DE19647071A1 - Long fibre, especially glass fibre, reinforced thermoplastic product manufacture - Google Patents
Long fibre, especially glass fibre, reinforced thermoplastic product manufactureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem langfa serverstärkten, vorzugsweise glasfaserverstärkten Thermoplast nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a molded part from a Langfa server-strengthened, preferably glass-fiber reinforced thermoplastic according to the generic term of claim 1.
Langfaserverstärkte Thermoplaste werden in zunehmendem Umfang für die verschie densten Anwendungsfälle verwendet. Diese sind z. B. LKW-Einstiege, Kotflügel, Stoßfänger, Montageträger, Außenhautbauteile oder Innenverkleidungen für Kraft fahrzeuge, Leuchtengehäuse und Schaltschränke für die Elektroindustrie und Ventila torenverkleidungen oder Schrankseitenteile für den Getränke-Apparatebau, um nur einige zu nennen.Long fiber reinforced thermoplastics are increasingly used for the various most use cases. These are e.g. B. truck entrances, fenders, Bumpers, mounting brackets, skin components or inner panels for power vehicles, luminaire housings and control cabinets for the electrical industry and Ventila door cladding or cabinet side parts for beverage apparatus construction, only to name a few.
Seit einiger Zeit ist es bekannt, daß langfaserverstärkte Thermoplaste ihren bei der Formteilherstellung unter Druck verdichteten und eingefrorenen Materialquerschnitt durch Wiedererwärmung oberhalb der Schmelztemperatur des Thermoplasts verän dern. Dies kommt daher, daß bei Erwärmung der thermoplastischen Matrix über die Schmelztemperatur sich die unter Druck zwangsweise gebogenen Langfasern durch die in ihnen vorhandenen Rückstellkräfte wieder aufzurichten versuchen. Die mit der thermoplastischen Matrix benetzten Langfasern verbinden und fixieren diese luftige Faserstruktur untereinander beim anschließenden Abkühlen unter die Schmelztempe ratur.It has been known for some time that long fiber reinforced thermoplastics are used in the Molding production under pressure compressed and frozen material cross section by reheating above the melting temperature of the thermoplastic other. This is because when the thermoplastic matrix is heated, the Melting temperature, the long fibers forced under pressure try to restore the restoring forces in them. The one with the Thermoplastic matrix wetted long fibers connect and fix these airy Fiber structure with each other during the subsequent cooling below the melting temperature maturity.
Diese eingefrorene luftige Faserstruktur hat gute Geräuschdämpfungseigenschaften, die vergleichbar einem auf PUR-Basis hergestellten Schaumstoff zur Geräuschab sorption sind. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, Geräuschabschirmungen aus ei nem einzigen Werkstoff und in einem Arbeitsgang herzustellen. Neben den Kosten vorteilen für die Herstellung einer Geräuschabschirmung sind die Formteile problem los recycelbar, da sie aus einem einheitlichen Werkstoff bestehen. This frozen airy fiber structure has good noise damping properties, which is comparable to a foam based on PUR for noise reduction sorption are. This offers the possibility of making noise shields from egg one material and in one operation. In addition to the cost Advantages for the production of a noise shield are the molded parts problem ready to be recycled as they are made of a uniform material.
Der Verfahrensablauf nach dem Stand der Technik sieht folgendermaßen aus:
Der langfaserverstärkte Thermoplast wird über die Matrixschmelztemperatur erwärmt
und in einem Werkzeug durch Form- oder Fließpressen verformt. Die Werkzeugtem
peraturen liegen im Oberwerkzeug über der Matrixschmelztemperatur und im Unter
werkzeug unter der Matrixschmelztemperatur. Entsprechend der gewünschten einzu
frierenden konsolidierten Wanddicke wird das Werkzeug über einen bestimmten Zeit
raum geschlossen gehalten. Beim Öffnen, d. h. Entlasten des Werkstoffes, entsteht in
der noch heißen Matrix durch das Rückstellvermögen der Glasfasern eine luftige Fa
serstruktur.The process flow according to the prior art looks as follows:
The long fiber reinforced thermoplastic is heated above the matrix melting temperature and shaped in a mold by compression molding or extrusion. The tool temperatures are above the matrix melting temperature in the upper tool and below the matrix melting temperature in the lower tool. Depending on the desired consolidated wall thickness to be frozen, the tool is kept closed for a certain period of time. When opening, ie relieving the load on the material, the resilience of the glass fibers creates an airy fiber structure in the still hot matrix.
Das Abkühlen der luftigen Faserstruktur erfolgt aufgrund der schlechten Wärmeleitfä higkeit sehr langsam und kann sich über mehrere Minuten erstrecken. Folge der lang samen Abkühlung ist das Einsetzen der Oxidation der Matrix durch den vorhandenen Luftsauerstoff. Der Oxidationsvorgang, der unter exothermer Wärmeentwicklung statt findet, kann sich bis zur Selbstentzündung der Matrix hochschaukeln.The airy fiber structure cools down due to the poor thermal conductivity ability is very slow and can take several minutes. Follow the long seed cooling is the onset of oxidation of the matrix by the existing one Atmospheric oxygen. The oxidation process that takes place under exothermic heat finds, can rock up to the self-ignition of the matrix.
Um die Oxidation der Matrix zu vermeiden und kurze Zykluszeiten zu ermöglichen, wurden verschiedene Abkühlmethoden bewertet. Das Abkühlen im Wasserbad schei det wegen der offenen Faserstruktur aus, da Wasser anschließend mit großem Auf wand wieder entfernt werden müßte. Eine alternative Kühlmethode mußte gefunden werden.To avoid oxidation of the matrix and to enable short cycle times, different cooling methods were evaluated. Cool down in a water bath det because of the open fiber structure, because water then with a big open wall would have to be removed again. An alternative cooling method had to be found will.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß nach dem Abheben des Oberteils vom Unterteil in die noch heiße Matrix flüssiger Stickstoff injiziert wird, d. h. nach der Verformung des Compounds öffnet das Werkzeug und die Glasfasern bzw. Langfa sern stellen sich auf. In diese noch heiße Matrix wird flüssiger Stickstoff injiziert. Der flüssige Stickstoff geht dabei in den gasförmigen Zustand über und vergrößert sein Volumen um das 1056-fache. Die Volumenvergrößerung wird auch zur Unterstützung des Rückstellvermögens der Glasfasern miteingesetzt. Die tiefen Temperaturen des flüssigen Stickstoffs (- 195,8°C) werden für die Abkühlung der Matrix genutzt. According to the invention this is achieved in that after lifting off the upper part liquid nitrogen is injected from the lower part into the still hot matrix, d. H. after Deformation of the compound opens the tool and the glass fibers or Langfa line up. Liquid nitrogen is injected into this still hot matrix. Of the liquid nitrogen changes to the gaseous state and can be enlarged Volume 1056 times. The volume increase is also used as a support of the resilience of the glass fibers. The low temperatures of the liquid nitrogen (- 195.8 ° C) are used to cool the matrix.
In bevorzugter Ausführungsform wird zwischen die geöffneten Werkzeughälften eine Form- und Abkühlvorrichtung eingebracht, die Zufuhrdüsen zum Einleiten des flüssi gen Stickstoffs und Ableitdüsen zum Abführen des eingeleiteten Stickstoffs aufweist.In a preferred embodiment, a is between the opened tool halves Forming and cooling device introduced, the feed nozzles for introducing the liquid gene nitrogen and discharge nozzles for discharging the introduced nitrogen.
Mit dieser Form- und Abkühlvorrichtung wird das Formteil sowohl geformt, als auch die Abkühlzeit der flüssigen Matrix beschleunigt.With this molding and cooling device, the molding is both molded and the cooling time of the liquid matrix is accelerated.
Zweckmäßigerweise kann auch anstelle des Thermoplasts ein fertiges Formteil in das Werkzeug eingelegt werden. Dieses wird dann mit Hilfe des beschriebenen Verfah rens teilweise wieder aufgeschmolzen und erhält so an den gewünschten Stellen eine luftige Faserstruktur.A finished molded part can expediently also be placed in the place of the thermoplastic Tools are inserted. This is then done using the procedure described partially melted again and thus receives one at the desired points airy fiber structure.
Ebenso kann auch ein fertiges Formteil in das Werkzeug eingelegt und darauf ein Thermoplast mit luftiger Faserstruktur aufgeschmolzen werden.A finished molded part can also be inserted into the tool and placed on it Thermoplastic with an airy fiber structure can be melted.
Bevorzugt sind Langfaserthermoplaste.Long fiber thermoplastics are preferred.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend be schrieben sind. Es zeigt:Further features of the invention emerge from the figures, which are below are written. It shows:
Fig. 1, A-E ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit luftiger Faserstruktur, Fig. 1, AE, an inventive method for producing a molded part with an airy fiber structure,
Fig. 2, A-E ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem anstelle des Thermoplasts ein fertiges Formteil in das Werkzeug gelegt wird und Fig. 2, AE an inventive method in which a finished molded part is placed in the tool instead of the thermoplastic and
Fig. 3, A-F ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem auf ein fertiges Formteil ein Thermoplast mit luftiger Faserstruktur aufgeschmolzen wird. Fig. 3, AF an inventive method in which a finished molding a thermoplastic is melted with lofty fibrous structure.
Fig. 1, A-E zeigt schematisiert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung ei nes Formteils mit einer luftigen Faserstruktur. Fig. 1A zeigt schematisiert die drei hierzu benötigten Werkzeuge, nämlich ein Oberteil 1 und ein Unterteil 2 eines Form werkzeuges, wobei die Werkzeugtemperatur des Oberteils 1 über der Matrixschmelz temperatur des zu verarbeitenden glasfaserverstärkten Thermoplasts und die Werk zeugtemperatur des Unterteils 2 unter der Matrixschmelztemperatur des Thermoplasts liegen. Eine Form- und Abkühlvorrichtung 4 ist noch außerhalb des Werkzeugs 1, 2 angeordnet. In dieser Form- und Abkühlvorrichtung 4 sind Zuführdüsen 5 zum Einlei ten von flüssigem Stickstoff und Ableitdüsen 6 zum Abführen des eingeleiteten Stick stoffs enthalten. Fig. 1, AE shows schematically an inventive method for producing egg nes molding with a lofty fibrous structure. Fig. 1A schematically shows the three required for this purpose tools, namely an upper part 1 and a lower part 2 of a mold, wherein the mold temperature of the upper part 1 temperature above the matrix melting of the processed glass fiber reinforced thermoplastic material and the tools temperature of the lower part 2 below the matrix melting temperature of the thermoplastic lie. A molding and cooling device 4 is still arranged outside the tool 1 , 2 . In this molding and cooling device 4 , feed nozzles 5 for introducing liquid nitrogen and discharge nozzles 6 for discharging the introduced nitrogen are contained.
Fig. 1B zeigt den eigentlichen Preßvorgang, der aus dem Thermoplast 3 (siehe Fig. 1 A) ein Formteil formt. Nach dem Preßvorgang werden die beiden Werkzeugteile 1, 2 geöffnet und es wird die unterhalb der Matrixschmelztemperatur des Thermoplasts temperierte Form- und Abkühlvorrichtung 4 eingebracht. Mit dieser Form- und Abkühl vorrichtung 4 können Formteilbereiche wieder konsolidiert und eingefroren werden, die mit der Oberfläche der Form- und Abkühlvorrichtung 4 in Berührung kommen. In den ausgesparten Formteilbereichen findet keine Konsolidierung statt. Zur Temperie rung wird flüssiger Stickstoff in die Matrix injiziert. Mit flüssigem Stickstoff ist hier auch kaltes Stickstoffgas gemeint. Die Injizierung erfolgt über die Zuführdüsen 5 und Ab leitdüsen 6 (siehe Fig. 1D), die aus der Form- und Abkühlvorrichtung 4 herausragen und in die Matrix führen. Die Form- und Abkühlvorrichtung 4 hat eine Kontur, die dem fertigen Formteil entspricht. FIG. 1B shows the actual pressing operation, which (see Fig. 1 A) of the thermoplastic material 3 forms a molded part. After the pressing process, the two tool parts 1 , 2 are opened and the molding and cooling device 4 , which is tempered below the matrix melting temperature of the thermoplastic, is introduced. With this molding and cooling device 4 molding areas can be consolidated and frozen again, which come into contact with the surface of the molding and cooling device 4 . There is no consolidation in the recessed molding areas. Liquid nitrogen is injected into the matrix for temperature control. Liquid nitrogen here also means cold nitrogen gas. The injection takes place via the feed nozzles 5 and from the guide nozzles 6 (see FIG. 1D) which protrude from the molding and cooling device 4 and lead into the matrix. The molding and cooling device 4 has a contour that corresponds to the finished molded part.
Fig. 1E zeigt das Herausnehmen der Form- und Abkühlvorrichtung 4 und das Her ausnehmen des fertigen Formteils mit einer luftigen Faserstruktur. FIG. 1E shows the removal of the mold and cooling device 4 and the Her exclude the finished molded part with an airy fiber structure.
Fig. 2A bis E zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem in einem zweiten Ar beitsgang an einem fertigen Formteil das Rückstellvermögen der Glasfasern durch Wiedererwärmen von Formteilbereichen eingeleitet wird. Fig. 2A zeigt ein fertiges Formteil 7 vor der Bearbeitung. Fig. 2B zeigt das Wiedererwärmen des Formteils 7. In Fig. 2C ist das Oberteil 1 vom Unterteil 2 des Werkzeugs getrennt und es wird die Form- und Abkühlvorrichtung 4 eingebracht. Fig. 2D zeigt das Injizieren des flüssigen Stickstoffs über die Form- und Abkühlvorrichtung 4. Nach dem Abkühlvorgang wird die Form- und Abkühlvorrichtung 4 wieder aus dem Werkzeug 1, 2 entfernt (siehe Fig. 2E) und das Formteil 7 mit nachträglich hergestellter luftiger Faserstruktur kann aus dem Werkzeug genommen werden. FIGS. 2A-E shows an inventive method in which the second in an Ar beitsgang in a finished molding, the resiliency of the glass fibers by reheating of mold portions is initiated. Fig. 2A shows a finished mold part 7 before processing. Fig. 2B shows the reheating of the mold part 7. In Fig. 2C the top part 1 is separated from the lower part 2 of the tool and it is introduced the forming and cooling device. 4 Fig. 2D shows the injection of the liquid nitrogen over the mold and cooling device. 4 After the cooling process, the molding and cooling device 4 is removed again from the tool 1 , 2 (see FIG. 2E) and the molded part 7 with a subsequently produced airy fiber structure can be removed from the tool.
In Fig. 3 A-F ist gezeigt, wie in ein fertiges Formteil heißes Thermoplast (Compound) eingelegt wird und mit der Form- und Abkühlvorrichtung 4, ähnlich wie schon be schrieben, in Kontur gebracht und abgekühlt wird. In den Fig. 3, A-B ist die Form teilherstellung nach dem Stand der Technik gezeigt. Nach dem Öffnen des Werk zeugs wird Thermoplast 3 in das fertige Formteil 7 eingelegt und anschließend die Form- und Abkühlvorrichtung 4 eingesetzt (Fig. 3, C-D). Fig. 3E zeigt das Formen und Abkühlen und Fig. 3F das Öffnen und Entfernen der Form- und Abkühlvorrich tung 4 und das Herausnehmen des fertigen Formteils.In Fig. 3 AF is shown how hot thermoplastic (compound) is inserted into a finished molding and with the molding and cooling device 4 , similar to what has already been described, brought into contour and cooled. In Figs. 3, AB, the shape is part of manufacture shown in the prior art. After opening the tool, thermoplastic 3 is inserted into the finished molded part 7 and then the molding and cooling device 4 is used ( Fig. 3, CD). Fig. 3E shows the molding and cooling and Fig. 3F, the opening and removal of the mold and Abkühlvorrich tung 4 and removal of the finished molding.
Claims (5)
- - das Thermoplast in einem Werkzeug bestehend aus einem Ober- (1) und Un terteil (2) durch Form- und Fließpressen verformt wird,
- - die Werkzeugtemperaturen des Oberteils (1) über der Matrixschmelztempera tur und des Unterteils (2) unter der Matrixschmelztemperatur des Thermoplasts (3) liegen und
- - nach dem Form- und Fließpressen das Oberteil (1) vom Unterteil (2) abgeho ben wird, so daß sich in der noch heißen Matrix des Thermoplasts (3) durch das Rückstellvermögen der Langfasern eine luftige Faserstruktur ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abheben des Oberteils (1) vom Unter teil (2) in die noch heiße Matrix flüssiger Stickstoff injiziert wird.
- - The thermoplastic is deformed in a tool consisting of an upper ( 1 ) and lower ( 2 ) part by molding and extrusion,
- - The tool temperatures of the upper part ( 1 ) above the Matrixschmelztempera and the lower part ( 2 ) below the matrix melting temperature of the thermoplastic ( 3 ) and
- - After the compression and extrusion, the upper part ( 1 ) is removed from the lower part ( 2 ), so that an airy fiber structure is formed in the still hot matrix of the thermoplastic ( 3 ) by the resilience of the long fibers, characterized in that after Lifting the upper part ( 1 ) from the lower part ( 2 ) into the still hot matrix liquid nitrogen is injected.
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