用于生产纤维增强的塑料零件的过程布置以及方法与流程

本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的用于生产纤维增强的塑料零件的过程布置以及一种根据专利权利要求9的前序部分所述的用于生产这样的塑料零件的方法。

背景技术：

纤维增强的塑料零件的生产可借助于纺织的半成品、所谓的片状模塑料(prepreg)实现。在反应性的片状模塑料中纺织的纤维材料利用反应性的、也就是说还未聚合的热塑性的基质材料在聚合起动温度之下被预浸渍。为了纤维增强的塑料零件的造型，片状模塑料在存储过程中相互堆叠成层包(lagenpaket)并且其经受拉深方法或压制方法。

从文件wo2012/116947a1中已知这种类型的用于利用聚酰胺基质生产反应性的片状模塑料、也就是说无端纤维增强的面型的半成品的方法。在该方法中首先将纺织的结构利用聚酰胺基质的液态的初始成分、也就是说包括添加的催化剂和/或促进剂的熔化的内酰胺预浸渍，更确切地说在连续的过程中。在预浸渍实现之后，预浸渍的纺织的无端结构在切边站中被批量生产成纤维增强的面型的半成品，并且在堆叠站中互相堆叠。在另外的过程进程中，预浸渍的纺织的半成品被运输到组装站，在该组装站中纺织的半成品在存储过程中互相安放并且被相应于待生产的零件的最终轮廓裁剪。这样形成的层包紧接着被放入到工具模(werkzeugform)中。然后实现造型，更确切地说在压制过程或拉深过程中在聚合起动温度之上的温度时。以该方式，预浸渍的内酰胺聚合成聚酰胺。通过同时的拉深/压制，纤维增强的面型的半成品被带入到待生产的零件的有意的形状中。

紧接着在后处理站中，可以实现完成的塑料零件的最终切边，更确切地说在形成最终切边剩余物的情况下，该最终切边剩余物由由纤维和聚合的基质材料组成的复合物构成。最终切边剩余物可供应给回收站并且在此被再加工成回收料用于使用在注射成型过程或压制过程中，如例如在文件ep2666805b1中表明的那样。因此，基于热塑性的基质的零件可通过简单的切碎和挤出供应给在注射成型领域中的新的用途。在此，基于热塑性的基质的纤维复合材料的基本的优点在于突出的回收特性。通过简单的熔化和再生造粒(regranulieren)，将纤维和基质均质地混合。这样回收的颗粒可重新用作用于各种各样的用途的高品质的原材料。

上面勾勒的过程链的问题在于，除了提及的最终切边剩余物之外，同样除了位于前面的过程时间点，还产生边界切边剩余物(来自纤维半成品的批量生产)以及组装切边剩余物。边界切边剩余物和组装切边剩余物(区别于最终切边剩余物)还未被聚合并且因此在上面给出的回收过程中不可被再加工。边界切边剩余物和组装切边剩余物因此作为不可回收的材料劣品(materialausschluss)被从过程链中引导出去。

技术实现要素：

本发明的任务在于，提供一种用于生产纤维增强的塑料零件的过程布置以及方法，其具有相比于现有技术改善的回收设计。

本发明的任务通过专利权利要求1或专利权利要求9的特征解决。本发明的优选的改进方案在从属权利要求中公开。

根据专利权利要求1的特征部分，回收站附加地关联有预处理站。由还未聚合的、也就是说反应性的热塑性的基质材料的纤维组成的复合物构成的切边剩余物可供应给该预处理站。在预处理站中首先聚合反应性的热塑性的基质材料，紧接着将这样形成的由纤维和聚合的基质材料组成的复合物供应给回收站。在回收站中由预处理站供应的复合材料与最终切边剩余物一起被再加工成回收料，该回收料适用于使用在注射成型过程或压制过程中。

鉴于在预处理站中的没有缺陷的聚合，重要的是，还未聚合的切边剩余物不与周围环境接触，即与空气湿气、氧气、uv射线或类似物反应，(如果还未聚合的切边剩余物与周围环境接触)则该切边剩余物的可加工性、尤其聚合被损害。为了避免与周围环境的这样的不利反应，切边剩余物可在存放和运输期间被干燥和/或在空气密封的、光密封的和/或湿气密封的屏蔽下被存放直到其在预处理站中的加工。切边剩余物的聚合在炉中、例如在连续式加热炉中发生。

在一制造技术上的实现方案中，在制造站中在连续的过程中由纺织的结构构成的至少一个无端织物可利用反应性的热塑性的基质材料的液态的初始成分预浸渍。在浸渍实现之后执行边界切边，在该边界切边时预浸渍的无端结构在切边站中批量生产成带有反应性的、也就是说还未聚合的热塑性的基质材料的无端纤维增强的纺织的纤维半成品(反应性的片状模塑料)。批量生产在形成边界切边剩余物的情况下实现，该边界切边剩余物由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。在边界切边剩余物中，纤维制造技术上限制地不完全地利用基质材料润湿。边界切边剩余物可部分地甚至完全地在没有基质材料的情况下存在。相应地，在边界切边剩余物中的纤维份额非常高。

在另外的过程进程中，反应性的片状模塑料在堆叠站中相互堆叠并且存放，以及在需要时运输到组装站。在组装站中片状模塑料示例性地首先在存储过程中互叠覆层成层包。紧接着可实现组装切边，在该组装切边中层包被相应于纤维增强的塑料零件的最终轮廓裁剪。这在形成组装切边剩余物的情况下实现，该组装切边剩余物由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。区别于边界切边剩余物，组装切边剩余物完全地由基质材料包围，也就是说完全浸渍，从而纤维份额相对而言是较大的并且相应于完成的纤维增强的塑料零件的纤维份额。对此备选地，也可首先实现组装切边并且紧接着其存储过程。

在一实施变型方案中，反应性的片状模塑料可利用外部的零件边界构造，该零件边界形成对于压制过程和/或拉深过程必要的凸出。这在压制过程和/或拉深过程实现后是无功能的并且可因此在后处理站中从完成的塑料零件移除，更确切地说在形成最终切边剩余物的情况下。同时在后处理站中，裂口、凹口或类似物同样可被加工入完成的塑料零件中，同样由此产生最终切边剩余物，该最终切边剩余物可供应给回收站。从塑料零件移除的凸出可具有纤维份额，该纤维份额与完成的塑料零件的纤维份额是相同的。若有可能移除的凸出同样可具有较低的纤维份额，更确切地说由于在塑料零件的造型时在压制工具/拉深工具中过剩的基质材料的溢出。

取决于在回收站中待生产的回收料的必要的纤维体积含量，引导到回收站中的切边剩余物可被混入纯净的聚合的基质材料。此外预处理站和/或回收站可关联有切碎单元、例如剪切研磨机，在其中可一起引导到回收料的切边剩余物可被切碎。优选地，边界切边剩余物以及组装切边剩余物可在剪切研磨加工之前已经聚合。最终切边剩余物可根据需要与组装切边剩余物和/或与边界切边剩余物分别在剪切研磨之前或之后以不同的重量比例彼此混合并且才紧接着供应给回收站。在此然后实现短纤维增强或长纤维增强的聚合的切边剩余物的再加工。

上面给出的在不同的过程站中产生的切边剩余物在裁剪的时间点以关于聚合程度和纤维体积含量的不同的状态存在。

作为反应性的热塑性的基质材料，优选地应用己内酰胺(所谓的guss-pa)。备选的反应性的热塑性的基质系统除了己内酰胺以外也可以是例如十二内酰胺以及环状对苯二甲酸丁二醇酯(buthylentherephtalat)等等。作为纤维材料可设想所有可能的纤维。优选地应用由玻璃、碳(所谓的碳纤维)、玄武岩、尼龙或其组合构成的纤维。这以各种各样的布置、例如网状、束状或无方向地存在。对于己内酰胺，借助于大约150°c的反应温度实现聚合，在其中从己内酰胺中产生聚酰胺(pa6)。对于其他的反应性的材料，例如十二内酰胺到pa12或cbt到pbt可选择匹配于相应的材料的温度。

本发明的上述解释的和/或在从属权利要求中描绘的有利的构造和/或改进方案(除了例如明确的依赖性或不可结合的备选方案以外)可单独地或但是也以彼此任意的组合投入使用。

附图说明

本发明及其有利的构造和改进方案以及其优点随后由附图更详细地解释。

其中：

图1至4分别示出了用于生产纤维增强的塑料零件的过程站；并且

图5示出了包括回收站和相关联的预处理站的过程链的框形图。

具体实施方式

在图1至4中就此而言呈现了用于生产纤维增强的塑料零件1(图3和4)的过程站i至vi，因为这对于本发明的理解是必要的。因此在制造站i中首先示例性地将两个纤维层2在连续的过程中在中间安放有由例如聚酰胺或另一合适的材料构成的第一薄膜3的情况下引到无端输送带5上。这样形成的纺织的层结构7利用反应性的热塑性的基质材料、例如内酰胺的初始成分8浸透，更确切地说在用于反应性的热塑性的基质材料的初始成分的聚合的起动温度之下的温度时热加载10的情形下。

紧接着在进一步的过程进程中还施加第二薄膜9并且纺织的层结构7在冷却单元11中冷却(也就是说加固)以及在随后的切边站ii中批量生产成单个的预浸渍的纺织的纤维半成品15。在切边站ii中实现边界切边，在该边界切边时预浸渍的无端结构7裁剪成无端纤维增强的纺织的纤维半成品15(随后也称为片状模塑料)。在图1中仅仅表明切断截面。边界切边在图1中垂直于切断截面在符号页平面中实现。

在此出现边界切边剩余物mr，其由由纤维和反应性的(也就是说还未聚合的)热塑性的基质材料组成的复合物构成。边界切边剩余物mr作为材料劣品从过程链中引出。在边界切边剩余物mr中纤维未完全利用反应性的基质材料润湿或其完全在没有基质材料的情况下存在，由此边界切边剩余物mr具有非常高的纤维份额。

批量生产的纺织的纤维半成品15在下面的堆叠站iii中互相堆叠和存放。根据需求互相堆叠的纤维半成品15传递到过程技术上后置的组装站iv，其在图2中表明。在组装站iv中预浸渍的纺织的纤维半成品15被裁剪并且以相叠覆层成层包16(图2)的方式存储。此外相叠覆层成层包16的片状模塑料15相应于完成的塑料零件1的负荷需求被裁剪。由此得出另一材料劣品，其作为组装切边剩余物ma从过程链中被引导。组装切边剩余物ma由由纤维和反应性的热塑性的基质材料组成的复合物构成。区别于边界切边剩余物mr，在组装切边剩余物ma中纤维完全由基质材料包围，也就是说完全浸渍。组装切边剩余物ma的纤维份额因此高于在边界切边剩余物mr中的并且基本上与完成的塑料零件1的纤维份额相同。

在另外的过程进程中层包16传递到在图3中粗略地示意性的表明的压制站和/或拉深站v，在其中层包16被加热到聚合温度之上的温度上并且同时被拉深/压制成待生产的塑料零件1的形状。在过程技术上后置的后处理站vi(图4)中在塑料零件1处执行最终切边，在该最终切边时示范性地将对于拉深过程必要的外部的零件边界17从塑料零件1中移除，更确切地说在形成最终切边剩余物me的情况下，该最终切边剩余物me由由纤维和聚合的基质材料组成的复合物构成。

在图5中回收站vii后接于用于生产塑料零件1的过程链i到vi，最终切边剩余物me被引导到该回收站vii中。在回收站vii中若有可能可布置有剪切研磨机，该剪切研磨机切碎最终切边剩余物me。在回收站vii中最终切边剩余物me被再加工成回收料r，该回收料r适用于使用在注射成型过程或压制过程中。

如从图5中另外得知的，回收站vii关联有预处理站viii。预处理站viii可供应有边界切边剩余物mr和组装切边剩余物ma。两个切边剩余物mr,ma由由纤维连同反应性的(也就是说还未聚合的)热塑性的基质材料组成的复合物构成并且因此不可直接在回收站vii中加工成回收料r。

在预处理站viii中两个切边剩余物mr,ma的反应性的热塑性的基质材料被聚合。这样形成的由纤维和聚合的基质材料组成的复合物那么在回收站vii中与最终切边剩余物me被引导在一起并且在此被再加工。

备选地和/或附加地预处理站viii可同样具有剪切研磨机，在该剪切研磨机中切边剩余物mr和ma被切碎。优选的是，在边界切边剩余物和组装切边剩余物mr,ma聚合之后，实现边界切边剩余物和组装切边剩余物mr,ma的剪切研磨加工。

如在图5中利用虚线表明的是，在一种备选的实施变型方案中，最终切边剩余物me可在一位于回收站vii之前的联接位置21处被与聚合的切边剩余物ma,mr引导在一起并且然后继续引导到回收站vii中。此外根据回收料r的需要的纤维体积含量，切边剩余物mr,ma,me可分别还被混入聚合的基质材料，以便若有可能降低在回收料r中的纤维份额。

在回收站vii中生产的回收料r可附加地附属有混合物。回收料r可在另外的方法进程中被塑化以及供应给螺杆挤出机并且紧接着在注射成型过程或压制过程中被加工。