DE10258630A1 - Long fiber reinforced thermoplastic component manufacture involves placing fiber preform in tool cavity, introduction of fluid plastic into the open tool and then tool closure of tool - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung langfaserverstärkter thermoplastischer Bauteile, insbesondere zur Herstellung von Kunststoffbauteilen zur Verwendung in Automobilen, wobei eine flächige Struktur bestehend aus Langfasern mit einem thermoplastischen Kunststoff in einem Formgebungsschritt zusammengebracht wird. Derartige Verfahren dienen zur Herstellung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen mit komplexen, unterschiedlichen Formen, wobei in der Regel eine insgesamt flächige Bauteilgeometrie aus dem Thermoplast unter Verstärkung mittels einer Struktur aus Langfasern geformt wird. Unter Langfaserstruktur wird vorliegend jede Verwendung von faserartigen Verbindungen oder Gelegen verstanden, die zur Verstärkung, das heißt zur lokalen oder vollständigen Versteifung eines Bauteils, mit dem thermoplastischen Kunststoff zusammen verarbeitet werden. Die Verwendung von Kunststoff-Verbundwerkstoffen hat Vorteile hinsichtlich des Gewichts bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften.The invention relates to a method for the production of long fiber reinforced thermoplastic components, in particular for the production of plastic components for use in automobiles, wherein a flat structure consisting of Long fibers with a thermoplastic in a molding step is brought together. Such methods are used for production of components made of composite materials with complex, different Shapes, which as a rule, a total area of component geometry the thermoplastic under reinforcement is formed by a structure of long fibers. Under long fiber structure In the present case, any use of fibrous compounds or To be understood, that is to reinforce, that means to the local or complete Stiffening of a component, combined with the thermoplastic are processed. The use of plastic composites has advantages in terms of weight with good mechanical properties Characteristics.
Langfaserstrukturen werden bisher bei klassischen Verarbeitungsverfahren für duroplastische Faserverbundkunststoffe, wie z. B. Pressen eingesetzt. Im Bereich des Pressens finden auch Glasmatten verstärkte Thermoplaste (GMT) Anwendung. Bei diesen bekannten Verfahren, wo mit thermoplastischen Kunststoffmaterial imprägnierte Fasermatten verpresst werden besteht das Problem einer schlechten Reproduzierbarkeit der Bauteile und insbesondere ihrer Oberflächenstruktur. Des Weiteren ist es bei diesen bekannten Verfahren schwierig, die Verfahrensschritte zu kontrollieren und eine gleichmäßige Prozessführung mit gleichbleibend qualitativen Produktergebnissen zu realisieren. Die Schwierigkeiten in der Verfahrenssteuerung liegen vor allem darin, dass zunächst die imprägnierten Fasermatten zugeschnitten werden müssen, sodann aufgeheizt bzw. aufgeschmolzen werden müssen und anschließend in einem kalten Formwerkzeug positioniert und fixiert werden müssen, um in einem Pressvorgang in die endgültige Form gebracht zu werden. Anschließend muss das geformte Bauteil noch abgekühlt werden.Long fiber structures are so far in classical processing methods for thermosetting fiber reinforced plastics, such as B. presses used. In the field of pressing also find Reinforced glass mats Thermoplastics (GMT) application. In these known methods, where Pressed with thermoplastic material impregnated fiber mats the problem is a poor reproducibility of the components and in particular their surface structure. Furthermore, it is difficult in these known methods, the Process steps to control and a uniform process management with to realize consistently qualitative product results. The Difficulties in the process control are mainly that first the impregnated ones Fiber mats must be cut, then heated or melted Need to become and then in a cold mold must be positioned and fixed to in a pressing process in the final form to be brought. Then must the molded part still cooled become.
Bei diesen Verfahren, in denen mit thermoplastischen Kunststoff imprägnierte Fasermatten oder dergleichen verpresst werden, besteht insbesondere das Problem einer schlechten Oberflächenqualität. Die Reproduzierbarkeit ist ebenso problematisch, da durch die aufwändige Vorbereitung der Formmassen vor dem eigentlichen Formgebungsprozess gleichbleibende Bauteileigenschaften schwierig zu realisieren sind.In these procedures, in which with thermoplastic plastic impregnated fiber mats or the like In particular, there is the problem of a bad one Surface quality. The reproducibility is just as problematic as the elaborate preparation of the molding compounds consistent component properties difficult before the actual molding process to be realized.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber zur Aufgabe, faserverstärkte thermoplastische Bauteile herstellen zu können, die in ihrer Form und Oberflächenbeschaffenheit bei im Wesentlichen gleichbleibender Qualität in Serienfertigung auch in hoher Stückzahl herstellbar sind. Das Verfahren soll die Herstellung komplex geformter, jedoch in ihrer Steifigkeit und Festigkeit beeinflussbarer Bauteile ermöglichen, ohne aufwändige Vorkehrungen.In contrast, the process according to the invention has to Task, fiber reinforced To be able to produce thermoplastic components in their shape and surface finish with substantially constant quality in mass production also in high quantity can be produced. The method is intended to produce complex shaped, but in their rigidity and strength influenceable components enable, without elaborate Precautions.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Schritten des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is performed by a procedure according to the steps of claim 1. Advantageous embodiments and developments are the subject the dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Herstellung von langfaserverstärkten thermoplastischen Bauteilen eine Faserstruktur, das heißt ein Gelege oder Gewirke von verbundenen Fasern, in einer Kavität eines mindestens zweiteiligen Formwerkzeuges positioniert und anschließend im Wesentlichen ohne hohen Druck ein flüssiges thermoplastisches Kunststoffmaterial bei teilgeöffnetem Formwerkzeug in die Kavität eingebracht. Anschließend wird durch Zusammendrücken der Formhälften des Formwerkzeuges eine im Wesentlichen gleichmäßige Druckbeaufschlagung zur Verbindung und Formgebung der Fasermatte und des Kunststoffes zur Herstellung eines Bauteils erreicht. Unter Zusammendrücken wird vorliegend ein leichtes Drücken bzw. Prägen verstanden, sodass unter Verdrängung von Kunststoffmaterial die letztendliche Formgebung realisiert werden kann.According to the present invention is used to produce long fiber reinforced thermoplastic components a fiber structure, that is a scrim or knitted fabric of connected fibers, in a cavity of one positioned at least two-part mold and then in Essentially without high pressure a liquid thermoplastic material at partially opened Mold in the cavity brought in. Subsequently is by squeezing the mold halves the mold a substantially uniform pressurization to Connection and shaping of the fiber mat and the plastic for Production of a component achieved. Under compression is present a light push or embossing understood, so under repression of plastic material the final shaping can be realized.
Entweder wird die Faserverstärkung, das heißt die Matte oder das Gelege von Verstärkungsfasern, hierbei lediglich benetzt oder sie wird vollständig von dem Kunststoff durchdrungen, das heißt getränkt. Hierdurch können mit größtmöglicher Reproduzierbarkeit komplexe, flächige Bauteile hergestellt werden, die gegenüber zum Beispiel metallischen Bauteilen relativ leicht sind. Die mechanischen Eigenschaften, das heißt insbesondere die Druck-, Zug- oder Verformungsfestigkeit, können auf einfache Weise durch eine entsprechende Orientierung der Verstärkungsfaser oder ihrer Positionierung in dem thermoplastischen Kunststoff gesteuert werden. Es ist hierdurch möglich, Bauteile mit lokal oder insgesamt entsprechend von häufigen Belastungsfällen optimierten Verstärkungen zu versehen. Die derart unter Verwendung von Verstärkungsfasern hergestellten Bauteile können zudem einfach wieder verwertet werden. Die Bauteilduktilität ist aufgrund der thermoplastischen Matrix im Vergleich zu bisher bekannten faserverstärkten duroplastischen Kunststoffbauteilen verbessert. Es können Verbindungen mit anderen Bauteilen hergestellt werden. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von reproduzierbaren Bauteilen auf einfache Weise, ohne dass Bearbeitungsschritte im Nachgang einer Formgebung zur Fertigstellung des Teils erforderlich wären. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise in einem automatisierten Herstellungsprozess bzw. einer Serienfertigung durchgeführt werden. Die Bauteilekosten lassen sich auf diese Weise erheblich reduzieren.Either the fiber reinforcement, that is the mat or the scrim of reinforcing fibers, this only wetted or it is completely penetrated by the plastic, that is soaked. As a result, complex, flat components can be produced with the greatest possible reproducibility, which are relatively easy compared to, for example, metallic components. The mechanical properties, ie in particular the compressive, tensile or deformation resistance, can be controlled in a simple manner by a corresponding orientation of the reinforcing fiber or its positioning in the thermoplastic. It is thus possible to provide components with locally or in total according to amplified by frequent load cases reinforcements. The components thus produced using reinforcing fibers can also be easily recycled. The component inductance is improved due to the thermoplastic matrix in comparison to previously known fiber-reinforced thermosetting plastic components. It can be made connections with other components. The method makes it possible to produce reproducible components in a simple manner, without requiring post-shaping processing steps to complete the part. That's invented The method according to the invention can advantageously be carried out in an automated production process or a series production. The component costs can be significantly reduced in this way.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Prägevorgang, das heißt das gleichmäßige Zusammendrücken der Formhälften zur endgültigen Formgebung des Bauteils und gegebenenfalls der Vorgang des Einspritzens von flüssigem Kunststoff mehrmals wiederholt. Auf diese Weise kann eine bessere Oberflächenqualität von Bauteilen realisiert werden. Die mehrfache Prägung kann hierbei mit demselben Matrixmaterial oder mit einem anderen Matrixmaterial erzielt werden. Somit können Bauteile mit hoher Oberflächenqualität hergestellt werden, ohne dass eine zusätzliche Bearbeitung oder Beschichtung des Verbundmaterials vonnöten wäre.According to an advantageous embodiment invention is the embossing process, this means the even compression of the Mold halves for final Shaping of the component and optionally the process of injection from liquid Repeated plastic several times. That way, a better one Surface quality of components will be realized. The multiple embossing can hereby with the same Matrix material or be achieved with another matrix material. Thus, components can manufactured with high surface quality, without an extra Processing or coating of the composite material would be needed.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Faserstruktur in der Kavität eines mehrteiligen Formwerkzeuges mit Fixiermitteln befestigt. Dadurch wird vermieden, dass die Faserstruktur beim anschließenden Zusammenbringen mit flüssigem Kunststoffmaterial verrutscht. Die Faser kann gezielt beispielsweise an der späteren Außenseite des Bauteils zur Bildung einer äußeren Oberfläche desselben angeordnet werden.According to an advantageous embodiment the invention, the fiber structure in the cavity of a multi-part Forming tool attached with fixatives. This avoids that the fiber structure during subsequent contacting with liquid plastic material slip. The fiber can be targeted, for example, on the later outer side the component for forming an outer surface thereof to be ordered.
Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung werden mehrere Lagen einer flächigen Faserstruktur zur Herstellung faserverstärkter, thermoplastischer Bauteile verwendet. Auf diese Weise können auch hochfeste Bauteile durch Verwenden ein und derselben Faserverstärkungsstruktur hergestellt werden, indem beispielsweise bereichsweise mehrere Lagen übereinandergeschichtet werden.According to an advantageous aspect of Invention are multiple layers of a flat fiber structure for the production fiber-reinforced, used thermoplastic components. That way too high strength components by using one and the same fiber reinforcement structure can be prepared by, for example, several layers stacked in areas become.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Faserstruktur verwendet, welche beim Zusammenbringen mit flüssigem thermoplastischen Kunststoff im Wesentlichen vollständig von diesem durchdrungen wird. Die Faserdichte und/oder -stärke wird hierbei so gewählt, dass flüssi ger Kunststoff die Faserstruktur vollständig durchdringen kann. Durch eine derart getränkte Faserstruktur wird die Verbindung zwischen den Werkstoffen verbessert und die Materialhomogenität erhöht.After a further advantageous Embodiment of the invention, a fiber structure is used, which when combined with liquid thermoplastic Plastic essentially completely penetrated by this becomes. The fiber density and / or strength is chosen here so that flüssi ger plastic completely penetrate the fiber structure can. So impregnated Fiber structure improves the bond between the materials and the material homogeneity elevated.
Nach einem hierzu alternativen Aspekt der Erfindung wird eine entsprechend dichte Faserstruktur verwendet, welche mindestens teilweise von thermoplastischem Kunststoff eingebettet wird, ohne jedoch von diesem vollständig durchdrungen zu werden. Die Faserstruktur kann hierbei von dem flüssigen Kunststoff verdrängt werden und liegt beispielsweise an einer Wand einer Werkzeughälfte derart an, dass sie anschließend eine Außenhaut des Bauteils bildet.After an alternative aspect the invention uses a corresponding dense fiber structure, which at least partially embedded by thermoplastic material but without being completely permeated by it. The fiber structure can be displaced by the liquid plastic and is for example on a wall of a tool half in such a way that she subsequently an outer skin of the component forms.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Faserstruktur so in dem Formgebungswerkzeug positioniert, dass sie eine Oberfläche des zu formenden Bauteils bildet. Somit können beispielsweise Bauteile mit auf einer Seite hochqualitativer Oberfläche aufgrund des Kunststoffmaterials gebildet werden, wohingegen die rückwärtige Seite der Bauteile den faserverstärkten und in seiner Oberfläche ungleichmäßigen Teil aufweist.According to an advantageous embodiment According to the invention, the fiber structure becomes so in the forming tool positioned to form a surface of the component to be molded forms. Thus, for example Components with high-quality surface on one side due to the plastic material are formed, whereas the rear side of the Components the fiber reinforced and in its surface uneven part having.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden eine oder mehrere faserfreie Fügeflächen vorgesehen, die zur späteren Verbindung mit anderen Bauteilen dienen. Die faserfreien Fügeflächen haben den Vorteil, dass beispielsweise durch Kunststoffschweißen eine leichte Verbindung mit anderen Kunststoffteilen erfolgen kann.According to an advantageous embodiment The invention provides one or more fiber-free joining surfaces. the later Serve connection with other components. The fiber-free joining surfaces have the advantage that, for example, by plastic welding a easy connection with other plastic parts can be done.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die mechanischen Eigenschaften des Bauteils gezielt lokal beeinflusst durch Verwenden unterschiedlicher Arten und Schichten von Fasermaterial innerhalb eines zu bildenden Bauteils. Die Variationsmöglichkeiten in der konstruktiven Ausgestaltung und den mechanischen Eigenschaften von Bauteilen sind so vergrößert.According to an advantageous embodiment The invention relates to the mechanical properties of the component targeted locally influenced by using different types and layers of fiber material within a component to be formed. The variations in the structural design and the mechanical properties of Components are so enlarged.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Faserstruktur ein Gelege, ein Gewirk oder ein Geflecht von Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramid- Polyamid- und oder von Polyesterfasern verwendet.According to an advantageous embodiment The invention is a fiber structure, a scrim, a knit or a network of glass fibers, carbon fibers, aramide-polyamide and or of polyester fibers.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.Further advantages and features of Invention can be found in the following description, in which the invention with reference to the illustrated in the accompanying drawings embodiment described in more detail and explained is.
In den
Eine faserartige Struktur
A fibrous structure
In einem zweiten Verfahrensschritt,
der in den
Nach dem Einbringen von flüssigem Kunststoff
Sämtliche in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl ein zeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and the drawings illustrated features can both a single and in any combination with each other essential to the invention.
Claims (10)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |