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WO2008101360A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen aus luftporenhaltigem, faserverstärktem polypropylen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formteilen aus luftporenhaltigem, faserverstärktem polypropylen Download PDF

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Publication number
WO2008101360A1
WO2008101360A1 PCT/CH2008/000068 CH2008000068W WO2008101360A1 WO 2008101360 A1 WO2008101360 A1 WO 2008101360A1 CH 2008000068 W CH2008000068 W CH 2008000068W WO 2008101360 A1 WO2008101360 A1 WO 2008101360A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blank
polypropylene
strips
fiber
mold
Prior art date
Application number
PCT/CH2008/000068
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Pfeiffer
Harri Dittmar
Karl-Ludwig Brentrup
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 DE112008000340.8T priority Critical patent/DE112008000340B4/de
Priority to US12/527,598 priority patent/US8043542B2/en
Publication of WO2008101360A1 publication Critical patent/WO2008101360A1/de

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    • B29L2031/3005—Body finishings
    • B29L2031/3041—Trim panels

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of lightweight molded parts from fiber-reinforced polypropylene, wherein in a two-part form a blank A of a flat semi-finished fiber-reinforced polypropylene with a content of 35 to 80 wt.% Reinforcing fibers and a content of uniformly distributed air pores of 20 up to 80 vol.% inserts, hot pressed and deformed.
  • Thermoplastically deformable semi-finished slabs made of glass fiber reinforced polypropylene, so-called GMT plates, have long been used for the production of molded parts, in particular for motor vehicle parts. Such, in general 0.5 to 3 mm thick "plastic sheets" are characterized by high toughness and strength.
  • GMT is flowable, so that it completely fills the inner contours of the mold during the hot-pressing of the semifinished product into finished parts.
  • GMT semi-finished products are manufactured on a large scale by combining endless glass mats and polypropylene melt paths on a double belt press. This procedure requires a lot of energy because the viscous melt must be pressed at pressures well above 1 bar in the mat. Fiber contents of more than 45% by weight are difficult to achieve in practice.
  • semi-finished slabs which also consist of glass fiber reinforced polypropylene, but contain air voids in even distribution, so that finished parts made of it are lighter and more sound absorbing than prefabricated parts made of GMT semifinished product.
  • air pore-containing semi-finished boards are produced, which also consist of glass fiber reinforced polypropylene, but contain air voids in even distribution, so that finished parts made of it are lighter and more sound absorbing than prefabricated parts made of GMT semifinished product.
  • BESTATIGUNGSKOPIE much less energy consuming. They are produced in practice by two methods:
  • polypropylene fibers and glass fibers are mixed, the resulting mixed fleece is needled, heated to temperatures above the softening point of the polypropylene and pressed on a double belt press at pressures below 1 bar.
  • chopped glass fiber bundles and polypropylene particles are dispersed in an aqueous solution of an emulsifier, the dispersion is pressed off, dried and hot-pressed. The resulting plate is thermally expanded to a porous semi-finished product.
  • the invention therefore an object of the invention to overcome these disadvantages.
  • This object is achieved in accordance with the invention by forming a preferably rectangular blank A from a flat semi-finished product of fiber-reinforced polypropylene with a content of 35 to 80% by weight of reinforcing fibers and a content of uniformly distributed air pores of 20 to 80% by volume to one Temperature above the softening point of the polypropylene lens is warmed, pressed into a two-part mold, pressed and thereby deformed, wherein one or more strips B of polypropylene having a content of 0 to 60 wt.% Reinforcing fibers and an air entrained content of less than 5 vol.%, Based on a Temperature above the softening point of the polypropylene were heated, co-pressed on the edge of the blank overlapping.
  • a porous mixed fiber fleece e.g. made of glass fibers and polypropylene fibers, pressed in a two-part tool so that the porosity of the web is largely retained in the interior, while at the edge and partly also in the interior where there is only a small distance between the die and male, highly compressed bodies arise.
  • Air-entrapped semi-finished products are known and commercially available as sheets or sheets of a width of preferably 300 to 2300 mm, e.g. SYMALITE of Quadrant Plastic Composites AG, SEEBERLITE of Röchling Automotive AG, ACOUSTIMAX of Owens Corning Corp., SUPERLITE of Azdel Inc. and KAMAMTEC of Karam Tech Co.
  • These semi-finished products are generally 0.5 to 10 mm thick, preferably 1 to 5 mm thick, before expansion. They consist of fiber-reinforced polypropylene with a melt index MFI (230 0 C, 2.16kp) of 12 to 200, preferably 15 to 75 g / 10min and contain 35 to 80, preferably 40 to 70 wt.% Reinforcing fibers, which are preferably needled.
  • Reinforcing fibers are mainly glass fibers in question, besides those made of carbon, basalt, polyester or other high-strength synthetic fibers. Natural fibers are also suitable, for example jute, flax, hemp, sisal, kenaf or cotton.
  • the fibers generally have an average length (weight average) of from 10 to 100, preferably from 20 to 50 mm.
  • the semifinished product has an air pore content of from 20 to 80, preferably from 35 to 70,% by volume before expansion. When heated to temperatures above the softening point of the polypropylene, this expands - A -
  • Semifinished product due to the restoring forces of the fibers to more than twice, preferably to three to ten times its original thickness.
  • a blank A from the semi-finished product described is placed in a two-part mold.
  • a semifinished sheet or plate is formed into a preferably rectangular blank, which is e.g. 1000 to 2000 mm long and 300 to 1000 mm wide and has approximately the dimensions of the molding, cut out and inserted into the mold.
  • one or more strips B are then made of polypropylene containing from 0 to 60% by weight of reinforcing fibers and having a content of air voids of less than 5% by volume, preferably less than 1% by volume, which is also at a temperature above that Softening point of the polypropylene were heated, co-pressed on the edge of the blank overlapping.
  • at least 30%, preferably at least 60% and in particular 100% of the edge of the blank A should be overlapped by the strips B and the overlap should be on average 5 to 50 mm.
  • strip B is preferably a flat GMT semi-finished in question, which consists of fiber-reinforced polypropylene with a melt flow MFI (230 0 C, 2.16kg) from 20 to 500, in particular from 80 to 200 g / 10min, which 20 to 60 wt. % needled, non-directional Verstärkungsfasem, preferably glass fibers having an average length (weight average) of 5 to 50, in particular 10 to 40 mm, and preferably contains no air pores at all.
  • the strips B are generally 0.5 to 8 mm, preferably 1 to 5 mm thick and 20 to 100, preferably 50 to 80 mm wide. They can be cut out of commercially available GMT plates.
  • LFT semi-finished product consists of polypropylene with a melt index MFI (23O 0 C, 2.16kp) of 20 to 500, preferably from 80 to 200 g / 10min and 20 to 60 wt.% Unvernadelten glass fibers of an average length (weight average) of 2 to 30 mm.
  • the blank A and the strips B are heated outside the mold to a temperature above the softening point of the polypropylene, preferably to 180 to 220 ° C., with both the blank and the strips expanding. They are then inserted into the mold, consisting of female and male. This preferably has in the region of the overlap a "clamping and sealing point" in the form of a circumferential ridge, which is intended to prevent the softened, flowable GMT or LFT material flows through its high pressure in the zone of the air-porous blank.
  • the distance between the die and male part is comparatively small, so that a very high pressure, eg from 100 to 250 bar, builds up during the pressing, while in the region of the blank the distance is much greater, so that there only a pressure of eg 2 to 5 bar prevails.
  • the GMT or LFT material Upon heating, the GMT or LFT material becomes molten due to the relatively high melt index of the polypropylene, while the air-porous blank merely softens, because here the polypropylene usually has a lower melt index and the pressure in this area is much lower.
  • pressing which is generally 10 to 100, preferably 15 to 60 sec Therefore, the blank A drapes only on the contours of the mold in the z-direction and retains an air-pore content of eg 10 to 80 vol%, while the strips B flow due to the high pressure in the edge regions of the mold and are completely compressed. In this way it is also possible to fill in lateral recesses in the matrix, so that bulges, side projections and functional points can be formed on the molded part, eg fastening clips, tabs, sleeves and other inserts.
  • Figures 1a and 1b show schematically and not to scale a section through the mold, consisting of die 1 with recesses 2, web 3 and 4 Pat- rize (shown only in Figure 1 b), as well as a blank 6 and a strip 5, once in open and once closed state.
  • the die is provided with a guide edge 7 which surrounds a support surface 8 for the male part 4.
  • FIG. 2 shows a plan view of the opened mold, in which the blank 6 and four strips 5, 5a, 5b, 5c are overlapped on the die 1 with recesses 2 for bulges and tabs.
  • the strips 5, 5a, 5b, 5c and the blank 6 are pressed together in an overlapping region 9 in the vicinity of the web 3.
  • the strips B are produced by injection molding, whereby even more complex structures can be produced.
  • inserts are used, as is customary in the injection molding for the production of components of two or more different polymers.
  • a first method step the area of the component which is to consist of the porous composite material is produced with a rectangular blank. This first step corresponds to the usual processing in the compression molding process.
  • a second method step the remaining area of the component is then injection-molded, the outer contours being produced and complex functional locations being able to be integrated.
  • the areas which are filled by injection molding can be released by a corresponding slide device in the tool after the pressing stage, or it is a second tool half after turning the tool used. To increase the economic efficiency, this technology can also be implemented with multiple cavities (more than one component per tool).
  • the strips B can with a melt index MFI in this embodiment, made of polypropylene (230 0 C, 2.16kg) of 20 to 400, preferably 80 to 200 g / 10min exist, the 20 to 50 percent with from 0 to 60, preferably.%, Based to the mixture, glass fibers of an average length (weight average) of 0.01 to 10 mm, preferably 0.1 to 3 mm may be mixed.
  • Unreinforced or reinforcing fiber-containing polypropylene can be used in the form of granules and melted, or the polymer and the fibers are blended and melted directly on-site on commercial compounders, which further increases the economy.
  • the moldings produced according to the invention are characterized by their relatively low weight with high rigidity and tear strength and by good noise attenuation, as well as the ability to produce very large components economically. They can be used as exterior and interior parts in the automotive sector, e.g. used as headliner, underbody paneling, trunk cover and hat racks, also as wood substitute, e.g. in the construction industry and in the furniture industry.
  • Example A cut from polypropylene with an MFI of 25 g / 10 min, a content of glass fibers with an average length of 50 mm and an air pore content of 55 By volume. % with the dimensions 350 x 1800 x 2.5 mm, and four strips of GMT semi-finished product with a thickness of 3.8 mm, a width of 60 mm, with two strips 1770 mm and two strips 60 mm long, each at 210 0 C. heated.
  • the GMT strips expand to a thickness of 8 mm and the blank to a thickness of 12 mm.
  • the mold is closed by placing the patrix, whereby the distance between male and female in the area of the blank is 4 mm and in the area of the strips 1.5 mm. Finally, the approximately 40 0 C cold form is pressurized for 45 sec. The GMT strips are pressed to a thickness of 1.5 mm and the blank to 4 mm, both of which connect at the overlapping point (see Figure 1 b). The finished part has an air pore content of 65% by volume in the central region.

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Abstract

Die Erf indung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten Formteilen, wobei man in eine zweiteilige Form einen erwärmten Zuschnitt aus luftporenhaltigem, faserverstärktem Polypropylen (6) und an dessen Rand überlappend erwärmte Streifen aus luftporenfreiem, faserverstärktem Polypropylen (5) einlegt, verpresst und dabei verformt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus luftporenhaltiαem, faserverstärktem Polypropylen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten Formteilen aus faserverstärktem Polypropylen, wobei man in eine zweiteilige Form einen Zuschnitt A aus einem flächigen Halbzeug aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Gehalt von 35 bis 80 Gew.% Verstärkungsfasern und einem Gehalt an gleichmässig verteilten Luftporen von 20 bis 80 Vol.% einlegt, heiss verpresst und dabei verformt.
Thermoplastisch verformbare Halbzeugplatten aus glasfaserverstärktem Polypropylen, so genannte GMT-Platten, werden seit längerer Zeit zur Herstellung von Formteilen, insbesondere für Kraftfahrzeugteile eingesetzt. Derartige, im allgemeinen 0.5 bis 3 mm dicke "Kunststoffbleche" zeichnen sich durch hohe Zähigkeit und Festigkeit aus. Darüber hinaus ist GMT fliessfähig, so dass es beim Heissverpressen des Halbzeugs zu Fertigteilen die Innenkonturen der Werkzeugform vollständig ausfüllt. GMT-Halbzeug wird in grosstechnischem Mass- stab hergestellt durch Zusammenführen von Endlos-Glasmatten und Polypropylen-Schmelzebahnen auf einer Doppelbandpresse. Diese Arbeitsweise erfordert einen hohen Energieaufwand, da die zähflüssige Schmelze bei Drücken weit oberhalb von 1 bar in die Matte eingepresst werden muss. Fasergehalte von mehr als 45 Gew.% sind in der Praxis nur schwierig zu erreichen.
Um diese Nachteile zu beheben, wurden neuerdings Halbzeugplatten entwickelt, die ebenfalls aus glasfaserverstärktem Polypropylen bestehen, aber Luftporen in gleichmässiger Verteilung enthalten, so dass daraus hergestellte Fertigteile leichter und Geräusch absorbierender sind als Fertigteile aus GMT-Halbzeug. Darüber hinaus ist die Herstellung derartiger luftporenhaltiger Halbzeugplatten
BESTATIGUNGSKOPIE wesentlich weniger energieaufwendig. Sie werden in der Praxis nach zwei Verfahren hergestellt:
Bei einem Trockenverfahren, z.B. nach WO 2006/105682, werden Polypropylen- fasern und Glasfasern vermischt, das erhaltene Mischvlies wird vemadelt, auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens erwärmt und auf einer Doppelbandpresse bei Drücken unterhalb von 1 bar verpresst.
Bei einem Nassverfahren werden Schnittglasfaserbündel und Polypropylenparti- kel in einer wässrigen Lösung eines Emulgiermittels dispergiert, die Dispersion wird abgepresst, getrocknet und heiss verpresst. Die dabei erhaltene Platte wird thermisch zu einem porösen Halbzeug expandiert.
Derartige luftporenhaltige Halbzeuge sind jedoch im allgemeinen nicht fliessfä- hig, so dass zur Herstellung von Fertigteilen ein Formpress-Verfahren angewandt werden muss. Zur Herstellung von Bauteilen mit von der Rechteckform abweichenden Massen durch Verpressen in zweiteiligen Formwerkzeugen müssen dabei aus den Halbzeugplatten zunächst entsprechende Zuschnitte herausgestanzt werden, oder man muss nach dem Verpressen nacharbeiten, was e- benfalls zu erheblichen Mengen an Stanzabfällen führen kann. Dabei wird ein zweiter, kostenträchtiger Arbeitsgang notwendig. Ausserdem müssen Funktionsstellen, z.B. Befestigungsteile, die sich nicht im Formpressverfahren herstellen lassen, eigens angeschweisst werden.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man einen vorzugsweise rechtwinkligen Zuschnitt A aus einem flächigen Halbzeug aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Gehalt von 35 bis 80 Gew.% Verstärkungs- fasern und einem Gehalt an gleichmässig verteilten Luftporen von 20 bis 80 Vol.% auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropy- lens erwärmt, in eine zweiteilige Form einlegt, verpresst und dabei verformt, wobei man einen oder mehrere Streifen B aus Polypropylen mit einem Gehalt an 0 bis 60 Gew.% Verstärkungsfasem und einem Gehalt an Luftporen von weniger als 5 Vol.%, die auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Po- lypropylens erwärmt wurden, am Rand des Zuschnitts überlappend mitverpresst.
Nach DE-A 2005 029 729 wird zur Herstellung von Formteilen ein poröses Mischfaservlies, z.B. aus Glasfasern und Polypropylenfasern, in einem zweiteiligen Werkzeug so verpresst, dass im Innenbereich die Porosität des Vlieses weitgehend erhalten bleibt, während am Rand und teilweise auch im Innenbereich dort, wo zwischen Matrize und Patrize nur ein geringer Abstand besteht, hoch verdichtete Stellen entstehen.
Luftporenhaltige Halbzeuge sind bekannt und als Bahnen oder Platten einer Bre- ite von vorzugsweise 300 bis 2300 mm im Handel erhältlich, z.B. SYMALITE der Quadrant Plastic Composites AG, SEEBERLITE der Röchling Automotive AG, ACOUSTIMAX der Owens Corning Corp., SUPERLITE der Azdel Inc. und KA- RAMTEC der Karam Tech Co.
Diese Halbzeuge sind vor der Expansion im allgemeinen 0.5 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm dick. Sie bestehen aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kp) von 12 bis 200, vorzugsweise 15 bis 75 g/10min und enthalten 35 bis 80, vorzugsweise 40 bis 70 Gew.% Verstärkungsfasern, die vorzugsweise vernadelt sind. Als Verstärkungsfasern kommen vor allem Glasfasern in Frage, daneben solche aus Kohlenstoff, Basalt, Polyester oder andere hochfeste synthetische Fasern. Auch Naturfasern sind geeignet, z.B. aus Jute, Flachs, Hanf, Sisal, Kenaf oder Baumwolle. Die Fasern weisen im allgemeinen eine mittlere Länge (Gewichtsmittel) von 10 bis 100, vorzugsweise von 20 bis 50 mm auf. Das Halbzeug hat vor der Expansion einen Luftporenge- halt von 20 bis 80, vorzugsweise von 35 bis 70 Vol.%. Beim Erwärmen auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens expandiert das - A -
Halbzeug aufgrund der Rückstellkräfte der Fasern auf mehr als das doppelte, vorzugsweise auf das drei- bis zehnfache seiner ursprünglichen Dicke.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von Formteilen wird ein Zuschnitt A aus dem beschriebenen Halbzeug in eine zweiteilige Form eingelegt. Dazu wird zunächst aus einer Halbzeugbahn oder -platte ein vorzugsweise rechtwinkliger Zuschnitt, der z.B. 1000 bis 2000 mm lang und 300 bis 1000 mm breit ist und etwa die Dimensionen des Formteils aufweist, herausgeschnitten und in die Form eingelegt. Erfindungsgemäss werden dann einer oder mehrere Streifen B aus Polypropylen mit einem Gehalt von 0 bis 60 Gew.% Verstärkungsfasern und einem Gehalt an Luftporen von weniger als 5 Vol.%, vorzugsweise von weniger als 1 Vol.%, die ebenfalls auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens erwärmt wurden, am Rand des Zuschnitts überlappend mitverpresst. Dabei soll mindesten 30%, vorzugsweise mindestens 60% und insbesondere 100% des Randes des Zuschnitts A von den Streifen B überlappt sein und die Überlappung soll im Mittel 5 bis 50 mm betragen.
Als Streifen B kommt vorzugsweise ein flächiges GMT-Halbzeug in Frage, das aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kg) von 20 bis 500, insbesondere von 80 bis 200 g/10min besteht, welches 20 bis 60 Gew.% vernadelte, ungerichtete Verstärkungsfasem, vorzugsweise Glasfasern mit einer mittleren Länge (Gewichtsmittel) von 5 bis 50, insbesondere 10 bis 40 mm, und vorzugsweise überhaupt keine Luftporen enthält. Die Streifen B sind im allgemeinen 0.5 bis 8 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm dick und 20 bis 100, vor- zugsweise 50 bis 80 mm breit. Sie können aus handelsüblichen GMT-Platten herausgeschnitten werden. Vor dem Verpressen werden sie überlappend entweder auf oder vorzugsweise unter den Rand des Zuschnitts A in die Form eingelegt. Beim Erwärmen über den Erweichungspunkt des Polypropylens expandiert auch das GMT-Halbzeug. AIs Streifen B können auch solche aus LFT-Halbzeug eingesetzt werden. LFT- Halbzeug besteht aus Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (23O0C, 2.16kp) von 20 bis 500, vorzugsweise von 80 bis 200 g/10min und 20 bis 60 Gew.% unvernadelten Glasfasern einer mittleren Länge (Gewichtsmittel) von 2 bis 30 mm. Es wird hergestellt durch Vermischen von Polypropylen und Endlos- Glasfasern oder Schnittglasfasern auf einem Zweiwellenextruder, wobei die Glasfasern je nach Scherwirkung der Extruderschnecken auf die gewünschte Länge verkürzt werden. Die Mischung wird je nach Düsenquerschnitt entweder als Schmelzestrang oder als Schmelzebahn aus dem Extruder ausgepresst. Der ausgepresste Strang bzw. die Bahn werden auf einem Transportband abgelegt, auf die gewünschte Länge geschnitten, falls erforderlich wieder erwärmt und auf oder vorzugsweise unter den Rand des Zuschnitts A in die Form eingelegt.
In beiden Fällen werden der Zuschnitt A und die Streifen B ausserhalb der Form auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens, vorzugsweise auf 180 bis 220 0C erwärmt, wobei sowohl der Zuschnitt als auch die Streifen expandieren. Sie werden dann in die Form, bestehend aus Matrize und Patrize, eingelegt. Diese weist vorzugsweise im Bereich der Überlappung eine "Klemm- und Dichtstelle" in Form eines umlaufenden Stegs auf, der verhindern soll, dass das erweichte, fliessfähige GMT- bzw. LFT-Material durch seinen hohen Druck in die Zone des luftporenhaltigen Zuschnitts fliesst. Ausserdem ist im Bereich des Streifens der Abstand zwischen Matrize und Patrize verhältnismäs- sig gering, so dass beim Verpressen sich hier ein recht hoher Druck, z.B. von 100 bis 250 bar, aufbaut, während im Bereich des Zuschnitts der Abstand viel grösser ist, so dass dort nur ein Druck von z.B. 2 bis 5 bar herrscht.
Beim Erwärmen wird das GMT- bzw. LFT-Material aufgrund des relativ hohen Schmelzindex des Polypropylens schmelzflüssig, während der luftporenhaltige Zuschnitt lediglich erweicht, weil hier das Polypropylen meist einen geringeren Schmelzindex hat und der Pressdruck in diesem Bereich viel niedriger ist. Beim Verpressen, welches im allgemeinen 10 bis 100, vorzugsweise 15 bis 60 sec dauert, wird daher der Zuschnitt A nur auf die Konturen der Form in z-Richtung drapiert und behält einen Luftporengehalt von z.B. 10 bis 80 Vol%, während die Streifen B aufgrund des hohen Drucks in die Randbereiche der Form fliessen und vollständig zusammengepresst werden. Auf diese Weise können auch seitli- che Ausnehmungen in der Matrize ausgefüllt werden, so dass Ausbuchtungen, Seitenansätze und Funktionsstellen an dem Formteil ausgebildet werden können, z.B. Befestigungsklipse, Laschen, Hülsen und andere Inserts.
Die Figuren 1a und 1b zeigen schematisch und nicht massstäblich einen Schnitt durch die Form, bestehend aus Matrize 1 mit Ausnehmungen 2, Steg 3 und Pat- rize 4 (nur in Figur 1 b dargestellt), sowie einem Zuschnitt 6 und einem Streifen 5, einmal in geöffnetem und einmal in geschlossenem Zustand. Im gezeigten Beispiel ist die Matrize mit einem Führungsrand 7 versehen, der eine Auflagefläche 8 für die Patrize 4 umgibt.
Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf die geöffnete Form, in der auf die Matrize 1 mit Ausnehmungen 2 für Ausbuchtungen und Laschen der Zuschnitt 6 und vier Streifen 5, 5a, 5b, 5c überlappend aufgelegt sind. Beim Absenken der Patrize 4 in z-Richtung werden die Streifen 5, 5a, 5b, 5c und der Zuschnitt 6 in einem Überlappungsbereich 9 in der Umgebung des Stegs 3 miteinander verpresst.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Streifen B durch Spritzgiessen hergestellt, wodurch sich auch komplexere Strukturen herstellen lassen. Dabei werden beispielsweise Wendeplattenwerkzeuge eingesetzt, wie dies in der Spritzgiesstechnik zur Herstellung von Bauteilen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren üblich ist.
In einem ersten Verfahrensschritt wird mit einem rechtwinkligen Zuschnitt der Bereich des Bauteils hergestellt, der aus dem porenhaltigen Verbundwerkstoff bestehen soll. Dieser erste Schritt entspricht der üblichen Verarbeitung im Formpressverfahren. In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann der Restbereich des Bauteils spritzgegossen, wobei die Aussenkonturen hergestellt werden und komplexe Funktionsstellen integriert werden können. Die Bereiche, die durch Spritzgiessen gefüllt werden, können durch eine entsprechende Schiebervorrichtung im Werk- zeug nach der Pressstufe freigestellt werden, oder es kommt eine zweite Werkzeughälfte nach dem Wenden des Werkzeugs zum Einsatz. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit kann auch diese Technologie mit Mehrfachkavitäten (mehr als ein Bauteil pro Werkzeug) umgesetzt werden.
Die Streifen B können bei dieser Ausführungsform aus Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kg) von 20 bis 400, vorzugsweise 80 bis 200 g/10min bestehen, das mit 0 bis 60, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.%, bezogen auf die Mischung, Glasfasern einer mittleren Länge (Gewichtsmittel) von 0,01 bis 10 mm, vorzugsweise 0,1 bis 3 mm abgemischt sein kann.
Unverstärktes oder Verstärkungsfasern enthaltendes Polypropylen kann in Form von Granulat eingesetzt und aufgeschmolzen werden, oder das Polymere und die Fasern werden direkt vor Ort auf handelsüblichen Compoundern abgemischt und aufgeschmolzen, wodurch die Wirtschaftlichkeit weiter erhöht wird.
Die erfindungsgemäss hergestellten Formteile zeichnen sich durch ihr relativ geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit und Weiterreissfestigkeit und durch gute Geräuschdämpfung aus, sowie durch die Möglichkeit, sehr grosse Bauteile wirtschaftlich zu fertigen. Sie können als Aussen- und Innenteile im Automobilbe- reich, z.B. als Dachhimmel, Unterbodenverkleidung, Kofferraumabdeckung und Hutablagen verwendet werden, ferner als Holzersatz, z.B. im Bauwesen und in der Möbelindustrie.
Beispiel Ein Zuschnitt aus Polypropylen mit einem MFI von 25 g/10min, einem Gehalt an Glasfasern einer mittleren Länge von 50 mm und einem Luftporengehalt von 55 VoI. % mit den Abmessungen 350 x 1800 x 2.5 mm, sowie vier Streifen aus GMT-Halbzeug mit einer Dicke von 3.8 mm, einer Breite von 60 mm, wobei zwei Streifen 1770 mm und zwei Streifen 60 mm lang sind, werden jeweils auf 210 0C erwärmt. Dabei expandieren die GMT-Streifen auf eine Dicke von 8 mm und der Zuschnitt auf eine Dicke von 12 mm.
Auf eine Matrize mit den Aussenmassen 2000 x 500 mm und einem innen umlaufenden Steg von 8 mm Breite werden an die Innenkante anliegend und auf dem Steg aufliegend die Streifen abgelegt. Darauf wird der Zuschnitt so gelegt, dass Streifen und Zuschnitt sich um 10 mm überlappen (siehe Figur 1a).
Die Form wird durch Auflegen der Patrize geschlossen, wobei der Abstand zwischen Patrize und Matrize im Bereich des Zuschnitts 4 mm und im Bereich der Streifen 1.5 mm beträgt. Schliesslich wird die etwa 40 0C kalte Form 45 sec lang mit Druck beaufschlagt. Die GMT-Streifen werden dabei auf eine Dicke von 1.5 mm und der Zuschnitt auf 4 mm verpresst, wobei sich beide an der Überlappungsstelle verbinden (siehe Figur 1 b). Das Fertigteil weist im Mittelbereich einen Luftporengehalt von 65 Vol% auf.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus faserverstärktem Polypropylen, wobei man einen Zuschnitt A aus einem flächigen Halbzeug aus faser- verstärktem Polypropylen mit einem Gehalt von 35 bis 80 Gew.% Verstärkungsfasern und einem Gehalt an gleichmässig verteilten Luftporen von 20 bis 80 Vol.% auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens erwärmt, in eine zweiteilige Form einlegt, verpresst und dabei verformt, dadurch gekennzeichnet, dass man einen oder mehrere Strei- fen B aus Polypropylen mit einem Gehalt von 0 bis 60 Gew.% Verstärkungsfasern und einem Gehalt an Luftporen von weniger als 5 Vol.%, die auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens erwärmt wurden, am Rand des Zuschnitts überlappend mitverpresst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 60 % und insbesondere 100 % des Randes des Zuschnitts A von den Streifen B überlappt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlap- pung im Mittel 5 bis 50 mm beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug des Zuschnitts A aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kg) von 12 bis 200 g/10min und 40 bis 70 Gew.% Glasfasern einer mittleren Länge von 10 bis 100 mm besteht und 0.5 bis 10 mm dick ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen B aus einem flächigen GMT-Halbzeug aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kg) von 20 bis 500 g/10min, und 20 bis 60 Gew. % ungerichteten, vernadelten Glasfasern einer mittleren Länge von 5 bis 50 mm bestehen, und 0.5 bis 5 mm dick und 20 bis 100 mm breit sind, welche vor dem Verpressen überlappend auf oder unter den Zuschnitt A gelegt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen B aus LFT-Halbzeug aus faserverstärktem Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kg) von 20 bis 500 g/10min, und 20 bis 60 Gew.% unvernadelten Glasfasern einer mittleren Länge von 2 bis 30 mm bestehen, welche als extrudierter Strang oder als Bahn vor dem Verpressen überlap- pend auf oder unter den Zuschnitt A gelegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man einen 0.5 bis 10 mm dicken, rechtwinkligen Zuschnitt A und die Streifen B ausserhalb der Form auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunk- tes des Polypropylens, vorzugsweise auf 180 bis 220 0C erwärmt, wobei der Zuschnitt und die Streifen auf mehr als das Doppelte ihrer Dicke expandieren, den Zuschnitt und die Streifen in die Form einlegt und 15 bis 60 sec lang verpresst, wobei der Zuschnitt A lediglich auf die Konturen der Form drapiert wird und noch einen Luftporengehalt von 10 bis 80 Vol.% be- hält, die Streifen B aber in die Randbereiche der Form fliessen und vollständig zusammengepresst werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen B aus Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI (2300C, 2.16kg) von 20 bis 400 g/10min und 0 bis 60 Gew.% Glasfasern einer mittleren Länge von
0.01 bis 10 mm bestehen, welche bei geschlossener Form, in welcher der Zuschnitt A bereits eingelegt ist, als Schmelze an den Rand des Zuschnitts eingespritzt werden.
PCT/CH2008/000068 2007-02-19 2008-02-19 Verfahren zur herstellung von formteilen aus luftporenhaltigem, faserverstärktem polypropylen WO2008101360A1 (de)

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DE112008000340.8T DE112008000340B4 (de) 2007-02-19 2008-02-19 Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus luftporenhaltigem, faserverstärktem Polypropylen
US12/527,598 US8043542B2 (en) 2007-02-19 2008-02-19 Method for the production of fiber-reinforced polypropylene molded parts containing pores

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