DE19614056A1

DE19614056A1 - Verfahren zur Herstellung fasserverstärkter Formteile

Info

Publication number: DE19614056A1
Application number: DE1996114056
Authority: DE
Inventors: Ludwig Jung
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-16

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein neues, kostengünstiges und technisch fortschrittliches Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen aus zum Beispiel UP-Harz-, Epoxy-Harz- oder PUR-Matrixmaterial und Verstärkungsmaterial, zum Beispiel mineralischen, synthetischen oder natürli chen Fasern.

Zur Herstellung faserverstärkter Formteile sind unterschiedliche Verfahren beschrieben worden:

Eine Gruppe solcher Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß Verstärkungs matten, -vliese oder ähnliches zur Anwendung gelangen. Dabei können Vorformlinge unter Verwendung wärmeverformbarer Textilglasendlosmatten hergestellt werden, die in die Form eingelegt werden. Dann wird das Matrixmaterial zu dem Verstärkungsmaterial (den Vorformlingen) in die offene oder geschlossene Form gegeben, und der Verbund aus Verstärkungs- und Matrixmaterial wird in der geschlossenen, aufgeheizten Werkzeugform ausgehärtet.

Man kann auch so vorgehen, daß das Matrixmaterial auf das Verstärkungs material aufgespritzt, aufgerakelt oder aufkalandriert wird, daß das mit Matrixmaterial imprägnierte Verstärkungsmaterial in die Form eingelegt wird, und daß der Verbund aus Verstärkungs- und Matrixmaterial in der geschlos senen, beheizten Werkzeugform ausgehärtet wird.

Diese Verfahren sind jedoch unter dem wirtschaftlichen Aspekt ungünstig. Man hat daher die Verwendung von Rovings vorgeschlagen. Die Verwen dung von Rovings kann nach verschiedenen Methoden erfolgen:

Gemäß den Faserspritzverfahren, zum Beispiel der P-4-Technik von OCF, werden Vorformlinge hergestellt, und Roving wird geschnitten oder als Endlosroving im Vakuum auf einem in Formteilkontur ausgebildeten Loch blech abgelegt und mit thermoplastischem oder duroplastischem Binder bespritzt. Der Binder verbindet die einzelnen Rovingstränge entweder durch Aufschmelzen und anschließendes Abkühlen, wenn es sich um thermoplasti sche Binder handelt, oder durch Aushärten unter Wärmezufuhr, wenn es sich um einen duroplastischen Binder handelt. Der Vorformling wird in die Form eingelegt. Das Matrixmaterial wird in die offene oder die geschlossene Form gebracht, und der Verbund aus Verstärkungs- und Matrixmaterial wird im geschlossenen, aufgeheizten Werkzeug ausgehärtet.

Gemäß dem sogenannten LFI-Verfahren (long fiber injection process, Krauss Maffei) werden das Verstärkungsmaterial sowie das Matrixmaterial in einem speziellen Mischkopf dosiert. Faserlänge, Faser- und Matrixvolumenstrom sind variabel einstellbar. Das Verstärkungs- und das Matrixmaterial werden in die offene Form eingefüllt. Der Verbund aus Verstärkungs- und Matrix material wird im geschlossenen, aufgeheizten Werkzeug ausgehärtet.

Bezogen auf die Rohstoffkosten sind diejenigen Verfahren, bei denen die Verstärkungsmaterialien als Rovings verwendet werden, grundsätzlich deutlich kostengünstiger gegenüber denjenigen Verfahren, bei denen Matten, Vliese oder ähnliches zur Anwendung gelangen. Diese Verfahren, bei denen Ro vings zum Einsatz gelangen, zeigen aber den Nachteil, daß entweder a) beim Faserspritzverfahren zunächst ein Vorformling hergestellt werden muß, was zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich macht, oder b) beim LFI-Verfahren fast nur flächige Bauteile herstellbar sind. Bauteile mit "senkrechten Wän den" sind nicht herstellbar, da beim Einbringen des Verstärkungs- und Matrixmaterials die Mischung zur tiefsten Stelle in der Form hin fließt beziehungsweise fällt, so daß entweder kein oder zu wenig Verstärkungs material in den kritischen Bereichen vorhanden ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe, nämlich der Bereitstellung eines ein fachen Verfahrens zum Herstellen faserverstärkter Formteile, das zugleich die Herstellung komplexer Bauteile erlaubt, wird dadurch erreicht, daß das Verstärkungs- und das Matrixmaterial zunächst auf eine ebene Bahn aus gespannter Folie, Vlies oder Dekormaterial usw. aufgebracht wird, die anschließend in eine Werkzeughälfte bzw. ein geöffnetes Werkzeug eingelegt und verformt wird.

Erfindungsgemäß wird also bereitgestellt ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Formteile aus Matrix- und Verstärkungsmaterial durch Form gebung in Formwerkzeugen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Mischung aus Matrix- und Verstärkungsmaterial auf eine im wesentlichen ebene Bahn aus gespannter Folie, Vlies, Dekormaterial usw. aufbringt und die Bahn mit der aufgebrachten Mischung spätestens vor dem Schließen des Formwerkzeuges in eine Position unmittelbar über den unteren Teil des geöffneten Formwerkzeuges bzw. über eine Werkzeughälfte bringt.

Die Bahn-Unterlage kann sich während der Aufbringung des Materials unmittelbar über einer geöffneten Form oder außerhalb eines Formwerkzeugs befinden. Spätestens vor dem Schließen der Form muß die Bahn mit der aufgetragenen Mischung aus Verstärkungs- und Matrixmaterial über die eine, in der Regel untere, Formhälfte beziehungsweise das untere Formteil trans portiert werden. Anschließend wird das Werkzeug geschlossen, wobei die Bahn mit der aufgetragenen Mischung, ähnlich wie bei einem Tiefziehpro zeß, verformt und das Formteil ausgehärtet wird.

Bei besonders komplexen Bauteilen ist es ratsam, zusätzlich eine zweite Bahn zu verwenden, die auf das auf einer ersten Bahn aufgetragene Matrix material aufgebracht wird, so daß die Mischung aus Verstärkungs- und Matrixmaterial vor dem Schließen des Werkzeugs zwischen einer oberen und einer unteren Bahn eingebettet ist.

Die Mischungen aus Matrix- und Verstärkungsmaterial lassen sich nach dem Faserspritz-, dem LFI- oder ähnlichen Verfahren aufbringen. Dabei lassen sich der Fasergehalt sowie die Volumenströme des Verstärkungs- und Ma trixmaterials örtlich gezielt und unabhängig voneinander variieren. Als Verstärkungsfasern sind unter anderem mineralische Fasern, vorzugsweise Glas oder Steinwolle, synthetische Fasern, vorzugsweise Polyethylen oder Aramid, oder natürliche Fasern, vorzugsweise Flachs, Sisal oder Jute, geeignet. Ihre Länge ist nicht beschränkt, es können auch Endlosbahnen verwendet werden. Als Matrixmaterial können Reaktionskunststoffe, wie PUR, Epoxy-, UP- (ungesättigte Polyesterharze), Phenolharze oder ähnliche verwendet werden. Die Dichte des Matrixmaterials beträgt vorzugsweise 5 bis 1200 kg/m³. Die Bahn, welche die Mischung aus Matrix- und Ver stärkungsmaterial aufnimmt, muß verformbar (quasi tiefziehfähig) sein. Sie besteht vorzugsweise aus einem Vlies (Glas, Textil usw.), einer Folie oder Papier. Die Bahnen sind entweder Endlosbahnen (von der Rolle) oder vor gefertigte Bahnstücke.

BEISPIELE Vergleichsbeispiel 1 Herstellung von Kellerlichtschächten aus glasfaserverstärktem Polyurethan- Schaum

In ein geöffnetes Formwerkzeug für einen Kellerlichtschacht (U-förmiger Querschnitt; U-Schenkelhöhe 300 mm) wurden mit Hilfe des LFI-Verfahrens 10 kg eines Gemisches aus geschnittenen Glasfaserrovings der Länge 100 mm und einem üblichen Polyurethan Hartschaumsystem eingebracht. Der Glasgehalt betrug 40 Gew.-%.

System
Komponente A
71,65% trifunktionelles Polyetherol
21 ,0% Ethylhexylepoxystearat
4,2% kurzkettiges Triol
2,1% Katalysator
0,35% Siliconstabilisator
0,7% Wasser

Komponente B
Roh-MDI

Mischungsverhältnis: 100 : 125 (A : B).

Nach dem Einbringen der oben genannten Mischung wurde das beheizte (50°C) Werkzeug geschlossen. Nach 3 Minuten wurde das Formteil entnom men.

Da die Mischung aus Glasfasern und PUR-Hartschaum infolge der Schwer kraft nicht an den senkrechten U-Schenkeln haftet und deshalb zu den tiefsten Stellen des Werkzeuges hin fließt beziehungsweise fällt, ist der Glasgehalt örtlich sehr verschieden. Im Bereich der U-Schenkel geht er gegen 0, so daß in diesen Bereichen die geforderten Festigkeiten nicht realisierbar sind.

Vergleichsbeispiel 2 Herstellung von Kellerlichtschächten aus glasfaserverstärktem Polyurethan schaum

Mit Hilfe des Faserspritzverfahrens wurde zunächst ein Glasvorformling (Gewicht 4 kg) hergestellt, dieser in das Kellerlichtschachtwerkzeug eingelegt und auf den Vorformling 6 kg PUR-Hartschaum (System siehe Beispiel 1) in der offenen Form aufgetragen. Nach Schließen der beheizten Form (50°C) und 3 Minuten Verweil-/Aushärtezeit wurde die Form geöffnet und das Formteil entnommen. Das erhaltene Formteil wies zwar hinreichende Festigkeit auf, die Herstellung ist aber durch die zusätzliche Herstellung des Vorformlings aufwendig.

Erfindungsgemäßes Beispiel Herstellung von Kellerlichtschächten aus glasfaserverstärktem Polyurethan schaum

Auf einem gespannten Glasvlies (Flächengewicht < 100 g/m²) wurden mit Hilfe des LFI-Verfahrens 10 kg einer Mischung aus Glasfasern (Faserlänge 10 cm) und PUR-Hartschaum (System siehe Beispiel 1) gleichmäßig verteilt. Der Glasgehalt betrug 40 Gew.-% (= 4 kg). Das gespannte Glasvlies befand sich dabei über der geöffneten, unteren Hälfte des Kellerlichtschacht werkzeuges. Nach erfolgtem Auftrag des o.g. Gemisches wurde ein zweites gespanntes Glasvlies, das mit dem ersten (unteren) Glasvlies identisch war, auf das mit Gemisch beladene erste Glasvlies gebracht. Dieses Sandwich wurde in das auf 50°C beheizte Werkzeug gebracht und verformt. Nach 3 Minuten wurde das Formteil entnommen. Das erhaltene Teil zeigte eine gleichmäßige Glasverteilung auch in den Bereichen der senkrechten U-förmi gen Schenkel und sehr hohe Festigkeiten, sowie sehr gute Oberflächenquali tät.

Auf einfache Weise lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit stabile faserverstärkte Formteile herstellen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Formteile aus Matrix- und Verstärkungsmaterial durch Formgebung in Formwerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus Matrix- und Verstärkungs material auf eine ebene, in einem Formwerkzeug verformbare Bahn, vorzugsweise einer Bahn aus gespannter Folie, Vlies oder Dekormaterial aufbringt und die Bahn mit der aufgebrachten Mischung in ein Form werkzeug einbringt und darin zu dem Formteil verformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus Matrix- und Verstärkungsmaterial nach dem LFI-Ver fahren, dem Faserspritzverfahren oder einem ähnlichen Verfahren auf bringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial aus Fasern mineralischen, insbesondere Glas oder Steinwolle, synthetischen, insbesondere Polyethylen oder Aramid, oder natürlichen, insbesondere Flachs, Sisal oder Jute, Ursprungs besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mindestens 1 mm lang sind und vorzugsweise Längen zwischen 20 und 100 mm aufweisen oder als Endlosfasern vorliegen.

5. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial ein Reaktionskunststoff, insbesondere Polyur ethan, Epoxy-, UP-, Phenolharz ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial eine Dichte von 5 bis 1200 kg/m³ aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Aufbringen der Mischung auf die Bahn eine weitere Bahn auf die Mischung aufbringt und das Sandwich Bahn-Mischung- Bahn in das Formwerkzeug einbringt und verformt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bahn eine Endlosbahn oder einen oder mehrere vorgefer tigte Bahnabschnitte verwendet.