DE102012015374A1 - Multilayered fiber composite plastic component manufacturing method, involves applying partial layers with pressure, and removing manufactured fiber composite plastic component after hardening hardenable matrix material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils mit mehreren Verstärkungslagen und ein entsprechendes Faserverbundkunststoffbauteil. Ferner betrifft die Erfindung ein Presswerkzeug, mit dem das Verfahren zur Herstellung des Faserverbundkunststoffbauteils ausgeführt werden kann.The invention relates to a method for producing a fiber composite plastic component with a plurality of reinforcing layers and a corresponding fiber composite plastic component. Furthermore, the invention relates to a pressing tool, with which the method for producing the fiber composite plastic component can be performed.
Es sind mehrere Verfahren zur Fertigung solcher dreidimensional geformter Faserverbundkunststoffbauteile mit mehreren Verstärkungslagen bekannt; etwa das SMC- und das RTM-Verfahren.Several methods are known for fabricating such three-dimensionally shaped fiber composite plastic components having multiple reinforcement layers; such as the SMC and the RTM method.
Die Herstellung eines versteiften dreidimensionalen FVK-Bauteils mit mehreren Lagen ist aus der
Die
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen FVK-Bauteils bereitzustellen, das schnelle Taktzeiten erlaubt und zudem kostengünstig ist.Starting from this prior art, it is an object of the present invention to provide an improved method for producing a multilayer FRP component, which allows fast cycle times and is also inexpensive.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines FVK-Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method for producing a FRP component having the features of
Die Aufgabe, ein hinsichtlich seiner homogenen Zusammensetzung und seines Fasergehalts verbessertes mehrlagiges FVK-Bauteil zu schaffen, wird mit dem Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.The object of providing a multilayer FRP component improved with regard to its homogeneous composition and its fiber content is achieved with the component having the features of
Es ergibt sich die weitere Aufgabe, ein Presswerkzeug zur Anwendung eines entsprechend verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines FVK-Bauteils bereitzustellen, das einfach aufgebaut ist und eine schnellere Taktzeit erlaubt.It results in the further object of providing a pressing tool for the application of a correspondingly improved method for producing a FRP component, which has a simple construction and allows a faster cycle time.
Diese Aufgabe wird durch ein Presswerkzeug zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a pressing tool for the application of the method for producing a fiber composite plastic component having the features of claim 9.
Weiterbildungen des Verfahrens und der Gegenstände sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the method and the objects are set forth in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Faserverbundkunststoffbauteils umfasst in einer ersten Ausführungsform die folgenden Schritte:
- – Herstellen eines mehrlagigen Preformlings durch Aufeinanderlegen von mehreren Gewebelagen unter Zwischenlage einer Trennschicht und Vorpressen der Lagen in Form des herzustellenden Bauteils;
- – Teilen des Preformlings entlang der Trennschicht, so dass wenigstens eine erste und eine zweite Teillage gebildet wird;
- – Ablegen wenigstens einer der Teillagen auf einer semipermeablen Membran;
- – Aufbringen von Matrixmaterial auf wenigstens eine der Teillagen;
- – Einlegen der Teillagen in eine Form eines Presswerkzeug, wobei die semipermeable Membran vollflächig am Presswerkzeug anliegt;
- – Erzeugen eines Unterdrucks an der semipermeablen Membran durch Entlüftungskanäle im Presswerkzeug, dabei wird Luft aus den Lagen abgesaugt, aber kein Harzaustritt aus den Lagen erfolgt, und gleichzeitiges Beaufschlagen der Teillagen mit Druck, wobei keine separate Harzinjektion in das Presswerkzeug erfolgt; und
- – Entnehmen des fertigen Faserverbundkunststoffbauteils nach dem Aushärten des Matrixmaterials.
- - Producing a multi-layer preform by stacking several layers of fabric with the interposition of a release layer and pre-pressing the layers in the form of the component to be produced;
- - Parting of the preform along the release layer, so that at least a first and a second partial position is formed;
- - depositing at least one of the partial layers on a semipermeable membrane;
- - Applying matrix material on at least one of the partial layers;
- - Inserting the partial layers in a mold of a pressing tool, wherein the semi-permeable membrane over the entire surface of the pressing tool is applied;
- - Generating a negative pressure on the semipermeable membrane by venting channels in the pressing tool, while air is sucked from the layers, but no resin leakage from the layers, and simultaneously applying the partial layers with pressure, with no separate resin injection into the pressing tool; and
- - Remove the finished fiber composite plastic component after curing of the matrix material.
Der Preformling kann trocken hergestellt werden, wobei die Gewebelagen durch einfaches Aufeinanderlegen in Form gepresst werden können. Der verwendete Anpressdruck ist dabei an die jeweilige Beschaffenheit der Gewebelagen anzupassen. An der dazwischen gelegten Trennschicht kann der Preformling dann in wenigstens zwei korrespondierende Teillagen geteilt werden. Alternativ können auch mehr als zwei Teillagen derart erzeugt werden. Vorteilhaft kann durch die Aufteilung des Preformlings in mehrere Teillagen die Imprägierungstiefe des später aufzubringenden Matrixmaterials verringert werden. Dies hat eine optimierte und gleichmäßigere Verteilung des Matrixmaterials zur Folge.The preform can be made dry, whereby the fabric layers can be pressed into shape simply by laying them on one another. The contact pressure used is adapted to the particular condition of the fabric layers. At the interposed separating layer of the Preformling then be divided into at least two corresponding partial layers. Alternatively, more than two partial layers can be produced in this way. Advantageously, by dividing the preform into several partial layers, the depth of impregnation of the matrix material to be applied later can be reduced. This results in an optimized and more uniform distribution of the matrix material.
Die Trennschicht kann eine papierartige Struktur aufweisen, die wenig Raum einnimmt, wobei ein beschichtetes Papier verwendet werden kann, das zusätzlich den Vorteil hat, leicht ablösbar zu sein. Das Trennen der Lagen erfolgt durch Aufhebeln der Lagen an der Trennschicht, vakuumgestütztes Abheben oder einfaches Anheben der jeweils oberen Lage, je nachdem aus welchem Material die Trennschicht gefertigt ist oder mit welchem Druck vorgepresst wurde.The release layer may have a paper-like structure occupying little space, whereby a coated paper may be used which additionally has the advantage of being easily peelable. The separation of the layers takes place by levering the layers on the separating layer, vacuum-supported lifting or simply lifting the respective upper layer, depending on which material the separating layer is made or at what pressure was pre-pressed.
Nach der Teilung des Preformlings kann jeweils eine der Teillagen in die semipermeable Membran eingelegt werden, wobei die semipermeable Membran aus einem haftungsabweisenden Material, insbesondere Silikon, besteht und mikroperforiert ist. In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Membran aus Polytetrafluorethylen verwendet werden. Besonders bevorzugt kann die semipermeable Membran flexibel sein oder eine bereits vorgefertigte Form aufweisen, in die die Teillagen eingelegt werden können. Alternativ kann bei mehr als zwei Teillagen nur eine untere und eine obere Teillagen in die Form eingelegt werden. Die semipermeable Membran schmiegt sich vorteilhaft an die Form des Preformlings an und kann sich hiernach ohne weiteres auch an die Form des einzusetzenden Werkzeugs anpassen. Hierdurch werden Falten und Ungenauigkeiten im herzustellenden Endprodukt vermieden. Die semipermeable Membran kann die Teillagen an den Seitenrändern überragen, so dass sie bei Einsatz im Werkzeug auch als Dichtung dienen kann.After the division of the preform, in each case one of the partial layers can be inserted into the semipermeable membrane, wherein the semipermeable membrane consists of an adhesion-repellent material, in particular silicone, and is microperforated. In another embodiment, a membrane of polytetrafluoroethylene may also be used. Particularly preferably, the semipermeable membrane can be flexible or have an already prefabricated shape into which the partial layers can be inserted. Alternatively, with more than two partial layers only a lower and an upper partial layers can be inserted into the mold. The semipermeable membrane advantageously adapts to the shape of the preform and can readily adapt to the shape of the tool to be used hereafter. As a result, wrinkles and inaccuracies in the final product to be produced are avoided. The semi-permeable membrane can project beyond the partial layers at the side edges, so that it can also serve as a seal when used in the tool.
Eine bevorzugte Ausführungsform der semipermeablen Membran hat den Vorteil, dass das verwendete Material trennende Eigenschaften in Bezug auf die Anhaftung der verwendeten Harzsysteme hat. Durch die Mikroperforierung kann Luft, aber kein Harz durchdringen. Die Dicke der Form wird entsprechend der Wärmeübertragungseigenschaften der temperierten Werkzeugoberfläche und der Reaktivität der verwendeten Harzsysteme gewählt, so dass eine zeitliche Abfolge (zuerst vollständige Imprägnierung und dann Härtung) gewährleistet wird. Dies hat eine gute Bauteilfestigkeit trotz zeitlicher Temperaturverschiebungen bei Imprägnierung aufgrund der Wandstärke der Pressform zur Folge. Auch kann eine Werkzeugreinigung entfallen, da die semipermeable Membran die Teillagen zum Werkzeug hin abdichtet.A preferred embodiment of the semipermeable membrane has the advantage that the material used has separating properties with respect to the adhesion of the resin systems used. The micro-perforation can penetrate air, but no resin. The thickness of the mold is chosen according to the heat transfer properties of the tempered tool surface and the reactivity of the resin systems used so as to ensure a chronological sequence (first complete impregnation and then curing). This results in a good component strength despite temporal temperature shifts during impregnation due to the wall thickness of the mold. Also, a tool cleaning can be omitted, since the semi-permeable membrane seals the partial layers to the tool.
Auf beide Teillagen kann bevorzugt ein Aufbringen des Matrixmaterials durch Aufsprühen erfolgen. Alternativ kann das Matrixmaterial aufgegossen werden oder als schmelzbare Harzfolie auf eine der Teillage aufgebracht werden. Ein bevorzugtes Matrixmaterial ist ein Harz, das vorzugsweise unter Erwärmung aushärtet. Sind mehr als zwei Teillagen vorgesehen, so kann zwischen allen benachbarten Teillagen eine Beschichtung mittels Harz erfolgen.On both partial layers, it is preferable to apply the matrix material by spraying. Alternatively, the matrix material may be poured or applied as a fusible resin film on one of the partial layer. A preferred matrix material is a resin which preferably hardens upon heating. If more than two partial layers are provided, a coating by means of resin can take place between all adjacent partial layers.
Ferner kann ein mehrlagiges Aufbringen des Matrixmaterials vorgesehen sein, wobei eine erste Lage kompakt aufgetragen und eine zweite Lage schäumend aufgebracht wird. Das kompakte Material soll die textilen Lagen durchdringen und die schäumbare Schicht die Imprägnierung in das Gewebe unterstützen, da durch das Aufschäumen ein Innendruck entsteht, der das kompakte Material durch das Gewebe drückt. Ein weiterer Aspekt ist das Entstehen von Sandwichstrukturen mit der Möglichkeit, lokal unterschiedliche Bauteildicken zu erreichen.Furthermore, a multi-layer application of the matrix material can be provided, wherein a first layer is applied compactly and a second layer is applied foaming. The compact material is intended to penetrate the textile layers and the foamable layer to support the impregnation into the tissue, since the foaming creates an internal pressure that pushes the compact material through the tissue. Another aspect is the emergence of sandwich structures with the ability to achieve locally different component thicknesses.
Nach dem Harzauftrag werden die beiden Teillagen wieder wie in der ursprünglichen Weise aufeinandergelegt und in das Presswerkzeug eingesetzt. Je nach Anforderung können die Teillagen auch einzeln in die Formteile des Werkzeugs eingelegt werden und durch Schließen desselben zusammengesetzt werden.After resin application, the two partial layers are again stacked as in the original manner and inserted into the pressing tool. Depending on the requirements, the partial layers can also be inserted individually into the moldings of the tool and assembled by closing them.
Das Schließen des Werkzeugs und das Aufbringen des Pressdrucks von vorzugsweise 40 bar sorgen für die Imprägnierung aus der Mitte des Lagenaufbaus durch hydrostatischen Druck. Ferner sieht die Erfindung bevorzugt vor, dass das Presswerkzeug während des Pressvorgangs auf eine Temperatur zwischen 60°C bis 180°C aufheizbar ist. Dies ermöglicht eine schnelle Aushärtereaktion sowie schnellere Taktzeiten aufgrund hoher isothermer Werkzeugtemperaturen. Zudem ist aufgrund des zuvor aufgebrachten Harzes keine weitere Harzinjektion während des Pressvorgangs notwendig.The closing of the tool and the application of the pressing pressure of preferably 40 bar provide for the impregnation from the middle of the layer structure by hydrostatic pressure. Furthermore, the invention preferably provides that the pressing tool during the pressing operation to a temperature between 60 ° C to 180 ° C is heated. This allows a fast curing reaction as well as faster cycle times due to high isothermal mold temperatures. In addition, no further resin injection during the pressing process is necessary due to the previously applied resin.
Gleichzeitig wird durch Anlegen eines Unterdrucks an die semipermeable Membran während des Pressens ständig Luft aus dem Inneren des Lagenpakets durch die Entlüftungskanäle in der Werkzeugoberfläche abgesaugt, wodurch eine gleichmäßige Imprägnierung der Gewebelagen erreicht wird. Es ist damit möglich, Gewebe mit einem höheren Faservolumengehalt zu imprägnieren als mit üblichen Verfahren aus dem Stand der Technik.At the same time by applying a negative pressure to the semipermeable membrane during pressing constantly air from the interior of the layer package sucked through the ventilation channels in the tool surface, whereby a uniform impregnation of the fabric layers is achieved. It is thus possible to impregnate tissue with a higher fiber volume content than with conventional methods of the prior art.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die Erfindung ein Presswerkzeug vor, das zur Formung von Bauteilen korrespondierende Formteile aufweist, wovon wenigstens ein Formteil beheizbar ist. In die Formteile ist eine Vielzahl an Entlüftungskanälen eingelassen, die zur Erzeugung eines Unterdrucks an der semipermeablen Membran, die am Presswerkzeug anliegt, geeignet sind, so dass verbliebene Luft aus den Lagen absaugbar ist. Dieses Werkzeug ermöglicht in Verbindung mit dem angewandten Verfahren eine einfache Integration von Auswerfern und Schiebern, wodurch hochkomplexe Bauteilgeometrien möglich werden. Das Bauteil wird während der Herstellung allein durch diese Membran abgedichtet, wodurch. einfachere Werkzeuge ohne Dichtungen und Tauchkanten möglich sind.For carrying out the method according to the invention, the invention provides a pressing tool which has shaped parts corresponding to the shaping of components, of which at least one shaped part can be heated. In the moldings a plurality of ventilation channels is inserted, which is for generating a negative pressure on the semipermeable membrane, which rests on the pressing tool, are suitable, so that remaining air can be sucked out of the layers. This tool, in conjunction with the method used, allows easy integration of ejectors and gate valves, allowing for highly complex part geometries. The component is sealed during manufacture solely by this membrane, whereby. simpler tools without seals and dipping edges are possible.
Ein mehrlagiges FVK-Bauteil ist nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt und zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus.A multilayer FRP component is manufactured according to the method described above and is characterized by a high degree of robustness.
Die Erfindung weist besonders die Vorteile von geringen Investionskosten für die Anlagentechnik auf, da das Verfahren in bestehenden Anlagen nutzbar ist, bzw. schnell und einfach durch Austausch des Werkzeugs umgebaut werden kann. Auch kann eine Parallelisierung der Prozesse ermöglicht werden, indem eine Vorimprägnierung in einem separaten Vakuumwerkzeug erfolgen kann, wodurch das Verfahren noch schneller ablaufen kann.The invention has the particular advantages of low investment costs for the system technology, since the method can be used in existing systems, or can be rebuilt quickly and easily by replacing the tool. Also, a parallelization of the processes can be made possible by a preimpregnation can take place in a separate vacuum tool, whereby the process can proceed even faster.
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 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.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 facilitate 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:
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen FVK-Bauteils
Ein derartiges FVK-Bauteil
In
Ein nächster Schritt des Verfahrens ist in
Die Teillagen
Zumindest auf eine der Teillagen
Im nächsten Verfahrensschritt in
Ein Einsetzen der Teillagen
Das Werkzeug
Zum Aushärten des Matrixmaterials
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008054540 A1 [0003] DE 102008054540 A1 [0003]
- EP 2145751 A1 [0004] EP 2145751 A1 [0004]
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