DE102016200530B4 - Process for producing a fiber-reinforced plastic component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (100), wobei zwischen mindestens zwei flächig ausgebildeten Lagen (12, 13, 14) mit einem Matrixwerkstoff (10) mindestens ein Faserwerkstoff (11) angeordnet wird, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:a) Zuführen des Matrixwerkstoffs (10) in eine Extrudervorrichtung (15); undb) Erwärmen des Matrixwerkstoffs (10) innerhalb der Extrudervorrichtung (15) bis über eine Schmelztemperatur des Matrixwerkstoffs (10); undc) Extrudieren des Matrixwerkstoffs (10) durch Öffnungen, insbesondere Düsen, der Extrudervorrichtung (15), derart, dass die mindestens zwei Lagen (12, 13, 14) mit dem Matrixwerkstoff (10) flächig ausgebildet werden; undd) Anordnen des Faserwerkstoffs (11) zwischen den mindestens zwei flächig ausgebildeten Lagen (12, 13, 14) mit dem Matrixwerkstoff (10), wodurch eine flächige Formmasse (16) aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet wird; unde) Zuschneiden der flächigen Formmasse (16); undf) Pressen der flächigen Formmasse (16), wobei die Formmasse (16) in eine vorgegebene Form für das faserverstärkte Kunststoffbauteil (100) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder nach Schritt c) die Lagen (12, 13, 14) mit dem Matrixwerkstoff (10) abschnittsweise beabstandet zueinander gefördert werden, und in Schritt d) der Faserwerkstoff (11) auf einer Oberfläche mindestens einer der Lagen (12, 13, 14) angeordnet wird, wobei anschließend die einzelnen Lagen (12, 13, 14) aufeinander abgelegt werden und dadurch der Faserwerkstoff (11) zwischen den einzelnen Lagen (12, 13, 14) angeordnet und fixiert wird.A method for producing a fiber-reinforced plastic component (100), wherein at least one fiber material (11) is arranged between at least two planarized layers (12, 13, 14) with a matrix material (10), the method comprising at least the following steps: a) Feeding the matrix material (10) into an extruder device (15); andb) heating the matrix material (10) within the extruder device (15) above a melting temperature of the matrix material (10); andc) extruding the matrix material (10) through openings, in particular nozzles, of the extruder device (15) such that the at least two layers (12, 13, 14) are formed flat with the matrix material (10); andd) arranging the fiber material (11) between the at least two planarized layers (12, 13, 14) with the matrix material (10), whereby a planar molding compound (16) of fiber-reinforced plastic is formed; unde) cutting the sheet-like molding compound (16); andf) pressing the sheet-like molding compound (16), wherein the molding compound (16) is brought into a predetermined shape for the fiber-reinforced plastic component (100), characterized in that in and / or after step c) the layers (12, 13, 14 ) are conveyed with the matrix material (10) in sections spaced apart from one another, and in step d) the fiber material (11) is arranged on a surface of at least one of the layers (12, 13, 14), the individual layers (12, 13, 14) are placed on each other and thereby the fiber material (11) between the individual layers (12, 13, 14) is arranged and fixed.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils sowie ein faserverstärktes Kunststoffbauteil selbst.The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component and a fiber-reinforced plastic component itself.
Aufgrund der Zielsetzung zur Reduzierung der CO2-Emission werden an die Materialien, insbesondere in der Automobilfertigung, unterschiedlichste Anforderungen gestellt. Eine der wichtigsten Anforderungen ist dabei die Leichtbauweise. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Gewichts von Kunststoffbauteilen stellt die Verstärkung der Kunststoffbauteile mittels Fasern, beispielsweise Glasfasern, dar. Dabei können Gewichtsreduzierungen von über 20 % bei gleichem Eigenschaftsprofil der Kunststoffbauteile erreicht werden.Due to the objective of reducing CO2 emissions, a great variety of requirements are placed on materials, in particular in automobile production. One of the most important requirements is lightweight construction. One possibility for reducing the weight of plastic components is the reinforcement of the plastic components by means of fibers, for example glass fibers. In this case, weight reductions of more than 20% can be achieved with the same property profile of the plastic components.
Durch Kombination von Kunststoffen mit Verstärkungsfasern kann ein großes Gewichtseinsparpotential generiert werden. Der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen ist derzeit allerdings mit hohen Kosten verbunden, da die Fertigungsprozesse, in welchen Werkstoffe mit sehr guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden können, nur teilautomatisierbar sind. Bei Faserverbundwerkstoffen entsteht der Werkstoff erst während des Bauteilfertigungsprozesses.By combining plastics with reinforcing fibers, a large weight saving potential can be generated. However, the use of fiber-reinforced plastics is currently associated with high costs, since the manufacturing processes in which materials can be produced with very good mechanical properties are only partially automated. With fiber composites, the material is only produced during the component manufacturing process.
Ein Werkstoff mit sehr guten mechanischen Eigenschaften ist beispielsweise der Glasmattenverstärkte Thermoplast (GMT). GMT wird in Form eines Halbzeugs vorgefertigt. Bei der Herstellung des Halbzeugs muss das Material erhitzt werden. Bei der späteren Verarbeitung bzw. Nachbearbeitung, wobei das Halbzeug in die gewünschte Form gebracht wird, wird dieses für die Umformung nochmals erwärmt.A material with very good mechanical properties is for example the glass mat reinforced thermoplastic (GMT). GMT is prefabricated in the form of a semi-finished product. During the production of the semi-finished product, the material must be heated. In the subsequent processing or post-processing, wherein the semi-finished product is brought into the desired shape, this is heated again for the forming.
Bauteile, basierend auf dem Halbzeug GMT werden somit nicht direkt hergestellt, sondern es wird stets der Umweg über das Halbzeug gewählt, wodurch der Bauteilhersteller das Halbzeug erst einkaufen muss. Der Werkstoff muss bis zur Herstellung des fertigen Bauteils mehrmals aufgeheizt werden, was zu einem nicht unerheblichen Energieverbrauch führt.Components based on the semifinished product GMT are thus not produced directly, but the detour via the semifinished product is always selected, as a result of which the component manufacturer first has to purchase the semifinished product. The material must be heated several times until the production of the finished component, resulting in a significant energy consumption.
Stand der TechnikState of the art
Bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen werden die Fasern in Form von Kurzfasern, Langfasern oder Endlosfasern üblicherweise zusammen mit dem Kunststoff bzw. einem Matrixwerkstoff durch einen Extruder geführt, wobei die Fasern oft stark beschädigt und teilweise gekürzt werden. Hierdurch resultieren oft schlechte mechanische Eigenschaften der Bauteile. Des Weiteren sind die im Stand der Technik bekannten Lösungen teilweise nur für Duroplaste geeignet, was dazu führt, dass die Bauteile nicht oder nur sehr schwer recyclebar sind.In the known in the prior art method for producing fiber-reinforced plastics fibers in the form of short fibers, long fibers or continuous fibers are usually performed together with the plastic or a matrix material through an extruder, the fibers are often severely damaged and partially shortened. This often results in poor mechanical properties of the components. Furthermore, the solutions known in the prior art are sometimes only suitable for thermosets, which means that the components are not or only very difficult to recycle.
In der
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteileDESCRIPTION OF THE INVENTION: Problem, Solution, Advantages
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils derart weiter zu verbessern, dass der Umweg über ein Halbzeug vermieden werden kann und der Faserwerkstoff nicht oder so wenig wie möglich geschädigt wird, sodass das resultierende faserverstärkte Kunststoffbauteil gute mechanische Eigenschaften aufweist.The object of the present invention is to further improve a method for producing a fiber-reinforced plastic component such that the detour via a semifinished product can be avoided and the fiber material is not damaged or damaged as little as possible, so that the resulting fiber-reinforced plastic component has good mechanical properties.
Ferner liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein faserverstärktes Kunststoffbauteil mit guten mechanischen Eigenschaften vorzuschlagen, welches ohne den Umweg über ein Halbzeug hergestellt werden kann. Furthermore, the object of the present invention is to propose a fiber-reinforced plastic component with good mechanical properties, which can be made without the detour via a semi-finished product.
Erfindungsgemäß wird hierfür ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vorgeschlagen, wobei zwischen mindestens zwei flächig ausgebildeten Lagen mit einem Matrixwerkstoff mindestens ein Faserwerkstoff angeordnet wird. Der Matrixwerkstoff kann aus Duroplasten und/oder Thermoplasten bestehen oder diese aufweisen. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Matrixwerkstoff Thermoplaste aufweist oder daraus besteht. Der Faserwerkstoff kann Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramid-Fasern aufweisen oder daraus bestehen.According to the invention, a method for producing a fiber-reinforced plastic component is proposed for this purpose, wherein at least one fiber material is arranged between at least two flat layers with a matrix material. The matrix material may consist of thermosets and / or thermoplastics or have these. It is preferably provided that the matrix material comprises or consists of thermoplastics. The fiber material may comprise or consist of glass fibers, carbon fibers and / or aramid fibers.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte in der vorgegebenen Reihenfolge auf:
- a) Zuführen des Matrixwerkstoffs in eine Extrudervorrichtung; und
- b) Erwärmen des Matrixwerkstoffs innerhalb der Extrudervorrichtung bis über eine Schmelztemperatur des Matrixwerkstoffs; und
- c) Extrudieren des Matrixwerkstoffs durch Öffnungen, insbesondere durch Düsen, der Extrudervorrichtung, derart, dass die mindestens zwei Lagen mit dem Matrixwerkstoff flächig ausgebildet werden; und
- d) Anordnen des Faserwerkstoffs zwischen den mindestens zwei flächig ausgebildeten Lagen mit dem Matrixwerkstoff, wodurch eine flächige Formmasse aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet wird; und
- e) Zuschneiden der flächigen Formmasse in einzelne Formmassenteile; und
- f) Pressen der zugeschnittenen Formmassenteile, wobei diese in eine vorgegebene Form für das faserverstärkte Kunststoffbauteil gebracht werden.
- a) feeding the matrix material into an extruder device; and
- b) heating the matrix material within the extruder device to above a melting temperature of the matrix material; and
- c) extruding the matrix material through openings, in particular through nozzles, of the extruder device, such that the at least two layers are formed flat with the matrix material; and
- d) arranging the fiber material between the at least two planar layers with the matrix material, whereby a flat molding compound of fiber-reinforced plastic is formed; and
- e) cutting the sheet-like molding compound into individual molded parts; and
- f) pressing the cut molding mass parts, wherein these are brought into a predetermined shape for the fiber-reinforced plastic component.
Der vorbeschriebene Herstellungsprozess kann mit den Schritten a) bis d) als kontinuierlicher Prozess durchgeführt werden. Durch das Zuschneiden der flächigen Formmasse in Formmassenteile und das anschließende Pressen der zugeschnittenen Formmassenteile wird der kontinuierliche Prozess in einen diskontinuierlichen Prozess überführt. Die Extrudervorrichtung kann beispielsweise als Schneckenextruder bzw. Schneckenpresse ausgebildet sein. Bevorzugterweise ist die Extrudervorrichtung als Einschneckenextruder oder Doppelschneckenextruder ausgebildet. Als Extrudat werden der Extrudervorrichtung der Matrixwerkstoff und optional zusätzliche Additive zugeführt. In der Extrudervorrichtung wird das hinzugeführte Extrudat aufgeschmolzen und homogenisiert. Hierfür wird dem Matrixwerkstoff in der Extrudervorrichtung Wärme zugeführt.The above-described manufacturing process can be carried out with the steps a) to d) as a continuous process. By cutting the sheet-like molding compound into molded parts and then pressing the cut molding compound parts, the continuous process is converted into a discontinuous process. The extruder device can be designed, for example, as a screw extruder or screw extruder. Preferably, the extruder device is designed as a single-screw extruder or twin-screw extruder. As an extrudate, the extruder device, the matrix material and optional additional additives are supplied. In the extruder device, the added extrudate is melted and homogenized. For this purpose, heat is supplied to the matrix material in the extruder device.
Die Extrudervorrichtung weist mindestens zwei Öffnungen, insbesondere Düsen (zum Beispiel Breitschlitzdüsen) zum Hindurchdrücken bzw. Hindurchschieben des Matrixwerkstoffs auf. Dabei wird der Matrixwerkstoff extrudiert, derart, dass mindestens zwei Lagen mit dem Matrixwerkstoff flächig ausgebildet werden.The extruder device has at least two openings, in particular nozzles (for example slot dies) for pushing through or pushing through the matrix material. In this case, the matrix material is extruded, such that at least two layers are formed flat with the matrix material.
Bei dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um eine Art Direktverfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils. Der Umweg über ein Halbzeug, beispielsweise einen Glasmattenverstärkten Thermoplast (GMT) ist nicht notwendig. Dadurch, dass sämtliche Rohstoffe direkt in dem Herstellungsverfahren verarbeitet werden, können Kosten eingespart werden. Das Werkstoff-Know-how bleibt ebenfalls beim Hersteller, da dieser mit dem vorgeschlagenen Verfahren von Halbzeug-Herstellern unabhängig wird.In the method according to the invention described above is a kind of direct process for the production of a fiber-reinforced plastic component. The detour via a semi-finished product, for example a glass mat reinforced thermoplastic (GMT) is not necessary. The fact that all raw materials are processed directly in the manufacturing process, costs can be saved. The material know-how also remains with the manufacturer, as this becomes independent of semi-finished manufacturers with the proposed method.
Dadurch, dass der Faserwerkstoff nicht der Extrudervorrichtung zugeführt wird, sondern erst anschließend (nach dem Extrudieren des Matrixwerkstoffs) auf die flächig ausgebildeten Lagen mit dem extrudierten Matrixwerkstoff angeordnet wird, können lange Fasern erhalten bleiben, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften führt.Characterized in that the fiber material is not supplied to the extruder device, but only then (after the extrusion of the matrix material) is arranged on the sheet-formed layers with the extruded matrix material, long fibers can be obtained, resulting in improved mechanical properties.
Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren ist für die Großserienfertigung geeignet und kann in besonders bevorzugter Weise produktiv und sehr schnell durchgeführt werden. Des Weiteren ist die Verwendung von günstigen Thermoplasten, wie beispielsweise Polypropylen (PP), möglich, da chemische Aushärtereaktionen nicht abgewartet werden müssen. Des Weiteren ist die Recyclebarkeit der damit hergestellten faserverstärkten Kunststoffbauteile gewährleistet.The proposed manufacturing method is suitable for mass production and can be carried out in a particularly preferred productive and very fast. Furthermore, the use of low cost thermoplastics, such as polypropylene (PP), is possible because chemical curing reactions do not have to wait. Furthermore, the recyclability of the fiber-reinforced plastic components produced therewith is ensured.
In und/oder nach Schritt c) werden die einzelnen Lagen mit dem Matrixwerkstoff abschnittsweise beabstandet zueinander gefördert und in Schritt d) wird der Faserwerkstoff auf einer Oberfläche mindestens einer der Lagen angeordnet. Dabei werden die einzelnen Lagen in Schritt c) im Anschluss an die Extrudervorrichtung im Wesentlichen übereinander, aber beabstandet zueinander, befördert bzw. gefördert. Nach dem Anordnen des Faserwerkstoffs auf einer Oberfläche mindestens einer der Lagen werden die einzelnen Lagen aufeinander gelegt und dadurch der Faserwerkstoff zwischen den einzelnen Lagen angeordnet und fixiert.In and / or after step c), the individual layers are conveyed with the matrix material in sections spaced apart from one another, and in step d) the fiber material is arranged on a surface of at least one of the layers. In this case, the individual layers are in step c) following the extruder device substantially one above the other, but spaced apart, conveyed or promoted. After arranging the fiber material on a surface of at least one of the layers, the individual layers are placed one on top of the other, thereby arranging and fixing the fiber material between the individual layers.
Die Schritte a) bis d) können in besonders geeigneter Weise in einem kontinuierlichen Prozessablauf durchgeführt werden. The steps a) to d) can be carried out in a particularly suitable manner in a continuous process sequence.
Der Faserwerkstoff wird bevorzugterweise in Form von Langfasern und/oder Endlosfasern, insbesondere in Form von Rovings, zwischen den mindestens zwei flächig ausgebildeten Lagen mit dem Matrixwerkstoff angeordnet. Beispielsweise kann der Faserwerkstoff über eine Roving-Station mit einer Vielzahl von Roving-Rollen zugeführt werden.The fiber material is preferably arranged in the form of long fibers and / or continuous fibers, in particular in the form of rovings, between the at least two planar layers with the matrix material. For example, the fiber material can be supplied via a roving station with a plurality of roving rollers.
Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass in Schritt d) der Faserwerkstoff zusammen mit einem textilen Halbzeug, insbesondere einem Gewebe oder Gelege, zwischen den mindestens zwei flächig ausgebildeten Lagen mit dem Matrixwerkstoff angeordnet wird.Furthermore, it is preferably provided that in step d) of the fiber material together with a semi-finished textile, in particular a fabric or scrim, between the at least two planar layers is arranged with the matrix material.
Auch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass zwischen den Schritten e) und f) die zugeschnittenen Formmassen bzw. zugeschnittenen Formmassenteile in einem Ofen, insbesondere einem Durchlaufofen, zwischengelagert werden. Ab Schritt e) wird der vorher kontinuierlich durchgeführte Prozess in einen diskontinuierlichen Prozess übergeleitet. Um den kontinuierlichen Prozess bzw. die Verfahrensschritte a) bis d) möglichst unabhängig von den darauffolgenden Prozessschritten auszugestalten, können die zugeschnittenen Formmassenteile zwischengelagert bzw. in eine Warteposition gebracht werden.It is also preferably provided that between the steps e) and f) the cut molding compounds or cut molding mass parts are stored in an oven, in particular a continuous furnace. From step e), the previously continuously performed process is transferred to a discontinuous process. In order to design the continuous process or the process steps a) to d) as independently as possible from the subsequent process steps, the cut shaped mass parts can be stored or put into a waiting position.
Des Weiteren oder alternativerweise ist vorgesehen, dass eine Fördergeschwindigkeit des Matrixwerkstoffs durch die Extrudervorrichtung variabel ausgestaltet ist. Auch könnte die Geschwindigkeit einer Zufuhr des Faserwerkstoffs variabel ausgebildet sein. Des Weiteren könnte eine Fördergeschwindigkeit der mindestens zwei Lagen mit dem Matrixwerkstoff variabel sein. Durch das Vorsehen von variablen bzw. einstellbaren und veränderbaren Fördergeschwindigkeiten bzw. Zuführgeschwindigkeiten kann auf eine Zwischenlagerung bzw. Warteposition und einen Durchlaufofen verzichtet werden. Die Fördergeschwindigkeiten bzw. Zuführgeschwindigkeiten können der Geschwindigkeit der Presse und/oder der Anzahl der Pressen angepasst werden. Des Weiteren könnten die Fördergeschwindigkeiten bzw. Zuführgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der gewünschten Form des resultierenden faserverstärkten Kunststoffbauteils angepasst und verändert werden.Furthermore or alternatively, it is provided that a conveying speed of the matrix material is configured variably by the extruder device. Also, the speed of feeding the fiber material could be made variable. Furthermore, a conveying speed of the at least two layers with the matrix material could be variable. By providing variable or adjustable and variable conveying speeds or feed rates, an intermediate storage or waiting position and a continuous furnace can be dispensed with. The conveyor speeds or feed rates can be adapted to the speed of the press and / or the number of presses. Furthermore, the conveying speeds or feeding speeds could be adapted and changed depending on the desired shape of the resulting fiber-reinforced plastic component.
Bevorzugterweise ist ausschließlich in Schritt b) eine Wärmezufuhr vorgesehen. Hierunter ist zu verstehen, dass während des Herstellungsverfahrens lediglich dem Extrudat, insbesondere dem Matrixwerkstoff und den optional zusätzlich zugeführten Additiven, Wärme im Extruder zugeführt wird. Eine Wärmezufuhr an einer anderen Stelle bzw. während eines späteren Verfahrensschritts ist bevorzugterweise nicht vorgesehen. Somit wird ein mehrfaches Aufwärmen, wie es beispielsweise bei der Verwendung von Halbzeugen notwendig ist, vermieden. Dem Matrixwerkstoff wird in der Extrudervorrichtung Wärme zugeführt, sodass auf den extrudierten erwärmten Lagen mit dem Matrixwerkstoff außerhalb des Extruders der Faserwerkstoff angeordnet werden kann. Eine weitere Erwärmung der einzelnen Lagen außerhalb der Extrudervorrichtung bzw. eine Erwärmung der entstehenden Formmasse und der zugeschnittenen Formmassenteile ist vorzugsweise nicht vorgesehen.Preferably, a heat supply is provided only in step b). This is to be understood that during the production process, only the extrudate, in particular the matrix material and optionally additionally supplied additives, heat in the extruder is supplied. A heat supply to another location or during a later process step is preferably not provided. Thus, a multiple warm-up, as it is necessary, for example, when using semi-finished products, is avoided. Heat is applied to the matrix material in the extruder device so that the fiber material can be arranged on the extruded heated layers with the matrix material outside the extruder. Further heating of the individual layers outside the extruder device or heating of the resulting molding compound and the cut molding mass parts is preferably not provided.
Des Weiteren wird der Extrudervorrichtung bevorzugterweise kein Faserwerkstoff zugeführt. Besonders bevorzugterweise werden der Extrudervorrichtung keine Langfasern und keine Endlosfasern zugeführt. Somit werden Fasern in der Extrudervorrichtung nicht zerstört bzw. gekürzt, was zu besseren mechanischen Bauteileigenschaften führt. Es ist somit jedoch nicht ausgeschlossen, dass Fasern, insbesondere Kurzfasern, dem Matrixwerkstoff bereits in der Extrudervorrichtung zugeführt werden. Diese sind dann nur sehr kurz, werden aber eventuell für die Rippen benötigt, da dort keine Langfasern hineinströmen können (ohne einen Faserbruch).Im Sinne dieser Erfindung sind unter Kurzfasern Fasern mit einer Länge von bis zu 1 mm, unter Langfasern Fasern mit einer Länge zwischen 1 mm und 50 mm und Endlosfasern mit einer Länge von mehr als 50 mm zu verstehen.Furthermore, the extruder device is preferably not supplied with fiber material. Particularly preferably, the extruder device is fed no long fibers and no continuous fibers. Thus, fibers in the extruder device are not destroyed or shortened, which leads to better mechanical component properties. However, it is thus not excluded that fibers, in particular short fibers, are already supplied to the matrix material in the extruder device. These are then only very short, but may be needed for the ribs, as there no long fibers can flow in (without a fiber breakage). For the purposes of this invention are short fibers with a length of up to 1 mm, long fibers fibers with a length between 1 mm and 50 mm and continuous fibers with a length of more than 50 mm.
Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass in Schritt c) mehr als zwei Lagen mit dem Matrixwerkstoff flächig ausgebildet werden. Dabei wird insbesondere eine Oberseite und eine Unterseite der Formmasse jeweils durch eine Lage mit dem Matrixwerkstoff gebildet und der Faserwerkstoff ausschließlich zwischen einzelnen Lagen mit dem Matrixwerkstoff angeordnet. Die Oberseite und Unterseite der Formmasse besteht somit bevorzugterweise aus dem Matrixwerkstoff und nicht aus dem Faserwerkstoff. Hierdurch kann eine besonders günstige Bauteiloberflächenqualität erreicht werden.Furthermore, it is preferably provided that in step c) more than two layers are formed flat with the matrix material. In particular, an upper side and a lower side of the molding compound are each formed by a layer with the matrix material and the fiber material is arranged exclusively between individual layers with the matrix material. The top and bottom of the molding compound thus preferably consists of the matrix material and not of the fiber material. As a result, a particularly favorable component surface quality can be achieved.
Erfindungsgemäß ist ferner ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, aufweisend einen Matrixwerkstoff und einen Faserwerkstoff, vorgesehen. Das faserverstärkte Kunststoffbauteil wird nach einem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt.According to the invention, a fiber-reinforced plastic component, comprising a matrix material and a fiber material, is furthermore provided. The fiber-reinforced plastic component is produced by a method described above.
Der Matrixwerkstoff weist Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen-Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (PP-EPDM), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polystyrol (PS), Polyphthalamide (PPA), Polycarbonat (PC), Polyetheretherketon (PEEK), Thermoplastische PUR-Elastomere (PPU) und/oder Polyethersulfon (PES) auf oder besteht daraus. Besonders bevorzugt sind als Matrixwerkstoff thermoplastische Polyamide (PA) oder Polyester geeignet, die aus Lactam polymerisiert sind. Dabei kann eine lange Bearbeitungszeit bis nach dem Pressen sichergestellt werden, wenn das Lactam während der Bearbeitung unterhalb der Starttemperatur gehalten wird, bei der das Lactam beginnt zum Polyamid zu polymerisieren.The matrix material comprises polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polypropylene-ethylene-propylene-diene rubber (PP-EPDM), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polymethylmethacrylate (PMMA), styrene-acrylonitrile (SAN), polystyrene (PS), polyphthalamide (PPA), polycarbonate (PC), polyetheretherketone (PEEK), thermoplastic polyurethane elastomers (PPU) and / or polyethersulfone (PES) or consists thereof. Thermoplastic polyamides (PA) or polyesters which are polymerized from lactam are particularly preferably suitable as the matrix material. In this case, a long processing time can be ensured until after pressing, if the lactam is held during processing below the starting temperature at which the lactam begins to polymerize to the polyamide.
Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Faserwerkstoff Glasfasern, insbesondere basierend auf E-Glas, S-Glas und/oder Hohl-Glas, aufweist oder daraus besteht. Ferner könnte der Faserwerkstoff Kohlefasern, insbesondere Hochfest (HT), Zwischenmodul (IM), Hochmodul (HM), Ultrahochmodul (UHM), PYROFIL und/oder AKSACA, aufweisen oder daraus bestehen. Des Weiteren könnte der Faserwerkstoff Aramid-Fasern und/oder Naturfasern aufweisen oder daraus bestehen. Naturfasern könnten beispielsweise auf Kork, Flachs und/oder Sisal basieren.Furthermore, it is preferably provided that the fiber material comprises or consists of glass fibers, in particular based on E glass, S glass and / or hollow glass. Furthermore, the fiber material could comprise or consist of carbon fibers, in particular high-strength (HT), intermediate module (IM), high modulus (HM), ultra-high modulus (UHM), PYROFIL and / or AKSACA. Furthermore, the fiber material could comprise or consist of aramid fibers and / or natural fibers. Natural fibers could for example be based on cork, flax and / or sisal.
Besonders bevorzugterweise wird der Matrixwerkstoff einem Einschneckenextruder zugeführt. Die Zuführung des Faserwerkstoffs kann über Roving-Rollen vorgesehen sein, wobei der Faserwerkstoff in Form von Endlosfasern zwischen den einzelnen Lagen mit dem Matrixwerkstoff angeordnet wird. Als Matrixwerkstoff ist besonders bevorzugterweise Polypropylen (PP) und als Faserwerkstoff besonders bevorzugterweise Glasfaser (basierend auf S-Glas) vorgesehen. Der Faservolumenanteil des faserverstärkten Kunststoffbauteils beträgt besonders bevorzugterweise zwischen 40 % und 60 %.Particularly preferably, the matrix material is fed to a single-screw extruder. The supply of the fiber material may be provided by roving rollers, wherein the fiber material is arranged in the form of continuous fibers between the individual layers with the matrix material. Polypropylene (PP) is particularly preferred as the matrix material, and glass fiber (based on S glass) is particularly preferably provided as the fiber material. The fiber volume fraction of the fiber-reinforced plastic component is particularly preferably between 40% and 60%.
Figurenlistelist of figures
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example with reference to a preferred embodiment.
Es zeigt schematisch:
-
1 : den Verfahrensablauf zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile in einem Direktverfahren.
-
1 : the procedure for the production of fiber-reinforced plastic components in a direct process.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Die Extrudervorrichtung
In einer Zuschnitteinheit
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Faserverstärktes KunststoffbauteilFiber-reinforced plastic component
- 200200
- Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils Device for producing a fiber-reinforced plastic component
- 1010
- MatrixwerkstoffMatrix material
- 1111
- FaserwerkstoffFiber material
- 1212
- Erste Lage mit dem MatrixwerkstoffFirst layer with the matrix material
- 1313
- Zweite Lage mit dem MatrixwerkstoffSecond layer with the matrix material
- 1414
- Dritte Lage mit dem MatrixwerkstoffThird layer with the matrix material
- 1515
- Extrudervorrichtungextruder device
- 1616
- Formmassemolding compound
- 16a16a
- FormmassenteilMolding material part
- 1717
- Additiveadditives
- 1818
- Faserzuführeinheitfiber feeding
- 1919
- Zuschnitteinheitcutting unit
- 2020
- PressePress
Claims (9)
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-
2016
- 2016-01-18 DE DE102016200530.8A patent/DE102016200530B4/en active Active
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Also Published As
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