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WO2015096831A1 - Method for the in situ production of sandwich components reinforced by means of reinforcing fibers - Google Patents

Method for the in situ production of sandwich components reinforced by means of reinforcing fibers Download PDF

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WO2015096831A1
WO2015096831A1 PCT/DE2014/100458 DE2014100458W WO2015096831A1 WO 2015096831 A1 WO2015096831 A1 WO 2015096831A1 DE 2014100458 W DE2014100458 W DE 2014100458W WO 2015096831 A1 WO2015096831 A1 WO 2015096831A1
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systems
sandwich
reinforcing fibers
core
forming tool
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PCT/DE2014/100458
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Rühl Puromer GmbH
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Publication date
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    • B32B2307/718—Weight, e.g. weight per square meter

Definitions

  • the material polyurethane (PUR) has been used for many years for the production of lightweight construction solutions in the form of fa ⁇ serverver prisonen components with sandwich structure.
  • the simplest form is to use the plant material PUR ⁇ in the form of rigid foams as core material of sand ⁇ more services network.
  • foam cores are provided in the form of semifinished products or molded foam cores that are prepared separately in a suitable foaming mold with fiber-reinforced top layers ⁇ . This can happen in the Kunststofflichsten under ⁇ ways, eg nier- in Handlami-, in Vakuuminfusions- in RTM (Resin Transfer Molding), in Fasersprüh- or pressing. Glass fiber, carbon fibers, natural fibers or other fiber types are used as fiber reinforcements.
  • As a matrix for the reinforced top layers turaver ⁇ also come very different resins such as epoxy (EP), unsaturated polyester (UP) and polyurethane resins are used.
  • SRIM Structuretural Reaction Injec- tion Molding
  • the Verstär ⁇ kung fibers mostly Wirr- or continuous fiber mats made of glass fiber reinforced ⁇ fibers, placed advertising tool for the upper and lower outer layer in a Formge-.
  • a Sp Drosse is placed, which alone ensures only that, the United ⁇ strengthening semifinished products before and positioned during the foaming process to the tool walls remain.
  • the reactive polyurethane foam mixture is added and pre-distributed as needed and then the tool is closed (open process) or closed to ⁇ next the mold and then injected via a Angusssystem the reaction mixture (closed process). Following the foaming and subsequent hardening of the PUR reaction mixture takes place in a closed molding tool ⁇ .
  • the layer construction described above may also take place directly in the tool, it being possible to dispense with the Transportme ⁇ medium. Subsequently, the tool is closed and the composite is pressed, whereby supernatants on fibers and core material can be separated directly in the tool. During the subsequent mold life, the PUR matrix hardens in the cover layers and forms an adequate bonding of the cover layers to the honeycomb webs of the core material by the usually slightly foaming adjustment of the reaction mixture.
  • the manufacturing process of the sandwich composite of this semi-finished fiber and the honeycomb core is characterized charak ⁇ terized in that the semi-finished fiber and the core material are brought together to ⁇ next to a semi-finished composite.
  • the reinforcing layers, this semi-finished composite are then sprayed evenly or demand-specific in ei ⁇ nem spray from both sides with a polyurethane system.
  • the sprayed semifinished packet is placed into a molding tool ⁇ .
  • the pressing, binding of the honeycomb material and curing of the fiber reinforced cover ⁇ then carried out in a pressing process similar to the above process variant layers to the finished sandwich component.
  • combinations of the above two variants of the method are also used in order, for example, to specifically reinforce certain regions , such as force introduction regions, with additional cut reinforcing fibers.
  • Even in the wetting of the reinforcing fibers in the spray process come in ⁇ between a variety of different variants are used.
  • This relates on the one hand the spraying process itself, coming from the pressure or air atomization over flat or round ⁇ jet nozzles to the use of the LFI technique used.
  • the spray application is carried out either via stationary spray mixing and robot gripper system and guided semi-finished packets or by robot-guided spray ⁇ mixing heads and separate handling devices for the half ⁇ generating packets. Also combinations of both variants are practiced.
  • Honeycomb cores are mainly used as core material and, due to their low cost, are usually made of paper.
  • foam cores in the form of cut semi-finished products or molded foam cores. Even such core solutions have already been tested.
  • the foam cores having to have a sufficiently high Druckfestig ⁇ ness to bar may occur in the pressing process in which pressures of from 10 to 20, not to collapse and to thereby depict an adequate surface quality.
  • the method used here ver ⁇ are primarily suitable for the production of smaller series. If such methods as, for example, the RTM method are trimmed to larger numbers or shorter Taktzei ⁇ th, so rise due to the necessary process for short and thus the injection times, the inner ⁇ molding pressures. As a result, the foam cores used for this purpose must have higher compressive strengths, which either requires the use of higher density foams and thus at the expense of component weight or requires the use mecanicwerti ⁇ ger and thus more expensive foam types.
  • Sandwichher ⁇ position always the separate manufacture and handling of the foam core either (in the form of semi-finished products Her ⁇ position of foam blocks, trimming, transport and logistics tik) or in the form of a separate foam molding process with tool, machine, etc. This has a negative effect on the construction ⁇ part costs.
  • hard PU foam types are always necessary to achieve the required mechanical property level in order to achieve the full performance potential of the composite in the fiber-reinforced cover layers.
  • special additional properties such as a good thermal or acoustic insulation effect are required, which are significantly influenced by the component core , s can be in this process not or only inadequate pose, since only a foam system is used This limits the scope of this method.
  • the polyurethane honeycomb sandwich technology (c)) is driving ⁇ a Ver, which is ⁇ is already in mass production for many years. Cycle times of 2 minutes with cure times of 45 up to 90 seconds are state of the art today. With tools with double cavities, cycle times of 1 minute can be achieved.
  • Kernmate ⁇ rial is limited from a commercial point of view essentially on honeycombs made of paper.
  • Wa ⁇ benmaterialien can be used.
  • this is usually at the expense of component costs, since alternative honeycombs are sometimes significantly more expensive.
  • properties that can be realized by the honeycomb generally poor.
  • the thermal and acoustic isolation possibility is very limited by the comparatively large honeycomb cavities, which also extend from cover layer to cover layer.
  • the paper honeycomb also has the disadvantage that it absorbs moisture and can therefore fail as a core material in the component. This allows the use of this honeycomb ⁇ type in applications involving exposure to moisture, such as in the car is only possible ⁇ mobile outdoor use. While there is (paten ⁇ oriented) solutions to impregnate the paper honeycomb and moist resistant equip. However, this is at the expense of the nuclear material costs. The use of polymer foams and thus also PUR foams can indeed solve these problems. Process Due to the comparatively high Forminnendrü ⁇ bridge, however, this approach is limited, as are necessary to accommodate the high pressing forces either foams higher you ⁇ te or higher quality more expensive foam cores.
  • the polymer backbone for such structural ⁇ turCume limited to hard materials is to accommodate the compressive forces.
  • this form of sandwich production as above requires the separate production of the foam cores and the final sandwich ⁇ component.
  • the object of the vorlie ⁇ constricting invention to provide a novel process for the Preparation of Reinforcing fibers reinforced sandwich components to create, which allows a high degree of flexibility in relation to the ver ⁇ used polyurethane systems with faster component ⁇ manufacturing.
  • the process should take place in a shaping tool ⁇ imaging simultaneously and in situ.
  • the method of the invention solves the above-be ⁇ signed disadvantages of the prior art in the way that come for the production of the fiber reinforced sandwich construction ⁇ share at least two different polyurethane systems for a ⁇ rate and shaping the final sandwich component in situ, that is wet done in wet in a manufacturing process.
  • PUR systems or related material systems such as polyurea systems or polyisocyanurate systems (PIR) - hereinafter referred to as PUR systems - ensures that the material used for forming the core layer PUR foam system - hereinafter referred to as Kern harshSystem - so elected ⁇ the can as required by the component specifications.
  • the core layer system can for example be chosen as a foam of very low density, so that a sandwich component with as ge ⁇ low weight is created.
  • the core layer system can be selected such that special component properties are generated , such as eg a good thermal insulation effect and / or good acoustic component properties.
  • Minim ⁇ least two polyurethane systems has the advantage that the required to form the component contour tool internal pressure is not produced by a pressing process, which requires a sufficient pressure stability of the core material, but by the in-situ process from the inside out through the AufMumpro - Zess is generated during the molding.
  • This has on the one hand the advantage that depending on the component lower closing forces for the tumbler of the tool are required which reduces the investment costs in ⁇ .
  • this has the advantage that the Kernma ⁇ TERIAL terms of pressure stability and other core Mate ⁇ rialeigenschaften need not be designed to the pressing process, since the core material is ent ⁇ only during molding and can be so far designed exactly as it component specifications, require.
  • the in-situ production of the foam core also has the advantage that the foaming process in the core region ensures good bonding of the fiber-reinforced cover layers to the core. Special measures such as punching a foam core or the production of grooves in the foam core omitted here.
  • the good connection due to a fact that the foam system of the core material, at least partially penetrate into the reinforcing layers Ver ⁇ with and there may anchoring.
  • a chemical bond between the core material and the PUR matrix in the cover layers occurs in parallel, since the two chemical polymer formation reactions in the insitu process occur at least in phases at the same time.
  • At least one further PUR system for producing the fiber composite matrix in the schwver ⁇ reinforced cover layers - hereinafter be ⁇ is characterized as a matrix system - this can be chosen so that optimum Mat ⁇ rixeigenschaften arise.
  • This can be eg Community level hard compact or microcellular polyurethane systems with high mechanical self ⁇ which give the final sandwich component high stiffness and strength combined with low weight.
  • the matrix can also consist of tough-elastic PUR systems in order to give the component a high impact strength and a good impact behavior. This may include the selection of certain foam systems for the core area to support po ⁇ sitive.
  • polyurethane foam systems as matrix systems for fiber-reinforced cover layers ⁇ ⁇ used to to produce certain properties such as better Faser easilytränkung at comparatively thick encryption Strengthening layers, the generation of special shenei ⁇ properties or further weight reduction of the final component.
  • the invention has the advantage that on the one hand as described above, a good connection of core and fiber-reinforced cover ⁇ layers can be generated by the in-situ process.
  • the in-situ process has the advantage that the separate production of a core material and, if appropriate, the pretreatment prior to the production of the sandwich component and the corresponding handling, cutting and logistics are eliminated. This has a positive effect on the production costs.
  • the in-situ process also has the advantage that the necessary for shaping cavity pressure from the inside out and thus the core material and the outer layer ⁇ matrix need not be matched to a pressing process. This gives more freedom in the selection of PUR systems.
  • Step Example ⁇ len The invention will be further illustrated by Step Example ⁇ len.
  • the inventive method is characterized in its main ⁇ coatings essentially characterized in that this molding process for the production of turaverstärk ⁇ th sandwich components made of polyurethane (PUR) on the one hand for the core area and the fiber-reinforced cover layers provides at least two different polyurethane systems.
  • the method is characterized in that the production of the foam core and the impregnation, impregnation and Aushär ⁇ tion of the fiber-reinforced cover layers in-situ takes place in a production process. This also exploits that the formation and curing of the matrix in the surface layers and the Bil ⁇ extension of the foam core of the component is effected at least in phases simultaneously in the closed molding tool.
  • the process steps of the invention are the following.
  • the reinforcing fibers which may consist of glass fibers, carbon fibers, natural fibers, other types of fibers such as aramid fibers or combinations of different types of fibers, with one or more PUR systems for generating the matrix of the outer layers - in Wei ⁇ nic called PUR matrix system - the final sandwich ⁇ component in a first process step wetted, wherein a spray, squeegee or cutting fiber method is used.
  • the one or PUR-matrix system (s) will be discharged by means of ei ⁇ ⁇ nes spraying or knife coating process directly onto the at ⁇ the tool halves of the forming tool. Subsequently, the reinforcing fibers are placed in the form of semi-finished products directly on the surfaces of the forming tool, wherein the upper reinforcing layer can be placed on the lower tool ⁇ half after the entry of PUR core layer system. b) First, the reinforcing fibers in the form of semi-finished products are placed directly in the forming tool . Subsequently, the PUR matrix system (s) are applied to the reinforcing fibers by means of a spray or doctor blade method. The upper
  • Reinforcement layer can be placed directly on the Oberflä ⁇ surface of the upper forming tool who ⁇ or after the entry of PUR Kern MrsSystems placed on the lower mold half and wetted afterwards.
  • the or the PUR matrix system (s) are applied by means of ei ⁇ nes spraying or doctor blade method outside the mold ⁇ tion tool on the on the reinforcing fiber semi-finished and / or both sides.
  • the upper wetted reinforcement layer can be placed directly on the surface of the upper forming tool or after the entry of the PUR-
  • KernstoffSystems be placed on the lower mold half. d) There are combinations of the described under a) to c) process variants for wetting the
  • the reinforcing fiber half each one or both sides with the or the PUR matrix system (s) can be wetted.
  • the PUR-matrix system (s) will be ⁇ discharged together with the mixing and spray member cut Verstärkungsfa ⁇ fibers (for example, LFI, Interwet- or CSM process) di rectly ⁇ on the mold surfaces of the tool and distributed.
  • f) There is a combination of the process variants described under a) to d) with the process variants described under e), in order to realize, for example, local additional reinforcements.
  • the entry of the PUR foam system for forming the core layer will - in the long ⁇ ren called PUR core layer system - the sandwich construction ⁇ partly and connection of the core layer to the outer layers instead.
  • the entry can be carried out in the open form (open procedure) and either selectively added, coarse pre-distributed over a handling system or by means of a spraying or doctor blade method distributed over a large area ⁇ the.
  • process step 1 which are the use of reinforcing fiber semifinished be ⁇ serve (a) to d)) is carried out first inserting the unwetted (a), directly wetted in the tool (b)), wetted out ⁇ half of the tool (c)) or by a combination of these process variants wetted lower reinforcing layer in the lower half of the forming tool.
  • the PUR core layer system will be above ⁇ enrolled applied.
  • the wetted reinforcing fibers are applied directly to the Formoberflä ⁇ chen and the entry of PUR KernhusSystems was either after entry of the lower reinforcing layer and before order the upper reinforcing layer or entry of the upper and lower reinforcing layer.
  • the tool is closed and the formation of the sandwich component can take place.
  • the open process of the entry of the PU core layer system can follow it ⁇ also via one or more fonts to ⁇ into the closed mold (closed process).
  • the wetted reinforcing layers are already in the forming tool, the tool is closed and only after the PUR core layer system is ⁇ carried.
  • the foaming of the polyurethane core layer system then takes place in the ge ⁇ closed forming tool.
  • the foamed core ⁇ layer forms and the reinforcing layers are pressed in the Randbe ⁇ rich of the component.
  • THE PUR core layer system can penetrate with the reinforcing layers in order to realize a besse ⁇ re connection of the outer layers to the core.
  • the height of the internal mold pressure, the sufficiently good shape of the Sandwich component is required, can be influenced by the composition ⁇ tion of the PUR Kern AnlagenSystem.
  • the impregnation of the reinforcement layers in the cover layer regions also takes place.
  • the foaming process in Kernbe ⁇ rich in the impregnation in the cover layers and the polymer forming reaction of the various polyurethane systems takes place, that is the PU systems cure into a polymer. Since ⁇ at it can also lead to chemical reactions between the core layer and cover layer ⁇ matrix, the connection of the core to the surface layers by chemical bonds verbes ⁇ sert.
  • the construction can be laminated for example ⁇ parts directly in the mold to achieve specific surface properties. This can be done for example by inserting films, decors, fleeces or carpets before entry of the fibers and foam systems.
  • special surface properties such as a simpler paintability can be additional polyurethane layers or applied in-mold Coeting layers prior to entry of the fibers and Fa ⁇ foam systems on one or both horroberflä ⁇ chen.
  • PU systems with the lowest possible reaction exothermicity. This is particularly relevant when using foli ⁇ en, decors or carpet laminates, the are temperature sensitive and, for example, only withstand temperatures below 100 ° C during molding.
  • FIG. 1 shows a possible process structure of he ⁇ inventive method with sandwich component and Fig. 2, the set ⁇ divided into a plurality of process steps in the method of forming tool ⁇ convincing.
  • FIG. 1 shows, on the one hand, the daily containers 1 and 2 for receiving the basic chemical substances, which are fed to a mixer 3, which prepares the chemical reaction by the mixing process.
  • the reactive Mi ⁇ research is applied by means of a spray head on the shaping tool or directly to the semifinished fiber product from the mixing container.
  • the forming tool 5 in this case includes the sandwich component on top and bottom.
  • the core foam 6 is shown as the thickest layer.
  • the fiber-reinforced cover layers which result from the depending ⁇ ips fiber reinforcements 8 and the matrix systems 7 are found together ⁇ menage.
  • the process flow shown schematically in FIG. 2 comprises the following steps.
  • the matrix system 7 is sprayed onto the tool 5 as the first method step a). In the present case, only the underside of the tool 5 is sprayed with a matrix system 7.
  • a fiber mat 8 is now placed on the tool underside 5 sprayed with the matrix system 7.
  • the core layer system is metered onto the previously introduced 2 layers.
  • a new fiber mat 8 is applied to this core layer system to produce a top-side fiber-reinforced cover layer.

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Abstract

The invention relates to a method for the in situ production of sandwich components reinforced by means of reinforcing fibers (8) in a primary shaping process by using different unfilled polyurethane systems or polyurethane systems modified with fillers, said polyurethane systems consisting of at least one reaction component, or similar reaction plastic systems such as polyurea systems or polyisocyanurate systems. In order to form a fiber-reinforced cover layer, the reinforcing fibers (8) are wetted with at least one foamable or compact reaction plastic system or are already contained in this matrix system (7) as short fibers, and a foam core is produced from at least one further foamable reaction plastic system (6). The shaping and the curing of the systems (6, 7) into a fiber-reinforced sandwich component occur in situ in a shaping tool (5), simultaneously in one production process.

Description

Verfahren zur in situ Herstellung von mit Verstärkungsfasern verstärkten Sandwichbauteilen  Process for the in situ production of reinforcing fiber reinforced sandwich components
Patentbeschreibung Patent Description
Der Werkstoff Polyurethan (PUR) wird seit vielen Jahren zur Herstellung von Leichtbaulösungen in Form von fa¬ serverstärkten Bauteilen mit Sandwichstruktur eingesetzt. The material polyurethane (PUR) has been used for many years for the production of lightweight construction solutions in the form of fa ¬ serververstärkten components with sandwich structure.
Es sind hierbei im Stand der Technik verschiedene Herstellungsverfahren derartiger Bauteile bekannt, auf die im Folgenden kurz eingegangen werden soll. a) Vorgefertigter PUR-Schaumkern In this case, various production methods of such components are known in the prior art, which will be discussed briefly below. a) Prefabricated PUR foam core
Die wohl einfachste Form besteht darin, den Werk¬ stoff PUR in Form von Hartschäumen als Kernmaterial des Sand¬ wichverbundes einzusetzen. Solche Schaumkerne werden in Form von Halbzeugen oder Formschaumkernen, die separat in einem entsprechenden Schäumwerkzeug hergestellt werden, mit faser¬ verstärkten Deckschichten versehen. Dies kann auf die unter¬ schiedlichsten Art und Weisen geschehen, z.B. im Handlami- nier-, im Vakuuminfusions-, im RTM (Resin Transfer Moulding) , im Fasersprüh- oder im Pressverfahren. Als Faserverstärkungen kommen dabei Glasfaser, Carbonfasern, Naturfasern oder auch andere Faserarten zum Einsatz. Als Matrix für die faserver¬ stärkten Deckschichten kommen ebenfalls sehr unterschiedliche Harze wie Epoxid- (EP), Ungesättigte Polyester (UP) und auch PUR-Harze zum Einsatz. The simplest form is to use the plant material PUR ¬ in the form of rigid foams as core material of sand ¬ more services network. Such foam cores are provided in the form of semifinished products or molded foam cores that are prepared separately in a suitable foaming mold with fiber-reinforced top layers ¬. This can happen in the schiedlichsten under ¬ ways, eg nier- in Handlami-, in Vakuuminfusions- in RTM (Resin Transfer Molding), in Fasersprüh- or pressing. Glass fiber, carbon fibers, natural fibers or other fiber types are used as fiber reinforcements. As a matrix for the reinforced top layers faserver ¬ also come very different resins such as epoxy (EP), unsaturated polyester (UP) and polyurethane resins are used.
All diese Verfahren zur Sandwichherstellung haben gemein, dass der PUR-Kernwerkstoff und die Komplettierung des finalen faserverstärkten Sandwichbauteils in separaten Pro¬ zessschritten hergestellt werden. b) Sandwich-SRIM All these sandwich manufacturing processes have in common that the PUR core material and the completion of the final fiber-reinforced sandwich component are produced in separate Pro ¬ zessschritten. b) Sandwich SRIM
Eine ebenfalls seit vielen Jahren praktizierte Mög¬ lichkeit der Insitu-Herstellung von Sandwichbauteilen aus PUR ist das sogenannte SRIM-Verfahren (Structural Reaction Injec- tion Moulding) , welches aufgrund der Nutzung zur Herstellung von Sandwichbauteilen auch als Sandwich-SRIM bezeichnet wird. One also practiced for many years Mög ¬ friendliness of the in-situ production of sandwich components made of PUR is the so-called SRIM (Structural Reaction Injec- tion Molding), which is also known as a sandwich SRIM due to the use for the production of sandwich panels.
Bei diesem Verfahren werden zunächst die Verstär¬ kungsfasern, zumeist Wirr- oder Endlosfasermatten aus Glasfa¬ sern, für die obere und untere Deckschicht in ein Formge- bungswerkzeug platziert. Dazwischen wird eine Spreizmatte platziert, die einzig und allein dafür sorgt, dass die Ver¬ stärkungshalbzeuge vor und während des Schäumprozesses an den Werkzeugwänden positioniert werden und bleiben. Im Anschluss wird entweder in die noch offene Form das reaktionsfähige PUR-Schaumgemisch eingetragen und bei Bedarf vorverteilt und dann das Werkzeug geschlossen (offenes Verfahren) oder zu¬ nächst die Form geschlossen und dann über ein Angusssystem das Reaktionsgemisch injiziert (geschlossenes Verfahren) . Im Anschluss findet im geschlossenen Formgebungs¬ werkzeug das Aufschäumen und anschließende Aushärten des PUR- Reaktionsgemisches statt. Das eingetragene PUR-Schaumsystem imprägniert dabei die faserverstärkten Deckschichten und bil¬ det dabei die Matrix der Deckschichten und bildet gleichzei- tig den PUR-Schaumkern des Sandwichverbundes aus. Als PUR- Systeme kommen dabei PUR-Hartschäume oder auch PUR- Hartintegralschäume zum Einsatz. Letztere bilden während der Schäumreaktion in den Randzonen ein mehr oder weniger kompak¬ te Matrix und einen geschäumten Kern aus. Dabei bildet sich eine integrale Dichteverteilung über dem Bauteilquerschnitt, daher auch der Name. c) PUR-Wabensandwichtechnologie Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Sand¬ wichbauteilen aus PUR, welche sich durch ein besonders gerin¬ ges Gewicht bei gleichzeitig hoher Biegesteifigkeit auszeich¬ nen, ist die PUR-Wabensandwichtechnologie . Hierbei wird an Stelle eines Schaumkerns eine sehr leichte und druckstabile Wabe als Kernmaterial eingesetzt, in der Praxis sehr häufig aus Papier. Aber auch andere Wabenkerne z.B. aus Aluminium oder Thermoplasten sind grundsätzlich möglich. In this method, first the Verstär ¬ kung fibers, mostly Wirr- or continuous fiber mats made of glass fiber reinforced ¬ fibers, placed advertising tool for the upper and lower outer layer in a Formge-. In between a Spreizmatte is placed, which alone ensures only that, the United ¬ strengthening semifinished products before and positioned during the foaming process to the tool walls remain. Subsequently, either in the still open form, the reactive polyurethane foam mixture is added and pre-distributed as needed and then the tool is closed (open process) or closed to ¬ next the mold and then injected via a Angusssystem the reaction mixture (closed process). Following the foaming and subsequent hardening of the PUR reaction mixture takes place in a closed molding tool ¬. The registered PUR foam system impregnated while the fiber-reinforced top layers and bil ¬ det while the matrix of the outer layers and forms the same time, the polyurethane foam core of the sandwich composite of. PUR rigid foams or PUR rigid integral foams are used as PUR systems. The latter form of a more or less ¬ Kompak te matrix and a foamed core during the foaming in the edge zones. This forms an integral density distribution over the component cross-section, hence the name. c) PUR honeycomb sandwich technology A further possibility for the production of sand ¬ more components made of PUR, which is auszeich ¬ NEN a particularly clotting ¬ ges weight and high flexural rigidity, the polyurethane honeycomb sandwich technology. Here, instead of a foam core, a very light and pressure-stable honeycomb is used as core material, in practice very often made of paper. But also other honeycomb cores made of aluminum or thermoplastics are possible.
Zur Erzeugung der faserverstärkten Deckschichten mit speziellen PUR-Systemen als Matrix werden grundsätzlich zwei Wege praktiziert. Entweder wird die PUR-Matrix direkt am Mischorgan der Verarbeitungsmaschine mit geschnittenen Fasern zumeist aus Glas zusammengeführt - je nach Maschinenherstel¬ ler als LFI, Interwet- oder CSM-Verfahren bezeichnet - und auf den Wabenkern beidseitig aufgetragen. Dies kann zum einen außerhalb des Werkzeugs erfolgen, in dem auf ein Transportme¬ dium (z.B. Vlies oder Teppich) zunächst die untere Lage des PUR/Glas-Gemisches aufgetragen und flächig verteilt wird, dann der Kern aufgelegt und im Anschluss entsprechend die obere Lage aufgetragen wird. Nachfolgend wird dieses Materi¬ alpaket in ein Formgebungswerkzeug platziert. In principle, two ways are used to produce the fiber-reinforced cover layers with special PU systems as matrix. Either the PUR matrix is directly at the mixing element of the processing machine with cut fibers usually made of glass merged - depending on the machine manufacturer ¬ ler called LFI, Interwet or CSM method - and applied on both sides of the honeycomb core. This can on the one outside of the tool take place in which it is first applied to a Transportme ¬ dium (for example, nonwoven fabric or carpet), the lower layer of the PU / glass mixture and distributed over an area, then placed the core and correspondingly applied the upper layer in connection becomes. Subsequently, this Materi ¬ alpaket is placed in a forming tool.
Zum anderen kann der oben beschriebene Lagenaufbau auch direkt im Werkzeug erfolgen, wobei auf das Transportme¬ dium verzichtet werden kann. Im Anschluss wird das Werkzeug geschlossen und der Verbund verpresst, wobei Überstände an Fasern und Kernmaterial direkt im Werkzeug abgetrennt werden können. Während der anschließenden Formstandzeit härtet die PUR-Matrix in den Deckschichten und bildet durch die zumeist leicht schäumende Einstellung des Reaktionsgemisches eine adäquate Anbindung der Deckschichten an die Wabenstege des Kernmaterials . Secondly, the layer construction described above may also take place directly in the tool, it being possible to dispense with the Transportme ¬ medium. Subsequently, the tool is closed and the composite is pressed, whereby supernatants on fibers and core material can be separated directly in the tool. During the subsequent mold life, the PUR matrix hardens in the cover layers and forms an adequate bonding of the cover layers to the honeycomb webs of the core material by the usually slightly foaming adjustment of the reaction mixture.
Der zweite Weg zur Herstellung solcher PUR- Wabensandwichbauteile zeichnet sich dadurch aus, dass anstel¬ le am Mischorgan geschnittener Glasfasern Faserhalbzeuge als Verstärkungsmaterial verwendet werden. Hier kommen zumeist Schnitt- oder Endlosfasermatten aus Glas zum Einsatz, aber auch Naturfasermatten oder Gewebe und Gelege aus unterschied¬ lichen Faserarten können verwendet werden. The second way of making such polyurethane honeycomb sandwich panels characterized in that Anstel ¬ le cut at the mixing organ glass fiber semi-finished Reinforcement material can be used. Here mostly cut or continuous fiber mats are made of glass used, but also natural fiber mats or fabrics and fabrics made from different ¬ union fiber types can be used.
Der Herstellungsprozess des Sandwichverbundes aus diesen Faserhalbzeugen und dem Wabenkern ist dadurch charak¬ terisiert, dass die Faserhalbzeuge und das Kernmaterial zu¬ nächst zu einem Halbzeugverbund zusammengebracht werden. Die Verstärkungslagen dieses Halbzeugverbundes werden dann in ei¬ nem Sprühverfahren von beiden Seiten mit einem PUR-System gleichmäßig oder anforderungsspezifisch besprüht. Im An- schluss wird das besprühte Halbzeugpaket in ein Formgebungs¬ werkzeug platziert. In einem Pressvorgang erfolgt dann analog zur obigen Verfahrensvariante die Verpressung, Anbindung des Wabenmaterials und Aushärtung der faserverstärkten Deck¬ schichten zum fertigen Sandwichbauteil. The manufacturing process of the sandwich composite of this semi-finished fiber and the honeycomb core is characterized charak ¬ terized in that the semi-finished fiber and the core material are brought together to ¬ next to a semi-finished composite. The reinforcing layers, this semi-finished composite are then sprayed evenly or demand-specific in ei ¬ nem spray from both sides with a polyurethane system. In purchase-circuit the sprayed semifinished packet is placed into a molding tool ¬. The pressing, binding of the honeycomb material and curing of the fiber reinforced cover ¬ then carried out in a pressing process similar to the above process variant layers to the finished sandwich component.
Inzwischen kommen auch Kombinationen der beiden obigen Verfahrensvarianten zum Einsatz, um z.B. bestimmte Be¬ reiche wie Krafteinleitungsbereiche gezielt mit zusätzlichen geschnittenen Verstärkungsfasern zu verstärken. Auch bei der Benetzung der Verstärkungsfasern im Sprühverfahren kommen in¬ zwischen eine Vielzahl verschiedener Varianten zum Einsatz. Dies betrifft zum einen das Sprühverfahren an sich, welches von der Druck- oder Luft Zerstäubung über Flach- oder Rund¬ strahldüsen bis hin zur Nutzung der LFI-Technik zum Einsatz kommt. Zum anderen erfolgt der Sprühauftrag entweder über stationäre Sprühmischköpfe und über Roboter und Greifersystem geführte Halbzeugpakete oder durch Roboter geführte Sprüh¬ mischköpfe und separaten Handlingseinrichtungen für die Halb¬ zeugpakete. Auch Kombinationen aus beiden Varianten werden praktiziert . In the meantime, combinations of the above two variants of the method are also used in order, for example, to specifically reinforce certain regions , such as force introduction regions, with additional cut reinforcing fibers. Even in the wetting of the reinforcing fibers in the spray process come in ¬ between a variety of different variants are used. This relates on the one hand the spraying process itself, coming from the pressure or air atomization over flat or round ¬ jet nozzles to the use of the LFI technique used. Second, the spray application is carried out either via stationary spray mixing and robot gripper system and guided semi-finished packets or by robot-guided spray ¬ mixing heads and separate handling devices for the half ¬ generating packets. Also combinations of both variants are practiced.
Typische Einsatzgebiete für diese Technologie sind Ladeböden, Hutablagen und Schiebedachkassetten im Fahrzeugin¬ nenraum . Als Kernmaterial kommen hier vornehmlich Wabenkerne zum Einsatz und aufgrund der geringen Kosten zumeist solche aus Papier. Alternativ können aber auch Schaumkerne in Form von geschnittenen Halbzeugen oder Formschaumkernen eingesetzt werden. Auch solche Kernlösungen wurden bereits erprobt. Die Schaumkerne müssen dabei eine hinreichend hohe Druckfestig¬ keit aufweisen, um bei dem Pressvorgang, bei dem Drücke von 10 bis 20 bar auftreten können, nicht zu kollabieren und um damit eine adäquate Oberflächengüte abbilden zu können. Typical applications for this technology are loading floors, parcel shelves and roof cassettes in the vehicle in ¬ nenraum. Honeycomb cores are mainly used as core material and, due to their low cost, are usually made of paper. Alternatively, however, it is also possible to use foam cores in the form of cut semi-finished products or molded foam cores. Even such core solutions have already been tested. The foam cores having to have a sufficiently high Druckfestig ¬ ness to bar may occur in the pressing process in which pressures of from 10 to 20, not to collapse and to thereby depict an adequate surface quality.
Zudem muss konstruktiv und verfahrenstechnisch be¬ sonders auf die Entlüftung während des Pressvorgangs geachtet werden, um die in den Verstärkungshalbzeugen eingeschlossene Luft entweichen lassen zu können. Weiterhin sind spezielle Maßnahmen erforderlich, wie z.B. das Lochen des Schaumkernes, um eine gute Anbindung der Deckschichten an den Schaumkern zu ermöglichen . In addition, it is necessary to pay particular attention to the ventilation during the pressing process in terms of design and process technology so that the air trapped in the reinforcing semi-finished products can escape. Furthermore, special measures are required, such as the punching of the foam core to allow a good connection of the outer layers of the foam core.
Nachteile des Standes der Technik Disadvantages of the prior art
Betrachtet man zunächst die Nutzung des Werkstoffs PUR als geschäumtes Kernmaterial (a) ) , so sind die hier ver¬ wendeten Verfahren primär für die Herstellung von kleineren Serien geeignet. Werden solche Verfahren wie z.B. das RTM- Verfahren auf größere Stückzahlen respektive kürzere Taktzei¬ ten getrimmt, so steigen aufgrund der dafür erforderlichen kurzen Prozess- und damit auch der Injektionszeiten die Form¬ innendrücke. Dadurch bedingt müssen die hierfür eingesetzten Schaumkerne höhere Druckfestigkeiten aufweisen, was entweder den Einsatz von Schäumen höherer Dichte bedingt und somit auf Kosten des Bauteilgewichts geht oder den Einsatz höherwerti¬ ger und damit teurerer Schaumtypen bedarf. Considering first the use of the material as a foamed polyurethane core material (a)), the method used here ver ¬ are primarily suitable for the production of smaller series. If such methods as, for example, the RTM method are trimmed to larger numbers or shorter Taktzei ¬ th, so rise due to the necessary process for short and thus the injection times, the inner ¬ molding pressures. As a result, the foam cores used for this purpose must have higher compressive strengths, which either requires the use of higher density foams and thus at the expense of component weight or requires the use höherwerti ¬ ger and thus more expensive foam types.
Zudem bedarf es bei dieser Form der Sandwichher¬ stellung immer der separaten Herstellung und dem Handling des Schaumkerns entweder in Form einer Halbzeugherstellung (Her¬ stellung von Schaumblöcken, Beschnitt, Transport und Logis- tik) oder in Form eines separaten Formschäumprozesses mit Werkzeug, Maschine etc.. Dies wirkt sich negativ auf die Bau¬ teilkosten aus. In addition, it requires this form of Sandwichher ¬ position always the separate manufacture and handling of the foam core either (in the form of semi-finished products Her ¬ position of foam blocks, trimming, transport and logistics tik) or in the form of a separate foam molding process with tool, machine, etc. This has a negative effect on the construction ¬ part costs.
Diese Nachteile werden beim Sandwich-SRIM-Verfahren (b) ) dadurch umgangen, dass die Herstellung des Schaumkerns und die Imprägnierung der faserverstärkten Deckschichten in- situ erfolgt. Insofern ist das Verfahren gute für kleinere bis mittlere Serien geeignet. Der Nachteil des Sandwich-SRIM- Verfahrens besteht darin, dass zur Imprägnierung der Deck¬ schichten und zur Bildung des Schaumkern ein und dasselbe PUR-Schaumsystem verwendet wird. Dies bedeutet zum einen, dass immer ein Kompromiss zwischen Schaumdichte im Kernbe¬ reich respektive Bauteilgewicht und mechanischen Eigenschaf¬ ten des Sandwichverbundes, die im Wesentlichen durch die fa¬ serverstärkten Deckschichten geprägt wird, eingegangen werden muss. Dies ist auch bei der Verwendung von Hartintegralsch- aumsystemen der Fall, welche allein durch die integrale Dich¬ teverteilung ebenfalls nicht das volle Gewichtseinsparungspo¬ tenzial von sehr leichten PUR-Hart- oder Halbhartschäumen im Kernbereich erreichen. Das Gewichts- und somit das Leichtbau¬ potenzial dieses Verfahrens ist somit durch die minimal er¬ reichbaren Schaumdichten im Kernbereich limitiert. These disadvantages are avoided in the sandwich SRIM process (b)) in that the production of the foam core and the impregnation of the fiber-reinforced cover layers takes place in situ. In this respect, the method is good for small to medium series suitable. The disadvantage of the sandwich SRIM- method is that the impregnation of the cover layers ¬ and to form the foam core and the same polyurethane foam system is used. This means, first, that always a compromise between foam density in Kernbe ¬ rich respectively component weight and mechanical properties Sheep ¬ th of the sandwich composite, which is mainly characterized by the fa ¬ server strengthened outer layers need to be addressed. This is aumsystemen even when using Hartintegralsch- the case, which also do not reach the full potential of Gewichtseinsparungspo ¬ very light polyurethane rigid or semi-rigid foams solely by the integral you ¬ density distribution in the core area. The weight and thus the lightweight ¬ potential of this method is thus limited in the core area by the minimum he ¬ attainable foam densities.
Darüber hinaus sind zur Erzeugung des erforderli chen mechanischen Eigenschaftsniveaus immer harte PUR Schaumtypen notwendig um das volle Leistungspotenzial de Verbundes in den faserverstärkten Deckschichten zu erreichen Werden hingegen spezielle zusätzlich Eigenschaften wie z.B eine gute thermische oder akustische Isolierwirkung gefor dert, die maßgeblich durch den Bauteilkern geprägt werden, s lassen sich diese in diesem Verfahren nicht oder nur unzu reichend darstellen, da nur ein Schaumsystem verwendet wird Dies limitiert den Einsatzbereich dieses Verfahrens. In addition, hard PU foam types are always necessary to achieve the required mechanical property level in order to achieve the full performance potential of the composite in the fiber-reinforced cover layers. However, special additional properties such as a good thermal or acoustic insulation effect are required, which are significantly influenced by the component core , s can be in this process not or only inadequate pose, since only a foam system is used This limits the scope of this method.
Die PUR-Wabensandwichtechnologie (c) ) ist ein Ver¬ fahren, das seit vielen Jahren bereits in Großserie einge¬ setzt wird. Zykluszeiten von 2 min bei Aushärtezeiten von 45 bis 90 sec sind heute Stand der Technik. Bei Werkzeugen mit Doppelkavitäten lassen sich hiermit Taktzeiten von 1 Minute erreichen . The polyurethane honeycomb sandwich technology (c)) is driving ¬ a Ver, which is ¬ is already in mass production for many years. Cycle times of 2 minutes with cure times of 45 up to 90 seconds are state of the art today. With tools with double cavities, cycle times of 1 minute can be achieved.
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass das Kernmate¬ rial allein aus kommerzieller Sicht im Wesentlichen auf Waben aus Papier beschränkt ist. Zwar lassen sich auch andere Wa¬ benmaterialien einsetzen. Dies geht jedoch zumeist zu Lasten der Bauteilkosten, da alternative Waben zum Teil deutlich teurer sind. Auch gibt es Eigenschaften, die sich durch die Wabe generell nur schlecht realisieren lassen. So ist zum Beispiel die thermische und akustische Isolationsmöglichkeit durch die vergleichsweise großen Wabenhohlräume, die zudem von Deckschicht zu Deckschicht reichen, sehr begrenzt. Disadvantage of this method is that the Kernmate ¬ rial is limited from a commercial point of view essentially on honeycombs made of paper. Although other Wa ¬ benmaterialien can be used. However, this is usually at the expense of component costs, since alternative honeycombs are sometimes significantly more expensive. Also, there are properties that can be realized by the honeycomb generally poor. For example, the thermal and acoustic isolation possibility is very limited by the comparatively large honeycomb cavities, which also extend from cover layer to cover layer.
Bei der Papierwabe kommt zudem als Nachteil hinzu, dass diese Feuchte aufnehmen und dadurch als Kernwerkstoff im Bauteil versagen kann. Dadurch ist der Einsatz dieses Waben¬ typs bei Anwendungen mit Feuchteeinwirkung wie z.B. im Auto¬ mobilaußenbereich nur bedingt möglich. Zwar gibt es (paten¬ tierte) Lösungen, um die Papierwabe zu imprägnieren und damit feuchteresistent auszurüsten. Dies geht jedoch zu Lasten der Kernmaterialkosten. Die Verwendung von Polymerschäumen und somit auch PUR-Schäumen kann diese Problematiken zwar lösen. Prozessbedingt durch die vergleichsweise hohen Forminnendrü¬ cke ist jedoch auch dieser Lösungsansatz limitiert, da zur Aufnahme der hohen Presskräfte entweder Schäume höherer Dich¬ te oder hochwertigere teurere Schaumkerne notwendig werden. The paper honeycomb also has the disadvantage that it absorbs moisture and can therefore fail as a core material in the component. This allows the use of this honeycomb ¬ type in applications involving exposure to moisture, such as in the car is only possible ¬ mobile outdoor use. While there is (paten ¬ oriented) solutions to impregnate the paper honeycomb and moist resistant equip. However, this is at the expense of the nuclear material costs. The use of polymer foams and thus also PUR foams can indeed solve these problems. Process Due to the comparatively high Forminnendrü ¬ bridge, however, this approach is limited, as are necessary to accommodate the high pressing forces either foams higher you ¬ te or higher quality more expensive foam cores.
Weiterhin ist das Polymergerüst für solche Struk¬ turschäume auf harte Werkstoffe beschränkt um die Druckkräfte aufzunehmen. Halbharte Schaumtypen, die z.B. eine Verbesse¬ rung der Akustik bewirken können, scheiden hier aus. Zudem bedingt auch diese Form der Sandwichherstellung wie oben die separate Fertigung der Schaumkerne und des finalen Sandwich¬ bauteils . Furthermore, the polymer backbone for such structural ¬ turschäume limited to hard materials is to accommodate the compressive forces. Semi-rigid foam types, for example, can cause had been an improvement ¬ tion of acoustics will be eliminated here. In addition, this form of sandwich production as above requires the separate production of the foam cores and the final sandwich ¬ component.
Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der vorlie¬ genden Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung von mit Verstärkungsfasern verstärkten Sandwichbauteilen zu schaffen, welches ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf die ver¬ wendeten Polyurethansysteme ermöglicht bei schneller Bauteil¬ fertigung. Zudem soll das Verfahren in einem Formgebungswerk¬ zeug simultan und in situ erfolgen. Against this background, the object of the vorlie ¬ constricting invention to provide a novel process for the Preparation of Reinforcing fibers reinforced sandwich components to create, which allows a high degree of flexibility in relation to the ver ¬ used polyurethane systems with faster component ¬ manufacturing. In addition, the process should take place in a shaping tool ¬ imaging simultaneously and in situ.
Die erfindungsgemäße Verfahren löst die oben be¬ schriebenen Nachteile des Standes der Technik auf die Art und Weise, dass zur Herstellung der faserverstärkten Sandwichbau¬ teile mindestens zwei unterschiedliche PUR-Systeme zum Ein¬ satz kommen und die Formgebung zum finalen Sandwichbauteil in situ, d.h. nass in nass in einem Fertigungsprozess erfolgt. The method of the invention solves the above-be ¬ signed disadvantages of the prior art in the way that come for the production of the fiber reinforced sandwich construction ¬ share at least two different polyurethane systems for a ¬ rate and shaping the final sandwich component in situ, that is wet done in wet in a manufacturing process.
Durch den Einsatz von mindestens zwei PUR-Systemen oder artverwandten Materialsystemen wie Polyureasystemen oder PolyisocyanuratSystemen (PIR) - im Folgenden als PUR-Systeme bezeichnet - wird gewährleistet, dass materialseitig das zur Ausbildung der Kernschicht eingesetzte PUR-Schaumsystem - im Folgenden als KernschichtSystem bezeichnet - so gewählt wer¬ den kann wie es die Bauteilspezifikationen erfordern. So kann das KernschichtSystem z.B. als Schaum sehr niedriger Dichte gewählt werden, so dass ein Sandwichbauteil mit möglichst ge¬ ringem Gewicht entsteht. Weiterhin kann das KernschichtSystem so gewählt werden, dass spezielle Bauteileigenschaften er¬ zeugt werden wie z.B. eine gute thermische Isolationswirkung und / oder gute akustische Bauteileigenschaften. The use of at least two PUR systems or related material systems such as polyurea systems or polyisocyanurate systems (PIR) - hereinafter referred to as PUR systems - ensures that the material used for forming the core layer PUR foam system - hereinafter referred to as KernschichtSystem - so elected ¬ the can as required by the component specifications. Thus, the core layer system can for example be chosen as a foam of very low density, so that a sandwich component with as ge ¬ low weight is created. Furthermore, the core layer system can be selected such that special component properties are generated , such as eg a good thermal insulation effect and / or good acoustic component properties.
Verfahrenstechnisch hat die Verwendung von mindes¬ tens zwei PUR-Systemen den Vorteil, dass der zur Ausbildung der Bauteilkontur erforderliche Werkzeuginnendruck nicht durch einen Pressvorgang erzeugt wird, der eine hinreichende Druckstabilität des Kernmaterials erfordert, sondern durch den Insitu-Prozess von innen heraus durch den Aufschäumpro- zess während der Formgebung erzeugt wird. Dies hat zum einen den Vorteil, dass je nach Bauteil geringere Schließkräfte für die Zuhaltung des Werkzeugs erforderlich werden, was die In¬ vestitionskosten reduziert. Zum anderen hat dies den Vorteil, dass das Kernma¬ terial hinsichtlich der Druckstabilität und anderer Kernmate¬ rialeigenschaften nicht auf den Pressprozess ausgelegt werden muss, da der Kernwerkstoff erst während der Formgebung ent¬ steht und insofern genau so ausgelegt werden kann, wie es die Bauteilspezifikationen erfordern . Process technology, the use of Minim ¬ least two polyurethane systems has the advantage that the required to form the component contour tool internal pressure is not produced by a pressing process, which requires a sufficient pressure stability of the core material, but by the in-situ process from the inside out through the Aufschäumpro - Zess is generated during the molding. This has on the one hand the advantage that depending on the component lower closing forces for the tumbler of the tool are required which reduces the investment costs in ¬. On the other hand, this has the advantage that the Kernma ¬ TERIAL terms of pressure stability and other core Mate ¬ rialeigenschaften need not be designed to the pressing process, since the core material is ent ¬ only during molding and can be so far designed exactly as it component specifications, require.
Die Insitu-Herstellung des Schaumkerns hat zudem den Vorteil, dass durch den Schäumprozess im Kernbereich eine gute Anbindung der faserverstärkten Deckschichten an den Kern erfolgt. Spezielle Maßnahmen wie Lochen eines Schaumkerns o- der die Erzeugung von Nuten im Schaumkern entfallen hier. Die gute Anbindung resultiert zum einen daraus, dass das Schaumsystem des Kernmaterials zumindest partiell in die Ver¬ stärkungslagen mit eindringen und sich dort Verankern kann. Zum anderen entsteht parallel eine chemische Bindung zwischen dem Kernmaterial und der PUR-Matrix in den Deckschichten, da die beiden chemischen Polymerbildungsreaktionen in dem Insi- tu-Prozess zumindest Phasenweise gleichzeitig ablaufen. The in-situ production of the foam core also has the advantage that the foaming process in the core region ensures good bonding of the fiber-reinforced cover layers to the core. Special measures such as punching a foam core or the production of grooves in the foam core omitted here. The good connection due to a fact that the foam system of the core material, at least partially penetrate into the reinforcing layers Ver ¬ with and there may anchoring. On the other hand, a chemical bond between the core material and the PUR matrix in the cover layers occurs in parallel, since the two chemical polymer formation reactions in the insitu process occur at least in phases at the same time.
Durch den Einsatz mindestens eines weiteren PUR- Systems zur Erzeugung der Faserverbundmatrix in den faserver¬ stärkten Deckschichten - im Folgenden als Matrixsystem be¬ zeichnet - kann dieses so gewählt werden, dass optimale Mat¬ rixeigenschaften entstehen. Dies können z.B. harte kompakte oder mikrozelluläre PUR-Systeme mit hohem mechanischem Eigen¬ schaftsniveau sein, die dem finalen Sandwichbauteil eine hohe Steifigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht verleihen. Die Matrix kann aber auch aus zähelastischen PUR- Systemen bestehen, um dem Bauteil eine hohe Schlagzähigkeit und ein gutes Impact-Verhalten zu verleihen. Dies kann auch die Auswahl bestimmter Schaumsysteme für den Kernbereich po¬ sitiv unterstützen. Through the use of at least one further PUR system for producing the fiber composite matrix in the faserver ¬ reinforced cover layers - hereinafter be ¬ is characterized as a matrix system - this can be chosen so that optimum Mat ¬ rixeigenschaften arise. This can be eg Community level hard compact or microcellular polyurethane systems with high mechanical self ¬ which give the final sandwich component high stiffness and strength combined with low weight. However, the matrix can also consist of tough-elastic PUR systems in order to give the component a high impact strength and a good impact behavior. This may include the selection of certain foam systems for the core area to support po ¬ sitive.
Als Matrixsysteme für die faserverstärkten Deck¬ schichten können aber auch PUR-Schaumsysteme eingesetzt wer¬ den, um bestimmte Eigenschaften zu erzeugen wie z.B. eine bessere Faserdurchtränkung bei vergleichsweise dicken Ver- Stärkungsschichten, die Erzeugung spezieller Oberflächenei¬ genschaften oder eine weitere Gewichtsreduzierung des finalen Bauteils . But also polyurethane foam systems as matrix systems for fiber-reinforced cover layers ¬ ¬ used to to produce certain properties such as better Faserdurchtränkung at comparatively thick encryption Strengthening layers, the generation of special Oberflächenei ¬ properties or further weight reduction of the final component.
Durch die Möglichkeit aufgrund der Entkopplung von Kernschicht und faserverstärkten Randzonen entweder nur ein Matrixsystem für beide Deckschichten oder alternativ zwei o- der mehr unterschiedliche PUR-Systeme einzusetzen, die auch je Verstärkungsschicht lokal variieren können, wenn es die Bauteilspezifikationen erfordern, besteht weiterhin der Vor¬ teil, das oder die Matrixmaterial (ien) genau auf die Anforde¬ rungen an das Bauteil abzustimmen. So kann z.B. auf der Ober¬ seite eine schlagzähe Matrix zur Realisierung einer guten Schlagzähigkeit und unten ein hartes Matrixsystem eingesetzt werden. Ein weiteres Beispiel ist die Kombination von gefüll¬ ten und ungefüllten Matrixsystemen, um z.B. gezielt die Brandeigenschaften, die Akustik oder die Rohstoffkosten zu beeinflussen . In Summe kann man festhalten, dass durch die Erfin¬ dung der große chemische Baukasten der PUR-Chemie im Ver¬ gleich zum Stand der Technik in deutlich weiteren Bereichen genutzt werden kann, um die Bauteileigenschaften und auch die Bauteilkosten anwendungsspezifisch zu beeinflussen. Damit werden Eigenschaften und somit auch neue Anwendungen für die¬ se effiziente serientaugliche Leichtbaulösung möglich, die bisher durch die Restriktionen des Standes der Technik nicht oder nur bedingt möglich waren. Verfahrenstechnisch hat die Erfindung den Vorteil, dass durch den Insitu-Prozess zum einen wie oben beschrieben eine gute Anbindung von Kern- und faserverstärkten Deck¬ schichten erzeugt werden kann. Zum anderen hat der Insitu- Prozess den Vorteil, dass die separate Erzeugung eines Kern- Werkstoffs und gegebenenfalls des Vorbehandlung im Vorfeld der Herstellung des Sandwichbauteils sowie das entsprechende Handling, Zuschnitt und die Logistik entfällt. Dies wirkt sich positiv auf die Herstellkosten aus. Der Insitu-Prozess hat zudem den Vorteil, dass der zur Formgebung notwendige Werkzeuginnendruck von innen heraus erfolgt und somit das Kernmaterial als auch die Deckschicht¬ matrix nicht auf einen Pressprozess abgestimmt werden müssen. Dies gibt mehr Freiraum bei der Auswahl der PUR-Systeme. Due to the possibility of using only one matrix system for both cover layers or, alternatively, two or more different PUR systems due to the decoupling of the core layer and fiber-reinforced edge zones, which can vary locally per reinforcement layer, if the component specifications require it, the pre ¬ Part, the or the matrix material (ien) match exactly to the require ¬ ments on the component. For example, an impact-resistant matrix for realizing a good impact strength and down a hard matrix system are used on the upper ¬ page. Another example is the combination of filled j ¬ th and unfilled matrix systems in order to specifically influence as the fire properties, the acoustics or the raw material costs. In sum, we can state that ¬ may with the prior art by the OF INVENTION ¬ dung of large chemical building block of polyurethane chemistry in the United same are used in much broader areas to influence the component properties and component costs for specific applications. So properties and thus new applications for ¬ se efficient production-ready, lightweight solution are possible that were not or only partially possible by the restrictions of the prior art so far. Technically, the invention has the advantage that on the one hand as described above, a good connection of core and fiber-reinforced cover ¬ layers can be generated by the in-situ process. On the other hand, the in-situ process has the advantage that the separate production of a core material and, if appropriate, the pretreatment prior to the production of the sandwich component and the corresponding handling, cutting and logistics are eliminated. This has a positive effect on the production costs. The in-situ process also has the advantage that the necessary for shaping cavity pressure from the inside out and thus the core material and the outer layer ¬ matrix need not be matched to a pressing process. This gives more freedom in the selection of PUR systems.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispie¬ len näher erläutert werden. The invention will be further illustrated by Step Example ¬ len.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seinen Grund¬ zügen im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass dieses formgebende Verfahren für die Herstellung von faserverstärk¬ ten Sandwichbauteilen aus Polyurethan (PUR) zum einen für den Kernbereich und die faserverstärkten Deckschichten mindestens zwei unterschiedliche PUR-Systeme vorsieht. Zum anderen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Schaumkerns und die Imprägnierung, Durchtränkung und Aushär¬ tung der faserverstärkten Deckschichten Insitu in einem Fer- tigungsprozess erfolgt. Dies beutet auch, dass die Ausbildung und Aushärtung der Matrix in den Deckschichten und die Bil¬ dung des Schaumkerns des Bauteils zumindest phasenweise gleichzeitig im geschlossenen Formgebungswerkzeug erfolgt. The inventive method is characterized in its main ¬ coatings essentially characterized in that this molding process for the production of faserverstärk ¬ th sandwich components made of polyurethane (PUR) on the one hand for the core area and the fiber-reinforced cover layers provides at least two different polyurethane systems. On the other hand, the method is characterized in that the production of the foam core and the impregnation, impregnation and Aushär ¬ tion of the fiber-reinforced cover layers in-situ takes place in a production process. This also exploits that the formation and curing of the matrix in the surface layers and the Bil ¬ extension of the foam core of the component is effected at least in phases simultaneously in the closed molding tool.
Im Einzelnen sind die Verfahrensschritte der Erfin¬ dung wie folgt. Zunächst werden die Verstärkungsfasern, die aus Glasfasern, Kohlfasern, Naturfasern, anderen Fasertypen wie Aramidfasern oder aus Kombinationen an unterschiedlichen Faserarten bestehen können, mit einem oder mehrerer PUR- Systeme zur Erzeugung der Matrix der Deckschichten - im wei¬ teren als PUR-Matrixsystem bezeichnet - des finalen Sandwich¬ bauteils in einem ersten Verfahrensschritt benetzt, wobei ein Sprüh-, Rakel- oder Schnittfaserverfahren verwendet wird. Specifically, the process steps of the invention are the following. First, the reinforcing fibers, which may consist of glass fibers, carbon fibers, natural fibers, other types of fibers such as aramid fibers or combinations of different types of fibers, with one or more PUR systems for generating the matrix of the outer layers - in Wei ¬ teren called PUR matrix system - the final sandwich ¬ component in a first process step wetted, wherein a spray, squeegee or cutting fiber method is used.
Dies kann auf verschiedene Art und Weisen erfolgen: a) Das oder die PUR-Matrixsystem (e) werden mittels ei¬ nes Sprüh- oder Rakelverfahren direkt auf die bei¬ den Werkzeughälften des Formgebungswerkzeugs aufge¬ tragen. Im Anschluss werden die Verstärkungsfasern in Form von Halbzeugen direkt auf die Oberflächen des Formgebungswerkzeugs platziert, wobei die obere Verstärkungslage nach dem Eintrag des PUR- KernschichtSystems auch auf die untere Werkzeug¬ hälfte aufgelegt werden kann. b) Zunächst werden die Verstärkungsfasern in Form von Halbzeugen direkt im Formgebungswerkzeugs plat¬ ziert. Im Anschluss werden mittels eines Sprüh- o- der Rakelverfahren das oder die PUR-Matrixsystem (e) auf die Verstärkungsfasern aufgetragen. Die obereThis can be done in different ways: a) The one or PUR-matrix system (s) will be discharged by means of ei ¬ ¬ nes spraying or knife coating process directly onto the at ¬ the tool halves of the forming tool. Subsequently, the reinforcing fibers are placed in the form of semi-finished products directly on the surfaces of the forming tool, wherein the upper reinforcing layer can be placed on the lower tool ¬ half after the entry of PUR core layer system. b) First, the reinforcing fibers in the form of semi-finished products are placed directly in the forming tool . Subsequently, the PUR matrix system (s) are applied to the reinforcing fibers by means of a spray or doctor blade method. The upper
Verstärkungslage kann dabei direkt an der Oberflä¬ che des oberen Formgebungswerkzeugs platziert wer¬ den oder nach dem Eintrag des PUR- KernschichtSystems auf die untere Werkzeughälfte aufgelegt und im Anschluss benetzt werden. c) Das oder die PUR-Matrixsystem (e) werden mittels ei¬ nes Sprüh- oder Rakelverfahren außerhalb des Form¬ gebungswerkzeugs auf die auf die Verstärkungsfa- serhalbzeuge ein- und/oder beidseitig aufgetragen.Reinforcement layer can be placed directly on the Oberflä ¬ surface of the upper forming tool who ¬ or after the entry of PUR KernschichtSystems placed on the lower mold half and wetted afterwards. c) The or the PUR matrix system (s) are applied by means of ei ¬ nes spraying or doctor blade method outside the mold ¬ tion tool on the on the reinforcing fiber semi-finished and / or both sides.
Im Anschluss werden die benetzten Verstärkungsfa¬ serhalbzeuge im Formgebungswerkzeugs platziert. Die obere benetzte Verstärkungslage kann dabei direkt an der Oberfläche des oberen Formgebungswerkzeugs platziert werden oder nach dem Eintrag des PUR-Following the wetted Verstärkungsfa ¬ serhalbzeuge be placed in the molding tool. The upper wetted reinforcement layer can be placed directly on the surface of the upper forming tool or after the entry of the PUR-
KernschichtSystems auf die untere Werkzeughälfte aufgelegt werden. d) Es werden Kombinationen aus den unter a) bis c) be- schriebenen Verfahrensvarianten zur Benetzung derKernschichtSystems be placed on the lower mold half. d) There are combinations of the described under a) to c) process variants for wetting the
Verstärkungsfaserhalbzeuge und Platzierung im Werk¬ zeug realisiert, wobei die Verstärkungsfaserhalb- zeuge jeweils ein- oder beidseitig mit dem oder den PUR-Matrixsystem (en) benetzt werden können. e) Die PUR-Matrixsystem (e) werden zusammen mit am Misch- und Sprühorgan geschnittenen Verstärkungsfa¬ sern (z.B. LFI-, Interwet- oder CSM-Verfahren) di¬ rekt auf die Formoberflächen des Werkzeugs aufge¬ tragen und verteilt. f) Es findet eine Kombination aus den unter a) bis d) beschriebenen Verfahrensvarianten mit der unter e) beschriebenen Verfahrensvarianten statt, um z.B. lokale Zusatzverstärkungen zu realisieren. Im nächsten Verfahrensschritt findet der Eintrag des PUR-Schaumsystem zur Bildung der Kernschicht - im weite¬ ren als PUR-Kernschicht System bezeichnet - des Sandwichbau¬ teils und Anbindung der Kernschicht an die Deckschichten statt. Der Eintrag kann dabei in die offene Form erfolgen (offenes Verfahren) und dabei entweder punktuell eingetragen, über ein Handlingssystem grob vorverteilt oder auch mittels eines Sprüh- oder Rakelverfahrens großflächig verteilt wer¬ den . Bei den Verfahrensvarianten in Verfahrensschritt 1, die sich der Verwendung von Verstärkungsfaserhalbzeugen be¬ dienen (a) bis d) ) erfolgt dabei zunächst das Einlegen der unbenetzten (a) ) , direkt im Werkzeug benetzten (b) ) , außer¬ halb des Werkzeugs benetzten (c) ) oder durch Kombination aus diesen Verfahrensvarianten benetzten unteren Verstärkungslage in die untere Hälfte des Formgebungswerkzeugs. Auf diese Ver¬ stärkungslage wird das PUR-Kernschicht System wie oben be¬ schrieben aufgetragen. Die nach a) bis d) mit dem PUR-Deckschicht System benetzten Verstärkungsfaserhalbzeuge für die obere Deck¬ schicht sind dabei bereits entweder an der oberen Werkzeug¬ hälfte positioniert oder werden nach dem Eintrag des PUR- KernschichtSystems dort positioniert oder auf die untere Werkzeughälfte aufgelegt. Reinforcement semi-finished products and placement in Werk ¬ tool realized, the reinforcing fiber half each one or both sides with the or the PUR matrix system (s) can be wetted. e) The PUR-matrix system (s) will be ¬ discharged together with the mixing and spray member cut Verstärkungsfa ¬ fibers (for example, LFI, Interwet- or CSM process) di rectly ¬ on the mold surfaces of the tool and distributed. f) There is a combination of the process variants described under a) to d) with the process variants described under e), in order to realize, for example, local additional reinforcements. In the next step, the entry of the PUR foam system for forming the core layer will - in the long ¬ ren called PUR core layer system - the sandwich construction ¬ partly and connection of the core layer to the outer layers instead. The entry can be carried out in the open form (open procedure) and either selectively added, coarse pre-distributed over a handling system or by means of a spraying or doctor blade method distributed over a large area ¬ the. In the process variants in process step 1, which are the use of reinforcing fiber semifinished be ¬ serve (a) to d)) is carried out first inserting the unwetted (a), directly wetted in the tool (b)), wetted out ¬ half of the tool (c)) or by a combination of these process variants wetted lower reinforcing layer in the lower half of the forming tool. In this Ver ¬ strengthening position the PUR core layer system will be above ¬ enrolled applied. According to a) to d) are wetted with the PUR-layer system reinforcing fiber semi-finished products for the upper covering layer ¬ are already positioned either to the upper tool half ¬ or after the entry of the PU KernschichtSystems positioned there or placed on the lower mold half.
Bei der Verfahrensvariante nach e) und f) werden die benetzten Verstärkungsfasern direkt auf die Formoberflä¬ chen aufgetragen und der Eintrag des PUR-KernschichtSystems erfolgte entweder nach Eintrag der unteren Verstärkungslage und vor Auftrag der oberen Verstärkungslage oder Eintrag der oberen und unteren Verstärkungslage. In the process variant according to e) and f), the wetted reinforcing fibers are applied directly to the Formoberflä ¬ chen and the entry of PUR KernschichtSystems was either after entry of the lower reinforcing layer and before order the upper reinforcing layer or entry of the upper and lower reinforcing layer.
Im Anschluss wird das Werkzeug geschlossen und die Ausbildung des Sandwichbauteils kann erfolgen. Subsequently, the tool is closed and the formation of the sandwich component can take place.
Alternativ zum offenen Verfahren kann der Eintrag des PUR-KernschichtSystems auch über einen oder mehrere An¬ güsse in die geschlossene Form (geschlossenes Verfahren) er¬ folgen. In diesem Fall sind die benetzten Verstärkungslagen bereits im Formgebungswerkzeug, das Werkzeug wird geschlossen und erst im Anschluss wird das PUR-KernschichtSystem einge¬ tragen. In diesem Fall kann es notwendig werden, dass im Kernbereich zusätzlich zur dem KernschichtSystems ein Spreiz¬ element mit eingelegt wird, das dafür sorgt, dass die Ver¬ stärkungslagen vor der Injektion des PUR-KernschichtSystems in den Randschichten positioniert werden und in den anschlie¬ ßenden Prozessschritten auch positioniert bleiben. Dies kann im Übrigen auch beim offenen Verfahren hilfreich sein. Alternatively, the open process of the entry of the PU core layer system can follow it ¬ also via one or more fonts to ¬ into the closed mold (closed process). In this case, the wetted reinforcing layers are already in the forming tool, the tool is closed and only after the PUR core layer system is ¬ carried. In this case, it may be necessary that a spreading ¬ element with inserted in the core region in addition to the core layer system, which ensures that the Ver ¬ reinforcing layers are positioned prior to injection of the PU core layer system in the outer layers and in the subsequent ¬ sequent Process steps also remain positioned. Incidentally, this can also be helpful in the open procedure.
Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt dann im ge¬ schlossenen Formgebungswerkzeug das Aufschäumen des PUR- KernschichtSystems . Dabei bildet sich die geschäumte Kern¬ schicht aus und die Verstärkungslagen werden in den Randbe¬ reichen des Bauteils gedrückt. DAS PUR-KernschichtSystem kann dabei mit in die Verstärkungslagen eindringen, um eine besse¬ re Anbindung der Deckschichten an den Kern zu realisieren. Während des Schäumprozesses erfolgt nach vollständiger Aus- schäumung des Formhohlraums der Aufbau eines Werkzeuginnen¬ drucks durch die weitere Freisetzung an Treibmittel. Die Höhe des Forminnendrucks, der zur hinreichend guten Ausformung des Sandwichbauteils erforderlich ist, kann durch die Zusammen¬ setzung des PUR-KernschichtSystem beeinflusst werden. In the next process step, the foaming of the polyurethane core layer system then takes place in the ge ¬ closed forming tool. In this case, the foamed core ¬ layer forms and the reinforcing layers are pressed in the Randbe ¬ rich of the component. THE PUR core layer system can penetrate with the reinforcing layers in order to realize a besse ¬ re connection of the outer layers to the core. During the foaming process of construction of a cavity ¬ pressure takes place after complete initial foaming of the mold cavity by the further release of blowing agent. The height of the internal mold pressure, the sufficiently good shape of the Sandwich component is required, can be influenced by the composition ¬ tion of the PUR KernschichtSystem.
Parallel zur Ausbildung der Kernschicht findet auch die Imprägnierung der Verstärkungslagen in den Deckschichtbe¬ reichen statt. Während und nach dem Schäumprozess im Kernbe¬ reich in der Imprägnierung in den Deckschichten findet auch die Polymerbildungsreaktion der unterschiedlichen PUR-Systeme statt, d.h. die PUR-Systeme härten zu einem Polymer aus. Da¬ bei kann es auch zu chemischen Reaktionen zwischen Kern¬ schicht- und Deckschichtmatrix kommen, was die Anbindung des Kerns an die Deckschichten durch chemischen Bindungen verbes¬ sert . Parallel to the formation of the core layer, the impregnation of the reinforcement layers in the cover layer regions also takes place. During and after the foaming process in Kernbe ¬ rich in the impregnation in the cover layers and the polymer forming reaction of the various polyurethane systems takes place, that is the PU systems cure into a polymer. Since ¬ at it can also lead to chemical reactions between the core layer and cover layer ¬ matrix, the connection of the core to the surface layers by chemical bonds verbes ¬ sert.
Nach hinreichender Aushärtung und Erreichen einer ausreichenden Formstabilität wird das faserverstärkte Sand¬ wichbauteil entformt. Überstehende Faser-/Matrixverbunde und Schaumaustrieb können dann entweder anschließend durch Besäu¬ men entfernt werden oder werden bereits beim Schließen des Werkzeug z.B. durch den Einsatz von Pinchkantenwerkzeugen ab¬ getrennt . After sufficient curing and reaching a sufficient dimensional stability, the fiber-reinforced sand ¬ wichbauteil is removed from the mold. Exceeding fiber / matrix composites and foam ejection can then either be removed by besäu ¬ men or are already separated when closing the tool, for example by the use of Pinchkantenwerkzeugen ¬ .
In den oben beschrieben Fertigungsprozess können weitere Prozessschritte integriert werden. So können die Bau¬ teile z.B. direkt im Werkzeug kaschiert werden um spezielle Oberflächeneigenschaften zu erzielen. Dies kann zum Beispiel durch Einlegen von Folien, Dekoren, Vliesen oder Teppichen vor Eintrag der Fasern und Schaumsysteme erfolgen. Ebenso können zur Erzeugung spezieller Oberflächeneigenschaften wie z.B. einer einfacheren Lackierbarkeit zusätzliche PUR- Schichten oder In-Mould-Coeting-Schichten vor Eintrag der Fa¬ sern und Schaumsysteme auf einer oder beiden Werkzeugoberflä¬ chen appliziert werden. In the manufacturing process described above, further process steps can be integrated. Thus, the construction can be laminated for example ¬ parts directly in the mold to achieve specific surface properties. This can be done for example by inserting films, decors, fleeces or carpets before entry of the fibers and foam systems. Similarly, for producing special surface properties, such as a simpler paintability can be additional polyurethane layers or applied in-mold Coeting layers prior to entry of the fibers and Fa ¬ foam systems on one or both Werkzeugoberflä ¬ chen.
In diesem Zusammenhang kann es ebenfalls notwendig sein, PUR-Systeme mit möglichst niedriger Reaktionsexothermie einzusetzen. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn Foli¬ en, Dekore oder Teppichkaschierungen eingesetzt werden, die temperatursensibel sind und z.B. nur Temperaturen von unter 100 °C während der Formgebung aushalten. In this context, it may also be necessary to use PU systems with the lowest possible reaction exothermicity. This is particularly relevant when using foli ¬ en, decors or carpet laminates, the are temperature sensitive and, for example, only withstand temperatures below 100 ° C during molding.
Als weitere Maßnahme seitens der chemischen Zusam¬ mensetzung der eingesetzten PUR-Systeme kann es sinnvoll wer¬ den, PUR-Systeme mit thermisch aktivierten Katalysatoren ein¬ zusetzen. Solche Katalysatoren bewirken, dass das PUR-System bei niedrigen Temperaturen nur stark zeitverzögert zu reagie¬ ren beginnt und erst bei höheren Temperaturen von z.B. 80 bis 110°C schnell durchhärtet. Dies ist dann sinnvoll, wenn man z.B. für den Sprühprozess zur Benetzung der Verstärkungsfa¬ sern insbesondere bei größeren Bauteilen eine vergleichsweise lange Zeit benötigt, aufgrund der zu fertigenden Stückzahl aber kurze Aushärtezeiten notwendig sind. In solchen Fällen nutzen thermisch aktivierte PUR-Systeme dahingehend, dass beim Sprühauftrag des PUR-Matrixsystems auf die Verstärkungs¬ fasern außerhalb des Werkzeugs und somit bei Raumtemperatur vergleichsweise viel Zeit ohne merkliche Reaktion zur Verfü¬ gung steht. Werden die benetzten Faserhalbzeuge im Anschluss in das beheizte Werkzeug eingelegt und das PUR- Kernschichtmaterial eingetragen, wird die Reaktion des Mat¬ rixmaterials durch entsprechend eingestellte höhere Werkzeug¬ temperaturen initiiert und die Reaktion stark beschleunigt. Gleichzeit kann das auf diesen Prozess abgestimmte PUR- Kernschichtmaterial aufschäumen und ausreagieren, so dass in Summe eine kurze Aushärtezeit bis zur Bauteilentformung rea¬ lisiert werden kann. As a further measure by the Chemical for ¬ mensetzung of the PUR systems it may be useful with thermally activated catalysts enforce ¬ to, polyurethane systems a ¬. Such catalysts cause the polyurethane system begins at low temperatures only greatly time-delayed to reagie ¬ ren and only at higher temperatures of, for example 80 to 110 ° C quickly hardened. This is useful if, for example requires a relatively long time for the spraying process for wetting the fibers Verstärkungsfa ¬ especially for larger components, due to the number of pieces to be manufactured but short curing times are necessary. In such cases, use thermally activated PUR systems to the effect that when spraying the PUR matrix system on the reinforcing ¬ fibers outside the tool and thus at room temperature comparatively much time without noticeable reaction avail ¬ supply stands. If the wetted fiber semi-finished products loaded in the terminal in the heated tool and entered the polyurethane core layer material, the reaction of the Mat ¬ rixmaterials is initiated by correspondingly adjusted higher tool ¬ temperatures and greatly accelerated the reaction. At the same time the tuned to this process PUR core layer material can foam and react to completion so that a short curing time to Bauteilentformung can be rea ¬ lisiert in total.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren an¬ hand von Abbildungen beispielhaft erläutert. Die bewußt ver¬ einfachten schematischen Zeichnungen zeigen als The method according to the invention is explained by way of example with reference to figures. The conscious ver ¬ simplified schematic drawings as
Fig. 1 einen möglichen Verfahrensaufbau des er¬ findungsgemäßen Verfahrens mit Sandwich- Bauteil und Fig. 2 das in mehrere Verfahrensschritte aufge¬ gliederte Verfahren im Formgebungswerk¬ zeug . In Figur 1 sind zum einen die Tagesbehälter 1 und 2 zur Aufnahme der chemischen Grundsubstanzen abgebildet, die einem Mischer 3 zugeführt werden, der durch den Mischvorgang die chemische Reaktion vorbereitet. Aus dem Mischbehälter wird die reaktionsfähige Mi¬ schung mittels eines Sprühkopfes auf das Formgebungswerkzeug oder direkt auf das Faserhalbzeug aufgetragen. 1 shows a possible process structure of he ¬ inventive method with sandwich component and Fig. 2, the set ¬ divided into a plurality of process steps in the method of forming tool ¬ convincing. FIG. 1 shows, on the one hand, the daily containers 1 and 2 for receiving the basic chemical substances, which are fed to a mixer 3, which prepares the chemical reaction by the mixing process. The reactive Mi ¬ research is applied by means of a spray head on the shaping tool or directly to the semifinished fiber product from the mixing container.
Unterhalb dieses Aufbaus ist beispielhaft dass sich im Formgebungswerkzeug ausbildende Sandwichbauteil in Schich¬ ten dargestellt. Das Formgebungswerkzeug 5 schließt hierbei das Sandwichbauteil ober- und unterseitig ein. Mittig im Sandwich Bauteil ist als dickste Schicht der Kernschaum 6 dargestellt. Oberhalb und unterhalb des Kernschaums finden sich die faserverstärkten Deckschichten, die sich aus den je¬ weiligen Faserverstärkungen 8 und den Matrixsystemen 7 zusam¬ mensetzen . Below this structure is exemplified that forming in the forming tool sandwich component shown in Schich ¬ th. The forming tool 5 in this case includes the sandwich component on top and bottom. In the middle of the sandwich component, the core foam 6 is shown as the thickest layer. Above and below the foam core, the fiber-reinforced cover layers, which result from the depending ¬ weiligen fiber reinforcements 8 and the matrix systems 7 are found together ¬ mensetzen.
Der in Figur 2 schematisch dargestellte Verfahrens- ablauf umfasst die folgenden Schritte. The process flow shown schematically in FIG. 2 comprises the following steps.
Bei diesem lediglich beispielhaft dargestellten Aufbau wird als erster Verfahrensschritt a) das Matrixsystem 7 auf das Werkzeug 5 gesprüht. Im vorliegenden Fall wird le- diglich die Unterseite des Werkzeugs 5 mit einem Matrixsystem 7 besprüht . In this construction, which is illustrated only by way of example, the matrix system 7 is sprayed onto the tool 5 as the first method step a). In the present case, only the underside of the tool 5 is sprayed with a matrix system 7.
Als zweiter Verfahrensschritt b) wird nun auf die mit dem Matrixsystem 7 besprühte Werkzeugunterseite 5 eine Fasermatte 8 aufgelegt. As a second method step b), a fiber mat 8 is now placed on the tool underside 5 sprayed with the matrix system 7.
Als dritter Verfahrensschritt c) wird auf die zuvor eingebrachten 2 Lagen das Kernschicht System eindosiert. Als vierter Verfahrensschritt d) wird auf dieses Kernschicht System eine neuerliche Fasermatte 8 zur Erzeugung einer oberseitigen faserverstärkten Deckschicht aufgelegt. As a third process step c), the core layer system is metered onto the previously introduced 2 layers. As a fourth method step d), a new fiber mat 8 is applied to this core layer system to produce a top-side fiber-reinforced cover layer.
Als fünfter Verfahrensschritt e) wird nun diese Fa¬ sermatte ebenfalls mit dem Matrixsystem 7 besprüht, um ab¬ schließend im letzten Verfahrensschritte f) das Werkzeug 5 zu schließen und somit die Werkzeugoberseite ebenfalls in Kon- takt zum oberseitigen Matrixsystem 7 zu bringen. The fifth process step e) these Fa ¬ sermatte is now also sprayed with the matrix system 7 in order to close off ¬ closing in the last process steps f), the tool 5 and thus the tool upper side is also clocked in con- to bring the upper-side matrix system. 7
Nach dem Aufschäumen und Aushärten im Formgebungs¬ werkzeug ist somit ein erfindungsgemäßes Sandwichbauteil fer¬ tiggestellt . After the foaming and curing the molding tool ¬ an inventive sandwich component thus fer ¬ tiggestellt.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur in situ Herstellung von mit Verstärkungsfa¬ sern (8) verstärkten Sandwichbauteilen in einem Urformver¬ fahren unter Einsatz verschiedener ungefüllter oder mit Füllstoffen modifizierter Polyurethansysteme bestehend aus mindestens einer Reaktionskomponente oder ähnlichen Reak¬ tionskunst stoffSystemen wie Polyurea- oder Polyisocyanurat- systemen wobei A process for the enhanced in situ production of at Verstärkungsfa ¬ fibers (8) sandwich components in a Urformver ¬ drive using various unfilled or with fillers modified polyurethane systems comprising systems of material systems at least one reaction component or similar reac ¬ tion art such as polyurea or polyisocyanurate wherein
— die Verstärkungsfasern (8) zur Ausbildung einer faser¬ verstärkten Deckschicht mit zumindest einem schäumfähi¬ gen oder kompakten Reaktionskunst stoffSystem (im Weite¬ ren als Matrixsystem (7) bezeichnet) benetzt werden oder in diesem Matrixsystem (7) bereits als Kurzfasern ent¬ halten sind - (referred to (in the width ¬ ren as a matrix system 7)), the reinforcing fibers (8) to form a fiber ¬ reinforced cover layer with at least fuel system a schäumfähi ¬ gene or compact reaction plastic are wetted, or in this matrix system (7) already hold as short fibers ent ¬ are
— und ein Schaumkern aus zumindest einem weiteren schäum¬ fähigen Reaktionskunst stoffSystem (im Weiteren als Kern¬ schichtsystem (6) bezeichnet (Polyurethanschaumkern be¬ vorzugt Hartschaum) ) erzeugt wird, - and a foam core made of at least one other foaming reaction ¬ capable plastic system (hereinafter (as a core layer system ¬ 6) designated (polyurethane foam core be ¬ vorzugt foam)) is generated,
— wobei die Formgebung sowie die Aushärtung der Systeme (6, 7) zu einem faserverstärkten Sandwichbauteil in ei¬ nem Formgebungswerkzeug (5) und in einem Fert igungspro- zess simultan in situ erfolgt. - Wherein the shaping and the curing of the systems (6, 7) to a fiber-reinforced sandwich component in ei ¬ nem forming tool (5) and in a manufacturing process takes place simultaneously in situ.
Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach An¬ spruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionskunst stoffSysteme Polyurethan (PUR) -Systeme, Polyurea- oder Polyisocyanurat (PIR) -Systeme verwendet wer¬ den . A process for the preparation of sandwich panels according to claim 1. ¬ characterized in that in response plastic systems polyurethane (PUR) systems, polyurea or polyisocyanurate (PIR) systems used ¬ the.
3. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach An¬ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (8) für die obere und/oder untere Deckschicht in einem Sprüh- oder in einem Rakelverfahren vor der Formgebung mit mindestens dem Matrixsystem (7) benetzt werden. 3. A process for producing sandwich components according to claim ¬ 1 or 2, characterized in that the reinforcing fibers (8) for the upper and / or lower cover layer in a spray or in a doctor blade method before molding with at least the matrix system (7) be wetted.
Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (8) innerhalb und/oder außerhalb des Formgebungswerkzeugs (5) ein- oder beidseitig benetzt werden . A process for the preparation of sandwich panels according to ei ¬ nem of claims 1 to 3, characterized in that the reinforcing fibers (8) on one or both sides are wetted inside and / or outside of the shaping tool (5).
Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Oberflächen des Formgebungswerkzeugs (5) be¬ netzt und im Anschluss die Verstärkungsfasern (8) im Form¬ gebungswerkzeugs (5) positioniert werden. A process for the preparation of sandwich panels according to ei ¬ nem of the preceding claims, characterized in that initially the surface of the forming tool (5) be ¬ wets and following the reinforcing fibers (8) in the form ¬ gebungswerkzeugs (5) are positioned.
6. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (8) in Form von Verstärkungsfa¬ serhalbzeugen und/oder geschnittenen Verstärkungsfasern (8) mit Faserlängen von größer 5mm, bevorzugt von größer 10 mm und insbesondere bevorzugt von größer 20 mm zusammen mit dem oder den Matrixsystem (en) (7) für die faserver¬ stärkten Deckschichten des Verbundes auf den Oberflächen des Formgebungswerkzeugs (5) eingelegt oder verteilt wer¬ den . 6. A method for producing sandwich components according to egg ¬ nem of the preceding claims, characterized in that the reinforcing fibers (8) in the form of Verstärkungsfa ¬ serhalbzeugen and / or cut reinforcing fibers (8) with fiber lengths greater than 5mm, preferably greater than 10 mm and inserted or distributed more preferably of greater than 20 mm, together with the matrix or the system (s) (7) for the faserver ¬ reinforced top layers of the laminate on the surfaces of the forming tool (5) ¬ the.
7. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach An¬ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geschnittenen Verstärkungsfasern (8) zusammen mit zu¬ mindest einem Matrixsystem (7) in einem PUR-Schnittfaser¬ verfahren (z.B. LFI-, Interwet oder CSM-Verfahren) auf den Oberflächen des Formgebungswerkzeugs (5) verteilt oder nur lokal eingetragen werden. 7. A method for producing sandwich components according to claim ¬ 6, characterized in that the cut reinforcing fibers (8) together with ¬ at least one matrix system (7) in a PUR-Schnittfaser ¬ method (eg LFI, Interwet or CSM method ) are distributed on the surfaces of the forming tool (5) or registered only locally.
8. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach An¬ spruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzten oder noch unbenetzten Verstärkungsfasern (8) in das Formgebungswerkzeug (5) auf der Oberseite und auf der Unterseite zur Erzeugung der faserverstärkten Deckschichten des Sandwichverbundes eingelegt werden oder alternativ die oberen benetzten oder noch unbenetzten Verstärkungsfasern (8) nach Eintrag des KernschichtSys¬ tems auf die untere Werkzeughälfte aufgelegt werden. 8. A method for producing sandwich components according to claim ¬ 1 to 6, characterized in that the wetted or still unwetted reinforcing fibers (8) in the forming tool (5) on the top and on the bottom to produce the fiber-reinforced cover layers of the sandwich composite are inserted or alternatively, the upper wetted or unwetted yet reinforcing fibers (8) are placed on the lower die half after entry of the KernschichtSys ¬ tems.
9. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das KernschichtSystem (6) zur Erzeugung des Schaumkerns des fertigen Sandwichbauteils in das geöffnete oder in das geschlossene Formgebungswerkzeug (5) als flüssiges Reaktionsgemisch eingetragen wird. 9. A method for producing sandwich components according to one of claims 1 to 8, characterized in that the core layer system (6) for producing the foam core of the finished sandwich component in the open or in the closed forming tool (5) is registered as a liquid reaction mixture.
10. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur gezielten Positionierung der Verstärkungsfasern (8) in den Bauteilrandbereichen des Formgebungswerkzeuges (5) ein Spreizelement mit in das Formgebungswerkzeug (5) eingelegt wird. 10. A method for producing sandwich components according to egg ¬ nem of claims 1 to 9, characterized in that for the targeted positioning of the reinforcing fibers (8) in the component edge regions of the forming tool (5) an expansion element with in the forming tool (5) is inserted.
11. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass 11. A process for producing sandwich components according to egg ¬ nem of claims 1 to 10, characterized in that
— das KernschichtSystem (6) beim Aufschäumen im ge¬ schlossenen Formgebungswerkzeug (5) einen hinrei¬ chenden Forminnendruck aufbaut, - the core layer system (6) during the foaming in ge ¬ closed molding tool (5) builds up a rea ¬ sponding internal mold pressure,
— wodurch die benetzten Verstärkungsfasern (8) an die Werkzeugwandungen gedrückt und imprägniert werden, Whereby the wetted reinforcing fibers (8) are pressed against the mold walls and impregnated,
— wobei das KernschichtSystem (6) zum Schaumkern und das/die Matrixsystem (e) (7) mit den Verstärkungsfa¬ sern (8) zu den faserverstärkten Deckschichten aushärten . - wherein the core layer system (6) to the foam core and the / the matrix system (s) (7) with the Verstärkungsfa ¬ fibers (8) harden to the fiber-reinforced cover layers.
12. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Matrixsystem (e) (7) und das KernschichtSys¬ tem (6) zur besseren Anbindung und Haftung der faserver¬ stärkten Deckschichten an den Schaumkern bei der Aushär¬ tung im Formgebungswerkzeug (5) eine chemische Bindung eingehen . 12. A process for the preparation of sandwich panels according to ei ¬ nem of the preceding claims, characterized in that the or matrix system (s) (7) and the KernschichtSys ¬ system (6) for better bonding and adhesion of the faserver ¬ reinforced cover layers to the foam core in the Aushär ¬ tion in the forming tool (5) enter into a chemical bond.
13. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungswerkzeug (5) so temperiert ist, dass so¬ wohl konventionell katalysierte PUR-Systeme als auch thermisch aktivierte PUR-Systeme, insbesondere als Mat¬ rixsysteme (7), eingesetzt werden können, um trotz des Einsatzes unterschiedlicher PUR-Systeme und Verarbei¬ tungsverfahren möglichst kurze Aushärtezeiten zu erzie¬ len . 13. A method for producing sandwich components according to egg ¬ nem of the preceding claims, characterized in that the forming tool (5) is tempered so that ¬ well conventional catalyzed PUR systems and thermally activated PUR systems, in particular as Mat ¬ rixsysteme (7), can be used to erzie ¬ len as short as possible, despite the use of various polyurethane systems and processing methods proces ¬ curing.
14. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Funkt ionsschicht ( z . B . Oberflächenvered¬ lung, Barriereschicht) im Sprühverfahren auf eine oder beide Oberflächen des Formgebungswerkzeugs (5) vor dem Einbringen der Verstärkungsfasern (8) und der Kern- und Matrix-Systeme eine zusätzliche Beschichtung aus Po¬ lyurethan oder einem anderen Reaktionsharz und/oder ein In-Mould Coating eingetragen wird. 14. A process for the preparation of sandwich panels according to ei ¬ nem of claims 1 to 13, characterized in that as additional Funct ionsschicht (eg. B. Oberflächenvered ¬ lung, barrier layer) by spraying on one or both surfaces of the forming tool (5) in front of the Introducing the reinforcing fibers (8) and the core and matrix systems an additional coating of Po ¬ lyurethan or another reaction resin and / or in-mold coating is entered.
15. Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach ei¬ nem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen der Verstärkungsfasern (8) und der Kern- und Matrix-Systeme Teppich, Vliesstoffe, Folien o der andere Dekorwerkstoffe auf eine oder beide Oberflä¬ chen des Formgebungswerkzeugs (5) aufgebracht werden zu direkten Kaschierung als Außenhaut der Sandwichbauteile 15. A method for producing sandwich components according to egg ¬ nem of the preceding claims, characterized in that prior to introducing the reinforcing fibers (8) and the core and matrix systems carpet, nonwovens, films o the other decorative materials on one or both Oberflä ¬ Chen of the forming tool (5) are applied to direct lamination as the outer skin of the sandwich components
Verfahren zur Herstellung von Sandwichbauteilen nach An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethansystem mit fein gemahlenen Glasfasern oder Kohlefasern mit ein Füllstoffgehalt von l%-80% im Po¬ lyurethansystem gefüllt wird, wobei die Füllung sowohl im Polyol als auch im Isocyanat erfolgen kann, und anschlie¬ ßend die Deckschicht in das Formgebungswerkzeug (5) ge¬ sprüht und danach die Kernmatrix (2) eindosiert wird. A process for the preparation of sandwich panels according to ¬ claim 1., characterized in that the polyurethane system is filled with finely ground glass fibers or carbon fibers with a filler content of l% -80% of the Po ¬ lyurethansystem, wherein the filling in both the polyol and the isocyanate be effected can, and subsequently ¬ ßend ge sprayed ¬ the top layer in the forming tool (5) and then the core matrix (2) is metered.
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