DE102011006819A1 - Producing a three dimensional contoured sandwich structure including first thermoplastic covering layer, second thermoplastic covering layer and core material, comprises e.g. machining or carrying out separate processing of core material - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensional konturierten Sandwichstruktur aus thermoplastischen faserverstärkten Deckschichten und thermoplastischem Wabenkernmaterial.The present invention relates to a method for producing a three-dimensionally contoured sandwich structure of thermoplastic fiber-reinforced cover layers and thermoplastic honeycomb core material.
Sandwichstrukturen bestehen aus mindestens zwei Deckschichten sowie einem zwischen diesen Deckschichten liegenden Kernmaterial. Sie zeichnen sich zum Einen durch ihr hohe Biege- und Verdrillsteifigkeit und zum Anderen durch das geringe Strukturgewicht aus. Das Kernmaterial weist dabei Hohlraumstrukturen auf und ist daher besonders leicht. Häufig weisen die Hohlraumstrukturen eine einheitliche Orientierung senkrecht zu den Deckschichten auf. Das Kernmaterial besteht häufig aus aufgeschäumten Bestandteilen. Es werden aber auch Bündel röhrchenförmiger Lamellen verwendet, die einen runden oder hexagonalen Querschnitt aufweisen. Es gibt eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen. Für die Deckschichten kommt eine Vielzahl von Materialien zum Einsatz. Neben endlosfaserverstärkten Kunststoffen und Metallen werden auch Holz und Papier verwendet.Sandwich structures consist of at least two cover layers and a core material lying between these cover layers. They are characterized on the one hand by their high bending and twisting stiffness and on the other hand by the low structural weight. The core material has cavity structures and is therefore particularly light. Frequently, the cavity structures have a uniform orientation perpendicular to the cover layers. The core material often consists of foamed components. However, bundles of tubular slats are used which have a round or hexagonal cross-section. There are a variety of other embodiments. For the cover layers, a variety of materials is used. In addition to continuous fiber reinforced plastics and metals, wood and paper are also used.
Endlosfaserverstärkte Sandwichstrukturen werden mehrheitlich in Form von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit duroplastischer Matrix gefertigt. Derzeit existieren im Wesentlichen zwei Technologien zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Sandwichstrukturen, die durch einen duroplastischen und einen planar-thermoplastischen Prozess realisiert werden. Nachteilig bei den klassischen duroplastischen Strukturen sind die zeitintensiven Aushärtevorgänge der Matrixsysteme und die damit verbundenen langen Zykluszeiten, die einer effizienten großserienfähigen Produktion entgegenstehen. Des Weiteren sind diese impactsensitiven duroplastischen FKV-Bauteile am Ende ihres Produktlebenszyklus lediglich chemisch oder endotherm zersetzbar und emittieren klimaschädliches CO2. Bei hochkomplexen Bauteilen ist es zudem notwendig, diverse Lasteinleitungs- und Verbindungselemente anzubringen. Hierzu werden derzeit klassische duroplastische Sandwichstrukturen in einem weiteren Prozessschritt mit einem Thermoplast umspritzt, wobei die Verbindung zwischen duroplastischem Einlegeteil und Thermoplast meist nur auf Basis einer komplexen formschlüssigen Geometrie realisiert werden kann.Continuous fiber-reinforced sandwich structures are mainly produced in the form of fiber-plastic composites (FRP) with thermosetting matrix. Currently there are essentially two technologies for the production of continuous fiber reinforced sandwich structures, which are realized by a thermoset and a planar thermoplastic process. A disadvantage of the classical thermoset structures are the time-consuming curing processes of the matrix systems and the associated long cycle times, which stand in the way of efficient mass-produced production. Furthermore, these impact-sensitive thermoset FRP components are only chemically or endothermically decomposable at the end of their product life cycle and emit climate-damaging CO 2 . For highly complex components, it is also necessary to attach various load introduction and connection elements. For this purpose, currently classical thermoset sandwich structures are encapsulated in a further process step with a thermoplastic, wherein the connection between thermosetting insert and thermoplastic usually can only be realized on the basis of a complex form-fitting geometry.
Von besonderem Interesse ist es daher, statt der duroplastischen Matrixsysteme Thermoplaste zu verwenden. Derzeit werden thermoplastische Sandwichstrukturen mit Wabenkern überwiegend für ebene Bauteile, wie beispielsweise Fußbodenpaneele, verwendet. Für viele Anwendungen ist jedoch eine dreidimensionale Konturierung der Sandwichstrukturen erforderlich, welche derzeit durch mechanische Umformverfahren realisiert wird. Hierdurch kann es jedoch zu einer Schädigung des Kerns und der applizierten Deckschichten kommen, was negativen Einfluss auf die Festigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit der Sandwichstrukturen hat.It is therefore of particular interest to use thermoplastics instead of the thermoset matrix systems. Currently, honeycomb core thermoplastic sandwich structures are predominantly used for planar components such as floor panels. For many applications, however, a three-dimensional contouring of the sandwich structures is required, which is currently realized by mechanical forming processes. However, this can lead to damage to the core and the applied cover layers, which has a negative impact on the strength, rigidity and durability of the sandwich structures.
Wenn im Folgenden von „gleich bzw. gleichartig” gesprochen wird, umfasst dies zum Einem („gleich”) identische, d. h. aus chemischer Sicht identische Thermoplastarten. Zum Anderen („gleichartig”) auch solche, die bspw. zusätzliche Modifikatoren beinhalten, damit bspw. das thermoplastische Matrixmaterial als Folie extrudiert bzw. als Garn gesponnen werden kann.In the following, when the term "equal" is used, it is identical to the one ("equal"), d. H. chemically identical thermoplastic types. On the other hand ("similar") also those which, for example, contain additional modifiers, so that, for example, the thermoplastic matrix material can be extruded as a film or spun as a yarn.
Die
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Mit der Entwicklung von Fertigungsverfahren für die kontinuierliche Herstellung von planaren thermoplastischen Sandwichstrukturen bzw. thermoplastischen Wabenkernen ist die Grundlage für großserienfähige Anwendungen geschaffen. Die Weiterverarbeitung dieser Strukturen zu dreidimensional konturierten Bauteilen mittels Umformprozessen birgt jedoch diverse Schwierigkeiten. Durch die eingebrachte Wärme besteht die Gefahr, dass der Kern während des Umformvorgangs kollabiert. Allgemein ist bei der mechanischen Umformung nachteilig, dass durch die Stauchung des Kerns eine Schädigung der tragenden Wabenstruktur hervorgerufen wird und sich zudem eine lokale Thermoplastansammlung ergibt. Darüber hinaus resultiert aus der Erwärmung des Matrixmaterials der Deckschichten in Kombination mit der Wabenstruktur ein stark heterogenes Oberflächenbild, welches als Telegraphing- oder Golfballeffekt bezeichnet wird.The development of manufacturing processes for the continuous production of planar thermoplastic sandwich structures or thermoplastic honeycomb cores has created the basis for high volume applications. The further processing of these structures to three-dimensionally contoured components by means of forming processes, however, involves various difficulties. Due to the introduced heat there is a risk that the core will collapse during the forming process. In general, it is disadvantageous in mechanical deformation that the compression of the core causes damage to the load-bearing honeycomb structure and, moreover, results in a local accumulation of thermoplastic. In addition, the heating of the matrix material of the cover layers in combination with the honeycomb structure results in a strongly heterogeneous one Surface image, which is called telegraphing or golf ball effect.
Zielsetzung ist es daher, ein Verfahren zur Fertigung von dreidimensional konturierten thermoplastischen Sandwichstrukturen vorzustellen, bei der eine Schädigung der Komponenten während der Fertigung vermieden und eine Bauteil-Oberflächenqualität erzielt wird, die den Einsatzanforderungen im Sichtbereich, bspw. im Automobilinterieur genügt.The aim is therefore to present a method for the production of three-dimensionally contoured thermoplastic sandwich structures, in which damage to the components during manufacture is avoided and a component surface quality is achieved, which meets the requirements in the field of vision, eg. In the automotive interior.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart.According to the invention, this object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments are disclosed in the dependent claims.
Das Verfahren sieht vor, dass die dreidimensional konturierte Sandwichstruktur, bestehend aus einer ersten thermoplastischen Deckschicht, einer zweiten thermoplastischen Deckschicht und einem zwischen den Deckschichten angeordneten Kernmaterial mit Wabenstruktur, hergestellt wird, indem eine spanende und/oder trennende Bearbeitung des Kernmaterials bis zum Erreichen der angestrebten dreidimensionalen Kontur erfolgt. Vor, nach oder parallel zu dieser Bearbeitung des Kernmaterials erfolgt der Zuschnitt der Deckschichten. Danach werden die Deckschichten auf das bearbeitete Kernmaterial aufgebracht und eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Kernmaterial und Deckschichten durch die Einwirkung von Druck und Wärme (Wärmeleitung, Wärmestrahlung), wie beispielsweise im Heißpressverfahren erzeugt. Im Anschluss wird das Bauteil mit einer gleichen oder gleichartigen Kunststoffschmelze umspritzt. Diese Schmelze kann sowohl durch bevorzugt bis zu 1 mm lange Kurzfasern als auch durch Langfasernl, welche bevorzugt eine Länge zwischen 1 mm und 50 mm aufweisen, verstärkt werden.The method provides that the three-dimensionally contoured sandwich structure, consisting of a first thermoplastic cover layer, a second thermoplastic cover layer and a honeycomb core material arranged between the cover layers, is produced by machining and / or separating the core material until it reaches the desired one three-dimensional contour takes place. Before, after or parallel to this processing of the core material, the cutting of the cover layers takes place. Thereafter, the cover layers are applied to the processed core material and a cohesive connection between the core material and cover layers by the action of pressure and heat (heat conduction, heat radiation), such as produced by hot pressing. Subsequently, the component is overmolded with an identical or similar plastic melt. This melt can be reinforced both by short fibers which are preferably up to 1 mm long and by long fibers which preferably have a length of between 1 mm and 50 mm.
Als Kernmaterial wird bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff mit Wabenstruktur eingesetzt. Als Kunststoff kommen dabei vorzugsweise Polypropylen PP, Polycarbonat PC, Polyvinylchlorid PVC, Polyamid PA, Polyethylenterephthalat PET, Polybutylenterephthalat PBT, Polyetheretherketon PEEK, Polyetherimid PEI, Polyphenylensulfid PPS und/oder Biopolymere, wie Celluloseacetat und Polymilchsäure (PLA) zum Einsatz.The core material used is preferably a thermoplastic material with a honeycomb structure. Polypropylene PP, polycarbonate PC, polyvinyl chloride PVC, polyamide PA, polyethylene terephthalate PET, polybutylene terephthalate PBT, polyether ether ketone PEEK, polyetherimide PEI, polyphenylene sulfide PPS and / or biopolymers such as cellulose acetate and polylactic acid (PLA) are preferably used as the plastic.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Deckschichten aus einzelnen Schichten und weisen bevorzugt textile Verstärkungsstrukturen auf, die mit einem thermoplastischen Matrixmaterial bspw. als Folie oder Garn umgeben sind. Die Verstärkungsstrukturen bestehen bevorzugt aus Glasfasermaterial, Aramidfasermaterial, Kohlenstofffasermaterial, Basaltfasermaterial, Keramikfasermaterial und/oder aus Naturfasermaterial, wie Flachsfasermaterial und Hanffasermaterial. Vorzugsweise ist der Kunststoff des Kernmaterials und das Matrixmaterial gleich oder gleichartig. In einer bevorzugten Ausführungsform kommen Verstärkungsstrukturen aus unterschiedlichen Materialien zum Einsatz.In a preferred embodiment, the outer layers consist of individual layers and preferably have textile reinforcing structures that are surrounded with a thermoplastic matrix material, for example as a film or yarn. The reinforcing structures preferably consist of glass fiber material, aramid fiber material, carbon fiber material, basalt fiber material, ceramic fiber material and / or of natural fiber material, such as flax fiber material and hemp fiber material. Preferably, the plastic of the core material and the matrix material are the same or the same. In a preferred embodiment, reinforcing structures made of different materials are used.
Durch eine spanende und/oder trennende Bearbeitung des Wabenkerns, vor dem Fügen mit den Deckschichten, ist vorteilhaft die Herstellung thermoplastischer, dreidimensional konturierter Sandwichstrukturen (t3S) im sogenannten t3S-Prozess möglich. Die dreidimensionale Bearbeitung des Wabenkerns ermöglicht vorteilhaft eine belastungsgerechte Konturierung. Bevorzugt wird auf diese Weise die Kernhöhe in gering belasteten Bereichen reduziert und somit das Bauteilgewicht weiter minimiert. Vorteilhaft ist, dass durch die vorherige Konturierung des Wabenkerns keine weitere mechanische Umformung des Kerns erforderlich ist und eine Schädigung der tragenden Wabenstruktur bzw. eine lokale Thermoplastansammlung des geschmolzenen Kernmaterials vermieden wird.By machining and / or separating the honeycomb core, prior to joining with the cover layers, it is advantageously possible to produce thermoplastic, three-dimensionally contoured sandwich structures (t3S) in the so-called t3S process. The three-dimensional processing of the honeycomb core advantageously allows a load-oriented contouring. Preferably, in this way, the core height is reduced in lightly loaded areas and thus further minimizes the weight of the component. It is advantageous that no further mechanical deformation of the core is required by the prior contouring of the honeycomb core and damage to the load-bearing honeycomb structure or a local thermoplastic accumulation of the molten core material is avoided.
Erst nach der Bearbeitung des Wabenkerns erfolgt das stoffschlüssige Fügen des Kerns mit den thermoplastischen Deckschichten zur Sandwichstruktur mittels Heißpressverfahren. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Faltenbildung im Material der Deckschichten verhindert und es werden gute optische Eigenschaften der sichtbaren Oberflächen der Deckschichten erzielt. Bei den thermoplastischen Deckschichten wird bevorzugt auf diverse am Markt erhältliche Halbzeuge zurückgegriffen. Dabei werden bevorzugt, neben verschiedenen Kombinationen von Matrixmaterialien und Verstärkungsfasern, unterschiedliche Gewebearten eingesetzt. Je nach den erforderlichen mechanischen Eigenschaften und in Abhängigkeit der Fügbarkeit wird bevorzugt das jeweils geeignete Halbzeug verwendet.Only after the honeycomb core has been processed is the integral joining of the core with the thermoplastic outer layers to the sandwich structure by means of hot pressing. In this way, wrinkling in the material of the cover layers is advantageously prevented and good optical properties of the visible surfaces of the cover layers are achieved. In the case of the thermoplastic outer layers, preference is given to various semi-finished products available on the market. In this case, different types of tissue are preferably used in addition to various combinations of matrix materials and reinforcing fibers. Depending on the required mechanical properties and depending on availability, the respective suitable semifinished product is preferably used.
Im Folgenden wird der Ablauf des t3S-Prozesses zur Herstellung konturierter thermoplastischer Sandwichstrukturen näher erläutert. Zu Beginn der Prozesskette erfolgt eine separate, serielle oder parallele Bearbeitung des Wabenkerns und der Deckschichten. Für die belastungsgerechte Konturierung des Kerns ist bevorzugt eine spanende und/oder trennende Bearbeitung vorgesehen, die vorzugsweise mittels Computer Aided Design (CAD) Daten auf Computerized Numerical Control (CNC) Anlagen erfolgt. Als Kernmaterial stehen bevorzugt Wabenkerne mit verschiedenen
- • Zellformen (Tubuswaben, Hexagonalwaben),
- • Thermoplasten (Polypropylen, Polycarbonat, etc.) und
- • Zellweiten sowie -höhen
- Cell shapes (tube honeycombs, hexagonal honeycombs),
- • thermoplastics (polypropylene, polycarbonate, etc.) and
- • Cell widths and heights
Die Inserts werden nach der Konturierung in die Aussparungen eingesetzt. Die Fixierung der Inserts innerhalb der Wabenstruktur erfolgt bevorzugt durch das Einbringen von Extrudat, welches vorzugsweise durch das Aufschmelzen des im Konturierungsprozess anfallenden Materials gewonnen wird. Auf diese Weise erfolgt bereits innerhalb des Prozesses vorteilhaft ein Recycling (s.
Bevorzugt zeitgleich zur Konturierung des Kerns erfolgt der Zuschnitt der Deckschichten entsprechend der Bauteilgeometrie. In Abhängigkeit der Komplexität kann dies manuell oder bevorzugt computergestützt geschehen. Nach der Bearbeitung der Einzelkomponenten werden diese mittels Heißpressverfahren stoffschlüssig zu einer Sandwichstruktur gefügt. Die faserverstärkten Deckschichten werden hierzu bevorzugt gezielt, entsprechend der Belastung, abgelegt, sodass der Faserverlauf des Deckschichtmaterials in Kraftflussrichtung orientiert ist.Preferably at the same time as contouring the core, the blanking of the cover layers takes place in accordance with the component geometry. Depending on the complexity, this can be done manually or preferably computer-aided. After the processing of the individual components, these are joined by means of hot pressing process to form a sandwich structure. For this purpose, the fiber-reinforced cover layers are preferably laid down selectively, in accordance with the load, so that the fiber course of the cover layer material is oriented in the direction of force flow.
Bevorzugt wird zum Heißpressen die erste Deckschicht zusammen mit dem Kernmaterial, welches in einem vorangegangenen Prozessschritt dreidimensional konturiert wurde, und mit der zweiten Deckschicht in ein mehrteiliges Presswerkzeug, welches die angestrebte Kontur aufweist, eingelegt. Im anschließenden Pressvorgang wird die Form des Sandwichmaterials durch die formgebende Kontur des Presswerkzeuges ausgeformt. Hierbei wird die untere Form des Sandwichaufbaus durch die Kontur der unteren Werkzeugform abgeformt. Gleichzeitig wird die obere Kontur durch eine zweite, obere Werkzeughälfte während des Pressvorganges abgebildet. Sowohl das obere, als auch das untere Presswerkzeug sind auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt, so dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Material der Deckschichten und des Kerns erfolgt.For hot pressing, the first cover layer is preferably inserted together with the core material, which has been contoured three-dimensionally in a preceding process step, and with the second cover layer is inserted into a multi-part pressing tool which has the desired contour. In the subsequent pressing process, the shape of the sandwich material is formed by the shaping contour of the pressing tool. Here, the lower mold of the sandwich construction is molded by the contour of the lower mold. At the same time, the upper contour is imaged by a second, upper mold half during the pressing process. Both the upper and the lower pressing tool are heated to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material, so that a material-locking connection between the material of the outer layers and the core takes place.
Falls Inserts eingelegt wurden, werden diese bevorzugt im Anschluss an den Pressvorgang durch spanende und/oder trennende Bearbeitungsvorgänge freigelegt.If inserts have been inserted, they are preferably exposed after the pressing process by means of machining and / or cutting operations.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Deckschichten aus einzelnen Schichten, die während des Heißpressvorganges untereinander, und die zum Kernmaterial nächstgelegene Schicht mit dem Kernmaterial verbunden werden. Durch das optionale Einlegen einer dem Wabenmaterial und der Matrix des Deckschichtmaterials gleichen oder gleichartigen Folie geringer Dicke kann zum Einen der Telegraphing-Effekt reduziert und zum Anderen die Anbindung der Einzelkomponenten der Sandwichstruktur verbessert werden.In a preferred embodiment, the cover layers consist of individual layers, which are connected to one another during the hot pressing process, and the layer closest to the core material is bonded to the core material. By the optional insertion of a honeycomb material and the matrix of the cover layer material same or similar film of small thickness can be reduced on the one hand, the telegraphing effect and on the other hand, the connection of the individual components of the sandwich structure can be improved.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch das zusätzliche Einlegen einer Dekorfolie als oberste Schicht der Deckschicht, eine hochwertige, sog. Class-A Oberfläche erzielt. Class-A gibt den besonderen Charakter bzw. die hohe Qualität der Oberfläche wider. Der Begriff wird im Zusammenhang mit Oberflächen, welche für den Anwender sichtbar sind, und daher eine besondere Güte aufweisen müssen, gebraucht. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind weitere Oberflächengestaltungen durch verschiedene andere Folien wie Farb-, Spiegel-, Profil-, Lumineszenz- oder Leuchtfolien möglich.In a particularly preferred embodiment, the additional insertion of a decorative film as the uppermost layer of the cover layer, a high-quality, so-called. Class A surface is achieved. Class-A reflects the special character or the high quality of the surface. The term is used in connection with surfaces that are visible to the user, and therefore must have a special quality. In further preferred embodiments, further surface designs are possible by various other films such as color, mirror, profile, luminescent or luminescent films.
Für die Fertigung komplexer Bauteile ist es des Weiteren notwendig, dass diverse Krafteinleitungs-, Lasteinleitungs- und Verbindungselemente in die Komponenten integriert werden. Durch die Verwendung thermoplastischer Deckschichten lässt sich dies bevorzugt mittels des Umspritzens der Struktur realisieren. Als Spritzmaterial kommt dabei bevorzugt der gleiche oder ein gleichartiger thermoplastischer Kunststoff zum Einsatz, wie bei den thermoplastischen Deckschichten. Dies bietet den Vorteil, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Einleger (t3S-Struktur) und der eingespritzten Kunststoffschmelze erzielt werden kann. Aus diesem Grund muss die Geometrie des Einlegers oder des Kernmaterials nicht hinsichtlich der Realisierung einer formschlüssigen Verbindung angepasst werden.For the production of complex components, it is also necessary that various force introduction, load introduction and connection elements are integrated into the components. By using thermoplastic cover layers, this can preferably be realized by means of extrusion coating of the structure. As a spray material is preferably the same or a similar thermoplastic used, as in the thermoplastic outer layers. This offers the advantage that a cohesive connection between the insert (t3S structure) and the injected plastic melt can be achieved. For this reason, the geometry of the insert or the core material need not be adjusted with respect to the realization of a positive connection.
Die Erweiterung des Verfahrens (t3S-PI) durch den Spitzgießprozess (t3S-PII) gestaltet sich bevorzugt wie folgt. Die dreidimensional konturierten Sandwichstrukturen werden nach dem Pressvorgang in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt. Die Positionierung des Einlegers innerhalb des Werkzeuges erfolgt vorzugsweise über die bereits integrierten Inserts. Auf diese Weise kann vorteilhaft im Spritzgießprozess eine Funktionsintegration, z. B. in Form von Clips, erfolgen sowie eine nachbearbeitungsfreie hochwertige Class-A Oberfläche erzeugt werden. Die Möglichkeit zur individualisierbaren Oberflächengestaltung kann durch die Anwendung des In-Mould-Labeling-Verfahrens, hierbei wird die bedruckte Dekorfolie mit in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und stoffschlüssig mit dem Sandwichbauteil gefügt oder durch das In-Mould-Decoration-Verfahrens, hierbei wird das Dekor von einer Trägerfolie auf das Bauteil aufgebracht, realisiert werden.The extension of the process (t3S-PI) by the injection molding process (t3S-PII) is preferably as follows. The three-dimensionally contoured sandwich structures are inserted into an injection mold after the pressing process. The positioning of the insert within the tool preferably takes place via the already integrated inserts. In this way, advantageously in the injection molding process, a functional integration, for. B. in the form of clips, as well as a post-processing high-quality Class-A surface are produced. The possibility of customizable surface design can by applying the in-mold labeling process, here the printed decorative film is inserted into the injection mold and materially joined to the sandwich component or by the in-mold decoration process, this is the decor of a carrier film applied to the component can be realized.
Ausführungsbeispielembodiment
Das folgende Anwendungsbeispiel beschreibt die Fertigung eines Armaturenbrettes aus faserverstärkten Thermoplasten und strukturiertem Kernmaterial. Die aufgeführten Prozessparameter beziehen sich exemplarisch auf die Verarbeitung von Deckschichten mit Polypropylenmatrix sowie einem Kern der ebenfalls aus Polypropylen (PP) besteht. Der Kern setzt sich in seiner makroskopischen Struktur aus röhrchenförmigen Lamellen, die einen hexagonalen Querschnitt aufweisen, zusammen.The following application example describes the manufacture of a dashboard made of fiber-reinforced thermoplastics and structured core material. The listed process parameters refer to the processing of cover layers with polypropylene matrix as well as a core which also consists of polypropylene (PP). The core is in its macroscopic Structure of tubular lamellae, which have a hexagonal cross-section, together.
In einem ersten Arbeitsschritt erfolgt der Zuschnitt hinsichtlich der erforderlichen Länge und Breite des Kernmaterials, wobei die Dicke in Längs- und Querrichtung konstant ist. Hierfür wird ein Cutter-Messer verwendet. Anschließend wird das zugeschnittene Plattenhalbzeug in eine Form, ähnlich einem Rahmen, eingelegt und mittels Heißdrahtverfahren Kernmaterial entsprechend der gewünschten Kontur abgetragen. Hierfür wird der Draht (Durchmesser 0,5 mm) durch das Anlegen einer elektrischen Spannung von 12 V und einer Stromstärke von 3 A erhitzt und mittels einer Führung auf dem Rahmen verfahren. Durch diesen Arbeitsschritt erhält der Kern die gewünschte dreidimensionale Konturierung. Die Realisierung lokaler Aussparungen wird mit der Methode des Heißdrahtverfahrens umgesetzt. Das abgetragene Material wird dem Stoffkreislauf zugeführt und als Extrudat für das Fixieren der Krafteinleitungselemente wiederverwendet.In a first step, the cutting takes place with regard to the required length and width of the core material, the thickness being constant in the longitudinal and transverse directions. For this purpose, a cutter knife is used. Subsequently, the cut sheet semifinished product is placed in a mold, similar to a frame, and removed by means of hot wire method core material according to the desired contour. For this purpose, the wire (diameter 0.5 mm) is heated by applying a voltage of 12 V and a current of 3 A and moved by means of a guide on the frame. Through this step, the core receives the desired three-dimensional contouring. The realization of local recesses is implemented by the method of the hot wire method. The removed material is fed to the material cycle and reused as an extrudate for fixing the force introduction elements.
Der Zuschnitt der endlosfaserverstärkten thermoplastischen Deckschichten erfolgt parallel zur Konturierung des Kerns. Als Deckschichten wird für dieses Anwendungsbeispiel das Halbzeug Tepex dynalite 104-Glass/PP der Firma Bond-Laminates GmbH eingesetzt. Dieses Material beruht auf Polypropylen als Matrixmaterial mit Roving Glas als Faser bei einem Faservolumengehalt von 45%.The cutting of the continuous fiber-reinforced thermoplastic cover layers takes place parallel to the contouring of the core. As cover layers, the semifinished product Tepex dynalite 104-Glass / PP from Bond-Laminates GmbH is used for this application example. This material is based on polypropylene as a matrix material with roving glass as a fiber at a fiber volume content of 45%.
Verarbeitungstemperatur: 190°C Die erforderliche Geometrie für den Zuschnitt der 1 mm starken Deckschichten, ergibt sich zum Einen aus der zu realisierenden Bauteilgeometrie und zum Anderen aus der Kernhöhe in den Umformbereichen. Diese findet Berücksichtigung, damit das Kernmaterial komplett von dem Deckschichtmaterial umschlossen wird. Die Kaschierung der seitlichen Kanten bzw. der Abschluss der Waben erfolgt durch das Abwinkeln des überstehenden Deckschichtmaterials während des Pressvorgangs.Processing temperature: 190 ° C The required geometry for the cutting of the 1 mm thick cover layers results, on the one hand, from the component geometry to be realized and, on the other hand, from the core height in the forming areas. This is taken into account, so that the core material is completely enclosed by the cover layer material. The lamination of the lateral edges or the completion of the honeycomb is done by bending the overhanging cover layer material during the pressing process.
Das Einlegen der Komponenten in das Presswerkzeug, welches die spätere Bauteilform abbildet, erfolgt manuell. Bereits vorkonsolidierte Deckschichten, wie z. B. Tepex dynalite 104 und Twintex P PP mit einer Stärke von 0,5 mm besitzen gegenüber den nichtkonsolidierte Deckschichten (z. B. Twintex T PP) eine hohe Eigensteifigkeit. Für biegeschlaffe Halbzeuge ist ein aufwendigeres Handling notwendig, um die Verstärkungsfasern nicht aus der definierten Position zu verschieben. Aufgrund der biegeschlaffen Eigenschaften können nichtkonsolidierte Deckschicht allerdings in die untere Werkzeugform drapiert werden, so dass sie an der Werkzeugwand anliegen. Bei der Positionierung ist darauf zu achten, dass die Faserorientierung belastungsgerecht verläuft.The insertion of the components in the pressing tool, which depicts the later component form, takes place manually. Already preconsolidated cover layers, such. For example, Tepex dynalite 104 and Twintex P PP with a thickness of 0.5 mm have a high inherent rigidity compared to the non-consolidated cover layers (eg Twintex T PP). For semi-finished semi-finished products a more complex handling is necessary in order not to move the reinforcing fibers from the defined position. However, due to the sluggish properties, unconsolidated topcoats can be draped into the lower die mold so that they rest against the tool wall. During positioning, it must be ensured that the fiber orientation is load-bearing.
Die Ablage der Komponenten erfolgt hier einzeln, jedoch ist in Hinblick auf die Großserieneignung ein gleichzeitiges Ablegen zweckmäßig. Dabei wird dann ein Sandwichaufbau aus den bearbeiteten Deckschicht- und Wabenkernkomponenten sowie optionalen Dekorfolien als Paket in das untere Pressenwerkzeug eingelegt und zu einem Armaturenbrett verpresst.The storage of the components is done here individually, but with regard to the mass production suitability for simultaneous storage appropriate. In this case, a sandwich of the machined cover layer and honeycomb core components and optional decorative films is then inserted as a package in the lower press tool and pressed into a dashboard.
Die Verarbeitung der Komponenten zu einem Bauteil in Sandwichbauweise erfolgt unter Verwendung folgender Prozessparameter. Hierbei gilt grundlegend, dass sich die Größen Temperatur und Heizzeit gegenseitig beeinflussen. Je höher die Temperierung der Werkzeugwand ist, desto kürzer ist die Presszeit zu wählen. Für die stoffschlüssige Verbindung der PP-Komponenten ist aufgrund des Schmelzpunktes eine Verarbeitungstemperatur zwischen 160°C und 200°C erforderlich. Bei einer Werkzeugtemperatur von 175°C beträgt die Presszeit beispielsweise ca. 20 Sekunden. Durch die Kombination von Temperatur, Zeit und Druck wird gewährleistet, dass das thermoplastische Matrixmaterial der Deckschichten schmilzt und sich stoffschlüssig sowohl mit dem Wabenkern als auch mit einer optional integrierbaren Dekorfolie verbindet. Während des Schließens des Werkzeuges werden Kern und Deckschichten angeschmolzen und unter der Kraft von 100 kN miteinander verpresst.The components are processed into a component in sandwich construction using the following process parameters. Basically, the variables temperature and heating time influence each other. The higher the tempering of the tool wall, the shorter the pressing time is. Due to the melting point, a processing temperature between 160 ° C and 200 ° C is required for the cohesive connection of the PP components. At a mold temperature of 175 ° C, for example, the pressing time is about 20 seconds. The combination of temperature, time and pressure ensures that the thermoplastic matrix material of the cover layers melts and bonds cohesively with both the honeycomb core and with an optionally integrable decorative film. During closing of the tool core and cover layers are melted and pressed together under the force of 100 kN.
Innerhalb dieses Prozesses fungiert das gepresste Bauteil als Einleger und wird nachfolgend als solcher bezeichnet. Die Übergabe des Einlegers aus der Presse oder von einem Lagerstapel in das Spritzgießwerkzeug erfolgt manuell. Innerhalb des Spritzgießwerkzeuges wird der Einleger mittels Stiften positioniert und auf diese Weise ein definierter Abstand zwischen der Werkzeugwand und dem Einleger realisiert. Dieser Zwischenraum wird während des Einspritzens von der Kunststoffschmelze gefüllt. Für eine optimale stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Einlegeteil und der Kunststoffschmelze ist die Verwendung eines gleichen oder gleichartigen Kunststoffs bei Schmelze und Deckschichten zweckmäßig. Des Weiteren ist im Hinblick auf die Anbindung zwischen Schmelze und Einleger das Vorwärmen des Einlegers auf 100°C förderlich. Analog zu dem Pressvorgang beeinflussen sich auch innerhalb des Spritzgießprozesses die unterschiedlichen Parameter gegenseitig. Grundsätzlich wird sich an den von den Herstellern empfohlenen Angaben zur Verarbeitung orientiert. Für PP lauten diese:
- • Massetemperatur 200°C bis 280°C
- • Werkzeugwandtemperatur 20°C bis 80°C
- • Schneckenstaudruck 50 bar bis 200 bar
- • Schneckenumfangsgeschwindigkeit 1,2 m/Sek.
- • Melt temperature 200 ° C to 280 ° C
- • Tool wall temperature 20 ° C to 80 ° C
- • Screw back pressure 50 bar to 200 bar
- • Worm speed 1.2 m / sec.
Neben den Maschinenparametern wird darüber hinaus eine Modifikation der Materialeigenschaften mittels Füllstoffen vorgenommen. Für verbesserte Fließeigenschaften bzw. die Realisierung langer Fließwege wird der Modifikator Maleinsäureanhydrid (MSA) in einer Dosierung von 2 Vol.-% hinzuzugeben. Eine Nachbearbeitung des Bauteils ist im Anschluss an das Entformen in der Regel nicht erforderlich.In addition to the machine parameters, a modification of the material properties by means of fillers is also carried out. For improved flow properties or the realization of long flow paths, the modifier maleic anhydride (MSA) in a dosage of 2 vol .-% to add. Post-processing of the component is usually not required after removal from the mold.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19604613 A1 [0006] DE 19604613 A1 [0006]
- DE 19604611 [0007] DE 19604611 [0007]
- DE 19604613 [0007] DE 19604613 [0007]
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015012514A1 (en) | 2015-09-25 | 2017-03-30 | Audi Ag | Process for producing a short fiber reinforced plastic injection molded component |
DE102019204460A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a sandwich composite component with a pressed two- or three-dimensional shape and such a sandwich composite component |
DE102020203523A1 (en) | 2020-03-19 | 2021-09-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for the production of a component by local thermoforming |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2855664A (en) * | 1955-12-21 | 1958-10-14 | Rohr Aircraft Corp | Method of machining honeycomb core |
DE2836418A1 (en) * | 1978-08-19 | 1980-02-28 | Helmut Dipl Phys Nussbaum | Sandwich structure semi-finished constructional material - comprises tubes of fibrous material impregnated with synthetic resin and glued together |
DE4130623A1 (en) * | 1990-06-02 | 1993-03-18 | Eurocopter Deutschland | Process to mfr. sandwich panel with honeycomb core and convex surfaces - has sheet of thermoplastics on one side of core which is heated and drawn into cells by pneumatic pressure or suction |
DE19604611A1 (en) | 1996-02-08 | 1997-08-14 | Bayerische Motoren Werke Ag | Sandwich structure with robust mounting point inserts having desirable mechanical and thermal properties |
DE19604613A1 (en) | 1996-02-08 | 1997-08-28 | Bayerische Motoren Werke Ag | Easily recyclable structural sandwich panel for vehicle manufacture |
DE102009039860A1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-03-10 | F.S. Fehrer Automotive Gmbh | Composite component of polyurethane-sandwiched material with class-A covering layer, useful in automobile constructions, comprises first fiber-reinforced polyurethane layer, intermediate layer and second fiber-reinforced polyurethane layer |
-
2011
- 2011-04-06 DE DE102011006819A patent/DE102011006819A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2855664A (en) * | 1955-12-21 | 1958-10-14 | Rohr Aircraft Corp | Method of machining honeycomb core |
DE2836418A1 (en) * | 1978-08-19 | 1980-02-28 | Helmut Dipl Phys Nussbaum | Sandwich structure semi-finished constructional material - comprises tubes of fibrous material impregnated with synthetic resin and glued together |
DE4130623A1 (en) * | 1990-06-02 | 1993-03-18 | Eurocopter Deutschland | Process to mfr. sandwich panel with honeycomb core and convex surfaces - has sheet of thermoplastics on one side of core which is heated and drawn into cells by pneumatic pressure or suction |
DE19604611A1 (en) | 1996-02-08 | 1997-08-14 | Bayerische Motoren Werke Ag | Sandwich structure with robust mounting point inserts having desirable mechanical and thermal properties |
DE19604613A1 (en) | 1996-02-08 | 1997-08-28 | Bayerische Motoren Werke Ag | Easily recyclable structural sandwich panel for vehicle manufacture |
DE102009039860A1 (en) * | 2009-09-03 | 2011-03-10 | F.S. Fehrer Automotive Gmbh | Composite component of polyurethane-sandwiched material with class-A covering layer, useful in automobile constructions, comprises first fiber-reinforced polyurethane layer, intermediate layer and second fiber-reinforced polyurethane layer |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015012514A1 (en) | 2015-09-25 | 2017-03-30 | Audi Ag | Process for producing a short fiber reinforced plastic injection molded component |
DE102015012514B4 (en) | 2015-09-25 | 2022-08-25 | Audi Ag | Process for the production of a short fiber reinforced plastic injection molded component using an injection mold |
DE102019204460A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for producing a sandwich composite component with a pressed two- or three-dimensional shape and such a sandwich composite component |
WO2020200796A2 (en) | 2019-03-29 | 2020-10-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Method for producing a sandwich composite component with pressed two- or three-dimensional shape, and such a sandwich composite component |
DE102020203523A1 (en) | 2020-03-19 | 2021-09-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Process for the production of a component by local thermoforming |
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