EP1711334A2 - Method for the production of fibre-reinforced plastic pieces and device therefor - Google Patents

Method for the production of fibre-reinforced plastic pieces and device therefor

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Publication number
EP1711334A2
EP1711334A2 EP05701072A EP05701072A EP1711334A2 EP 1711334 A2 EP1711334 A2 EP 1711334A2 EP 05701072 A EP05701072 A EP 05701072A EP 05701072 A EP05701072 A EP 05701072A EP 1711334 A2 EP1711334 A2 EP 1711334A2
Authority
EP
European Patent Office
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core
melting
plastic part
weight
melt
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05701072A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Burbach
Markus Henne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcan Technology and Management Ltd filed Critical Alcan Technology and Management Ltd
Priority to EP05701072A priority Critical patent/EP1711334A2/en
Publication of EP1711334A2 publication Critical patent/EP1711334A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/52—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles soluble or fusible
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic, in part by means of a lost-core technique, wherein at least one melt core made of a metal alloy is inserted into a mold and coated with reinforcing fibers and a plastic matrix surrounding the reinforcing fibers, and the plastic matrix is solidified and the dimensionally stable plastic part is then attached demolded and the melting core is melted out.
  • the invention also includes an apparatus for performing the method. Furthermore, the invention also relates to a melt core alloy for the production of plastic parts by means of the lost core technique.
  • the lost-core technique is a known process for the production of plastic bodies, in which a melt core is placed in the cavity of a molding press, coated with plastic and fiber structures, and the plastic is solidified or cured. The core is then melted out and recycled.
  • the melting cores are usually poured into the desired shape in casting molds.
  • melted-out core material can be poured back into fused cores in a closed material cycle, if necessary after an intermediate cleaning.
  • Known melting cores exist e.g. made of a low-melting SnBi metal alloy.
  • WO 96/26799 and DE 37 24 665 A1 deal with melting cores made of BiSn alloys, which melt out at around 138 ° C. Since the hardened plastic jacket of the plastic part has a significantly higher melting or decomposition temperature than the melting temperature of the melting core, the core melting process can take place without adverse consequences for the plastic part.
  • the BiSn alloys are generally used in a eutectic composition (42% by weight Sn / 58% by weight Bi). They are characterized by good castability and low shrinkage.
  • the plastic part is filled with the reinforcing fibers and the plastic matrix after loading the mold, for example. is processed at a temperature of around 110 ° C. until it has reached its dimensional stability, solidified, cured or polymerized and then heated to the melting temperature of the melting core, for example around 140 ° C. This happens e.g. in a liquid bath in which the melting core is melted out.
  • the plastic part contains at least one melting opening through which the liquefied melt core can be removed to the outside.
  • the plastic part is cleaned and cooled at the same time. Cleaning takes place, for example, with warm water at a temperature of e.g. around 60 ° C.
  • the plastic part is fed to a tempering process in which it is heated to the tempering temperature of e.g. is heated around 145 °.
  • the component is fully hardened and thereby receives the desired mechanical properties. Annealing is e.g. carried out in a specially designed tempering furnace.
  • the known method as described above is characterized by a frequent temperature change between charging the mold with the starting components, curing the plastic, melting out the melting core, cleaning the plastic part and annealing the plastic part.
  • the temperature control described above with numerous temperature changes is not particularly economical in terms of process. In addition to increased energy consumption, the manufacturing process is slowed down and more complicated due to the constant temperature changes.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a production method for fiber-reinforced plastic parts which has improved temperature control, which on the one hand leads to energy savings and on the other hand simplifies and speeds up the process.
  • the object is achieved in that the melting core is melted out after the demolding and the plastic part is annealed, the thermal energy in the plastic part and in the melting core depending on the because the previous process step is essentially preserved and carried into the next process step.
  • the process temperature of the plastic part and the melt core is preferably kept or increased essentially constant in the successive process steps between the hardening of the plastic part before it is removed from the mold and the beginning of the tempering process.
  • the temperature control according to the present invention thus does not have mutually alternating cooling and heating cycles, but rather is characterized by a certain continuity. That the temperature is mostly kept constant or rises. Stronger cooling phases of the plastic components or their melting cores are not provided, a relatively slight cooling due to the transport of the plastic part between the execution of two successive process steps not being ruled out.
  • the temperature control described above maintains a minimum temperature level which corresponds approximately to the demolding temperature or is only slightly below it. As a result, the residual heat from the shaping process is taken into the tempering or lost core process, which ultimately means significant energy savings.
  • the process temperature of the plastic part and the melt core preferably decreases by at most 25 ° C., advantageously at most 15 ° C. and in particular at most 5 ° C. between the hardening of the plastic part before it is removed from the mold and the beginning of the tempering process.
  • the melting of the melting core is preferably carried out before, at the beginning and / or during the annealing.
  • the thermal energy used to melt out the melting core simultaneously serves to anneal the component.
  • the melting of the melting core and the annealing of the plastic part is preferably carried out in an annealing furnace.
  • the annealing furnace can be, for example, a continuous furnace.
  • Means for heating the plastic part with heated circulating air may be provided.
  • the oven is e.g. operated by means of a resistance heater and preferably by means of induction heating. Due to the process, the inductive melting out of the melting core takes place at lower temperatures and in a shorter time than that Melting out by means of resistance heating, whereby the temperature load on the plastic part can be reduced.
  • the induction field can be generated by an open or closed coil partially or completely encompassing the plastic part with the melting core.
  • the plastic part is heated from the inside at the same time as the thermal energy introduced to heat the melting core to its melting temperature for the purpose of initiating the core melting.
  • the thermal energy supplied to the melt core also serves to anneal the plastic part.
  • the melting core is preferably heated to its melting temperature by means of induction heating.
  • the plastic part expediently contains one or more openings which serve to melt out the core material and / or to supply air during the melting out.
  • the openings are preferably made after the plastic part has been removed from the mold and before the melting process is initiated.
  • the opening (s) in the plastic part, and in particular the outlet opening (s), which are used for melting, are closed before the melting process begins, so that the molten melt core material is retained in the cavity, i.e. is released with a delay.
  • this serves to optimize the tempering of the plastic part, since it is also heated from the inside by heat transfer from the melting core to the plastic part. Furthermore, by retaining the melt core until its (complete) molten state is reached, better inductive heating and thus a shorter melting time is achieved than if the melt can flow out continuously and the melt core is melted and melted from the edge.
  • the liquefaction of the melt core can be carried out by means of a sensor which, for example, based on a thermocouple, are monitored so that the complete liquefaction of the melt core is detected and displayed by the sensor and the outlet openings can be opened accordingly.
  • the melting core is only removed from the cavity with or after the complete melting.
  • the plastic part is appropriately cooled after the tempering. Furthermore, the plastic part is preferably cleaned after the tempering (Cavity cleaning), whereby remnants of the melting core are removed from the cavity.
  • the plastic part can e.g. chemically, ie using suitable solvents.
  • the cleaning can also be carried out by washing out with water, in particular by means of steam, or another suitable washing liquid, e.g. Glucol.
  • the plastic part can also be mechanically, e.g. by blowing out the plastic part using compressed air, in particular heated or hot compressed air, or by thermal shock in liquid gas, e.g. Nitrogen, happen. Chemical and mechanical cleaning stages can also be combined.
  • the melt core alloy can contain additional additives (e.g. further alloy elements), which can be designed in such a way that they increase the surface tension and / or the viscosity of the melt and thereby reduce the wetting.
  • additional additives e.g. further alloy elements
  • release agents can also be applied to the melt cores, which significantly reduce wetting and cause a so-called lotus effect.
  • These can be known mold release agents from plastics or metal processing, e.g. based on graphite, boron nitride or silicone.
  • a final cleaning step may be dispensed with, or at least reduced.
  • the method according to the invention for producing a fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic part by means of lost-core technology can be carried out by means of various shaping methods.
  • the shaping process means the process or sub-process which involves the provision of the fiber structures and the starting components of the plastic matrix system and the melt core, the loading of an associated molding tool with the components mentioned and the molding process up to the removal of the dimensionally stable plastic part from the molding tool includes.
  • the molding process is preferably a so-called LCM (Liquid Composite Molding) process.
  • LCM process or LCM technology is understood to mean a process in which the cavity of a multi-part mold, in particular a two-part mold, is provided with a single or multi-part fiber blank or fiber structure is fed and a thermosetting or thermoplastic plastic matrix system is fed or injected into the cavity of the closed mold, which flows through the fiber blank to form a fiber composite part and fills the cavity of the molding tool, and the fiber composite part after completion of the Mold filling is cured or polymerized and removed from the mold.
  • thermosetting plastic matrix system can comprise an epoxy resin which cross-links to form a thermosetting plastic in the curing process.
  • a thermoplastic plastic matrix system can e.g. cyclic oligomers which crosslink in a polymerization process to form a PBT (polyethylene terephthalate).
  • the thermoplastic plastic matrix can also be a polyester or a PA (polyamide).
  • thermosetting plastic matrix system is processed in the LCM process, this is a so-called RTM (Resin Transfer Molding) process, also called resin flow molding process.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • the RTM process is characterized by the fact that a low-viscosity reactive resin is injected into a molding tool loaded with reinforcing fibers and then cured to form a thermoset.
  • the RTM process is described in detail in Kötte, "The Resin Transfer Molding Process - Analysis of a Resin Injection Process", published by TÜV Rheinland, 1991.
  • the LCM process is therefore understood as a superordinate term for the process described at the outset, in which, in addition to thermosetting plastic matrix systems, thermoplastic plastic matrix systems are also processed.
  • the process according to the invention can also include another shaping process which processes long fibers, such as compression molding.
  • the shaping process can also be characterized by the processing of pre-soaked fiber structures or semi-finished fiber products, such as SMC (sheet molding compound) molding compounds, GMT (glass matt thermoplastic) semi-finished products or prepregs.
  • the plastic part is preferably reinforced with prefabricated fiber structures.
  • the fiber structures can be in the form of textile fabrics, for example nonwovens, “nonwovens”, non-stitch-forming systems, such as fabrics, unidirectional or bidirectional scrims, braids or mats, or stitch-forming systems, such as knitted fabrics knitted or knitted as well as embroidered structures.
  • the fibers used are preferably long fibers with fiber lengths of, for example, 3-150 mm or continuous fibers.
  • the reinforcing fibers of the plastic part can be glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or mixtures thereof. Other types of fibers made of plastic or natural fibers can also be used.
  • the plastic part contains e.g. a fiber content of over 30 vol .-%, and advantageously a fiber content of 40-70 vol .-%.
  • the plastic part is e.g. made of a thermoplastic or thermosetting plastic.
  • the plastic part consists of a thermoplastic, in particular a thermoplastic, which is suitable for processing in an LCM process.
  • the plastic part consists in particular of a poly (butylene terephthalate) (PBT) or polyamide (PA) polymer system, such as polyamide-12 (PA12).
  • the reactive matrix material is preferably injected into the mold in the form of cyclic or macrocyclic oligomers of the polyester or of the PBT (CPBT) mixed with a polymerization catalyst.
  • the melt core is preheated to a temperature below the melting point before, during or after loading of the molding tool, but before the reactive plastic matrix is fed in.
  • Preheating means bringing the core to a temperature level that is above the prevailing ambient temperature.
  • the residual heat of the solidified core remaining from the casting process can also be used for this purpose.
  • the invention also relates to a device for the production of fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic parts by means of lost-core technology according to the inventive method.
  • the device according to the invention is characterized by a tempering furnace for tempering the plastic part, which is in the form of a continuous furnace.
  • the tempering furnace is preferably heated by means of hot air circulation.
  • the tempering furnace can be operated using resistance heating, for example.
  • the device can comprise means for inductive heating (eg magnetic induction) of the melting core.
  • the means for inductive heating of the melting core are preferably integrated in the tempering furnace, ie they are preferably an integral part of the tempering furnace.
  • a tempering furnace according to the invention it contains both means for inductively heating the melting core and the plastic part from the inside and also means for heating the plastic part from the outside, for example. by means of hot air circulation or infrared.
  • the melting cores are preferably made of low-melting metal alloys, whereby the melting temperature of the metal alloy must lie between the injection temperature and the glass transition temperature of the plastic matrix system to be processed in each case.
  • Bismuth-tin alloys such as Bi42Sn, which have a melting temperature
  • thermoset matrix systems which are generally processed at a temperature of around 100 to 110 ° C and annealed at a temperature of around 140 to 150 ° C of around 139 ° C.
  • the bismuth-tin alloys containing antimony described below are also suitable according to the invention, the melting temperature of which is also in the range of around 140 ° C.
  • Other alloys that can be used are bismuth-lead alloys, e.g. Bi45Pb, which has a melting temperature of 124 ° C.
  • tin-zinc alloys such as Sn9Zn are suitable, with a higher melting point in the range of around 199 ° C than bismuth-tin alloys.
  • small amounts of antimony can also be added to the SnZn alloys in amounts of less than 4% by weight, preferably less than 2% by weight, and in particular less than 1% by weight.
  • melt cores used in the core melting process are preferably produced by means of a gravity casting process, for example in permanent mold casting, such as gravity permanent mold casting, or in sand casting. These methods are by far the least expensive and easy to use. However, the melt cores can also be produced by means of a low-pressure casting process, for example by means of low-pressure mold casting, low-pressure sand casting or pressure casting or squeeze casting.
  • the material is melted in a melting furnace or kept ready for casting in a holding furnace. That from recycled, i.e. Melted, melt cores recycled material is preferably kept ready in a holding furnace for casting in liquid form. However, it is also possible to feed the recycled material in solidified form to a melting furnace and then to cast it.
  • the alloy composition is classified in the furnace. Furthermore, the recycled melt can be cleaned in the melting or holding furnace.
  • the melting operation with melting or holding furnace in which the recycled or the newly produced melting core material is cleaned or processed, is carried out separately from the casting operation, the casting operation also comprising a casting furnace in addition to a casting device ,
  • the recycled melt is cast directly and without prior solidification into new melt cores after appropriate cleaning and processing.
  • the preparation or cleaning stage and the casting operation are preferably arranged directly next to one another in order to avoid long transport routes and corresponding energy losses.
  • the cast body After the cast body has solidified, it is removed from the mold and the sprue system removed.
  • the cast body is also deburred and cleaned. Deburring can e.g. be carried out in a deburring press.
  • the deburred and cleaned melt cores are subsequently ex. transported directly to a storage facility for intermediate storage or to the mold for the purpose of producing a plastic part.
  • the casting molds are preferably made of steel, aluminum or an aluminum alloy or from a gray cast iron (GGL, GGV, GGG), in particular from one Lamellar graphite cast iron.
  • the mold can also be made of a plastic.
  • the plastic parts produced by means of the method according to the invention are preferably construction components, in particular structural components.
  • the plastic components find e.g. Use in road or rail vehicle construction, in aerospace, and in watercraft construction, such as boat building. Further areas of application of the plastic parts produced using the method according to the invention are sports equipment for e.g. Water sports, cycling, aviation or tennis.
  • the plastic parts can also be used in building construction, civil engineering or interior construction.
  • fiber-reinforced plastic components can be produced as knot parts in the form of a hollow body for connecting a B-pillar to the sill of a car using the method according to the invention.
  • Liquid containers with large cavities can also be produced economically in this way.
  • the plastic parts can also contain permanent cores, such as foam cores.
  • permanent cores are also placed in the mold to produce the plastic parts.
  • the invention also relates to a core for the production of fiber-reinforced plastic parts in the core process, consisting of a metal alloy containing bismuth (Bi) and tin (Sn).
  • Metal melting cores have the advantage over wax melting cores, which are also frequently used, that they are more resistant to pressure and temperature. In particular in injection processes in which the resin is injected into the mold at high pressures, wax cores prove to be too soft, which can lead to the wax being pressed into the fiber structures.
  • Metal melting cores are cast as so-called full cores. Logistical problems therefore arise in the production of plastic parts which require large-volume melting cores, since on the one hand the large and correspondingly heavy melting cores are cumbersome to handle and can lead to problems in particular in automated process sequences. Furthermore, when using large-volume solid cores, an enormous flow of material is set in motion, which makes the process flow cumbersome and slows down, and entails high energy consumption. In addition, low-melting metal alloys, such as SnBi, are relatively expensive, so that as little material as possible is desired. It is therefore the goal to produce melt cores with a predetermined outer contour using as little alloy material as possible.
  • DE 3724665 A1 proposes to use the melting core with fillers, e.g. Hollow bodies made of glass to be cast, which take up corresponding volume and are removed from the interior of the core when the core melts out by destroying it.
  • fillers e.g. Hollow bodies made of glass to be cast, which take up corresponding volume and are removed from the interior of the core when the core melts out by destroying it.
  • the problem is now solved in that the metal alloy of the melting core contains antimony (Sb) as an additional alloy component in addition to tin and bismuth.
  • Sb antimony
  • the addition of antimony increases the strength of the metal alloy, so that melt cores in the form of hollow bodies, in particular thin-walled hollow bodies, of high strength can be produced therefrom.
  • the addition of antimony increases the strength through solid solution hardening.
  • the metal alloy according to the invention preferably consists of tin, bismuth and antimony and the usual impurities, which should preferably be kept as low as possible.
  • Lead (Pb) or zinc (Zn) which are present in amounts of 66 ppm to 0.01% by weight.
  • the melt core alloy contains, for example, more than 0% by weight, preferably 0.01% by weight or more, in particular 0.03% by weight or more, of antimony (Sb).
  • the melt core alloy contains 5% by weight or less, preferably 4% by weight or less, and in particular 2% by weight or less antimony (Sb).
  • the alloy portion of tin can e.g. are between 30 and 55% by weight.
  • the melt core alloy contains, for example. 30% by weight or more, preferably 35% by weight or more, in particular 40% by weight or more tin (Sn).
  • the melt core alloy contains, for example. 55% by weight or less, preferably 50% by weight or less, in particular 45% by weight or less tin (Sn).
  • the alloy portion of bismuth can e.g. are between 45 and 70 wt .-%.
  • the melt core alloy contains, for example. 45% by weight or more, preferably 50% by weight or more, in particular 55% by weight or more bismuth (Bi).
  • the melt core alloy contains, for example. 70% by weight or less, preferably 65% by weight or less, in particular 60% by weight or less bismuth (Bi).
  • the melt core alloy contains 53 to 63% by weight, preferably 57 to 59% by weight bismuth and 37 to 47% by weight, preferably 41 to 43% by weight tin.
  • the composition of bismuth and tin is particularly close to the eutectic (42% by weight Sn / 58% by weight Bi) (FIG. 2).
  • a eutectic bismuth-tin alloy with added antimony e.g. from 400 to 600 ppm promising mechanical properties.
  • the alloy information listed above includes the usual impurities, as already mentioned.
  • the melting core according to the invention can also contain further non-metallic additives and / or filler material.
  • the melt core alloy according to the invention is suitable for producing melt cores in the form of solid cores and preferably hollow cores, in particular thin-walled hollow cores.
  • the hollow cores can be cast integrally, ie in one piece.
  • the hollow cores can also be cast as partial shells, in particular half shells, and then joined.
  • the cavity of the hollow cores or partial shells can be divided into a plurality of chambers or pockets to strengthen the core by means of connecting webs.
  • the joining can be done by material bonding, e.g. by welding, soldering, gluing or by form locking.
  • the welding process can e.g. a TIG process with a tungsten electrode, with or without filler material.
  • the TIG process is preferably carried out under inert gas.
  • welding can be carried out using a soldering iron, with or without filler material.
  • the joining methods mentioned can also be used to repair damaged or defective fusible cores.
  • the hollow cores can also be cast as single-chamber bodies with open ends at one or two ends, in particular end faces, the open end sides being closed in the post-processing with a cover element, preferably of the same material, by welding, soldering, gluing or positive locking, so that a closed hollow body arises.
  • the single-chamber body can, for example, be tubular in shape with a constant or variable cross section.
  • the hollow body mentioned can also contain intermediate webs as reinforcements which, if appropriate, subdivide the cavity into several chambers or pockets.
  • complex melt cores can be composed of several partial cores, the combined partial cores being solid cores and / or hollow cores.
  • the partial cores in the form of hollow cores can in turn be composed of partial shells as described above.
  • the partial cores are expediently cast separately in separate casting processes and subsequently ex. joined by welding, soldering or gluing or form locking.
  • hollow melting cores facilitates the handling of the same, since the melting cores are much lighter than solid cores.
  • automated process flows possible or simplified, e.g. the use of robot technology and / or conveyor belts to move the melting cores between the different process stages, such as between the casting plant and the mold, and for the purpose of inserting melting cores into the mold.
  • the material flows are markedly reduced by the hollow construction, so that the need for expensive alloy components for the production of the alloys, but also the material losses from the material cycle can be reduced.
  • the antimony content of a BiSnSb alloy causes an increase in the melting temperature compared to a pure BiSn alloy. Since, according to the invention, the antimony content is below a few% by weight, the melting temperature is not significantly above the melting temperature of pure BiSn alloys.
  • the melting temperature of BiSnSb alloys according to the invention is, for example. in the range of 135 to 145 ° C. The melting temperature rises noticeably only with an antimony content of around 8% by weight.
  • the alloy according to the invention allows the production of relatively thin-walled melt cores which can also withstand high (injection) pressures of 20 bar or more, in particular up to 50 bar, without being deformed to the disadvantage of the plastic part.
  • high injection pressures allows, among other things, the production of plastic parts with a high fiber content of 40 to 70% vol%, since the (high) pressure structure ensures the impregnation of the (dense) fiber structures. Furthermore, the use of high injection pressures also allows a reduction in cycle times, since this can reduce the mold filling time.
  • the melt cores according to the invention are preferably produced by means of a gravity casting process, e.g. produced in permanent mold casting, such as gravity permanent mold casting, or in sand casting. These methods are by far the least expensive and easy to use.
  • the melt cores according to the invention can also be produced using a low-pressure casting process, e.g. using low-pressure die casting, low-pressure sand casting or die casting or squeeze casting.
  • the casting molds are preferably made of steel, aluminum or an aluminum alloy or of a gray cast iron (GGL, GGV, GGG), in particular of a cast iron with lamellar graphite.
  • the mold can also be made of a plastic.
  • conveyor belts and / or robot technology for moving the melt cores and / or the plastic parts between the individual process stages, such as, for example, the melt cores between the casting device and the mold and / or the plastic parts and melt cores between the mold and the annealing furnace or the plastic parts between the tempering furnace and a storage or post-processing device and robot technology for inserting the melting cores and / or for demolding the plastic part into the mold.
  • the diagram according to FIG. 1 shows a schematic sequence of a manufacturing process for the manufacture of fiber-reinforced plastic parts by means of melting core technology using an RTM method.
  • Method step 1 comprises melting and casting the melt core by means of gravity casting, such as mold or sand casting.
  • step 2 the casting is removed from the mold, the sprue system is separated and the cast core is deburred and cleaned.
  • the melting core is assembled from several partial cores, the core parts are either cohesively 3, e.g. by means of adhesive 4a or soldering 4b, or 5 form-fit.
  • the melt core can also optionally be coated with a suitable release agent.
  • the fusible core 6 is then covered with semi-finished fiber 7 and placed in the mold 9.
  • a resin system 8 from a resin and hardener
  • the fiber-reinforced plastic part is produced in the RTM process at a process temperature of around 110 ° C.
  • the plastic part is removed from the mold and fed to an annealing furnace 10, in which is then cured at a temperature of around 145 ° C while melting the core.
  • the finished plastic part 11 is present.
  • the melted-out melt core material is returned to the casting process in a closed circuit 12.
  • the alloy shows the phase diagram of a BiSn alloy according to the prior art.
  • a eutectic alloy composition with 42% by weight of Sn is particularly suitable as a melt core material.
  • the alloy additionally receives a comparatively small proportion of antimony (Sb), the Sn content preferably being around 42% by weight of Sn and the addition of antimony at the expense of the bismuth proportion.
  • SB antimony
  • 4a and 4b show 0.2% proof stresses of BiSnSb alloys as a function of the antimony content in the alloy.
  • 4a shows that the yield strength mentioned, starting from a pure BiSn alloy, increases markedly with an increasing antimony fraction of up to 0.05% by weight and thereafter remains at a higher level with a further increase in the antimony fraction, apart from certain fluctuations.
  • FIG. 4b shows that the yield strength mentioned does not remain significantly higher with a further increase in the antimony content of up to 2% by weight, despite certain fluctuations at a higher level. The mechanical properties are therefore significantly improved, especially when up to 0.1% by weight of antimony is added.

Abstract

The invention a method for the production of a fibre-reinforced, in particular long fibre reinforced, plastic part, by means of lost core technology. At least one lost core made of a metal alloy is introduced into a form tool and said lost core is surrounded with reinforced fibres and a plastic matrix which surrounds the reinforced fibres. The plastic matrix is secured and the dimensionally stable plastic part is subsequently removed from the mould and the lost core is melted. The invention is characterised in that the lost core is melted after it is removed form the mould and the plastic part is tempered. Thermal energy in the plastic part and in the lost core from the respective previous steps is essentially maintained and carried over to the next step. The invention also comprises a lost core which is used in the production of fibre-reinforced plastic parts in the lost core method, said lost core being made of a metal alloy containing bismuth (Bi) and tin (Sn), and the alloy contains antimony (Sb) as additional alloy components.

Description

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen und Vorrichtung dazu Process for the production of fiber-reinforced plastic parts and device therefor
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, insbesondere langfaserverstärkten, Kunststoff teils mittels Kernausschmelztechnik, wobei wenigstens ein Schmelzkern aus einer Metalllegierung in ein Formwerkzeug eingelegt und mit Verstärkungsfasern und einer die Verstärkungsfasern umgebenden Kunststoffmatrix ummantelt wird, und die Kunststoffmatrix verfestigt und das formstabile Kunststoffteil anschliessend entformt und der Schmelzkern ausgeschmolzen wird.The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic, in part by means of a lost-core technique, wherein at least one melt core made of a metal alloy is inserted into a mold and coated with reinforcing fibers and a plastic matrix surrounding the reinforcing fibers, and the plastic matrix is solidified and the dimensionally stable plastic part is then attached demolded and the melting core is melted out.
Die Erfindung umfasst zudem eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Femer betriff die Erfindung auch eine Schmelzkern-Legierung zur Herstellung von Kunststoffteilen mittels Kernausschmelztechnik.The invention also includes an apparatus for performing the method. Furthermore, the invention also relates to a melt core alloy for the production of plastic parts by means of the lost core technique.
Die Kernausschmelztechnik ist ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Kunststoff, bei welchem ein Schmelzkern in die Kavität einer Formpresse gelegt, mit Kunststoff und Fasergebilden ummantelt und der Kunststoff verfestigt bzw. ausgehärtet wird. Anschliessend wird der Kern ausgeschmolzen und der Wiederverwertung zugeführt.The lost-core technique is a known process for the production of plastic bodies, in which a melt core is placed in the cavity of a molding press, coated with plastic and fiber structures, and the plastic is solidified or cured. The core is then melted out and recycled.
Die Schmelzkerne werden in der Regel in Giessformen in die gewünschte Form gegossen. Hierzu kann in einem geschlossenen Stoffkreislauf ausgeschmolzenes Kernmaterial, gegebenenfalls nach einer Zwischenreinigung, wieder zu Schmelzkernen vergossen werden.The melting cores are usually poured into the desired shape in casting molds. For this purpose, melted-out core material can be poured back into fused cores in a closed material cycle, if necessary after an intermediate cleaning.
Bekannte Schmelzkerne bestehen z.B. aus einer niedrigschmelzenden SnBi- Metalllegierung. So befasst sich die WO 96/26799 und die DE 37 24 665 A1 mit Schmelzkernen aus BiSn-Legierungen, welche bei rund 138° C ausschmelzen. Da der ausgehärtete Kunststoffmantel des Kunststoffteils eine deutlich höhere Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur aufweist als die Schmelztemperatur des Schmelzkerns, kann der Kernausschmelzvorgang ohne nachteilige Folgen für das Kunststoffteil erfolgen.Known melting cores exist e.g. made of a low-melting SnBi metal alloy. For example, WO 96/26799 and DE 37 24 665 A1 deal with melting cores made of BiSn alloys, which melt out at around 138 ° C. Since the hardened plastic jacket of the plastic part has a significantly higher melting or decomposition temperature than the melting temperature of the melting core, the core melting process can take place without adverse consequences for the plastic part.
Die BiSn-Legierungen werden in der Regel in einer eutektischen Zusammenset- zung (42 Gew.-% Sn / 58 Gew.-% Bi) eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine gute Giessbarkeit und geringen Schwund aus.The BiSn alloys are generally used in a eutectic composition (42% by weight Sn / 58% by weight Bi). They are characterized by good castability and low shrinkage.
BESTATIGUNGSKOPIE Bei bekannten Verfahren der Kernausschmelztechnik wird das Kunststoffteil nach Beschicken des Formwerkzeugs mit den Verstärkungsfasem und der Kunststoffmatrix, welche bsp. mit einer Temperatur von rund 110°C verarbeitet wird, bis Erreichen seiner Formstabilität verfestigt, ausgehärtet bzw. polymerisiert und an- schliessend auf die Schmelztemperatur des Schmelzkerns von z.B. rund 140°C erwärmt. Dies geschieht bsp. in einem Flüssigkeitsbad, in welches der Schmelzkern ausgeschmolzen wird. Das Kunststoffteil enthält dabei mindestens eine Ausschmelzöffnung, durch welche der verflüssigte Schmelzkern nach aussen abgeführt werden kann.BESTATIGUNGSKOPIE In known methods of lost-core technology, the plastic part is filled with the reinforcing fibers and the plastic matrix after loading the mold, for example. is processed at a temperature of around 110 ° C. until it has reached its dimensional stability, solidified, cured or polymerized and then heated to the melting temperature of the melting core, for example around 140 ° C. This happens e.g. in a liquid bath in which the melting core is melted out. The plastic part contains at least one melting opening through which the liquefied melt core can be removed to the outside.
Nach Abschluss des Ausschmelzprozesses wird das Kunststoffteil gereinigt und gleichzeitig abgekühlt. Die Reinigung geschieht beispielsweise mit warmem Wasser bei einer Temperatur von z.B. rund 60°C. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das Kunststoffteil einem Temperprozess zugeführt, in welchem dieses unter Wärmezufuhr auf die Temper-Temperatur von z.B. rund 145° erwärmt wird. Wäh- rend des Temperns wird das Bauteil vollständig ausgehärtet und erhält dabei die gewünschten mechanischen Eigenschaften. Das Tempern wird bsp. in einem eigens dafür vorgesehenen Temper-Ofen durchgeführt.After the melting process is completed, the plastic part is cleaned and cooled at the same time. Cleaning takes place, for example, with warm water at a temperature of e.g. around 60 ° C. In a subsequent process step, the plastic part is fed to a tempering process in which it is heated to the tempering temperature of e.g. is heated around 145 °. During the annealing process, the component is fully hardened and thereby receives the desired mechanical properties. Annealing is e.g. carried out in a specially designed tempering furnace.
Das bekannte Verfahren wie oben beschrieben zeichnet sich durch einen häufigen Temperaturwechsel zwischen Beschickung des Formwerkzeuges mit den Aus- gangskomponenten, Aushärtung des Kunststoffes, Ausschmelzen des Schmelzkerns, Reinigen des Kunststoffteils und Tempern des Kunststoffteils aus.The known method as described above is characterized by a frequent temperature change between charging the mold with the starting components, curing the plastic, melting out the melting core, cleaning the plastic part and annealing the plastic part.
Die oben beschriebene Temperaturführung mit zahlreichen Temperaturwechseln ist nicht besonders verfahrensökonomisch. Neben einem erhöhten Energieverbrauch wird auch der Herstellungsprozess durch die stetigen Temperaturwechsel verlang- samt und umständlicher.The temperature control described above with numerous temperature changes is not particularly economical in terms of process. In addition to increased energy consumption, the manufacturing process is slowed down and more complicated due to the constant temperature changes.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für faserverstärkte Kunststoffteile vorzugschlagen, welches eine verbesserte Temperaturführung aufweist, die einerseits zu einer Energieeinsparung führt und andererseits den Prozessverlauf vereinfacht und beschleunigt.The invention is therefore based on the object of proposing a production method for fiber-reinforced plastic parts which has improved temperature control, which on the one hand leads to energy savings and on the other hand simplifies and speeds up the process.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem der Schmelzkern im Anschluss an das Entformen ausgeschmolzen und das Kunststoffteil getempert wird, wobei die thermische Energie im Kunststoffteil und im Schmelzkern vom je- weils vorangehenden Prozessschritt im wesentlichen erhalten und in den nächsten Prozessschritt mitgeführt wird.According to the invention, the object is achieved in that the melting core is melted out after the demolding and the plastic part is annealed, the thermal energy in the plastic part and in the melting core depending on the because the previous process step is essentially preserved and carried into the next process step.
Die Prozesstemperatur des Kunststoffteils und des Schmelzkerns wird bei den jeweils aufeinander folgenden Prozessschritten zwischen dem Aushärten des Kunst- stoffteils vor seiner Entformung und dem Beginn des Temperprozesses bevorzugt im wesentlichen konstant gehalten oder erhöht. Die Temperaturführung gemäss vorliegender Erfindung weist somit keine sich gegenseitig abwechselnden Abkühl- und Aufheizzyklen auf, sondern ist vielmehr von einer gewissen Kontinuität gekennzeichnet. D.h. die Temperatur ist entweder überwiegend konstant gehalten oder steigt an. Stärkere Abkühlphasen der Kunststoffbauteile bzw. deren Schmelzkerne sind dabei nicht vorgesehen, wobei eine verhältnismässig geringfügige Abkühlung durch den Transport des Kunststoffteils zwischen der Ausführung zweier aufeinanderfolgender Verfahrensschritte nicht auszuschliessen ist. Durch die oben beschriebene Temperaturführung wird ein minimales Temperatur- niveau beibehalten, welches in etwa der Entformungstemperatur entspricht oder nur unwesentlich darunter liegt. Dadurch wird die Restwärme aus dem Formge- bungsprozess in den Temper- bzw. Kernausschmelzprozess mitgenommen, was letzten Endes eine deutliche Energieeinsparung bedeutet.The process temperature of the plastic part and the melt core is preferably kept or increased essentially constant in the successive process steps between the hardening of the plastic part before it is removed from the mold and the beginning of the tempering process. The temperature control according to the present invention thus does not have mutually alternating cooling and heating cycles, but rather is characterized by a certain continuity. That the temperature is mostly kept constant or rises. Stronger cooling phases of the plastic components or their melting cores are not provided, a relatively slight cooling due to the transport of the plastic part between the execution of two successive process steps not being ruled out. The temperature control described above maintains a minimum temperature level which corresponds approximately to the demolding temperature or is only slightly below it. As a result, the residual heat from the shaping process is taken into the tempering or lost core process, which ultimately means significant energy savings.
■ Die Prozesstemperatur des Kunststoffteils und des Schmelzkerns nimmt zwischen dem Aushärten des Kunststoffteils vor seiner Entformung und dem Beginn des Temperprozesses bevorzugt höchstens um 25°C, vorteilhaft höchstens um 15°C und insbesondere höchstens um 5°C ab.The process temperature of the plastic part and the melt core preferably decreases by at most 25 ° C., advantageously at most 15 ° C. and in particular at most 5 ° C. between the hardening of the plastic part before it is removed from the mold and the beginning of the tempering process.
Das Ausschmelzen des Schmelzkerns wird bevorzugt vor, zu Beginn und/oder während des Temperns durchgeführt. Die zum Ausschmelzen des Schmelzkerns eingesetzte thermische Energie dient in bevorzugter Ausführung des Verfahrens gleichzeitig zum Tempern des Bauteils.The melting of the melting core is preferably carried out before, at the beginning and / or during the annealing. In a preferred embodiment of the method, the thermal energy used to melt out the melting core simultaneously serves to anneal the component.
Das Ausschmelzen des Schmelzkerns und das Tempern des Kunststoffteils wird bevorzugt in einem Temperofen durchgeführt. Der Temperofen kann zum Beispiel ein Durchlaufofen sein. Im Temperofen können bsp. Mittel zum Beheizen des Kunststoffteils mit erwärmter Umluft vorgesehen sein.The melting of the melting core and the annealing of the plastic part is preferably carried out in an annealing furnace. The annealing furnace can be, for example, a continuous furnace. For example, Means for heating the plastic part with heated circulating air may be provided.
Der Ofen wird bsp. mittels einer Widerstandsheizung und vorzugsweise mittels Induktions-Heizung betrieben. Das induktive Ausschmelzen des Schmelzkerns erfolgt verfahrensbedingt bei niedrigeren Temperaturen und in kürzerer Zeit als das Kernausschmelzen mittels Widerstandsheizung, wodurch die Temperaturbelastung des Kunststoffteil gesenkt werden kann. Das Induktionsfeld kann erzeugt werden, indem ein offene oder geschlossene Spule das Kunststoffteil mit Schmelzkern teilweise oder vollständig umgreift.The oven is e.g. operated by means of a resistance heater and preferably by means of induction heating. Due to the process, the inductive melting out of the melting core takes place at lower temperatures and in a shorter time than that Melting out by means of resistance heating, whereby the temperature load on the plastic part can be reduced. The induction field can be generated by an open or closed coil partially or completely encompassing the plastic part with the melting core.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird mit der zur Erwärmung des Schmelzkerns auf seine Schmelztemperatur zwecks Einleitung der Kernausschmelzung eingebrachten thermischen Energie gleichzeitig das Kunststoffteil von innen beheizt, d.h. die dem Schmelzkern zugeführte thermische Energie dient gleichzeitig zum Tempern des Kunststoffteils. Der Schmelzkern wird zu diesem Zweck bevor- zugt mittels Induktions-Heizung auf seine Schmelztemperatur erwärmt.In a preferred embodiment of the invention, the plastic part is heated from the inside at the same time as the thermal energy introduced to heat the melting core to its melting temperature for the purpose of initiating the core melting. the thermal energy supplied to the melt core also serves to anneal the plastic part. For this purpose, the melting core is preferably heated to its melting temperature by means of induction heating.
Das Kunststoffteil enthält zweckmässig eine oder mehrere Öffnungen, welche dem Ausschmelzen des Kernmaterials und/oder der Luftzufuhr während des Ausschmelzens dienen. Die Öffnungen werden bevorzugt nach der Entformung des Kunststoffteils und vor Einleiten des Ausschmelzvorganges eingebracht.The plastic part expediently contains one or more openings which serve to melt out the core material and / or to supply air during the melting out. The openings are preferably made after the plastic part has been removed from the mold and before the melting process is initiated.
Es kann vorgesehen sein, dass die Öffnung(en) im Kunststoffteil, und insbesondere die Auslassöffnung(en), welche dem Ausschmelzen dienen, vor Beginn des Aufschmelzvorganges verschlossen werden, so dass das geschmolzene Schmelzkernmaterial im Hohlraum zurückbehalten wird, d.h. verzögert abgelassen wird.It can be provided that the opening (s) in the plastic part, and in particular the outlet opening (s), which are used for melting, are closed before the melting process begins, so that the molten melt core material is retained in the cavity, i.e. is released with a delay.
Dies dient einerseits einer optimierten Temperung des Kunststoffteils, indem dieses durch Wärmeübergang vom Schmelzkern auf das Kunststoffteil auch von innen erwärmt wird. Ferner wird durch Zurückbehalten des Schmelzkerns bis zum Erreichen seines (vollständigen) schmelzflüssigen Zustandes eine bessere induktive Erwärmung und somit eine kürzere Ausschmelzzeit erreicht, als wenn die Schmelze kontinuierlich ausfliessen kann und der Schmelzkern vom Rand her ab- und ausgeschmolzen wird.On the one hand, this serves to optimize the tempering of the plastic part, since it is also heated from the inside by heat transfer from the melting core to the plastic part. Furthermore, by retaining the melt core until its (complete) molten state is reached, better inductive heating and thus a shorter melting time is achieved than if the melt can flow out continuously and the melt core is melted and melted from the edge.
Die Verflüssigung des Schmelzkerns kann mittels eines Senors, welcher bsp. auf einem Thermoelement basiert, überwacht werden, so dass das Erreichen der vollständigen Verflüssigung des Schmelzkerns durch den Sensor erfasst und angezeigt wird und die Auslassöffnungen entsprechend geöffnet werden können. In be- vorzugter Ausführung der Erfindung wird also der Schmelzkern erst mit dem oder nach dem vollständigen Aufschmelzen aus dem Hohlraum abgeführt.The liquefaction of the melt core can be carried out by means of a sensor which, for example, based on a thermocouple, are monitored so that the complete liquefaction of the melt core is detected and displayed by the sensor and the outlet openings can be opened accordingly. In a preferred embodiment of the invention, the melting core is only removed from the cavity with or after the complete melting.
Das Kunststoffteil wird nach Abschluss des Temperns zweckmässig abgekühlt. Ferner wird nach Abschluss des Temperns das Kunststoffteil vorzugweise gereinigt (Hohlraumreinigung), wobei Reste des Schmelzkerns aus dem Hohlraum entfernt werden. Das Kunststoffteil kann bsp. chemisch, d.h. mittels Einsatz geeigneter Lösungsmittel, gereinigt werden.The plastic part is appropriately cooled after the tempering. Furthermore, the plastic part is preferably cleaned after the tempering (Cavity cleaning), whereby remnants of the melting core are removed from the cavity. The plastic part can e.g. chemically, ie using suitable solvents.
Das Reinigen kann auch durch Auswaschen mit Wasser, insbesondere mittels Wasserdampf, oder einer anderen geeigneten Waschflüssigkeit, wie z.B. Glukol, erfolgen.The cleaning can also be carried out by washing out with water, in particular by means of steam, or another suitable washing liquid, e.g. Glucol.
Das Kunststoffteil kann auch mechanisch, bsp. durch Ausblasen des Kunststoffteils mittels Druckluft, insbesondere erwärmter bzw. heisser Druckluft, oder aber durch Thermoschock in flüssigem Gas, wie z.B. Stickstoff, geschehen. Chemische und mechanische Reinigungsstufen können ferner miteinander kombiniert werden.The plastic part can also be mechanically, e.g. by blowing out the plastic part using compressed air, in particular heated or hot compressed air, or by thermal shock in liquid gas, e.g. Nitrogen, happen. Chemical and mechanical cleaning stages can also be combined.
Die Schmelzkern-Legierung kann neben den Legierungsbestandteilen zusätzliche Additive (z.B. weitere Legierungselemente) enthalten, welche so ausgelegt sein können, dass sie die Oberflächenspannung und/oder die Viskosität der Schmelze erhöhen und dadurch die Benetzung herabsetzen. Vor der Bauteilherstellung kön- nen auch Trennmittel auf die Schmelzkerne aufgetragen werden, welche die Benetzung deutlich reduzieren und einen sogenannten Lotus-Effekt bewirken. Dies können bekannte Formtrennmittel aus der Kunststoff- oder Metallverarbeitung, z.B. auf Basis von Graphit, Bornitrit oder Silikon, sein.In addition to the alloy constituents, the melt core alloy can contain additional additives (e.g. further alloy elements), which can be designed in such a way that they increase the surface tension and / or the viscosity of the melt and thereby reduce the wetting. Before the component is manufactured, release agents can also be applied to the melt cores, which significantly reduce wetting and cause a so-called lotus effect. These can be known mold release agents from plastics or metal processing, e.g. based on graphite, boron nitride or silicone.
Durch die Verwendung entsprechend geeigneter Additive oder Trennmittel, wie oben beschrieben, kann unter Umständen auf einen abschliessenden Reinigungsschritt verzichtet, oder aber dieser zumindest reduziert werden.By using suitable additives or release agents, as described above, a final cleaning step may be dispensed with, or at least reduced.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, insbesondere langfaserverstärkten, Kunststoffteils mittels Kernausschmelztechnik kann mittels verschiedener Formgebungsverfahren ausgeführt werden. Mit Formge- bungsverfahren ist jenes Verfahren bzw. Teilverfahren gemeint, welches das Bereitstellen der Fasergebilde und der Ausgangskomponenten des Kunststoff matrix- systems sowie des Schmelzkerns, das Beschicken eines dazughörigen Formwerkzeugs mit den genannten Komponenten sowie den Formgebungsprozess bis zur Entformung des formstabilen Kunststoffteils aus dem Formwerkzeug umfasst.The method according to the invention for producing a fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic part by means of lost-core technology can be carried out by means of various shaping methods. The shaping process means the process or sub-process which involves the provision of the fiber structures and the starting components of the plastic matrix system and the melt core, the loading of an associated molding tool with the components mentioned and the molding process up to the removal of the dimensionally stable plastic part from the molding tool includes.
Das Formgebungsverfahren ist bevorzugt ein sogenanntes LCM (Liquid Composite Moulding)-Verfahren. Unter LCM-Verfahren oder LCM-Technologie wird in diesem Text ein Verfahren verstanden, in welchem der Hohlraum eines mehrteiligen Formwerkzeugs, insbesondere eines zweiteiligen Formwerkzeugs, mit einem ein- oder mehrteiligen Faserrohling oder Fasergebilde beschickt wird und in den Hohlraum des geschlossenen Formwerkzeugs ein duro- oder thermoplastisches Kunststoffmatrix-System eingespeist bzw. injiziert wird, welche den Faserrohling unter Ausbildung eines Faserverbundteils durchfliesst und den Hohlraum des Formwerkzeu- ges füllt, und das Faserverbundteil nach Abschluss der Formfüllung zur Aushärtung bzw. Polymerisation gebracht und entformt wird.The molding process is preferably a so-called LCM (Liquid Composite Molding) process. In this text, LCM process or LCM technology is understood to mean a process in which the cavity of a multi-part mold, in particular a two-part mold, is provided with a single or multi-part fiber blank or fiber structure is fed and a thermosetting or thermoplastic plastic matrix system is fed or injected into the cavity of the closed mold, which flows through the fiber blank to form a fiber composite part and fills the cavity of the molding tool, and the fiber composite part after completion of the Mold filling is cured or polymerized and removed from the mold.
Ein duroplastisches Kunststoffmatrix-System kann ein Epoxidharz umfassen, welches sich im Aushärtungsprozess zu einem duroplastischen Kunststoff vernetzt. Ein thermoplastisches Kunststoffmatrix-System kann bsp. zyklische Oligomere umfas- sen, welche sich in einem Polymerisationsprozess zu einem PBT (Polyethylen- terephthalat) vernetzen. Ferner kann die thermoplastische Kunststoff matrix auch ein Polyester oder ein PA (Polyamid) sein.A thermosetting plastic matrix system can comprise an epoxy resin which cross-links to form a thermosetting plastic in the curing process. A thermoplastic plastic matrix system can e.g. cyclic oligomers which crosslink in a polymerization process to form a PBT (polyethylene terephthalate). Furthermore, the thermoplastic plastic matrix can also be a polyester or a PA (polyamide).
Wird ein duroplastisches Kunststoffmatrix-System im LCM-Verfahren verarbeitet, so handelt es sich in diesem Fall um ein sogenanntes RTM-(Resin Transfer Moulding)- Verfahren, auch Harz-Fliessform-Verfahren genannt. Das RTM-Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein niedrigviskoses Reaktionsharz in ein mit Verstärkungsfasern beschicktes Formwerkzeug injiziert und nachfolgend zu einem Duroplast ausgehärtet wird. Das RTM-Verfahren ist beispielsweise in Kötte, "Der Resin- Transfer-Molding-Prozess - Analyse eines Harzinjektionsverfahrens", Verlag TÜV Rheinland, 1991 ausführlich beschrieben.If a thermosetting plastic matrix system is processed in the LCM process, this is a so-called RTM (Resin Transfer Molding) process, also called resin flow molding process. The RTM process is characterized by the fact that a low-viscosity reactive resin is injected into a molding tool loaded with reinforcing fibers and then cured to form a thermoset. The RTM process is described in detail in Kötte, "The Resin Transfer Molding Process - Analysis of a Resin Injection Process", published by TÜV Rheinland, 1991.
Das LCM-Verfahren versteht sich somit als eine dem RTM-Verfahren übergeordnete Bezeichnung für ein eingangs beschriebenes Verfahren, in welchem neben duroplastischen Kunststoffmatrixsystemen auch thermoplastische Kunststoffmatrix- systeme verarbeitet werden.The LCM process is therefore understood as a superordinate term for the process described at the outset, in which, in addition to thermosetting plastic matrix systems, thermoplastic plastic matrix systems are also processed.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann anstelle eines LCM- oder RTM-Verfahren auch ein anderes, Langfasern verarbeitendes Formgebungsverfahrens, wie Formpressen, beinhalten. So kann das Formgebungsverfahren sich auch durch die Verarbeitung von vorgetränkten Fasergebilde bzw. Faserhalbzeuge, wie SMC-(Sheet- Moulding-Compound)-Formmassen, GMT-(Glass Matt Thermoplastic)-Halbzeug oder Prepregs, auszeichnen.Instead of an LCM or RTM process, the process according to the invention can also include another shaping process which processes long fibers, such as compression molding. The shaping process can also be characterized by the processing of pre-soaked fiber structures or semi-finished fiber products, such as SMC (sheet molding compound) molding compounds, GMT (glass matt thermoplastic) semi-finished products or prepregs.
Das Kunststoffteil ist bevorzugt mit vorgefertigten Fasergebilden verstärkt. Die Fasergebilde können in Form von textilen Flächengebilden, z.B. Vliese, "Non- wovens", nicht-maschenbildenden Systemen, wie Gewebe, uni- oder bidirektionale Gelege, Geflechte oder Matten oder maschenbildenden Systemen, wie Gestricke oder Gewirke sowie als gestickte Strukturen vorliegen. Die verwendeten Fasern sind vorzugsweise Langfasern mit Faserlängen von z.B. 3-150 mm oder Endlosfasern.The plastic part is preferably reinforced with prefabricated fiber structures. The fiber structures can be in the form of textile fabrics, for example nonwovens, “nonwovens”, non-stitch-forming systems, such as fabrics, unidirectional or bidirectional scrims, braids or mats, or stitch-forming systems, such as knitted fabrics knitted or knitted as well as embroidered structures. The fibers used are preferably long fibers with fiber lengths of, for example, 3-150 mm or continuous fibers.
Die Verstärkungsfasern des Kunststoffteils können Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasem oder Gemische davon sein. Weitere Faserntypen aus Kunststoff oder Naturfasern können ebenfalls Verwendung finden. Das Kunststoffteil enthält bsp. einen Fasergehalt von über 30 Vol.-%, und vorteilhaft einen Fasergehalt von 40-70 Vol.-%.The reinforcing fibers of the plastic part can be glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or mixtures thereof. Other types of fibers made of plastic or natural fibers can also be used. The plastic part contains e.g. a fiber content of over 30 vol .-%, and advantageously a fiber content of 40-70 vol .-%.
Das Kunststoffteil besteht bsp. aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff. In bevorzugter Ausführung der Erfindung besteht das Kunststoffteil aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, welcher zur Verarbeitung in einem LCM-Verfahren geeignet ist. Das Kunststoffteil besteht insbesondere aus einem Poly(butylenterephthalat)-(PBT)- oder Polyamid-(PA)-Polymersystem, wie Polyamid-12 (PA12).The plastic part is e.g. made of a thermoplastic or thermosetting plastic. In a preferred embodiment of the invention, the plastic part consists of a thermoplastic, in particular a thermoplastic, which is suitable for processing in an LCM process. The plastic part consists in particular of a poly (butylene terephthalate) (PBT) or polyamide (PA) polymer system, such as polyamide-12 (PA12).
Bei der Verarbeitung von PBT-Matrixsystemen, wird das reaktive Matrixmaterial vorzugsweise in Form von mit einem Polymerisations-Katalysator vermischten zyklischen oder makrozyklischen Oligomeren des Polyesters bzw. des PBT (CPBT) in das Formwerkzeug injiziert.When processing PBT matrix systems, the reactive matrix material is preferably injected into the mold in the form of cyclic or macrocyclic oligomers of the polyester or of the PBT (CPBT) mixed with a polymerization catalyst.
In bevorzugter Ausführung wird der Schmelzkern vor, während oder nach dem Be- schicken des Formwerkzeugs, jedoch vor der Einspeisung der reaktiven Kunst- stoffmatrix, auf eine unter dem Schmelzpunkt liegende Temperatur vorgewärmt. Vorwärmen bedeutet, den Schmelzkern auf ein Temperaturniveau zu bringen, welches über der herrschenden Umgebungstemperatur liegt. Hierzu kann auch die aus dem Giessprozess verbleibende Restwärme des erstarrten Schmelzkerns genutzt werden.In a preferred embodiment, the melt core is preheated to a temperature below the melting point before, during or after loading of the molding tool, but before the reactive plastic matrix is fed in. Preheating means bringing the core to a temperature level that is above the prevailing ambient temperature. The residual heat of the solidified core remaining from the casting process can also be used for this purpose.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten, insbesondere langfaserverstärkten, Kunststoffteilen mittels Kernausschmelztechnik nach dem erfindungsgemässen Verfahren.The invention also relates to a device for the production of fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic parts by means of lost-core technology according to the inventive method.
Die erfindungsgemässe Vorrichung zeichnet durch einen Temperofen zur Tempe- rung des Kunststoffteils aus, welcher in Ausführung eines Durchlaufofens vorliegt.The device according to the invention is characterized by a tempering furnace for tempering the plastic part, which is in the form of a continuous furnace.
Der Temperofen wird bevorzugt mittels Heissluftumwälzung beheizt. Der Temperofen kann z.B. mittels Widerstandsheizung betrieben werden. Ferner kann die Vorrichtung Mittel zur induktiven Beheizung (z.B. Magnet- Induktion) des Schmelzkerns umfassen. Die Mittel zur induktiven Beheizung des Schmelzkerns sind bevorzugt im Temperofen integriert, d.h. sie sind bevorzugt integraler Bestandteil des Temperofens. In einer spezifischen Ausführung eines er- findungsgemässen Temperofens enthält dieser sowohl mittel zur induktiven Beheizung des Schmelzkerns und des Kunststoffteils von innen als auch Mittel zur Beheizung des Kunststoffteils von aussen, bsp. mittels Heissluftumwälzung oder Infrarot.The tempering furnace is preferably heated by means of hot air circulation. The tempering furnace can be operated using resistance heating, for example. Furthermore, the device can comprise means for inductive heating (eg magnetic induction) of the melting core. The means for inductive heating of the melting core are preferably integrated in the tempering furnace, ie they are preferably an integral part of the tempering furnace. In a specific embodiment of a tempering furnace according to the invention, it contains both means for inductively heating the melting core and the plastic part from the inside and also means for heating the plastic part from the outside, for example. by means of hot air circulation or infrared.
Die Schmelzkerne sind bevorzugt aus niedrigschmelzenden Metalllegierungen, wo- bei die Schmelztemperatur der Metalllegierung zwischen der Injektionstemperatur und der Glastemperatur des jeweils zu verarbeitenden Kunststoffmatrixsystems liegen muss.The melting cores are preferably made of low-melting metal alloys, whereby the melting temperature of the metal alloy must lie between the injection temperature and the glass transition temperature of the plastic matrix system to be processed in each case.
Zur Verarbeitung von Duroplast-Matrixsystemen, welche in der Regel bei einer Temperatur von rund 100 bis 110° C verarbeitet und bei einer Temperatur von rund 140 bis 150°C getempert werden, eignen sich Bismut-Zinn-Legierungen, wie Bi42Sn, welche eine Schmelztemperatur von rund 139°C aufweist. Ferner eignen sich auch die nachfolgend beschriebenen Antimon-haltigen Bismut-Zinn- Legierungen gemäss Erfindung, deren Schmelztemperatur ebenfalls im Bereich von rund 140°C liegt. Weitere anwendbare Legierungen sind Bismut-Blei- Legierungen, wie z.B. Bi45Pb, welche eine Schmelztemperatur von 124°C aufweist.Bismuth-tin alloys such as Bi42Sn, which have a melting temperature, are suitable for processing thermoset matrix systems, which are generally processed at a temperature of around 100 to 110 ° C and annealed at a temperature of around 140 to 150 ° C of around 139 ° C. The bismuth-tin alloys containing antimony described below are also suitable according to the invention, the melting temperature of which is also in the range of around 140 ° C. Other alloys that can be used are bismuth-lead alloys, e.g. Bi45Pb, which has a melting temperature of 124 ° C.
Zur Verarbeitung von Thermoplast-Matrixsystemen, wie z.B. PBT oder PA-12, welche wesentlich höhere Verarbeitungstemperaturen von z.B. 180 bis 190°C und Tempertemperaturen von z.B. 200 bis 210°C aufweisen, eignen sich Zinn-Zink- Legierungen, wie Sn9Zn, mit einem gegenüber Bismut-Zinn-Legierungen höheren Schmelzpunkt im Bereich von rund 199°C. Den SnZn-Legierungen können zur Festigkeitssteigerung ebenfalls geringe Anteile von Antimon in Mengen von weniger als 4 Gew-%, vorzugsweise von wengier als 2 Gew-%, und insbesondere von weniger als 1 Gew-% zugegeben werden.For processing thermoplastic matrix systems, e.g. PBT or PA-12, which have significantly higher processing temperatures of e.g. 180 to 190 ° C and annealing temperatures of e.g. 200 to 210 ° C, tin-zinc alloys such as Sn9Zn are suitable, with a higher melting point in the range of around 199 ° C than bismuth-tin alloys. To increase the strength, small amounts of antimony can also be added to the SnZn alloys in amounts of less than 4% by weight, preferably less than 2% by weight, and in particular less than 1% by weight.
Weitere Legierungen sind Zinn-Blei-Legierungen, wie z.B. SnPb, welche eine Schmelztemperatur von ca. 183°C aufweist. Ferner sind auch Zinn-Magnesium- Legierungen anwendbar, wie z.B. Sn2Mg, welche eine Schmelztemperatur von ca. 200°C aufweist. Die im Kemausschmelzverfahren verwendeten Schmelzkerne werden vorzugsweise mittels eines Schwerkraftgiessverfahrens, z.B. im Kokillenguss, wie Schwerkraft- Kokillenguss, oder im Sandguss hergestellt. Diese Verfahren sind mit Abstand am kostengünstigsten und gut handhabbar. Die Schmelzkerne können jedoch auch mittels eines Niederdruckgussverfahrens, z.B. mittels Niederdruck-Kokillenguss, Niederdruck-Sandguss oder Druckguss bzw. Squeeze-Casting hergestellt werden.Other alloys are tin-lead alloys, such as SnPb, which has a melting temperature of approx. 183 ° C. Tin-magnesium alloys can also be used, such as Sn2Mg, which has a melting temperature of approx. 200 ° C. The melt cores used in the core melting process are preferably produced by means of a gravity casting process, for example in permanent mold casting, such as gravity permanent mold casting, or in sand casting. These methods are by far the least expensive and easy to use. However, the melt cores can also be produced by means of a low-pressure casting process, for example by means of low-pressure mold casting, low-pressure sand casting or pressure casting or squeeze casting.
Das Material wird dazu in einem Schmelzofen aufgeschmolzen bzw. in einem Warmhalteofen zum Vergiessen bereit gehalten. Das aus recyclierten, d.h. ausgeschmolzenen, Schmelzkernen rückgeführte Material wird bevorzugt in einem Warmhalteofen zum Vergiessen in flüssiger Form bereit gehalten. Es ist jedoch auch möglich, das recyclierte Material in verfestigter Form einem Schmelzofen zuzuführen und dann zu vergiessen.For this purpose, the material is melted in a melting furnace or kept ready for casting in a holding furnace. That from recycled, i.e. Melted, melt cores recycled material is preferably kept ready in a holding furnace for casting in liquid form. However, it is also possible to feed the recycled material in solidified form to a melting furnace and then to cast it.
Fallweise findet im Schmelzofen die Gattierung der Legierungszusammensetzung statt. Ferner kann im Schmelz- bzw. Warmhalteofen eine Reinigung der recyclierten Schmelze stattfinden.Occasionally the alloy composition is classified in the furnace. Furthermore, the recycled melt can be cleaned in the melting or holding furnace.
Es ist denkbar, dass der Schmelzbetrieb mit Schmelz- bzw. Warmhalteofen, in welchem die rückgeführte bzw. das neu produzierte Schmelzkern-Material gereinigt bzw. aufbereitet wird, vom Giessbetrieb getrennt geführt wird, wobei der Giessbe- trieb neben einer Giessvorrichtung auch einen Giessofen umfasst.It is conceivable that the melting operation with melting or holding furnace, in which the recycled or the newly produced melting core material is cleaned or processed, is carried out separately from the casting operation, the casting operation also comprising a casting furnace in addition to a casting device ,
In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird die recyclierte Schmelze nach entsprechender Reinigung und Aufbereitung direkt und ohne vorangehendes Erstarren zu neuen Schmelzkernen vergossen. Die Aufbereitungs- bzw. Reinigungsstufe und der Giessbetrieb sind zwecks Vermeidung grosser Transportwege und entsprechender Energieverluste vorzugsweise unmittelbar nebeneinander angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, the recycled melt is cast directly and without prior solidification into new melt cores after appropriate cleaning and processing. The preparation or cleaning stage and the casting operation are preferably arranged directly next to one another in order to avoid long transport routes and corresponding energy losses.
Nach Erstarrung des Gusskörpers wird dieser entformt und das Angusssystem entfernt. Ferner wird der Gusskörper entgratet und gereinigt. Das Entgraten kann bsp. in einer Entgratpresse ausgeführt werden. Die Entgrateten und gereinigten Schmelzkerne werden nachfolgend bsp. in eine Lagereinrichtung zur Zwischenlagerung oder zum Formwerkzeug direkt zwecks Herstellung eines Kunststoffteils weitertransportiert.After the cast body has solidified, it is removed from the mold and the sprue system removed. The cast body is also deburred and cleaned. Deburring can e.g. be carried out in a deburring press. The deburred and cleaned melt cores are subsequently ex. transported directly to a storage facility for intermediate storage or to the mold for the purpose of producing a plastic part.
Die Gussformen sind bevorzugt aus Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus einem Grauguss (GGL, GGV, GGG), insbesondere aus einem Gusseisen mit Lamellengraphit. Die Gussform kann jedoch auch aus einem Kunststoff sein.The casting molds are preferably made of steel, aluminum or an aluminum alloy or from a gray cast iron (GGL, GGV, GGG), in particular from one Lamellar graphite cast iron. However, the mold can also be made of a plastic.
Die mittels erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kunststoffteile sind bevorzugt Konstruktions-Bauteile, insbesondere Strukturbauteile. Die Kunststoffbauteile finden z.B. Verwendung im Strassen- oder Schienenfahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrt, sowie im Wasserfahrzeugbau, wie Bootsbau. Weitere Anwendungsgebiete der mit erfindungsgemässem Verfahren hergestellten Kunststoffteile sind Sportgeräte für z.B. Wassersport, Radsport, Flugsport oder Tennissport. Ferner können die Kunststoffteil auch im Hoch-, Tiefbau oder Innenausbau Verwendung finden.The plastic parts produced by means of the method according to the invention are preferably construction components, in particular structural components. The plastic components find e.g. Use in road or rail vehicle construction, in aerospace, and in watercraft construction, such as boat building. Further areas of application of the plastic parts produced using the method according to the invention are sports equipment for e.g. Water sports, cycling, aviation or tennis. Furthermore, the plastic parts can also be used in building construction, civil engineering or interior construction.
So lassen sich beispielsweise faserverstärkte Kunststoffbauteile als Knotenteile in Ausbildung eines Hohlkörpers zur Anbindung einer B-Säule an den Schweller eines PKW's mit dem erfindungsgemässen Verfahren herstellen. Auch Flüssigkeitsbehälter mit grossen Hohlräumen lassen sich auf diese Weise wirtschaftlich herstel- len.For example, fiber-reinforced plastic components can be produced as knot parts in the form of a hollow body for connecting a B-pillar to the sill of a car using the method according to the invention. Liquid containers with large cavities can also be produced economically in this way.
Die Kunststoffteile können ferner neben den durch die Schmelzkerntechnik erzeugten Hohlkammern auch permanente Kerne, wie Schaumstoffkerne, enthalten. Dazu werden zur Herstellung der besagten Kunststoffteile neben Schmelzkernen auch permanente Kerne in das Formwerkzeug eingelegt.In addition to the hollow chambers produced by the melt core technology, the plastic parts can also contain permanent cores, such as foam cores. In addition to melting cores, permanent cores are also placed in the mold to produce the plastic parts.
Die Erfindung betrifft überdies auch einen Schmelzkern zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen im Schmelzkernverfahren, bestehend aus einer Metalllegierung enthaltend Bismut (Bi) und Zinn (Sn).The invention also relates to a core for the production of fiber-reinforced plastic parts in the core process, consisting of a metal alloy containing bismuth (Bi) and tin (Sn).
Schmelzkerne aus Metall weisen gegenüber den ebenfalls häufig eingesetzten Wachs-Schmelzkernen den Vorteil auf, dass diese Druck- und Temperaturbestän- diger sind. Insbesondere bei Injektionsverfahren, in welchen das Harz mit hohen Drücken in das Formwerkzeug injiziert wird, erweisen sich Wachskerne als zu weich, was dazu führen kann, dass das Wachs in die Fasergebilde gedrückt wird.Metal melting cores have the advantage over wax melting cores, which are also frequently used, that they are more resistant to pressure and temperature. In particular in injection processes in which the resin is injected into the mold at high pressures, wax cores prove to be too soft, which can lead to the wax being pressed into the fiber structures.
Schmelzkerne aus Metall werden als sogenannte Vollkerne gegossen. Bei der Herstellung von Kunststoffteilen, welche grossvolumige Schmelzkerne benötigen, er- geben sich daher logistische Probleme, da einerseits die grossen und entsprechend schweren Schmelzkerne umständlich zu handhaben sind und insbesondere in automatisierten Prozessabläufen zu Problemen führen können. Ferner wird beim Einsatz von grossvolumigen Vollkernen ein enormer Materialfluss in Gang gesetzt, welcher den Prozessablauf umständlich macht und verlangsamt sowie einen hohen Energieverbrauch nach sich zieht. Zudem sind niedrigschmelzende Metalllegierungen, wie SnBi, relativ teuer, so dass ein möglichst geringer Materialeinsatz erwünscht ist. Es ist daher das Ziel, Schmelzkerne mit einer vorgegebenen Aussenkontur unter Verwendung von möglichst wenig Legierungsmaterial herzustellen.Metal melting cores are cast as so-called full cores. Logistical problems therefore arise in the production of plastic parts which require large-volume melting cores, since on the one hand the large and correspondingly heavy melting cores are cumbersome to handle and can lead to problems in particular in automated process sequences. Furthermore, when using large-volume solid cores, an enormous flow of material is set in motion, which makes the process flow cumbersome and slows down, and entails high energy consumption. In addition, low-melting metal alloys, such as SnBi, are relatively expensive, so that as little material as possible is desired. It is therefore the goal to produce melt cores with a predetermined outer contour using as little alloy material as possible.
Zur Lösung dieses Problems schlägt die DE 3724665 A1 vor, den Schmelzkern mit Füllkörpem, wie z.B. Hohlkörpern aus Glas, zu vergiessen, welche ensprechend Volumen einnehmen und beim Ausschmelzen des Kerns durch Zerstören aus dem Inneren des Kerns entfernt werden.To solve this problem, DE 3724665 A1 proposes to use the melting core with fillers, e.g. Hollow bodies made of glass to be cast, which take up corresponding volume and are removed from the interior of the core when the core melts out by destroying it.
Diese Lösung ist jedoch unbefriedigend, da einerseits artfremde Materialen verwendet werden, welche bei der Aufbereitung der Schmelze wieder entfernt werden müssen. Zudem bedeuted die Herstellung und Einarbeitung solcher Füllmaterialien in den Schmelzkern einen zusätzlichen Aufwand.However, this solution is unsatisfactory because, on the one hand, foreign materials are used, which have to be removed again when the melt is processed. In addition, the production and incorporation of such filling materials into the melt core means additional effort.
Bei grossvolumigen Schmelzkernen bietet es sich daher an, diese als Hohlkerne zu fertigen. Da SnBi-Legierungen jedoch verhältnismässig geringe Festigkeiten aufweisen, müssen die Hohlkerne recht dickwandig hergestellt werden, damit der Schmelzkern angesichts der hohen Drücke, welche bei Injektionsverfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen herrschen, formstabil ist. Der zur Herstellung von dickwandigen Hohlkörpern erforderliche Mehraufwand gegenüber Vollkernen kann jedoch durch die daraus erzielten Vorteile in der Regel nicht aufgewogen werden, so dass letztendlich der Einsatz von Vollkernen wirtschaftlicher ist.With large-volume melting cores, it is therefore advisable to manufacture them as hollow cores. However, since SnBi alloys have relatively low strengths, the hollow cores must be made with thick walls so that the melt core is dimensionally stable in view of the high pressures which prevail in the injection process for producing plastic parts. However, the additional effort required to produce thick-walled hollow bodies compared to solid cores cannot, as a rule, be offset by the advantages obtained from them, so that ultimately the use of solid cores is more economical.
Dünnwandige und daher leichte und materialsparende Hohlkörper aus reinen SnBi- Legierungen eignen sich wiederum wegen den viel zu geringen Festigkeiten nicht als Schmelzkerne.Thin-walled and therefore light and material-saving hollow bodies made of pure SnBi alloys are in turn not suitable as melting cores because of the far too low strengths.
Das Problem wird erfindungsgemäss nun dadurch gelöst, dass die Metalllegierung des Schmelzkerns neben Zinn und Bismut als zusätzlichen Legierungsbestandteil Antimon (Sb) enthält.According to the invention, the problem is now solved in that the metal alloy of the melting core contains antimony (Sb) as an additional alloy component in addition to tin and bismuth.
Durch die Zugabe von Antimon steigert sich die Festigkeit der Metalllegierung, so dass daraus Schmelzkerne in Form von Hohlkörpern, insbesondere dünnwandigen Hohlkörpern, von hoher Festigkeit hergestellt werden können. Die Zugabe von Antimon bewirkt dabei eine Steigerung der Festigkeit durch Mischkristallhärtung. Die erfindungsgemässe Metalllegierung besteht bevorzugt aus Zinn, Bismut und Antimon sowie den üblichen Verunreinigungen, welche vorzugsweise möglichst gering zu halten sind, solche Verunreinigungen können bsp. Blei (Pb) oder Zink (Zn) sein, welche in Mengen von 66 ppm bis 0.01 Gew.-% vorliegen.The addition of antimony increases the strength of the metal alloy, so that melt cores in the form of hollow bodies, in particular thin-walled hollow bodies, of high strength can be produced therefrom. The addition of antimony increases the strength through solid solution hardening. The metal alloy according to the invention preferably consists of tin, bismuth and antimony and the usual impurities, which should preferably be kept as low as possible. Lead (Pb) or zinc (Zn), which are present in amounts of 66 ppm to 0.01% by weight.
Die Schmelzkern-Legierung enthält beispielsweise mehr als 0 Gew.-%, vorzugsweise 0.01 Gew.-% oder mehr, insbesondere 0.03 Gew.-% oder mehr Antimon (Sb).The melt core alloy contains, for example, more than 0% by weight, preferably 0.01% by weight or more, in particular 0.03% by weight or more, of antimony (Sb).
In spezifischer Ausführung der Erfindung enthält die Schmelzkern-Legierung 5 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 4 Gew.-% oder weniger, und insbesondere 2 Gew.-% oder weniger Antimon (Sb).In a specific embodiment of the invention, the melt core alloy contains 5% by weight or less, preferably 4% by weight or less, and in particular 2% by weight or less antimony (Sb).
Der Legierungsanteil an Zinn kann bsp. zwischen 30 und 55 Gew.-% liegen. Die Schmelzkern-Legierung enthält bsp. 30 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 35 Gew.- % oder mehr, insbesondere 40 Gew.-% oder mehr Zinn (Sn). Die Schmelzkern- Legierung enthält bsp. 55 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 50 Gew.-% oder weniger, insbesondere 45 Gew.-% oder weniger Zinn (Sn).The alloy portion of tin can e.g. are between 30 and 55% by weight. The melt core alloy contains, for example. 30% by weight or more, preferably 35% by weight or more, in particular 40% by weight or more tin (Sn). The melt core alloy contains, for example. 55% by weight or less, preferably 50% by weight or less, in particular 45% by weight or less tin (Sn).
Der Legierungsanteil an Bismut kann bsp. zwischen 45 und 70 Gew.-% liegen. Die Schmelzkern-Legierung enthält bsp. 45 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 50 Gew.- % oder mehr, insbesondere 55 Gew.-% oder mehr Bismut (Bi). Die Schmelzkern- Legierung enthält bsp. 70 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 65 Gew.-% oder weniger, insbesondere 60 Gew.-% oder weniger Bismut (Bi).The alloy portion of bismuth can e.g. are between 45 and 70 wt .-%. The melt core alloy contains, for example. 45% by weight or more, preferably 50% by weight or more, in particular 55% by weight or more bismuth (Bi). The melt core alloy contains, for example. 70% by weight or less, preferably 65% by weight or less, in particular 60% by weight or less bismuth (Bi).
In besonders bevorzugter Ausführung der Erfindung enthält die Schmelzkern- Legierung 53 bis 63 Gew.-%, vorzugsweise 57 bis 59 Gew.-% Bismut und 37 bis 47 Gew.-%, vorzugsweise 41 bis 43 Gew.-% Zinn. Die Zusammensetzung von Bismut und Zinn liegt insbesondere in der Nähe des Eutektikums (42 Gew.-% Sn / 58 Gew.-% Bi) (Fig. 2).In a particularly preferred embodiment of the invention, the melt core alloy contains 53 to 63% by weight, preferably 57 to 59% by weight bismuth and 37 to 47% by weight, preferably 41 to 43% by weight tin. The composition of bismuth and tin is particularly close to the eutectic (42% by weight Sn / 58% by weight Bi) (FIG. 2).
So weist beispielsweise eine eutektische Bismut-Zinnlegierung mit Antimonzusatz, bsp. von 400 bis 600 ppm vielversprechende mechanische Eigenschaften auf.For example, a eutectic bismuth-tin alloy with added antimony, e.g. from 400 to 600 ppm promising mechanical properties.
Die oben aufgeführten Legierungsangaben schliessen die üblichen Verunreinigungen, wie bereits genannt, mit ein. Der erfindungsgemässe Schmelzkern kann ferner weitere nichtmetallische Zusätze und/oder Füllmaterial enthalten. Die erfindungsgemässe Schmelzkern-Legierung eignet sich zur Herstellung von Schmelzkernen in Form von Vollkernen und vorzugsweise Hohlkernen, insbesondere dünnwandigen Hohlkernen. Die Hohlkerne können integral, d.h. einstückig, gegossen werden. Ferner können die Hohlkerne auch als Teilschalen, insbesonde- re Halbschalen, gegossen und anschliessend, gefügt werden. Der Hohlraum der Hohlkerne bzw. Teilschalen kann zur Verstärkung des Kern mittels Verbindungsstegen in eine Mehrzahl von Kammern bzw. Taschen unterteilt sein.The alloy information listed above includes the usual impurities, as already mentioned. The melting core according to the invention can also contain further non-metallic additives and / or filler material. The melt core alloy according to the invention is suitable for producing melt cores in the form of solid cores and preferably hollow cores, in particular thin-walled hollow cores. The hollow cores can be cast integrally, ie in one piece. Furthermore, the hollow cores can also be cast as partial shells, in particular half shells, and then joined. The cavity of the hollow cores or partial shells can be divided into a plurality of chambers or pockets to strengthen the core by means of connecting webs.
Das Fügen kann durch Stoffschluss, z.B. mittels Schweissen, Löten, Kleben oder durch Formschluss erfolgen. Das Schweissverfahren kann bsp. ein TIG-Verfahren mit Wolframelektrode, mit oder ohne Zusatzwerkstoff, sein. Das TIG-Verfahren wird bevorzugt unter Inertgas ausgeführt. Ferner kann das Schweissen mittels Lötkolben, mit oder ohne Zusatzwerkstoff, erfolgen.The joining can be done by material bonding, e.g. by welding, soldering, gluing or by form locking. The welding process can e.g. a TIG process with a tungsten electrode, with or without filler material. The TIG process is preferably carried out under inert gas. Furthermore, welding can be carried out using a soldering iron, with or without filler material.
Die genannten Fügeverfahren können auch dazu dienen, beschädigte oder fehlerhafte Schmelzkerne zu reparieren.The joining methods mentioned can also be used to repair damaged or defective fusible cores.
Die Hohlkerne können auch als Einkammerkörper mit ein- oder zweiends offenen Endseiten, insbesondere Stirnseiten, gegossen werden, wobei in der Nachbearbeitung die offenen Endseiten mit einem Deckelement, vorzugsweise aus demselben Material, durch Schweissen, Löten, Kleben oder Formschluss geschlossen werden, so dass ein geschlossener Hohlkörper entsteht. Der Einkammerkörper kann beispielsweise rohrartig mit gleichbleibendem oder veränderlichem Querschnitt ausgebildet sein. Der genannte Hohlkörper kann auch Zwischenstege als Verstärkungen enhalten, welche gegebenenfalls den Hohlraum in mehrere Kammern oder Taschen unterteilen.The hollow cores can also be cast as single-chamber bodies with open ends at one or two ends, in particular end faces, the open end sides being closed in the post-processing with a cover element, preferably of the same material, by welding, soldering, gluing or positive locking, so that a closed hollow body arises. The single-chamber body can, for example, be tubular in shape with a constant or variable cross section. The hollow body mentioned can also contain intermediate webs as reinforcements which, if appropriate, subdivide the cavity into several chambers or pockets.
Ferner können komplexe Schmelzkerne aus mehreren Teilkernen zusammenge- setzt sein, wobei die miteinander kombinierten Teilkerne Vollkerne und/oder Hohlkerne sein können. Die Teilkerne in Form von Hohlkernen können wie oben beschrieben wiederum aus Teilschalen zusammengesetzt sein. Die Teilkerne werden zweckmässig separat in getrennten Giessvorgängen gegossen und nachfolgend bsp. mittels Schweissen, Löten oder Kleben oder Formschluss zusammengefügt.Furthermore, complex melt cores can be composed of several partial cores, the combined partial cores being solid cores and / or hollow cores. The partial cores in the form of hollow cores can in turn be composed of partial shells as described above. The partial cores are expediently cast separately in separate casting processes and subsequently ex. joined by welding, soldering or gluing or form locking.
Die Verwendung von Hohl-Schmelzkernen erleichtert das Handling derselbigen, da die Schmelzkerne wesentlich leichter sind als Vollkerne. Dadurch werden automatisierte Prozessabläufe möglich bzw. vereinfacht, welche bsp. den Einsatz von Robotertechnik und/oder Transportbändern zwecks Verschieben der Schmelzkerne zwischen den verschiedenen Prozessstufen, wie z.B. zwischen Giessanlage und Formwerkzeug, sowie zwecks Einlegen von Schmelzkernen in das Formwerkzeug umfassen können. Ferner werden durch die Hohlbauweise die Stoffflüsse markant reduziert, so dass der Bedarf an teuren Legierungsbestandteilen zur Herstellung der Legierungen, aber auch die Materialverluste aus dem Stoffkreislauf reduziert werden können.The use of hollow melting cores facilitates the handling of the same, since the melting cores are much lighter than solid cores. This makes automated process flows possible or simplified, e.g. the use of robot technology and / or conveyor belts to move the melting cores between the different process stages, such as between the casting plant and the mold, and for the purpose of inserting melting cores into the mold. Furthermore, the material flows are markedly reduced by the hollow construction, so that the need for expensive alloy components for the production of the alloys, but also the material losses from the material cycle can be reduced.
Der Antimon-Anteil einer BiSnSb-Legierung bewirkt eine Erhöhung der Schmelztemperatur gegenüber einer reinen BiSn-Legierung. Da der Antimon-Anteil erfindungsgemäss unterhalb weniger Gew.-% ist, liegt die Schmelztemperatur nicht be- deutend über der Schmelztemperatur reiner BiSn-Legierungen. Die Schmelztemperatur erfindungsgemässer BiSnSb-Legierungen liegt bsp. im Bereich von 135 bis 145°C. Erst bei einem Antimon-Anteil von rund über 8 Gew.-% steigt die Schmelztemperatur merklich an.The antimony content of a BiSnSb alloy causes an increase in the melting temperature compared to a pure BiSn alloy. Since, according to the invention, the antimony content is below a few% by weight, the melting temperature is not significantly above the melting temperature of pure BiSn alloys. The melting temperature of BiSnSb alloys according to the invention is, for example. in the range of 135 to 145 ° C. The melting temperature rises noticeably only with an antimony content of around 8% by weight.
Die erfindungsgemässe Legierung erlaubt die Herstellung von verhältnismässig dünnwandigen Schmelzkerne, welche auch hohen (Injektions-) Drücken von 20 bar oder mehr, insbesondere von bis zu 50 bar stand halten, ohne selbst zum Nachteil des Kunststoffteils deformiert zu werden.The alloy according to the invention allows the production of relatively thin-walled melt cores which can also withstand high (injection) pressures of 20 bar or more, in particular up to 50 bar, without being deformed to the disadvantage of the plastic part.
Der Einsatz hoher Injektionsdrücke wiederum erlaubt unter anderem die Herstellung von Kunststoffteilen mit hohem Fasergehalt von 40 bis 70% Vol-%, da durch die herrschenden hohen Drücke die Durchtränkung der (dichten) Fasergebilde gewährleistet ist. Ferner erlaubt der Einsatz hoher Injektionsdrücke auch eine Reduktion der Taktzeiten, da dadurch die Formfüllzeit herabgesetzt werden kann.The use of high injection pressures, in turn, allows, among other things, the production of plastic parts with a high fiber content of 40 to 70% vol%, since the (high) pressure structure ensures the impregnation of the (dense) fiber structures. Furthermore, the use of high injection pressures also allows a reduction in cycle times, since this can reduce the mold filling time.
Die erfindungsgemässen Schmelzkerne werden vorzugsweise mittels eines Schwerkraftgiessverfahrens, z.B. im Kokillenguss, wie Schwerkraft-Kokillenguss, oder im Sandguss hergestellt. Diese Verfahren sind mit Abstand am kostengünstigsten und gut handhabbar. Die erfindungsgemässen Schmelzkerne können jedoch auch mittels eines Niederdruckgussverfahrens, z.B. mittels Niederdruck-Kokillen- guss, Niederdruck-Sandguss oder Druckguss bzw. Squeeze-Casting hergestellt werden.The melt cores according to the invention are preferably produced by means of a gravity casting process, e.g. produced in permanent mold casting, such as gravity permanent mold casting, or in sand casting. These methods are by far the least expensive and easy to use. However, the melt cores according to the invention can also be produced using a low-pressure casting process, e.g. using low-pressure die casting, low-pressure sand casting or die casting or squeeze casting.
Die Gussformen sind bevorzugt aus Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus einem Grauguss (GGL, GGV, GGG), insbesondere aus einem Gusseisen mit Lamellengraphit. Die Gussform kann jedoch auch aus einem Kunststoff sein. In bevorzugter Ausführung des Verfahrens werden Transportbänder und/oder Robotertechnik zum Verschieben der Schmelzkerne und/oder der Kunststoffteile zwischen den einzelnen Prozessstufen, wie z.B. der Schmelzkerne zwischen Giessein- richtung und Formwerkzeug und/oder der Kunststoffteile und Schmelzkerne zwi- sehen Formwerkzeug und Temperofen bzw. der Kunststoffteile zwischen Temperofen und einer Lager- oder Nachbearbeitungseinrichtung sowie Robotertechnik zum Einlegen der Schmelzkerne und/oder zum Entformen des Kunststoffteils in das Formwerkzeug eingesetzt.The casting molds are preferably made of steel, aluminum or an aluminum alloy or of a gray cast iron (GGL, GGV, GGG), in particular of a cast iron with lamellar graphite. However, the mold can also be made of a plastic. In a preferred embodiment of the method, conveyor belts and / or robot technology for moving the melt cores and / or the plastic parts between the individual process stages, such as, for example, the melt cores between the casting device and the mold and / or the plastic parts and melt cores between the mold and the annealing furnace or the plastic parts between the tempering furnace and a storage or post-processing device and robot technology for inserting the melting cores and / or for demolding the plastic part into the mold.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below by way of example and with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 : ein Prozessdiagramm zum erfindungsgemässen Verfahren;1: a process diagram for the method according to the invention;
Fig. 2: ein Phasendiagramm einer BiSn-Legierung für Schmelzkerne gemäss Stand der Technik;2 shows a phase diagram of a BiSn alloy for melt cores according to the prior art;
Fig. 3: Eigenschaftsdiagramm von BiSn-Legierungen mit verschiedenen Legie- rungszusätzen;3: Property diagram of BiSn alloys with different alloy additives;
Fig. 4: ein Diagramm enthaltend Festigkeitswerte für verschiedene Antimon- Anteile von BiSn-Legierungen.4: a diagram containing strength values for different antimony fractions of BiSn alloys.
Das Diagramm gemäss Fig. 1 stellt einen schematischen Ablauf eines Fertigungsprozesses zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen mittels Schmelz- kemtechnik unter Anwendung eines RTM-Verfahrens dar.The diagram according to FIG. 1 shows a schematic sequence of a manufacturing process for the manufacture of fiber-reinforced plastic parts by means of melting core technology using an RTM method.
Verfahrensschritt 1 umfasst das Aufschmelzen und Giessen des Schmelzkerns mittels Schwerkraftguss, wie Kokillen- oder Sandguss. In Schritt 2 erfolgt die Entformung des Gusskörpers, die Abtrennung des Angusssystems sowie die Entgratung und Reinigung des gegossenen Schmelzkerns. Wird der Schmelzkern aus mehreren Teilkernen zusammengefügt, so werden die Kernteile entweder stoffschlüssig 3, z.B. mittels Kleben 4a oder Löten 4b, oder formschlüssig 5 gefügt. Der Schmelzkern kann ferner optional mit einem geeigneten Trennmittel beschichtet werden.Method step 1 comprises melting and casting the melt core by means of gravity casting, such as mold or sand casting. In step 2, the casting is removed from the mold, the sprue system is separated and the cast core is deburred and cleaned. If the melting core is assembled from several partial cores, the core parts are either cohesively 3, e.g. by means of adhesive 4a or soldering 4b, or 5 form-fit. The melt core can also optionally be coated with a suitable release agent.
Der Schmelzkern 6 wird anschliessend mit Faserhalbzeug 7 belegt und in das Formwerkzeug 9 gelegt. Durch Injizieren eines Harzsystems 8 aus einem Harz und Härter wird im RTM-Verfahren bei einer Verfahrenstemperatur von rund 110°C das faserverstärkte Kunststoffteil hergestellt. Nach Erreichen der Formstabilität durch Aushärten wird das Kunststoffteil entformt und einem Temperofen 10 zugeführt, in welchem die abschliessende Aushärtung bei einer Temperatur von rund 145°C unter gleichzeitigem Ausschmelzen des Schmelzkerns erfolgt. Nach Abschluss des Temperns und gegebenenfalls nach einem abschliessenden Reinigungsschritt liegt das fertige Kunststoffteil 11 vor. Das ausgeschmolzene Schmelzkernmaterial wird in einem geschlossenen Kreislauf 12 in den Giessprozess zurückgeführt.The fusible core 6 is then covered with semi-finished fiber 7 and placed in the mold 9. By injecting a resin system 8 from a resin and hardener, the fiber-reinforced plastic part is produced in the RTM process at a process temperature of around 110 ° C. After dimensional stability has been achieved by curing, the plastic part is removed from the mold and fed to an annealing furnace 10, in which is then cured at a temperature of around 145 ° C while melting the core. After the annealing and, if appropriate, after a final cleaning step, the finished plastic part 11 is present. The melted-out melt core material is returned to the casting process in a closed circuit 12.
Fig. 2 zeigt das Phasendiagramm einer BiSn-Legierung gemäss Stand der Technik. Bekannterweise eignet sich eine eutektische Legierungszusammensetzung mit 42 Gew.-% Sn besonders gut als Schmelzkernmaterial. Gemäss Erfindung erhält die Legierung zustatzlich einen vergleichsweise geringen Anteil an Antimon (Sb), wobei der Gehalt an Sn vorzugsweise bei rund 42 Gew.-% Sn liegt und der Antimon- Zusatz auf Kosten des Bismut-Anteils geht.2 shows the phase diagram of a BiSn alloy according to the prior art. As is known, a eutectic alloy composition with 42% by weight of Sn is particularly suitable as a melt core material. According to the invention, the alloy additionally receives a comparatively small proportion of antimony (Sb), the Sn content preferably being around 42% by weight of Sn and the addition of antimony at the expense of the bismuth proportion.
Fig. 3 zeigt mechanische Eigenschaften, wie Streckgrenze und Elastizitätsmodul von BiSn-Legierungen ohne bzw. mit unterschiedlichen Legierungszusätzen. Bei einem Legierungszusatz von 2 bzw. 4 Gew.-% Antimon wird im Vergleich zu reinen BiSn-Legierungen sowie zu BiSn-Legierungen mit Zusätzen an Selen, Indium oder Blei eine markante Steigerung der Festigkeit erreicht.3 shows mechanical properties, such as yield strength and modulus of elasticity, of BiSn alloys with or without different alloy additives. With an alloy addition of 2 or 4% by weight of antimony, a marked increase in strength is achieved compared to pure BiSn alloys and to BiSn alloys with additions of selenium, indium or lead.
Fig. 4a und 4b zeigen 0.2%-Dehngrenzen von BiSnSb-Legierungen in Abhängigkeit des Antimon-Anteils in der Legierung. Fig. 4a zeigt, dass die genannte Dehngrenze ausgehend von einer reinen BiSn-Legierung mit zunehmendem Antimon-Anteil von bis zu 0.05 Gew.-% markant ansteigt und danach bei weiter steigendem Antimon- Anteil, abgesehen von gewissen Schwankungen, auf höherem Niveau verbleibt. Fig. 4b zeigt, dass die genannte Dehngrenze bei weiter steigendem Antimon-Anteil von bis zu 2 Gew.-% trotz gewisser Schwankungen auf höherem Niveau verbleibt aber auch nicht mehr bedeutend ansteigt. Die mechanischen Eigenschaften werden daher vor allem bei der Zugabe von bis zu 0.1 Gew.-% Antimon erheblich verbessert. 4a and 4b show 0.2% proof stresses of BiSnSb alloys as a function of the antimony content in the alloy. 4a shows that the yield strength mentioned, starting from a pure BiSn alloy, increases markedly with an increasing antimony fraction of up to 0.05% by weight and thereafter remains at a higher level with a further increase in the antimony fraction, apart from certain fluctuations. FIG. 4b shows that the yield strength mentioned does not remain significantly higher with a further increase in the antimony content of up to 2% by weight, despite certain fluctuations at a higher level. The mechanical properties are therefore significantly improved, especially when up to 0.1% by weight of antimony is added.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten, insbesondere langfaserverstärkten, Kunststoffteils mittels Kernausschmelztechnik, wobei wenigstens ein Schmelzkern aus einer Metalllegierung in ein Formwerkzeug eingelegt und mit Verstärkungsfasern und einer die Verstärkungsfasern umgebenden Kunst- stoffmatrix ummantelt wird, und die Kunststoffmatrix verfestigt und das formstabile Kunststoffteil anschliessend entformt und der Schmelzkern ausgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkern im Anschluss an das Entformen ausgeschmolzen und das Kunststoffteil getempert wird, wobei die thermische Energie im Kunststoffteil und im Schmelzkern vom jeweils vorangehenden Prozessschritt im wesentlichen erhalten und in den nächsten Prozessschritt mitgeführt wird.1. Process for the production of a fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic part by means of lost-core technology, wherein at least one melt core made of a metal alloy is inserted into a molding tool and coated with reinforcing fibers and a plastic matrix surrounding the reinforcing fibers, and the plastic matrix is solidified and the dimensionally stable plastic part is subsequently removed from the mold and the melting core is melted out, characterized in that the melting core is melted out after the demolding and the plastic part is annealed, the thermal energy in the plastic part and in the melting core being essentially obtained from the preceding process step and carried along into the next process step.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Prozesstemperatur des Kunststoff teils und des Schmelzkerns bei den jeweils aufeinander folgenden Prozessschritten zwischen dem Aushärten des Kunststoffteils vor seiner Entformung und dem Beginn des Temperprozesses im wesentlichen konstant gehalten oder erhöht wird.2. The method according to claim 1, wherein the process temperature of the plastic part and the melt core in the successive process steps between the hardening of the plastic part before it is removed from the mold and the beginning of the tempering process is kept substantially constant or increased.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Ausschmelzen des Schmelzkerns vor, zu Beginn und/oder während des Temperns durchgeführt wird, und die zum Ausschmelzen des Schmelzkerns eingesetzte thermische Energie gleichzeitig zum Tempern des Kunststoffteils dient.3. The method according to any one of claims 1 to 2, wherein the melting of the melt core is carried out before, at the beginning and / or during annealing, and the thermal energy used for melting the melt core is used simultaneously for annealing the plastic part.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ausschmelzen des Schmelzkerns und das Tempern des Kunststoffteils in einem Temperofen in Ausführung eines Durchlaufofens durchgeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the melting of the melting core and the annealing of the plastic part is carried out in a tempering furnace in the execution of a continuous furnace.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kunststoffteil im Temperofen mittels Umluft beheizt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the plastic part is heated in the annealing furnace by means of circulating air.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zur Erwärmung des Schmelzkerns auf seine Schmelztemperatur zwecks Einleitung der Kernaus- Schmelzung eingebrachte thermische Energie das Kunststoffteil von innen beheizt und diese zugeführte thermische Energie gleichzeitig zum Tempern des Kunststoffteils dient. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermal energy introduced to heat the melt core to its melting temperature for the purpose of initiating the core melt-out heats the plastic part from the inside and this supplied thermal energy is also used for annealing the plastic part.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schmelzkern mittels Induktion auf seine Schmelztemperatur erwärmt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the melting core is heated to its melting temperature by induction.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kunststoffteil nach Abschluss des Temperns abgekühlt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the plastic part is cooled after the annealing.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kunststoffteil nach Abschluss des Temperns chemisch und/oder physikalisch gereinigt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the plastic part is chemically and / or physically cleaned after the annealing.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Herstellungsverfahren ein Harz-Fliessform-Verfahren (Resin Transfer Moulding, RTM-Verfahren) ist und die Kunststoffmatrix des Kunststoffteils ein Duroplast ist, welche durch Inji- zieren eines Reaktionsharzes in das Formwerkzeug hergestellt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the manufacturing method is a resin flow molding method (Resin Transfer Molding, RTM method) and the plastic matrix of the plastic part is a thermosetting plastic, which is produced by injecting a reaction resin into the mold becomes.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Herstellungsverfahren ein LCM-(Liquid Composite Moulding)-Verfahren ist und die Kunststoff matrix des Kunststoffteils ein Thermoplast ist, welche durch Injizieren eines schmelzflüssigen, niedrigviskosen, reaktiven Ausgangsstoffes, wie zyklische Oligomere, in das Formwerkzeug hergestellt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the manufacturing method is an LCM (Liquid Composite Molding) method and the plastic matrix of the plastic part is a thermoplastic, which by injection of a molten, low-viscosity, reactive starting material, such as cyclic oligomers, is produced in the mold.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schmelzkern auf giesstechnischem Wege, vorzugsweise mittels Schwerkaft-Kokillenguss oder Sandguss hergestellt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the melting core is produced by casting, preferably by means of gravity die casting or sand casting.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Schmelzkern vor Ausführen des LCM-Verfahrens mit einem Trennmittel beschichtet wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the melt core is coated with a release agent before carrying out the LCM process.
14. Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten, insbesondere langfaserverstärkten, Kunststoffteilen mittels Kernausschmelztechnik nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Temperofen zur Temperung des Kunststoffteils in Ausführung eines Durchlaufofens umfasst.14. Device for producing fiber-reinforced, in particular long-fiber-reinforced, plastic parts by means of lost-core technology according to the method according to claim 1, characterized in that the device comprises an annealing furnace for tempering the plastic part in the execution of a continuous furnace.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Temperofen mittels Luftumwälzung beheizt wird.15. The apparatus of claim 14, wherein the annealing furnace is heated by means of air circulation.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei die Vorrichtung Mittel zur induktiven Beheizung des Schmelzkerns umfasst. 16. Device according to one of claims 14 to 15, wherein the device comprises means for inductive heating of the melt core.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Mittel zur induktiven Beheizung des Schmelzkerns im Temperofen integriert sind.17. Device according to one of claims 14 to 16, wherein the means for inductive heating of the melting core are integrated in the annealing furnace.
18. Schmelzkern zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen im Schmelzkernverfahren, bestehend aus einer Metalllegierung enthaltend Bismut (Bi) und 5 Zinn (Sn), dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zusätzlich Antimon (Sb) enthält.18. Melting core for the production of fiber-reinforced plastic parts in the melting core process, consisting of a metal alloy containing bismuth (Bi) and 5 tin (Sn), characterized in that the alloy additionally contains antimony (Sb).
19. Schmelzkern nach Anspruch 18, wobei die Legierung mehr als 0 Gew.-%, vorzugsweise 0.01 Gew.-% oder mehr, insbesondere 0.03 Gew.-% oder mehr An-19. The melt core according to claim 18, wherein the alloy contains more than 0% by weight, preferably 0.01% by weight or more, in particular 0.03% by weight or more
10 timon (Sb) enthält.10 timon (Sb) contains.
20. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei die Legierung 5 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 4 Gew.-% oder weniger, und insbesondere 2 Gew.-% oder weniger Antimon (Sb) enthält.20. The melt core according to one of claims 18 to 19, wherein the alloy contains 5% by weight or less, preferably 4% by weight or less, and in particular 2% by weight or less antimony (Sb).
21. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Legierung 30 15 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 35 Gew.-% oder mehr, insbesondere 40 Gew.-% oder mehr Zinn (Sn) enthält.21. Melting core according to one of claims 18 to 20, wherein the alloy contains 30 15% by weight or more, preferably 35% by weight or more, in particular 40% by weight or more tin (Sn).
22. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei die Legierung 55 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 50 Gew.-% oder weniger, insbesondere 45 Gew.-% oder weniger Zinn (Sn) enthält.22. The melting core according to one of claims 18 to 21, wherein the alloy contains 55% by weight or less, preferably 50% by weight or less, in particular 45% by weight or less tin (Sn).
20 23. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Legierung 45 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 50 Gew.- % oder mehr, insbesondere 55 Gew.-% oder mehr Bismut (Bi) enthält.23. Melting core according to one of claims 18 to 22, wherein the alloy contains 45% by weight or more, preferably 50% by weight or more, in particular 55% by weight or more bismuth (Bi).
24. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Legierung 70 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise 65 Gew.-% oder weniger, insbesondere24. Melting core according to one of claims 18 to 23, wherein the alloy 70 wt .-% or less, preferably 65 wt .-% or less, in particular
25 60 Gew.-% oder weniger Bismut (Bi) enthält.25 contains 60% by weight or less bismuth (Bi).
25. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Legierung 53 bis 63 Gew.-%, vorzugsweise 57 bis 59 Gew.-% Bismut und 37 bis 47 Gew.-%, vorzugsweise 41 bis 43 Gew.-% Zinn enthält.25. A core according to any one of claims 18 to 24, wherein the alloy contains 53 to 63 wt .-%, preferably 57 to 59 wt .-% bismuth and 37 to 47 wt .-%, preferably 41 to 43 wt .-% tin ,
26. Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei der Schmelzkern ein 30 Hohlkern ist. , Schmelzkern nach einem der Ansprüche 18 bis 26, wobei der Schmelzkern nichtmetallische Zusätze und/oder Füllmaterial enthält. 26. The melt core according to one of claims 18 to 25, wherein the melt core is a hollow core. 26, melt core according to one of claims 18 to 26, wherein the melt core contains non-metallic additives and / or filler material.
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