DE19617699A1 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus langfaserverstärkten Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Herstellung von Halbzeugen und Formteilen aus langfaserverstärkten Kunststoffen ist bekannt und erfolgt auf folgende Weisen:

• - Imprägnieren von Verstärkungsfasern mit Kunststoffmatrix. Hierfür sind mehrere Möglichkeiten bekannt.
• - Konsolidieren von Prepregs zu plattenförmigen Halbzeugen
• - Verformung der plattenförmigen Halbzeuge zu Formteilen

Das Imprägnieren und Konsolidieren erfolgt konventionell auf Doppelband- oder Etagenpressen.

Nach beiden Verfahrensweisen entstehen Halbzeuge in Analogie zu Blechen der Metallverarbeitung, die dann kundenbezogen weiterverarbeitet werden.

Dies ist mit folgenden Nachteilen verbunden:
Es ist eine erneute Erwärmung des konsolidierten Halbzeuges, verbunden mit doppelten Energieeinsatz, erforderlich. Dabei kann es zur thermischen Schädigung des Matrixwerkstoffes kommen.

Weiterhin ist auf Doppelbandpressen eine bauteilgerechte Faserplatzierung nur näherungsweise realisierbar.

Für die Verformung der plattenförmigen Halbzeuge zu Formteilen sind eine Reihe von Verfahren bekannt, als naheliegendes Verfahren wird in der DE 37 27 926 A1 ein Verfahren vorgestellt, mit dem zur Realisierung des Arbeitsschrittes Umformung ein vorkonsolidierter Halbzeugzuschnitt über eine Hilfsfolie, bestehend aus Aluminium, Gummi oder Kunststoff und unter Verwendung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmediums in eine einteilige Form gedrückt wird.

Das Konsolidieren des Zuschnittes erfolgt außerhalb des Werkzeuges.

Dies ist vor allem bei der Verarbeitung von Matrixwerkstoffen, die einen engen Temperaturbereich für die Umformung aufweisen, nachteilig.

Der Prepregstapel kühlt während des Transfers von der Wärmequelle in das Umformwerkzeug und noch stärker bei Berührung an Werkzeugpartien schlagartig unter die Verarbeitungstemperatur ab, so daß eine faltenfreie Umformung nicht mehr möglich wird. Ein anderes Verfahren (WO 89/10253) führt aus diesem Grund im Umformwerkzeug nochmals Wärme nach. Nachteilig dabei ist die erforderliche längere Zykluszeit.

Erfindungsgemäß erfolgen Konsolidierung und Umformung auf einem Werkzeug, entweder durch einseitige oder durch doppelseitige Beaufschlagung eines Prepregstapels mit einem gasförmigen, flüssigen o.a. Medium. Dabei sind die einzelnen Prepregs außerhalb des Werkzeuges bis auf ein Temperaturniveau unterhalb der Verarbeitungstemperatur bereits erwärmt.

Erfolgt die Konsolidierung des Prepregstapels durch einseitige Beaufschlagung mit erhitztem Medium, vornehmlich mit erhitzter Druckluft, wird als Gegenform eine ebenfalls beheizte Platte verwendet (Fig. 1). In ein geöffnetes Werkzeug wird der Prepregstapel (1), eingebettet in zwei umformtüchtige temperaturbeständige Trennfolien (2) eingelegt.

Das Werkzeugoberteil (5) ist mit einer Kühlung (10) versehen und über eine Dämmschicht (7) mit einem Heizring (6) verbunden. Das Werkzeugunterteil (4) ist über (9) heizbar ausgeführt.

Durch das einströmende erhitzte Medium (3) sowie Wärmefluß aus dem Werkzeugunterteil (9) erfolgt das Aufschmelzen des Matrixwerkstoffes und Verschweißen der Einzellagen (1) miteinander unter dem anstehenden Mediendruck. Nach Erreichen der für den Umformvorgang erforderlichen Viskosität im Matrixwerkstoff erfolgt Beaufschlagung mit erhitztem Medium (3) aus der unteren Werkzeugplatte (4), wobei vorher der Druck aus der Werkzeugkavität des Oberteiles (5) auf Normaldruck oder durch Anlegen von Vakuum auf einen niedrigeren Druck gesenkt wird. Bei Anlage des Prepregstapels (1, 2) an die kalte Werkzeugwand des Werkzeugoberteiles (5) werden konsolidierungsseitig bedingte Unebenheiten des Prepregstapels geglättet, unmittelbar danach erstarrt dieser im oberflächennahen Bereich sofort, eine weitere Erstarrung aus dem inneren wird erzielt durch Einleitung kalter Spülluft, dabei muß das Werkzeugoberteil (5) angelüftet werden.

Erfolgt die Konsolidierung des Prepregstapels durch beidseitige Beaufschlagung mit erhitztem Medium, vornehmlich mit erhitzter Druckluft, ergibt sich die Möglichkeit, unter Verwendung nur eines Formwerkzeuges nacheinander zwei verschiedene Bauteile zu fertigen, indem nach Beendigung des Konsolidierungsvorganges die Druckbeaufschlagung entweder in die eine oder andere Richtung erfolgt (Fig. 2).

Der Werkzeugaufbau für Ober- und Unterteil (4, 5) entspricht sinngemäß der Darstellung nach Fig. 1, wobei sich die Werkzeugkavitäten gleichen oder unterscheiden können.

Nach dem Anlegen des konsolidierten Materials an die gekühlte Werkzeugoberfläche erstarrt das Material zunächst wiederum oberflächennah. In der Folge wird an Stelle erhitzer, kalte Druckluft eingeblasen, wobei das Werkzeug in der Größenordnung 0,1-0,2 mm öffnet, und auf diese Weise einen Spülvorgang erlaubt. Nach ausreichender Erstarrung des Formteiles erfolgt dessen Entformung auf bekannte Weise.

Auf eine dritte Weise können in einem Arbeitsgang zwei aufeinanderliegende und nur durch Trennfolien voneinander getrennte Prepregstapel zu zwei verschiedenen oder gleichen Formteilen gleichzeitig umgeformt werden, indem nach Abschluß des Konsolidierungsvorganges das Druckmedium zwischen die beiden konsolidierten Stapel eingeleitet wird (Fig. 3).

Das Werkzeug entspricht im Aufbau der Fig. 2. Nach Erzielung einer für die Verformung hinreichenden Viskosität erfolgt wiederum Druckentlastung in beiden Werkzeugkavitäten und in der Folge Eintrag des Druckmediums über die Lanze (11), dabei wirken die beiden innenliegenden Trennfolien (2) als Abdichtung auch im Bereich der eintauchenden Lanze.

Weiterhin können mehrere aufeinanderliegende, nur durch Trennfolien getrennte Prepregstapel durch einseitige oder beiderseitige Beaufschlagung mit einem o.g. Druckmedium konsolidiert werden (Fig. 4).

Auf diese Weise ist unter Verwendung einfacher Betriebsmittel die Konsolidierung von Prepregstapeln möglich, da weder eine Doppelband- oder sonstige Presse benötigt wird. Über (8) erfolgt der Verschluß des Werkzeuges.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Thermoplasten, bei dem ein Stapel von Thermoplastlangfaserprepregs, eingebettet zwischen zwei Hilfsfolien, durch eine Konsolidierungsplatte sowie ein gasförmiges, flüssiges oder festes erwärmtes Medium miteinander verschweißt wird und unmittelbar anschließend durch das gleiche Medium zu einem Formteil umgeformt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Thermoplasten, bei dem ein Stapel von Thermoplastlangfaserprepregs, eingebettet zwischen zwei Hilfsfolien durch ein gasförmiges, flüssiges oder festes erwärmtes Medium miteinander verschweißt wird und unmittelbar anschließend durch das gleiche Medium zu einem Formteil umgeformt wird.

3. Verfahren zur gleichzeitigen Konsolidierung mehrerer Prepregstapel durch ein gasförmiges, flüssiges oder festes erwärmtes Medium durch Anordnung von Trennfolien zwischen den einzelnen Prepregstapeln.

4. Verfahren zur gleichzeitigen Konsolidierung zweier, durch Trennfolien getrennte Prepregstapel, durch ein gasförmiges, flüssiges oder festes erwärmtes Medium und unmittelbar daran anschließende gleichzeitige Umformung zu zwei verschiedenen Formteilen durch Einleitung des erwärmten Druckmediums zwischen beide Stapel.