DE102013216036A1

DE102013216036A1 - Process for producing a molded part

Info

Publication number: DE102013216036A1
Application number: DE102013216036.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Hofbauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2015-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Formteils, welches ein Bereitstellen eines Formkerns, der einen biologisch abbaubaren Kunststoff umfasst, ein Einbringen des Formkerns in ein ein- oder mehrteiliges Werkzeug, welches einen Formhohlraum definiert, ein Einbringen einer Formmasse in den Formhohlraum, ein Aushärten der Formmasse, und eine Zuführung von Feuchtigkeit, von Wärme und von Mikroorganismen zu dem Formkern umfasst, um den biologisch abbaubaren Kunststoff biologisch abzubauen.The invention relates to methods for producing a molded part, which comprises providing a mold core which comprises a biodegradable plastic, introducing the mold core into a one- or multi-part mold, which defines a mold cavity, introducing a molding compound into the mold cavity, curing the mold A molding composition, and a supply of moisture, heat and microorganisms to the mandrel comprises to biodegrade the biodegradable plastic.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, beispielsweise mittels eines Spritzguss-, eines Spritzpress- bzw. eines Harzinjektions- oder eines Harzinfusionsverfahrens, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Faserverbundwerkstoff, das mit einer Aussparung versehen ist.The present invention relates to a method for producing a molded article, for example by means of an injection molding, a transfer molding or a resin injection or a resin infusion process, and more particularly to a method for producing a molded part from a fiber composite material which is provided with a recess.

Zur Herstellung eines Formteils wird üblicherweise ein ein- oder mehrteiliges Werkzeug verwendet, welches einen Formhohlraum (Kavität) definiert. Dabei wird in den Formhohlraum über entsprechende Fördereinrichtungen eine Formmasse eingebracht, die in einem darauffolgenden Schritt ausgehärtet wird. Nach der Aushärtung der Formmasse kann das fertiggestellte Formteil entformt, d. h. aus dem Werkzeug entnommen, und gegebenenfalls weiter- oder nachbearbeitet werden.For the production of a molded part, a single-part or multi-part tool is usually used, which defines a mold cavity (cavity). In this case, a molding compound is introduced into the mold cavity via corresponding conveyors, which is cured in a subsequent step. After curing of the molding composition, the finished molding can be removed from the mold, d. H. removed from the tool, and optionally further or post-processed.

Beim Spritzpressen bzw. Harzinjektionsverfahren (engl.: „Resin Transfer Molding”, RTM) wird beispielsweise ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug eingesetzt und als Formmasse werden beispielsweise Formaldehydharze und Reaktionsharze mit kleinen Füllstoffpartikeln und Elastomere verwendet, um Formteile aus Duroplasten und Elastomeren herzustellen. Dabei wird die Formmasse typischerweise aus einer zumeist beheizten Vorkammer anhand von Spritzkolben über einen oder mehrere Verteilerkanäle in den Formhohlraum eingespritzt.In the case of transfer molding or resin injection molding (RTM), for example, a two-part or multi-part mold is used, and as the molding compound, for example, formaldehyde resins and reaction resins with small filler particles and elastomers are used to produce moldings of thermosets and elastomers. In this case, the molding compound is typically injected from a mostly prechamber by means of injection piston via one or more distribution channels in the mold cavity.

Ein Faserverbundwerkstoff besteht üblicherweise aus einer als Matrixmaterial bezeichneten Formmasse, in welche verstärkende Fasern oder Gewebe bzw. Gelege aus Fasern eingebettet sind. Im Falle von Faserkunststoffverbunden werden als Matrixmaterial Polymere wie beispielsweise Duromere, Elastomere und Thermoplaste genutzt. In Abhängigkeit von den Anforderungen an den Faserverbundwerkstoff können unterschiedliche Arten von Fasern, wie etwa Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Basaltfasern, Stahlfasern, Naturfasern, Nylonfasern und andere verwendet werden.A fiber composite material usually consists of a molding material called matrix material, in which reinforcing fibers or fabrics or layers of fibers are embedded. In the case of fiber-plastic composites, polymers such as duromers, elastomers and thermoplastics are used as the matrix material. Depending on the requirements of the fiber composite material, various types of fibers such as glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, aramid fibers, boron fibers, basalt fibers, steel fibers, natural fibers, nylon fibers and others may be used.

Bei der Herstellung eines Formteils aus einem Faserverbundwerkstoffs können die Fasern beispielsweise zuerst mit dem Matrixmaterial gemischt und danach in einen entsprechenden Formhohlraum gespritzt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können auch zunächst trockene Fasern in den Formhohlraum eingelegt und befestigt werden, und danach mit dem Matrixmaterial wie etwa flüssigem Harz unter Druck umströmt werden, wobei das Harz unter Zuführung von Wärme ausgehärtet wird. Durch entsprechende Ausrichtung, Auswahl des Durchmessers sowie der Anzahl pro Fläche der Fasern beim Einlegen in den Formhohlraum kann die Stabilität des fertiggestellten Formteils unterschiedlichen Erfordernissen angepasst werden, da das Formteil in Faserrichtung eine vielfach größere Festigkeit aufweist als entlang anderer Richtungen.For example, in the manufacture of a fiber composite molded article, the fibers may first be mixed with the matrix material and thereafter injected into a respective mold cavity. Alternatively or additionally, dry fibers may also first be laid and secured in the mold cavity, and thereafter circulated under pressure with the matrix material, such as liquid resin, whereby the resin is cured by the application of heat. By appropriate orientation, selection of the diameter and the number per surface of the fibers when inserted into the mold cavity, the stability of the finished molded part can be adapted to different requirements, since the molded part in the fiber direction has a much greater strength than along other directions.

Beim Harzinfusionsverfahren (engl.: „Resin Infusion”) kann ein einteiliges Werkzeug verwendet werden, welches eine starre Form aufweist. Die Fasern oder ein Preform aus Faserhalbzeugen, wie beispielsweise Gelege oder Gewebe aus Fasern, werden trocken oder bereits mit einem Matrixmaterial getränkt auf die Form gelegt und ggf. befestigt. Über den Fasern wird ein flexibler Vakuumsack angebracht und beispielsweise am Formenrand abgedichtet. Der Vakuumsack bildet bzw. definiert zusammen mit der starren Form den Formhohlraum, welcher mittels einer Vakuumpumpe evakuiert wird. Nach der Evakuierung des Formhohlraums wird beispielsweise am Formenrand das Harz zugeführt. Die während der Zuführung des Harzes weiterhin durchgeführte Vakuumabsaugung sorgt für eine Strömung des Harzes und somit für eine gleichmäßige Tränkung der Fasern.In the resin infusion process (English: "Resin Infusion"), a one-piece tool can be used, which has a rigid shape. The fibers or a preform from semifinished fiber products, such as scrim or fabric fibers, are dry or already impregnated with a matrix material placed on the mold and possibly attached. A flexible vacuum bag is attached over the fibers and, for example, sealed at the edge of the mold. The vacuum bag forms or defines, together with the rigid mold, the mold cavity, which is evacuated by means of a vacuum pump. After the evacuation of the mold cavity, for example, the resin is supplied at the mold edge. The continued during the supply of the resin vacuum suction provides a flow of the resin and thus for a uniform impregnation of the fibers.

Zur Bildung eines Formteils mit Aussparungen bzw. Hohlräumen können vor Einbringen der Formmasse in den Formhohlraum des Werkzeugs ein oder mehrere Formkerne eingelegt und befestigt werden, um die Aussparungen des fertiggestellten Formteils, die nicht durch den Formhohlraum festgelegt werden, zu definieren.To form a molded part having recesses or cavities, one or more mandrels may be inserted and fixed prior to introduction of the molding compound into the mold cavity of the tool to define the recesses of the finished molded article that are not constrained by the mold cavity.

Beim Harzinfusionsverfahren kann im Falle der Verwendung von Formkernen ggf. auf die starre Form verzichtet, und lediglich der Vakuumsack verwendet werden, indem der Vakuumsack an den Enden des Formkerns befestigt wird. In diesem Fall wird der Formhohlraum durch das als Vakuumsack ausgeführte Werkzeug gebildet bzw. definiert.In the case of the resin infusion process, in the case of the use of mold cores, the rigid mold may be dispensed with and only the vacuum bag may be used by attaching the vacuum bag to the ends of the mold core. In this case, the mold cavity is formed or defined by the executed as a vacuum bag tool.

Bei komplexen Gestaltungen der Aussparungen, wie etwa bei einer sich von einer Oberfläche des Formteils in Richtung Inneres verbreiternden Aussparung, kann es auftreten, dass ein Formkern nicht mehr aus dem ausgehärteten Formteil herausgenommen werden kann. Ein derartiger verlorener Kern verbleibt dann in dem fertiggestellten Formteil, wodurch das Gewicht des Formteils erhöht wird.In complex configurations of the recesses, such as in a widening from a surface of the molding in the direction of the interior recess, it may occur that a mold core can not be removed from the cured molding. Such a lost core then remains in the finished molding, thereby increasing the weight of the molding.

Zur Reduzierung des Gewichts können aufblasbare Formkerne verwendet werden, welche im aufgeblasenen Zustand die Aussparung definieren. Bei einigen Anwendungen, wie etwa bei Formteilen für die Automobilindustrie, ist jedoch eine möglichst hohe Gewichtsersparnis erwünscht, um beispielsweise den Kraftstoffverbrauch des Automobils zu reduzieren. In diesem Fall kann beispielsweise ein Formkern aus leichtem Hartschaum gefertigt werden, der nach Aushärten der Formmasse chemisch aufgelöst und damit vollständig entfernt werden kann.To reduce the weight of inflatable mandrels can be used, which define the recess in the inflated state. However, in some applications, such as moldings for the automotive industry, as much weight saving as possible is desired, for example to reduce the fuel consumption of the automobile. In this case, for example, a mold core made of lightweight foam, which can be chemically dissolved after curing of the molding composition and thus completely removed.

Durch das chemische Auflösen des Formkerns können jedoch gesundheitsgefährdende Stoffe freigesetzt werden, welche die Arbeitssicherheit beeinträchtigen. Daher sind bei einem chemisch auflösbaren Formkern entsprechende Schutzmaßnahmen vorzunehmen, um eine Gesundheitsgefährdung der betroffenen Personen auszuschließen, wodurch die Kosten für die Herstellung erhöht werden. Due to the chemical dissolution of the mold core, however, hazardous substances can be released which impair the safety at work. Therefore, in the case of a chemically dissolvable mold core, appropriate protective measures must be taken to prevent the health of those affected, thereby increasing the cost of manufacture.

Als weiteres Material für einen selbst bei komplexen Gestaltungen der Aussparungen zu entfernenden Formkern kann eine Metalllegierung verwendet werden, die eine vergleichsweise niedrige Schmelztemperatur aufweist. Ein Beispiel hierfür ist eine Zinn-Wismut-Legierung, die einen Schmelzpunkt von etwa 137°C aufweist. Nachdem der Formkern mit einem Kunststoff umspritzt wurde, um das Formteil zu bilden, kann der Formkern entweder in einem Kernausschmelzbad mit Ausschmelzflüssigkeit unter Wärmezufuhr, oder durch induktive Erhitzung des Formkerns entfernt werden. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs kann jedoch die Struktur des Formteils durch die Wärmezufuhr bzw. Aufheizung geschädigt werden.As another material for a mold core to be removed even in complex shapes of the recesses, a metal alloy having a comparatively low melting temperature can be used. An example of this is a tin-bismuth alloy having a melting point of about 137 ° C. After the mandrel has been overmolded with a plastic to form the molded article, the mandrel can be removed either in a core melt bath with melted out liquid under heat, or by inductive heating of the mandrel. Depending on the properties of the plastic used, however, the structure of the molded part can be damaged by the heat supply or heating.

Weitere Formkerne, die selbst bei komplexen Gestaltungen der Aussparungen vollständig entfernt werden können, umfassen beispielsweise Wachs, Sand oder andere geeignete Materialien.Other mandrels that can be completely removed, even with complex shapes of the recesses, include, for example, wax, sand, or other suitable materials.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Formteils anzugeben, das mit nicht entformbaren Aussparungen oder Hohlräumen versehen ist.It is an object of the present invention to provide an alternative method for producing a molded article provided with non-demoulding recesses or cavities.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method for producing a molded part having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments and further developments can be found in the dependent claims.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils umfasst ein Bereitstellen eines Formkerns, der einen biologisch abbaubaren Kunststoff umfasst, ein Einbringen des Formkerns in ein ein- oder mehrteiliges Werkzeug, welches einen Formhohlraumdefiniert, ein Einbringen einer Formmasse in den Formhohlraum, ein Aushärten der Formmasse, und eine Zuführung von Feuchtigkeit, von Wärme und von Mikroorganismen zu dem Formkern, um den biologisch abbaubaren Kunststoff biologisch abzubauen.A method of making a molded article comprises providing a mandrel comprising a biodegradable plastic, inserting the mandrel into a single or multiple tool defining a mold cavity, introducing a molding compound into the mold cavity, curing the molding compound, and forming a mold Supplying moisture, heat and microorganisms to the mold core to biodegrade the biodegradable plastic.

Durch die Zuführung von Wärme und Feuchtigkeit werden Polymerketten des biologisch abbaubaren Kunststoffs zunächst in kürzere Polymerketten zerlegt. Diese dienen dann als Nährstoffe für die Mikroorganismen, beispielsweise Bakterien oder Pilze, welche die kürzeren Polymerketten in einem Stoffwechselprozess zu Kohlendioxid, Wasser und gegebenenfalls Biomasse umwandeln. Falls aerobe Bakterien oder Pilze, die Sauerstoff benötigen, zum biologischen Abbau verwendet werden, kann der Formmasse zusätzlich noch Sauerstoff zugeführt werden, um die Bakterien oder die Pilze zu versorgen. Die Abbauprodukte können dann abgesaugt bzw. im Falle der Biomasse anhand von beispielsweise Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit aus der ausgehärteten Formmasse ausgespült werden.By supplying heat and moisture, polymer chains of the biodegradable plastic are first broken down into shorter polymer chains. These then serve as nutrients for the microorganisms, such as bacteria or fungi, which convert the shorter polymer chains in a metabolic process to carbon dioxide, water and possibly biomass. If aerobic bacteria or fungi that require oxygen are used for biodegradation, additional oxygen can be added to the molding compound to supply the bacteria or fungi. The decomposition products can then be sucked off or, in the case of biomass, flushed out of the cured molding compound by means of, for example, water or another suitable liquid.

Gemäß einer Ausführungsform, bei der ein Formteil aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt wird, kann der Formkern vor dem Einbringen in das Werkzeug mit einer Faser oder einem Gewebe bzw. Gelege aus Fasern umwickelt, umflochten, oder umschlossen bzw. belegt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Formhohlraum des Werkzeugs vor dem Einbringen der Formmasse mit einer Faser oder einem Gewebe bzw. Gelege aus Fasern ausgelegt werden. Durch entsprechende Auswahl, Ausrichtung und Anzahl pro Fläche der Fasern können die Eigenschaften des fertiggestellten Formteils an unterschiedliche Festigkeitsanforderungen angepasst werden.According to an embodiment in which a molded part is produced from a fiber composite material, the core before being introduced into the tool can be wrapped, braided or covered or covered with a fiber or a fabric of fibers. Alternatively or additionally, the mold cavity of the tool may be laid out prior to introduction of the molding compound with a fiber or a fabric or scrim of fibers. By appropriate selection, orientation and number per area of the fibers, the properties of the finished molded part can be adapted to different strength requirements.

Gemäß einer Ausführungsform kann der biologisch abbaubare Kunststoff einen biologisch abbaubaren Kunststoff auf Polymilchsäure-, Polyhydroxyfettsäure-, Polybutylen-Succinat-Adipat-, oder thermoplastischer Copolymer-Basis umfassen, wobei auch Mischungen unterschiedlicher biologisch abbaubarer Kunststoffe möglich sind. Die Auswahl des für den Formkern verwendeten biologisch abbaubaren Kunststoffs erfolgt dabei unter Berücksichtigung des als Formmasse verwendeten Materials und insbesondere unter Berücksichtigung der zur Herstellung des Formteils verwendeten Prozessparameter, wie etwa Temperatur und Druck zum Einspritzen der Formmasse in den Formhohlraum. Hierbei ist zu beachten, dass der biologisch abbaubare Kunststoff eine ausreichend hohe Temperatur- und Formstabilität bei den zur Herstellung des Formteils verwendeten Prozessparametern aufweist.According to one embodiment, the biodegradable plastic may comprise a biodegradable plastic based on polylactic acid, polyhydroxy fatty acid, polybutylene succinate adipate, or thermoplastic copolymer base, whereby mixtures of different biodegradable plastics are also possible. The selection of the biodegradable plastic used for the mandrel takes place taking into account the material used as a molding compound and in particular taking into account the process parameters used for the production of the molding, such as temperature and pressure for injecting the molding material into the mold cavity. It should be noted that the biodegradable plastic has a sufficiently high temperature and dimensional stability in the process parameters used to produce the molding.

Bei einer Ausführungsform kann das Bereitstellen des Formkerns eine Herstellung des Formkerns unter Verwendung eines Extrusionsverfahrens, eines Spritzgussverfahrens, eines Blasformens oder eines Schäum-Prozesses umfassen. Im Falle der Herstellung durch Blasformen kann ein Formkern hergestellt werden, der im Innern einen Hohlraum aufweist. In Abhängigkeit von den bei der Herstellung des Formteils verwendeten Prozessparametern wie etwa Temperatur und Druck, kann das Material für den Formkern sowie dessen Wandstärke geeignet gewählt werden. Aufgrund der hierbei geringeren erforderlichen Menge an Material für den Formkern kann dieser im Vergleich zu einem Formkern aus einem Vollmaterial schneller biologisch abgebaut werden.In one embodiment, providing the mandrel may include manufacturing the mandrel using an extrusion process, an injection molding process, a blow molding or a foaming process. In the case of production by blow molding, a mold core can be produced which has a cavity in the interior. Depending on the process parameters used in the production of the molding, such as temperature and pressure, the material can be suitably selected for the mold core and its wall thickness. Due to the lower required amount of material for the mandrel this can in comparison to a mold core a solid material biodegrade faster.

Unabhängig davon, ob der Formkern aus einem Vollmaterial hergestellt wird oder nicht, werden die äußeren Abmessungen des Formkerns basierend auf einer in der ausgehärteten Formmasse zu bildenden Aussparung festgelegt.Regardless of whether the mandrel is made of a solid material or not, the outer dimensions of the mandrel are determined based on a recess to be formed in the cured molding compound.

Der biologische Abbau des biologisch abbaubaren Kunststoffs erfolgt bevorzugt nach Herausnahme des Formteils und des Formkerns aus dem Werkzeug in einem abgeschlossenen System, welches eine Heizeinrichtung zur Zuführung der Wärme, eine Einrichtung zur Zuführung der Feuchte und der Mikroorgansimen, eine Einrichtung zur Zuführung von Wasser, um die verbleibende Biomasse auszuspülen, und eine Absaugeinrichtung zum Absaugen des Kohlendioxids und des Wassers, welche von den Mikroorganismen gebildet werden, umfassen kann.The biodegradation of the biodegradable plastic is preferably carried out after removal of the molded part and the mold core from the tool in a closed system, which comprises a heater for supplying the heat, a means for supplying the moisture and microorganisms, a device for supplying water to rinse out the remaining biomass, and a suction device for sucking the carbon dioxide and the water, which are formed by the microorganisms may include.

Bei einer Ausführungsform kann die Herstellung des Formteils unter Verwendung eines Harzinfusionsverfahrens erfolgen, wobei das Einbringen des Formkern in ein ein- oder mehrteiliges Werkzeug ein Anordnen des Formkerns auf einer starren Form, und ein anschließendes Abdichten der starren Form mit einem Vakuumsack umfasst, um den Formhohlraum zu definieren, oder ein Befestigen und Abdichten eines Vakuumsacks an den Enden des Formkerns umfasst, um den Formhohlraum zu definieren.In one embodiment, the molding may be manufactured using a resin infusion process, wherein inserting the mandrel into a one- or multi-part tool comprises placing the mandrel on a rigid mold, and then sealing the rigid mold with a vacuum bag around the mold cavity or attaching and sealing a vacuum bag to the ends of the mold core to define the mold cavity.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Herstellung des Formteils unter Verwendung eines Spritzguss- oder eines Spritzpress- bzw. Harzinjektionsverfahrens erfolgen, wobei das Einbringen des Formkerns in ein ein- oder mehrteiliges Werkzeug ein Einbringen des Formkerns in ein zwei- oder mehrteiliges Werkzeug umfasst, welches in geschlossenem Zustand den Formhohlraum definiert, und ferner ein Schließen des Werkzeugs umfasst.In another embodiment, the production of the molded part can be carried out using an injection molding or a injection molding or resin injection process, wherein the introduction of the mandrel into a one- or multi-part tool comprises inserting the mandrel into a two- or multi-part tool, which in closed state defines the mold cavity, and further includes closing the tool.

Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils näher beschrieben. Darin zeigt:In the following, an embodiment of a method for producing a molded part is described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

Fig.: ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils gemäß einer Ausführungsform.FIG. 1 shows a flow chart for illustrating a method for producing a molded part according to an embodiment. FIG.

Mit Bezug auf die Fig. wird in Schritt S1 eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils ein Formkern bereitgestellt, welcher einen biologisch abbaubaren Kunststoff umfasst. Die äußeren Abmessungen des bereitgestellten Formkerns sind dabei insbesondere basierend auf einer vorgegebenen Aussparung oder eines vorgegebenen Hohlraums in dem herzustellenden Formteil festgelegt.With reference to the figures, in step S1 of a method for producing a molded part, a mold core is provided which comprises a biodegradable plastic. The outer dimensions of the mold core provided are determined in particular based on a predetermined recess or a predetermined cavity in the molded part to be produced.

Biologisch abbaubar im Sinne dieser Anmeldung bedeutet, dass der biologisch abbaubare Kunststoff unter definierten Temperatur-, Sauerstoff- und Feuchtebedingungen in der Anwesenheit von Mikroorganismen wie etwa Bakterien oder Pilze, die Polymerketten des biologisch abbaubaren Kunststoffs verstoffwechseln, zu mehr als 90% zu Wasser, Kohlendioxid und Biomasse abgebaut wird. Die für den biologischen Abbau erforderliche Zeit variiert dabei in Abhängigkeit von dem verwendeten biologisch abbaubaren Kunststoff. Der biologisch abbaubare Kunststoff kann sowohl aus nachwachsenden pflanzlichen oder tierischen Rohstoffen, als auch aus fossilen, nicht nachwachsenden Ressourcen, die biologisch abbaubar sind, hergestellt werden.Biodegradable in the context of this application means that the biodegradable plastic under defined temperature, oxygen and moisture conditions in the presence of microorganisms such as bacteria or fungi, which metabolize polymer chains of the biodegradable plastic to more than 90% to water, carbon dioxide and biomass is degraded. The time required for biodegradation varies depending on the biodegradable plastic used. The biodegradable plastic can be made from renewable plant or animal resources, as well as from fossil, non-renewable resources that are biodegradable.

Der Formkern kann neben dem biologisch abbaubaren Kunststoff auch andere, nicht biologisch abbaubare Materialien umfassen, die beispielsweise chemisch auflösbar sind. Alternativ dazu können die zusammen mit dem biologisch abbaubaren Kunststoff den Formkern bildenden Materialien, wie beispielsweise Metall, in dem Formteil verbleiben, um die Stabilität des Bauteils, das das Formteil und das andere Material umfasst, weiter zu erhöhen.The mold core may include other non-biodegradable materials in addition to the biodegradable plastic, which are, for example, chemically dissolvable. Alternatively, the materials forming the mandrel along with the biodegradable plastic, such as metal, may remain in the molded article to further increase the stability of the component comprising the molded article and the other material.

Als Ausgangsstoffe für biologisch abbaubare Kunststoffe dienen vor allem Stärke und Cellulose als Biopolymere von Zuckern, wobei als Ausgangspflanzen für den biologisch abbaubaren Kunststoff beispielsweise stärkehaltige Pflanzen wie Mais oder Zuckerrüben sowie Hölzer, aus denen die Cellulose gewonnen werden kann, verwendet werden. Weitere Rohstoffe für die Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen sind etwa Chitin und Chitosan, Lignin, Casein, Gelatine, Getreideproteine und Pflanzenöle. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des biologisch abbaubaren Kunststoffs, dem Herstellungsverfahren und der Beimischung von Additiven lässt sich dessen Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeformbeständigkeit und chemische Beständigkeit innerhalb eines gewissen Spielraums einstellen.As starting materials for biodegradable plastics, especially starch and cellulose are used as biopolymers of sugars, as starting plants for the biodegradable plastic, for example, starchy plants such as corn or sugar beets and woods, from which the cellulose can be obtained are used. Other raw materials for the production of biodegradable plastics include chitin and chitosan, lignin, casein, gelatin, cereal proteins and vegetable oils. Depending on the composition of the biodegradable plastic, the manufacturing method and the addition of additives, its moldability, hardness, elasticity, breaking strength, temperature, heat resistance and chemical resistance can be adjusted within a certain margin.

Je nach der für das herzustellende Formteil verwendeten Formmasse bzw. deren Verarbeitungsparameter wie etwa Druck und Temperatur, können unterschiedliche biologisch abbaubare Kunststoffe einzeln oder in Mischform als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Formkerns verwendet werden.Depending on the molding compound used for the molding to be produced or its processing parameters such as pressure and temperature, different biodegradable plastics can be used individually or in mixed form as starting material for the production of the mold core.

Eine Polymilchsäure (PLA), die durch Polymerisation von Milchsäure entsteht, bei welcher es sich um ein Produkt der Fermentation aus Zucker und Stärke durch Milchsäurebakterien handelt, kann beispielsweise als Ausgangsmaterial für den biologisch abbaubaren Kunststoff des Formkerns verwendet werden. Dabei werden zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften des resultierenden Kunststoffs die Polymere bei der Polymerisation aus den unterschiedlichen Isomeren der Milchsäure, der D- und der L-Form gemischt. Weitere Eigenschaften können durch Copolymere wie Glykolsäure erreicht werden.For example, a polylactic acid (PLA) produced by polymerization of lactic acid, which is a product of fermentation of sugar and starch by lactic acid bacteria, can be used as a raw material for the biodegradable plastic of the mandrel. In order to achieve the desired properties of the resulting plastic, the polymers in the polymerization of the mixed different isomers of lactic acid, the D and the L-form. Other properties can be achieved by copolymers such as glycolic acid.

PLA-basierte biologisch abbaubare Kunststoffe, die als Ausgangsmaterialien zur Herstellung eines Formkerns geeignet sind, sind beispielsweise die von der Firma Minima Technology Co. Ltd. angebotenen Kunststoffe FT1, GP1025, GP3002, die von der Firma NatureWorks LLC angebotenen Kunststoffe Ingeo 7000D und Ingeo 7032D, sowie die von der Firma Cereplast, Inc. angebotenen Kunststoffe Compostable^®2000D, Compostable^®2002D, Compostable^®2020BD und Compostable^®2020D.PLA-based biodegradable plastics which are suitable as starting materials for producing a mold core are, for example, those manufactured by Minima Technology Co. Ltd. Plastics offered FT1, GP1025, GP3002, the plastics offered by the company NatureWorks LLC Ingeo 7000D and 7032D Ingeo and the plastics offered by the company Cereplast, Inc. ^® Compostable 2000D, Compostable 2002D ^®, ^® Compostable 2020BD and Compostable 2020D ^®.

Weitere als Ausgangsmaterial für den Formkern geeignete biologisch abbaubare Kunststoffe sind Polyhydroxyalkanoate, und aus dieser Gruppe insbesondere das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (PHB). PHB ist ein Polyester, der fermentativ herstellbar ist, einen Schmelzpunkt von etwa 175°C und ähnliche Eigenschaften wie der petrochemisch erzeugte Kunststoff Polypropylen aufweist. Mit weiteren Bestandteilen kombiniert kann PHB auch als PHB-Blend verwendet werden, wobei durch den Zusatz von Celluloseacetaten besondere Materialeigenschaften erreicht werden können.Other biodegradable plastics suitable as starting material for the mandrel are polyhydroxyalkanoates, and from this group in particular the biopolymer polyhydroxybutyric acid (PHB). PHB is a polyester that can be produced by fermentation, has a melting point of about 175 ° C and similar properties as the petrochemical plastic polypropylene. Combined with other components, PHB can also be used as a PHB blend, whereby the addition of cellulose acetates enables special material properties to be achieved.

Als weiteres Ausgangsmaterial für den biologisch abbaubaren Kunststoff kann Polybuthylen-Succinat-Adipat (PBSA) dienen. Ein auf PBSA basierender, für das Verfahren gemäß einer Ausführungsform geeigneter biologisch abbaubarer Kunststoff ist beispielsweise unter dem Namen Bionolle^TM 3001MD von der Firma Shova Denko K. K. erhältlich.As a further starting material for the biodegradable plastic polybutylene succinate adipate (PBSA) can serve. A PBSA-based biodegradable plastic suitable for the process according to one embodiment is available, for example, under the name Bionolle ^™ 3001MD from Shova Denko KK.

Ferner können thermoplastische Polyesterelastomere bzw. thermoplastische Copolyester (TPC) als Ausgangsmaterial für den biologisch abbaubaren Kunststoff verwendet werden. Ein entsprechender, für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter biologisch abbaubarer Kunststoff, ist beispielsweise von der Firma Kingfa unter dem Namen Ecopond Flex-64D erhältlich.Further, thermoplastic polyester elastomers or thermoplastic copolyesters (TPC) can be used as the starting material for the biodegradable plastic. A corresponding biodegradable plastic suitable for the process according to the invention is available, for example, from Kingfa under the name Ecopond Flex-64D.

Die unterschiedlichen Arten des biologisch abbaubaren Kunststoffs können beispielsweise als Granulat vorliegen. Zur Verarbeitung werden das Granulat eines biologisch abbaubaren Kunststoffs oder mehrere Granulate unterschiedlicher biologisch abbaubarer Kunststoffe und Additive vermischt und aufgeschmolzen. Das aufgeschmolzene Gemisch kann dann mittels eines Extruders beispielsweise in den Formhohlraum eines geeigneten zwei- oder mehrteiligen Spritzpress- oder Spritzgusswerkzeugs eingebracht werden, der entsprechend den vorgegebenen äußeren Abmessungen des gewünschten Formkerns dimensioniert ist. Der eingespritzte biologisch abbaubare Kunststoff kühlt an der Wandung des Werkzeugs ab und nach einer gewissen Verweilzeit kann der ausgehärtete Formkern dem Werkzeug entnommen werden. Falls erforderlich kann der Formkern anschließend durch Feilen, Entgraten, Schleifen, Beschichten oder Ähnlichem nachbearbeitet oder behandelt werden, um die gewünschten äußeren Abmessungen und Eigenschaften zu erzielen.The different types of biodegradable plastic can be present for example as granules. For processing, the granules of a biodegradable plastic or several granules of different biodegradable plastics and additives are mixed and melted. The molten mixture can then be introduced by means of an extruder, for example, in the mold cavity of a suitable two- or multi-part injection molding or injection molding tool, which is dimensioned according to the predetermined outer dimensions of the desired mandrel. The injected biodegradable plastic cools on the wall of the tool and after a certain residence time, the cured mold core can be removed from the tool. If necessary, the mandrel may then be post-processed or treated by filing, deburring, grinding, coating or the like to achieve the desired external dimensions and properties.

In Schritt S2 wird der Formkern in ein ein-, zwei- oder mehrteiliges Werkzeug eingebracht, das einen Formhohlraum definiert. Das einteilige Werkzeug kann, beispielsweise im Falle der Verwendung eines Harzinfusionsverfahrens zur Herstellung des Formteils, als Vakuumsack oder als starre Form, die mittels eines Vakuumsacks abgedichtet wird, ausgebildet sein, wobei der Formhohlraum durch den Vakuumsack bzw. durch eine Kombination der starren Form und des Vakuumsacks gebildet bzw. definiert wird. Falls ein Spritzguss- oder Spritzpress- bzw. Harzinjektionsverfahren zur Herstellung des Formteils verwendet wird, kann das Werkzeug zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein, und der Formhohlraum durch das Werkzeug in einem geschlossenen Zustand gebildet bzw. definiert werden.In step S2, the mandrel is introduced into a one, two or more parts tool defining a mold cavity. The one-piece tool may be formed, for example, in the case of using a resin infusion process for producing the molded article, a vacuum bag or a rigid mold sealed by means of a vacuum bag, wherein the mold cavity through the vacuum bag or by a combination of the rigid mold and the Vacuum bag is formed or defined. If an injection molding or injection molding or resin injection method is used to produce the molding, the tool may be made in two or more parts, and the mold cavity may be formed or defined by the tool in a closed state.

Bevorzugt wird der Formkern anhand geeigneter Mittel derart in dem Formhohlraum befestigt, dass sich die Lage bzw. die Position des Formkerns bei Einbringen der Formmasse in den Formhohlraum nicht ändert. Im Falle der Verwendung des Harzinfusionsverfahrens kann beispielsweise der Vakuumsack an den Enden des Formkerns befestigt bzw. angeklebt werden, wodurch ggf. die starre Form nicht erforderlich ist.Preferably, the mold core is fastened in the mold cavity by suitable means such that the position or the position of the mold core does not change upon introduction of the molding compound into the mold cavity. In the case of using the resin infusion method, for example, the vacuum bag may be attached or adhered to the ends of the mandrel, whereby the rigid mold may not be required.

Bei einer Ausführungsform, bei der ein Formteil aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt werden soll, kann der Formkern mit einer Faser oder einem Gewebe bzw. einem Gelege aus Fasern umwickelt, umflochten, oder umschlossen bzw. belegt werden, bevor der Formkern in den Formhohlraum eingebracht wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Formhohlraum des Werkzeugs vor dem Einbringen einer Formmasse in den Formhohlraum mit Fasern oder einem Gewebe bzw. einem Gelege aus Fasern ausgelegt werden.In one embodiment, where a molded article is to be made of a fiber composite, the mandrel may be wrapped, braided, or sandwiched with a fiber or web of fibers before the mandrel is inserted into the mold cavity. Alternatively or additionally, the mold cavity of the tool may be laid out prior to introducing a molding compound into the mold cavity with fibers or a fabric or a scrim of fibers.

Die Ausrichtung der Fasern erfolgt dabei in Abhängigkeit von den gewünschten Stabilitätseigenschaften des fertiggestellten Formteils. Als Fasern zur Verstärkung des Formteils können beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Basaltfasern, Stahlfasern, Naturfasern, Nylonfasern und andere verwendet werden.The orientation of the fibers is carried out depending on the desired stability properties of the finished molded part. As fibers for reinforcing the molded article, there may be used, for example, glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, aramid fibers, boron fibers, basalt fibers, steel fibers, natural fibers, nylon fibers and others.

Nachdem das Werkzeug geschlossen, bzw. im Falle des Harzinfusionsverfahrens abgedichtet wurde, wird in Schritt S3 die Formmasse beispielsweise mittels Spritzkolben ausgehend von einer beheizbaren Vorkammer über einen oder mehrere Verteilerkanäle in den Formhohlraum eingebracht bzw. eingespritzt und für eine bestimmte Zeit im Werkzeug belassen. Im Falle des Harzinfusionsverfahrens erfolgt das Einbringen der Formmasse durch eine Injektion eines Harzsystems in den Formhohlraum, bei gleichzeitiger Absaugung des Formhohlraums mittels einer Vakuumpumpe. Als Formmasse können beispielweise Formaldehydharze und Reaktionsharze mit kleinen Füllstoffpartikeln verwendet werden, um Formteile aus Duroplasten und Elastomeren herzustellen. Bei einer Ausführungsform können verstärkende Fasern mit einer als Matrixmaterial bezeichneten Formmasse vermischt werden und das Gemisch anschließend in den Formhohlraum eingebracht werden. In Abhängigkeit von dem für die Formmasse verwendeten Material kann bei Einbringen der Formmasse der Einspritzdruck zwischen 10 und 80 bar betragen, während die Temperatur des Werkzeugs anhand geeigneter Wärmequellen auf 23 bis 100°C gehalten wird.After the tool has been closed, or sealed in the case of the resin infusion process, in step S3 the molding compound is introduced or injected, for example by means of injection pistons, from a heatable pre-chamber via one or more distribution channels into the mold cavity and left in the mold for a certain time. In the case of the resin infusion process, the introduction of the molding compound takes place by an injection of a resin system into the mold cavity, with simultaneous extraction of the mold cavity by means of a vacuum pump. As the molding material, for example, formaldehyde resins and reaction resins with small filler particles can be used to produce moldings of thermosets and elastomers. In one embodiment, reinforcing fibers may be mixed with a molding compound called matrix material and the mixture subsequently introduced into the mold cavity. Depending on the material used for the molding material, the injection pressure may be between 10 and 80 bar when introducing the molding compound, while the temperature of the tool is maintained at 23 to 100 ° C. by means of suitable heat sources.

In Schritt S4 erfolgt eine Aushärtung der Formmasse bei geeignetem Verarbeitungsdruck und einer geeigneten Temperatur des Werkzeugs, die in Abhängigkeit von der Formmasse eingestellt werden. Nach der Aushärtung kann das Formteil zusammen mit dem Formkern aus dem Werkzeug genommen, d. h. entformt und gegebenenfalls nachbearbeitet werden.In step S4, a curing of the molding compound takes place at a suitable processing pressure and a suitable temperature of the tool, which are adjusted as a function of the molding compound. After curing, the molding can be taken out of the tool together with the mold core, d. H. demoulded and optionally reworked.

Um den Formkern bzw. dessen Anteil an bioabbaubarem Kunststoff aus dem Formteil zu entfernen, werden dem Formkern in Schritt S5 Wärme, Feuchtigkeit und Mikroorganismen wie etwa Bakterien und Pilze zugeführt, wodurch der Kunststoff unter Bildung von Kohlendioxid, Wasser und Biomasse wie etwa Humus biologisch abgebaut wird. Die Menge der Wärmezufuhr, d. h. die Temperatur, bei der der Abbau erfolgt, sowie die Art von Bakterien bzw. Pilzen werden in Abhängigkeit von dem für den Formkern verwendeten biologisch abbaubaren Kunststoff ausgewählt. Falls aerobe Bakterien oder Pilze, die Sauerstoff benötigen, zum biologischen Abbau verwendet werden, kann dem Formkern zusätzlich noch Sauerstoff zugeführt werden.In order to remove the mold core or its portion of biodegradable plastic from the molded part, the mold core in step S5 heat, moisture and microorganisms such as bacteria and fungi are supplied, whereby the plastic biodegraded to form carbon dioxide, water and biomass such as humus becomes. The amount of heat input, d. H. the temperature at which degradation takes place and the type of bacteria or fungi are selected depending on the biodegradable plastic used for the mandrel. If aerobic bacteria or fungi that require oxygen are used for biodegradation, additional oxygen can be added to the mandrel.

Durch die Feuchte- und Wärmezufuhr können in dem Abbauprozess zuerst die Polymerketten des Kunststoffs in kleinere Polymerketten aufgespalten werden, welche dann von den Mikroorganismen als Nährstoffe aufgenommen und in Kohlendioxid, Wasser und Biomasse umgewandelt werden. Die nach dem biologischen Abbau im Formteil verbleibende Biomasse kann anschließend beispielsweise mittels Wasser oder anderer geeigneter Flüssigkeiten ausgespült werden.By the moisture and heat supply in the degradation process, first the polymer chains of the plastic can be split into smaller polymer chains, which are then taken up by the microorganisms as nutrients and converted into carbon dioxide, water and biomass. The remaining after biodegradation in the molding biomass can then be rinsed, for example, by means of water or other suitable liquids.

Bevorzugt erfolgt der biologische Abbau in einem geschlossenen System, welches eine Heizeinrichtung zur Zuführung der Wärme, eine Einrichtung zur Zuführung der Feuchte und der Mikroorgansimen, eine Einrichtung zur Zuführung von Wasser, um die verbleibende Biomasse auszuspülen und eine Absaugeinrichtung zum Absaugen des Kohlendioxids und des Wassers, welche von den Mikroorganismen gebildet werden. Gegebenenfalls können zur Beschleunigung des biologischen Abbaus die Schritte des Zuführens von Wärme, Feuchtigkeit und Mikroorgansimen sowie das anschließende Ausspülen der Biomasse mehrmals wiederholt werden, um die Mikroorgansimen direkt in Kontakt mit einer freiliegenden Oberfläche des Formkerns zu bringen.Preferably, the biodegradation takes place in a closed system, which includes a heater for supplying the heat, a means for supplying the moisture and the microorganisms, a means for supplying water to flush out the remaining biomass and a suction device for sucking the carbon dioxide and the water which are formed by the microorganisms. Optionally, to accelerate biodegradation, the steps of supplying heat, moisture and microorganisms and then rinsing the biomass may be repeated several times to bring the microorganisms into direct contact with an exposed surface of the mandrel.

Die für den biologischen Abbau erforderlich Zeitdauer kann durch geeignete Wahl der den biologischen Abbau beeinflussenden Parameter optimiert werden und hängt vom jeweiligen verwendeten biologisch abbaubaren Kunststoff ab.The time required for the biodegradation can be optimized by a suitable choice of parameters influencing biodegradation and depends on the particular biodegradable plastic used.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawing and in the claims may be essential for the realization of the invention both individually and in any desired combination.

Claims

A method for producing a molded article, comprising Providing a mandrel comprising a biodegradable plastic, Inserting the mold core into a one-part or multi-part mold, which defines a mold cavity, Introducing a molding compound into the mold cavity, Curing the molding material, and Supplying moisture, heat and microorganisms to the mold core to biodegrade the biodegradable plastic.

A method of manufacturing a molded article according to claim 1, wherein the delivery of microorganisms comprises supplying fungi and / or bacteria.

A process for producing a molded article according to any one of claims 1 or 2, wherein the biodegradation takes place to form carbon dioxide and water.

A method for producing a molded part according to any one of claims 1 to 3, wherein the mandrel before wrapping in the tool with a fiber or a fabric or scrim of fibers wrapped, braided, or wrapped or occupied and / or before the tool the introduction of the molding compound is designed in the mold cavity with a fiber or a fabric or scrim made of fibers.

A method of making a molded article according to any one of claims 1 to 4, wherein the biodegradable plastic comprises a biodegradable plastic based on polylactic acid, polyhydroxy fatty acid, polybutylene succinate adipate, or thermoplastic copolyester base.

A method of manufacturing a molded article according to any one of claims 1 to 5, wherein providing the mandrel comprises producing the mandrel using an extrusion process, an injection molding process, a blow molding or a foaming process.

A method of producing a molded article according to any one of claims 1 to 6, wherein the outer dimensions of the mandrel are defined by a recess to be formed in the cured molding compound.

A process for producing a molded article according to any one of claims 1 to 7, wherein the biodegradation takes place after removal of the molding and the mold core from the tool in a closed system.

A process for producing a molded article according to any one of claims 1 to 8, wherein the production of the molded article is carried out using a resin infusion process, and the introduction of the mandrel into a one- or multi-part tool arranging the mold core on a rigid mold, and then sealing the rigid mold with a vacuum bag to define the mold cavity, or attaching and sealing a vacuum bag to the ends of the mold core to define the mold cavity.

A method of manufacturing a molded article according to any one of claims 1 to 8, wherein the production of the molded article is carried out using an injection molding or a transfer molding or resin injection process, the introduction of the mandrel into a one- or multi-part tool comprises inserting the mandrel into a two- or multi-part tool which defines the mold cavity in the closed state, and further comprising Close the tool.