DE102011014538B3 - Injection molding method for manufacturing fiber composite plastic component with thermoplastic matrix, involves providing thermoplastic matrix material made of plastic component, which has high strength and high heat resistance - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Faserverbundkunststoffbauteil mit thermoplastischer Matrix und das Faserverbundkunststoffbauteil selbst.The invention relates to a manufacturing method for a fiber composite plastic component with a thermoplastic matrix and the fiber composite plastic component itself.
Im Zuge der Leichtbauweise werden im Kraftfahrzeugbereich zunehmend Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt. Als Kunststoffkomponenten, die auf Grund ihrer hohen Wärmeformbeständigkeit, ihrer guten Dimensionsstabilität mit nur geringem Verzug sowie einer hohen Zugfestigkeit und Steifigkeit geeignet sind, als Werkstoff an Stelle von Metall für Bauteile auch im Motorraum verwendet zu werden, sind die Polyphthalamide, die zur Klasse der Thermoplasten gehören, bekannt. Die Herstellung der Bauteile aus Fasern und Kunststoff erfolgt durch bekannte Spritzgießverfahren, die es oft nicht erlauben, geforderte Toleranzen etwa im Hinblick auf Planizität einzuhalten und auch, die Fasern optimal in die Kunststoffmatrix zu integrieren.In the course of lightweight construction, plastics and fiber-reinforced plastics are increasingly used in the motor vehicle sector. As plastic components, which are suitable due to their high heat resistance, their good dimensional stability with little distortion and high tensile strength and stiffness, to be used as a material instead of metal for components in the engine compartment, the polyphthalamides, which are the class of thermoplastics belong, known. The production of components made of fibers and plastic takes place by known injection molding, which often do not allow to comply with required tolerances in terms of planarity and also to integrate the fibers optimally in the plastic matrix.
Ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen im Motorraum mit einem höheren Integrationsgrad, der aufwendige Nachbearbeitungen unnötig macht, ist daher in der
Die
Aus der
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Bei der Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen, wie beispielsweise von Polyphthalamiden, die eine sehr hohe Wärmeformbeständigkeit aufweisen, muss ein Spritzgussverfahren unter hohem Einspritzdruck, hoher Einspritztemperatur sowie unter hohen Spritzform-Schließkräften durchgeführt werden. Die Verarbeitungstemperaturen können dabei derart hoch sein, dass die Gefahr besteht, dass die Matrix und/oder die Tragfasern geschädigt werden. Die hohe Schmelzviskosität derartiger Matrixwerkstoffe verhindert ferner bei dickeren Bauteilen eine vollständige und/oder gleichmäßige Durchtränkung der Fasern. Ferner besteht bei der Umspritzung von vorgefertigten Fasereinlagen im Spritzgusswerkzeug die Gefahr, dass durch den hohen Spritzdruck, der auf Grund der hohen Schmelzviskosität notwendig ist, die noch wenig stabile Fasereinlage beschädigt oder weggeschwemmt bzw. im Formhohlraum verschoben oder verdrängt wird.When using thermoplastic materials, such as polyphthalamides, which have a very high heat resistance, an injection molding process must be carried out under high injection pressure, high injection temperature and under high mold clamping forces. The processing temperatures can be so high that there is a risk that the matrix and / or the carrier fibers are damaged. The high melt viscosity of such matrix materials also prevents a complete and / or uniform impregnation of the fibers in the case of thicker components. Furthermore, in the extrusion coating of prefabricated fiber inserts in the injection molding tool there is the risk that the still relatively unstable fiber insert will be damaged or washed away or displaced or displaced in the mold cavity due to the high injection pressure which is necessary due to the high melt viscosity.
In einer Variante können die Verstärkungsfasern außerhalb des Spritzgusswerkzeugs vorab mit der Kunststoffmatrix ummantelt oder mit Matrixfasern umsponnen werden, um einen Anteil der Matrix stets nahe an den Verstärkungsfasern zu haben. Dies erweist sich jedoch bei Polyphthalamiden als schwierig und kann zu Materialschäden führen, da der hohe Matrix-Schmelzpunkt der Polyphthalamide nahe der Matrixschädigungstemperatur liegt. Auch die hohe Schmelzviskosität ist nachteilig gerade für die Fertigung dickerer Bauteile, da es eine Arbeitstemperatur zu wählen gilt, die entweder der Matrixüberhitzung nahe kommt oder zu ungenügender Verstärkungsfaser-Benetzung führt.In one variant, the reinforcing fibers can be pre-coated with the plastic matrix outside the injection molding tool or spun with matrix fibers in order to always have a portion of the matrix close to the reinforcing fibers. However, this proves to be difficult with polyphthalamides and can lead to material damage, since the high melting point of the polyphthalamide matrix is close to the matrix damage temperature. The high melt viscosity is disadvantageous especially for the production of thicker components, since it is necessary to choose a working temperature that either comes close to the matrix overheating or leads to insufficient reinforcing fiber wetting.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Fertigung spritzgegossener Faserkunststoffverbundbauteile mit thermoplastischer Kunststoffmatrix zu schaffen, das die Verwendung von thermoplastischen Matrixwerkstoffen gestattet, die eine hohe Schmelzviskosität und eine hohe Verarbeitungstemperatur aufweisen.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a process for the production of injection-molded fiber-reinforced plastic composite components with thermoplastic To provide plastic matrix, which allows the use of thermoplastic matrix materials, which have a high melt viscosity and a high processing temperature.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Die Aufgabe der Schaffung eines entsprechenden Faserkunststoffverbundbauteils wird durch das Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.The object of creating a corresponding fiber composite component is achieved by the component with the features of
Weiterbildungen des Bauteils und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the component and the method are carried out in the respective subclaims.
Das Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils mit thermoplastischer Matrix ist ein Spritzgussverfahren, das zunächst das Bereitstellen eines thermoplastischen Matrixwerkstoffs aus einer ersten Kunststoffkomponente, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Wärmeformbeständigkeit aufweist, und einer niederviskosen thermoplastischen zweiten Kunststoffkomponente umfasst. Die Schmelztemperatur der zweiten ist geringer ist als die Schmelztemperatur der ersten Kunststoffkomponente und die Kunststoffkomponenten sind einander chemisch ähnlich und kompatibel. Hierunter wird vorliegend verstanden, dass die beiden Kunststoffe zumindest teilweise ineinander lösbar sind.The method of making a thermoplastic matrix fiber composite plastic component is an injection molding method that comprises first providing a thermoplastic matrix material of a first plastic component having high strength and high heat resistance and a low viscosity thermoplastic second plastic component. The melting temperature of the second is less than the melting temperature of the first plastic component, and the plastic components are chemically similar and compatible with each other. This is understood in the present case that the two plastics are at least partially dissolvable.
Die Kunststoffkomponenten werden vermischt und auf eine Verarbeitungstemperatur temperiert, die unterhalb der Schmelztemperatur der ersten Kunststoffkomponente liegt und die wenigstens so hoch ist, dass sie der Schmelztemperatur der zweiten Kunststoffkomponente entspricht. Dadurch wird ein zweiphasiges Matrixgemisch mit einer breiartigen Struktur erhalten, in der die erste Kunststoffkomponente in einem plastifizierten, fließfähigen Zustand vorliegt, die in der schmelzflüssigen zweiten Komponente verteilt ist.The plastic components are mixed and tempered to a processing temperature which is below the melting temperature of the first plastic component and which is at least high enough that it corresponds to the melting temperature of the second plastic component. Thereby, a biphasic matrix mixture having a mushy structure is obtained, in which the first plastic component is in a plasticized, flowable state, which is distributed in the molten second component.
In einen Formhohlraum eines Spritzguss-Werkzeugs werden dann Verstärkungsfasern und dieses zweiphasige Matrixgemisch bei einer Spritztemperatur eingebracht, die der Verarbeitungstemperatur entspricht. Die Verstärkungsfasern werden dann mit dem zweiphasigen Matrixgemisch durchtränkt und benetzt, wobei beispielsweise durch eine schließseitige Werkzeughälfte des Spritzguss-Werkzeugs ein Druck auf die durchtränkten Verstärkungsfasern ausgeübt wird. Danach wird der so erhaltene Bauteilrohling warm ausgelagert, so dass das zweiphasige Matrixgemisch zu der einphasigen Mischmatrix homogenisieren kann. Die einphasige Mischmatrix lässt man erstarren, wobei das Faserverbundkunststoffbauteil erhalten wird.In a mold cavity of an injection molding tool then reinforcing fibers and this two-phase matrix mixture are introduced at a spraying temperature which corresponds to the processing temperature. The reinforcing fibers are then soaked with the two-phase matrix mixture and wetted, wherein, for example, by a closing-side mold half of the injection molding tool, a pressure on the impregnated reinforcing fibers is exerted. Thereafter, the component blank thus obtained is aged out warm, so that the two-phase matrix mixture can homogenize to the single-phase mixed matrix. The single-phase mixed matrix is allowed to solidify, whereby the fiber composite plastic component is obtained.
Dieses Verfahren ermöglicht durch eine verkürzte Bauteil-Verweildauer im Spritzguss-Werkzeug in Folge der gesenkten Viskosität eine kostengünstige Fertigung der Faserverbundbauteile mit thermoplastischer Hochleistungsmatrix, die eine hohe Wärmeformbeständigkeit und hohe Festigkeit aufweist. Das Zweiphasen-Gemisch aus den Kunststoffkomponenten mit der breiartigen Struktur fließt besser als die reine erste Kunststoffkomponente allein. Neben der verkürzten Verweildauer können vorteilhaft auch die Werkzeugschließ-Kräfte auf Grund der gesenkten Viskosität verringert werden und gleichzeitig eine verbesserte Faserdurchtränkung bzw. -benetzung auch von dickwandigen Faserverbundbauteilen mit der thermoplastischen Matrix erreicht werden. Ebenfalls aus diesem Grund können Spritzdrücke beim Einspritzen des Matrixgemischs gesenkt werden. Die Spritztemperaturen können hier der Verarbeitungstemperatur entsprechen, die im Vergleich zu bisherigen Verarbeitungstemperaturen von einer reinen ersten Komponente ebenfalls gesenkt wurden.This method allows a shorter component residence time in the injection molding tool due to the reduced viscosity cost-effective production of fiber composite components with thermoplastic high-performance matrix, which has a high heat resistance and high strength. The two-phase mixture of the plastic components with the mushy structure flows better than the pure first plastic component alone. In addition to the shortened residence time, the tool-closing forces can advantageously also be reduced due to the lowered viscosity, and at the same time an improved fiber impregnation or wetting can be achieved even with thick-walled fiber composite components with the thermoplastic matrix. Also for this reason, injection pressures can be lowered when injecting the matrix mixture. The spraying temperatures can here correspond to the processing temperature, which were also lowered in comparison to previous processing temperatures of a pure first component.
Das Warmauslagern des Bauteilrohlings und das dabei stattfindende Homogenisieren des zweiphasigen Matrixgemischs kann bei einer Temperatur unterhalb einer Erweichungstemperatur der ersten Kunststoffkomponente erfolgen, dies kann innerhalb, vorteilhaft aber auch außerhalb des Spritzgusswerkzeugs erfolgen.The thermal aging of the component blank and the homogenization of the two-phase matrix mixture taking place can take place at a temperature below a softening temperature of the first plastic component; this can be done inside, but advantageously also outside of the injection molding tool.
Um die Verstärkungsfasern in den Formhohlraum des Spritzguss-Werkzeugs einzubringen, können die Faseranordnungen eingelegt werden, alternativ oder zusätzlich können aber auch Verstärkungsfasern in Form von Kurzfasern zusammen mit dem zweiphasigen Matrixgemisch in den Formhohlraum eingespritzt werden. Beim Spritzguss mit einem solchen thermoplastischen, auch mittels Kurz-Tragfasern wie beispielsweise aus Glas oder Kohle verstärkten Kunststoff-Zweiphasengemisch, kann zudem auf Grund der verbesserten Viskosität eine verbesserte Formfüllung erhalten werden. Die breiartige Zweiphasenstruktur, die besser fließt als die reine Komponente geht in der Homogenisierungs-Warmauslagerung in die einphasige Mischmatrix über.In order to introduce the reinforcing fibers into the mold cavity of the injection molding tool, the fiber arrangements can be inserted, alternatively or additionally, but also reinforcing fibers in the form of short fibers can be injected together with the two-phase matrix mixture in the mold cavity. In the injection molding with such a thermoplastic, also reinforced by means of short-carrier fibers such as glass or carbon plastic two-phase mixture, in addition, an improved mold filling can be obtained due to the improved viscosity. The mushy two-phase structure, which flows better than the pure component, changes into the single-phase mixed matrix in the homogenization hot aging process.
Das zweiphasige Matrixgemisch kann außerhalb des Formhohlraums des Spritzguss-Werkzeugs erzeugt werden. Dies kann in einer Zuführungsvorrichtung des Spritzguss-Werkzeugs erfolgen, wobei Einphasengranulate der zwei Kunststoffkomponenten vermischt werden können. Dies kann insbesondere in einer Zuführungsvorrichtung wie einem Extruder stattfinden, bei dem es sich um einen beheizten Extruder handeln kann, der die Mischung der Einphasengranulate auf Verarbeitungstemperatur temperiert.The biphasic matrix mixture can be created outside the mold cavity of the injection molding tool. This can be done in a feeding device of the injection molding tool, wherein single-phase granules of the two plastic components can be mixed. This may in particular take place in a feed device such as an extruder, which may be a heated extruder which tempers the mixture of the single-phase granules to the processing temperature.
Es können alternativ aber auch Einphasen-Schmelzen der beiden Kunststoffkomponenten vermischt werden, wobei es sich bei der Zuführungsvorrichtung um eine Einspritzvorrichtung in den Hohlraum handeln kann, wobei beim Zusammenfluss der beiden Einphasenschmelzen die Verarbeitungstemperatur erreicht wird, die niedriger als die Schmelztemperatur der ersten Kunststoffkomponente ist, so dass diese schon teilweise verfestigt und in der breiartigen Form des Zweiphasengemischs vorliegt. Alternatively, however, single-phase melting of the two plastic components may also be mixed, wherein the delivery device may be an injection device in the cavity, wherein the processing temperature is reached at the confluence of the two single-phase melts, which is lower than the melting temperature of the first plastic component, so that it is already partially solidified and present in the mushy form of the two-phase mixture.
Alternativ zur Erzeugung des Zweiphasengemischs außerhalb des Formhohlraums oder in Kombination damit kann das zweiphasige Matrixgemisch auch innerhalb des Formhohlraums erzeugt werden, indem etwa ein Matrixanteil einer Hybridfaseranordnung aufgeschmolzen wird oder indem zwei getrennt in den Formhohlraum des Spritzguss-Werkzeugs zugeführte Schmelze der jeweiligen einphasigen Kunststoffkomponenten vermischt werden. Der Matrixanteil der Hybridfaseranordnung kann in Form von Matrixfasern der beiden Kunststoffkomponenten und/oder in Form einer Matrixschlichte der zwei Kunststoffkomponenten um die Verstärkungsfasern vorliegen, wobei hier die zwei Kunststoffkomponenten des Matrixanteils einphasig bzw. physikalisch vermischt vorliegen.Alternatively to producing the two-phase mixture outside the mold cavity, or in combination therewith, the two-phase matrix mixture can also be created within the mold cavity, such as melting a matrix portion of a hybrid fiber assembly or by mixing two separately fed to the mold cavity of the injection molding tool melt of the respective single-phase plastic components , The matrix portion of the hybrid fiber assembly may be in the form of matrix fibers of the two plastic components and / or in the form of a matrix size of the two plastic components around the reinforcing fibers, in which case the two plastic components of the matrix component are present in single phase or physically mixed.
Durch die Senkung der verarbeitungshinderlich hohen Schmelzviskosität und der materialzerstörungsnah hohen Verarbeitungstemperatur der reinen ersten Komponente wird die Umspülung bzw. Durchtränkung der Fasern verbessert, die Einspritztemperaturen und die Einspritzdrücke beim Spritzguss des Faserverbund-Kunststoffbauteils verringert und gleichzeitig wird die kostengünstige Fertigung der Bauteile durch verkürzte Bauteilverweildauer im Werkzeug und verringerte Schließkräfte ermöglicht.By lowering the processing-hindering high melt viscosity and the material destruction near high processing temperature of the pure first component flushing or impregnation of the fibers is improved, reduces the injection temperatures and injection pressures of the injection molding of the fiber composite plastic component and at the same time the cost-effective production of the components by shortened component residence time in Tool and reduced closing forces allows.
Eine erste Ausführungsform des spritzgegossenen Faserkunststoffverbundbauteils, das mit dem vorstehenden Verfahren herstellbar ist, hat eine thermoplas- tische, einphasige Kunststoff-Mischmatrix aus zumindest zwei thermoplastischen Kunststoffkomponenten. Die eine wird dabei durch einen thermoplastischen Kunststoff mit hoher Festigkeit und hoher Wärmeformbeständigkeit und die zweite durch einen niederviskosen thermoplastischen Kunststoff gebildet, dessen Schmelztemperatur niedriger als die der ersten Kunststoffkomponente ist. Durch die Verwendung des niedrig viskosen, tiefer schmelzenden thermoplastischen Kunststoffs kann die Verarbeitungstemperatur gesenkt werden, wodurch sich die Gefahr der Materialschädigung verringert. Zudem kann die Schmelzviskosität gesenkt werden, was zu einer verbesserten Faserdurchtränkung und -benetzung insbesondere auch bei dickwandigen Faserverbundbauteilen führt. Auf diese Weise können die Vorteile der hohen Wärmeformbeständigkeit und hohen Festigkeit der thermoplastischen Matrixkunststoffkomponente auch für dickwandige Bauteile genutzt werden. Beide Kunststoffkomponenten weisen dabei den chemisch ähnlichen bzw. kompatiblen Aufbau auf, der die Ausbildung der einphasigen Mischmatrix gestattet bzw. unterstützt.A first embodiment of the injection-molded fiber-plastic composite component which can be produced by the above method has a thermoplastic, single-phase plastic mixed matrix of at least two thermoplastic components. One is formed by a thermoplastic material with high strength and high heat resistance and the second by a low-viscosity thermoplastic whose melting temperature is lower than that of the first plastic component. By using the low-viscous, lower-melting thermoplastic, the processing temperature can be lowered, which reduces the risk of damage to the material. In addition, the melt viscosity can be lowered, resulting in improved fiber impregnation and wetting, especially in thick-walled fiber composite components. In this way, the advantages of the high heat resistance and high strength of the thermoplastic matrix plastic component can also be used for thick-walled components. Both plastic components have the chemically similar or compatible structure, which allows or supports the formation of the single-phase mixed matrix.
Die erste Kunststoffkomponente mit hoher Festigkeit und hoher Wärmeformbeständigkeit liegt in der Mischmatrix mit einem Anteil von 70 bis 90 Volumenprozent (Vol.-%) vor und die zweite Kunststoffkomponente, zur Senkung von Viskosität und Schmelztemperatur, liegt in einem entsprechenden Anteil von 10 bis 30 Vol.-% vor.The first plastic component with high strength and high heat resistance is in the mixed matrix in a proportion of 70 to 90 volume percent (vol .-%) before and the second plastic component, to reduce viscosity and melting temperature, is in a corresponding proportion of 10 to 30 vol .-% in front.
Bei der ersten Kunststoffkomponente kann es sich vorzugsweise um ein Polyphthalamid handeln, das auf Grund seiner Eigenschaften geeignet ist, Metallbauteile auch in einer wärmeren Umgebung wie im Motorraum zu ersetzen, während es sich bei der zweiten Kunststoffkomponente dann um ein Polyamid handeln kann, das sich auf Grund seiner chemischen Ähnlichkeit homogen mit dem Polyphthalamid vermischen kann.The first plastic component may preferably be a polyphthalamide which, by virtue of its properties, is suitable for replacing metal components even in a warmer environment such as in the engine compartment, while the second plastic component may then be a polyamide based on Reason of its chemical similarity can mix homogeneously with the polyphthalamide.
Der Faseranteil des Faserkunststoffverbundbauteils kann durch eine oder mehrere Faseranordnungen wie eine Fasermatte, ein Fasergeflecht, ein Faservlies, ein Faserband oder ein Faserbündel etc. realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Faseranteil durch Kurzfasern gebildet werden. Materialien zur Bildung der Verstärkungsfasern umfassen Glas, Kohle, Metall- und/oder Keramikmaterialien. Unter Umständen sind auch Kunststofffasern als Verstärkungsfasern denkbar, diese müssen allerdings dann aus einem Kunststoff bestehen, dessen Glasübergangstemperatur oberhalb der Verarbeitungstemperatur liegen müsste.The fiber portion of the fiber-plastic composite component can be realized by one or more fiber arrangements such as a fiber mat, a fiber braid, a non-woven fabric, a sliver or a fiber bundle, etc. Additionally or alternatively, the fiber content may be formed by short fibers. Materials for forming the reinforcing fibers include glass, carbon, metal and / or ceramic materials. Under certain circumstances, plastic fibers are conceivable as reinforcing fibers, but they must then consist of a plastic whose glass transition temperature would have to be above the processing temperature.
Ferner kann es sich bei den Faseranordnungen um Hybridfaseranordnungen handeln, die außer Verstärkungsfasern auch Matrixfasern aus zumindest einer der beiden Kunststoffkomponenten der Mischmatrix enthalten. Eine Hybridfaseranordnung kann auch einen Matrixmaterialanteil in Form einer Schlichte aufweisen. So kann zumindest ein Teil des Matrixmaterials der beiden Kunststoffkomponenten schon in der Faseranordnung vorliegen.Furthermore, the fiber arrangements can be hybrid fiber arrangements which, in addition to reinforcing fibers, also contain matrix fibers of at least one of the two plastic components of the mixed matrix. A hybrid fiber assembly may also include a matrix material portion in the form of a sizing. Thus, at least part of the matrix material of the two plastic components can already be present in the fiber arrangement.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands und ist nicht beschränkend zu verstehen. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is for ease of understanding the subject matter and is not to be considered as limiting. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:Showing:
Das Kunststofffaserverbundbauteil wird unter Verwendung eines ther- moplastischen Hochleistungs-Matrixwerkstoffs wie Polyphthalamid im Spritzguss hergestellt. Polyphthalamid zeichnet sich durch hohe Wärmeformbeständigkeit, gute Dimensionsstabilität mit geringem Verzug sowie hoher Festigkeit mit hoher Zugfestigkeit und hoher Steifigkeit aus. Auf Grund der hohen Schmelztemperatur von meist über 300°C und der hohen Schmelzviskosität ist die Verarbeitung zu einem Faserverbundbauteil bislang mit hohen Spritzdrücken und hohen Spritztemperaturen sowie hohen Werkzeug-Schließkräften und langer Verweildauer im Spritzgusswerkzeug verbunden. Die bis dato nötigen hohen Temperaturen liegen nahe einer Matrix-Schädigungstemperatur, so dass der Einsatz von derartigen Kunststoffkomponenten wie Polyphthalamid im Spritzgussverfahren lediglich für dünnwandige Bauteile geeignet ist.The plastic fiber composite component is injection molded using a high performance thermoplastic matrix material such as polyphthalamide. Polyphthalamide is characterized by high heat resistance, good dimensional stability with low distortion and high strength with high tensile strength and high rigidity. Due to the high melting temperature of mostly over 300 ° C and the high melt viscosity processing to a fiber composite component is previously associated with high injection pressures and high injection temperatures and high mold clamping forces and long residence time in the injection mold. The hitherto required high temperatures are close to a matrix damage temperature, so that the use of such plastic components as polyphthalamide by injection molding is only suitable for thin-walled components.
Durch den Einsatz des zweikomponentigen Matrixwerkstoffs, mit dem die Verarbeitungstemperatur bzw. Spritztemperatur und Spritzdruck sowie Werkzeugschließkräfte und Verweildauer gesenkt werden können, können spritzgegossene Faserverbundbauteile mit den Vorteilen dieser Kunststoffkomponente auch mit dickeren Wandstärken gefertigt werden.Through the use of the two-component matrix material, with which the processing temperature or spray temperature and injection pressure as well as mold clamping forces and residence time can be reduced, injection-molded fiber composite components with the advantages of this plastic component can also be produced with thicker wall thicknesses.
In
Anders als dargestellt können auch mehr als eine Spritzdüse
In
Nachdem die Verstärkungsfasern
Die einphasige Mischmatrix besteht so aus einer Festigkeit liefernden Komponente mit hoher Temperaturbeständigkeit, die insbesondere ein Polyphthalamid ist und in einem Matrix-Volumenanteil von 70 bis 90 Vol.-% vorliegt, sowie aus einer niederviskosen, tiefer schmelzenden Komponente, bei der es sich insbesondere um ein Polyamid handeln kann und die in einem Anteil von 10 bis 30 Vol.-% vorliegen kann. Da sich beide Komponenten chemisch ähneln, homogenisiert sich die zweiphasige Mischmatrix bei Warmauslagerung des Bauteilrohlings nach dem Spritzvorgang, die möglichst außerhalb des Werkzeugs und unter der Polyphthalamid-Erweichungstemperatur stattfindet, zu der letztlich einphasigen Mischmatrix des Faserverbundbauteils.The single-phase mixed matrix thus consists of a strength-providing component with high temperature resistance, which is in particular a polyphthalamide and is present in a matrix volume fraction of 70 to 90 vol .-%, and of a low-viscosity, lower melting component, which in particular may be a polyamide and may be present in a proportion of 10 to 30% by volume. Since the two components are chemically similar, the two-phase mixed matrix is homogenized in the case of thermal aging of the component blank after the injection process, which takes place as far as possible outside the mold and under the polyphthalamide softening temperature, to the ultimately single-phase mixed matrix of the fiber composite component.
Die zweiphasige Mischmatrix kann außerhalb des Formhohlraums des Spritzgusswerkzeugs wie in Zusammenhang mit
Alternativ zur Erzeugung der zweiphasigen Matrix außerhalb des Werkzeugs oder in Kombination damit kann die zweiphasige Matrix auch erst innerhalb des Formhohlraums des Werkzeugs aus Entflechtungen bzw. Umspritzungen der Verstärkungsfasern mit je einphasigen, physikalisch vermischten Kunststoffkomponenten der Matrix, beispielsweise Polyamid und Polyphthalamid, entstehen.As an alternative to the production of the two-phase matrix outside the tool or in combination with it, the two-phase matrix can also be formed only within the mold cavity of debonding or encapsulation of the reinforcing fibers, each with single-phase, physically mixed plastic components of the matrix, for example polyamide and polyphthalamide.
Schließlich kann die zweiphasige Matrix sich auch erst im Formhohlraum des Werkzeugs bilden, wo sich die zwei einphasigen Kunststoffkomponenten vermischen. Durch den verringerten Spritzdruck wird die Gefahr verringert, dass vorgefertigte, in den Formhohlraum eingelegte Fasereinlagen beschädigt oder verschoben werden, die verringerte Verarbeitungs- bzw. Einspritztemperatur minimiert mögliche Schäden der Matrix. Die verringerte Viskosität des breiartigen Zweiphasengemischs ermöglicht auch bei Bauteilen mit dickeren Wandstärken eine ausreichende Verstärkungsfaser-Benetzung und Durchtränkung ohne die Matrix zu überhitzen.Finally, the two-phase matrix can also form only in the mold cavity of the tool, where the two single-phase plastic components mix. The reduced injection pressure reduces the risk of damaging or displacing prefabricated fiber inserts placed in the mold cavity, the reduced processing or injection temperature minimizes potential damage to the matrix. The reduced viscosity of the slurry two-phase mixture also allows for components with thicker wall thicknesses sufficient reinforcement fiber wetting and saturation without overheating the matrix.
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