DE102014209743A1

DE102014209743A1 - Verfahren und Baugruppe zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse

Info

Publication number: DE102014209743A1
Application number: DE102014209743.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Ulrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse, die aus einem Harz mit eingelegten Fasern (14) besteht, weist folgende Schritte auf: – die Fasermenge wird in einem Vordosierbehälter (16) abgemessen, – die abgemessene Fasermenge wird in einen geschlossenen Imprägnierbehälter (18) eingebracht, – das Harz wird in den Imprägnierbehälter (18) eingebracht, wobei das Harz Druck und Wärme ausgesetzt wird. Des Weiteren ist eine Baugruppe zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse mit einem solchen Verfahren vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung duroplastischer Formmassen, die aus einem Harz mit eingelegten Fasern bestehen. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Baugruppe zur Herstellung einer solchen duroplastischen Formmasse.
Duroplastische Formmassen bestehen aus einem Gemisch von nicht ausgehärtetem Harz und Kunstfasern, beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern, und werden verwendet, um faserverstärkte Kunststoffbauteile herzustellen. Die Formmassen werden in weichem Zustand, also mit nicht ausgehärtetem Harz, in eine Form eingebracht und/oder in die gewünschte Gestalt gebracht und anschließend mittels Druck und Wärme ausgehärtet.
Diese duroplastischen Formmassen werden üblicherweise hergestellt, indem die Fasern mit dem Harz in einer Trommel oder einem Mischwerk vermengt werden. Der Mischvorgang ist erforderlich, um eine gleichmäßige Durchmischung des Harzes und der Fasern sowie eine vollständige Benetzung der Fasern mit dem Harz zu erreichen. Dieser Mischvorgang erfolgt üblicherweise bei Zimmertemperatur bzw. bei maximal 35°C, da bei höheren Temperaturen störende oder schädliche Emissionen aus dem Harz austreten können. Eine höhere Temperatur, die zu einer Verflüssigung des Harzes und somit einer besseren Benetzung der Fasern führen würde, ist daher nicht möglich, da dies zu einer Erhöhung der Emissionen führen würde.
Ein weiterer Nachteil dieser Mischmethode ist, dass die Fasern am Rührwerk des Mischwerks hängenbleiben können. Dies führt zum einen zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Fasern bzw. dazu, dass zu wenige Fasern in der Formmasse enthalten sind. Die genaue Einstellung des Mengenverhältnisses zwischen Fasern und Harz ist dadurch erschwert. Zudem können beispielsweise weiche Kohlefasern durch das Rührwerk beschädigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von duroplastischen Formmassen bereitzustellen, das eine bessere Vermischung des Harzes mit den Fasern und eine genauere Mengenabmessung von Harz und Fasern ermöglicht sowie einen schnelleren und gleichmäßigeren Mischvorgang sicherstellt. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, eine Baugruppe zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung duroplastischen Formmassen vorgesehen, die aus einem Harz mit eingelegten Fasern bestehen, mit folgenden Schritten:

– die Fasermenge wird in einem Vordosierbehälter abgemessen,
– die abgemessene Fasermenge wird in einen geschlossenen Imprägnierbehälter eingebracht,
– das Harz wird in den Imprägnierbehälter eingebracht, wobei das Harz Druck und Wärme ausgesetzt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Benetzung der Fasern mit dem Harz in einem geschlossenen Imprägnierbehälter. Dadurch ist es möglich, das Harz aufzuheizen, ohne dass Emissionen in die Umwelt gelangen. Diese verbleiben entweder im Imprägnierbehälter oder werden durch den hohen Druck am Entstehen gehindert. Alternativ ermöglicht der geschlossene Imprägnierbehälter die Anordnung einer Filteranlage, die die Emissionen aus dem Imprägnierbehälter entweichen lassen oder absaugen und anschließend filtern kann. Da so das Entweichen von Emissionen in die Umwelt verhindert ist, kann das Harz erhitzt werden, sodass dieses sich verflüssigt und die Fasern einfacher benetzen kann.
Vorzugsweise ist der Imprägnierbehälter zum Einbringen der Fasern geöffnet, sodass ein einfaches Einfüllen der Fasermenge möglich ist. Nach dem Einbringen der Fasern wird der Imprägnierbehälter geschlossen, insbesondere durch einen Druckdeckel oder einen Druckboden. Ein solcher verschiebbarer Druckdeckel oder Druckboden ermöglicht einerseits ein einfaches Einfüllen der Fasern. Andererseits kann nach dem Einfüllen des Harzes durch das Verschieben des Druckdeckels oder eines Druckbodens der Druck im Imprägnierbehälter auf einfache Weise erhöht werden.
Vorzugsweise wird das Harz-Faser-Gemisch im Imprägnierbehälter bis zu einer Temperatur von 95°C erhitzt. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Viskosität des Harzes ab, sodass eine einfache Benetzung der Fasern möglich ist. Erst bei Temperaturen oberhalb von 95°C ist dagegen mit einem Aushärten des Harzes zu rechnen, sodass die Temperatur unterhalb dieses Punktes gehalten werden muss.
Vorzugsweise wird das Harz-Faser-Gemisch im Imprägnierbehälter mit einem Druck von bis zu 50 bar beaufschlagt.
Das Einbringen des Harzes in den Vordosierbehälter kann mit beliebigen bekannten Mitteln erfolgen. Beispielsweise wird das Harz mechanisch, zum Beispiel mit einem Rechen, in den Vordosierbehälter eingebracht. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Harz pneumatisch in den Vordosierbehälter eingeblasen wird. Im Vordosierbehälter erfolgt ein genaues Abmessen der Fasermenge, sodass stets das gleiche Verhältnis zwischen Fasermenge und Harz im Imprägnierbehälter vermischt wird.
Die Fasermenge kann beispielsweise gravimetrisch abgemessen werden. Alternativ kann dies auch über das Volumen der Fasermenge erfolgen.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren eine Baugruppe zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse mit einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, mit einem Vordosierbehälter für die Fasern, der eine Messeinrichtung für Fasermenge aufweist, einem Imprägnierbehälter, der eine Einspritzeinrichtung für das flüssige Harz, eine Heizeinrichtung sowie eine Druckeinrichtung aufweist, mit der der Imprägnierbehälter mit einem Überdruck beaufschlagt werden kann, und mit einer Fördereinrichtung, um die Fasermenge vom Vordosierbehälter in den Imprägnierbehälter zu fördern. Durch die Heizeinrichtung und die Druckeinrichtung können die gewünschten Druck- und Wärmeverhältnisse individuell auf das jeweilige Harz bzw. die jeweiligen Fasern eingestellt werden.
Der Vordosierbehälter kann beispielsweise ein Gebläse und/oder eine mechanische Zuführeinrichtung aufweisen, mit der die Fasern dosiert in den Vordosierbehälter eingebracht werden können. Diese ermöglichen eine genaue Abmessung der Fasermenge im Vordosierbehälter, bevor die abgemessene Fasermenge anschließend in den Imprägnierbehälter eingebracht wird.
Der Imprägnierbehälter kann ein verschiebbares Druckelement aufweisen, insbesondere einen Druckdeckel und/oder einen Druckboden, die zwischen einer geöffneten Position und zumindest einer geschlossenen Position bewegbar sind. Befindet sich der Druckdeckel in einer geöffneten Position, ist ein einfaches Einfüllen der Fasermenge und gegebenenfalls des Harzes in den Imprägnierbehälter möglich. Nach dem Einfüllen der Faser und optional des Harzes kann der Imprägnierbehälter durch Verschieben des Druckdeckels einfach verschlossen werden. Ist ein verschiebbarer Druckboden vorgesehen, kann dieser beispielsweise geöffnet werden, um die vermischte duroplastische Formmasse einfach zu entnehmen. Durch das Verschieben eines solchen Druckdeckels oder eines Druckbodens kann der Druck im Inneren des Imprägnierbehälters auf einfache Weise eingestellt werden.
Vorzugsweise weist der Imprägnierbehälter des Weiteren eine Entlüftungsvorrichtung auf, mit der entstehende Dämpfe oder Emissionen aus dem Imprägnierbehälter abgelassen oder abgesaugt werden können. Diese Entlüftungsvorrichtung weist vorzugsweise ein Filtersystem auf, um die aus dem Imprägnierbehälter austretenden Dämpfe zu filtern und so das Entweichen von Emissionen in die Umwelt zu verhindern.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine duroplastische Formmasse, und
2 eine erfindungsgemäße Baugruppe zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse.
In 1 ist eine duroplastische Formmasse 10 gezeigt, die aus einem Gemisch aus Fasern 14, beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern, und noch nicht ausgehärtetem Harz 12 besteht. Die Formmasse 10 kann, da das Harz 12 noch formbar ist, beliebig verformt werden, beispielsweise in eine Form eingebracht und anschließend ausgehärtet werden.
Um gleichmäßige Bauteileigenschaften zu erreichen, muss zum einen stets das gleiche Mischungsverhältnis zwischen Fasern 14 und Harz 12 eingehalten werden. Des Weiteren ist eine gleichmäßige Benetzung der Fasern 14 mit dem Harz 12 sowie eine gleichmäßige Verteilung der Fasern 14 im Harz 12 erforderlich.
Um diese Eigenschaften zu erreichen, weist die in 2 Baugruppe 13 einen Vorratsbehälter 15 für die Fasern 14, einen Vordosierbehälter 16 sowie einen Imprägnierbehälter 18 auf.
Zwischen dem Vorratsbehälter 15 und dem Vordosierbehälter 16 ist eine Zuführeinrichtung 20 für die Fasern 14 vorgesehen, die in der hier gezeigten Ausführungsform ein Gebläse 22 aufweist. Der Vorratsbehälter 15 weist des Weiteren einen Schließmechanismus 24 auf.
Der Vordosierbehälter 16 weist eine Messeinrichtung 26 zur Bestimmung der Fasermenge auf, die in den Vordosierbehälter 16 eingebracht wird, auf. Diese Messeinrichtung 26 kann beispielsweise eine Waage sein, die das Gewicht der eingebrachten Fasermenge ermittelt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Messeinrichtung 26 das Volumen der Fasermenge bestimmt.
Der Imprägnierbehälter 18 weist in der hier gezeigten Ausführungsform einen Druckzylinder 28 sowie einen verschiebbaren Druckdeckel 30 und einen Druckboden 32 auf. Der Druckdeckel 30 sowie der Druckboden 32 bilden gemeinsam eine Druckeinrichtung, mit der im geschlossenen Imprägnierbehälter 18 ein Überdruck erzeugt werden kann.
Des Weiteren sind eine Einspritzeinrichtung 34 für das Harz 12 sowie eine Heizeinrichtung 36 vorgesehen, um den Innenraum des Imprägnierbehälters 18 zu erwärmen.
Zwischen dem Vordosierbehälter 16 und dem Imprägnierbehälter 18 ist eine Fördereinrichtung 38 vorgesehen, um die Fasern 14 vom Vordosierbehälter 16 in den Imprägnierbehälter 18 zu fördern.
Eine duroplastische Formmasse 10 wird hergestellt, indem in einem ersten Verfahrensschritt die zur Herstellung der duroplastischen Formmasse benötigte Fasermenge abgemessen wird.
Dies erfolgt, indem Fasern 14 aus dem Vorratsbehälter 15 über die Zuführeinrichtung 20 in den Vordosierbehälter 16 eingebracht werden. In diesem wird die Fasermenge abgemessen, beispielsweise durch Wiegen oder eine volumetrische Messung.
Ist die gewünschte Fasermenge in den Vordosierbehälter 16 eingebracht, wird die Förderung über die Zuführeinrichtung 20 gestoppt oder der Schließmechanismus 24 geschlossen.
Anschließend wird die abgemessene Fasermenge aus dem Vordosierbehälter 16 über die Fördereinrichtung 38 in den Imprägnierbehälter 18 eingebracht. Der Druckboden 32 befindet sich während dieses Vorgangs in einer geschlossenen Position, der Druckdeckel 30 in einer geöffneten Position, sodass die Fasermenge von oben in den Druckzylinder 28 geschüttet werden kann.
Anschließend wird der Druckdeckel 30 geschlossen, sodass der Imprägnierbehälter 18 verschlossen ist.
Nach dem Schließen des Imprägnierbehälters 18 wird über die Einspritzeinrichtung 34 eine abgemessene Menge Harz 12 in den Imprägnierbehälter 18 eingebracht.
Um die Benetzung der Fasern 14 mit dem Harz zu verbessern, wird der Imprägnierbehälter 18 durch die Heizeinrichtung 36 erwärmt und über den Druckdeckel 30 bzw. den Druckboden 32 ein Überdruck im Inneren des Druckzylinders 28 erzeugt. Dadurch wird die Viskosität des Harzes 12 gesenkt. Dieses wird also flüssiger und kann so einfacher zwischen die Fasern 14 fließen und diese benetzen. Ein aktives Durchmischen des Gemisches aus Fasern 14 und Harz 12 ist so nicht erforderlich.
Die durch die erhöhten Temperaturen entstehenden Emissionen oder Dämpfe des Harzes 12 können über eine Entlüftungsvorrichtung 40 aus dem Inneren des Imprägnierbehälters abgeführt werden, sodass es zu keiner Blasenbildung in der duroplastischen Formmasse kommt. Anschließend können diese über eine Filteranlage gefiltert werden, so dass keine schädlichen Emissionen in die Umwelt gelangen.
Die Temperatur, auf die das Harz-Faser-Gemisch erwärmt wird, ist so gewählt, dass die Viskosität des Harzes gesenkt wird, ein Aushärten des Harzes aber nicht erfolgt. Vorzugsweise wird eine Temperatur von bis zu 90°C gewählt, bei der sichergestellt ist, dass das Harz nicht aushärtet, aber möglichst flüssig ist.
Der Druck beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 und 50 bar.
Da im Imprägnierbehälter 18 ein Benetzen der Fasern 14 mit Harz 12 in einem geschlossenen Volumen erfolgt, ist neben der Erwärmung zusätzlich eine Beaufschlagung des Faser-Harz-Gemisches mit Druck möglich. Zudem ist eine kontrollierte Erwärmung des Harz-Fasern-Gemisches möglich, sodass eine ideale Benetzung der Fasern 14 mit dem Harz 12 erfolgen kann und die Entstehung und Abführung von Emissionen aus dem Imprägnierbehälter kontrolliert werden können.
Das Einbringen der Fasern 14 in den Vordosierbehälter 16 kann auf verschiedene Weisen erfolgen. In der hier gezeigten Ausführungsform weist die Zuführeinrichtung 20 ein Gebläse 22 auf. Alternativ können die Fasern 14 auch über eine mechanische Zuführeinrichtung, beispielsweise mit einem Rechen, dosiert und in den Vordosierbehälter 16 eingebracht werden.
Ebenso kann die Förderung vom Vordosierbehälter 16 in den Imprägnierbehälter 18 bzw. das Einbringen der Fasern in den Imprägnierbehälter 18 auf verschiedene Weise erfolgen.
In der hier gezeigten Ausführungsform erfolgt das Einbringen der Fasern 14 in den geöffneten Imprägnierbehälter 18, der anschließend verschlossen wird. Es ist aber auch denkbar, dass die Fördereinrichtung 38 direkt an den Imprägnierbehälter 18 angeschlossen ist, sodass kein Öffnen des Imprägnierbehälters 18 erforderlich ist. In einer solchen Ausführungsform kann beispielsweise auf einen bewegbaren Druckdeckel 30 verzichtet werden.
Der bewegbare Druckboden 32 hat den Vorteil, dass nach dem Vermischen der Fasern 14 und des Harzes die duroplastische Formmasse einfacher aus dem Imprägnierbehälter 18 entnommen werden kann, indem der Druckboden 32 abgesenkt wird. Der Überdruck im Imprägnierbehälter 18 kann aber auch auf andere Weise erzeugt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse, die aus einem Harz mit eingelegten Fasern (14) besteht, mit folgenden Schritten: – die Fasermenge wird in einem Vordosierbehälter (16) abgemessen, – die abgemessene Fasermenge wird in einen geschlossenen Imprägnierbehälter (18) eingebracht, – das Harz wird in den Imprägnierbehälter (18) eingebracht, wobei das Harz Druck und Wärme ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Imprägnierbehälter (18) nach dem Einbringen der Fasern (14) geschlossen wird, insbesondere durch einen Druckdeckel (30) und/oder einen Druckboden (32).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz-Faser-Gemisch im Imprägnierbehälter (18) bis zu einer Temperatur von 95°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz-Faser-Gemisch im Imprägnierbehälter (18) mit einem Druck bis zu 50 bar beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz mechanisch und/oder pneumatisch in den Vordosierbehälter (16) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermenge gravimetrisch und/oder volumetrisch abgemessen wird.
Baugruppe (13) zur Herstellung einer duroplastischen Formmasse mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Vordosierbehälter (16) für die Fasern (14), der eine Messeinrichtung (26) für Fasermenge aufweist, einem Imprägnierbehälter (18), der eine Einspritzeinrichtung (34) für das flüssige Harz, eine Heizeinrichtung (36) sowie eine Druckeinrichtung aufweist, mit der der Imprägnierbehälter (18) mit einem Überdruck beaufschlagt werden kann, und mit einer Fördereinrichtung (38), um die Fasermenge vom Vordosierbehälter (16) in den Imprägnierbehälter (18) zu fördern.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordosierbehälter (16) ein Gebläse (22) und/oder eine mechanische Zuführeinrichtung aufweist, mit der die Fasern (14) dosiert in den Vordosierbehälter (16) eingebracht werden können.
Baugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Imprägnierbehälter (18) ein verschiebbares Druckelement aufweist, insbesondere einen Druckdeckel (30) und/oder einen Druckboden (32), die zwischen einer geöffneten Position und zumindest einer geschlossenen Position bewegbar sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Imprägnierbehälter (18) eine Entlüftungsvorrichtung (40) aufweist.