用于制备增强塑料部件的方法和装置与流程
本发明涉及用于由作为反应体系的至少一种起始材料及至少一种增强材料制备增强塑料部件的方法、装置和组件。
通常，反应体系的加工与方法相对复杂的实施相关。决定部件质量及其再现性的特定因素是混合物的配方(起始材料、活化剂和催化剂的比例，及其混合)，以及对体系的保护使其免受环境影响(例如，水分及光)。通常，所使用的组分须“干”处理，即，排除具有不利影响的物质。所述方法的复杂实施常常要求处理者对机械加工技术及丰富的专业知识方面进行较高的投资。由于用于有时组分转换的高清洁成本导致的有限的灵活性会导致低装置使用率。此外，较长的周期时间限制了反应注塑成型(rim，reactioninjectionmolding)及树脂传递成型(rtm，resintransfermolding)的广泛应用。
rim工艺历史悠久且也已描述于相关标准作品中(参见例如domininghaus,hansandelsner,peterandeyerer,peterandhirth,thomas(eds.),kunststoffe:eigenschaftenundanwendungen[plastics:propertiesandapplications],第7版，springer-verlag，柏林，海德堡，2008)。将液体反应组分储存于加热的容器中并通过精密泵经由加热管线运输至混合头。在一些情况下，所述反应体系在混合头和容器之间循环。在加工期间材料的转换是复杂的且会带来针对例如容器、计量泵、运输管线及混合头的高清洁成本。这也是起始材料大量浪费的原因，因为在高温下长时间放置会降低反应性。还必须避免各体系组分与空气的接触(以及因而发生的氧化)，因为否则体系不能充分反应，且在部件中会残留高含量的剩余单体。此外需要大量能量以加热装置的各个部分，以便将容器、泵、运输管线及混合头的温度保持恒定。
de2361452a1描述了一种专门的方法，其中计量泵将两种反应性组分经由注射喷嘴直接输送至模具中，然后使它们在所述模具中通过逆流法彼此混合。在这种情况下，再次，材料的转换存在上述问题。
ep2572851a1描述了一种在注塑成型机中制备热塑性纤维复合材料的方法。在此，两种组分可以单体形式独立地用于两种注塑成型组件中。一种组分包含活化剂，且另一种组分包含催化剂。所述组件不仅用于加热所述组分，也用于将所述组分输送至混合室。为了顺利操作，所述组件需相对于水平线成一定的角度安装。通常，还存在将所述组件连接至所述混合室和模具的软管管线。注塑成型机具有专门的设计，且因此需要高水平的投资。所述机器可仅用于rim工艺。其不能以所描述的形式用于标准注塑成型应用。在此，首先存在的问题是流体体系难以使用螺杆运输，其次，使用活塞的注入系统易受与非常低粘度的单体体系相关的问题的影响。
鉴于此，本发明的一个目的是克服现有技术的缺点，且提供一种可以简单的方式可靠地处理起始材料而得到增强塑料部件的方法。本发明的另一个目的是提供用于制备增强塑料部件的相应装置及组件。
在本发明的第一方面中，所述目的通过用于制备增强塑料部件的方法而实现，所述方法包括以下步骤：
a)在模具(11、21、41)的腔室(16、24、43)中提供至少一种增强材料，
b)在容器(100)中提供至少一种起始材料，
c)将容器(100)插入模具(11、21、41)中，
d)将容器(100)中的至少一种起始材料引入至腔室(16、24、43)中，其中，所述至少一种起始材料至少在一定程度上渗透所述至少一种增强材料，
e)使至少一种起始材料连同至少一种增强材料硬化以得到增强塑料部件，且
f)将所述增强塑料部件脱模。
在本发明的第二方面中，所述目的通过用于制备增强塑料部件的装置而实现，包括
-模具(11、21、41)的一个腔室(16、24、43)，用以接收增强材料，
-接收装置，用以接收用于至少一种起始材料的至少一个容器(100)，
-递送装置(4)，用于递送来自容器(100)的至少一种起始材料，及
-为了所述至少一种起始材料而布置在接收装置和腔室(16、24、43)之间的混合单元(3)。
本发明尤其具有以下优点：由于可在同一装置中直接连续地处理不同的反应体系，因此显著地提高了已知的rim/rtm工艺的灵活性，因为基本上不需要任何大量的清洁操作，即基本上清洁操作限于腔室(16、24、29、43、44)。因此可实现小且非常小的部件的运转。
只要装置特征也列于本发明方法的上下文中的在下面的描述中，它们优选与本发明的装置有关，所述装置在下文中被更详细地定义。同样地，在所述装置的上下文中可能提及的方法特征优选与本发明的方法有关。
下面更详细地描述本发明。
第一，本发明提供一种用于制备增强塑料部件的方法。其包括下述步骤：
a)在模具(11、21、41)的腔室(16、24、43)中提供至少一种增强材料，
b)在容器(100)中提供至少一种起始材料，
c)将容器(100)插入模具(11、21、41)中，
d)将容器(100)中的至少一种起始材料引入至腔室(16、24、43)中，其中所述至少一种起始材料至少在一定程度上渗透所述至少一种增强材料，
e)使所述至少一种起始材料连同至少一种增强材料硬化以得到增强塑料部件，且
f)将增强塑料部件脱模。
术语“起始材料”是指为了通过反应形成聚合物所需的任何组分。在文中使用的术语“起始材料”在本发明中涉及单体的或低聚的起始材料，特别地，所述起始材料不仅包含单体及低聚物也包含低聚合物，以及各自预交联阶段的单体、低聚物及低聚合物。为简化的目的，接下来会经常使用术语“起始材料”。
聚合物也可任选地仅通过一种组分形成，所述组分包含所需的全部添加的物质，但仅因温度过低而被避免反应。在两种起始材料的情况下，多于一种组分的混合物可例如由单体1和单体2、单体1和催化剂及单体1和活化剂、单体1和催化剂及单体2和活化剂或其任何所需的变体组成。
为了本发明的目的，术语“模具”是指使得能够将起始材料引入至腔室中并在所述腔室内将其硬化的装置。原则上，所使用的模具(11、21、41)可为被改进以适合于本发明的较为常规的装置，例如，注塑模具。
模具(11、21、41)的腔室(16、29、44)具有基本上与所要制备的部件形状相反的形状，特别确切地说，具有相反的形状和必要的浇口。此处，腔室(16、24、43)可具有促进所述部件脱模的脱模剂涂层。
在步骤a)中，在模具(11、21、41)中优选提供柔性、半刚性或刚性形式的增强材料。
在本文中，腔室(16、24、43)可通过注塑模具、简单的模具(压模)、具有箔覆盖的半壳或双壁结构(纺织品或箔)形成。在一个具体实施方案中，腔室(16、24、43)可通过增强材料本身、特别是增强纺织品本身形成。
在本发明中，在步骤b)中在容器中提供至少一种起始材料，所述容器被设计为不仅用于储存也用于将至少一种起始材料运输并引入至腔室(16、24、43)。本发明的容器(100)有利地被配置成封闭容器，其在存储和运输期间保护至少一种起始材料免受外部影响(例如，空气、大气湿度、向内辐射的光)。更特别地，所述容器具有固有的稳定的结构，以便可靠地接收所述至少一种起始材料。关于模具(11、21、41)，本发明的容器(100)代表外部容器，其并非模具(11、21、41)的一部分。其在本发明的方法之前被填充并封闭，优选在所述至少一种起始材料的生产者的生产场地直接进行，且不会被再次打开直至本发明的方法期间。
特别地，本发明的容器(100)可为一次性使用的容器。一旦排空，其可被丢弃或例如以加强肋(30)的形式留在成品部件中。如果容器(100)为相对大的单元，优选其为多次使用的容器，任选为存储合算的多次使用的容器。该实施方案具有加工者无需清洁容器(100)而生产者承担该责任的优点。
本发明容器(100)的重要优点是至少一种起始材料在制备之后直接得到保护以免受环境影响，且保持原样直至其被引入至腔室(16、24、43)之际。即使在其离开生产者之前，也能确保正确地计量所述至少一种起始材料。不需要在处理之前将所述至少一种起始材料预干燥或预处理，例如清洁/过滤。
在步骤c)中，将本发明的容器(100)合适地插入模具(11、21、41)中。为此，优选地具有用于容器(100)的适当尺寸的插孔/支架，及用于所述至少一种起始材料的从容器(100)至腔室(16、24、43)的连接机构。在步骤c)的插入期间，本发明的容器(100)仍保持关闭，且因而所述至少一种起始材料被进一步保护。
所述至少一种起始材料的粘度可直接在步骤d)中在容器(100)中在即将引入至腔室(16、24、43)之前建立。由于容器(100)和腔室(16、24、43)之间的距离短，因此所述至少一种起始材料的放置时间也短，且因此在本发明中，不再需要任何现有技术的加热箱和加热管线。由于所述至少一种起始材料经过短的距离进入腔室(16、24、43)，因此可非常精确地维持所述材料的特定温度。因而可以使用反应时间更短的反应体系，从而使得周期时间比现有技术更短。
在步骤d)中，优选将所述至少一种起始材料直接从容器(100)引入至腔室(16、24、43)，而无需使所述至少一种起始材料通过管线或泵。在步骤d)中，所述至少一种起始材料有可能经过混合单元(3)。按照本发明，优选封闭的容器(100)仅在步骤d)中打开，以便将所述至少一种起始材料引入至腔室(16、24、43)中。
在本发明中所使用的所述至少一种起始材料的粘度相对较低：从1mpa·s至1000mpa·s，优选从3mpa·s至500mpa·s，特别是从5mpa·s至200mpa·s。因此难以在常规注塑装置中处理。尽管如此，通过本发明的特征可无问题地处理。特别地，凭借低粘度，所述至少一种起始材料基本上可完全渗透在腔室(16、24、43)中提供的增强材料，且因而确保组分均匀。
所述至少一种起始材料可包含添加剂，例如发泡剂，以便在引入至腔室(16、24、43)后产生会导致成品部件的额外重量减轻的泡沫结构。
在步骤e)中，所述至少一种起始材料在腔室(16、24、43)内的硬化凭借体系的反应性实现，且可通过腔室(16、24、43)的合适温度得到促进和/或加速。
在步骤f)中成品部件脱模时，在浇口旁边，将容器(100)也从所述装置去除，除非如上所述，所述容器作为功能元件(30)保留在部件中。
通过本发明，在现有技术必需的且包括起始材料和任选的添加剂的计量的方法步骤从实际制备过程优选地直接转移给所述至少一种起始材料的生产者。此外，由于所述至少一种起始材料任选地通过混合单元(3)从容器(100)直接引入至腔室(16、24、43)中，因此所述至少一种起始材料在模具(11、21、41)中经过的距离明显地缩短。以此方式，并任选地通过下文中描述的一些其他特征，大大地简化了制备增强塑料部件的方法。
当使用本发明的方法时，不需要清洁在传统的rim/rtm装置中使用的储存容器及计量泵或运输管线或混合头。所有的残余物与浇口及容器(100)一起脱模或去除，且不会妨碍或污染接下来的制备周期。
所述至少一种起始材料的处理者不需要反应体系的化学过程方面的相关的深入的专业知识，且也不需要确保成品部件质量及制备方法的再现性所必须的这类专业知识。此外，方法中涉及的工程非常简单，且由于设计精细，仅需处理者具备低水平的知识。这通过从生产者交付的含有起始材料和任选地含有添加剂的容器及独自地用于制备增强塑料部件的本发明的组件——即通过设计恰当的“结构套件”——而实现。
本发明的方法的另一个优点是其提供特别高的灵活性。例如可无困难地转换成品部件的材料。可以直接连续的方式较大或较小程度地处理不同的反应体系，而无对彼此的任何不利影响。甚至可将颜色从一个组分换给另一个组分。具有成本效益的制造实际上可扩展至各个单元。
对于其中起始材料任选地与其他添加剂一起存在于容器(100)中且硬化(即目标部件的制备)可完全通过温度来控制的单组分体系，本发明的方法是特别有利的。
所述方法的更先进的实施方案提供了在步骤b)中在第一容器(100a)中的至少一种第一起始材料及在第二容器(100b)中的一种第二起始材料。因此，上述关于容器(100)的陈述适用于第一容器(100a)和第二容器(100b)。该实施方案对于由两种或更多种起始材料组成的反应体系是有利的，因为它们可分别与彼此分开储存于容器(100a、100b)中、运输及用于本发明的方法中。因而可将两种不同起始材料预热至不同的温度(例如，以建立粘度)或在两个容器(100a、100b)中提供不同的颜色。在每种情况下，改变向模具(11、21、41)供应材料的能力提高。
当使用至少两种起始材料时，还被证明对于反应有利的是：在步骤c)中和/或在步骤d)之前将来自第一容器(100a)或容器(100)的第一室(1)中的至少第一起始材料和来自第二容器(100b)或容器(100)的第二室(2)中的第二起始材料在混合单元(3)中彼此混合。因此，首先确保了所述起始材料在其被引入至腔室(16、24、43)前已充分混合，其次反应速率提高。
所述至少两种起始材料的混合可借助于合适的压力发生器通过冲击法或逆流法而实现。所述至少两种起始材料可进一步在引入至腔室(16、24、43)期间混合。可替换地或者另外地，所述混合可例如通过静态混合器或开孔结构(泡沫结构)在腔室(16、24、43)上游的流道(15)中实现或强化。流道(15)的表面和/或形状可以一种产生湍流及增加所述至少两种起始材料的混合强度的方式构造。
本发明的方法的一个优点是通过在相同的模具中添加另一种(反应性)组分而使注塑成型工艺的灵活性增加。此外，本发明的方法也可用于压缩工艺(即无注塑成型)。
本发明的方法的另一个优点是起始材料以准备好用于一个特定部件或多个部件的部分的形式提供。在一个优选的实施方案中，其由于所述至少一种起始材料的体积或所述第一起始材料及所述第二起始材料的体积总和基本上相当于模具(11、21、41)的腔室(16、24、43)中未被占据的体积而实现。
在本文的上下文中，术语“基本上”意指除了填充腔室(16、24、43)实际所需的量之外，另外还存在2％至30％、优选5％至20％、特别是10％至15％的所述需要的量，以提供工艺可靠性。实际上，需要的且提供的用于制备方法的量通常已经包括该安全范围。因而浇口、溢料、容器中未使用的残余量等所消耗的起始材料被纳入考虑。凭借该实施方案，还可以制备各部件而不需要不相称地使用大量材料或将未使用的材料作为废物丢弃。优选地，还可将混合单元(3)移出并丢弃，所述混合单元(3)可能是容器(100)或者容器(100a、100b)的一部分。
对于本发明使用的某些类型的反应体系，已证明有利的是，在步骤c)之前、步骤d)中或步骤e)之前将起始材料活化，特别是以热、化学和/或机械的方式。在本文中，也可结合多种活化措施，例如将提供化学活化剂与加热起始材料结合在一起。所述起始材料为活化的(通常一次)。
可在将容器(100)插入模具(11、21、41)(步骤c)之前，将起始材料在容器(100)中活化，例如通过在烘箱中加热容器(100)而热活化。可随着此活化而同时建立粘度。
或者，可在引入至腔室(16、24、43)(步骤d)期间通过介于容器(100)和腔室(16、24、43)之间的静态混合器(或混合单元(3))以机械的方式或者通过温度被适当控制的腔室(16、24、43)以热的方式将起始材料热活化。如果将两种起始材料(任选地与添加剂一起)引入至腔室(16、24、43)中，则它们的混合也可引起化学活化。
(热)活化的另一种可能性的实例为在引入起始材料后腔室(16、24、43)的温度控制，以这样的方式在硬化(步骤e))前实现活化。
此外，将至少两种起始材料在其各自容器(100a、100b)中预加热至不同的温度以便将它们活化和/或建立方法所需的粘度也是可以的。在另一个更先进的实施方案中，也可在实际装置之外，例如，在合适的烘箱中，在将容器(100a、100b)插入至装置中之前实现预热。
同样地，可有利的是，活化剂和/或催化剂已经额外地包含于所述至少一种起始材料中。因此在实际的制备工艺之前，已经确保了活化剂和/或催化剂的理想分布及因而理想的反应进展。当起始材料在环境温度下存储及运输时，以及当活化直接在装置(11、21、41)旁边的烘箱中以加热的方式和/或以机械的方式引发时，仅当材料在合适的位置(即，装置(11、21、41))时，这是特别有利的。
在一个其中在独立的容器(100a、100b)中使用至少两种起始材料的方法实施方案中，第一容器(100a)中的第一起始材料额外包含活化剂和/或第二容器(100b)中的第二起始材料额外包含催化剂，对于储存的起始材料的稳定性尤其有利。如上所述，在活化和/或催化后立刻将至少两种起始材料彼此混合。
在本发明的另一个实施方案中，作为上述实施方案的替代方案，可以在步骤c)中将至少一种活化剂和/或至少一种催化剂添加至所述至少一种起始材料中。特别地，该替代方案可由于起始材料、活化剂和/或催化剂的化学性质相关的原因而被采用，例如由于体系的活化及反应在与室温同样低的温度下才发生。例如，可通过另外一个包含活化剂和/或催化剂的容器(100)将所述至少一种起始材料引入至腔室(16、24、43)中。
增强材料从由机织物、成网的稀松布(laidscrims)、粗纱、针织物、编织物及其组合构成的组中的选择取决于要制备的部件的性质及其用途或应用。该选择有利地允许将增强材料各自的纤维理想地放入腔室(16、24、43)中。
在步骤d)中，将容器(100)中的至少一种起始材料引入至腔室(16、24、43)中可通过活塞(4)、通过腔室(16、24、43)内的减压、或者通过在每种情况下作用于容器(100)中的至少一种起始材料的挤压辊而有利地实现。因此可以通过例如活塞(4)移动的速度来确定增强材料的渗透时间，还称为饱和时间或浸渍时间。或者，可通过在腔室(16、24、43)内建立(可变)减压来改变及适当地调整渗透速率。
此外，可以限定的方式，即在规定的速率下，在两块板或挤压辊之间“挤压”容器(100)。另一种替代方案是将压缩空气应用至容器(100)。
重要的是，施加至容器(100)中提供的所述至少一种起始材料上的压力足以将所述至少一种起始材料尽可能全部地引入至腔室(16、24、43)中。为此，分别在容器(100)和/或腔室(16、24、43)内的流道可具有特殊的设计。
根据起始材料的性质和量，本发明的用于接收所述至少一种起始材料的容器(100)的设计可不同。特别是，所述容器选自管状袋、双室袋、筒、囊、鼓、烧杯、管、盒及其组合。
根据本发明，优选管状袋、双室袋、筒或囊作为容器(100)或容器(100a、100b)。
在本发明方法的一个特别优选的实施方案中，在步骤b)中提供的所述至少一种起始材料包含己内酰胺。特别地，可提供两种组分，其中一种是含有活化剂的己内酰胺，另一种是含有催化剂的己内酰胺。
本发明的方法特别适合于使用聚酰胺基质制备连续纤维增强部件。与环氧树脂及聚氨酯树脂相比粘度低的基于己内酰胺的反应体系(5mpa·s)，有助于增强纺织品的渗透。因此可实现特别是大表面积和薄壁部件更有效的渗透，即：具有较低的填充压力和较短的周期时间。通过己内酰胺的聚合制备的聚酰胺作为热塑性材料，可在加热时经受成型过程，且因此也可特别地在多阶段工艺中被进一步处理。本发明的方法与传统注塑成型的组合允许使用不同的填充材料及不同的增强材料但使用相同的或相关类型的基质制备所需的单组分元件，这样继而对功能性元件和支撑性元件之间的兼容性产生有利的影响。因而可例如在短玻璃纤维加强肋和连续纤维增强层压材料之间产生良好的粘合性，且可将整个部件再研磨或再循环。
本发明方法的上述陈述和优选对于下面描述的本发明的装置以及下面描述的组件的组装是有效的。类似地，下面针对本发明的装置的陈述和优选对于本发明的方法是相应有效的。
第二，本发明提供一种用于制备增强塑料部件的装置，其包括
-模具(11、21、41)的一个腔室(16、24、43)，用以接收增强材料，
-接收装置，用以接收用于至少一种起始材料的至少一个容器(100)，
-递送装置(4)，用于递送来自容器的至少一种起始材料，及
-为至少一种起始材料而布置于接收装置和腔室(16、24、43)之间的混合单元(3)。
如上所述已经表明的，模具(11、21、41)的腔室(16、24、43)具有基本上与所要制备的部件形状相反的形状。
本发明的所述接收装置被设计用于接收、精确地定位及固定至少一个容器(100)。所述接收装置具有用于接收至少一个容器(100)的自由体积及用于固定至少一种容器(100)的形状配合的或力配合的机构。通过车间控制系统主动地或被动地触发，所述机构可固定至少一个容器(100)或者在递送至少一种起始材料之后将其释放。
在本发明的一个演变中，接收装置可形成与递送装置(4)组装在一起的结构。
起始材料在本发明的容器(100)中储存并运输，且从容器直接引入至腔室(16、24、43)中。因此从起始材料的制备直到其被最终处理，其被保护以免受环境影响。
递送装置(4)的设计可改变，且该装置有利地包括作用于容器(100)及其中的至少一种起始材料的活塞(4)。此处活塞(4)移动的速度可在较宽的范围内调整。此外，可以限定的方式在两块板之间“挤压”容器(100)或通过挤压辊“挤压”容器(100)。同样地，接收装置(4)可为在腔室(16、24、43)中产生减压并从而作用于起始材料的装置。此处递送装置(4)可采用独立装置(例如，用于减压、挤压辊)或容器(100)的一部分(例如，活塞(4))的形式。
本发明的混合单元(3)确保至少一种起始材料的充分混合，特别是在其中添加剂与至少一种起始材料混合的情况下，或在其中两种或更多种起始材料被处理的情况下。混合单元(3)也可设计为在使用后送去丢弃的单次使用的混合单元。
本发明的装置明显缩短了现有技术中所需的所述至少一种起始材料在模具(11、21、41)中经过的距离。以此方式，且任选地通过下文中描述的许多其他特征，大大地简化了用于制备增强塑料部件的装置。所需投资降低，且因此本发明的所述装置对于更广泛的用户而言是有益的且是具有成本效益的。
特别地，不存在传统rim/rtm装置中使用的存储容器和计量泵或运输管线和混合头，这些在使用后需要清洁。
本发明的装置的另一优点是高灵活性，其例如允许成品部件的材料无问题地转换。通过将必需设备移动至容器(100)及分别至直接位于腔室(16、24、43)的上游的位置，本发明也可应用于传统装置，例如注塑模具。
在一个特殊的实施方案中，模具的设计可为转盘模具(41)或立方体模具(21)的设计，这些已知于注塑成型工艺。这种模具(21、41)用于具有型芯拉出装置的常规注塑模具中。型芯拉出器用于对至少一个容器(100)施加压力且从而用于将至少一种起始材料引入至腔室(16、24、43)中。随后，转盘模具(41)或立方体模具(21)旋转且随后所述部件通过标准热塑性材料包覆成型。因而用于紧固等的肋、加强杆及其他功能性元件(30)可成型至所述材料上。因此，在带有合适的用于转盘模具(41)或立方体模具(21)的控制系统的传统注塑模具中，可制备由两种不同的(聚合物)材料制造的部件。所述包覆成型材料也可例如为韧性改性材料。
模具(21、41)的一侧可提供高温度用于rim硬化工艺，同时另一侧提供较低的温度用于使用传统热塑性材料包覆成型。因此很容易将几乎平坦表面的rim部件功能化。
在本发明装置的另一个先进的实施方案中，接收装置包括至少一个用于将至少一个容器(100)中的至少一种起始材料活化的装置。该装置例如可为加热器、机械混合器或使用光照射的装置。
为了使本发明的装置快速且无风险地操作，已证明将混合单元(3)集成至至少一个容器(100)中是有利的。这样首先节省需要复杂的清洁的混合头。当容器(100)具有其中存在两种或更多种起始材料的两个或更多个室(1、2)时，该实施方案特别有用。
本发明的另一个变形提供了：例如将来自各容器(100)的两种起始材料在两个容器之一的混合单元(3)中结合。其因而也可省略两个容器(100)之一中的混合单元(3)。
在另一个更先进的实施方案中，本发明的装置可包括模具(21、41)的至少一个第一腔室(24、43)和一个第二腔室(29、44)，其中至少一个第一腔室(29、44)的体积与至少一个第二腔室(24、43)的体积不同。特别地，至少一个第二腔室(24、43)的体积更大。该更先进的实施方案允许功能型元件通过注塑成型工艺成型。
第三，本发明提供一种用于制备增强塑料部件的组件，其包括以下组成
ⅰ)在模具(11、21、41)的腔室(16、24、43)中的至少一种增强材料，
ⅱ)在至少一个容器(100)中的至少一种起始材料，及
ⅲ)至少一种对至少一种起始材料有效的活化剂和/或至少一种对至少一种起始材料有效的催化剂。
此处，至少一种增强材料具有在化学上和/或物理上适合于至少一种起始材料的表面改性。
更特别地，所述组件包括：
ⅰ)具有表面改性的至少一种增强材料，所述改性在化学上和/或物理上与至少一种起始材料相配，
ⅱ)在至少一个容器(100)中的至少一种起始材料，及
ⅲ)至少一种对至少一种起始材料有效的活化剂和/或至少一种对至少一种起始材料有效的催化剂。
为了本发明的目的，术语“组件”是指提供给终端使用者或处理者的一种类型的套件。生产者(供应商)可向处理者提供一套由增强材料和反应体系组成的完整包装以及工程支持。处理者可以以与所述处理者例如处理热塑性材料所用的方法非常类似的方法，或者在与所述处理者例如处理热塑性材料所用的装置非常类似的装置中处理反应体系。处理者所表现出来的深入的工艺技术并不是确定部件质量和生产再现性的决定性因素。这是由生产者提供的，其承担材料及起始材料的均匀性和反应性的责任，并因而承担工艺实质部分的责任。由于彼此独立存在的组分i)、ii)和iii)，本发明的组件可以容易地存储和运输，并具有高度的可管理性。
上面已经给出了与本发明的方法相关的增强材料和起始材料的实例。
用于增强材料的表面改性的本发明的实例包括调整纤维尺寸(纤维涂层)以适应于反应体系，以便改进纤维/基质粘合。
在己内酰胺作为所述至少一种起始材料的情况下，活化剂的实例为脂族二异氰酸酯，例如亚丁基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、十一亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯，以及芳族二异氰酸酯，例如甲苯基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、4,4'-亚甲基双(环己基异氰酸酯)，或多异氰酸酯，例如六亚甲基二异氰酸酯的异氰脲酸酯、来自basfse的
合适的供选择的活化剂包含二酰基卤，例如丁二酰氯、丁二酰溴、六亚甲基二酰氯、六亚甲基二酰溴、八亚甲基二酰氯、八亚甲基二酰溴、十亚甲基二酰氯、十亚甲基二酰溴、十二亚甲基二酰氯、十二亚甲基二酰溴，以及芳基二酰基卤，例如甲苯二酰氯、甲苯亚甲基二酰溴、异佛尔酮二酰氯、异佛尔酮二酰溴、4,4'-亚甲基双(苯基)酰氯、4,4'-亚甲基双(苯基)酰溴、4,4'-亚甲基双(环己基)酰氯、4,4'-亚甲基双(环己基)酰溴或其混合物；优选六亚甲基二酰氯、六亚甲基二酰溴或其混合物，特别优选六亚甲基二酰氯。二酰基卤可被单酰基卤替代。
另外，供选择的活化剂优选为n,n'-己烷-1,6-二基双(六氢-2-氧代-1h-氮杂卓-1-羧酰胺)(市售产品
催化剂的实例包括己内酰胺钠、己内酰胺钾、己内酰胺溴化镁、己内酰胺氯化镁、双己内酰胺镁、氢化钠、金属钠、氢氧化钠、甲醇钠、乙醇钠、丙醇钠、丁醇钠、氢化钾、金属钾、氢氧化钾、甲醇钾、乙醇钾、丙醇钾和丁醇钾。所述催化剂优选选自氢化钠、金属钠、己内酰胺钠，特别优选为己内酰胺钠(例如市售产品
本发明包含所有用于制备聚合物的反应体系。优选的体系为ep-、pu-及pa-rim系统，且阴离子pa系统是尤其适合的，因为其在纤维渗透期间的粘度低。
其它目的、特征、优点和可能的应用从下文中结合附图描述的本发明的工作实施例中是清楚的，其中描述和/或描绘的所有的单独地或以任何的期望的组合方式的特征，不管它们一起出现在权利要求中还是引用至其他权利要求中，都是本发明主题的一部分。
图1为本发明的一个实施方案中容器100的示意图，
图2为在本发明的一个实施方案中带有容器100的模具11的一部分的示意图，
图2b为在本发明的一个实施方案中带有两个容器100a、100b的模具11的一部分的示意图，
图3为在本发明的一个实施方案中模具11的一部分的示意图，
图4为在本发明中的一个实施方案中模具21的一部分的示意图，其采取立方体模具21的形式，
图5为在本发明中的一个实施方案中模具41的一部分的示意图，其采取转盘模具41的形式，
图6为在本发明的另一个实施方案中容器100的示意图。
所述附图描述了本发明的具体实施方案，本发明不限于此。其他实施方案，例如具有多个容器100的实施方案，是可能的且不被排除。
当下文中提及术语“组分”时，该术语不仅涉及单独(纯)的起始材料，也涉及带有添加剂例如活化剂、催化剂等的起始材料。为本发明的目的，容器100的一个室内通常仅提供一种组分。
图1示出总共带有3个室1、2、3的封闭容器100。两种组分a和b独立地存在于室1和室2中。与通过例如借助于活塞4施加压力相伴随的分隔壁5的在优先破裂位点6的戳破，可导致两种起始材料进入被设计为混合单元的室3中，并在其中开始彼此混合。当所述压力进一步增加时，阀7打开，混合组分a和b进入模具的腔室(此处未图示)内。
设计为混合单元的室3可包含泡沫，组分a和b通过其被引导并因此而混合。同样的，室3可包括静态混合器。在本发明的一个更先进的实施方案中，优先破裂位点6可采取混合喷嘴的形式。
图2a示出了在本发明的装置11中的容器100，对于所述装置下文中还使用的另一个术语为“模具”。容器100的位置在带有通向分隔平面13的入口的第一半模具12中。在第二半模具14中有将容器100连接至腔室16的流道15。在本实施方案中，将第一半模具12加热，任选地仅在容器周围的区域加热，这通过两种温度t1和t2表示。凭借该热的半模具12，可将容器100加热至高于组分a和b的反应温度的温度。将力f施加至例如容器100中的活塞4(此处未图示)，会在容器100中产生引起优先破裂位点6破裂并开始混合组分a和b的压力。
图2b示出了在图2a中示出的实施方案的变体，其中替代具有两个室1、2的容器100的是两个独立的容器100a、100b，每个容器都具有一个室。
图3为带有两个半模具12和14的模具11的示意图，所述两个半模具被分隔平面13隔开。描绘了用于组分的流道15和腔室16，其在第一半模具12中的容器100的旁边。在将组分a和b注入、使其混合、将材料装入至预先提供有增强材料(此处未图示)的腔室16并硬化之后，可容易地将部件和浇口及容器100一起脱模。
图4示出具有立方体模具21的一个具体的实施方案。在该实施方案中，在由至少一种起始材料作为反应体系及至少一种增强材料产生平面部件的第一步骤之后，可在第二步骤中，通过注塑成型，借由肋及紧固元件实现功能化。模具21由三部分组成：可移动、不可旋转的侧面22，其具有容纳容器100的空间，并具有介于容器100和腔室24之间用于接收增强材料的流道15；可围绕纵轴旋转的可移动部件25；以及安装在注塑成型机的注入侧的固定部件26。模具21形成两个具有不同体积的腔室24、29。腔室24具有平坦的表面，不具有功能性元件。相比之下，在固定模具部件26中的腔室29具有用于肋或类似功能性部件的切口(cutouts)。
示意性地示出了注入单元27。其通过另一个流道28连接至具有用于功能性元件的切口的腔室29。通过所述流道28，可将额外的肋30或其他功能性元件注入至具有平坦表面的部件之上(其未图示)且移动部件25的移动从腔室24运输至更大的腔室29。
立方体模具21的优点在于：可提供最高达四个位置以用于材料供给、成型工艺及移出，因而循环时间可显著地缩短。为了简化图4中的描述，省略材料供给单元和移出单元。此处，可将侧面22、移动部件25及部件26维持在不同的温度下，其中所述侧面22的温度高于部件26的温度，例如，以便活化起始材料。
图5示出了具有转盘模具41的一个具体的实施方案。操作方式类似于参照图4解释的变体的操作方式。在图5描述的变体的情况下，模具41的半模具42围绕着横轴旋转。两个腔室43、44上升。第一步骤——由至少一种起始材料和至少一种增强材料构成的具有平坦表面的部件的制备——在腔室43中进行。在上述情况下，腔室44中存在用于肋30或其他功能性元件的额外的切口。腔室44通过流道28连接至注塑成型机的注入组件27。功能性元件可通过第二步骤，即注塑成型工艺，而成型至所述材料上。带有反应组分a和b的容器100的位置在模具41的上部。沿着x所示的线，任选地可为转盘模具41的固定部件提供热分离平面，以便在此可以再次实现不同的温度。
图6示出容器100的另一个实施方案，其中布置活塞4使得混合单元3初始时没有体积。将牵引力施加至活塞4的活塞杆8以使得两种组分a和b能够通过在活塞中4中的孔50a、50b进入混合单元3。一旦完成彻底的混合，活塞4就移回至左手边，孔50a、50b关闭(单侧操作)，且所述两种混合组分a和b现在被压至腔室中。
本发明的每个容器100的设计使得其中存在的反应性组分任选地与一种或多种其他反应性组分一起的计量的量已经是所要制备的部件所需的量，因此对于一个部件或对于多个相同部件而言，所述进料足够精确。
容器100本身可由多种材料制造。重要的是，容器100的材料相对于起始材料呈惰性，且保护它/它们免受环境的影响。优选为聚酰胺或金属。
通过本发明的方法和本发明的装置，可以制备日常使用所需的增强塑料部件形式的各种各样的产品，并且这也适用于专门应用，特别适用于扩展至各单元的少量单元。实例见于医疗技术领域，尤其是人造器官中，以及见于体育领域中，例如用于适合特定身体形状的薄板或保护性元件或鞋内插入物。
与现有技术相比显著简化的所述制备方法允许尤其是本发明在挤压机中用于热塑性或热固性纤维复合部件。
在本文中，反应体系的处理及工艺过程基于现今常规使用的标准工艺(参见例如wolfgangkaiser,kunststoffchemiefüringenieure[plasticschemistryforengineers],10/2011,190页,isbn:978-3-446-43047-1)。在本文中，反应体系用于制备部件的用途基于化学及物理过程。两者的结合允许“定制部件”。
rim部件通常通过液体组分的混合在多种添加物质(特别是催化剂和活化剂)的存在下制备。此处，性能特征尤其由组分的性质及功能性、组分的混合行为及所选择的添加物质的结合来确定。
在一个具体实例中，将组分——在容器100的第一室1中的含有n,n'-己烷-1,6-二基双(六氢-2-氧代-1h-氮杂卓-1-羧酰胺)(
使用常规方法的对比实验需要冲洗包括储存容器、软管和混合头在内的整个系统。在实验室操作中，其通过使用压缩空气来清洁所提及的系统部件以及然后用5kg纯己内酰胺冲洗每条供应管线而实现。此处，将清洁用己内酰胺熔化所需的时间形成清洗过程所需时间(其为1h)的大部分。
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