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WO2011020841A1 - Spritzgiessverfahren zur herstellung von bauteilen - Google Patents

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Publication number
WO2011020841A1
WO2011020841A1 PCT/EP2010/061997 EP2010061997W WO2011020841A1 WO 2011020841 A1 WO2011020841 A1 WO 2011020841A1 EP 2010061997 W EP2010061997 W EP 2010061997W WO 2011020841 A1 WO2011020841 A1 WO 2011020841A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blank
thermoplastic
tool
components
melt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/061997
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harri Dittmar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Advanced Materials Composites AG
Original Assignee
Quadrant Plastic Composites AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quadrant Plastic Composites AG filed Critical Quadrant Plastic Composites AG
Priority to US13/390,713 priority Critical patent/US9096022B2/en
Priority to CN201080035976.2A priority patent/CN102470614B/zh
Priority to JP2012525162A priority patent/JP2013502332A/ja
Priority to DE201011003301 priority patent/DE112010003301A5/de
Publication of WO2011020841A1 publication Critical patent/WO2011020841A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2709/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2703/00 - B29K2707/00, for preformed parts, e.g. for inserts
    • B29K2709/08—Glass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24628—Nonplanar uniform thickness material
    • Y10T428/24636—Embodying mechanically interengaged strand[s], strand-portion[s] or strand-like strip[s] [e.g., weave, knit, etc.]

Definitions

  • the invention relates to an injection molding process for the production of components, in particular of automotive parts, by injecting a thermoplastic melt into a mold, as well as by this method manufacturable components.
  • the components considered here are generally in the form of a flat, curved, curved or bent plate whose edges may be straight or rounded. They may also have reinforcing ribs, apertures and attachment points. It is also possible that two plates are connected by webs or struts, so that they form a front and a rear wall.
  • Automotive parts are often produced by injection molding of thermoplastics. In many cases, it is necessary to reinforce the component to increase its rigidity and strength in crash loading. It has therefore already tried to insert into the tool continuous fibers containing plastic blanks. However, it has been shown that the adhesion of the blanks to the injected thermoplastic is insufficient and that it is difficult to fix the blanks to the inner walls of the tool. For distortion-free components to be created, two blanks must be inserted into the tool, which is technically difficult.
  • EP 0 378 854 A1 describes a method for producing a fiber composite material, wherein a single fiber mat is impregnated in a closed mold with a plastic material. Then the tool halves are moved apart, forming cavities in the interior of the fiber mat. In this can be injected in a rather complicated way, a molten polymeric material
  • the invention was based on the object to remedy these problems. This object is achieved by the injection molding method according to the invention for the production of components by injecting a thermoplastic melt into a mold, which has the following steps:
  • thermoplastic a flat blank with two or more glass fiber fabrics or located, which are connected on one or both sides with fiberglass layers and impregnated with a thermoplastic, is slightly heated above the softening temperature of the thermoplastic
  • the tool is fed in, so that the blank is compacted and the edge regions of the blank resting on the two inner walls are solidified and adhere there,
  • the blanks consist of two or more glass fiber fabrics or fiberglass fabrics that are needled with random fiber layers.
  • the fabric or scrim may be connected to a random fiber mat on one or both sides, preferably needled, or the fabric or scrim may be single or double-sided.
  • glass fiber rovings have been scattered and needled on one side.
  • a fiber mat or a glass fiber fleece for example having a basis weight of 20 to 200 g / cm 2 , has been laminated onto the fabric or scrim. In the latter case, the blank is inserted into the tool in such a way that the fleece comes to rest outside. This results in the finished component a smooth surface.
  • the fabrics or scrims connected to the random fiber layers preferably have a weight per unit area of 300 to 2000 g / m 2 . They were soaked in a conventional manner, for example on a double belt press with a thermoplastic material and thereby compacted, in particular with polypropylene, in addition, it is also possible to use polyamides, polyesters or high-temperature-resistant thermoplastics.
  • Preferred fibers are glass fibers, besides carbon fibers and aramid fibers, as well as hybrid fibers of glass and thermoplastic fibers are suitable.
  • the thickness of the blanks can be between 1.2 and 8 mm, preferably between 1.5 and 5 mm.
  • Particularly preferred blanks contain two or four glass fiber fabrics or scrims, which are needled on both sides with a fiberglass fiber layer or needled on one side with a fiberglass fiber layer and preferably laminated on the other side with a thin glass fiber fleece.
  • Especially suitable are blanks made of GMTex of the Fa.
  • the blanks are inserted into the tool, where areas of high stress are in the later component. They can essentially have the shape of the later component and are then placed over the whole area in the tool, or one can insert smaller individual pieces or one, two or more strip-shaped blanks of a width of for example 5 to 20 cm to an inner side of the tool, depending after where the reinforcement of the component is required.
  • a conventional Sphtszies or injection-compression tool can be used, which can be shaped differently.
  • the two mold halves can be flat; however, depending on the desired shape of the component, it is also possible to use curved or bent tools.
  • portions of the tool to be covered with the blanks may be configured as movable units in the tool, and then the compression stroke is performed via movable cores or slides and not the entire tool is closed and partially reopened.
  • Preferably horizontally closing tools are used, but you can also apply in principle vertical closing injection molding or injection-compression molding machines, the blanks are placed in the lower mold half and remain in this position due to gravity.
  • a conventional press which is provided with an injection unit.
  • the blank is heated to a temperature just above the softening range of the thermoplastic.
  • the blank due to the restoring forces of the needle-punched random fiber layers, for example, by a factor of 1.2 to 5, preferably 1.5 to 4, expanded perpendicular to the blank plane. Air pores and channels form in the soft matrix.
  • the blank is applied to one of the two inner walls of the open tool. It should preferably be inserted so that it is needled on at least the side facing away from the tool inner wall with a random fiber layer. This ensures that the thermoplastic contained in this random fiber layer mixed with the thermoplastic melt injected in step D, whereby a good adhesion of the blank to the injected plastic is obtained.
  • the softened blanks are inserted by means of standard needle grippers in the tool that they are fixed to the tool inner wall, preferably pierced by the needles, pins or spikes and thereby held on the inner wall.
  • step C the tool is closed and introduced in step B needles, pins or mandrels are withdrawn again.
  • the pressure applied when the tool is moved restores the expanded blank, and after only a few seconds the thermoplastic is solidified in the edge areas of the blank resting against both cold inner walls of the tool so that they adhere firmly there.
  • the adhesion is achieved by a certain minimum roughness of the tool surface, which can optionally be determined in a preliminary experiment.
  • the tool is reopened to the desired width, with the randomly located in the blank Wirrfaserlagen whose plastic matrix is still somewhat plastic, expand again, so that form there air pores and channels.
  • the tool is preferably opened so far that the two adhering to the inner walls of the tool halves of the blank are pulled apart and separated, so that forms a gap between them.
  • the thermoplastic melt is then injected in the usual way in this gap and can additionally distribute in the channels or air pores.
  • the injected thermoplastic is preferably the same or a related one like the one in the cut.
  • the thermoplastic may contain conventional additives, for example reinforcing glass fibers, natural fibers, carbon fibers or metal fibers, each having a length of preferably 0.5 to 25 mm, in particular 1 to 5 mm, and / or mineral fillers, such as TaI- kum, quartz powder, chalk , Further carbon black, graphite nanotubes and / or chemical blowing agents, which as a result of the foaming during the melting of the thermoplastic lighter components are obtained. Also a physical foaming is conceivable.
  • step E is allowed to cool the thermoplastic and removes the finished component having on both outer sides as a reinforcement fiber fabric or -gelege.
  • a further subject matter of the invention is a component in the form of a flat, curved, curved or bent plate with an average wall thickness of 3 to 20 mm, comprising a fiber layer containing core layer of a thermoplastic material and on both outer sides as reinforcement a fiber fabric or - layer, which is in each case needled with the adjacent fiberglass fiber layers of the core layer and contains the same thermoplastic material as the core layer.
  • the components according to the invention can also be referred to as "flat structures", but in most cases they are not flat structures or plates. In particular, these components can be produced by the method according to the invention.
  • the plates may be 20 to 250 cm, in particular 40 to 100 cm wide and long and 5 to 100 cm, in particular 10 to 50 cm high and have a wall thickness of 3 to 20 mm, in particular from 5 to 10 mm. Since the components can also have an irregular shape, the dimensions for width, length and height are maximum values; because of the possible different thickness of the parts, the mass for the thickness are averages.
  • the components produced according to the invention can be used above all in the automotive sector, for example as front ends, side door supports, underbody panels, battery carriers, instrument panel carriers or for seat shells and backrests, but also as bumper carriers, pedestrian protection carriers and for entire or segmented floor structures. Finally, they can also be applied in the non-automotive sector, eg in large containers.
  • Figure 1 is an open mold, on the inner wall, a flat blank is applied.
  • FIG. 2 shows the mold of FIG. 1 after closing;
  • FIG. 3 shows the mold of FIG. 2 after reopening
  • FIG. 4 shows the mold of FIG. 3 during the injection of the thermoplastic melt
  • FIG. 5 shows the mold of FIG. 4 after a further closing stroke has taken place
  • FIG. Fig. 6 shows the mold of Fig. 5, in the removal of the finished component.
  • the mold shown schematically in the figures comprises a left mold half 2 designed as a die with a vertical wall 4, which is equipped with an injection opening 6 and with retractable spikes 8. Furthermore, the mold comprises a designed as a male right Tool half 10 and an attachable to the Einphtzö réelle 6 Einspritzvorhchtung 12 for thermoplastic melt.
  • the spikes 8 penetrate the blank 14 and hold it in the desired position.
  • the tool is closed by the right mold half 10 is inserted as shown in Figure 2 with the inner wall 18 first in the left mold half 2.
  • the blank 14 is compressed and solidifies the adjacent to the two inner walls 16 and 18 edge regions of the blank and adhere there.
  • the mandrels 8 are no longer required and are therefore already retracted.
  • the tool according to FIG. 3 is opened again to the desired width, wherein the thermoplastic regions of the blank 14 adjoining the inner walls 16 and 18 adhere to the inner walls. Accordingly, a gap region 20 is formed in the core region of the blank. Subsequently, according to FIG. 4, a predetermined amount of thermoplastic melt 22 is injected into the gap region 20.
  • thermoplastic is cooled, the tool moved apart again and the now finished component 24 removed.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren zur Herstellung von Bauteilen durch Einspritzen einer Thermoplastschmelze in ein Formwerkzeug, bei dem man einen flächigen Zuschnitt (14) mit zwei oder mehreren Fasergeweben oder - gelegen, die ein- oder beidseitig mit einer Wirrfaserlage verbunden und mit einem thermoplastischen Kunststoff getränkt sind, über die Erweichungstemperatur des Thermoplasten erwärmt, den so expandierten, porösen Zuschnitt an eine der beiden Innenwände (16, 18) des Werkzeugs anlegt, das Werkzeug zur Verdichtung des Zuschnitte zufährt, auf die gewünschte Weite wieder öffnet und die Thermoplastschmelze in den porösen Kern einspritzt. Die Erfindung betrifft ferner Bauteile (24) in Form von ebenen, gebogenen, gekrümmten oder abgeknickten Platten, die insbesondere im Automobilbereich verwendbar sind.

Description

Spritzgiessverfahren zur Herstellung von Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Spritzgiessverfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Automobilteilen, durch Einspritzen einer Thermoplastschmelze in ein Formwerkzeug, sowie nach diesem Verfahren herstellbare Bauteile.
Die hier betrachteten Bauteile haben im Allgemeinen die Form einer ebenen, gebogenen, gekrümmten oder abgeknickten Platte, deren Kanten gerade oder abgerundet sein können. Sie können auch Verstärkungsrippen, Durchbrüche und Befestigungsstellen aufweisen. Es ist auch möglich, dass zwei Platten durch Stege oder Streben miteinander verbunden sind, so dass sie eine Vorder- und eine Rückwand ausbilden.
Automobilteile werden vielfach durch Sphtzgiessen von thermoplastischen Kunststoffen hergestellt. In vielen Fällen ist es notwendig, das Bauteil zu verstärken, um seine Steifigkeit und Festigkeit bei Crashbelastung zu erhöhen. Man hat deshalb schon versucht, in das Werkzeug Endlosfasern enthaltende Kunststoffzuschnitte einzulegen. Dabei hat es sich aber gezeigt, dass die Haftung der Zuschnitte an dem eingespritzten Thermoplasten unzureichend ist und dass es schwierig ist, die Zuschnitte an den Innenwänden des Werkzeugs zu fixieren. Damit verzugsfreie Bauteile entstehen, müssen dabei zwei Zuschnitte in das Werkzeug eingelegt werden, was verfahrenstechnisch schwierig ist.
Die EP 0 378 854 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Faserver- bundmaterials, wobei eine einzelne Fasermatte in einem geschlossenen Werkzeug mit einem Kunststoffmaterial imprägniert wird. Dann werden die Werkzeughälften auseinandergefahren, wobei sich im Innern der Fasermatte Hohlräume bilden. In diese kann auf recht komplizierte Weise ein geschmolzenes polymeres Material eingespritzt werden Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu beheben. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Spritzgiessverfahren zur Herstellung von Bauteilen durch Einspritzen einer Thermoplastschmelze in ein Formwerkzeug gelöst, welches folgende Schritte aufweist:
A. ein flächiger Zuschnitt mit zwei oder mehreren Glasfasergeweben oder gelegen, die ein- oder beidseitig mit Wirrfaserlagen verbunden und mit einem thermoplastischen Kunststoff getränkt sind, wird etwas über die Erweichungstemperatur des Thermoplasten erwärmt,
B. der Zuschnitt wird an eine der beiden Innenwände des Werkzeugs angelegt,
C. das Werkzeug wird zugefahren, so dass der Zuschnitt verdichtet wird und die an den beiden Innenwänden anliegenden Randbereiche des Zuschnitts verfestigt werden und dort anhaften,
D. das Werkzeug wird auf die gewünschte Weite wieder geöffnet, wobei der Kern des Zuschnittes wieder expandiert, und die Thermoplastschmelze wird eingespritzt,
E. das in obigen Schritten gebildete Bauteil wird abgekühlt und nach Öffnen des Werkzeuges entnommen. Die Erwärmung über die Erweichungstemperatur hinaus ist deshalb erforderlich, weil der Zuschnitt beim Transport vom Ofen in das Werkzeug etwas abkühlt.
Die Zuschnitte bestehen aus zwei oder mehreren Glasfasergeweben oder Glasfasergelegen, die mit Wirrfaserlagen vernadelt sind. Dabei können die Gewebe bzw. Gelege ein- oder beidseitig mit einer Wirrfasermatte verbunden, vorzugsweise vernadelt sein, oder auf das Gewebe bzw. Gelege können ein- oder beid- seitig Glasfaser-Rovings aufgestreut und vernadelt worden sein. Es ist auch möglich, Zuschnitte einzusetzen, bei denen auf das Gewebe bzw. Gelege eine Fasermatte oder ein Glasfaservlies, z.B. mit einem Flächengewicht von 20 bis 200 g/cm2, auflaminiert wurde. In letzteren Fall wird der Zuschnitt in das Werk- zeug so eingelegt, dass das Vlies aussen zu liegen kommt. Dies ergibt im fertigen Bauteil eine glatte Oberfläche. Es können auch zwei oder mehrere Gelege im 90°- oder 45°- Winkel übereinander gelegt sein. Vor dem Tränken mit dem Kunststoff haben die mit den Wirrfaserlagen verbundenen Gewebe bzw. Gelege vorzugsweise ein Flächengewicht von 300 bis 2000 g/m2. Sie wurden auf übliche Weise, z.B. auf einer Doppelbandpresse mit einem thermoplastischen Kunststoff getränkt und dabei verdichtet, insbesondere mit Polypropylen, daneben können auch Polyamide, Polyester oder hochtemperaturbeständige Thermoplasten verwendet werden. Bevorzugte Fasern sind Glasfasern, daneben sind auch Kohlenstofffasern und Aramidfasern, sowie Hybridfasern aus Glas- und Thermo- plastfasern geeignet. Die Dicke der Zuschnitte kann zwischen 1.2 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 1.5 und 5 mm liegen. Besonders bevorzugte Zuschnitte enthalten zwei oder vier Glasfasergewebe oder -gelege, die beidseitig mit einer Wirrglasfaserlage vernadelt sind oder einseitig mit einer Wirrglasfaserlage vernadelt und vorzugsweise auf der anderen Seite mit einem dünnen Glasfaservlies laminiert sind. Besonders gut geeignet sind Zuschnitte aus GMTex der Fa.
Quadrant Plastic Composites AG.
Die Zuschnitte werden dort in das Werkzeug eingelegt, wo im späteren Bauteil Bereiche hoher Belastung sind. Sie können im Wesentlichen die Form des spä- teren Bauteils haben und werden dann vollflächig in das Werkzeug eingelegt, oder man kann kleinere Einzelstücke oder ein, zwei oder mehrere streifenförmige Zuschnitte einer Breite von beispielsweise 5 bis 20 cm an eine Innenseite des Werkzeugs einlegen, je nachdem wo die Verstärkung des Bauteils erforderlich ist. -A-
AIs Werkzeug kann ein übliches Sphtzgiess- oder Spritzprägewerkzeug verwendet werden, das verschieden geformt sein kann. Beispielsweise können die beiden Werkzeughälften eben sein; es können jedoch - je nach der gewünschten Form des Bauteils - auch gekrümmte oder abgeknickte Werkzeuge verwendet werden. Ferner können Bereiche des Werkzeugs, die mit den Zuschnitten bedeckt werden sollen, als bewegliche Einheiten im Werkzeug ausgestaltet sein, wobei dann über bewegliche Kerne oder Schieber der Verdichtungshub ausgeführt wird und nicht das gesamte Werkzeug geschlossen und wieder teilgeöffnet wird. Vorzugsweise werden horizontal schliessende Werkzeuge verwendet, man kann aber grundsätzlich auch vertikal schliessende Spritzgiess- oder Spritzprägemaschinen anwenden, wobei die Zuschnitte in der unteren Werkzeughälfte platziert werden und aufgrund der Schwerkraft in dieser Position verbleiben. Ferner ist es denkbar, eine konventionelle Presse zu verwenden, der ein Spritzaggregat beigestellt ist.
Im ersten Verfahrensschritt A wird der Zuschnitt auf eine Temperatur knapp über den Erweichungsbereich des Thermoplasten aufgeheizt. Dabei werden bei der bevorzugten Ausführungsform die Zuschnitte auf Grund der Rückstellkräfte der vernadelten Wirrfaserlagen zum Beispiel um den Faktor 1.2 bis 5, vorzugsweise 1.5 bis 4, senkrecht zur Zuschnitt-Ebene aufgeweitet. Dabei bilden sich Luftporen und Kanäle in der weichen Matrix.
Im zweiten Verfahrensschritt B wird der Zuschnitt an eine der beiden Innenwände des offenen Werkzeugs angelegt. Dabei sollte er vorzugsweise so eingelegt werden, dass er auf mindestens der der Werkzeuginnenwand abgewandten Seite mit einer Wirrfaserlage vernadelt ist. Dadurch wird erreicht, dass der in dieser Wirrfaserlage enthaltene Thermoplast sich mit der im Schritt D eingespritzten Thermoplastschmelze vermischt, wodurch eine gute Haftung des Zuschnitts an dem eingespritzten Kunststoff erhalten wird. Um die Fixierung des eingelegten Zuschnitts an der Innenwand zu verbessern, ist es vorteilhaft, an dieser Innenwand nach innen ragende, wieder ausziehbare Nadeln, Stifte oder Dorne anzu- bringen. Weitere gängige Vorrichtungen zum Fixieren von flächigen Einlegern in Spritzgusswerkzeugen sind ebenfalls anwendbar. Dann werden die erweichten Zuschnitte mittels Standard-Nadelgreifern so in das Werkzeug eingelegt, dass sie an der Werkzeuginnenwand fixiert, vorzugsweise von den Nadeln, Stiften oder Dornen durchstochen werden und dadurch an der Innenwand festgehalten werden.
Im dritten Verfahrensschritt C wird das Werkzeug zugefahren und die im Schritt B eingeführten Nadeln, Stifte oder Dorne werden wieder zurückgezogen. Durch den beim Zufahren des Werkzeugs angewandten Druck wird der aufgeweitete Zuschnitt wieder verdichtet, und schon nach wenigen Sekunden ist der Thermoplast in den an beiden kalten Innenwänden des Werkzeugs anliegenden Randbereichen des Zuschnitts verfestigt, so dass sie dort fest anhaften. Dabei wird die Anhaftung durch eine bestimmte Mindestrauhigkeit der Werkzeugoberfläche erzielt, welche sich gegebenenfalls in einem Vorversuch ermitteln lässt.
Im vierten Verfahrensschritt D wird das Werkzeug auf die gewünschte Weite wieder geöffnet, wobei die im Innern des Zuschnitts befindlichen Wirrfaserlagen, deren Kunststoffmatrix noch etwas plastisch ist, sich wieder aufweiten, so das sich dort Luftporen und Kanäle bilden. Das Werkzeug wird vorzugsweise so weit geöffnet wird, dass die beiden an den Innenwänden das Werkzeugs anhaftenden Hälften des Zuschnitts auseinander gezogen und getrennt werden, so dass sich zwischen ihnen ein Spalt bildet. Die Thermoplastschmelze wird dann auf übliche Weise in diesen Spalt eingespritzt und kann sich zusätzlich in die Kanäle oder Luftporen verteilen.
Es kann auch ein Sphtzprägeprozess angewandt werden, bei dem zunächst in den sich vergrössernden Spalt eingespritzt wird, und dann die Schmelzeverteilung durch einen anschliessenden Schliesshub des Werkzeugs erzielt wird. Da- durch werden die auf die Zuschnittflächen wirkenden Scherkräfte reduziert. Der eingespritzte Thermoplast ist vorzugsweise der gleiche oder ein artverwandter wie der im Zuschnitt enthaltene. Der Thermoplast kann übliche Zusatzstoffe enthalten, beispielsweise verstärkend wirkende Glasfasern, Naturfasern, Kohlenstofffasern oder Metallfasern, jeweils mit einer Länge von vorzugsweise 0.5 bis 25 mm, insbesondere 1 bis 5 mm, und/oder mineralische Füllstoffe, wie z.B. TaI- kum, Quarzpulver, Kreide, ferner Russ, Graphit Nanotubes und/oder chemische Treibmittel, wodurch infolge des Aufschäumens beim Schmelzen des Thermoplasten leichtere Bauteile erhalten werden. Auch ein physikalisches Schäumen ist denkbar. Im fünften Verfahrensschritt E lässt man den Thermoplasten abkühlen und entnimmt das fertige Bauteil, das an beiden Aussenseiten als Verstärkung Fasergewebe oder -gelege aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Bauteil in Form einer ebenen, ge- bogenen, gekrümmten oder abgeknickten Platte mit einer mittleren Wanddicke von 3 bis 20 mm, umfassend eine Wirrfaserlagen enthaltende Kernschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff und an beiden Aussenseiten als Verstärkung ein Fasergewebe oder -gelege, das jeweils mit den angrenzenden Wirrglasfaserlagen der Kernschicht vernadelt ist und den gleichen thermoplastischen Kunststoff wie die Kernschicht enthält. Die erfindungsgemässen Bauteile können auch als "Flächengebilde" bezeichnet werden, es handelt sich in den meisten Fällen aber nicht um ebene Gebilde bzw. Platten. Insbesondere können diese Bauteile mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden. Die Platten können 20 bis 250 cm, insbesondere 40 bis 100 cm breit und lang und 5 bis 100 cm, insbesondere 10 bis 50 cm hoch sein und eine Wanddicke von 3 bis 20 mm, insbesondere von 5 bis 10 mm aufweisen. Da die Bauteile auch eine unregelmässige Form haben können, sind die Masse für Breite, Länge und Höhe Maximalwerte; wegen der möglichen unterschiedlichen Dicke der Teile sind die Masse für die Dicke Mittelwerte. Die erfindungsgemäss hergestellten Bauteile können vor allem im Automobilbereich verwendet werde, z.B. als Frontends, Seitentürträger, Unterbodenverkleidungen, Batterieträger, Instrumententafelträger oder für Sitzschalen und Lehnen, aber auch als Stossfängerträger, Fussgängerschutzträger und für ganze oder segmentierte Bodenstrukturen. Schliesslich können sie auch im Nichtautomobilbereich angewandt werde, z.B. bei grossen Behältern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend als zeitliche Abfolge anhand der Zeichnungen näher beschrieben, welche jeweils in einem Vertikal- schnitt zeigen:
Fig. 1 ein offenes Formwerkzeug, an dessen Innenwand ein flächiger Zuschnitt angelegt ist; Fig. 2 das Formwerkzeug der Fig. 1 , nach dem Zufahren;
Fig. 3 das Formwerkzeug der Fig. 2, nach dem erneuten Öffnen;
Fig. 4 das Formwerkzeug der Fig. 3, beim Einspritzen der Thermoplast- schmelze;
Fig. 5 das Formwerkzeug der Fig. 4, nach erfolgtem weiterem Schliess- hub; Fig. 6 das Formwerkzeug der Fig. 5, bei der Entnahme des fertigen Bauteils.
Das in den Figuren schematisch dargestellte Formwerkzeug umfasst eine als Matrize ausgestaltete linke Werkzeughälfte 2 mit einer vertikalen Wand 4, die mit einer Einspritzöffnung 6 sowie mit ein- und ausfahrbaren Dornen 8 ausgestattet ist. Weiterhin umfasst das Formwerkzeug eine als Patrize ausgestaltete rechte Werkzeughälfte 10 sowie eine an die Einsphtzöffnung 6 anschliessbare Ein- spritzvorhchtung 12 für Thermoplastschmelze.
Ein flächiger Zuschnitt 14, der wie weiter oben beschrieben beschaffen ist, wird zunächst auf oder über die Erweichungstemperatur des Thermoplasten erwärmt und danach an die Innenwand 16 der linken Werkzeughälfte 2 angelegt. Wie aus Figur 1 ersichtlich, dringen die Dorne 8 in den Zuschnitt 14 ein und halten diesen in der gewünschten Position. Anschliessend wird das Werkzeug zugefahren, indem die rechte Werkzeughälfte 10 wie in der Figur 2 dargestellt mit der Innenwand 18 voran in die linke Werkzeughälfte 2 eingeschoben wird. Dabei wird der Zuschnitt 14 verdichtet und die an den beiden Innenwänden 16 und 18 anliegenden Randbereiche des Zuschnitts verfestigt und haften dort an. Zu diesem Zeitpunkt sind die Dorne 8 nicht mehr erforderlich und werden deshalb bereits wieder eingefahren.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das Werkzeug gemäss Figur 3 auf die gewünschte Weite wieder geöffnet, wobei die an den Innenwänden 16 und 18 angrenzenden Thermoplastbereiche des Zuschnitts 14 an den Innenwänden haf- ten. Demzufolge wird im Kernbereich des Zuschnitts ein Spaltbereich 20 gebildet. Daraufhin wird gemäss Figur 4 eine vorbestimmte Menge an Thermoplastschmelze 22 in den Spaltbereich 20 eingespritzt.
Im gezeigten Beispiel erfolgt noch ein weiterer Schliesshub, wobei wie in Figur 5 dargestellt die rechte Werkzeughälfte 10 weiter in die linke Werkzeughälfte 2 geschoben wird. Dadurch wird die Polymerschmelze 22 im ganzen Innenraum des Formwerkzeugs verteilt.
Schliesslich wird der Thermoplast abgekühlt, das Werkzeug wieder auseinander gefahren und das nunmehr fertige Bauteil 24 entnommen.

Claims

Patentansprüche
1 . Spritzgussverfahren zur Herstellung von Bauteilen durch Einspritzen einer Thermoplastschmelze in ein Formwerkzeug, gekennzeichnet durch folgen- de Schritte:
A. ein flächiger Zuschnitt (14) mit zwei oder mehreren Fasergeweben oder -gelegen, die ein- oder beidseitig mit einer Wirrfaserlage verbunden und mit einem thermoplastischen Kunststoff getränkt sind, wird über die Erweichungstemperatur des Thermoplasten erwärmt,
B. der Zuschnitt wird an eine der beiden Innenwände (16, 18) des Formwerkzeugs angelegt, C. das Werkzeug wird zugefahren, so dass der Zuschnitt verdichtet wird und die an den beiden Innenwänden anliegenden Randbereiche der Zuschnitte verfestigt werden und dort anhaften,
D. das Werkzeug wird auf die gewünschte Weite wieder geöffnet und die Thermoplastschmelze wird eingespritzt,
E. der Thermoplast wird abgekühlt, das Werkzeug geöffnet und das gebildete Bauteil (24) entnommen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten D und E das Werkzeug wieder teilweise zugefahren wird, um durch diesen weiteren Schliesshub die Thermoplastschmelze im Zuschnitt zu verteilen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten A und D die Zuschnitte auf Grund von Rückstell kräften der Wirrfa- serlagen um den Faktor 1.2 bis 5 senkrecht zur Zuschnitt- Ebene aufgeweitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Zuschnitt zwei oder vier Glasfasergewebe oder -gelege enthält, die beidseitig mit einer Wirrglasfaserlage vernadelt sind oder einseitig auf der der Werkzeuginnenwand abgewandten Seite mit einer Wirrglasfaserlage vernadelt und vorzugsweise auf der anderen Seite mit einem dünnen Glasfaservlies laminiert sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt im Wesentlichen die Form des späteren Bauteils hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt aus Einzelstücken oder Streifen gebildet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Werkzeuginnenwand (16) nach innen ragende Nadeln, Stifte oder Dorne (8) angebracht sind, die den im Schritt B eingelegten Zuschnitt durchstechen und diesen dadurch an der Innenwand fixieren, und dass im
Schritt C diese Nadeln, Stifte oder Dorne wieder zurückgezogen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der im Schritt D eingespritzte Thermoplast Kurzfasern und/oder mine- rausche Füllstoffe und/oder Treibmittel enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuschnitt und in der eingespritzten Schmelze jeweils der gleiche thermoplastische Kunststoff enthalten ist. -U
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff Polypropylen ist.
11. Bauteile in Form von ebenen, gebogenen, gekrümmten oder abgeknickten Platten (24) mit einer Wanddicke von 3 bis 20 mm, umfassend eine Wirrfaserlagen enthaltende Kernschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff und an beiden Aussenseiten als Verstärkung ein Glasfasergewebe oder - gelege, das jeweils mit der angrenzenden Wirrglasfaserlage der Kernschicht vernadelt ist und den gleichen thermoplastischen Kunststoff wie die Kernschicht enthält.
12. Bauteile nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht Kurzfasern und/oder mineralische Füllstoffe enthält und/oder geschäumt ist.
13. Verwendung der Bauteile nach Anspruch 11 oder 12 als strukturelle Automobilteile.
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