用于與最終輪廓相符地制造可承受高機(jī)械負(fù)荷的塑料構(gòu)件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于與最終輪廓相符地制造可承受高機(jī)械負(fù)荷的塑料構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可承受高機(jī)械負(fù)荷的塑料構(gòu)件優(yōu)選由熱固性塑料材料制成。這些材料在注射過程中具有非常稀的液態(tài)的或低粘度的反應(yīng)材料的特征，這導(dǎo)致至少在一個(gè)相應(yīng)的注射模具的各個(gè)組分之間的模具分型面上構(gòu)成毛刺的大趨勢(shì)。
[0003]熱固性塑料材料在與纖維結(jié)合作為所謂的纖維復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)用中得到進(jìn)一步的機(jī)械改進(jìn)(Ertuechtigung)。纖維復(fù)合材料構(gòu)件連同埋置的(bettend)母體以及增強(qiáng)的纖維，一般僅僅包括兩種主要組分。通過這兩種組分彼此之間的相互作用，纖維復(fù)合材料構(gòu)件比兩種單獨(dú)參與的組分中的任一種組分獲得更高質(zhì)量的性能。在此，極細(xì)的和非?？估睦w維通過它們的密度和它們的單絲的有針對(duì)性的取向而非常顯著地有助于定制的纖維復(fù)合材料構(gòu)件的強(qiáng)度。
[0004]下面作為用于制造可承受高機(jī)械負(fù)荷的塑料構(gòu)件的方法還援引用于制造纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)件的樹脂傳遞模塑成型方法或縮寫RTM方法，但本發(fā)明并不局限在這種應(yīng)用情況上。在RTM方法中，在具有復(fù)雜幾何形狀的構(gòu)件的情況下通過所謂的預(yù)制坯料實(shí)現(xiàn)由熱固性塑料材料來制造構(gòu)件。預(yù)制坯料理解為隨后裝入打開的模具中的、預(yù)制的纖維體。在此通常將預(yù)制坯料置于模具的完成的構(gòu)件型腔的邊緣上方并且紡織物與此相應(yīng)地伸到模具的分型面中。以眾所周知的方法然后經(jīng)由需事先單獨(dú)置入模具中的、環(huán)繞的密封繩實(shí)現(xiàn)分型面中的密封。這種技術(shù)能夠在利用母體浸漬紡織物時(shí)在紡織結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)非常均勻的滲入性。
[0005]對(duì)紡織物的浸漬受到樹脂系的粘度和纖維材料的滲入性影響。成型模具的和/或樹脂的溫度除了纖維材料的滲透性之外還確定流動(dòng)路徑，通過這種方式可以使對(duì)紡織物的浸漬最佳化。然而由于這些參數(shù)的變化無法實(shí)現(xiàn)無毛刺的、接近最終輪廓的(endkonturnah)生產(chǎn)。
[0006]RTM構(gòu)件的生產(chǎn)伴隨有高的生產(chǎn)技術(shù)費(fèi)用。在此除了花費(fèi)大的預(yù)制坯料過程之外在樹脂灌注和硬化之后還必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行再加工并且使其具有最終輪廓。經(jīng)常利用激光射線切割或水噴射切割來進(jìn)行這個(gè)剪切，其中，產(chǎn)生作為下腳料的硬化的纖維增強(qiáng)塑料或者說縮寫為FKV，該下腳料利用現(xiàn)有技術(shù)的回收方法幾乎不能再利用。這個(gè)附加的生產(chǎn)步驟還意味著更高的構(gòu)件成本。
[0007]在剪切構(gòu)件之后，銳利的邊棱和纖維端暴露在纖維復(fù)合材料的邊棱上。為了避免濕氣擴(kuò)散到切邊中，在需要時(shí)還必須將這些切邊封閉，這意味著材料的附加額外花費(fèi)和生產(chǎn)中的加工時(shí)間。
[0008]已知方法的另一缺點(diǎn)在于:注射時(shí)在裝入的預(yù)制坯料與模具邊緣之間的公差過大的情況中在模具壁上的低粘度的反應(yīng)組分會(huì)超前(Voreilen)。結(jié)果則是空氣通場(chǎng)被關(guān)在預(yù)制坯料中。
[0009]隨著新的接近最終輪廓或者接近最終外廓尺寸的生產(chǎn)，也稱為“Near-Netshape” (近凈成形)工藝，人們追求制造與輪廓相符的預(yù)制還料的目標(biāo)，這些預(yù)制坯料與構(gòu)件的最終輪廓如此程度地相符，從而可以避免耗費(fèi)時(shí)間的和成本非常高的再加工步驟。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的和可再現(xiàn)的RTM過程，必須確保的是:原始參數(shù)始終是相同的。除了母體的流變特性之外，首先預(yù)制坯料在幾何形狀和滲入性方面的性質(zhì)很重要。這首先通過自動(dòng)化的接近最終輪廓的預(yù)成型實(shí)現(xiàn)。通過顯著減少后續(xù)的加工過程如輪廓銑削和切邊封閉而產(chǎn)生“Near-Netshape”結(jié)構(gòu)的其它優(yōu)點(diǎn)。
[0010]新的工藝在此著手對(duì)紡織預(yù)制坯料事先進(jìn)行精細(xì)剪切。在此，在預(yù)制坯料過程之后例如利用激光對(duì)成型的紡織物進(jìn)行裁剪并且將其以小的公差置入模具中。然而這種由DLR(德國(guó)航空航天中心)開發(fā)的并且還稱為“Evo RTM”的用于生產(chǎn)復(fù)雜的CFK(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)結(jié)構(gòu)作為大量的接近最終輪廓的量產(chǎn)構(gòu)件的方法的費(fèi)用非常高并且因此僅僅適合于較少的件數(shù)如它們例如在航空工業(yè)中發(fā)生的那樣。
[0011]另外，現(xiàn)有技術(shù)的特殊的紡織技術(shù)是眾所周知的，這些紡織技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制坯料的限定的邊棱封閉。
[0012]由DE 696 07 445 T2或EP 0 780 213 B1作為用于改進(jìn)對(duì)RTM構(gòu)件的生產(chǎn)的可能性已知了一種方法。這種方案也應(yīng)該通過如下方式提供一種防止在模具邊緣上的反應(yīng)組分超前并且因此將空氣關(guān)在需制造的工件中的危險(xiǎn)的解決方案，即，在裝入干燥的預(yù)成形件之后將可熱激活的、可泡漲的粘合材料沿著需制造的構(gòu)件的至少一個(gè)邊緣安置在注射模具與預(yù)成形件之間，并且在注射模具閉合之后通過加熱整個(gè)模具將其激活。然后才將樹脂置入閉合的模具中并使它聚合，使得泡漲的、聚合的粘合材料成為完成的構(gòu)件的整體的組成部分。然而該構(gòu)件特別是在模具分型面的區(qū)域中以沒有纖維添加物的聚合的粘合材料的形式顯示出與其余的RTM構(gòu)件所顯示的完全不同的機(jī)械參數(shù)。
[0013]面狀構(gòu)件諸如客車車頂、擋泥板或發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)是現(xiàn)有技術(shù)。在纖維增強(qiáng)塑料(FKV)構(gòu)件制造中的自動(dòng)化需求越來越受到成本驅(qū)動(dòng)，然而可再現(xiàn)性、可追溯的和有力的過程在最好地充分利用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)潛能的同時(shí)也是完全自動(dòng)化的推動(dòng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是:提供一種用于與最終輪廓相符地制造可承受高機(jī)械負(fù)荷的塑料構(gòu)件的方法，該方法緩解已知方法的特別是涉及昂貴的再加工的上述缺點(diǎn)，并且同時(shí)還提高在模具分型面周圍的區(qū)域的負(fù)荷能力。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過權(quán)利要求1的特征通過如下方式實(shí)現(xiàn):一種用于與最終輪廓相符地制造可承受高機(jī)械負(fù)荷的塑料構(gòu)件的方法，在該方法中，首先在第一步驟中，在包括陰模和陽模的閉合的模具中實(shí)施利用熱塑性造型材料的注射過程，在其中使用高粘度的熱塑性造型材料，以便在陰模與陽模之間的模具分型面中實(shí)現(xiàn)模具或者型腔相對(duì)接著在第二步驟中使用的低粘度的造型材料K2的充分密封，該方法的特征在于:在第二步驟之前擴(kuò)大模具的型腔，使得在注射粘度很低的造型材料并且在該造型材料硬化之后由熱塑性造型材料構(gòu)成的密封如下程度地固定在粘度很低的造型材料上或內(nèi)，使得它們構(gòu)成一個(gè)復(fù)合材料構(gòu)件。
[0016]在第一步驟中在閉合的模具中實(shí)施利用熱塑性造型材料的注射過程，在該注射過程中使用高粘度的熱塑性造型材料，以便在陰模與陽模之間的模具分型面中實(shí)現(xiàn)模具或者型腔相對(duì)在第二步驟中注射到模具中的粘度很低的造型材料的充分密封。如此產(chǎn)生的復(fù)合材料構(gòu)件由于熱塑性塑料的一部分集中在模具分型面或者分型線上的狹窄的區(qū)域上的事實(shí)，不是作為機(jī)械特性復(fù)合材料構(gòu)件而是近似地可以進(jìn)一步一律視為熱固性構(gòu)件。此外，完成的構(gòu)件上的邊框狀的(saumartig)密封區(qū)域至少具有所置入的第一塑料或熱塑性造型材料的機(jī)械特性。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，然后與用于加工反應(yīng)的造型材料的過程組合隨著對(duì)熱塑性造型材料的注射還可以在模具分型面內(nèi)很好地密封注射模具。在這種情況下，粘度比