WO2015024879A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einem polymermaterial - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Polymermaterial durch ein Spritzgießverfahren, das folgende Schritte umfasst: (a) Einlegen eines eine Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs oder einer polymergetränkten Faserstruktur in ein Spritzgießwerkzeug, (b) Einspritzen eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers in das Spritzgießwerkzeug, um eine Umspritzung oder Überspritzung des die Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs oder der Faserstruktur zu erhalten, (c) Erstarrenlassen des Polymers und Entnahme des Bauteils aus dem Spritzgießwerkzeug, wobei die Faserstruktur oder das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug umgebende Fließkanäle für das geschmolzene Polymer so dimensioniert sind, dass die Wanddicke des fertigen Bauteils der Wanddicke entspricht, die für ein Bauteil ohne eingelegte Faserstruktur erzielbar ist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Polymermaterial Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Polymermaterial durch ein Spritzgießverfahren, das folgende Schritte umfasst:

(a) Einlegen eines eine Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs oder einer Faserstruktur in ein Spritzgießwerkzeug,

(b) Einspritzen eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers in das Spritzgießwerkzeug, um eine Umspritzung oder Überspitzung des Halbzeugs oder der Faserstruktur zu erhalten,

(c) Erstarrenlassen des Polymers und Entnahme des Polymers aus dem Spritzgießwerkzeug.

Bauteile aus faserverstärkten Polymeren finden zum Beispiel Einsatz in Bereichen, in denen Werkstoffe mit hoher Festigkeit und geringerem Gewicht als Metalle eingesetzt werden sollen. Insbesondere finden Bauteile aus faserverstärkten Polymeren Einsatz im Automobilbau, um die Masse von Fahrzeugen zu senken und damit den Kraftstoffverbrach.

Zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Polymeren ist es bekannt, zunächst Fasern in ein Formwerkzeug einzulegen und diese anschließend mit den Polymeren zu umspritzen. Bei gängigen Spritzgießverfahren, bei denen Fasern in ein Formwerkzeug eingelegt und anschließend umspritzt werden, werden Fließkanäle eingestellt, deren Dicke im Wesentlichen der Wanddicke eines Bauteils ohne Faserverstärkung entspricht. Hierdurch sind die durch Umspritzung von Fasern erzeugten Bauteile immer mit einer größeren Minimalwanddicke hergestellt als Bauteile ohne Faserverstärkung. Wenn eine dünne Umspritzung erzeugt werden soll, ist nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine größere Anzahl an Angüssen zur Erzielung kürzerer Fließstrecken notwendig. Zudem werden zum Einspritzen des Polymermaterials für die Umspritzung oder Überspitzung hohe Fülldrücke eingesetzt, die weiterhin insbesondere beim Einsatz von Fasern dazu führen können, dass die eingesetzten Gewebe zur Faserverstärkung durch Fließeffekt verschoben und deformiert werden.

Neben faserverstärkten duroplastischen Werkstoffen werden in letzter Zeit sogenannte Orga- nobleche, das heißt vollkonsolidierte endlosfaserverstärkte thermoplastische Polymere mit Gewebe- oder Gelegeverstärkung verstärkt eingesetzt. Diese Organobleche können im Spritzgießverfahren mit Polymeren durchspritzt werden, wenn die Organobleche dünn genug sind oder über Schmelztemperatur aufgeheizt werden.

Weiterhin werden insbesondere bei Einsatz von Spritzgießverfahren zur Herstellung der Bauteile hohe Fülldrücke benötigt, um große Druckverluste beim Durchspritzen des Gewebes ausglei- chen zu können. Abschließend führt das Verschieben des Gewebes durch Fließeffekte dazu, dass das Gewebe aus der intendierten Richtung gebracht wird. Bei Verwendung von Stahlgeweben oder Steelcords, die im Unterschied zu Organoblechen nicht vollkonsolidiert vorliegen müssen, kann das Gewebe an die Werkzeugwand und damit an die Bauteiloberfläche gedrängt werden und freiliegen oder durch Fließeffekte verschoben werden. Insbesondere bei Stahlgeweben hat dies den Nachteil, dass durch freiliegenden Stahl Korrosionsprobleme auftreten können. Beim Überspritzen von Stahlgewebe ist zudem eine minimale Wandstärke notwendig, die deutlich größer ist als die Dicke des Gewebes, um ein vollständiges Umschließen des Gewebes mit dem Polymermaterial zu erhalten. Dies führt zu einer Vergrößerung der Materialmenge und damit zu Nachteilen bei der Verwendung der faserverstärkten Polymere im Leichtbau.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen bereitzustellen, mit dem auch Bauteile mit einer geringen Wandstärke durch Umsprit- zung oder Überspritzung einer Faserstruktur oder eines eine Faserstruktur enthaltenden Halb- zeugs erzeugt werden können, wobei die Wanddicke geringer ist als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Polymermaterial durch ein Spritzgießverfahren, das folgende Schritte umfasst:

(a) Einlegen eines eine Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs oder einer polymergetränkten Faserstruktur in ein Spritzgießwerkzeug,

(b) Einspritzen eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers in das Spritzgießwerkzeug, um eine Umspritzung oder Überspritzung des Halbzeugs oder der Faserstruktur zu erhalten,

(c) Erstarrenlassen des Polymers und Entnahme des Bauteils aus dem Spritzgießwerkzeug, wobei die Faserstruktur oder das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug umgebende Fließkanäle für das geschmolzene Polymer so dimensioniert sind, dass die Wanddicke des fertigen Bauteils der Wanddicke entspricht, die für ein Bauteil ohne eingelegte Faserstruktur erzielbar ist. Die Einstellung der geringen Wanddicken und damit die geringe Dimensionierung der Fließkanäle ist möglich, da sich überraschenderweise gezeigt hat, dass beim Überspritzen von eine Faserstruktur enthaltenden Halbzeugen oder Faserstrukturen beobachtet wurde, dass die erzielbaren Fließlängen größer waren als ohne eingelegte Faserstruktur enthaltende Halbzeuge oder Faserstrukturen. Somit war es möglich, auch dünnere Fließkanäle zu füllen und die Wand- stärke zu verringern. Zudem hat sich gezeigt, dass aufgrund der größeren erzielbaren Fließlängen auch geringere Fülldrücke benötigt werden, sodass hierdurch auch ein Verschieben der Faserstruktur reduziert wird. Vorzugsweise weisen Fließkanäle für das Polymer im Werkzeug in Bereichen, in denen die Faserstruktur oder das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug liegt und das Polymer somit über die Faserstruktur oder das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug fließt, eine Höhe auf, mit der sich Wandstärken im Bereich von 0,5 bis 2,5 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 2 mm realisie- ren lassen.

Durch die Umspritzung oder Überspitzung der Faserstruktur oder des die Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs ist es möglich, zum Beispiel Bauteile mit einer definierten Oberflächenstruktur herzustellen. Weiterhin ist es auch möglich, die Umspritzung oder Überspitzung mit Funkti- onselementen, beispielsweise Rippen zu gestalten, sodass durch die Umspritzung oder Überspitzung die entsprechenden Funktionselemente an das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug oder die Faserstruktur ausgeformt werden, um ein entsprechend geformtes Bauteil zu erhalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Faserstruktur ein Gewebe, ein Gestrick, ein Gelege, eine unidirektionale oder bidirektionale Faserstruktur aus Endlosfasern oder ungeordnete Fasern verstanden, wobei die Faserstruktur mit einem Polymer getränkt ist. Hierzu ist es sowohl möglich, die Faserstruktur zu tränken als auch die Fasern, aus denen die Faserstruktur hergestellt wird. Insbesondere, wenn die Faserstruktur ein Gelege ist, so können einzelne Fa- sern in mehreren Lagen aus parallelen Fasern angeordnet sein, wobei die einzelnen Lagen eine zueinandergedrehte Richtung aufweisen können. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Fasern der einzelnen Lagen in einem Winkel von 30°-90° zueinander gedreht sind. Durch die zueinander gedrehte Ausrichtung der einzelnen Lagen zueinander wird eine Erhöhung der Zugfestigkeit des Formteils in mehreren Richtungen erzielt. Bei einer unidirektionalen Ausrichtung wird insbesondere in Richtung der Faserausrichtung eine Erhöhung der Zugfestigkeit erzielt. Eine Erhöhung der Druckfestigkeit des Bauteils aus dem Formteil wird auch quer zur Ausrichtung der Fasern erreicht.

Auch wenn die Faserstruktur ein Gewebe oder ein Gestrick umfasst, ist es möglich, mehrere Lagen oder nur eine Lage an Fasern vorzusehen. Bei einem Gewebe bedeuten mehrere Lagen, dass mehrere Gewebe übereinander angeordnet werden sollen. Entsprechendes gilt auch für eine Anordnung der Faserstruktur als Gestrick.

Geeignete Fasern, die zur Erhöhung der Stabilität der Bauteile eingesetzt werden können, sind insbesondere Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Metallfasern, Polymerfasern, Kali- und Titanatfasern, Borfasern, Basaltfasern oder andere Mineralfasern. Besonders bevorzugt ist es, wenn zumindest ein Teil der eingesetzten Fasern Metallfasern sind. Als Metallfasern eignen sich insbesondere Fasern auf Basis von eisenhaltigen Metallen, insbesondere auf Basis von Stahl.

In einer Ausführungsform enthält die Faserstruktur Stahlcords, Stahldrähte oder Stahlfasern. Hierbei kann die Faserstruktur ausschließlich Stahlcords, Stahldrähte oder Stahlfasern enthal- ten oder eine Mischung aus Stahlcords, Stahldrähten oder Stahlfasern und aus nichtmetallischen Fasern, besonders bevorzugt Kohlenstofffasern oder Glasfasern.

Der Einsatz von Stahlcords, Stahldrähten oder Stahlfasern hat den Vorteil, dass insbesondere eine hohe Zugfestigkeit der so hergestellten Formteile erzielt wird. Insbesondere bei Einsatz im Fahrzeugbau ist ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Stahlcords die Gewährleistung der Bauteilintegrität bei Zusammenstoß- oder Aufprallbelastung, wo eine Glas- oder Karbonfaserverstärkte Struktur ihre Integrität verlieren würde. Besonders bevorzugt ist es, zur Verstärkung eine Mischung aus Metallfasern und Kohlenstofffasern oder Glasfasern einzusetzen. In diesem Fall ist es zum Beispiel möglich, einzelne Stahlcords, Stahldrähte oder Stahlfasern mit Kohlenstofffasern oder Glasfasern zu verweben. Alternativ können auch unterschiedliche Fasern in Form eines Geleges in das Werkzeug eingelegt werden. Hierbei können die Fasern entweder alternierend oder in beliebiger statistisch verteilter Reihenfolge eingelegt werden. Auch ist es möglich, zum Beispiel Fasern aus jeweils einem Material in eine Richtung einzule- gen und Fasern aus einem anderen Material in einer zu dieser Richtung gedrehten Richtung.

Insbesondere bei Einsatz von Stahlcords, Stahldrähten oder Stahlfasern ist es bevorzugt, wenn diese mit Glasfasern oder Kohlenstofffasern miteinander verwebt werden, um ein Gewebe zu erhalten. Eine gleichmäßige Verstärkung des Formteils kann dann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass die einzelnen Gewebe zueinander verdreht in mehreren Lagen angeordnet werden. So können zum Beispiel zwei Lagen, die zueinander um 90° verdreht sind eingesetzt werden. Alternativ ist auch ein beliebiger anderer Winkel möglich. Auch können mehr als zwei Lagen eingesetzt werden. Die Verwendung von Metallfasern, beispielsweise in Form von Stahlcords, Stahldrähten oder Stahlfasern zusammen mit Fasern aus einem anderen Material, beispielsweise Kohlenstofffasern oder Glasfasern, erlaubt es, dass Formteile mit einem verbesserten Versagensverhalten hergestellt werden. Zur Herstellung eines Halbzeugs ist es zum Beispiel möglich, die Faserstruktur mit einem Polymermaterial, insbesondere einem thermoplastischen Polymer zu tränken. Hierzu ist es auch möglich, Polymervorläuferverbindungen, beispielsweise Monomere einzusetzen, die Fasern mit den Monomeren zu tränken und anschließend die getränkte Faserstruktur zumindest teilweise durch Auspolymerisation auszuhärten.

Durch das Tränken der Faserstruktur mit der Polymervorläuferverbindung wird eine vollständige Benetzung unabhängig von nachfolgenden Formgebungsverfahren erzielt. Die so getränkte Faserstruktur kann dann in einem nächsten Schritt zur Herstellung des Halbzeuges mit einer weiteren Polymervorläuferverbindung umspritzt werden. Durch das Tränken der Faserstruktur mit der Polymervorläuferverbindung wird beim Umspritzen eine bessere Haftung der Polymervorläuferverbindung mit der die Faserstruktur umspritzt wird, erzielt. Wenn kein weiteres Umspritzen mit einer Polymervorläuferverbindung erfolgt ergibt sich weiterhin auch eine verbesser- te Haftung mit dem thermoplastischen Polymer, mit dem das Halbzeug in Schritt (b) umspritzt wird.

Wenn zur Herstellung des Halbzeuges zunächst die Faserstruktur mit einer Polymervorläufer- Verbindung getränkt wird und anschließend die so getränkte Faserstruktur mit einer weiteren Polymervorläuferverbindung umspritzt wird, ist es möglich, zum Tränken und zum Umspritzen unterschiedliche Polymervorläuferverbindungen einzusetzen. In diesem Fall ist es im Allgemeinen notwendig, die Polymervorläuferverbindung, die zum Tränken der Faserstruktur eingesetzt wurde, zunächst auszuhärten und dann im nächsten Schritt die bereits getränkte und ausgehär- tete Faserstruktur in das Formwerkzeug für das Umspritzen der nächsten Polymervorläuferverbindung einzulegen. Alternativ ist es auch möglich, ein Halbzeug mit eingefrorener oder teilpo- lymerisierter Polymervorläuferverbindung zur Herstellung eines Formteils anschließend mit einer weiteren Polymervorläuferverbindung zum Umspritzen.

Wenn ein eine Faserstruktur enthaltendes Halbzeug eingesetzt wird, so ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das zur Herstellung des Halbzeugs eingesetzte Polymer das Gleiche ist, wie das Polymer, das zur Umspritzung oder Überspitzung eingesetzt wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, zur Herstellung des Halbzeugs ein anderes Polymer einzusetzen als für die Umspritzung oder Überspitzung. Der Einsatz unterschiedlicher Polymere ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn durch die Umspritzung oder Überspitzung bestimmte Eigenschaften zum Beispiel hinsichtlich der Oberflächenqualität oder der Festigkeit erzielt werden sollen.

Zur Herstellung des die Faserstruktur enthaltenden Halbzeuges und auch zur Herstellung der Umspritzung oder Überspitzung kann jedes beliebige, dem Fachmann bekannte thermoplastische Polymer eingesetzt werden. Bevorzugte thermoplastische Polymere sind beispielsweise Polymethylmethacrylat, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Poly- etheretherketon, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyphenylensulfid, Polyethylennaphthalat, Polybutylennaphthalat, Polyamid, Polypropylen, Polyethylen oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Polymere.

Wenn zur Herstellung des Bauteils ein eine Faserstruktur enthaltendes Halbzeug verwendet wird, so ist es möglich, ein Halbzeug einzusetzen, bei dem die Faserstruktur mit einem Polymeren getränkt ist, wobei das Polymer vollständig auspolymerisiert ist. Alternativ ist es auch möglich, ein Halbzeug einzusetzen, das mit einer Polymervorläuferverbindung getränkt wurde und die Polymervorläuferverbindung erstarrt aber noch nicht auspolymerisiert ist. In diesem Fall po- lymerisiert die Vorläuferverbindung beispielsweise im Formwerkzeug aus.

Wenn ein eine Faserstruktur enthaltendes Halbzeug eingesetzt wird, so ist das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug insbesondere ein Flächengebilde, bei dem die Gewebestruktur mit dem Polymeren oder einer Polymervorläuferverbindung getränkt ist. Ein solches Flächengebilde ist zum Beispiel ein Organoblech oder ein thermoplastisches Laminat. In einer Ausführungsform der Erfindung werden mit der Umspritzung oder Überspritzung in Schritt (b) Funktionselemente am Bauteil erzeugt. Derartige Funktionselemente sind zum Beispiel Rippen, wie sie zur Verstärkung eines Bauteils aus einem Polymermaterial üblicherweise angeformt werden. Neben Rippen können die Funktionselemente zum Beispiel auch Aufnah- men für Befestigungselemente, Clips, Krafteinleitungen, Anschraubdome, Gewindeaufnahmen oder beliebige andere Funktionselemente sein, die durch das Spritzgießverfahren aus dem Polymermaterial hergestellt werden können.

Um eine erhöhte Festigkeit zu erhalten ist es weiterhin bevorzugt, wenn das eingespritzte Po- lymer zwischen den Funktionselementen eine geschlossene Haut auf der Faserstruktur oder dem die Faserstruktur enthaltenden Halbzeug bildet. Insbesondere wenn mehrere nebeneinander liegende Funktionselemente ausgeformt werden, wird durch die geschlossene Haut zwischen den Funktionselementen eine zusätzliche Stabilisierung der Funktionselemente erzielt. Die geschlossene Haut wird dabei dadurch gebildet, dass ein dünner Fließkanal zwischen den Funktionselementen ausgebildet wird und das Polymermaterial in den Fließkanal eingespritzt wird. Durch die Ausbildung der Haut auf der Faserstruktur oder dem die Faserstruktur enthaltenden Halbzeug wird zusätzlich eine verbesserte Verbindung des Polymermaterials für das Funktionselement mit der Faserstruktur beziehungsweise dem die Faserstruktur enthaltenden Halbzeug erzeugt.

Für eine verbesserte Haftung des in Schritt (b) eingespritzten Polymeren an der Faserstruktur beziehungsweise an dem die Faserstruktur enthaltenden Halbzeug zu erhalten, ist es weiterhin möglich, die Faserstruktur, beziehungsweise das Halbzeug vor dem Umspritzen mit einer Grundierung vorzubehandeln. Die Grundierung kann dabei zum Beispiel auch als Haftvermittler zwischen Faserstruktur und Polymeren dienen. Als Material für die Grundierung eignet sich zum Beispiel ein lösliches Polyamid. Dieses wird in Form einer Lösung aufgebracht und anschließend das Lösungsmittel entfernt. Ein lösliches Polyamid eignet sich insbesondere dann, wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Bauteil aus einem faserverstärkten Polyamid hergestellt werden soll.

Insbesondere wenn ein eine Faserstruktur enthaltendes Halbzeug zur Herstellung des Bauteils eingesetzt wird, ist es bevorzugt, wenn das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug vorgeheizt wird. Durch das Vorheizen wird das Polymermaterial des Halbzeugs erweicht und das eingespritzte thermoplastische Polymer kann mit dem Polymermaterial des Halbzeugs verschweißen und auf diese Weise eine formstabile Verbindung eingehen. Das Vorheizen des Halbzeugs ermöglicht weiterhin, dass das Halbzeug vor oder während des Einlegens in das Spritzgießwerkzeug umgeformt wird. Das Umformen des Halbzeugs ist zum Beispiel erforderlich, um ein flächiges Halbzeug an die herzustellende Bauteilform anzupassen. Das Vorheizen des die Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs kann zum Beispiel im Spritzgießwerkzeug zur Herstellung der Umspritzung oder Überspritzung erfolgen. Hierzu wird das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und das Spritzgießwerkzeug erwärmt, sodass das eingelegte, die Faserstruktur enthaltende Halbzeug eben- falls erwärmt wird. Die Erwärmung kann dabei auf jede beliebige, dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. So ist es zum Beispiel möglich, das Spritzgießwerkzeug elektrisch oder mit einem Wärmeträger zu beheizen. Alternativ ist es auch möglich, das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug vor dem Einlegen in das Spritzgießwerkzeug zu erwärmen. In diesem Fall kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte Vorrichtung genutzt werden, mit der das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug erwärmt werden kann. So ist es zum Beispiel möglich, das die Faserstruktur enthaltende Werkzeug elektrisch zu erwärmen, durch Wärmestrahlung zu erwärmen, durch Mikrowellenstrahlung zu erwärmen oder auch auf eine beheizte Platte zur Erwärmung aufzulegen.

Die Temperatur, auf die das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug erwärmt wird, wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass das Polymer des Halbzeuges erweicht. Hierbei ist weiterhin vorzugsweise die Temperatur so gewählt, dass das Polymer noch nicht vollständig schmilzt, sodass kein Polymer aus dem Halbzeug ablaufen kann und auf diese Weise das Halbzeug beschädigt wird.

Um die Eigenschaften des Polymeren sowohl des Polymeren eines eingesetzten Halbzeuges als auch des Polymeren, mit dem die Umspritzung oder Überspritzung erzeugt wird, einzustel- len, können Additive zugegeben werden. Üblicherweise eingesetzte Additive sind zum Beispiel Härter, Vernetzer, Weichmacher, Katalysatoren, Zähmodifikatoren, Haftvermittler, Füller, Ent- formungshilfsmittel, Blends mit anderen Polymeren, Stabilisatoren oder Mischungen zweier o- der mehrerer dieser Komponenten. Additive oder gegebenenfalls auch Comonomere, die zur Einstellung der Eigenschaften des Polymeren eingesetzt werden können, sind dem Fachmann bekannt.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteil ist besonders vorteilhaft ein Strukturbauteil, eine Schottwand, eine Bodengruppe, ein Batterieträger, ein Seitenaufprallträ- ger, ein Stoßfängersystem, ein Strukturinsert oder eine Säulenverstärkung in einem Kraftfahr- zeug. Weiterhin kann das Bauteil zum Beispiel auch eine Seitenwand, ein struktureller Kotflügel, ein Längsträger oder ein beliebiges anderes Bauteil einer Fahrzeugkarosserie sein.

Neben dem Einsatz als Bauteil in einem Kraftfahrzeug kann das erfindungsgemäße Bauteil auch ein Gehäuse einer Gesteinsmühle, ein Schutzkäfig oder ein Gehäuse für eine Drehma- schine oder Pressmaschine, oder eine Trägerstruktur sein. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Bauteile mit robusteren Strukturen herzustellen, als dies aus dem Stand der Technik bislang möglich gewesen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund der Möglichkeit der Herstellung beson- ders dünner Strukturen besonders auch dazu, das Bauteil mit einem sogenannten In-Mold- Coating zu versehen. Hierzu wird die Oberflächenbeschichtung des Bauteils direkt im Spritzgießwerkzeug erzeugt. Im Unterschied zu üblichen Beschichtungsverfahren wird hierdurch eine gute Haftung des Beschichtungsmaterials am Formteil erhalten und damit eine besonders qualitativ hochwertige Beschichtung erzielt.

Das Einspritzen des thermoplastischen Polymeren in Schritt (b) erfolgt erfindungsgemäß unter den für Spritzguss üblichen Parametern. Insbesondere wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren Bauteile mit dünnen Wanddicken hergestellt werden sollen, wirkt sich der Einsatz der polymergetränkten Faserstruktur positiv für die Lauflänge des Polymeren in den Fließkanälen aus. Es lassen sich mit wenigen Angüssen größere Bereiche überspritzen als dies zur erwarten wäre. Weiterhin ist es möglich, insbesondere wenn Bauteile mit größeren Wanddicken herge- stellt werden sollen, dass das Polymer mit einem geringeren Druck eingespritzt wird, als dies aufgrund der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erwartet worden wäre. Bereits mit einem geringeren Einspritzdruck kann eine vollständige, fehlerfreie Füllung des Formwerkzeugs erzielt werden, wenn erfindungsgemäß ein eine Faserstruktur enthaltendes Halbzeug oder eine polymergetränkte Faserstruktur eingelegt ist.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Polymermaterial durch ein Spritzgießverfahren, folgende Schritte umfassend:

(a) Einlegen eines eine Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs oder einer polymergetränkten Faserstruktur in ein Spritzgießwerkzeug,

(b) Einspritzen eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers in das Spritzgießwerkzeug, um eine Umspritzung oder Überspritzung des die Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs oder der Faserstruktur zu erhalten,

(c) Erstarrenlassen des Polymers und Entnahme des Bauteils aus dem Spritzgießwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass Fließkanäle, die die Faserstruktur oder das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug umgeben, für das geschmolzene Polymer maximal so dimensioniert sind, dass die Wanddicke des fertigen Bauteils der Wanddicke entspricht, die für ein Bauteil ohne eingelegte Faserstruktur erzielbar ist.

Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das eine Faserstruktur enthaltende Halbzeug ein Flächengebilde ist, bei dem die Faserstruktur mit einer Polymervorläuferverbindung getränkt ist.

Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Umspritzung oder Überspritzung in Schritt (b) Funktionselemente am Bauteil erzeugt werden.

Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionselemente Rippen, Clips, Aufnahmen für Befestigungselemente, Krafteinleitungen, Aschraubdome oder Gewindeaufnahmen sind.

Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eingespritzte Polymer zwischen den Funktionselementen eine geschlossene Haut auf der Faserstruktur oder dem die Faserstruktur enthaltenden Halbzeug bildet.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug vorgeheizt wird.

Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorheizen des die Faserstruktur enthaltenden Halbzeugs im Spritzgießwerkzeug zur Herstellung für die Umspritzung oder Überspritzung erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug vorgewärmt in das Spritzgießwerkzeug eingelegt wird.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Faserstruktur enthaltende Halbzeug auf eine Temperatur vorgeheizt wird, bei der das Polymer des Halbzeugs erweicht.

Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug während des Einlegens in das Spritzgießwerkzeug umgeformt wird.