CN107249865B - 用于生产纤维增强的塑料零件的过程布置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由至少一个带有反应性的热塑性的基质材料的无端纤维增强的纺织的纤维半成品(15)生产纤维增强的塑料零件(1)的过程布置和方法，其中，在制造纤维半成品(15)时产生切边剩余物(mR,mA)，该切边剩余物(mR,mA)由由纤维和所述反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。根据本发明，在制造纤维半成品(15)时产生的切边剩余物(mR,mA)供应给回收站(VII)用于提供回收料(R)作为反应性的、还未聚合的初始材料用于制造另一零件(19)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据本发明所述的用于生产纤维增强的塑料零件的过程布置以及一种根据本发明所述的用于生产这样的塑料零件的方法。
背景技术
纤维增强的塑料零件的生产可借助于纺织的半成品、所谓的预浸渍料(Prepreg)实现。在反应性的预浸渍料中纺织的纤维材料利用反应性的、也就是说还未聚合的热塑性的基质材料在聚合起动温度之下被预浸渍。为了纤维增强的塑料零件的造型，预浸渍料在存储过程中相互堆叠成层包(Lagenpaket)并且经受拉深方法或压制方法。
从文件WO 2012/116947 A1中已知这种类型的用于利用聚酰胺基质生产反应性的预浸渍料、也就是说无端纤维增强的面型的半成品的方法。在该方法中首先将纺织的结构利用聚酰胺基质的液态的初始成分、也就是说包括添加的催化剂和/或促进剂的熔化的内酰胺预浸渍，更确切地说在连续的过程中。在预浸渍实现之后，预浸渍的纺织的无端结构在切边站中被批量生产成纤维增强的面型的半成品，并且在堆叠站中互相堆叠。在另外的过程进程中，预浸渍的纺织的半成品被运输到组装站，在该组装站中纺织的半成品在存储过程中互相安放并且被相应于待生产的零件的最终轮廓裁剪。这样形成的层包紧接着被放入到工具模(Werkzeugform)中。然后实现造型，更确切地说在压制过程或拉深过程中在聚合起动温度之上的温度时。以该方式，预浸渍的内酰胺聚合成聚酰胺。通过同时的拉深/压制，纤维增强的面型的半成品被带入到待生产的零件的有意的形状中。
紧接着在后处理站中，可以实现完成的塑料零件的最终切边，更确切地说在形成最终切边剩余物的情况下，该最终切边剩余物由由纤维和聚合的基质材料组成的复合物构成。最终切边剩余物可供应给回收站并且在此被再加工成回收料用于使用在注塑过程或压制过程中，如例如在文件EP 2 666 805 B1中表明的那样。因此，基于热塑性的基质的零件可通过简单的切碎和挤出供应给例如在注塑领域中的新的用途。在此，基于热塑性的基质的纤维复合材料的基本的优点在于突出的回收特性。通过简单的熔化和再生造粒(Regranulieren)，将纤维和基质均质地混合。这样回收的颗粒可重新用作用于各种各样的用途的高品质的原材料。
上面勾勒的过程链的问题在于，除了提及的最终切边剩余物之外，同样除了位于前面的过程时间点，还产生边界切边剩余物(来自纤维半成品的批量生产)以及组装切边剩余物。边界切边剩余物和组装切边剩余物(区别于最终切边剩余物)还未被聚合并且因此在上面给出的回收过程中不可被再加工。边界切边剩余物和组装切边剩余物因此作为不可回收的材料劣品(Materialausschluss)被从过程链中引导出去。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于生产纤维增强的塑料零件的过程布置以及方法，其具有相比于现有技术改善的回收设计。
本发明的任务通过本发明解决。本发明的优选的改进方案本发明中公开。
根据本发明，过程布置具有回收站，由纤维和反应性的热塑性的基质材料的组成的复合物构成的切边剩余物可供应到该回收站中。回收站基于切边剩余物提供回收料，该回收料作为反应性的、还未聚合的初始材料用于制造零件或例如通过肋结构使零件的功能化。
在一优选的实施变型方案中，过程布置可关联有成型站，在该成型站中由于热引入在聚合回收料的情况下实现制造零件。鉴于在成型站中的没有缺陷的聚合，重要的是，还未聚合的回收料不与周围环境接触，即与空气湿气、氧气、UV射线或类似物反应，(如果还未聚合的切边剩余物与周围环境接触)则该切边剩余物的可加工性、尤其聚合被损害。为了避免与周围环境的这样的不利反应，回收料可直至其聚合被干燥和/或被存放在空气密封的、光密封的和/或湿气密封的屏蔽中。成型站可在一技术上的实现方案中具有挤出机或配量设备，在其中回收料可直至其熔化温度之上，然而在其反应温度之下熔化。熔化的回收料借助于挤出机或配量设备被引入到成型工具的工具腔中，该回收料被加热直到反应温度之上的温度上。到被加热直到反应温度的工具中的引入可例如通过注塑机组或通过配量仪器的注射头实现到敞开的或闭合的成型工具中。
除了引入到闭合的或敞开的工具中(例如利用反应性的基质的LFT挤压过程)，也可设想其他的方法，例如回收料的精压(Spritzprägen)。
对此备选地，回收料可在没有先前的熔化的情况下在牢固的聚集状态中被引入到成型站的成型工具的工具腔中。在该情况下，回收料可例如在成型工具的工具腔闭合时才被熔化，被分配在工具腔中并且在其中被聚合。可设想的是与其他的成型的方法例如反应性的、无端纤维增强的Guss-PA-预浸渍料的压制方法的组合。作为示例提及的是由反应性的回收料构成的纤维增强的Guss-PA-肋部的后注塑或后压制。
被引导至回收站的切边剩余物若有可能是如此大的，以至于其在再加工作为回收料之前例如在剪切研磨机中被切碎。优选地在切碎过程之后存在带有可调整的、统一的纤维长度(短纤维至长纤维)的切边剩余物。如上面已经表明的那样，为了避免反应性的基质材料以空气湿气的污染，不仅在切碎之前和之后的切边剩余物的中间安放而且剪切研磨过程本身都必须在干燥的气氛中实现。
供应给回收站的切边剩余物可(相比于待制造的零件的纤维体积份额)具有提高的纤维体积份额。在该背景下，取决于回收料的必要的纤维体积含量，被引导到回收站中的切边剩余物可添加有反应性的基质材料和/或若有可能添加有添加剂，例如增稠剂。
在一制造技术上的实现方案中，在制造站中在连续的过程中由纺织的结构构成的至少一个无端织物可利用反应性的热塑性的基质材料的液态的初始成分预浸渍。在浸渍实现之后执行边界切边，在该边界切边时预浸渍的无端结构在切边站中批量生产成带有反应性的、也就是说还未聚合的热塑性的基质材料的无端纤维增强的纺织的纤维半成品(预浸渍料)。批量生产在形成边界切边剩余物的情况下实现，该边界切边剩余物由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。在边界切边剩余物中，纤维制造技术上限制地不完全地利用基质材料润湿。边界切边剩余物可部分地甚至完全地在没有基质材料的情况下存在。相应地，在边界切边剩余物中的纤维份额非常高。
在另外的过程进程中，预浸渍料在堆叠站中相互堆叠并且存放，以及在需要时运输到组装站。在组装站中预浸渍料在存储过程中互叠覆层成层包。紧接着可实现组装切边，在该组装切边中层包被相应于纤维增强的塑料零件的最终轮廓裁剪。在此得出组装切边剩余物，该组装切边剩余物由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。区别于边界切边剩余物，组装切边剩余物完全地由基质材料包围，也就是说完全浸渍，从而纤维份额相应于完成的纤维增强的塑料零件的纤维份额。
作为反应性的热塑性的基质材料，优选地应用己内酰胺(所谓的Guss-PA)。备选的反应性的热塑性的基质***除了己内酰胺以外也可以是例如十二内酰胺以及环状对苯二甲酸丁二醇酯(Buthylentherephtalat)等等。作为纤维材料可设想所有可能的纤维。优选地应用由玻璃、碳(所谓的碳纤维)、玄武岩、尼龙或其组合构成的纤维。这以各种各样的布置、例如网状、束状或无方向地存在。对于己内酰胺，借助于大约150°C的反应温度实现聚合，在其中从己内酰胺中产生聚酰胺(PA6)。对于其他的反应性的材料，例如十二内酰胺到PA12或CBT到PBT可选择匹配于相应的材料的温度。
本发明中描绘的有利的构造和/或改进方案(除了例如明确的依赖性或不可结合的备选方案以外)可单独地或但是也以彼此任意的组合投入使用。
附图说明
本发明及其有利的构造和改进方案以及其优点随后由附图更详细地解释。
其中：
图1至4分别示出了用于生产纤维增强的塑料零件的过程站；并且
图5示出了包括回收站的过程链的框形图。
具体实施方式
在图1至4中就此而言呈现了用于生产纤维增强的塑料零件1(图3和4)的过程站I至VI，因为这对于本发明的理解是必要的。因此在制造站I中首先示例性地将两个纤维层2在连续的过程中在中间安放有由例如聚酰胺或另一合适的材料构成的第一薄膜3的情况下引到无端输送带5上。这样形成的纺织的层结构7利用反应性的热塑性的基质材料、例如内酰胺的初始成分8浸透，更确切地说在用于反应性的热塑性的基质材料的初始成分的聚合的起动温度之下的温度时热加载10的情形下。在图1中示出的薄膜2和9是纯粹示例性地呈现的并且为了实现本发明不是必要的。
紧接着在进一步的过程进程中还施加第二薄膜9并且纺织的层结构7在冷却单元11中冷却(也就是说加固)以及在随后的切边站II中批量生产成单个的预浸渍的纺织的纤维半成品15。在切边站II中实现边界切边，在该边界切边时预浸渍的无端结构7裁剪成无端纤维增强的纺织的纤维半成品15(随后也称为预浸渍料)。
在此出现边界切边剩余物mR，其由由纤维和反应性的(也就是说还未聚合的)热塑性的基质材料组成的复合物构成。边界切边剩余物mR作为材料劣品从过程链中引出。在边界切边剩余物mR中纤维未完全利用反应性的基质材料润湿或其完全在没有基质材料的情况下存在，由此边界切边剩余物mR具有非常高的纤维份额。
批量生产的纺织的纤维半成品15在下面的堆叠站III中互相堆叠和存放。根据需求互相堆叠的纤维半成品15传递到过程技术上后置的组装站IV，其在图2中表明。在组装站IV中预浸渍的纺织的纤维半成品15被裁剪并且以相叠覆层成层包16(图2)的方式存储。此外相叠覆层成层包16的预浸渍料15相应于完成的塑料零件1的负荷需求和几何形状需求被裁剪。由此得出另一材料劣品，其作为组装切边剩余物mA从过程链中被引导。组装切边剩余物mA由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。区别于边界切边剩余物mR，在组装切边剩余物mA中纤维完全由基质材料包围，也就是说完全浸渍。组装切边剩余物mA的纤维份额因此低于在边界切边剩余物mR中的并且基本上与完成的塑料零件1的纤维份额相同。
在另外的过程进程中层包16传递到在图3中粗略地示意性的表明的压制站和/或拉深站V，在其中层包16被加热到聚合温度之上的温度上并且同时被拉深/压制成待生产的塑料零件1的形状。在过程技术上后置的后处理站VI(图4)中在塑料零件1处执行最终切边，在该最终切边时示范性地将对于拉深过程必要的外部的零件边界17从塑料零件1中移除，更确切地说在形成最终切边剩余物mE的情况下，该最终切边剩余物mE由由纤维和聚合的基质材料组成的复合物构成。
在图5中回收站VII关联有用于生产塑料零件1的过程链I到VI，还未聚合的边界切边剩余物mR和组装切边剩余物mA被引导到该回收站VII中。在回收站VII中若有可能可布置有剪切研磨机，该剪切研磨机将切边剩余物mR，mA切碎至预设的纤维长度。在回收站VII中切边剩余物mE,mA被联合成回收料R，该回收料R由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成并且形成反应性的、还未聚合的初始材料用于制造另一零件19。
如从图5中得知的，回收站VII后接有成型站VIII，在成型站中由于热引入在聚合回收料R的情况下制造零件19。在技术上的实施方案中，成型站VIII可具有仅仅表明的配量设备21，在其中回收料R直至其熔化温度之上，然而还在其反应温度之下被熔化。被熔化的回收料R借助于配量设备21被引入到成型工具25的工具腔23中，其被加热直到反应温度之上的温度上。也就是说，在实现引入之后被熔化的回收料R在工具腔23中聚合。
回收站VII在图5中此外具有入口27，以为了使在回收站VII中给切边剩余物mA,mR供应反应性的基质材料mmatrix和/或若有可能供应添加剂，例如增稠剂。以该方式，可匹配待制造的零件19的必要的纤维体积含量。
Claims (11)
1.一种用于生产纤维增强的塑料零件(1)的过程布置，带有制造站和组装站(I,IV)用于提供至少一个带有反应性的热塑性的基质材料的无端纤维增强的纺织的纤维半成品(15)，即在形成由由纤维和所述反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成的切边剩余物(mR,mA)的情况下；并且带有压制和/或拉深站(V)，在其中带有反应性的热塑性的基质材料的所述无端纤维增强的纺织的纤维半成品(15)被加热到聚合温度之上的温度并且同时可压制和/或拉深到待生产的塑料零件(1)的形状中,
其特征在于，所述过程布置具有回收站(VII)，可将由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成的切边剩余物(mR,mA)供应至所述回收站(VII)中，用于提供回收料(R)作为反应性的、还未聚合的初始材料用于制造另一零件(19)或用于使所述塑料零件(1)功能化。
2.根据权利要求1所述的过程布置，其特征在于，所述过程布置具有成型站(VIII)，在所述成型站(VIII)中由于热引入在聚合所述回收料(R)的情况下实现所述另一零件(19)的制造。
3.根据权利要求2所述的过程布置，其特征在于，所述成型站(VIII)具有挤出机或配量设备(21)，在其中所述回收料(R)可直到其熔化温度之上、然而在其反应温度之下熔化，并且熔化的所述回收料(R)可借助于所述挤出机或所述配量设备(21)引入到成型工具(25)中，该成型工具(25)被加热直到所述反应温度之上的温度上。
4.根据权利要求2所述的过程布置，其特征在于，所述回收料(R)，在没有先前加热直到其熔化温度的情况下，在牢固的聚集状态中可被引入到所述成型站(VIII)的成型工具(25)的工具腔(23)中，并且所述回收料(R)在所述成型工具(25)的工具腔(23)闭合时才被熔化，被分配在所述工具腔(23)中并且在其中被聚合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过程布置，其特征在于，所述回收站(VII)具有切碎单元，在其中被供应的所述切边剩余物(mR,mA)被切碎直至预设的纤维长度。
6.根据权利要求5所述的过程布置，其特征在于，所述切碎单元是剪切研磨机。
7.根据权利要求3所述的过程布置，其特征在于，被引导到所述回收站(VII)中的切边剩余物(mR,mA)可添加有反应性的基质材料(mmatrix)和/或添加有添加剂。
8.根据权利要求7所述的过程布置，其特征在于，所述添加剂是增稠剂。
9.根据权利要求1所述的过程布置，其特征在于，在所述制造站(I)中在连续的过程中由纺织的结构(7)组成的至少一个无端织物可利用反应性的热塑性的基质材料的液态的初始成分(8)预浸渍，并且提供有切边站(II)，在其中在浸渍实现之后实现边界切边，在该边界切边时形成的预浸渍的无端结构(7)可批量生产成带有反应性的热塑性的基质材料的无端纤维增强的纺织的纤维半成品(15)，即在形成边界切边剩余物(mR)的情况下，所述边界切边剩余物(mR)由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。
10.根据权利要求1所述的过程布置，其特征在于，在所述组装站(IV)中所述无端纤维增强的纺织的纤维半成品(15)在存储过程中可相叠覆层成层包(16)，或实现组装切边，在所述组装切边时所述纤维半成品(15)可相应于纤维增强的塑料零件(1)的最终轮廓被裁剪，即在形成组装切边剩余物(mA)的情况下，所述组装切边剩余物(mA)由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。
11.一种用于由带有反应性的热塑性的基质材料的至少一个无端纤维增强的纺织的纤维半成品(15)生产纤维增强的塑料零件(1)的方法，其中，在制造所述纤维半成品(15)时产生切边剩余物(mR,mA)，所述切边剩余物(mR,mA)由由纤维和所述反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成，其特征在于，在制造所述纤维半成品(15)时产生的所述切边剩余物(mR,mA)供应给回收站(VII)，用于提供回收料(R)作为反应性的、还未聚合的初始材料用于制造另一零件(19)或用于使所述塑料零件(1)功能化。
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