[发明专利]用于生产较佳为纤维加强的塑料构件的模具、控制装置、方法和设备

说明书

本发明涉及用于生产较佳为纤维加强的塑料构件的模制工具、控制装置和方法。本发明主题最终还涉及实施该方法的设备。

树脂转移模制法(RTM方法)是众所周知的，尤其是，该方法用于生产纤维加强的塑料构件(纤维复合构件)，特别是生产碳纤维加强的塑料构件(CFK构件)。借助于该方法生产纤维复合构件在工业应用中可在循序运行的单独各工艺过程中进行。

在第一工艺过程步骤中，该过程即所谓预成形过程，成形纤维半成品，这些纤维半成品通常以切割成一定尺寸的纤维垫的多层织物或织物叠层来提供，这样，它们已经大致具有待要制造的复合构件的几何形状。除了纤维垫本身之外，纤维半成品的各个纤维垫一般地还具有粘合剂，该粘合剂具有粘结剂类型的特性。粘合剂致使各个纤维垫彼此预固化，并因此造成预成形的纤维预成形件(坯料)的预固化，于是，它们可以尺寸稳定的方式提供给下一道工艺过程。纤维预成形件也可就称作预成形件。

对于预成形过程，预组装的纤维垫因此通常将叠置于彼此之上，以根据预定的纤维层结构形成纤维半成品。该纤维半成品由纤维垫形成，其后它在室温下被转移到预成形工具内，或被加热到成形的温度。通过关闭工具，来实施将纤维半成品成形为纤维预成形件。最后，还可修剪由此形成的纤维预成形件的边缘区域(下文中也称作修剪或净成形)，例如，可通过冲切或超声波切割来完成修剪，这样，纤维预成形件已经形成有轮廓的边缘。纤维预成形件其后进行脱模和可供选择地进行暂时储存，以备进行以下的过程和方法步骤。

在暂时储存过程中，可以已进行了第一质量控制。借助于可视检查，尤其是在此情形中，纤维预成形件(坯料)的模制毛刺和可能出现的纤维翘曲、纤维波纹形、起皱或类似的表面缺陷可被识别出来。

在以下的第二过程步骤中，即RTM过程，将纤维预成形件放置在RTM工具的清洁过的和最好是涂敷过分离剂的(即，用防粘结剂涂敷过的)凹腔内。模制工具通常分为两部分，其后借助于压力机关闭该模制工具，将两组分的树脂系统注入模制工具的凹腔内，其中，树脂穿透作为基体材料的纤维预成形件的纤维结构并封围纤维。在树脂系统固化之后，由此获得纤维加强的塑料构件的主成形件可进行脱模，并可供选择地再次检查质量。

为了在注入树脂过程中保持工具无泄露地关闭，对于纤维预成形件的渗透，通常可在工具上部和工具下部之间放置弹性体密封件。一般地说，市售的圆形绳密封件可用于此目的。在该情形中，纤维预成形件的外轮廓还必须非常精密。如上所述，通过在RTM过程之前修剪预成形件，通常便可达到这一点。然而，在该情形中，仍然不可避免的是，坯料和密封件之间存在有间隙。该间隙具有负面的特性：通常出现在边缘区域内出现一种“通道”，树脂通过该通道以不可控制的方式流入，并在纤维预成形件内使流动锋面短路。这样，会发生不理想的空气围困和不正确的浸渍。此外，“通道”还必须用树脂填充，这导致树脂消耗增加，因此，尤其是在批量生产中缺乏竞争优势。

为了在RTM方法中实现完全自动化的批量生产过程，尤其是对于高压下进行注入或过填实的树脂，以下的事实是一个很大的操作需求：为了清空凹腔，布置在工具上部和工具下部之间的通向真空接口的开口与树脂相接触，在该循环之后必须以耗费时间的方式进行清洗。

然而，对于目前所谓的高压RTM方法(HP-RTM)而言，高达35至100巴或更高的凹腔高压力是本质固有的，这尤其集中在纤维加强的塑料构件的生产上，诸如是高性能的纤维复合材料，利用高反应性的树脂系统，借助于最快可能的树脂注入，来使纺织品的纤维加强结构完全地浸渍。由此导致迄今为止典型的循环时间急剧地锐减。高压RTM设备用于高反应性树脂组分和固化剂组分的均匀混合。在该情形中，在较高的高压力压缩的RTM方法(HP-CRTM)和高压力注入的RTM方法(HP-IRTM)之间要作出区分。

在HP-CRTM过程中，树脂注入到模制工具内，模制工具以限定的方式(略微)打开，且模制工具含有纤维预成形件。在注入操作之后，模具工具关闭，纤维预成形件压实(过-压实)，还同时进行浸渍，因为工具内压力高达100巴，这是由于液压压力机的关闭力所造成。

在HP-IRTM方法中，已经定位在完全关闭的模制工具内的纤维预成形件，通过非常高的树脂注入压力(例如，35巴)进行浸渍。高的注入压力导致浸渍阶段的时间缩短。

两种HP-RTM方法具有如下优点：

-在HP-CRTM和HP-IRTM方法中，注入和浸渍时间短；

-由于使用了高反应性树脂系统，循环时间短；

-由于使用了相比较非常低的树脂余量，所以，有经济上和生态学上有效的处理过程；