 3 handeln. In dem in 3 gezeigten Werkzeug sind oberhalb und unterhalb der Fasergebildefläche 3 Beabstandungsschichten 4 vorgesehen, um, wie oben beschrieben, zu verhindern, dass das in das Werkzeug zugeführte Matrixmaterial frühzeitig erkaltet. Wenn, wie oben dargelegt ist, das Beabstandungsmaterial geeignet ist, durch Wärme des thermoplastischen Matrixpolymeres aufgeschmolzen oder (alternativ oder zusätzlich) durch ein erhitztes Werkzeug aufgeschmolzen zu werden, und wenn es darüber hinaus mit dem Matrixpolymer mischbar ist, so kann es während des Spritzgießens in dem Matrixpolymer aufgelöst werden, um eine verbesserte Oberflächenqualität des Bauteils zu ergeben.In the fiber structure to be impregnated, it may, as in 3 shown to a preformed fiber structure 3 act. In the in 3 shown tool are above and below the fiber structure surface 3 spacer layers 4 provided to prevent, as described above, that the supplied into the tool matrix material cools early. As stated above, if the spacing material is capable of being melted by heat of the thermoplastic matrix polymer, or melted (alternatively or additionally) by a heated tool, and if it is further miscible with the matrix polymer, then it may be injected during injection molding dissolved in the matrix polymer to give an improved surface quality of the component.

Das Durchdringen des Fasergebildes 3 mittels des Matrixpolymeres 5 ist in 2 durch die Pfeile b angedeutet; dort ist lediglich eine Beabstandungsschicht 4 vorgesehen.The penetration of the fiber structure 3 by means of the matrix polymer 5 is in 2 indicated by the arrows b; there is only one spacer layer 4 intended.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007053120 A1 [0004] DE 102007053120 A1 [0004]

Claims (7)

Spritzgießvorrichtung zum Imprägnieren von Fasergebilden (3) mit einem Spritzgießmaterial, das ein thermoplastisches Matrixpolymer (5) aufweist, umfassend ein Spritzgießwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil, das eine Unterseite (1) aufweist, und mit einem Werkzeugunterteil, das eine zu der Werkzeugoberteil-Unterseite (1) weisende Oberseite (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche zumindest einer der Seiten Werkzeugoberteil-Unterseite (1) und Werkzeugunterteil-Oberseite (2) der Spritzgießvorrichtung, die bei Ausführen eines Spritzgieß-Imprägnierverfahrens einer Fläche des zu imprägnierenden, in das Werkzeug einzulegenden Fasergebilde (3) entspricht oder kongruent ist, mit einer Beabstandungsmaterialschicht (4) ausgekleidet ist.Injection molding apparatus for impregnating fibrous structures ( 3 ) with an injection molding material containing a thermoplastic matrix polymer ( 5 ), comprising an injection mold with a tool upper part which has a lower side ( 1 ), and with a tool lower part, the one to the upper tool upper side ( 1 ) facing top ( 2 ), characterized in that a surface of at least one of the sides of the upper tool upper side ( 1 ) and lower tool top ( 2 ) of the injection molding apparatus which, when an injection molding impregnation process is carried out, comprises a surface of the fiber structure to be impregnated into the tool ( 3 ) corresponds or is congruent with a spacer material layer ( 4 ) is lined. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beabstandungsmaterial der Beabstandungsmaterialschicht (4) ein Vlies oder ein offenporiger Schaum ist.Injection molding apparatus according to claim 1, characterized in that the spacer material of the spacer material layer ( 4 ) is a non-woven or an open-pored foam. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies oder der offenporige Schaum einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das thermoplastische Matrixpolymer und/oder mit diesem mischbar ist.Injection molding apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the non-woven or the open-cell foam has a lower melting point than the thermoplastic matrix polymer and / or is miscible with this. Spritzgießvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergebilde (3) ein Fasergebilde (3) mit einem hohen Faserorientierungsgrad ist, insbesondere ein Gelege, ein Gewebe, ein vorimprägniertes textiles Faserhalbzeug, ein Faser-Matrix-Misch-Textil oder ein Film-Stacking-Textil, am meisten bevorzugt eine unidirektionale Faserstranganordnung ist.Injection molding apparatus according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the fiber structure ( 3 ) a fiber structure ( 3 ) having a high degree of fiber orientation, in particular a scrim, a woven fabric, a preimpregnated textile semi-finished fiber, a fiber-matrix mixed textile or a film-stacking textile, most preferably is a unidirectional fiber strand order. Spritzgießvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugoberteil einen sich zu seiner Unterseite (1) erstreckenden Angussstutzen (5), insbesondere einen sich in eine Angussmulde (5') erstreckenden Angussstutzen (5), zur Beaufschlagung des Spritzgießwerkzeugs mit dem thermoplastischen Matrixpolymer (5), aufweist.Injection molding apparatus according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the upper part of the tool a to its underside ( 1 ) extending sprue ( 5 ), in particular a into a sprue ( 5 ' ) extending sprue ( 5 ), for charging the injection molding tool with the thermoplastic matrix polymer ( 5 ), having. Spritzgieß-Imprägnierverfahren für Fasergebilde (3) mit einem thermoplastischen Matrixpolymer unter Verwendung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte – Auskleiden zumindest einer der Seiten Unterseite (1) des Werkzeugoberteils und die Oberseite (2) des Werkzeugunterteils des Spritzgießwerkzeugs mit einer Beabstandungsmaterialschicht (4), wobei die Schicht des Beabstandungsmaterials (4) eine Fläche einnimmt, die die bei Ausführen des Spritzgieß-Imprägnierverfahrens mit einer Fläche des zu imprägnierenden, in das Werkzeug einzulegende Fasergebilde (3) kongruent ist, – Einlegen des Fasergebildes (3) in die Spritzgießvorrichtung zwischen die die Unterseite (1) des Werkzeugoberteils und die Oberseite (2) des Werkzeugunterteils, wobei das Beabstandungsmaterial (4) eine Beabstandung des Fasergebildes (3) zwischen zumindest einer der Seiten Unterseite (1) des Werkzeugoberteils und Oberseite (2) des Werkzeugunterteils bereitstellt, wobei Auskleiden und Einlegen in einem Verfahrensschritt erfolgen können, – Zuführen des thermoplastischen Matrixpolymers, – durchdringen Lassen des Fasergebildes (3) und aushärten Lassen des imprägnierten Fasergebildes (3).Injection-impregnation method for fiber structures ( 3 ) with a thermoplastic matrix polymer using a device according to at least one of claims 1 to 5, comprising the steps - lining at least one of the side underside ( 1 ) of the tool top and the top ( 2 ) of the tool lower part of the injection mold with a spacer material layer ( 4 ), wherein the layer of the spacer material ( 4 ) occupies an area which, when the injection-molding impregnation process is carried out, occupies an area of the fiber structure to be impregnated into the tool ( 3 ) is congruent, - inserting the fiber structure ( 3 ) in the injection molding device between the bottom ( 1 ) of the tool top and the top ( 2 ) of the tool base, wherein the spacer material ( 4 ) a spacing of the fiber structure ( 3 ) between at least one of the sides ( 1 ) of the upper tool part and upper side ( 2 ) of the lower die part, wherein lining and insertion can take place in one process step, - feeding the thermoplastic matrix polymer, - permitting the fiber structure to be penetrated ( 3 ) and allowing the impregnated fiber structure to harden ( 3 ). Spritzgieß-Imprägnierverfahren nach Anspruch 6, umfassend die Schritte – Erhitzen des Spritzgießwerkzeugs und nach dem Zuführen des thermoplastischen Matrixpolymers (5) mischen Lassen des flächigen Beabstandungsmaterials (4), das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das thermoplastische Matrixpolymer (5), mit dem thermoplastischen Matrixpolymer (5), dabei Auflösen des Beabstandungsmaterials (4) in dem Matrixpolymer (5).An injection molding impregnation method according to claim 6, comprising the steps of - heating the injection mold and after feeding the thermoplastic matrix polymer ( 5 ) mixing the sheet spacing material ( 4 ), which has a lower melting point than the thermoplastic matrix polymer ( 5 ), with the thermoplastic matrix polymer ( 5 ), thereby dissolving the spacer material ( 4 ) in the matrix polymer ( 5 ).
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