DE3523697A1 - Process for producing a moulding from a thermoplastic reinforced with continuous fibres - Google Patents
Process for producing a moulding from a thermoplastic reinforced with continuous fibresInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem mit Endlosfasern verstärkten thermo plastischen Kunststoff, bei dem als Ausgangsmaterial platten- oder bandförmige Lagen des mit Endlosfasern verstärkten ther moplastischen Kunststoffes verwendet werden.The invention relates to a method for producing a Shaped body from a thermo reinforced with continuous fibers plastic, in which the base material is or ribbon-shaped layers of ther reinforced with continuous fibers plastic are used.
Endlosfaserverstärkte Kunststoffe haben sich zur Herstellung hochbelasteter Bauteile, beispielsweise in der Luftfahrt, durchgesetzt, sie werden für andere Industriezweige zunehmend mehr verwendet. Dabei wurden bisher hauptsächlich faserver stärkte duroplastische Kunststoffe eingesetzt. Endlosfaserver stärkte thermoplastische Kunststoffe konnten sich trotz ihrer Vorteile gegenüber faserverstärkten duroplastischen Kunststof fen (z.B. bessere Schlagzähigkeit, problemlose Lagerung) wegen ihrer verarbeitungstechnischen Schwierigkeiten nicht durch setzen.Continuous fiber reinforced plastics have been used to manufacture highly stressed components, for example in aviation, enforced, they are increasing for other industries used more. So far, mainly fiber was strengthened thermosetting plastics. Continuous fiber ver strengthened thermoplastics, despite their Advantages compared to fiber-reinforced thermosetting plastic fen (e.g. better impact strength, problem-free storage) because their processing difficulties put.
Der übliche Weg für die Herstellung von Bauteilen aus endlos faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen führt über die Herstellung ebener Platten, die anschließend zum Teil in mehre ren Stufen zu Bauelementen weiter umgeformt werden. Dabei ist aber ein Einlegen von mehreren Einzellagen in gekrümmte For men und anschließendes Verpressen, wie es bei faserverstärkten duroplastischen Kunststoffen üblich ist, wegen der hohen Ei gensteifigkeit der Einzellagen der thermoplastischen Kunst stoffe nicht möglich.The usual way of making components from endless fiber-reinforced thermoplastics leads over the Production of flat panels, some of which are subsequently divided into several Ren stages to be further formed into components. It is but inserting several individual layers into curved shapes and subsequent pressing, as is the case with fiber-reinforced thermosetting plastics is common because of the high egg stiffness of the individual layers of thermoplastic art fabrics not possible.
Bei den bisher verwendeten Herstelltechniken endlosfaserver stärkter thermoplastischer Kunststoffe ergeben sich nach ei nem Umformvorgang in den Ecken häufig wellige Fasern, die die Tragfähigkeit verringern. Zum Zusammenfügen mehrerer Lagen werden beispielsweise Kleber eingesetzt, jedoch sind geeignete Kleber für hochtemperaturbeständige Thermoplaste nicht ver fügbar, so daß diese Technik bei hochtemperaturbeständigen Formkörpern nicht eingesetzt werden kann.In the previously used manufacturing techniques endless fiber stronger thermoplastic materials result from ei During the forming process, wavy fibers in the corners, which Reduce load capacity. For joining several layers For example, adhesives are used, but they are suitable Do not use glue for high temperature resistant thermoplastics available so that this technique is resistant to high temperatures Shaped bodies can not be used.
Eine direkte Verbindung der Thermoplaste durch Anschmelzen der Verbindungsstelle mittels Wärmezufuhr von außen konnte bisher nur in einer speziellen Form erfolgen, da sonst die platten förmigen Vorprodukte ihre Formbeständigkeit vollständig ver loren. Ein Ultraschallschweißen im Verbindungsbereich ist bei größeren Teilen wegen der benötigten Energiemenge sehr proble matisch, ein Aufheizen im Verbindungsbereich mittels Heiz draht hat den Nachteil, daß die Heizdrähte im Bauteil zurück bleiben müssen.A direct connection of the thermoplastics by melting the Connection point by means of external heat supply has so far been possible only be done in a special form, otherwise the plates shaped pre-products completely ver their dimensional stability loren. Ultrasonic welding in the connection area is included larger parts because of the amount of energy required matically, heating in the connection area by means of heating wire has the disadvantage that the heating wires in the component back have to stay.
Nietverbindungen sind sehr aufwendig und haben den Nachteil, daß durch die Nietbohrungen Fasern durchschnitten werden. Ferner werden durch die metallische Niete Korrosionsprobleme erzeugt. Rivet connections are very complex and have the disadvantage that that fibers are cut through the rivet holes. The metallic rivet also causes corrosion problems generated.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren für Form körper aus endlosfaserverstärkten, platten- oder bandförmigen Thermoplasten zu entwickeln, mit dem auch komplizierte Form körper mit guten Festigkeitseigenschaften in einfacher Weise hergestellt werden können.It is the object of the invention to produce a mold body made of continuous fiber reinforced, plate or ribbon-shaped To develop thermoplastics with the also complicated shape bodies with good strength properties in a simple manner can be produced.
Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Lagen auf ei ne erwärmte Formfläche auflegt und sie durch diese Formfläche so stark erwärmt, daß die Lage verformbar und an ihrer der Formfläche zugewandten Seite erweicht wird, und daß man die Lage zu einem Zeitpunkt nach Beginn der Erwärmung an die Form fläche andrückt, zu der die der Formfläche abgewandte Seite noch nicht erweicht und noch nicht klebrig ist.This task is described in the method of the introduction Art solved according to the invention in that the layers on egg ne heated mold surface and put them through this mold surface heated so much that the layer was deformable and at its the Molding surface facing side is softened, and that one Position at a time after the start of heating to the mold surface, to the side facing away from the molding surface not yet softened and not yet sticky.
Durch das Auflegen einer endlosfaserverstärkten Lage auf eine erwärmte Formfläche wird die aufgelegte Lage von ihrer Unter seite her zunehmend erwärmt. Dabei ist wesentlich, daß durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der thermoplastischen Kunst stoffe ein Temperaturgefälle im Inneren der Lage entsteht, das heißt die Lage kann an ihrer der Formfläche zugewandten Unter seite bereits erweicht sein, während sie an ihrer der Form fläche abgewandten Oberseite noch fest und nicht klebrig ist. Dadurch wird es möglich, die Lage mittels eines geeigneten Werkzeuges, zum Beispiel mittels einer Walze, an die Formfläche anzudrücken und so ihre Form der Kontur der Formfläche optimal anzupassen. Da die Lage an ihrer der Formfläche zugewandten Seite erweicht ist, paßt sie sich der Formfläche ohne weiteres an, wobei auch die Fasern im Inneren der Lage beim Umformen keine die Festigkeit verringernden Umorientierungen erfahren.By placing an endless fiber-reinforced layer on one heated mold surface, the overlaid layer becomes from its bottom side increasingly heated. It is essential that by the low thermal conductivity of thermoplastic art a temperature gradient arises inside the layer that is called the location on its bottom facing the mold surface side may already be softened while holding on to its shape surface facing away from the surface is still firm and not sticky. This makes it possible to use a suitable position Tool, for example by means of a roller, on the molding surface press and so their shape of the contour of the molding surface optimal adapt. Since the position on its facing the molding surface Side is softened, it adapts easily to the molding surface , with the fibers inside the layer also being formed do not experience reorientations that reduce strength.
Wenn man die Walzen kühlt, kann man ein Andrücken der Lage an die Formfläche auch dann noch vornehmen, wenn die Temperatur an der der Formfläche abgewandten Seite der Lage bereits re lativ hoch ist, denn man kann dadurch im Andruckbereich der Erwärmung und damit der Erweichung entgegenwirken. Dies ist insbesondere bei Verwendung sehr dünner Lagen von Vorteil, außerdem wird durch die Verwendung gekühlter Walzen der Zeit raum verlängert, in dem das Andrücken erfolgen kann.When you cool the rollers, you can press on the layer make the molding surface even when the temperature already on the side of the layer facing away from the molding surface is relatively high, because you can in the pressure range of the Counteract warming and thus softening. This is particularly advantageous when using very thin layers, moreover, by using chilled rolls of time extended space in which the pressing can take place.
Das Andrücken der Lage an die Formfläche bringt diese im übri gen in besseren Wärmekontakt mit der Formfläche, so daß gera de durch das Andrücken der Erweichungsvorgang in dem der Form fläche naheliegenden Bereich beschleunigt wird, während an der Außenseite, insbesondere bei gekühlter Walze, der Temperatur anstieg weiterhin langsam verläuft. Dadurch erhält man eine optimale Anpassung der Lage an die Formfläche, ohne daß die Lage an der Andruckwalze haften bleibt.Pressing the layer against the mold surface brings this moreover conditions in better thermal contact with the molding surface, so that approx de by pressing the softening process in the form area is accelerated while at the Outside, especially when the roller is cooled, the temperature increase continues slowly. This gives you one optimal adjustment of the position to the mold surface without the Layer sticks to the pressure roller.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorge sehen, daß man zur Herstellung eines mehrlagigen Formkörpers die unterste Lage auf die Formfläche einer beheizten Form auf legt und darauf nacheinander mehrere Lagen des mit Endlosfa sern verstärkten Kunststoffes ablegt, wobei man zur Herstellung einer einstückigen Verbindung jede Lage an die darunterliegende andrückt, sobald die jeweils untere Lage und die dieser zuge wandte Seite der jeweils oberen Lage angeschmolzen sind. Auch hier kann das Anschmelzen der der darunterliegenden Lage zu gewandten Seite der oberen Lage durch das Andrücken selbst be schleunigt werden, so daß gerade im Augenblick des Andrük kens die geeigneten Bedingungen für die einstückige Verbin dung der aufeinanderliegenden Lagen erst geschaffen werden. Auch in diesem Falle ist es daher möglich, die oberste Lage mit der darunterliegenden zu einem Zeitpunkt zu verbinden, an dem die oberste Lage an ihrer der Formfläche abgewandten Seite noch nicht erweicht und klebrig ist.In a particularly preferred embodiment is pre see that one for the production of a multi-layer molded body the lowest layer on the mold surface of a heated mold and then lay down several layers of the with endless sern reinforced plastic, where one to manufacture a one-piece connection each layer to the underlying presses as soon as the respective lower layer and this one facing side of the top layer are melted. Also here the melting of the underlying layer can facing side of the top layer by pressing it yourself be accelerated so that just at the moment of Andrük kens the appropriate conditions for the one-piece connection of the layers lying on top of each other. In this case too, it is therefore possible to use the top layer to connect with the underlying one at a time where the top layer facing away from the molding surface Side is not yet softened and sticky.
Es ist vorteilhaft, wenn der Formkörper nach dem Auflegen der Lagen des mit Endlosfasern verstärkten Kunststoffes durch Vakuum- oder durch Preßdruck in einem Autoklaven konsolidiert wird. Dadurch wird die Qualität des Formkörpers insgesamt ver bessert.It is advantageous if the molded body after placing the Layers of the plastic reinforced with continuous fibers Consolidated vacuum or by pressure in an autoclave becomes. As a result, the quality of the molded body as a whole is ver improves.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dienen im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments the invention serve in connection with the drawing of the detailed explanation. Show it:
Fig. 1: eine Schnittansicht einer gekrümmten Formfläche bei der Herstellung eines mehrlagigen Formkör pers aus endlosfaserverstärktem, thermoplasti schem Kunststoff; Fig. 1: a sectional view of a curved mold surface in the manufacture of a multilayered molded body made of continuous fiber-reinforced, thermoplastic plastic;
Fig. 2: eine Schnittansicht eines Formkernes zur Herstel lung eines Hohlkörpers und Fig. 2 is a sectional view of a mandrel for the produc- tion of a hollow body and
Fig. 3: eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1 bei der Her stellung eines gekrümmten Formkörpers mit einge legtem Verstärkungsprofil. Figure 3:.. A sectional view similar to Figure 1 at the position of a curved shape Her body with inserted legtem gain profile.
In Fig. 1 ist eine Form 1 mit einer wannenförmigen, im Quer schnitt etwa kreisbogenförmigen Formfläche 2 dargestellt, die über im Inneren der Form verlaufende Heizelemente 3 be heizbar ist. Die Heizelemente sind vorzugsweise von einer Heizflüssigkeit, zum Beispiel Öl, durchflossene Formkanäle, es können aber auch eingebettete elektrische Heizelemente oder dergleichen verwendet werden. Durch die Heizelemente wird die Form im Bereich ihrer Formfläche 2 aufgeheizt.In Fig. 1, a mold 1 is shown with a trough-shaped, in cross section approximately circular arc-shaped surface 2 , which can be heated via heating elements 3 extending inside the mold. The heating elements are preferably shaped channels through which a heating liquid, for example oil, flows, but embedded electrical heating elements or the like can also be used. The mold is heated in the area of its molding surface 2 by the heating elements.
Auf die Formfläche 2 ist eine untere Lage 4 eines endlosfaser verstärkten, thermoplastischen Kunststoffes aufgelegt, die an die Kontur der Formfläche 2 vollständig angepaßt ist.A lower layer 4 is on the mold surface 2 of a continuous fiber-reinforced, applied thermoplastic material, which is completely adapted to the contour of the forming surface. 2
In Fig. 1 ist dargestellt, wie auf diese untere Lage 4 eine obere Lage 5 eines endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffes aufgebracht wird. Diese Aufbringung der oberen Lage 5 erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem die auf die Form fläche 2 aufgelegte untere Lage 4 durch die Beheizung in der Form 1 so weit erwärmt ist, daß an ihrer Oberseite die Er weichungstemperatur erreicht ist, das heißt die auf die Form fläche 2 aufgelegte untere Lage 4 ist insgesamt erweicht.In FIG. 1 as in this lower layer 4 an upper layer 5 is shown, a continuous fiber reinforced thermoplastic plastic is applied. This application of the upper layer 5 takes place at a time when the placed on the mold surface 2 lower layer 4 is heated by the heating in the mold 1 to such an extent that the softening temperature is reached on its upper side, that is, on the Form surface 2 placed lower layer 4 is softened overall.
Die obere Lage 5 wird ohne vorherige Erwärmung auf die untere Lage 4 aufgelegt, wobei sie im Kontaktbereich durch die unte re Lage 4 erwärmt wird. Die Erwärmung erfolgt entsprechend der relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeit thermoplastischen Kunst stoffmaterials langsam, so daß sich über die Dicke der oberen Lage ein Temperaturgradient ergibt. Dadurch wird die obere Lage zunächst auf ihrer der unteren Lage 4 zugewandten Seite über die Erweichungstemperatur erwärmt, in diesem Bereich kann sich die obere Lage mit der unteren, erweichten Lage einstückig verbinden. Diese Verbindung wird durch eine Walze 6 unter stützt, die die obere Lage 5 gegen die untere Lage 4 andrückt. Dabei dient diese Walze 6 neben der einstückigen Verbindung der beiden Lagen auch dazu, die obere Lage 5 überhaupt in innigen Kontakt mit der unteren Lage 4 zu bringen, so daß ein effektiver Wärmeübergang erfolgen kann. Dies ist insbe sondere dann notwendig, wenn komplizierte Formen hergestellt werden sollen, denn dann kann die obere Lage 5, die aufgrund ihrer niedrigen Temperatur nur schwer zu verformen ist, nur in dem Bereich verformt und dadurch fest gegen die untere La ge gedrückt werden, der dem Kontaktbereich zwischen oberer und unterer Lage eng benachbart ist. Bei dem Ausführungsbei spiel der Fig. 1 wird die Walze längs einer parallel zur Oberseite der unteren Lage angeordneten Fläche verfahren und drückt dabei die obere Lage zunehmend gegen die untere Lage, wobei die obere Lage überhaupt erst in Kontakt mit der unte ren Lage kommt, so daß eine Erweichung und Erwärmung ein treten kann. Die Walze wird dabei so langsam verfahren, daß im Andruckbereich die Temperatur zumindest auf der Untersei te der oberen Lage über die Schmelztemperatur steigen kann, so daß eine einstückige Verbindung möglich wird.The upper layer 5 is placed on the lower layer 4 without prior heating, whereby it is heated in the contact area by the lower layer 4 . The heating takes place according to the relatively low thermal conductivity of thermoplastic material material slowly, so that there is a temperature gradient across the thickness of the upper layer. As a result, the upper layer is first heated above the softening temperature on its side facing the lower layer 4 , in this area the upper layer can be integrally connected to the lower, softened layer. This connection is supported by a roller 6 , which presses the upper layer 5 against the lower layer 4 . In addition to the one-piece connection of the two layers, this roller 6 also serves to bring the upper layer 5 into intimate contact with the lower layer 4 at all, so that effective heat transfer can take place. This is particularly necessary if complicated shapes are to be produced, because then the upper layer 5 , which is difficult to deform due to its low temperature, can only be deformed in the area and thereby pressed firmly against the lower layer the contact area between the upper and lower layer is closely adjacent. In the Ausführungsbei FIG game. 1, the roller is longitudinally moved, arranged parallel to the upper surface of the lower layer surface and thereby presses the top sheet increasingly against the lower layer, the upper layer in the first to come into contact with the unte ren position so that softening and warming can occur. The roller is moved so slowly that in the pressing area the temperature can rise above the melting temperature at least on the lower side of the upper layer, so that a one-piece connection is possible.
Auf diese Weise kann die obere Lage vollflächig einstückig mit der unteren Lage verbunden werden.In this way, the top layer can be made in one piece be connected to the lower layer.
Auf die aus der einstückigen Verbindung der oberen Lage und der unteren Lage gebildete neue untere Lage kann in der gleichen Weise eine weitere obere Lage aufgebraucht werden, das heißt es gelingt mit diesem Verfahren, einen mehrlagi gen Formkörper zu bilden, in dem die verschiedenen Lagen einstückig miteinander verbunden sind. On the one-piece connection of the upper layer and The lower layer formed in the lower layer can in the another upper layer can be used up in the same way, this means that this process succeeds in creating a multi-layer to form shaped body in which the different layers are integrally connected.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 werden die Lagen nacheinander auf eine Form 1 in Form eines Wickeldornes gewickelt, ansonsten wird auch hier die gleiche Technik verwendet. Auf diese Weise kann ein Hohlkörper hergestellt werden, aus dem nach Erkalten der Form diese in Achsrich tung herausgezogen werden kann.In the exemplary embodiment in FIG. 2, the layers are wound one after the other onto a mold 1 in the form of a winding mandrel, otherwise the same technique is also used here. In this way, a hollow body can be produced, from which after cooling the mold, this can be pulled out in the axial direction.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird auf eine untere Lage 4, die der unteren Lage 4 der Fig. 1 vollständig ent spricht, ein vorbereiteter, zum Beispiel strangezogener, Profilkörper 9 aufgedrückt, der Andruckflächen 7 aufweist, deren Formgebung der Oberseite des in der Form hergestellten Formkörpers 8 entspricht. Durch den Andruck und die dadurch erfolgte Erwärmung im Bereich der Andruckflächen 7 können Profilkörper 9 und Formkörper 8 einstückig verbunden werden.In the embodiment of FIG. 3, a prepared, for example strangely drawn, profile body 9 is pressed onto a lower layer 4 , which speaks the lower layer 4 of FIG. 1 completely, the pressure surfaces 7 , the shape of which is the top of the in Molded molded body 8 corresponds. Due to the pressure and the resulting heating in the area of the pressure surfaces 7 , the profile body 9 and the molded body 8 can be connected in one piece.
Wesentlich ist in allen Fällen, daß bei der Verbindung die je weils obere Lage nur im Anlagebereich an der unteren Lage über den Schmelzpunkt erwärmt wird und auf der gegenüberliegenden Seite noch eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes auf weist, so daß an der Oberseite der oberen Lage Andruckwerk zeuge angreifen können, ohne an der oberen Lage zu kleben. Außerdem bleibt die obere Lage durch die nur einseitige Erwär mung insgesamt formstabil und handhabbar, wobei durch die nach dem Anpressen erfolgende, die ganze Lage erfassende Er wärmung die Endlosfasern in der oberen Lage sich spannungsfrei so orientieren können, daß auch im Bereich stärkerer Verfor mungen gleichmäßige Festigkeitseigenschaften erzielt werden.It is essential in all cases that the connection because the upper layer is only in the plant area at the lower layer the melting point is heated and on the opposite Side still a temperature below the melting point points, so that at the top of the upper layer pressure unit can attack witnesses without sticking to the top layer. In addition, the upper layer remains due to the one-sided heating Overall dimensionally stable and manageable, with the after pressing, he grasping the whole situation warming the continuous fibers in the top layer themselves free of tension can orientate so that even in the area of stronger deformation uniform strength properties can be achieved.
Es versteht sich, daß sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf das beschriebene Herstellungsverfahren erstreckt, sondern auch auf die mittels dieses Verfahrens hergestellten Produkte.It is understood that the present invention is not only extends to the manufacturing process described, but also on the products manufactured by this process.
Claims (5)
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DE19853523697 DE3523697A1 (en) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | Process for producing a moulding from a thermoplastic reinforced with continuous fibres |
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DE19853523697 DE3523697A1 (en) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | Process for producing a moulding from a thermoplastic reinforced with continuous fibres |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3523697C2 DE3523697C2 (en) | 1988-03-31 |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
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-
1985
- 1985-07-03 DE DE19853523697 patent/DE3523697A1/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4414266A (en) * | 1979-08-24 | 1983-11-08 | Ford Motor Company | Method of manufacture of reinforced sheet plastics material and the production of moulded articles therefrom |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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DE-Z.: "Neue Verpackung", H. 10, 1956, S. 619f * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3523697C2 (en) | 1988-03-31 |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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