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CN103547420B - 将粘结剂涂敷到多层预制件的至少一层上的方法、系统和装置 - Google Patents

将粘结剂涂敷到多层预制件的至少一层上的方法、系统和装置 Download PDF

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CN103547420B CN201280023967.0A CN201280023967A CN103547420B CN 103547420 B CN103547420 B CN 103547420B CN 201280023967 A CN201280023967 A CN 201280023967A CN 103547420 B CN103547420 B CN 103547420B
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Abstract

本发明涉及一种用来将粘合剂涂敷到多层预制件的至少一层上的方法、系统和装置，其中，预制件(24)由至少两层组成，其中，在组装过程中，粘合剂涂敷到某一层的至少一个表面上。将粘合剂气动地喷到层上，粘合剂的至少表面在喷的过程中被活化，使得活化的粘合剂的至少表面对于层具有粘结作用，在与层接触之后，活化的粘合剂的相当一部分保持粘结到该层上。

Description

将粘结剂涂敷到多层预制件的至少一层上的方法、系统和装置
技术领域
本发明涉及将粘结剂涂敷在多层预制件的至少一层上的方法、设备以及装置。
背景技术
在生产纤维加强的塑料部件的过程中，该塑料部件也称作纤维复合部件，尤其是RTM方法(树脂-转移-模制-方法)通常用在工业应用中。全部的生产过程直到可用的塑料部件，是由相继进行的多个单独的过程组成。在第一个方法步骤中，生产出纤维半成品(预制件/预浸料坯)。在该预制件过程中，多层织物或纤维结构通常按2D(二维)方式连接，即，基本上在一个平面内，这样，预制件基本上已经具有必要的外部轮廓，部分地还已经有特殊的和/或多层或层的厚度。较佳地，将粘结剂引入到分离的平面或本身结构内，在粘结剂活化和/或固化之后，这就导致各层相对于彼此固定，因此，导致固定3D形式的确定，其在预制件过程的进一步进展中形成在成型工具内(成形模具、悬垂工具等)。按照需要，预制件其后在预定点被切割或冲切出，以获得甚至更加精确的轮廓。在将预制件插入到压制模具内之后，模具的两个半模关闭，将必要的树脂注入到模具内腔内，其中，树脂浸渍预制件的纤维结构，包裹纤维并紧紧地将纤维连接成基体。然后，在树脂固化之后，纤维-加强的塑料部件可从模具中取出。
除了RTM过程本身之外，预制件的生产已经为塑料部件的成功生产打下了基础。目的是用柔软材料成形预制件之后获得预制件，该柔软材料足够地刚性，以便以完全自动化和运行可靠的方式放置到RTM压机的模具内，以被运输和堆叠起来，直到进一步使用。在生产、成形和固定该预制件的现有技术中存在着大量的可能性。
对于用纺织织物3D形成多层二维的轮廓来说，以下的方法步骤是公知的：按照需要，从卷展开纤维织物或结构并从几个不同的织物或结构、形状和大小一起放置入纤维织物堆中。根据预制件或成形塑料部件的切割样式，可能需要加工或切割外轮廓及可选地内轮廓。切割样式从预制件或终端部件的开发角度来生产。较佳地，所产生的大致平坦的纤维织物堆将通过悬垂装置来悬垂，或形成成三维预制件。为了从柔软纤维织物获得基本刚性预制件，最需要的是在各层之间引入粘结剂并随后固化。
固体或熔化的粘结剂以及液体粘结剂的涂敷技术区分如下：
涂敷固体形式粘结剂的一种可能性是粘结剂无纺物。这些主要是热塑性随机的纤维垫被切割成要求的形状，用手工或借助于机器人将其整合在层结构内，在预成形过程中的给定的时刻熔化以确保与纤维的粘合。
粉末粘结剂或粘结剂颗粒(主要是热塑性的环氧树脂，但也可是传统的热塑性材料)可以固体或熔融的形式涂敷。在固体状态下进行处理时，用合适的散布技术将粘结剂涂敷到预制件上，并通过其后的熔化固定到基底上。以此方式生产的预制件材料可由如卷材那样的半成品的大多数生产商供应。其在卷开、切割之后进行加热，并形成层结构，粘结到个别层上的粘结剂使各层彼此连接。
处理粉末粘结剂的另一种可能性是热熔涂敷。在此情形中，原料软化开，泵通过加热的管子将原料输送到计量单元，其后，通过喷嘴由另一管子喷射(例如，呈连续线的形式)。在层形成的过程中，该涂敷可直接发生在成品的预成形的切割件上。
与此相比，液体粘结剂作为散布或溶剂的粘结剂通过喷嘴进行喷射，视粘度(低粘性的)或珠子的形式(高粘性的)而定。层结构和形成为3D形式必须在粘结剂固化之前发生。
所有上述的处理和使用的可能性本身带来特殊的缺点：
例如，当使用带有粘结剂分散的预制件(无纺滚筒)时，余料被粘结剂污染，其需要作为特殊的废物处理掉，或只可再循环使用，但有难度。在使用必要的喷嘴时，液体粘结剂的热熔涂敷或喷射通常表现出一系列缺点：喷嘴被污染、堵塞，和/或不可再生的过程参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和装置，与现有技术相比，该装置以简单、精确的计量和可复制方式在要生产的多层织物结构的一层的至少一个局部表面上涂敷粘合剂或粘结剂。
提供一种方法、系统和装置，用来将粘合剂涂敷到多层预制件的至少一层上，尤其是在用如此的预制件生产纤维加强的塑料模制零件的过程中，其中，预制件由至少两层组成，尤其是，至少一层由半成品的纤维成品组成，其中，在将诸层组装在某一层的至少一个表面上的过程中，涂敷粘合剂。
该方法的目的以如此方式来达到：用气动方式将粘合剂喷到纤维半成品上；在喷的过程中，这样活化至少粘合剂的表面，至少使活化的粘合剂的表面对于该层起到粘结的作用；以及在与该层接触之后，活化的粘合剂的相关部分粘结到所述层上。
该系统的目的以如此方式来达到：至少一个涂敷装置(尤其是，可移动的涂敷装置)布置在系统内，用以将粘合剂涂敷在至少一层上；以及提供至少一个操纵装置，用来操纵诸层并将各层组装成预制件，其中，该涂敷装置包括递送粘合剂的装置，以及用气动方式将粘合剂运输到某一层的装置；以及布置有在气动运输过程中用于至少将粘合剂的表面活化成活化的粘合剂的装置。
该装置用来将粘合剂涂敷到多层预制件的至少一层上，尤其是在用如此的预制件生产纤维加强的塑料模制零件的过程中，该装置的目的在于，装置布置为较佳地可移动的涂敷装置，并且至少包括递送粘合剂的装置和将粘合剂气动运输到某一层的装置，并且布置有在气动运输过程中至少将粘合剂的表面活化成活化的粘合剂的装置。
有一个优点在于，通过传输喷射器，计量单元将每单位时间内预定量的粉末状的粘合剂计量到压缩空气软管内。这允许有非常精确的和特别少的计量。例如，可使用其下游设有出料和计量螺杆的料斗管(Einfüllrichter)作为计量单元。借助于压缩机在压缩空气软管内提供空气流，空气流通过节流阀供应到传输喷射器。来自压缩机的压缩空气可以预热，或在压缩机和涂敷装置之间进行预热。压缩空气软管将较佳地呈粉末形式的粘合剂气动传输到涂敷装置处的连接件，并因此与该涂敷装置可操作地连接。在连接件处，粘合剂借助于涂敷装置的粘合剂喷嘴基本上沿待胶合的纤维半成品的方向输出，且与较佳来自热空气喷嘴的热空气流相接触，热空气喷嘴又可操作地连接到热空气源。粘合剂喷嘴可直接布置在热空气流中，或与热空气流间距一段距离，并借助于类似飞行中的气动空气流来传输粘合剂。根据该实施例，热空气流将会使粘合剂的运动矢量或多或少发生改变，并将较佳地搅动该粘合剂，以确保热空气和待要加热的粘合剂之间最优的热传递。在第一运输部分中，粘合剂在热空气流内被加热，直到粘合剂在第二运输部分中至少部分地转变为熔融液态。最晚在第二运输部分内，粘合剂的运动学定向基本上在朝向待要胶合的纤维半成品的方向上定向，最好是垂直定向。然后，早期的或完全熔化的粘合剂碰到纤维半成品，并且由于至少表面处于熔化的聚合状态，所以粘合剂胶合到该纤维半成品上。
根据本发明的技术，与现有技术(粘合剂无纺物、粉末散布、带有粘合剂的纤维半成品、热熔喷涂)相比，借助于热空气喷涂粉末状粘合剂可获得以下的优点。与使用粘合剂无纺物(含有粘合剂的材料构成的单独中间层)相比，不必单独裁剪，或对另外的粘合剂无纺物(单独的层)进行操作。附加的粘结无纺物通常由热塑性材料组成，热塑性材料对于热固性基体的相容性有限，因此，仅在限值之内适用。
在生产预制件过程中(甚至仅在一个平面内)，将颗粒或粉末散布到裁剪好的层上是很困难的，因为难于实施预定量的粉末散布。此外，在颗粒尺寸较小的情形中，通常不可避免地形成灰尘，并伴随着污染了工作区域。而且，在散布过程中，粉末敏感于空气的流动，通常不粘附到无纺物或不充分地粘附到无纺物，并且在后续的运输操作过程中，粉末将部分地和不可预见地损失掉。因此不能提供可复制的生产，尤其是大规模的生产。
含有粘合剂的纤维半成品具有每单位面积恒定质量的粘结剂，并且只可额外花费不同要求的粘合剂每单位面积质量来加以调整。然后，纤维半成品边料因粘合剂而污染而难于作再循环使用。对覆盖层需要购买和处理单独的纤维半成品，因为它不包括粘合剂。总而言之，购买全部材料和还有的含有粘合剂的半成品纤维产品，比单独胶合纤维半成品要贵。
与热熔喷涂(连续线)相比，根据本发明的传授，可设定少量粘合剂的更精准计量、较少的每单位面积质量以及可变的涂敷深度。由于粘合剂是略微地进行热加载，与热熔过程相比，需更加小心地处理。
根据如上所解释的本发明的传授，本发明的特征在于诸如以下的其它特征：较佳地使用热空气流和/或辐射能(微波、高频、红外、对流辐射)来将粘合剂活化成活化的粘合剂。粘合剂的至少表面在该过程中通过活化而熔化，但也可提供完全的熔化，尤其是在粉末状(非常小)粘合剂的情形中。粘合剂可在活化之前进行计量。还可以气动或机械方式将粘合剂引入到热空气流中，尤其是以计量的方式进行。为此目的，粘合剂可借助于粘合剂喷嘴进行雾化，和/或引入到热空气流中。例如，也可能从传输和/或计量装置中递送粘合剂，甚至通过流动的气动运输空气的文丘里效应来实现该递送。粘合剂最好基本上以粉末引入到热空气流内，这可使运输段减到最小，因为通过大表面和小颗粒尺寸使加热效应最大化。
作为沿层的方向气动地运输的装置可布置有压缩机和/或热空气源用以形成热空气流。本技术领域内技术人员以快速方式设定该运输空气，这样，基底或纤维半成品较佳地不被损坏。用于活化粘合剂的可能的装置在设备中可以是用于微波、高频和/或红外辐射的辐射源、用于形成热空气流的热空气源，在热空气流中粘合剂1转换为活化的粘合剂9。替代地，还可提供对流辐射器。
为了支持活化，可在计量过程中和/或在粘合剂传输到运输装置或活化装置之前不久，已经使粘合剂预热，这样，在短的运输段上，例如在气动运输的过程中以更快和有效的方式执行该活化操作。
基本上可保证涂敷装置相对于可移动的抽吸板或待要胶合的层固定地布置，待要胶合的层最好以预定的胶合型式和/或胶合节律移动通过涂敷装置。这确保节约胶合剂的最佳胶合。为了例如能改进循环时间和/或能够覆盖其它的涂敷状况，也可在胶合过程中相对于该层来移动涂敷装置。两种涂敷状况的组合也是可能的。
本发明基本上区分两种空气流，即，一种是从计量装置使计量的粘合剂到涂敷装置，较佳地，一种是热的或加热的空气流，从涂敷装置到待要胶合的层，在此过程中粘合剂被活化。这两种空气流在涂敷装置内混合。作为用于输出粘合剂的装置，在第一气动运输部分处设置有连接件和/或粘合剂喷嘴。
附图说明
本发明主题的进一步优点的措施和实施例结合附图的描述来提供，其中：
图1在示意的侧视图中示出用于大规模工业化应用的根据本发明的系统；
图2示出第一实施例中用于基底上的粘结剂的根据本发明的涂敷装置；以及
图3示出第二实施例中用于基底上的粘结剂的根据本发明的涂敷装置。
具体实施方式
图1在示意的侧视图中示出根据本发明的用于大规模工业化应用的系统。粘合剂19以其递送的原料形式供应到计量单元14，并作为计量过的粘合剂20(较佳地为磨成粉状或粉末的形式)传送到传输喷射器()13。传输喷射器13通过节流阀12和压缩机11供应有压缩空气，压缩机11可操作地连接到节流阀上，传输喷射器13在某些情形中用作第二计量控制装置通过较佳地布置成柔性的压缩空气软管的压缩空气管线17将由计量单元14计量过的粘合剂20传输到涂敷装置6上的连接件18。可布置一个压缩空气储存系统(未示出)来代替压缩机11。
涂敷装置6可以不同方式布置，最好是根据两个实施例来布置，这将在下文中详细描述。在一替代的实施例中，在前面的控制部分和结构中，粘合剂19可以非计量方式或计量过的粘合剂20进行预热，以更快速地达到至少粘合剂的表面的熔点。较佳地，可选择预热温度，此时，粘合剂在其表面上尚未粘结，因此，不会堵塞相应的馈送管线，或凝结成大体积的凝块，其类似于“投射物”形式会损坏基底。
最好这样考虑粘合剂的计量，使计量单元14内的粘合剂19较佳地借助于螺杆传输器特别是任意小地、以重力计量方式进行计量作为粘合剂20进入传输喷射器13的恒定空气流内，并到达压缩空气管线17内。这允许每平方米非常少的粉末涂敷到层上，例如，每平方米的粘合剂为1克。与传统的系统相比，这导致大量节省粘合剂。
热空气源5通过连接件10可操作地直接连接到涂敷装置6，或也可将软管插入在可移动的涂敷装置6内，这样，合适的操纵器(例如，工业机器人或任何其它合适的移动工具)也可不需操纵热空气源5本身。
根据图2，热空气流4借助于合适的热空气源5形成在涂敷装置6内，较佳地借助于粘合剂喷嘴2将粘合剂1引入到热空气流4内，基本上朝向待要胶合的层7，最好垂直于该层7。可以概括地将运输段分为第一和第二运输部分21、22，其中，如图2所示，第一运输部分21较佳地出现在壳体之内，并允许环境保护地加热粘合剂1，其中，在第二运输部分22中，粘合剂已经具有粘结表面并且随后碰到层7并保持与其胶合。
在根据图1的本实例中，层7悬置在操纵装置15(例如，工业机器人或任何其它合适的移动工具)的抽吸板16上，并通过涂敷装置6以预定型式(胶合图像)移动。在完成胶合之后，操纵装置15将层7放置在悬垂装置3上。在本实例中，层7是预制件24的最后(外)层，其中，第一层7”’悬垂装置3上或直接平放在悬垂模具23上不胶合，而是后续的各层又放到已平方好的层7n+1上，N+1是最外(底部)层，层7是最上层，其最后进行胶合，于是，粘合剂仅布置在层7、7’、7”、7n+1之间。在放置最后层7和完成预制件24之后，与作为基体的悬垂模具23相匹配的阳模具压靠在悬垂模具上，利用压力和/或热量使三维的预制件24固化，在进一步独立的过程中借助于合适的技术、较佳地借助于RTM过程(快速传送模制)将预制件加工成纤维加强的塑料模制零件。
图3示出用于较佳地可移动的涂敷装置6的另一实例，其中，粘合剂1用气动方法从粘合剂喷嘴直接沿着朝向基底或层7的方向传输。最好是从两侧借助于热空气喷嘴8，热空气流4用于将粘合剂1加热为活化的粘合剂9。在通过第一运输部分之后，在该情形中粘合剂1也将转化为粘结的活化粘合剂，并在碰到该层之后将保持与层胶合。根据热空气喷嘴8的定向，也可附加地使用热空气流4来使粘合剂1、9散开。
附图并不示出实施例的任何的调整，其调整为用于活化粘合剂1的喷嘴或装置的个别装置的可能变体，尤其是运输装置。
系统或装置特别适用于执行该方法，但也可单独地操作。
附图标记清单：
1粘合剂
2粘合剂喷嘴
3悬垂装置
4热空气流
5热空气源
6涂敷装置
7层(多层，7’、7”、7”’)
8热空气喷嘴
9活化的粘合剂(有加热的和粘性的表面)
105与6的连接件
11压缩机
12节流阀
13传输喷射器
14计量单元
15操纵装置
16抽吸板
17压缩空气管线
1817与6的连接件
19粘合剂
20粘合剂(计量的)
21第一运输部分
22第二运输部分
23悬垂模具
24预制件

Claims (14)

1.一种用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其中，预制件(24)由至少两层(7、7’、7”、7n+1)组成，其中，在组装各层(7、7’、7”、7n+1)的过程中将粘合剂涂敷到一层(7、7’、7”、7n+1)的至少一个表面上，其特征在于
1.1将粘合剂加到第一空气流中并且气动地喷到所述层(7、7’、7”、7n+1)上，
1.2在喷的过程中，借助热的或者是被加热的第二空气流和/或辐射能来活化至少粘合剂的表面，以使得至少活化的粘合剂的表面相对于所述层(7、7’、7”、7n+1)起到粘性作用，以及
1.3在与所述层(7、7’、7”、7n+1)接触之后，活化的粘合剂的被加到第一空气流中的部分粘结到所述层上。
2.如权利要求1所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，通过活化，至少粘合剂的表面熔化。
3.如权利要求1或2所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，在活化之前，对粘合剂(1)进行计量。
4.如权利要求1或2所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，用气动或机械方式将粘合剂(1)以计量的方式引入到第二空气流(4)中。
5.如权利要求1或2所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，借助于粘合剂喷嘴(2)，使粘合剂(1)雾化和/或引入到第二空气流(4)中。
6.如权利要求1或2所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，通过传输喷射器(13)、以重力计量的方式使得计量单元(14)内的粘合剂、作为已通过计量单元计量过的粘合剂进入传输喷射器(13)的恒定的第一空气流内并到达压缩空气管线(17)内。
7.如权利要求1或2所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，在用预制件生产纤维加强的塑料模制零件的过程中使用所述方法。
8.如权利要求1或2所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的方法，其特征在于，至少一层(7、7’、7”、7n+1)由纤维半成品组成。
9.一种用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的系统，其中，预制件(24)由至少两层(7、7’、7”、7n+1)组成，其中，在所述系统内设置有至少一个涂敷装置(6)，用以将粘合剂(1、9)涂敷到至少一层(7、7’、7”、7n+1)上；以及至少一个操纵装置(15)，用来将各层(7、7’、7”、7n+1)操纵和组装成预制件(24)，其中，所述涂敷装置(6)包括供应粘合剂(1)的装置以及用气动方式将粘合剂(1、9)运输到一层(7、7’、7”、7n+1)上的装置；以及作为用于在气动运输过程中至少将粘合剂(1)的表面活化成活化的粘合剂(9)的装置而设置有用于形成热空气流(4)的热空气源。
10.如权利要求9所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的系统，其特征在于，作为将粘合剂(1)供应到第一气动运输部分(21)的装置设置有连接件(18)和/或粘合剂喷嘴(2)，其中，在所述第一气动运输部分中，粘合剂在热空气流中被加热。
11.如权利要求9或10所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的系统，其特征在于，作为朝向层(7、7’、7”、7n+1)气动运输的装置，在涂敷装置(6)处设置有用于形成热空气流(4)的热空气源(5)和/或压缩机。
12.如权利要求9或10所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的系统，其特征在于，在用预制件生产纤维加强的塑料模制零件的过程中使用所述系统。
13.如权利要求9或10所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的系统，其特征在于，至少一层(7、7’、7”、7n+1)由纤维半成品组成。
14.如权利要求9或10所述的用来将粘合剂涂敷到多层预制件中的至少一层上的系统，其特征在于，所述涂敷装置是可动的。
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