DE3324413A1 - Process for producing fibre-reinforced plastics parts - Google Patents

Abstract

The invention relates to a process for the mechanised production of fibre-reinforced plastics parts. It consists in impregnating at least one fibre fabric web in an impregnating bath with liquid plastic, then removing the excess plastic between pressure rolls and covering the fibre fabric web(s) with a film on both sides, then feeding this sandwich-like web to a device in which the required blanks are separated out, stripping one film from the latter and placing them in the mould parts, stripping off the other film and closing the lined mould parts to form the mould and if necessary filling the cavity of the mould with pressure build-up by foam. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten KunststoffteilenProcess for the production of fiber-reinforced plastic parts

Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.Description The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

Die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen ist sehr arbeitsintensiv und erfordert sorgfältig arbeitende Spezialarbeiter. Es wird daher auch vornehmlich Material verwendet, das ohne allzugroße Schwierigkeiten verarbeitet werden kann, wie z. B. Textilglasmatten. Mit diesen erzielt man jedoch im Faserverbund im Vergleich zu Stahl nur geringe isotrope Strukturfestigkeiten, da hohe Festigkeiten nur mit orientierten Faserstrukturen erreicht werden können, also insbesondere mit Rovings und gewebten Materialien. Fasergewebe bestehen aus Ketten- und Schußfäden, die wie üblich senkrecht aufeinander stehen. Dabei kann der Anteil von Kette zu Schuß variieren. Durch diese Struktur wird die Herstellung von präzise orientierten Zuschnitten außerordentlich erschwert, weil sich das Gewebe leicht verzieht. Aus einem Kreis wird dann beispielsweise ein ellipsoides Gebilde, das praktisch nicht mehr in die ursprüngliche exakt ausgeschnittene Kreisform zu bringen ist. Daher wird der Zuschnitt erst am geharzten und ausgehärteten Bauteil vorgenommen.The manufacture of fiber-reinforced plastic parts is very labor-intensive and requires carefully working specialist workers. It is therefore also primarily Material used that can be processed without undue difficulty, such as B. Textile glass mats. With these, however, one achieves in the fiber composite in comparison only low isotropic structural strengths compared to steel, since high strengths only with oriented fiber structures can be achieved, so in particular with rovings and woven materials. Fibrous fabrics consist of warp and weft threads that like usually stand perpendicular to each other. The proportion can vary from warp to weft. This structure makes the production of precisely oriented blanks extraordinary difficult because the fabric warps easily. A circle then becomes, for example an ellipsoidal structure that is practically no longer exactly cut out into the original Is to bring circular shape. Therefore, the blank is only resinified and hardened Component made.

Dabei müssen eine Reihe von Nachteilen in Kauf genommen werden, wie die manuelle Verarbeitung, die u. U. zusätzlich nötige Verwendung von Rovings zur Verstärkung und dadurch bedingter Erhöhung der Eigenmasse sowie die Entstehung von Fehlerquellen durch mögliche Feuchtigkeitseinwirkung in der Kontaktzone Fasergewebe-Schlichte-Harz nach dem Besäumen der ausgehärteten Bauteile.A number of disadvantages have to be accepted, such as the manual processing, the possibly additionally necessary use of rovings for Reinforcement and the resulting increase in net weight as well as the creation of Sources of error due to possible exposure to moisture in the fiber fabric-sizing-resin contact zone after trimming the hardened components.

Es gibt bereits eine Reihe von Verarbeitungsverfahren für Glasfaser/Kunststoffe, die in den "Technischen Merkblättern" der Gevetex Textilglas-GmbH näher beschrieben sind (1980). Beim Handlaminierverfahren muß die Dosierung des Harzes und das Einbringen in das Gewebe manuell vorgenommen werden. Dies ist sehr arbeitsaufwendig und die Laminatqualität hängt im hohen Maße von dem handwerklichen Können und der Erfahrung des Arbeiters ab. Das Faserspritzverfahren nimmt dem Arbeiter lediglich das Aufbringen des Harzes ab, dafür kann nicht mehr nach Bedarf dosiert werden.There are already a number of processing methods for fiberglass / plastics, which are described in more detail in the "Technical Data Sheets" from Gevetex Textilglas-GmbH are (1980). In the manual lamination process, the dosage must of the resin and the introduction into the tissue can be carried out manually. This is very labor intensive and the laminate quality depends to a large extent on the craftsmanship and the Experience of the worker. The fiber spray process only takes away the worker the application of the resin, but can no longer be dosed as required.

Beim Preßverfahren (nur für Massivbauteile) ist nur wenig manuelle Vorarbeit erforderlich, doch benötigt man große Maschinen, daher ist es aufwendig und nur bei hohem Ausstoß einigermaßen rentabel. Das Wickelverfahren ist nur zur Herstellung von Rohren und anderen rotationssymmetrischen Teilen geeignet.Mittels der kontinuierlichen Verfahren können lange Teile bzw. Platten hergestellt werden. Hiebei wird zum Auspressen des Harzes aus der Matte ein Spalt mit Dichtlippen verwendet.The pressing process (only for solid components) is very little manual Preparatory work is required, but large machines are required, so it is time-consuming and only reasonably profitable with high output. The winding process is for use only Suitable for the production of pipes and other rotationally symmetrical parts The continuous process enables long parts or panels to be produced. A gap with sealing lips is used to press the resin out of the mat.

Bei der Herstellung eines Verbundwerkstoffes werden die Verstärkungsmittel mit flüssigem Harz getränkt. Der Baustoff wird in verschiedenen Lagen aufgeschichtet - laminiert - und das Fertigprodukt als Laminat bezeichnet.In the manufacture of a composite material, the reinforcing agents soaked with liquid resin. The building material is piled up in different layers - laminated - and the finished product is called a laminate.

Die erste Bedingung zur Fertigung hochfester und extrem leichter Faserverbundwerkstücke ist die exakte Erfassung der zu erwartenden Belastungen nach Richtung und Größe. Der nächste Schritt ist ein diese Anforderungen erfüllender K onst ruktionsent wurf. Die "theoretischen" Qualitäten des Werkstückes müssen dann mit einer geeigneten Produktionsmethode realisiert werden.The first condition for the production of high-strength and extremely light fiber composite workpieces is the exact recording of the loads to be expected according to direction and size. The next step is a design that meets these requirements. The "theoretical" qualities of the workpiece must then be matched with a suitable Production method can be realized.

Folgende Forderungen müssen dabei erfüllt werden: Reproduzierbarer Glasgehalt - das heißt, der Anteil des im Gewebe verbleibenden Harzes muß bei allen Teilen einer Fertigungsserie gleich sein.The following requirements must be met: reproducible Glass content - that is, the proportion of resin remaining in the fabric must be used in all Parts of a production series be the same.

Schwankungen des Glasgehaltes führen zu Veränderungen der Festigkeit und zu unerwünschten Gewichtsschwankungen, welche besonders bei drehenden Teilen aufwendige Nacharbeiten beim Auswuchten erforderlich machen.Fluctuations in the glass content lead to changes in strength and undesirable weight fluctuations, which are particularly common with rotating parts make time-consuming reworking necessary for balancing.

Frei einstellbarer Glasgehalt - das heißt, über einen Einstellparameter der Tränkvorrichtung soll der Glasgehalt des Laminates bestimmbar sein.Freely adjustable glass content - that is, via a setting parameter the impregnation device should be able to determine the glass content of the laminate.

Keine Verzerrungen des Gewebes - das heißt, die lokalen sowie die generellen Faserrichtungen dürfen in einer Tränkvorrichtung nicht verändert werden.No distortion of the tissue - that is, the local as well as the General fiber directions must not be changed in an impregnation device.

Dies würde zu Festigkeitseinbußen des Werkstücks führen.This would lead to a loss in strength of the workpiece.

Keine Beschädigung der Fasern - das heißt, sich kreuzende Fasern dürfen nur sanft aufeinander gedrückt werden, um ein Abscheren zu vermeiden.No damage to the fibers - that is, crossing fibers are allowed only be gently pressed together to avoid shearing off.

Im Interesse einer rationellen Fertigung sollte das Verarbeiten verschiedener Gewebearten ohne Vorrichtungsumbau und die Verarbeitung mehrschichtiger Laminate in einem Herstellungsgang möglich sein; die Fertigungsanlage soll unkompliziert und dadurch störungsunanfäll ig sein.In the interest of efficient production, the processing should be different Fabric types without device modification and the processing of multi-layer laminates be possible in one production process; the manufacturing plant should be uncomplicated and therefore not susceptible to failure.

Die Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren zur maschinellen Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen anzugeben, bei dem alle Schritte mechanisch ablaufen können, die Orientierung des Gewebes genau festgelegt, die Entlüftung gewährleistet ist und die vorstehend angegebenen Bedingungen erfüllt werden.The task is therefore to find a method for machine production of fiber-reinforced plastic parts, in which all steps are mechanical can run, the orientation of the tissue is precisely determined, the ventilation is guaranteed and the above conditions are met.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.The object is achieved according to the invention by what is stated in the claims specified measures resolved.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to drawings of an exemplary embodiment explained in more detail.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Erläuterung des Verfahrens dargestellt.In Fig. 1 an arrangement for explaining the method is shown.

Von Geweberollen 1 werden Gewebebänder 2 durch eine Tränkwanne 3 geführt.Tissue tapes 2 are guided from tissue rolls 1 through a drinking trough 3.

Von dort werden sie durch genau im Andruck regelbare Auspreßwalzen 4 geleitet. Dabei werden beidseitig von Folienrollen 5 Folien 6 auf die getränkten Gewebebänder aufgebracht. Es entsteht dadurch eine sandwichartige Bahn 7, die über eine Stanzmatrize 8 geführt wird, in der die benöigten Zuschnitte ausgestanzt werden. Der nasse Zuschnitt bleibt dabei völlig unverändert. Danach wird eine Abdeckfolie abgezogen und der Zu- schnitt 9 in ein Formteil 10 eingelegt. Danach wird die andere Folie abgezogen. Der Verschnitt wird über eine weitere Vorrichtung 11 entfernt.From there, they are pressed by pressing rollers that can be precisely regulated 4 headed. In this case, on both sides of the film rolls 5 films 6 are impregnated Fabric tapes applied. This creates a sandwich-like web 7, which over a punching die 8 is guided in which the required blanks are punched out. The wet cut remains completely unchanged. After that, a cover sheet is used withdrawn and the Section 9 inserted into a molded part 10. Thereafter the other film is peeled off. The offcuts are made through another device 11 removed.

In Fig. 2 ist die Formgebung dargestellt. Formteile 10, die mit Zuschnitten 9 ausgelegt sind, welche allgemein als Laminat bezeichnet werden, erhalten Schaum 12 und werden zur Form mit Entlüftungsöffnungen zusammengesetzt.In Fig. 2 the shape is shown. Moldings 10 made with blanks 9, which are generally referred to as a laminate, receive foam 12 and are assembled to form with vents.

Durch Druckaufbau dehnt sich der Schaum aus und preßt das nasse Laminat an die Formteile. Dabei werden Lufteinschlüsse über das Laminat, das dadurch selbst entlüftet wird, zu für die Nachbearbeitung günstig gelegenen Entlüftungsöffnungen gedrückt. Durch den Schaumdruck werden die sich überlappenden Zuschnitte verklebt, so daß das nachträgliche Verkleben von Formteilen sich erübrigt.When pressure is built up, the foam expands and compresses the wet laminate to the molded parts. This creates air pockets over the laminate, which itself is vented, to vent holes conveniently located for post-processing pressed. Due to the foam pressure, the overlapping blanks are glued, so that the subsequent gluing of molded parts is unnecessary.

Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung bestehen darin, daß es maschinell und automatisch durchgeführt werden kann. Die nasse Fasergewebebahn kann ohne Verzug behandelt und geschnitten werden. Durch die sandwichartige Form ist die Geruchsbelästigung und gesundheitliche Gefährdung auf ein Minimum beschränkt. Beim Zuschneiden wird die Stanz- oder Schneidevorrichtung nicht verschmutzt. Die nassen Zuschnitte sind anschmiegsam, so daß auch starke sphärische Krümmungen erzielt werden können. Bei einfachen Formteilen kann die Stanze in die Form integriert werden. Das Laminat kann selbst ein Hybrid sein, d. h. aus verschiedenen Geweben und Folien bestehen. Es können leicht Einlegeteile wie Buchsen, Krafteinleitungen, Stützen, Kerne oder Kernteile, Verstärkungen eingebracht werden. Es werden Arbeitsgänge eingespart wie die extra Herstellung und eventuelle Nachbearbeitung des Schaumkerns, das Verkleben der Werkstückteile und das separate Entlüften des Laminats. Die Schließvorrichtung der Formteile kann auf eine Verriegelung beschränkt werden.The advantages of the method according to the invention are that it can be carried out mechanically and automatically. The wet fibrous web can be handled and cut without delay. Because of the sandwich-like shape odor nuisance and health hazards are reduced to a minimum. When cutting, the punching or cutting device is not soiled. the wet blanks are supple, so that even strong spherical curvatures are achieved can be. In the case of simple molded parts, the punch can be integrated into the mold. The laminate can itself be a hybrid; H. made of various fabrics and foils exist. Insert parts such as bushings, force introductions, supports, Cores or core parts, reinforcements are introduced. Work steps are saved like the extra production and possible post-processing of the foam core, the gluing the workpiece parts and the separate venting of the laminate. The locking device the molded parts can be limited to a lock.

Durch diese Vorteile ist ein kontinuierlicher Produktionsprozeß möglich.These advantages enable a continuous production process.

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Claims (4)

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen Patentansprüche 1. Verfahren zur maschinellen Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Fasergewebebahn in einer Tränkwanne mit flüssigem Kunststoff getränkt wird, daß danach zwischen Auspreßwalzen der überschüssige Kunststoff entfernt und die Fasergewebebahn(en) auf beiden Seiten mit einer Folie abgedeckt wird, daß diese sandwichartige Bahn darauf einer Vorrichtung zugeführt wird, in der die benötigten Zuschnitte herausgelöst werden, daß von dieser eine Folie abgezogen und sie in die Formteile eingelegt werden, die andere Folie abgezogen wird, die ausgekleideten Formteile zur Form geschlossen werden und gegebenenfalls der Hohlraum der Form mit Druckaufbau durch Schaum ausgefüllt wird. Process for the production of fiber-reinforced plastic parts 1. Process for the machine production of fiber-reinforced plastic parts, characterized in that at least one fiber fabric web in a drinking trough is soaked with liquid plastic that then between the squeezing rollers of the excess Plastic removed and the fibrous fabric sheet (s) on both sides with a film is covered so that this sandwich-like web is then fed to a device is, in which the required blanks are extracted that of this one The film is peeled off and placed in the molded parts, the other film is peeled off is, the lined moldings are closed to form and, if necessary the cavity of the mold is filled with foam with pressure build-up. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte aus der sandwichartigen Bahn herausgestanzt oder herausgeschnitten werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the blanks punched or cut out of the sandwich-like web. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Form vor dem Ausschäumen Einlegeteile einbringbar sind.3. The method according to claim 1, characterized in that in the form insert parts can be introduced before foaming. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat aus verschiedenen Fasergeweben und Folien aufgebaut sein kann.4. The method according to claim 1, characterized in that the laminate can be constructed from various fiber fabrics and foils.