DE102016211254A1

DE102016211254A1 - Process for producing a fiber-reinforced plastic component

Info

Publication number: DE102016211254A1
Application number: DE102016211254.6A
Authority: DE
Inventors: Till Borkowski; Nicolas Behrens
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (20) mit den Schritten: – Einbringen eines ersten Faserhalbzeugs (21) in ein Presswerkzeug (10), – Einbringen eines zweiten Faserhalbzeugs (22) in das Presswerkzeug (10), wobei das zweite Faserhalbzeug (22) Verstärkungsfasern aufweist, die in einer aushärtbaren Matrix angeordnet sind und wobei das erste Faserhalbzeug (21) einen höheren Faservolumenanteil aufweist als das zweite Faserhalbzeug (22), – Beaufschlagen des ersten und des zweiten Faserhalbzeugs (21, 22) mit Druck und/oder Temperatur in dem Presswerkzeug (10), wobei die Matrix des zweiten Faserhalbzeugs (22) zumindest abschnittsweise die Fasern des ersten Faserhalbzeugs (21) infiltriert.The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component (20) comprising the steps of: - introducing a first semi-finished fiber product (21) into a pressing tool (10), - introducing a second semi-finished fiber product (22) into the pressing tool (10), wherein the second Semi-finished fiber product (22) has reinforcing fibers which are arranged in a hardenable matrix and wherein the first semifinished fiber product (21) has a higher fiber volume fraction than the second semi-finished fiber product (22), - pressurizing the first and second semifinished fiber products (21, 22) with pressure and or temperature in the pressing tool (10), wherein the matrix of the second semi-finished fiber product (22) at least partially infiltrates the fibers of the first semifinished fiber product (21).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils. The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component.

Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Sheet-Moulding-Compound Bauteile (SMC) bekannt. Für die Entwicklung eines Kunststoffbauteils für hochfeste Anwendungen sind auch Hochleistungs-SMC bekannt. Zum einen werden als Verstärkungsfaser Kohlenstofffaser verwendet, zum anderen wird ein hoher Faservolumengehalt im Verbund erzeugt, um derartige Bauteile auch für Strukturbauteile im Automobilbau verwenden zu können. Hierbei wird zuerst ein Faserhalbzeug generiert, bei dem Verstärkungsfasern in einer Matrix angeordnet sind. Dieses Halbzeug wird im Allgemeinen zu einer rechteckigen Matte geschnitten und die Zuschnitte dann zu einem Zuschnittpaket gestackt. Danach wird das Halbzeug in ein Tauchkantenwerkzeug eingelegt und verpresst, wobei die Matrix des Halbzeugs aushärtet. Nach dem Entformen können überstehende Bereiche abgetrennt werden. So-called sheet-molding compound components (SMC) are known from the prior art. High-performance SMCs are also known for the development of a plastic component for high-strength applications. On the one hand, carbon fiber is used as the reinforcing fiber, and on the other hand, a high fiber volume content is produced in the composite in order to be able to use such structural components also for structural components in the automotive industry. Here, a semi-finished fiber product is first generated, are arranged in the reinforcing fibers in a matrix. This semi-finished product is generally cut into a rectangular mat and the blanks are then stacked into a blank package. Thereafter, the semifinished product is placed in a dipping edge tool and pressed, wherein the matrix of the semifinished product hardens. After demolding, protruding areas can be separated.

Ein ähnliches Verfahren zur Verarbeitung von SMC-Halbzeugen ist beispielsweise aus der DE 10 2013 220 988 A1 bekannt. Versuche haben gezeigt, dass durch die Erhöhung des Faseranteils im Halbzeug und die damit verbundene Reduktion des Harzanteils, sich die Fließfähigkeit im Vergleich zu marktüblichen SMC-Bauteilen verschlechtert. Insbesondere bei komplexen Bauteilgeometrien führt die unzureichende Fließfähigkeit zu einer schlechteren Formfüllung. A similar method for processing SMC semi-finished products is for example from DE 10 2013 220 988 A1 known. Experiments have shown that by increasing the fiber content in the semifinished product and the associated reduction of the resin content, the flowability deteriorates compared to commercially available SMC components. In particular with complex component geometries, the insufficient flowability leads to a poorer mold filling.

Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Darüber hinaus ist es eine besondere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dem Bauteile herstellbar sind, die auch bei komplexen Geometrien hohe mechanische Eigenschaften, insbesondere in puncto Steifigkeit, aufweisen. Starting from this prior art, it is the object of the present invention to provide a method which overcomes the disadvantages of the prior art. Moreover, it is a particular object of the invention to provide a method by means of which components can be produced which, even with complex geometries, have high mechanical properties, in particular with regard to rigidity.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den davon abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a method having the features of independent claim 1. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vor, mit den Schritten: Einbringen eines ersten Faserhalbzeugs in ein Presswerkzeug, Einbringen mindestens eines zweiten Faserhalbzeugs in das Presswerkzeug, wobei das zweite Faserhalbzeug Verstärkungsfasern aufweist, die in einer aushärtbaren Matrix angeordnet sind und wobei das erste Faserhalbzeug einen höheren Faservolumenanteil aufweist als das zweite Faserhalbzeug. Der Faservolumenanteil im Sinne dieser Erfindung, ist zu verstehen, als das Verhältnis des Volumens der Faser bezogen auf die Summe aus dem Volumen der Fasern und dem Volumen der Matrix innerhalb eines definierten Referenzvolumens. Bezogen auf ein vordefiniertes Referenzvolumen weist das erste Faserhalbzeug somit einen geringeren Anteil an Harzmaterial (und dadurch einen höheren Anteil an Fasern) als das zweite Faserhalbzeug auf. Alternativ dazu kann das erste Faserhalbzeug auch gänzlich trocken, d.h. unbeharzt ausgebildet sein, wodurch der Anteil des Harzmaterial den Wert null annimmt. Selbstverständlich kann die Reihenfolge beim Einbringen der Halbzeuge auch umgekehrt erfolgen, wobei zuerst ein zweites Faserhalbzeug und danach ein erstes Faserhalbzeug eingebracht wird. Danach wird in dem Presswerkzeug das erste und das zweite Faserhalbzeug mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt, wobei das Matrixmaterial des zweiten Faserhalbzeugs zumindest abschnittsweise die Fasern des ersten Faserhalbzeugs infiltriert. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass der Faservolumengehalt des fertigen Bauteils nicht im jeweiligen Halbzeug fest definiert wird, sondern über das Presswerkzeug während des Pressprozesses gesteuert wird. Darüber hinaus können mit diesem Verfahren hochgradig belastungsgerechte Konstruktionen erzeugt werden. Das zweite Faserhalbzeug bewirkt eine lokale Erhöhung des Fasergehalts in dem fertigen Bauteil. Durch geeignete Positionierung des zweiten Faserhalbzeugs können so Lastpfade gezielt verstärkt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber quasi isotropen Bauteilen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. To solve this problem, the invention proposes a method for producing a fiber-reinforced plastic component, comprising the steps of: introducing a first semi-finished fiber product into a pressing tool, introducing at least one second semifinished fiber product into the pressing tool, wherein the second semifinished fiber product comprises reinforcing fibers arranged in a curable matrix and wherein the first semi-finished fiber product has a higher fiber volume fraction than the second semi-finished fiber product. The fiber volume fraction for the purposes of this invention is to be understood as the ratio of the volume of the fiber based on the sum of the volume of the fibers and the volume of the matrix within a defined reference volume. Based on a predefined reference volume, the first semifinished fiber product thus has a smaller proportion of resin material (and thus a higher proportion of fibers) than the second semifinished fiber product. Alternatively, the first semifinished fiber can also be completely dry, i. Unbeharzt be formed, whereby the proportion of the resin material assumes the value zero. Of course, the sequence when introducing the semi-finished products can also be reversed, wherein first a second semi-finished fiber product and then a first semi-finished fiber product is introduced. Thereafter, the first and the second semifinished fiber product is subjected to pressure and / or temperature in the pressing tool, wherein the matrix material of the second semifinished fiber product at least partially infiltrates the fibers of the first semifinished fiber product. This method has the advantage that the fiber volume content of the finished component is not firmly defined in the respective semi-finished product, but is controlled by the pressing tool during the pressing process. In addition, this method can produce highly load-bearing constructions. The second semifinished fiber product causes a local increase in the fiber content in the finished component. By suitable positioning of the second semi-finished fiber so load paths can be selectively reinforced. This is a significant advantage over quasi-isotropic components known in the art.

Bevorzugt weist das erste Faserhalbzeug trockene Fasern auf, wobei kein Matrixmaterial daran angeordnet ist. In diesem Fall ist der Faservolumengehalt des ersten Faserhalbzeugs am größten, da in dem Referenzvolumen kein Matrixmaterial vorhanden ist. Diese trockenen Fasern können als Einzelfaser, als Faserstrang – sogenanntes Roving – als Gelege, als Gewebe, als Gestick oder als Geflecht ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann das erste Faserhalbzeug auch mehrlagig ausgebildet sein. Wenn das Faserhalbzeug als Gelege ausgebildet ist, bietet es sich an, unidirektionale Kohlenstofffaserbänder ausgerichtete Fasern zu verwenden. Durch die Verwendung von unimprägnierten bzw. trockenen Fasern als erstes Faserhalbzeug, kann die Matrix des zweiten Faserhalbzeugs besonders gut die Fasern des ersten Faserhalbzeugs infiltrieren. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden bei der Beaufschlagung der beiden Faserhalbzeuge mit Druck und/oder Temperatur die Fasern des ersten Faserhalbzeugs in das zweite Faserhalbzeug gedrückt, wobei die Matrix des zweiten Faserhalbzeugs die Fasern des ersten Faserhalbzeugs umschließt. Dadurch wird lokal an dieser Stelle der Faservolumengehalt im fertigen Bauteil erhöht, so dass die mechanischen Eigenschaften des Bauteils an dieser Stelle verbessert werden. Preferably, the first semifinished fiber product comprises dry fibers, wherein no matrix material is arranged thereon. In this case, the fiber volume content of the first semifinished fiber product is the greatest since no matrix material is present in the reference volume. These dry fibers may be formed as a single fiber, as a fiber strand - so-called roving - as a scrim, as a woven fabric, as a knit or as a braid. Optionally, the first semi-finished fiber product may also be formed in multiple layers. When the semifinished fiber product is formed as a scrim, it is advisable to use unidirectional carbon fiber fiber-oriented fibers. By using unimpregnated or dry fibers as the first semifinished fiber product, the matrix of the second semifinished fiber product can infiltrate particularly well the fibers of the first semifinished fiber product. In other words, when the two semifinished fiber products are subjected to pressure and / or temperature, the fibers of the first semifinished fiber product are pressed into the second semifinished fiber product, wherein the matrix of the second semifinished fiber product encloses the fibers of the first semifinished fiber product. This is locally at this point, the fiber volume content in the finished component increased, so that the mechanical properties of the component are improved at this point.

Bevorzugt ist das zweite Faserhalbzeug als Sheet-Moulding-Compound ausgebildet. Ein derartiges Bauteil bietet den Vorteil, dass es sämtliche zur Fertigstellung notwendigen Ausgangsstoffe, nämlich Matrixmaterial und Fasern, umfasst. Ein SMC-Faser-Verbund-Werkstoff umfasst im Allgemeinen eine Matrix aus duroplastischem Reaktionsharz, in dem Kurzfasern oder Langfasern eingebettet sind. Seltener, jedoch nicht ausgeschlossen, können auch Endlosfasern in dem SMC vorgesehen sein. Beim Einbringen dieses zweiten Faserhalbzeugs in das Presswerkzeug kann es eine plattenartige Form und/oder eine teigartige Konsistenz aufweisen. Beim Beaufschlagen mit Temperatur und Druck durch das Verpressen kann so das Matrixmaterial die Fasern des ersten Faserhalbzeugs gut infiltrieren. Preferably, the second semi-finished fiber product is formed as a sheet-molding compound. Such a component has the advantage that it comprises all the starting materials necessary for completion, namely matrix material and fibers. An SMC fiber composite material generally comprises a thermosetting resin matrix in which short fibers or long fibers are embedded. Rarer, but not excluded, continuous fibers can also be provided in the SMC. When introducing this second semifinished fiber product into the pressing tool, it may have a plate-like shape and / or a dough-like consistency. When pressurized with temperature and pressure by pressing, the matrix material can thus well infiltrate the fibers of the first semifinished fiber product.

Zusätzlich oder alternativ kann das Presswerkzeug Aufnahmen aufweisen, in die bei der Beaufschlagung der Faserhalbzeuge mit Druck und/oder Temperatur überschüssiges Matrixmaterial des zweiten Faserhalbzeugs eindringen kann. Durch diese gezielte Abführung des überschüssigen Matrixmaterials kann somit zusätzlich der Faservolumengehalt lokal erhöht werden. Additionally or alternatively, the pressing tool can have receptacles into which excess matrix material of the second semifinished fiber product can penetrate when pressure is applied to the semi-finished fiber products and / or temperature. As a result of this targeted removal of the excess matrix material, it is thus additionally possible to locally increase the fiber volume content.

Weiterhin kann vor dem Einbringen des ersten Faserhalbzeugs eine harzdurchlässige Membran in das Werkzeug eingebracht werden, das die Aufnahme zumindest teilweise abdeckt und für die Fasern des ersten Faserhalbzeugs und/oder für die Fasern des zweiten Faserhalbzeugs impermeabel ist. Dadurch wird beim Verpressen das überschüssige Matrixmaterial des zweiten Faserhalbzeugs durch die Folie gedrückt, während die Verstärkungsfasern selbst zurückgehalten werden. Die Membran, die als Folie oder als Abreißgewebe ausgebildet sein kann, wird in einem nachfolgenden Prozessschritt entfernt. Bevorzugt findet die Entfernung nach dem Entformen des fertigen Bauteils aus dem Presswerkzeug statt, wobei überschüssiges Matrixmaterial an der Membran anhaftet. Furthermore, prior to the introduction of the first semifinished fiber product, a resin-permeable membrane can be introduced into the tool which at least partially covers the receptacle and is impermeable to the fibers of the first semifinished fiber product and / or to the fibers of the second semifinished fiber product. As a result, during pressing, the excess matrix material of the second semifinished fiber product is forced through the film, while the reinforcing fibers themselves are retained. The membrane, which may be formed as a foil or as a tear-off fabric, is removed in a subsequent process step. The removal preferably takes place after demolding of the finished component from the pressing tool, with excess matrix material adhering to the membrane.

Zusätzlich oder alternativ können sowohl Aufnahmen, die mit einer Membran abgedeckt sind, wie auch Aufnahmen die unabgedeckt sind, eine Unterdruckerzeugungseinrichtung umfassen, mit der überschüssiges Matrixmaterial des zweiten Faserhalbzeugs in mindestens eine Aufnahme einsaugbar ist. Dies bietet den Vorteil einer besonders guten Ausleitung des überschüssigen Matrixmaterials. Dadurch wird zusätzlich lokal der Faservolumengehalt erhöht, in dem Matrixmaterial bzw. Reinharz abgesaugt wird. Additionally or alternatively, both recordings that are covered with a membrane, as well as recordings that are uncovered, may include a vacuum generating device with which excess matrix material of the second semifinished fiber product can be sucked into at least one receptacle. This offers the advantage of a particularly good discharge of the excess matrix material. As a result, the fiber volume content is additionally increased locally, is sucked in the matrix material or pure resin.

Die Verstärkungsfasern können organische oder anorganische Verstärkungsfasern sein. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise Kohlenstofffasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, auch CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff; englisch „Carbon-Fiber-Reinforced Plastic“, CFRP) genannt. Das zugehörige FVK-Bauteil ist dann ein CFK-Bauteil. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise auch Glasfasern sein. Diese bilden mit der Kunststoffmatrix einen glasfaserverstärkten Kunststoff, auch GFK genannt. Das zugehörige FVK-Bauteil ist dann ein GFK-Bauteil. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Verstärkungsfasern können z. B. auch Aramidfasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, PMMA-Fasern, Basaltfasern, Borfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Stahl-Fasern und/oder Naturfasern sein. The reinforcing fibers may be organic or inorganic reinforcing fibers. The reinforcing fibers may be, for example, carbon fibers. These form with the plastic matrix a carbon fiber reinforced plastic, also called CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP). The associated FRP component is then a CFRP component. The reinforcing fibers can also be glass fibers, for example. These form with the plastic matrix a glass fiber reinforced plastic, also called GRP. The associated FRP component is then a GRP component. However, the invention is not limited thereto, and the reinforcing fibers may, for. Example, aramid fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, PMMA fibers, basalt fibers, boron fibers, ceramic fibers, silica fibers, steel fibers and / or natural fibers.

Das Material der Kunststoffmatrix mag insbesondere ein oder mehrere thermoplastische Kunststoffe (Thermoplaste) und/oder duroplastische Kunststoffe (Duroplaste) aufweisen. Faserverstärkte Kunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix weisen den Vorteil auf, dass sie sich nachträglich umformen oder verschweißen lassen. Als thermoplastische Kunststoffe eignen sich beispielsweise: Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE). Faserverstärkte Kunststoffe mit einer duroplastischen Matrix lassen sich nach dem Aushärten bzw. dem Vernetzen der Matrix nicht mehr umformen. Sie weisen vorteilhafterweise einen hohen Temperatureinsatzbereich auf. Dies gilt besonders für heißhärtende Systeme, die unter hohen Temperaturen ausgehärtet werden. Faserverstärkte Kunststoffe mit duroplastischer Matrix weisen meist die höchsten Festigkeiten auf. Als duroplastische Kunststoffe bzw. Matrix können z. B. folgende Harze zur Anwendung kommen: Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR), Aminoharze, Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF). The material of the plastic matrix may in particular comprise one or more thermoplastics (thermoplastics) and / or duroplastic plastics (thermosetting plastics). Fiber-reinforced plastics with a thermoplastic matrix have the advantage that they can be subsequently reshaped or welded. Suitable thermoplastics include, for example: polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethene (PTFE). Fiber-reinforced plastics with a thermosetting matrix can not be reshaped after curing or crosslinking of the matrix. They advantageously have a high temperature range of use. This is especially true for hot-curing systems that cure under high temperatures. Fiber-reinforced plastics with duroplastic matrix usually have the highest strengths. As thermosetting plastics or matrix z. For example, the following resins are used: epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP), vinyl ester resin (VE), phenol-formaldehyde resin (PF), diallyl phthalate resin (DAP), methacrylate resin (MMA), polyurethane (PUR), amino resins, melamine resin ( MF / MP) and / or urea resin (UF).

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert werden. Es zeigen in schematischer Darstellung: The invention will be explained in more detail with reference to the description of the figures. In a schematic representation:

1 den Verfahrensschritt vor der Beaufschlagung mit Druck und/oder Temperatur und 1 the process step before the application of pressure and / or temperature and

2 einen Verfahrensschritt während der Beaufschlagung mit Druck und/oder Temperatur. 2 a process step during the application of pressure and / or temperature.

Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die ein Fachmann auch in anderer Kombination in Betracht ziehen würde, um sie an entsprechende Anforderungen der Erfindung anzupassen. The figures, the description and the claims contain a multiplicity of features which a person skilled in the art would also consider in a different combination in order to adapt them to corresponding requirements of the invention.

In 1 ist ein Presswerkzeug 10 dargestellt, mit einem Unterwerkzeug 12 und einem Oberwerkzeug 11. Beide Werkzeughälften 11, 12 umfassen eine formgebende Oberfläche. Diese Oberfläche gerät beim Umformen der Halbzeuge mit den Halbzeugen in Kontakt und stellt eine Negativform dar, die sich als positiv im fertigen Bauteil abbildet. In der Formfläche des unteren Werkzeugs 12 sind Ausnehmungen oder Aufnahmen 13, die in Form von Vertiefungen ausgebildet sind, vorgesehen. Diese Aufnahmen 13 dienen als Reservoir, in dem sich überschüssiges Harzmaterial ansammeln kann. In 1 is a pressing tool 10 shown with a lower tool 12 and an upper tool 11 , Both tool halves 11 . 12 comprise a shaping surface. This surface comes in contact with the forming of the semi-finished products with the semi-finished products and represents a negative mold, which is reflected as positive in the finished component. In the molding surface of the lower tool 12 are recesses or recordings 13 , which are formed in the form of depressions provided. These shots 13 serve as a reservoir in which excess resin material can accumulate.

In einem optionalen ersten Verfahrensschritt wird eine Membran, beispielsweise ein Gewebe 23, zwischen die Werkzeughälften 11, 12 eingelegt. Auf diese Membran 23 wird ein erstes Faserhalbzeug 21 aufgelegt. Dieses Faserhalbzeug 21 ist bevorzugt aus unidirektionalen Kohlenstofffasern gebildet, die trocken, d. h. ohne Matrixmaterialbenetzung, ausgebildet sind. In der Darstellung in 1 erstreckt sich das Faserhalbzeug 21 über den gesamten Bereich des Presswerkzeugs 10. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung, kann das Faserhalbzeug 21 kleiner ausgebildet sein und sich nur in vorbestimmten Bereichen befinden. Diese vorbestimmten Bereiche sind Bereiche, in denen das fertige Bauteil hohe Lasten aufnehmen muss. In an optional first method step, a membrane, for example a fabric, is used 23 , between the tool halves 11 . 12 inserted. On this membrane 23 becomes a first semifinished fiber product 21 hung up. This semi-finished fiber product 21 is preferably formed from unidirectional carbon fibers, which are dry, ie formed without matrix material wetting. In the illustration in 1 extends the semi-finished fiber 21 over the entire area of the pressing tool 10 , In further, not shown embodiments of the invention, the semi-finished fiber can 21 be made smaller and are only in predetermined areas. These predetermined areas are areas in which the finished component must absorb high loads.

Auf das erste Faserhalbzeug 21 wird ein zweites Faserhalbzeug 22, welches ein sogenanntes SMC-Bauteil ist, aufgelegt. On the first semifinished fiber product 21 becomes a second semifinished fiber product 22 , which is a so-called SMC component, hung up.

Danach erfolgt die Beaufschlagung mit Druck und/oder Temperatur, wie in 2 dargestellt. Hierzu wird das Presswerkzeug 10 geschlossen, wobei die Werkzeughälften 11 und 12 aufeinander zu bewegt werden. In geschlossenem Zustand bilden Sie eine Kavität aus, in der das erste Faserhalbzeug 21, das zweite Faserhalbzeug 22 sowie die optionale Membran 23 umgeformt sind. Der Pressdruck führt dabei dazu, dass das Matrixmaterial des zweiten Halbzeugs 22 das Fasermaterial des ersten Faserhalbzeugs 21 infiltriert und die optional vorgesehenen Aufnahmen 13 mit überschüssigem Harzmaterial gefüllt werden. Thereafter, the application of pressure and / or temperature, as in 2 shown. For this purpose, the pressing tool 10 closed, with the tool halves 11 and 12 be moved towards each other. When closed, you form a cavity containing the first semi-finished fiber 21 , the second semifinished fiber product 22 as well as the optional membrane 23 are transformed. The pressing pressure leads to the fact that the matrix material of the second semifinished product 22 the fiber material of the first semifinished fiber product 21 infiltrated and the optional provided shots 13 be filled with excess resin material.

In den 1 und 2 ist weiterhin in der oberen Werkzeughälfte 11 eine weitere, ebenfalls optionale Aufnahme 14 gezeigt. In dieser Aufnahme 14 kann analog zu den Aufnahmen 13 überschüssiges Harzmaterial eindringen. Die Aufnahme 14 verfügt über eine Unterdruckerzeugungseinrichtung 15, hier beispielhaft dargestellt als Stempel 15, der in der Aufnahme 14 verfahrbar angeordnet ist. In der 1 ist dieser Stempel 15 in einem unteren Totpunkt dargestellt. Nachdem die Werkzeughälften 11, 12 geschlossen sind, kann optional mit der Unterdruckerzeugungseinrichtung 14 überschüssiges Harzmaterial bzw. das Eindringen des überschüssigen Harzmaterials in die Aufnahme 14 durch Ansaugen verbessert bzw. erhöht werden. Dazu wird der Stempel 15 aus seinem unteren Totpunkt weg figürlich nach oben bewegt. Ein Endpunkt dieser Aufwärtsbewegung ist beispielhaft in 2 dargestellt. Dadurch entsteht in der Aufnahme 14 eine Reinheitsgeometrie. In the 1 and 2 is still in the upper half of the mold 11 another, also optional recording 14 shown. In this recording 14 can be analogous to the recordings 13 penetrate excess resin material. The recording 14 has a vacuum generating device 15 , here exemplified as a stamp 15 who is in the recording 14 is arranged movable. In the 1 is this stamp 15 shown in a bottom dead center. After the tool halves 11 . 12 are closed, can optionally with the vacuum generating device 14 Excess resin material or the penetration of the excess resin material in the recording 14 be improved or increased by suction. This is the stamp 15 figuratively moved upwards from its bottom dead center. An endpoint of this upward movement is exemplary in FIG 2 shown. This results in the recording 14 a purity geometry.

Zum Entformen des fertigen Bauteils 20 werden die Werkzeughälften 11, 12 auseinander gefahren. Optional wird der mit der Unterdruckerzeugungseinrichtung 15 erzeugte Unterdruck reduziert, um die Anhaftung des Bauteils 20 an dem Oberwerkzeug 12 zu reduzieren bzw. das Entformen des Bauteils 20 zu vereinfachen. Danach wird das Bauteil 20 aus dem Presswerkzeug 10 entnommen. Die Membran 23 wird abgezogen, wobei überschüssige Reinharzbereiche, die sich in den Aufnahmen 13 angesammelt haben, entfernt werden. Selbstverständlich kann auch eine nachträgliche mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Befräsung, Bestanzung oder Beschnitt des Bauteils 20, erfolgen. For demolding the finished component 20 become the tool halves 11 . 12 moved apart. Optionally, the with the vacuum generating device 15 generated negative pressure reduces the adhesion of the component 20 on the upper tool 12 to reduce or demolding of the component 20 to simplify. Then the component becomes 20 from the pressing tool 10 taken. The membrane 23 is peeled off, leaving excess pure resin areas that are in the receptacles 13 have accumulated, be removed. Of course, a subsequent mechanical processing, for example by milling, stamping or trimming of the component 20 , respectively.

Mit dem vorliegenden Verfahren können Bauteile erzeugt werden, die in bestimmen Bereichen einen Faservolumengehalt wie ein übliches SMC-Halbzeug aufweisen. Dabei beträgt der Faservolumengehalt, d. h. das Volumen der Faser bezogen auf das Gesamtvolumen des Bauteils welches das Volumen der Matrix und das Volumen der Faser umfasst, 20 bis 40 %. In Bereichen mit erhöhtem Faservolumengehalt beträgt der Faservolumengehalt 40 bis 66 %, wodurch sich auf diese Weise hergestellte Bauteile für die Verwendung als Fahrzeugstrukturen eignen. With the present method, it is possible to produce components which have a fiber volume content in certain regions, such as a conventional SMC semi-finished product. In this case, the fiber volume content, d. H. the volume of the fiber, based on the total volume of the component comprising the volume of the matrix and the volume of the fiber, is 20 to 40%. In areas of increased fiber volume content, the fiber volume content is 40 to 66%, making components manufactured in this way suitable for use as vehicle structures.

Die in den 1 und 2 dargestellten Ausnehmungen 13, 14 weisen bevorzugt einen Durchmesser von 2 mm auf. Entgegen der Darstellung der Aufnahme 14 mit parallelen Wänden, kann eine figürlich nach oben hin spitz bzw. konisch zulaufende Ausnehmung ausgebildet werden. Ein derartig ausgebildeter Speiser 14 bzw. eine derartig ausgebildete Harzfalle 14 bietet den Vorteil, dass eine besonders sichere Entformung des Bauteils 20 aus dem Werkzeug 10 ermöglicht wird. Diese Reinharzgeometrien müssen im Gegensatz zu den Reinharzgeometrien, die durch die Membran 23 abgedeckt sind, durch Beschnitt von dem Bauteil 20 entfernt werden. The in the 1 and 2 recesses shown 13 . 14 preferably have a diameter of 2 mm. Contrary to the presentation of the recording 14 with parallel walls, a figuratively upwardly pointed or tapered recess can be formed. Such a trained feeder 14 or a resin trap formed in this way 14 offers the advantage that a particularly secure demolding of the component 20 from the tool 10 is possible. These pure resin geometries must, in contrast to the pure resin geometries, through the membrane 23 covered by trimming the component 20 be removed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013220988 A1 [0003] DE 102013220988 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils (20) mit den Schritten: – Einbringen eines ersten Faserhalbzeugs (21) in ein Presswerkzeug (10), – Einbringen eines zweiten Faserhalbzeugs (22) in das Presswerkzeug (10), wobei das zweite Faserhalbzeug (22) Verstärkungsfasern aufweist, die in einer aushärtbaren Matrix angeordnet sind und wobei das erste Faserhalbzeug (21) einen höheren Faservolumenanteil aufweist als das zweite Faserhalbzeug (22), – Beaufschlagen des ersten und des zweiten Faserhalbzeugs (21, 22) mit Druck und/oder Temperatur in dem Presswerkzeug (10), wobei die Matrix des zweiten Faserhalbzeugs (22) zumindest abschnittsweise die Fasern des ersten Faserhalbzeugs (21) infiltriert. Process for producing a fiber-reinforced plastic component ( 20 ) comprising the steps of: - introducing a first semi-finished fiber product ( 21 ) in a pressing tool ( 10 ), - introducing a second semi-finished fiber product ( 22 ) in the pressing tool ( 10 ), wherein the second semi-finished fiber product ( 22 ) Comprises reinforcing fibers which are arranged in a curable matrix and wherein the first semi-finished fiber product ( 21 ) has a higher fiber volume fraction than the second semifinished fiber product ( 22 ), - applying the first and second semifinished fiber products ( 21 . 22 ) with pressure and / or temperature in the pressing tool ( 10 ), wherein the matrix of the second semi-finished fiber product ( 22 ) at least in sections, the fibers of the first semifinished fiber product ( 21 ) infiltrated.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Faserhalbzeug (21) lediglich trockene Fasern aufweist, die als Einzelfasern, als Gelege, als Gewebe, als Gestrick, als Geflecht ausgebildet sind. Method according to claim 1, characterized in that the first semi-finished fiber product ( 21 ) has only dry fibers, which are formed as single fibers, as a scrim, as a woven fabric, as a knitted fabric, as a braid.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Faserhalbzeug (22) als Sheet-Moulding-Compound ausgebildet ist. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the second semi-finished fiber product ( 22 ) is designed as a sheet-molding compound.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug (10) Aufnahmen (13, 14), in die bei der Beaufschlagung mit Druck und/oder Temperatur überschüssiges Matrixmaterial des zweiten Faserhalbzeug (22) eindringt, aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pressing tool ( 10 ) Recordings ( 13 . 14 ), in which upon application of pressure and / or temperature excess matrix material of the second semi-finished fiber product ( 22 ) penetrates.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des ersten Faserhalbzeugs (21) eine harzdurchlässige Membran (23) in das Presswerkzeug (21) eingebracht wird, das die Aufnahmen (13) zumindest teilweise abdeckt und für die Fasern des ersten Faserhalbzeugs (21) und/oder des zweiten Faserhalbzeugs (22) impermeabel ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to the introduction of the first semifinished fiber product ( 21 ) a resin-permeable membrane ( 23 ) in the pressing tool ( 21 ), which records ( 13 ) at least partially covers and for the fibers of the first semifinished fiber product ( 21 ) and / or the second semi-finished fiber product ( 22 ) is impermeable.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entformen des Bauteils (20) aus dem Presswerkzeug (10) die Membran (23) von dem Bauteil (20) entfernt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after removal of the component ( 20 ) from the pressing tool ( 10 ) the membrane ( 23 ) of the component ( 20 ) Will get removed.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Unterdruckerzeugungseinrichtung (15) Matrixmaterial des zweiten Faserhalbzeugs (22) in mindestens eine Aufnahme (14) einsaugbar ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that with a vacuum generating device ( 15 ) Matrix material of the second semi-finished fiber product ( 22 ) in at least one photograph ( 14 ) is sucked.