DE102015012514B4 - Process for the production of a short fiber reinforced plastic injection molded component using an injection mold - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines kurzfaserverstärkten Kunststoffspritzguss-Bauteils (1), bei dem eine flüssige Ausgangskomponente eines Kunststoffmaterials (5) mit darin integrierten Kurzfasern (3) unter Druck und Wärme in eine Werkzeugkavität (27) eines Spritzgießwerkzeugs injiziert wird und darin ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Kurzfasern (3) ein bei der Herstellung eines Faserverbundkunststoff-Bauteils (21) als Materialausschuss anfallendes faserhaltiges Verschnittmaterial (7, 9) als ein Recyclat gesammelt wird, und dass das Recyclat zu den Kurzfasern (3) weiterverarbeitet wird, dass das Faserverbundkunststoff-Bauteil (21) in einem Faserverbundherstellungsprozess hergestellt wird, bei dem in einem Zuschnitt-Prozessschritt ein noch trockenes Faserhalbzeug (11) zugeschnitten wird und als Materialausschuss ein erstes Verschnittmaterial (7) anfällt, in einem Preform-Prozessschritt das zugeschnittene Faserhalbzeug (11) vorgeformt wird und in eine Werkzeugkavität eingelegt wird, in einem Prozessschritt eine flüssige Ausgangskomponente eines Matrixmaterials (15) unter Druck und Wärme in die Werkzeugkavität injiziert wird und darin ausgehärtet wird, sowie in einem abschließenden Bearbeitungsschritt eine Endkontur-Bearbeitung erfolgt, bei der ein zweites Verschnittmaterial (9) anfällt, dass das im Matrixmaterial (15) des Faserverbundkunststoff-Bauteils (21) eingebettete Faserhalbzeug (11) aus Endlosfasern aus Kohlenstoff aufgebaut ist, und dass das im Zuschnitt-Prozessschritt anfallende erste Verschnittmaterial (7) in einer Kurzfaser-Bearbeitungseinheit (12) zu den Kurzfasern (3) weiterverarbeitet wird.Method for producing a short-fiber-reinforced plastic injection molded component (1), in which a liquid starting component of a plastic material (5) with short fibers (3) integrated therein is injected under pressure and heat into a mold cavity (27) of an injection mold and is cured therein, characterized that in order to provide the short fibers (3), a fibrous waste material (7, 9) occurring as material waste during the production of a fiber-reinforced plastic component (21) is collected as a recyclate, and that the recyclate is further processed to form the short fibers (3), that the fiber-reinforced plastic component (21) is produced in a fiber-reinforced composite production process, in which a still dry semi-finished fiber product (11) is cut to size in a cutting process step and a first waste material (7) is produced as waste material, the cut semi-finished fiber product (11 ) is preformed and placed in a factory tool cavity is inserted, in a process step a liquid starting component of a matrix material (15) is injected under pressure and heat into the tool cavity and is cured therein, and in a final processing step final contour processing takes place, in which a second waste material (9) is produced, that the semi-finished fiber product (11) embedded in the matrix material (15) of the fiber-reinforced plastic component (21) is made up of endless carbon fibers, and that the first waste material (7) produced in the cutting process step is processed into the short fibers in a short-fibre processing unit (12). (3) is further processed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kurzfaserverstärkten Kunststoffspritzguss-Bauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for producing a short-fiber-reinforced plastic injection molded component according to the preamble of
Bei einem solchen kurzfaserverstärkten Kunststoffspritzguss-Bauteil wird meist aus Kostengründen auf die Verwendung von Kohlenstoff-Kurz -oder Langfasern verzichtet und werden anstelle dessen Glasfasern verwendet, die meist in einem thermoplastischen Polyamid eingebettet sind. Die Verwendung von Polyamid ist im Hinblick auf günstige mechanische Kennwerte (zum Beispiel Bauteil-Steifigkeit) erforderlich. Polyamid neigt jedoch zu einer Wasseraufnahme, wodurch sich das Kunststoffspritzguss-Bauteil durch Längenausdehnung/Schrumpfung verwinden kann. Bei der Fertigung eines Tankdeckelscharniers als ein solches Kunststoffspritzguss-Bauteil kann dies jedoch zu Spaltmaß-Problemen zwischen dem Tankdeckel und dem daran angrenzenden Öffnungsrandbereich in der Fahrzeug-Außenhaut führen.In the case of such a short-fiber-reinforced plastic injection-molded component, the use of short or long carbon fibers is usually dispensed with for reasons of cost and glass fibers are used instead, which are usually embedded in a thermoplastic polyamide. The use of polyamide is necessary with regard to favorable mechanical parameters (e.g. component rigidity). However, polyamide tends to absorb water, which means that the plastic injection molded component can warp due to length expansion/shrinkage. However, when manufacturing a tank cap hinge as such a plastic injection-molded component, this can lead to gap size problems between the tank cap and the adjacent opening edge area in the outer skin of the vehicle.
Aus der
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines kurzfaserverstärkten Kunststoffspritzguss-Bauteils bereitzustellen, das bei im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Herstellungskosten eine hohe Bauteil-Qualität aufweist.The object of the invention is to provide a method for producing a short-fiber-reinforced plastic injection-molded component that has a high component quality with reduced production costs compared to the prior art.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of
In dem Verfahren wird eine flüssige Ausgangskomponente eines thermoplastischen Kunststoffmaterials (zum Beispiel PA) mit darin integrierten Kurzfasern unter Druck und Wärme in eine Werkzeugkavität eines Spritzgießwerkzeuges injiziert.In the process, a liquid starting component of a thermoplastic material (for example PA) with short fibers integrated therein is injected under pressure and heat into a mold cavity of an injection molding tool.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass die Bereitstellung der Kurzfasern für den Spritzgießprozess im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich materialsparender sowie kostengünstiger erfolgen kann, wodurch selbst Kunststoffspritzguss-Bauteile mit Kohlenstofffasern in der Großserienproduktion kostengünstig herstellbar sind. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird zur Bereitstellung der Kurzfasern ein faserhaltiges Verschnittmaterial als ein Recyclat gesammelt, dass bei der Herstellung eines Faserverbundkunststoff-Bauteils als Materialausschuss anfällt. Das Recyclat wird daher nicht aus der Prozesskette entfernt, sondern vielmehr zu den Kurzfasern weiter verarbeitet (Kohlenstofffaserspritzguss-Bauteil). Beispielhaft kann ein Verstärkungselement für eine B-Säule eines Kraftfahrzeugs in einem RTM-Prozess (Resin Transfer Molding) hergestellt werden. Das im RTM-Prozess anfallende kohlenstofffaserhaltige Verschnittmaterial wird nicht mehr als Materialausschuss aus der Prozesskette abgeführt, sondern vielmehr als Recyclat bei der Herstellung des Kunststoffspritzguss-Bauteils verwendet.The invention is based on the fact that the short fibers for the injection molding process can be provided in a much more material-saving and cost-effective manner compared to the prior art, which means that even plastic injection-molded components with carbon fibers can be produced inexpensively in large-scale production. According to the characterizing part of
Alternativ und/oder zusätzlich können als Recyclat auch sogenannte End-of-Life-Bauteile herangezogen werden.Alternatively and/or additionally, so-called end-of-life components can also be used as recyclate.
In dem obigen RTM-Prozess (oder in einem alternativen Faserverbundherstellungsprozess) wird in einem vorbereitenden Zuschnitt-Prozessschritt ein noch trockenes (das heißt noch nicht mit Matrixmaterial durchtränktes Faserhalbzeug, etwa ein Fasergelege oder -gewirke) zugeschnitten. Dabei fällt als Materialausschuss ein erstes faserhaltiges Verschnittmaterial an. In einem nachgelagerten Preform-Prozessschritt wird das zugeschnittene Faserhalbzeug vorgeformt und in eine RTM-Werkzeugkavität eingelegt. Dann wird ein RTM-Prozessschritt durchgeführt, bei dem eine flüssige Ausgangskomponente eines zumeist duroplastischen Matrixmaterials unter Druck und Wärme in die RTM-Werkzeugkavität injiziert wird und darin ausgehärtet wird. In einem abschließenden Bearbeitungsschritt erfolgt eine Endkontur-Bearbeitung, bei der ein zweites faserhaltiges Verschnittmaterial anfällt.In the above RTM process (or in an alternative fiber composite production process), a semi-finished fiber product that is still dry (i.e. not yet saturated with matrix material, such as a non-crimp fabric or knitted fabric) is cut to size in a preparatory cutting process step. A first fibrous waste material is produced as material waste. In a downstream preform process step, the cut semi-finished fiber product is preformed and placed in an RTM tool cavity. An RTM process step is then carried out, in which a liquid starting component of a mostly duroplastic matrix material is injected under pressure and heat into the RTM tool cavity and is cured therein. In a final processing step, the final contour is processed, during which a second fibrous waste material is produced.
Das im RTM-Prozess verwendete Faserhalbzeug ist aus Endlosfasern aufgebaut, und zwar aus Kohlenstoff-Endlosfasern.The semi-finished fiber product used in the RTM process is made up of continuous fibres, namely continuous carbon fibres.
Das im obigen Zuschnitt-Prozessschritt anfallende erste Verschnittmaterial besteht aus reinem Fasermaterial und wird daher ohne Vorbehandlung in einer Bearbeitungseinheit zu den Kurzfasern weiter verarbeitet. Beispielhaft kann die Bearbeitungseinheit eine Schneidstation sein, in der die Endlosfaser-Reste des ersten Verschnittmaterials zu den Kurzfasern abgelenkt werden.The first waste material produced in the above cutting process step consists of pure fiber material and is therefore further processed into short fibers in a processing unit without pre-treatment. For example, the processing unit can be a cutting station, in which the continuous fiber residues of the first waste material are diverted to the short fibers.
Das bei der obigen Endkontur-Bearbeitung anfallende zweite Verschnittmaterial besteht dagegen nicht aus einem Fasermaterial, sondern vielmehr aus einem in einer Kunststoffmatrix eingebetteten Fasermaterial. Entsprechend ist das zweite Verschnittmaterial zunächst einem Freilegungsprozess (zum Beispiel Pyrolyseprozess) zuzuführen, in dem das Fasermaterial unter Verbrennung der Kunststoffmatrix freigelegt wird. Das im Pyrolyseprozess freigelegte Fasermaterial kann anschließend (wie auch das obige erste Verschnittmaterial) der Bearbeitungseinheit zugeführt werden.In contrast, the second waste material occurring during the above final contour machining does not consist of a fiber material, but rather of a fiber material embedded in a plastic matrix. Correspondingly, the second waste material must first be fed to an exposure process (for example a pyrolysis process) in which the fiber material is exposed while the plastic matrix is burned. The fiber material exposed in the pyrolysis process can then (like the above first waste material) be fed to the processing unit.
Die in der Bearbeitungseinheit hergestellten Kurzfasern werden mit einem spritzgießfähigen Kunststoffmaterial (zum Beispiel PA) zu einem Kunststoffgranulat weiter verarbeitet, das für den Spritzgießprozess zur Herstellung des kurzfaserverstärkten Kunststoffspritzguss-Bauteils verwendet wird.The short fibers produced in the processing unit are further processed with an injection-mouldable plastic material (e.g. PA) to form plastic granulate, which is used for the injection molding process to produce the short-fiber-reinforced plastic injection-moulded component.
Auf diese Weise kann exemplarisch ein Tankdeckelscharnier kostengünstig als ein Kohlefaserspritzguss-Bauteil hergestellt werden, das im Vergleich zu einem Glasfaserspritzguss bei einer Wasseraufnahme wesentlich verwindungssteifer ist als ein Glasfaserspritzguss-Bauteil. Auf diese Weise kann selbst bei Wasseraufnahme das Spaltmaß zwischen einem Tankdeckel und dem angrenzenden Öffnungsrandbereich in der Fahrzeug-Außenhaut konstant gehalten werden.In this way, for example, a tank cap hinge can be produced cost-effectively as a carbon fiber injection molded component, which is significantly more torsion-resistant than a glass fiber injection molded component in comparison to a glass fiber injection molded component when it absorbs water. In this way, the gap size between a tank cap and the adjoining edge area of the opening in the outer skin of the vehicle can be kept constant even when water is absorbed.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous training and developments and their advantages are explained in more detail below with reference to drawings.
Es zeigen:
-
1 in einer grob schematischen Schnittdarstellung ein Kunststoffspritzguss-Bauteil; -
2 bis4 jeweils Ansichten, die die Prozessschritte zur Herstellung des in der1 gezeigten Kunststoffspritzguss-Bauteils veranschaulichen; und -
5 in einer Seitenansicht ein in Einbaulage gezeigtes Tankdeckelscharnier, das als Kunststoffspritzguss-Bauteil hergestellt ist.
-
1 in a roughly schematic sectional view, a plastic injection molded component; -
2 until4 each views showing the process steps for producing the in the1 illustrated plastic injection molded component shown; and -
5 in a side view, a tank lid hinge shown in the installed position, which is produced as a plastic injection-molded component.
Die obigen Figuren sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keine realitätsgetreuen Prozessschritte bzw. Bauteile wiedergeben.The above figures are made for easy understanding of the invention. Therefore, the figures are only roughly simplified representations that do not reflect realistic process steps or components.
In der
Der RTM-Prozess wird nachfolgend anhand der
Das bei der Herstellung des Faserverbundkunststoff-Bauteils 21 verwendete Faserhalbzeug 11 ist aus Kohlenstoff-Endlosfasern aufgebaut, die zum Beispiel zu einem Textil, einem Vlies, einem Gewirke oder Gewebe oder dergleichen verflochten sind.The
Anhand der
Das Kunststoffgranulat 23 wird gemäß der
In der
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kunststoffspritzguss-BauteilPlastic injection molded part
- 33
- Kurzfasernshort fibers
- 55
- thermoplastischer Kunststoff, Kunststoffmaterialthermoplastic plastic, plastic material
- 7,97.9
- Verschnittmaterialwaste material
- 1010
- Pyrolyseprozesspyrolysis process
- 1111
- trockenes Faserhalbzeugdry fiber semi-finished product
- 1212
- Bearbeitungsschritt, Kurzfaser-BearbeitungseinheitProcessing step, short fiber processing unit
- 1313
- Schneidstationcutting station
- 1414
- Mischereinheitmixer unit
- 1515
- duroplastisches Matrixmaterialthermosetting matrix material
- 1717
- Stanzwerkzeugstamping tool
- 1919
- Montageöffnungmounting hole
- 2121
- Faserverbundkunststoff-BauteilFiber-reinforced plastic component
- 2323
- Kunststoffgranulatplastic granules
- 2525
- Injektionseinheitinjection unit
- 2727
- Spritzgießwerkzeugkavitätinjection mold cavity
- 2929
- Schwenkachsepivot axis
- 3131
- Tankdeckelgas cap
- 3333
- Spaltmaßgap size
- 3535
- Öffnungsrandbereichopening edge area
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015012514.1A DE102015012514B4 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Process for the production of a short fiber reinforced plastic injection molded component using an injection mold |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015012514.1A DE102015012514B4 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Process for the production of a short fiber reinforced plastic injection molded component using an injection mold |
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DE102015012514A1 DE102015012514A1 (en) | 2017-03-30 |
DE102015012514B4 true DE102015012514B4 (en) | 2022-08-25 |
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Citations (4)
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DE202010008303U1 (en) | 2010-08-17 | 2011-10-20 | Novem Car Interior Design Gmbh | Device for producing a molded part with a three-dimensionally structured surface |
DE102011006819A1 (en) | 2011-04-06 | 2012-10-11 | Technische Universität Chemnitz | Producing a three dimensional contoured sandwich structure including first thermoplastic covering layer, second thermoplastic covering layer and core material, comprises e.g. machining or carrying out separate processing of core material |
DE102012025372A1 (en) | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Cover flap for body aperture of motor car, has holder arm whose functional area allows displacement of flap in direction of collision force upon action of collision force caused by pedestrian accident in one of two positions of flap |
-
2015
- 2015-09-25 DE DE102015012514.1A patent/DE102015012514B4/en active Active
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