DE10123176C2 - Process for producing sandwich components with a cover layer and a foam-containing core layer - Google Patents
Process for producing sandwich components with a cover layer and a foam-containing core layerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sand wichbauteilen mit einer Deckschicht und einer Schaum aufweisen den Kernschicht, wie es bspw. aus der gattungsbildend zugrunde gelegten DE 199 14 327 A1 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a process for the production of sand having wichbauteilen with a cover layer and a foam the core layer, as it is based, for example, from the generic published DE 199 14 327 A1 discloses as known.
Aus der DE 199 14 327 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Sandwichbauteile hergestellt werden können, deren aus einem so genannten SMC-(sheet-molding-compound)-Sandwich hergestellten Deckschichten mit einer Zwischenlage aus Schaum versehen wer den. Die Deckschichten werden in einem Preßwerkzeug vorgefer tigt, ggf. zugeschnitten und unter Zwischenlage einer ebenfalls zuvor zugeschnittenen Schaumplatte miteinander unter geringem Druck zu dem Sandwichbauteil verbunden. Des weiteren sind vor teilhafte Materialien für den Schaum und die SMC-Deckschichten, sowie Trennmittel zur vereinfachten Entnahme der fertigen (Schaum-) Sandwichbauteile aus dem Endwerkzeug erwähnt.From DE 199 14 327 A1 a method is known, with the Sandwich components can be made, from a so SMC (sheet molding compound) sandwich produced Cover layers provided with an intermediate layer of foam who the. The cover layers are vorgefer in a press tool if necessary, and with the interposition of a likewise previously cut foam plate with each other under low Pressure connected to the sandwich component. Furthermore, they are in front Partial materials for the foam and the SMC cover layers, as well as release agents for simplified removal of the finished (Foam) sandwich components from the end tool mentioned.
Der Herstellungsprozess weist jedoch mehrere Arbeitsschritte auf und ist daher langwierig, kompliziert, störungsanfällig und teuer.However, the manufacturing process has several steps on and is therefore tedious, complicated, prone to failure and expensive.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sandwichbauteils zu entwickeln, mit dem die Fertigung leichter und dennoch steifer Bauteile, insbesondere von Karosseriebauteilen, in möglichst preisgünstiger Weise er möglicht ist. The object of the invention is a process for the preparation to develop such a sandwich component, with which the Production of lightweight yet stiffer components, in particular of body parts, in the least expensive way he is possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with a method with the Process steps of claim 1 solved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zuerst eine oder mehrere Deckschichten und weitere Ausgangsmaterialien geschich tet in ein Formwerkzeug eingebracht. Danach wird das Formwerk zeug geschlossen und die Ausgangsmaterialien werden während einer Vorpresszeit miteinander verpresst. Während der Vorpresszeit werden die Ausgangsmaterialien gleichzeitig erwärmt und ein Treibmittel wird insbesondere thermisch aktiviert. Das Treibmit tel ermöglicht hierbei zumindest die Schaumbildung. Gleichzei tig zu der Aktivierung des Treibmittels kann in vorteilhafter Weise eine Vernetzung wenigstens eines der Ausgangsmaterialien zumindest eingeleitet werden. Nach der Vorpresszeit wird das Formwerkzeug bis zu dem Endwert der Schichtdicke des Sandwich bauteiles in Formendstellung zurückgefahren, wobei das beim Zu rückfahren das freiwerdende Volumen mit dem sich bildenden und/oder ausdehnendem Schaum gefüllt wird und auf diese Weise eine Kernschicht ausgebildet. Um hierbei die Stabilität zu er höhen können zur Bildung der Kernschicht neben Schaum auch Fa sern, und/oder weitere Lagen in das Formwerkzeug eingebracht werden. Zum Schluss werden in der Formendstellung alle vernetz baren Ausgangsmaterialien abschließend vernetzt. Das Formwerk zeug wird geöffnet und das OSS-SMC-Sandwich entnommen.In the method according to the invention, first one or several outer layers and other starting materials geschich tet introduced into a mold. After that, the formwork becomes closed and the starting materials are used during a Prepress time pressed together. During the pre-press time the starting materials are heated simultaneously and a propellant is particularly thermally activated. The Treibmit Tel allows at least the foaming. Gleichzei tiger to the activation of the propellant can be in an advantageous Make a crosslinking of at least one of the starting materials at least be initiated. After the pre-press time will be Forming tool up to the final value of the layer thickness of the sandwich Moved back member in Formendstellung, with the Zu return the released volume with the forming and / or expanding foam is filled and in this way formed a core layer. To here he stability heights can be used to form the core layer in addition to foam also Fa fibers, and / or other layers introduced into the mold become. Finally, all are networked in the Formendstellung finally crosslinked baren starting materials. The formwork The tool is opened and the OSS-SMC sandwich removed.
Um möglichst gute Oberflächenqualitäten zu ermöglichen ist es sinnvoll, daß in das Formwerkzeug als Erstes und als Letztes jeweils eine das spätere Sandwichbauteil außenseitig zumindest bereichsweise begrenzende Deckschicht und/oder deren Ausgangs stoffe eingelegt wird. Hierbei sollte zuerst geschäumt und an schließend die Deckschichten und/oder deren Ausgangsstoffe ver netzt und/oder gehärtet werden.To enable the best possible surface qualities it is makes sense that in the mold first and last one each the later sandwich component on the outside at least partially limiting top layer and / or their output is inserted. This should be foamed and on first closing the outer layers and / or their starting materials ver wetting and / or hardened.
Wird nur eine hochqualitative Oberfläche angestrebt, wird zweckmäßiger Weise in das Formwerkzeug nur eine Deckschicht und/oder deren Ausgangsstoffe eingebracht, wobei vor dem Schäumen die Härtung der Deckschicht und/oder die Vernetzung der Ausgangsstoffe der Deckschicht eingeleitet wird. If only a high-quality surface is desired, will expedient manner in the mold only one cover layer and / or their starting materials introduced, wherein before the Foaming the curing of the top layer and / or crosslinking the starting materials of the top layer is introduced.
Hierbei ist es günstig, für die Vorpresszeit (tVP), die Reakti
onszeit der Deckschicht (tRDS), die Schäumzeit (tSch), die Reak
tionszeit der Kernschicht (tRKS) und die Zeit bis zu Beginn des
Schäumens (tBS) nachfolgende Zeitrelation zu wählen:
In this case, it is favorable for the pre-press time (t VP ), the reaction time of the cover layer (t RDS ), the foaming time (t Sch ), the reaction time of the core layer (t RKS ) and the time until the beginning of the foaming (t BS ) choose the following time relation:
tVP ≦ tRDS + tSch ≦ tRKS + tRDS ≦ tBS.t VP ≦ t RDS + t Sch ≦ t RKS + t RDS ≦ t BS .
Als Basiswerkstoff werden die im Fahrzeugbau etablierten Werk stoffe für Sheet-Molding-Compound (SMC) gewählt, die im Heiß pressverfahren verarbeitet werden. Um die gewünschten hohen Steifigkeiten zu erreichen und damit heutige konventionelle Konstruktionen zu übertreffen, wird das Sandwichbauteil in der Art einer mehrlagigen Sandwichstruktur ausgeführt. Dadurch kann die bei herkömmlichen SMC-Bauteilen meist erforderliche Ausfüh rung als zweischalige oder stark verrippte bzw. versickte Kon struktion entfallen. Weitere Vorteile dieser Sandwichbauweise sind Kosteneinsparungen gegenüber zweischaligen oder stark ver rippten bzw. versickten Konstruktionen sowie die Vermeidung von Einfallstellen.The basis material will be the factory established in vehicle construction materials for sheet molding compound (SMC) selected in hot be processed. To the desired high To achieve rigidity and thus conventional today To exceed constructions, the sandwich component in the Type of a multilayer sandwich structure executed. This can the most common in conventional SMC components Ausfüh tion as a bivalve or heavily ribbed or swamped con attribution. Further advantages of this sandwich construction are cost savings versus double-shelled or heavily ver ribbed or pitted constructions as well as the avoidance of Sink marks.
Ein vergleichbares Sandwichbauteil, das in der herkömmlichen Weise aus Deck- und Kernschichten in Einzelschritten gefertigt wird, ist aufgrund der hohen Herstellkosten nicht vertretbar. Daher ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anzahl der Arbeitsschritte reduziert. Gleichzeitig ist auch die Herstel lung von räumlich gekrümmten Bauteile ermöglicht. Ferner kann das Recycling der Bauteile ohne vorherige stoffliche Trennung erfolgen.A comparable sandwich component, which in the conventional Made of cover and core layers in single steps is not justifiable due to the high production costs. Therefore, in the inventive method, the number of Work steps reduced. At the same time is also the manufacturer ment of spatially curved components allows. Furthermore, can the recycling of components without prior material separation respectively.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigtHereinafter, the invention with reference to in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. there shows
Fig. 1 die Herstellung eines Sandwichbauteils mit zugehörigem Werkzeug, Fig. 1 shows the manufacture of a sandwich component with an associated tool,
Fig. 2 den zeitlichen Verfahrensablauf und Fig. 2 shows the temporal procedure and
Fig. 3 einen Querschnitt durch verschiedene Sandwichbauteile. Fig. 3 shows a cross section through various sandwich components.
Ein im erfindungsgemäßen Verfahren in einem Arbeitsschritt (one-step-sandwich) hergestelltes OSS-SMC-Sandwich kann aus zwei SMC-Deckschichten üblichen Aufbaus und einem Kern aus ge schäumtem SMC bestehen. Der Schaumkern des OSS-SMC- Sandwichbauteils wird während des Urformprozesses gebildet (siehe Fig. 1). Hierzu wird der SMC-Masse der Kernschicht ein Treibmittel beigegeben, das den Kern im Werkzeug vor der Ver netzung des Polymers aufschäumt. Der ggf. mehrlagige SMC- Zuschnitt wird flächig in das Werkzeug eingebracht und im ers ten Schritt verpresst. Nach Abschluss des Fließvorgangs und der Formfüllung erfolgt der für das Erreichen der gewünschten Sand wichdicke nötige Aufschäumvorgang. Durch den Schäumdruck des Kernmaterials bleiben die Deckschichten mit der Werkzeugober fläche in Kontakt.An OSS-SMC sandwich produced in the process according to the invention in one step (one-step sandwich) may consist of two SMC cover layers of conventional construction and a core of foamed SMC. The foam core of the OSS-SMC sandwich component is formed during the original molding process (see FIG. 1). For this purpose, the SMC mass of the core layer is added to a blowing agent which foams the core in the tool before the cross-linking of the polymer. The optionally multi-layered SMC blank is placed flat in the tool and pressed in ers th step. After completion of the flow and the mold filling takes place to achieve the desired sand wich thickness necessary foaming. Due to the foaming pressure of the core material, the outer layers remain in contact with the upper surface of the tool.
Die Struktur des in "One-Step" gebildeten Formteils entspricht damit dem eines "gebauten" Sandwichs, wobei aber Deckschichten und Kernmaterial in vorteilhafter Weise aus demselben Basis werkstoff bestehen.The structure of the molding formed in "One-Step" corresponds so that of a "built" sandwich, but with cover layers and core material advantageously from the same base consist of material.
Ein nach diesem Verfahren hergestelltes SMC-Sandwich muss aber kein völlig ebenes Bauteil sein, sondern kann eine geometrische Strukturierung, wie z. b. sphärische Krümmungen, aufweisen.However, an SMC sandwich produced by this process must not a completely flat component, but can be a geometric Structuring, such. b. have spherical curvatures.
In Fig. 2 ist der Prozessablauf über der Zeit dargestellt. Es sind die drei Phasen, Vorpressen, Schäumen und Härten darge stellt. Der Verfahrweg des Werkzeugs und der in der Vorpress zeit anliegende Druck ist erkennbar. In der Vorpresszeit wird sinnvollerweise die für die Aktivierung eines Treibmittels und die Vernetzung eines ungesättigten Polyesterharzes benötigte Wärmeenergie in den Compound eingebracht. In FIG. 2, the process sequence is shown over time. It is the three phases, pre-pressing, foaming and curing Darge presents. The travel of the tool and the pressure applied in the prepress time is recognizable. In the pre-press time, the heat energy required for the activation of a blowing agent and the crosslinking of an unsaturated polyester resin is expediently introduced into the compound.
In bevorzugter Weise werden als Ausgangsmaterialien sowohl für die Deckschicht als auch für die Kernschicht Werkstoffe einge setzt, die auf einem Standard-SMC beruhen und z. B. aus der gat tungsbildenden DE 199 14 327 A1 bekannt sind. Die Deckschicht ist, ausgehend von einem üblichen low shrink SMC, so modifi ziert, daß die Anforderungen des Prozesses erfüllt werden. Die Kernschicht basiert auf einem herkömmlichen SMC mit geringem Glasanteil und enthält mit 30 bis 40 Volumenprozent einen hohen Anteil SMC-Recyclat. Damit stellt das Sandwich ein Monosystem dar, das ohne stoffliche Trennung aufbereitet werden kann. Als Treibmittel der Kernschicht wird bevorzugt ein Alkohol einge setzt. Die Zykluszeiten bei der Verarbeitung von OSS-SMC- Sandwichbauteilen liegen im Bereich von 180-360 s. Die Dichte eines derartigen Sandwichbauteils liegt bei üblichen Schäumra ten zwischen 0,9 und 1 g/cm3 und lässt sich bei Steigerung der Schäumrate weiter reduzieren. Begrenzt wird dies von der für das jeweils betrachtete Sandwichbauteil erforderlichen mechani schen Beschaffenheit des Schaums.Preferably, as starting materials for both the top layer and the core layer materials is set, based on a standard SMC and z. B. from the gat device-forming DE 199 14 327 A1 are known. The cover layer is, starting from a conventional low shrink SMC, so modifi ed that the requirements of the process are met. The core layer is based on a conventional SMC with a low glass content and contains 30 to 40 volume percent of a high proportion of recycled SMC. This makes the sandwich a monosystem that can be processed without material separation. As the blowing agent of the core layer, an alcohol is preferably used. The cycle times for processing OSS-SMC sandwich components are in the range of 180-360 s. The density of such a sandwich component is at usual Schäumra th between 0.9 and 1 g / cm 3 and can be further reduced by increasing the foaming rate. This is limited by the mechanical nature of the foam required for the respective sandwich component considered.
Eine gute Poreneigenschaft ergab sich insbesondere bei der Ver wendung von Alkohol als Treibmittel und/oder bei der Einbrin gung von Mikrokapseln, die zu Anfang das Treibmittel beinhalte ten.A good pore property resulted especially in the Ver use of alcohol as a propellant and / or in Einbrin microcapsules initially containing the propellant th.
Der Vorteil von OSS-SMC-Sandwichbauteilen hinsichtlich Verbes
serung der mechanischen Eigenschaften liegt u. a. in der Erzeu
gung eines leichten biegesteifen Sandwichbauteils. Da hier ein
zelne Kennwerte keine anschauliche Aussagekraft haben, ist
nachfolgend eine tabellarische Gegenüberstellung von unter Flä
chenlast beaufschlagten einseitig eingespannten Biegeträgern
aus OSS-SMC, SMC und Stahl aufgeführt. Bei gleichen Trägerab
messungen und Durchbiegungen zeigen die unterschiedlichen Mas
sen eindeutig das Leichtbaupotential von OSS-SMC. Gegenüber ei
nem herkömmlichen SMC ist OSS-SMC hier um 34% und im Vergleich
mit Stahl um 56% leichter.
The advantage of OSS-SMC sandwich components with regard to improving the mechanical properties is, inter alia, the production of a lightweight, rigid sandwich component. Since individual parameters do not have a clear meaningfulness, a tabular comparison of unilaterally clamped bending beams made of OSS-SMC, SMC and steel is listed below. With the same carrier dimensions and deflections, the different masses clearly show the lightweight potential of OSS-SMC. Compared to a conventional SMC, OSS-SMC is 34% lighter and 56% lighter than steel.
Um die Tauglichkeit des Werkstoffsystems und des Verfahrens für Fahrzeugbauteile zu ermitteln, wurde ein Demonstrationsbauteil realisiert, das alle fahrzeugspezifischen Anforderungen in der Bauteilerprobung erfüllen muss. Nach der Betrachtung verschie dener Nutzfahrzeugbauteile, z. b. Dach, Boden, Rückwand und Tür, wurde eine Vorbauklappe eines Lkws der schweren Klasse umge setzt.To the suitability of the material system and the method for Vehicle components became a demonstration component Realized that all vehicle specific requirements in the Must meet component testing. After viewing different dener commercial vehicle components, z. b. Roof, floor, back wall and door, was a front flap of a truck of the heavy class vice puts.
Entgegen der bisherigen Konstruktion, die aus einer Profilun terstruktur aus Stahlblech mit einer SMC-Beplankung besteht, kommt die OSS-SMC Ausführung ohne Tragstruktur aus und bietet damit Kosten- und Gewichtsvorteile. Die Anbauteile wie Schar niere, Gasdruckfedern, Schlossfallen und Kühlergrill werden di rekt an der OSS-SMC-Vorbauklappe befestigt. Dieses Bauteil stellt also eine gute industrielle Umsetzung der Grundtechnolo gie des OSS-SMCs dar.Contrary to the previous design, which consists of a Profilun steel structure with a SMC planking, comes the OSS-SMC version without support structure and offers thus cost and weight advantages. The add-on parts like Schar kidney, gas springs, lock traps and grille are di attached directly to the OSS-SMC stem. This component So represents a good industrial implementation of the basic technology the OSS SMC.
Der direkte Vergleich mit einem gängigen Bauteil zeigt das hohe Innovationspotential von OSS-SMC-Sandwichbauteilen bezüglich Leichtbau und Kosteneinsparung auf. Auch unter Recyclingge sichtspunkten kann OSS-SMC sowohl als Monosystem als auch durch Einsatz von SMC-Recyclat überzeugen. Somit bietet das erfin dungsgemäße Verfahren gute Voraussetzungen für die industrielle Herstellung leichter und steifer Karosseriebauteile.The direct comparison with a common component shows the high Innovation Potential of OSS-SMC Sandwich Components Regarding Lightweight construction and cost savings. Also under recycling OSS-SMC can be used both as a mono system and through Convincing use of SMC recyclate. Thus, the invention offers The process according to the invention provides good conditions for the industrial process Production of light and rigid body parts.
Claims (7)
die Deckschicht und weitere Ausgangsmaterialien geschichtet in ein Formwerkzeug eingebracht werden,
das Formwerkzeug geschlossen wird,
die Ausgangsmaterialien während einer Vorpresszeit miteinan der verpresst werden,
die Ausgangsmaterialien während der Vorpresszeit erwärmt werden,
während der Vorpresszeit ein Treibmittel insbesondere ther misch aktiviert wird,
mit dem Treibmittel und mindestens einem Ausgangsmaterial ein Schaum gebildet wird,
nach der Vorpresszeit das Formwerkzeug bis zu dem Endwert der Schichtdicke des Sandwichbauteiles in Formendstellung zurückgefahren wird,
beim Zurückfahren das freiwerdende Volumen mit sich bilden den und/oder ausdehnendem Schaum gefüllt und eine Kern schicht ausgebildet wird, und
das Formwerkzeug geöffnet und das OSS-SMC-Sandwich entnommen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in das Formwerkzeug als Erstes und als Letztes jeweils eine das spätere Sandwichbauteil außenseitig zumindest be reichsweise begrenzende Deckschicht und/oder deren Ausgangs stoffe eingelegt wird,
daß Treibmittel in Mikrokapseln beigegeben wird,
daß zuerst geschäumt und anschließend die Deckschichten und/oder deren Ausgangsstoffe vernetzt und/oder gehärtet werden,
daß in der Formendstellung alle vernetzbaren Ausgangsmateri alien abschließend vernetzt werden und
daß das Formwerkzeug erst nach der abschließenden Vernetzung aller vernetzbaren Ausgangsmaterialien geöffnet wird.1. A process for producing sandwich components with a cover layer and a foam-containing core layer, in which
the cover layer and further starting materials are layered in a mold,
the mold is closed,
the starting materials are pressed together during a pre-press time,
the starting materials are heated during the pre-press time,
during the pre-pressing time a blowing agent is activated in particular ther mixed,
a foam is formed with the blowing agent and at least one starting material,
after the pre-press time, the mold is retracted to the final value of the layer thickness of the sandwich component in the final mold position,
upon retraction, the released volume with it form and / or expanding foam filled and a core layer is formed, and
the mold is opened and the OSS-SMC sandwich is removed,
characterized
that in the mold first and last one later the later sandwich component on the outside at least be areal limiting limiting top layer and / or their starting materials is inserted,
that propellant is added in microcapsules,
that foamed first and then the outer layers and / or their starting materials are crosslinked and / or cured,
that in the Formendstellung all crosslinkable Ausgangsmateri alien are finally crosslinked and
that the mold is opened only after the final crosslinking of all crosslinkable starting materials.
die Deckschicht und weitere Ausgangsmaterialien geschichtet in ein Formwerkzeug eingebracht werden,
das Formwerkzeug geschlossen wird,
die Ausgangsmaterialien während einer Vorpresszeit miteinan der verpresst werden,
die Ausgangsmaterialien während der Vorpresszeit erwärmt werden,
daß vor dem Schäumen die Härtung der Deckschicht und/oder die Vernetzung der Ausgangsstoffe der Deckschicht eingelei tet wird,
während der Vorpresszeit ein Treibmittel insbesondere ther misch aktiviert wird,
mit dem Treibmittel und mindestens einem Ausgangsmaterial ein Schaum gebildet wird,
nach der Vorpresszeit das Formwerkzeug bis zu dem Endwert der Schichtdicke des Sandwichbauteiles in Formendstellung zurückgefahren wird,
beim Zurückfahren das freiwerdende Volumen mit sich bilden den und/oder ausdehnendem Schaum gefüllt und eine Kern schicht ausgebildet wird, und
das Formwerkzeug geöffnet und das OSS-SMC-Sandwich entnommen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Formendstellung alle vernetzbaren Ausgangsmateri alien abschließend vernetzt werden, wobei
für die Vorpresszeit (tVP), die Reaktionszeit der Deckschicht (tRDS), die Schäumzeit (tSch), die Reaktionszeit der Kern schicht (tRKS) und die Zeit bis zu Beginn des Schäumens (tBS) nachfolgende Zeitrelation gewählt wird:
tVP ≦ tRDS + tSch ≦ tRKS + tRDS ≦ tBS
und
daß das Formwerkzeug erst nach der abschließenden Vernetzung aller vernetzbaren Ausgangsmaterialien geöffnet wird.2. A process for producing sandwich components with a cover layer and a foam-containing core layer, in which
the cover layer and further starting materials are layered in a mold,
the mold is closed,
the starting materials are pressed together during a pre-press time,
the starting materials are heated during the pre-press time,
that before the foaming the curing of the cover layer and / or the crosslinking of the starting materials of the cover layer is eingelei tet,
during the pre-pressing time a blowing agent is activated in particular ther mixed,
a foam is formed with the blowing agent and at least one starting material,
after the pre-press time, the mold is retracted to the final value of the layer thickness of the sandwich component in the final mold position,
upon retraction, the released volume with it form and / or expanding foam filled and a core layer is formed, and
the mold is opened and the OSS-SMC sandwich is removed,
characterized,
that in the Formendstellung all crosslinkable Ausgangsmateri alien are finally cross-linked, wherein
for the pre-press time (t VP ), the reaction time of the cover layer (t RDS ), the foaming time (t Sch ), the reaction time of the core layer (t RKS ) and the time until the beginning of the foaming (t BS ) the following time relationship is selected:
t VP ≦ t RDS + t Sch ≦ t RKS + t RDS ≦ t BS
and
that the mold is opened only after the final crosslinking of all crosslinkable starting materials.
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