DE102011018422A1 - Braiding pultrusion process for continuous production of thermoplastic fiber-reinforced plastic (FRP) hollow section involves heating thermoplastic matrix material of sliding jacket to impregnate and consolidate in hollow section braid - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Flechtpultrusionsverfahren und eine Flechtpultrusionsanlage zur kontinuierlichen Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils.The invention relates to a braided pultrusion process and a braided pultrusion plant for the continuous production of a thermoplastic FRP hollow profile.
Aus dem Stand der Technik sind Hybridhohlprofile bekannt, die durch verschiedene Verfahren und aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. So werden derzeit Hybridhohlprofile durch Flechtpultrusion mit duroplastischen Systemen erzeugt. Bei einem herkömmlichen Pultrusionsverfahren zur Herstellung solcher Kunststoffprofilteile wird ein Faserbündel mit einem wärmeaushärtbaren Harz imprägniert und durch eine beheizte Formgebungsdüse mit dem gewünschten Profil gezogen, wobei das Harz aushärtet. In Kunststoffprofilteilen, die auf diese Weise hergestellt sind, verlaufen die Fasern im Wesentlichen in Längsrichtung der Kunststoffprofilteile, so dass bei entsprechender Belastung auftretende Torsions- oder Schälspannungen einen Bruch des Harzes zwischen parallel verlaufenden Fasern verursachen können.Hybrid hollow sections are known from the prior art, which are produced by different methods and from different materials. Hybrid hollow sections are currently being produced by braiding pultrusion with thermoset systems. In a conventional pultrusion process for producing such plastic profile parts, a fiber bundle is impregnated with a thermosetting resin and pulled through a heated forming die having the desired profile, whereby the resin cures. In plastic profile parts produced in this way, the fibers run essentially in the longitudinal direction of the plastic profile parts, so that torsional or peel stresses occurring under a corresponding load can cause a breakage of the resin between parallel fibers.
Profile in Form von faserverstärkten Duroplasten wie Epoxid und Polyester mit Verstärkung aus Glas- oder Kohlefasern sind insbesondere im Hinblick auf den Zeitfaktor aufwändig und damit teuer herzustellen, außerdem sind sie nach der Herstellung nicht verformbar und nur für eine relativ eng begrenzte Anwendung nutzbar.Profiles in the form of fiber-reinforced thermosets such as epoxy and polyester reinforced glass or carbon fibers are particularly complex in terms of the time factor and therefore expensive to manufacture, also they are not deformable after manufacture and usable only for a relatively narrow limited application.
In der
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffprofilteils, das ebenfalls kein Hohlprofil ist, wird in der
Zur Herstellung von hochfesten und hochsteifen Leichtbau-Hohlprofilen aus faserverstärktem Thermoplast ist ferner die Wickeltechnik (Filament Windig) bekannt. Derartige Hohlprofile werden typischerweise aus Kreuzwicklungen (etwa 45°) mit imprägnierten Fasern auf einem zylindrischen Wickelkern hergestellt.For the production of high-strength and high-strength lightweight hollow sections made of fiber-reinforced thermoplastic, the winding technique (Filament Windig) is also known. Such hollow profiles are typically made of cross windings (about 45 °) with impregnated fibers on a cylindrical winding core.
Die
Die
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flechtpultrusionsverfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines thermoplastischen Faserverbundkunststoff-Hohlprofils bereitzustellen, bei dem die Reibungskräfte auf die Fasern, die beim Einziehen des Fasergeflechts in eine Pultrusionsformdüse bzw. Einzugsmatrize auftreten, weiter verringert werden. Diese Verbesserung soll in Bezug auf thermoplastische FVK-Hohlprofile mit größeren Wandstärken sichergestellt werden.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a braided pultrusion process for the continuous production of a thermoplastic fiber composite plastic hollow profile, in which the frictional forces on the fibers, which occur during retraction of the fiber braid in a Pultrusionsformdüse or Einzugssmatrize further reduced. This improvement is to be ensured with respect to thermoplastic FRP hollow profiles with larger wall thicknesses.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Die Aufgabe der Schaffung einer entsprechenden Vorrichtung wird durch eine Flechtpultrusionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.The object of the creation of a corresponding device is achieved by a Flechtpultrusionsanlage with the features of
Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the objects are carried out in the respective subclaims.
Eine erste Ausführungsform des Flechtpultrusionsverfahrens bezieht sich auf die kontinuierliche Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils in einer Flechtpultrusionsanlage, wobei in einem ersten Schritt ein, mehrlagiges Hohlprofilgeflecht aus Hybridrovings erzeugt wird. Je nach Anforderung kann das Hohlprofil rotationssymmetrisch zur Längsachse der Pultrusionsanlage ausgestaltet sein oder auch unsymmetrisch. Die Hybridrovings, die Verstärkungsfasern aus Glas, Carbon, Aramid, Keramik und/oder Metall und thermoplastisches Matrixmaterial umfassen, werden dazu von einer Flechteinrichtung der Flechtpultrusionsanlage verflochten. Für ein mehrlagiges Hohlprofilgeflecht umfasst die Flechteinrichtung mehrere Flechträder, die die Flechtlagen auf einem Flechtdorn anfertigen.A first embodiment of the braiding pultrusion method relates to the continuous production of a thermoplastic FRP hollow profile in a braided pultrusion plant, wherein in a first step a multilayer hollow profile braid is produced from hybrid rovings. Depending on the requirement, the hollow profile can be designed rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the pultrusion system or also asymmetrically. The hybrid rovings, which comprise reinforcing fibers of glass, carbon, aramid, ceramic and / or metal and thermoplastic matrix material, are provided by a Braiding device of the braided pultrusion system intertwined. For a multilayer hollow profiled braid, the braiding device comprises several braiding wheels, which make the braiding layers on a braiding mandrel.
Das thermoplastische Matrixmaterial der Hybridrovings kann als Fasern vorliegen, die zusammen mit Verstärkungsfasern in den Rovings vorliegen, es kann sich aber auch um Rovings aus Hybridgarnen handeln, bei denen die Verstärkungsfasern mit einer thermoplastischen Matrixschlichte umhüllt sind. So enthält schon das Hohlprofilgeflecht zumindest einen Anteil des Matrixmaterials, und zwar gleichmäßig verteilt, der auch bei dickeren Wandstärken später eine vollständige und gleichmäßige Imprägnierung und Konsolidierung des Hohlprofilgeflechts zu dem thermoplastischen FVK-Hohlprofil sichert. Eine weitere Option ist die Verarbeitung von vorkonsolidierten Halbzeugen, insbesondere aus Fasertapes, welche aus Verstärkungsfasern und thermoplastischer Matrix bestehen. Die Verarbeitung und Anwendung der Hybridrovings erfolgt analog zu derjenigen der Hybridrovings.The thermoplastic matrix material of the hybrid rovings may be present as fibers which are present in the rovings together with reinforcing fibers, but may also be rovings of hybrid yarns in which the reinforcing fibers are coated with a thermoplastic matrix size. Thus, even the hollow profile braid contains at least a portion of the matrix material, namely evenly distributed, which ensures a complete and uniform impregnation and consolidation of the hollow profile braid to the thermoplastic FRP hollow profile later in thicker wall thicknesses. Another option is the processing of preconsolidated semi-finished products, in particular fiber tapes, which consist of reinforcing fibers and thermoplastic matrix. The processing and application of the hybrid rovings is analogous to that of the hybrid rovings.
Nachdem das rotationssymmetrische, mehrlagige Hohlprofilgeflecht erzeugt ist, wird es von dem Flechtdorn ab- und durch eine Einzugsmatrize in ein Konsolidierungswerkzeug der Flechtpultrusionsanlage eingezogen.After the rotationally symmetrical, multilayer hollow profile mesh is produced, it is removed from the braiding mandrel and drawn through a feeder matrix into a consolidation tool of the braided pultrusion plant.
Gegebenenfalls kann das Hohlprofilgeflecht dabei auf einen Werkzeugkern aufgezogen werden, der durch die Einzugsmatrize geführt wird.Optionally, the hollow profile braid can be mounted on a tool core, which is guided by the feeder matrix.
Das Einziehen des Hohlprofilgeflechts in das Konsolidierungswerkzeug erfolgt durch eine Abzugsvorrichtung, die dem Konsolidierungswerkzeug nachgeschaltet ist. Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Gleiteigenschaften bzw. zur Verringerung der Reibung/Reibwerte des Hohlprofilgeflechts im Konsolidierungswerkzeug eine Gleitummantelung aus dem thermoplastischen Matrixmaterial um das Hohlprofilgeflecht erzeugt, wobei das thermoplastische Matrixmaterial der Gleitummantelung zumindest bis auf eine Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials erwärmt vorliegt, so dass eine Verformbarkeit des Matrixmaterials gegeben ist. So kann vor allem auch bei Hohlprofilen mit großen Wandstärken die Belastung der Fasern durch hohe Reibkräfte verhindert werden, die andernfalls zum Faseraufstau am Eintritt des Konsolidierungswerkzeugs führen könnten, so dass auch Beschädigung des Geflechts bzw. der Fasern vermieden wird. In dem Konsolidierungswerkzeug der Flechtpultrusionsanlage wird das Hohlprofilgeflecht mit geschmolzenem Matrixmaterial imprägniert und darauf folgend konsolidiert, wobei die jeweiligen Zonen des Konsolidierungswerkzeugs mit entsprechenden Temperiervorrichtungen ausgestattet sind: Eine erste Temperiervorrichtung heizt in einer Imprägnierzone auf eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Matrixkunststoffes auf, so dass der Matrixanteil der Hybridrovings aufschmilzt und die umgebenden Verstärkungsfasern durchtränkt. Mittels weiterer Temperierungsvorrichtungen, die insbesondere für ein sukzessives Abkühlen des imprägnierten Hohlprofilgeflechts sorgen, kann das Hohlprofilgeflecht aufgrund der kurzen Fließwege schneller und besser abgekühlt werden.The retraction of the hollow profile mesh in the consolidation tool is done by a trigger device, which is connected downstream of the consolidation tool. According to the invention, to improve the sliding properties or to reduce the friction / coefficients of friction of the hollow profile mesh in the consolidation tool, a slip coating of the thermoplastic matrix material is produced around the hollow profile mesh, wherein the thermoplastic matrix material of the floating jacket is heated at least to a glass transition temperature of the thermoplastic matrix material, so that a deformability given the matrix material. Thus, especially with hollow profiles with large wall thicknesses, the stress on the fibers can be prevented by high frictional forces, which could otherwise lead to the fiber accumulation at the entrance of the consolidation tool, so that damage to the braid or the fibers is avoided. In the consolidation tool of the braided pultrusion plant, the hollow profile braid is impregnated with melted matrix material and subsequently consolidated, the respective zones of the consolidation tool being equipped with corresponding tempering devices. A first tempering device heats up in a impregnation zone to a melting temperature of the thermoplastic matrix plastic, so that the matrix fraction of the hybrid rovings melts and impregnates the surrounding reinforcing fibers. By means of further tempering devices which provide in particular for a successive cooling of the impregnated hollow profile braid, the hollow profile braid can be cooled faster and better due to the short flow paths.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Gleitummantelung durch eine Schmelze des thermoplastischen Matrixmaterials gebildet, was besonders gute Gleiteigenschaften bzw. eine hohe Verringerung der Reibung/Reibwerte zur Folge hat. Zur Erzeugung dieser Schmelzgleitummantelung kann zusätzliches geschmolzenes Matrixmaterial zu dem Hohlprofilgeflecht am Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug zugeführt werden, insbesondere unmittelbar nach der Einzugsmatrize, an die sich die Imprägnierzone anschließt.In a particularly advantageous embodiment, the Gleitummantelung is formed by a melt of the thermoplastic matrix material, which has particularly good sliding properties or a high reduction in friction / friction results. To produce this melt sliding jacket additional molten matrix material can be supplied to the hollow profile braid at the entrance to the consolidation tool, in particular immediately after the draw-in die, which is followed by the impregnation zone.
Eine Menge des zur Bildung der Schmelzgleitummantelung zugeführten zusätzlichen Matrixmaterials kann ferner je nach der Höhe des Matrixanteils in den Hybridrovings und abhängig von einem gewünschten Fasergehalt im FVK-Hohlprofil gewählt werden.An amount of the additional matrix material added to form the melt slippage sheath may also be selected according to the height of the matrix portion in the hybrid rovings and depending on a desired fiber content in the FRP hollow profile.
Ferner ist es denkbar, alternativ oder zusätzlich zu der Schmelzgleitummantelung, das Hohlprofilgeflecht vor Eintritt in die Einzugsmatrize des Konsolidierungswerkzeugs zumindest bis auf die Glasübergangstemperatur, vorzugsweise bis zur Fließtemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials, zu erwärmen, so dass das Matrixmaterial in dem Hohlprofilgeflecht in einem Fließbereich vorliegt und die Reibung beim Einziehen in das Konsolidierungswerkzeug verringert wird.Furthermore, it is conceivable, alternatively or in addition to the melt sliding jacket, to heat the hollow profile braid before entry into the draw-in die of the consolidation tool at least up to the glass transition temperature, preferably to the flow temperature of the thermoplastic matrix material, so that the matrix material is present in the hollow profile braid in a flow region and the friction is reduced when pulling into the consolidation tool.
Dieses Erwärmen des Hohlprofilgeflechts vor Eintritt in das Konsolidierungswerkzeug kann sukzessive mittels je einer jedem Flechtrad nachgeschalteten Heizvorrichtung erfolgen.This heating of the hollow profile braiding prior to entry into the consolidation tool can be carried out successively by means of a heater connected downstream of each braiding wheel.
Zwar ist die Führung des Hohlprofilgeflechts durch das Konsolidierungswerkzeug ohne stützenden Werkzeugkern denkbar, insbesondere, wenn es sich um dickwandige Hohlprofilgeflecht handelt, dennoch kann vor dem Einziehen des Hohlprofilgeflechts durch die Einzugsmatrize in das Konsolidierungswerkzeug das Aufziehen des Hohlprofilgeflechts auf einen Werkzeugkern Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.Although the leadership of the hollow profile braid by the consolidation tool without supporting tool core is conceivable, especially if it is thick-walled hollow profile braid, yet before pulling the hollow profile braid through the feeder die in the consolidation tool, the mounting of the hollow profile braid on a tool core part of the method.
Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen zur optimalen Konsolidierung des thermoplastischen FVK-Hohlprofils können Vibrationen in den Werkzeugkern und das Flechtmaterial eingeleitet werden, was durch die Erzeugung von Vibrationen im Konsolidierungswerkzeug mittels einer geeigneten Vorrichtung wie beispielsweise eines Ultraschallgebers realisiert werden kann.To avoid air pockets for optimal consolidation of the thermoplastic FRP hollow profile, vibrations can be introduced into the tool core and the braiding material, which can be achieved by generating vibrations in the core Consolidation tool can be realized by means of a suitable device such as an ultrasound generator.
Beim sukzessiven Flechten der Lagen mittels der seriell angeordneten Flechträder können von jedem Flechtrad unabhängig voneinander Flecht- bzw. Verstärkungswinkel erzeugt werden, die in einem Bereich von ±5° bis ±80° liegen. Falls gewünscht, insbesondere zur Verstärkung des FVK-Hohlprofils bei zu erwartender Biegebelastung, können Hybridrovings in einem 0° Winkel als Stehfäden integriert werden, die gestreckt in das Geflecht einlaufen und quasi keine Ondulation aufweisen.In the successive braiding of the layers by means of the serially arranged braiding wheels, braiding or bracing angles of each braiding wheel can be generated independently of each other, which lie in a range of ± 5 ° to ± 80 °. If desired, in particular for reinforcing the FRP hollow profile with the bending load to be expected, hybrid rovings can be integrated at a 0 ° angle as standing threads, which run in an elongated manner into the mesh and have virtually no undulation.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Flechtpultrusionsanlage, die zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils geeignet ist, umfasst eine Flechteinrichtung aus zumindest zwei seriell angeordneten Flechträdern und ein Konsolidierungswerkzeug mit einer Einzugsmatrize und Temperiervorrichtungen zum Imprägnieren und Konsolidieren des mittels der Flechteinrichtung erzeugten Hohlprofilgeflechts. Um die Reibungskräfte auf das Fasergeflecht im Konsolidierungswerkzeug zu verringern und damit Faserschäden zu vermeiden, weist die Flechtpultrusionsanlage eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gleitummantelung aus dem thermoplastischen Matrixmaterial um das Hohlprofilgeflecht auf, wobei durch die Einrichtung das thermoplastische Matrixmaterial der Gleitummantelung zumindest bis zu einer Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Matrixmaterials erwärmt wird.An embodiment according to the invention of a braided pultrusion plant which is suitable for producing a thermoplastic FRP hollow profile comprises a braiding device comprising at least two serially arranged braiding wheels and a consolidation tool with a retractable die and tempering devices for impregnating and consolidating the hollow profiled braid produced by the braiding device. In order to reduce the frictional forces on the fiber braid in the consolidation tool and thus to avoid fiber damage, the braided pultrusion plant has a device for producing a Gleitummantelung of the thermoplastic matrix material to the hollow profile braid, which means the thermoplastic matrix material of the Gleitummantelung at least up to a glass transition temperature of the thermoplastic Matrix material is heated.
Bei dieser Einrichtung zum Erzeugen der Gleitummantelung kann es sich um eine Extrudervorrichtung und eine sich von der Extrudereinrichtung erstreckende Zuführvorrichtung für zusätzliches geschmolzenes Matrixmaterial handeln. Die Zuführvorrichtung kann dabei in den Eintritt des Hohlprofilgeflechts in das Konsolidierungswerkzeug münden, insbesondere unmittelbar nach der Einzugsmatrize.This device for producing the sliding jacket may be an extruder device and an additional molten matrix material feeding device extending from the extruder device. The feed device can open into the entry of the hollow profile braid into the consolidation tool, in particular immediately after the feeder matrix.
Ferner kann die Einrichtung zum Erzeugen der Gleitummantelung zumindest in einer Heizvorrichtung prozessaufwärts des Konsolidierungswerkzeugs bestehen, wobei diese Heizvorrichtung das Hohlprofilgeflecht umgibt und/oder um das Hohlprofilgeflecht rotiert. Als Heizvorrichtungen kommen beispielsweise Infrarotstrahler in Frage.Furthermore, the device for producing the Gleitummantelung at least in a heating device process upstream of the consolidation tool, which heater surrounds the hollow profile braid and / or rotates about the hollow profile braid. As heaters, for example, infrared emitters come into question.
Die Heizvorrichtungen können, zum Erwärmen jeder Lage des mehrlagigen Hohlprofilgeflechts, jeweils einem Flechtrad nachgeschaltet sein. Die letzte Heizeinrichtung liegt dabei vor der Einzugsmatrize des Konsolidierungswerkzeugs.The heaters can, for heating each layer of the multilayer hollow profile braid, each be followed by a braiding. The last heating device lies in front of the feeder matrix of the consolidation tool.
Eine Vorrichtung zur Vibrationserzeugung kann als Teil des Konsolidierungswerkzeugs vorgesehen sein, um das Geflecht während der Passage durch das Konsolidierungswerkzeug, d. h. während des Imprägnierens und Konsolidierens in Vibration zu versetzen, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Dazu kann die Vorrichtung zur Vibrationserzeugung mit dem Werkzeugkern gekoppelt sein. Als Vibrationsvorrichtung kann etwa ein Ultraschallgeber auf dem Konsolidierungswerkzeug in Frage kommen.A vibration generating device may be provided as part of the consolidation tool to maintain the mesh during passage through the consolidation tool, i. H. to vibrate during impregnation and consolidation to prevent air pockets. For this purpose, the device for vibration generation can be coupled to the tool core. As a vibration device can come about as an ultrasonic transducer on the consolidation tool in question.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in der erfindungsgemäßen Anlage hergestelltes thermoplastisches FVK-Hohlprofil weist aufgrund der verringerten Reibung beim Einzug in das Werkzeug weniger bzw. keine Faserschäden auf; ferner sind die Fertigungszeiten durch die kontinuierliche Herstellung verringert. Die so hergestellten thermoplastischen FVK-Hohlprofile können zudem nachgeformt werden.A thermoplastic FRP hollow profile manufactured using the method according to the invention or in the system according to the invention has less or no fiber damage due to the reduced friction when it is inserted into the tool; Furthermore, the production times are reduced by the continuous production. The thermoplastic FRP hollow sections produced in this way can also be reshaped.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures.
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:Showing:
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines FVK-Hohlprofils, insbesondere eines Rohrs aus endlos faserverstärktem Thermoplast. Dieses Hohlprofil wird durch Flechtpultrusion gefertigt. Als Flechtmaterial wird ein Hybridroving oder auch ein Towpreg aus einer Verstärkungsfaser (z. B. Carbonfaser) und einer thermoplastischen Matrix (z. B. PPA) verwendet. Die Probleme der Imprägnierung und Konsolidierung bei den Thermoplasten aufgrund ihrer Zähflüssigkeit und die auch bei größeren Wandstärken extrem hohen Reibungskräfte werden durch das Verfahren gelöst. Große Wandstärken bei zähflüssigen Thermoplasten sind aufgrund der hohen, auf die „trockenen” Rovings wirkenden Reibkräfte problematisch.The invention relates to a continuous process for producing a FRP hollow profile, in particular a tube made of endless fiber-reinforced thermoplastic. This hollow profile is made by braiding pultrusion. The braiding material used is a hybrid roving or a towpreg made of a reinforcing fiber (eg carbon fiber) and a thermoplastic matrix (eg PPA). The problems of impregnation and consolidation in the thermoplastics due to their viscosity and the extremely high friction forces even with larger wall thicknesses are solved by the process. Large wall thicknesses of viscous thermoplastics are problematic due to the high frictional forces acting on the "dry" rovings.
Diese Reibkräfte und damit das Risiko der Faserbeschädigung werden beim erfindungsgemäßen Pultrusionsprozess reduziert. Ferner werden der Faseraufstau bei der Pultrusion sowie die Verschiebung des Geflechtes verringert. Zudem wird die Faserimprägnierung durch kurze Fließwege der Matrix zur Verstärkungsfaser durch Verwendung von fein verteilten Hybridrovings und durch eine spezielle Druck- und Temperaturführung der Schmelze ermöglicht.These frictional forces and thus the risk of fiber damage are reduced in the pultrusion process according to the invention. Furthermore, the fiber accumulation in the pultrusion and the displacement of the braid are reduced. In addition, the fiber impregnation is made possible by short flow paths of the matrix to the reinforcing fiber by using finely distributed hybrid rovings and by a special pressure and temperature control of the melt.
Durch Flechtpultrusion wird ein faserverstärktes thermoplastisches Hohlprofil hergestellt.By braided pultrusion, a fiber-reinforced thermoplastic hollow profile is produced.
Eine vor dem Konsolidierungswerkzeug
Bei dem erfindungsgemäßen Flechtpultrusionsverfahren zur Herstellung eines thermoplastischen FVK-Hohlprofils
Für die Herstellung des Geflechts
Eine zweite Variante ist die Verwendung von so genannten Towpregs oder kerntiefenimprägnierten Rovings, von denen ein Querschnitt in
Die Grundlage für die Pultrusion bildet das Geflecht
Diese laufen gestreckt in das Geflecht
Anschließend an den Flechtvorgang wird das Geflecht
Bei Hohlprofilen mit großen Wandstärken und trockenen Verstärkungsfasern entstehen beim Einzug durch die Matrize
Wie in
As in
Ein weiterer erfindungsgemäßer Ansatz zur Reduktion der Reibung beim Einziehen des Hohlprofilgeflechts
Das durch die Abzugsvorrichtung
Wie oben angeführt, wird an dieser Stelle das zusätzliche Matrixmaterial zur Bildung der Schmelzgleitummantelung
Durch einen auf dem Konsolidierungswerkzeug
Bei der Konsolidierung und der Faserimprägnierung wird die Matrix
Um das Geflecht
Die einzelnen beschriebenen Prozessschritte können je nach Bauteil und Randbedingungen kombiniert werden. So kann z. B. ein Profil mit großer Wandstärke in mehren Flechtprozessen mit zwischengeschalteten Pultrusionsprozessen, siehe
Im Anschluss an jeden Flechtprozess kann die schlauchförmige Geflechtlage mit Hilfe eines IR-Strahlers erwärmt werden, was den Einzug in das Konsolidierungswerkzeug erleichtert, da die Matrix bereits anschmilzt und erste Anhaftungen zwischen Matrix und Verstärkungsfaser auftreten, was wiederum den Geflechtschlauch stabilisiert und ein Verrutschen bzw. Aufstauchen des Geflechts vor der Pultrusionsmatrize zu verhindern hilft.After each braiding process, the tubular braid layer can be heated by means of an IR radiator, which facilitates the insertion into the consolidation tool, since the matrix already melts and first adhesions between matrix and reinforcing fiber occur, which in turn stabilizes the braided tube and slipping or To avoid upsetting the braid in front of the pultrusion die helps.
Damit ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, dass das Nachformen des thermoplastischen FVK-Hohlprofils möglich ist. Weiter wird bei reduzierten Fertigungszeiten eine höhere Effizienz der Großserienfertigung geleistet, und die Herstellkosten für die erfindungsgemäßen Profile sind geringer als die für Aluminium-Hohlprofile. Dennoch sind die so geschaffenen FVK-Hohlprofile torsions- und biegesteife geschlossene Hohlprofile bei gleichzeitigem Materialeinsatz von Materialien mit höchster Leichtbaugüte. Der Herstellungsprozess ist faserschonend und insofern qualitätsfördernd.This results from the inventive method advantageous that the post-forming of the thermoplastic FRP hollow section is possible. Furthermore, with reduced production times, a higher efficiency of mass production is achieved, and the production costs for the profiles according to the invention are lower than those for aluminum hollow profiles. Nevertheless, the FVK hollow profiles created in this way are torsionally rigid and rigid closed hollow profiles with the simultaneous use of materials with the highest lightweight construction quality. The manufacturing process is gentle on the fibers and therefore promotes quality.
Der Herstellungsprozess gerader und gebogener Hohlprofile ist sicher und robust und dennoch variabel und flexibel bei geringen Werkzeugkosten für unterschiedliche Rohrabmessungen; er erlaubt sogar die Fertigteilproduktion in einem Prozessschritt.The production process of straight and curved hollow profiles is safe and robust, yet variable and flexible with low tooling costs for different pipe dimensions; It even allows the production of finished parts in one process step.
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- DE 102008010228 A1 [0005] DE 102008010228 A1 [0005]
- DE 102007051517 A1 [0007, 0008] DE 102007051517 A1 [0007, 0008]
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