用于制造设有单向纤维稀松布的SMC构件的方法与流程

本发明涉及一种用于制造设有单向纤维稀松布的SMC构件的方法。

背景技术：

片状模塑料(Sheet Moulding Compound)是由可交联的树脂、纤维、部分矿物填料和添加剂制成的面式半成品。由SMC构件制成的构件已在工业上使用多年。SMC构件例如用于车辆和建筑工业以及基础设施中。该复合物可简单地适应客户要求，从而具备高度专业化和拥有特定的短缺市场。SMC半成品在液压压制模具中被处理。与金属板材成形类似，但变形度要高得多。

对于SMC方法也已知使用单向纤维增强材料。单向纤维稀松布是由纤维塑料复合物制成的层，在其中所有纤维朝单一方向定向。单向纤维稀松布相比于无定向纤维增强半成品具有明显不同的加工特性。

此外，已知在压制模具中以SMC半成品包封单向纤维稀松布。但在此不利的是单向纤维稀松布和所述至少一个SMC半成品的不同加工特性。基于单向纤维稀松布和SMC半成品明显不同的流动特性，可能难以控制尤其是单向纤维稀松布或者说纤维在SMC构件中的定位。在压合时必须采取复杂的预防措施，以便大致确保单向纤维稀松布相对于SMC半成品的希望的位置。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，在制造设有单向纤维稀松布的SMC构件时至少部分克服上述缺点。本发明的任务尤其是在于，提供一种用于制造设有单向纤维稀松布的SMC构件的方法，在该方法中能实现将单向纤维稀松布过程可靠地定位在产生的SMC构件中和由此能实现完成的SMC构件的所希望的定义的构件特性。

上述任务通过具有权利要求1的特征的用于制造设有单向纤维稀松布的SMC构件的方法和具有权利要求10的特征的SMC构件来解决。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图给出。在此，结合方法所描述的特征和细节当然也适用于按照本发明的SMC构件，并且相应地反之亦然，从而关于本发明各方面的公开内容可始终被相互引用。尤其是可通过使用按照本发明的方法来制造按照本发明的SMC构件。

也就是说，上述任务通过一种用于制造设有单向纤维稀松布的SMC构件的方法来解决，该方法的特征在于下述方法步骤：

a)将单向纤维稀松布的坯件放置到预制模具下部部件的模具表面上，

b)通过使预制模具的预制模上部部件和预制模下部部件相向运动来关闭预制模具，使单向纤维稀松布成形，

c)在预制模具中通过加热来将单向纤维稀松布预固化，并且在经过预定时间之后从预制模具中取出预固化的单向纤维稀松布，

d)将取出的单向纤维稀松布与至少一个无定向SMC半成品一起放置到压制模具中、放置到压制模具下部部件的模具表面上，

e)关闭压制模具，使压制模具的压制模具上部部件和压制模具下部部件相向运动以便压合单向纤维稀松布与所述至少一个无定向SMC半成品，

f)通过加热来完全固化制出的SMC构件。

方法步骤a)至f)在此在时间上依次进行。

首先将单向纤维稀松布的坯件放置到预制模具下部部件的模具表面上。该坯件可具有任何可能的形状。坯件尤其是面式形成物。纤维稀松布的纤维单向定向，即所有纤维在纤维稀松布中朝向单一方向定向。预制模具下部部件的模具表面具有单向纤维稀松布在其应与至少一个SMC半成品被压合成SMC构件之前所应具有的形状。在将单向纤维稀松布放置到预制模具下部部件的模具表面上之后，关闭预制模具。预制模具上部部件的模具表面优选与预制模具下部部件的模具表面互补地构造。由此，单向纤维稀松布在预制模具关闭时处处一样厚地被压成希望的最终轮廓。在压合纤维稀松布之后或已经在压合纤维稀松布期间，将单向纤维稀松布在预制模具中通过加热来预固化。在此有利的是，直接通过预制模具的上部部件和下部部件向单向纤维稀松布传递热量。可加热所述预制模具上部部件和下部部件，从而将预制模具的热量传递到单向纤维稀松布上。优选的是，预制模具部件的模具表面上的温度介于100℃至150℃之间、尤其是120℃至130℃之间。单向纤维稀松布最高加热到180℃。代替在预制模具中加热单向纤维稀松布，也可想到在预制模具之外加热单向纤维稀松布。

单向纤维稀松布的预固化程度除了温度外也由加热时间决定。这表示，单向纤维稀松布在预制模具中被加热的时间越长，单向纤维稀松布就越硬化。优选的是，每毫米厚度的纤维稀松布加热半分钟或者约半分钟。这表示，10毫米厚的单向纤维稀松布应加热五分钟来达到希望的预固化。此外，单向纤维稀松布的加热时间也与基质系统类型有关。

单向纤维稀松布优选在加热时这样受热，使得其不完全硬化，这是因为否则单向纤维稀松布在接下来与所述至少一个SMC半成品压合时不能最佳连接。

在经过预定时间之后，从预制模具中取出相应预固化的单向纤维稀松布并且将其与至少一个无定向SMC半成品一起放置到压制模具中、放置到压制模具下部部件的模具表面上。压制模具可以是与预制模具分开的模具。作为替代方案，预制模具可以是压制模具本身。在后一种情况下，可以将预固化的单向纤维稀松布在与至少一个SMC半成品压合之前保留在预制模具中。

优选将一个或多个无定向SMC半成品放置到已经放入压制模具中的单向纤维稀松布上。这表示，仅在单向纤维稀松布的一侧上放置无定向SMC半成品。这也称为单向纤维稀松布在压制模具中的不对称包封。

在本发明意义上的SMC半成品是由可交联的树脂和纤维制成的面式半成品，即SMC半成品由高粘性的纤维树脂复合材料制成。附加地可以是SMC半成品的矿物填料和添加剂。纤维树脂材料的粘度在关闭压制模具的情况下进一步处理时在高温和压力下减小。纤维可以是长纤维和短纤维。

SMC半成品在其与单向纤维稀松布以热压法在压制模具中被处理之前优选是板材。填料、如矿物填料防止基质附着在压制模具下部部件或压制模具上部部件的模具表面上并且因此可操作SMC半成品。通常将聚酯或乙烯基酯树脂用作树脂。例如可将玻璃纤维用作纤维。备选于此也可使用碳纤维、玄武岩纤维或其它纤维。如果SMC半成品部分由碳纤维制成，那么优选将环氧树脂用作树脂。填料可以是矿物填料、如白垩或石粉。附加添加剂用于减少收缩。此外，可在SMC半成品中设置分离介质，所述分离介质在压制模具中加热SMC半成品时移动到SMC半成品表面上，由此可在压制过程结束时更易于从模具中取出SMC半成品。

在将单向纤维稀松布和所述至少一个无定向SMC半成品放置到压制模具下部部件的模具表面上之后，关闭压制模具并且通过加热将由单向纤维稀松布和无定向SMC半成品构成的形成物完全固化成SMC构件。为了完全固化，SMC构件优选被以140℃至160℃之间的温度加热、尤其是以约150℃的温度加热。加热时间取决于SMC构件厚度。

通过按照本发明的方法，可以将单向纤维稀松布过程可靠地定位在压制模具中并且因此相对于所述至少一个无定向SMC半成品过程可靠地定位。通过单向纤维稀松布在压制模具中的最佳定位和与此关联的单向纤维稀松布在无定向SMC半成品上的最佳贴靠，可实现所制造的SMC构件的希望的定义的构件特性。与单向纤维稀松布在与至少一个无定向SMC半成品压合之前没有提前在预制模具中预成形和预固化的SMC半成品相比，通过该方法制造的SMC构件在构件特性中具有明显更小的波动、如机械构件特性或翘曲。与传统方式制造的具有单向纤维增强的SMC构件相比，通过该方法制造的SMC构件具有波动较小的尺寸稳定性。通过预固化和预成形单向纤维稀松布，可以将单向纤维稀松布在随后与所述至少一个无定向SMC半成品压合时更好地连接。与未预成形和预固化的单向纤维稀松布相比，单向纤维稀松布纤维的定位在与无定向SMC半成品压合期间可显著更好地控制。也就是说，在压合单向纤维稀松布与所述至少一个SMC半成品时，需要明显减少的措施来确保在压合期间使单向纤维稀松布相对于所述至少一个SMC半成品的最佳位置。

根据本发明的一种优选扩展方案，在一种方法中规定，在步骤d)中，首先将单向纤维稀松布放置到压制模具中、放置到压制模具下部部件的模具表面上，并且随后将所述至少一个SMC半成品放置到单向纤维稀松布上。单向纤维稀松布和压制模具下部部件的模具表面优选具有相同轮廓。由此，单向纤维稀松布形锁合地保持在压制模具下部部件的模具表面上。单向纤维稀松布的这种形锁合保持确保了在随后压合所述至少一个SMC半成品与单向纤维稀松布时，单向纤维稀松布关于SMC半成品流动特性具有最佳的流动特性。尤其是与未预成形和预固化的单向纤维稀松布相比，单向纤维稀松布的流动特性可显著更好地控制。在该方法中，所述至少一个无定向SMC半成品在单向纤维稀松布的一侧上与该单向纤维稀松布压合。

如上所述有利的是，将单向纤维稀松布形锁合保持在压制模具压制模具下部部件的模具表面上。由此，单向纤维稀松布纤维的流动特性可良好地被调节或控制。替代或附加地，单向纤维稀松布可材料锁合地保持在压制模具下部部件的模具表面上。尤其是，单向纤维稀松布可粘贴在模具表面上。由此在与所述至少一个SMC半成品压合期间防止单向纤维稀松布滑动。

此外可在一种方法中规定，在步骤d)中，首先将所述至少一个SMC半成品放置到压制模具中、放置到压制模具下部部件的模具表面上，并且随后将单向纤维稀松布放置到所述至少一个SMC半成品上。在此情况下，单向纤维稀松布例如可固定、尤其是粘贴在压制模具上部部件的模具表面上。

根据本发明的一种特别优选的扩展方案可在一种方法中规定，将至少一个另外的SMC半成品放置到单向纤维稀松布的背离压制模具下部部件模具表面的一侧上。这表示，单向纤维稀松布在两侧被SMC半成品包围。由此，单向纤维稀松布在压制模具中压合时在所有侧被SMC半成品包封。根据要求可在单向纤维稀松布的两侧上放置具有不同厚度的SMC半成品。但优选的是，在单向纤维稀松布两侧放置具有相同厚度和相同特性的SMC半成品，从而在压制模具中压合之后制成具有均匀构件特性的SMC构件。

在压合单向纤维稀松布与所述至少一个无定向SMC半成品并且随后加热形成物期间，纤维稀松布的表面与SMC半成品的表面连接。也就是说，在该方法结束时，所述至少一个无定向SMC半成品附着在单向纤维稀松布上。为了在单向纤维稀松布和所述至少一个无定向SMC半成品之间实现更好的附着，在一种方法中可规定，在将单向纤维稀松布与所述至少一个无定向SMC半成品一起放置到压制模具之前处理单向纤维稀松布的表面、尤其是将其粗糙化。例如为了粗糙化可以对纤维稀松布表面喷砂。

此外，根据本发明的一种优选扩展方案可在一种方法中规定，所述单向纤维稀松布通过在压制模具下部部件和/或压制模具上部部件上的至少一个定位元件保持在压制模具中。由此，单向纤维稀松布可最佳地定位于压制模具中并且在压合过程中更好地被保持。因此，所述至少一个定位元件例如可以是压制模具下部部件和/或压制模具上部部件模具表面上的纯几何导向装置、如肋条或凸起。

此外，在一种方法中可规定，至少一个定位元件能从压制模具下部部件的模具表面伸出，和/或至少一个定位元件能从压制模具上部部件的模具表面伸出。这尤其是在两侧通过无定向SMC半成品包封单向纤维稀松布时能够实现在压合过程实际开始之前将单向纤维稀松布固定在压制模具中。尤其是可伸出的定位元件这样设置在压制模具下部部件和压制模具上部部件上，使得各一对定位元件在压制模具关闭时彼此对齐地设置。由此，压制模具下部部件和压制模具上部部件的各一个定位元件在它们之间夹住单向纤维稀松布。无定向SMC半成品以多个块的形式设置在定位元件之间。在开始压合无定向SMC半成品块与单向纤维稀松布时，定位元件缩入，使得通过定位元件产生的空隙在压合时被SMC半成品填充。定位元件优选构造为可伸出的销。在定位元件缩入结束时，定位元件自由端部的端面优选与压制模具下部部件或压制模具上部部件的模具表面齐平地延伸。

因此，特别优选这样一种方法，其特征在于下述依次进行的方法步骤：

－将至少两个无定向SMC半成品在至少一个定位元件旁边和/或之间放置到压制模具中、放置到压制模具下部部件的模具表面上，

－随后将单向纤维稀松布放置到所述至少一个定位元件上和/或所述至少两个无定向SMC半成品上，

－将至少一个另外的SMC半成品放置到单向纤维稀松布上、放置到单向纤维稀松布的背离压制模具下部部件的模具表面的一侧上，其中，单向纤维稀松布的至少一个区域为了插入压制模具上部部件的至少一个定位元件而未被覆盖，

－接着将压制模具以这样的程度关闭，使得单向纤维稀松布通过定位元件固定，

－在固定单向纤维稀松布之后，将压制模具进一步关闭以便部分压合单向纤维稀松布与SMC半成品，

－在达到希望的SMC构件规定壁厚之前，将定位元件回拉直至相应压制模具部件的模具表面，

－接着将压制模具如此程度地关闭，直至达到希望的、通过压合单向纤维稀松布与SMC半成品而产生的SMC构件的规定壁厚，并且

－在压合期间和压合结束之后通过加热来完全固化制出的SMC构件。

通过这种方法可实现单向纤维稀松布在SMC半成品之间过程可靠的定位。定位元件一方面确保单向纤维稀松布在压制模具中的最佳定位，另一方面定位元件确保保持SMC半成品。通过定位元件的可移动性还可实现在压合结束时SMC半成品之间的(之前被定位元件填充的)空隙通过SMC半成品填充。由此确保在压合结束时单向纤维稀松布完全被SMC半成品包围。所制造SMC构件的构件特性通过该方法在整个SMC构件中是均匀的。与传统方式制造的SMC构件相比，构件特性的波动显著减少。

根据本发明的第二方面，所述任务通过一种借助上述方法、尤其是根据权利要求1至9之一的方法制造的SMC构件来解决。在此，已在之前关于本发明方法详细描述的优点适用于SMC构件。

附图说明

下面参考附图详细说明用于制造设有单向纤维稀松布的SMC构件的方法。示意性的附图如下：

图1为单向纤维稀松布坯件，其放置在预制模具下部部件的模具表面上；

图2为关闭的预制模具，在其中将单向纤维稀松布成形和预固化；

图3为成形和预固化的单向纤维稀松布以及无定向SMC半成品，它们放置在压制模具中、放置在压制模具下部部件的模具表面上；

图4为关闭的压制模具，在其中将单向纤维稀松布和无定向SMC半成品相互压合并且完全固化；

图5为单向纤维稀松布和多个无定向SMC半成品块被放置在具有定位元件的压制模具中；

图6为在压制模具中开始压合单向纤维稀松布与所述多个无定向SMC半成品块；

图7为在压制模具中结束压合单向纤维稀松布与所述多个无定向SMC半成品块并且因此完成了SMC构件的制造。

具体实施方式

具有相同功能和作用方式的元件在图1至7中分别设有相同的附图标记。

在图1至4中示出一种用于制造设有单向纤维稀松布2的SMC构件1的方法，其中，仅在单向纤维稀松布2的一侧上设置SMC半成品3。

图1示意性示出单向纤维稀松布2的坯件，该坯件放置在预制模具10下部部件11的模具表面13上。单向纤维稀松布2具有平面状态。坯件中的纤维(其例如可以是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维)具有相同的定向。预制模具10下部部件11的模具表面13被弯折两次并且规定希望的、单向纤维稀松布2应获得的轮廓。

图2示意性示出处于关闭位置中的预制模具10，在该预制模具中将单向纤维稀松布2成形并且预固化。也就是说，通过使预制模具10的预制模上部部件12和预制模下部部件11相向运动来关闭根据图1的预制模具10。在关闭过程中，单向纤维稀松布2相应于预制模具10下部部件11和上部部件12的模具表面13轮廓地在压力下成形。此外，单向纤维稀松布2在预制模具10中通过加热而受热并且由此预固化。优选这样选择加热温度，使得单向纤维稀松布2不完全固化。单向纤维稀松布2的加热优选通过从预制模具10的下部部件11和上部部件12向单向纤维稀松布2传递热量进行。优选的是，预制模具10的下部部件11和上部部件12都加热到120℃至130℃之间的温度。在经过预定时间后，从预制模具10中取出预固化的单向纤维稀松布2。单向纤维稀松布2在预制模具10中的停留时间(在该停留时间中将单向纤维稀松布2预固化)取决于单向纤维稀松布2的厚度。用于停留时间或者说加热时间的大概经验规律是每毫米纤维稀松布2厚度半分钟。加热时间尤其是也与所使用的基质材料、如环氧树脂等有关。

在经过预定时间后，已将由单向纤维稀松布2和SMC半成品3构成的形成物接合成SMC构件1。通过SMC构件1的两阶段制造方法、即首先预处理单向纤维稀松布2并且随后压合预处理的单向纤维稀松布2与所述至少一个无定向SMC半成品3，可均匀地形成所制造SMC构件1的构件特性。尤其是可通过预处理单向纤维稀松布2明显更好地控制单向纤维稀松布2在压制模具20中的定位，因为在单向纤维稀松布2中已经被处理的纤维的流动特性更好地适应无定向SMC半成品3的流动特性。

在图5至7中示出另一种用于制造设有单向纤维稀松布2的SMC构件1的方法。在该方法中，单向纤维稀松布2完全被SMC半成品3包封。

压制模具20不仅在压制模具下部部件21而且也在压制模具上部部件22中具有可变形的定位元件23，在此是可移动销的形式的定位元件。这些定位元件23用于能够将预成形和预固化的单向纤维稀松布2与压制模具下部部件21和压制模具上部部件22的模具表面24间隔开地放置到压制模具20中。由于单向纤维稀松布2应在两侧被无定向SMC半成品3包围，因此首先将无定向SMC半成品块3在伸出的定位元件23之间或旁边放置到压制模具下部部件21的模具表面24上。接着将预处理的单向纤维稀松布2贴靠到压制模具下部部件21的伸出的定位元件23上。在将单向纤维稀松布2贴靠到压制模具下部部件21的定位元件23上之后，将另外的无定向SMC半成品块3贴靠在单向纤维稀松布2的朝向压制模具上部部件22的一侧上。在此，在无定向SMC半成品块3之间留出空隙，以便允许在压制模具20关闭时能够将压制模具上部部件22的伸出的定位元件23贴靠在单向纤维稀松布2上。压制模具下部部件21和压制模具上部部件22的定位元件23优选这样协调一致，使得在贴靠于单向纤维稀松布2上时各一对定位元件23彼此对齐地设置。

在单向纤维稀松布2通过压制模具下部部件21和压制模具上部部件22的定位元件23已固定于压制模具20中之后，将压制模具20继续关闭，在此首先挤压无定向SMC半成品块3。随后将定位元件23不仅向压制模具下部部件21中而且向压制模具上部部件22中回拉直至定位元件23自由端部的端面位于压制模具下部部件21或压制模具上部部件22的相应模具表面24的平面中。接着将用于制造SMC构件1的压制模具20进一步关闭，在此，无定向SMC半成品块3填充通过定位元件23回拉产生的空隙。无定向SMC半成品块3和单向纤维稀松布2在压力和加热下彼此连接以制造SMC构件1。在此，热量通过压制模具下部部件21和压制模具上部部件22传递到形成物上。为了使产生的SMC构件1完全硬化，优选将压制模具下部部件21和压制模具上部部件22加热到约150℃的温度。加热持续时间取决于产生的SMC构件1的厚度。

为了在压制模具20中的压合期间更好地连接无定向SMC半成品3与预处理的单向纤维稀松布2，可在单向纤维稀松布2被放入压制模具20中之前对其表面进行预处理，尤其是通过喷砂将其粗糙化。

附图标记列表

1 SMC构件

2 单向纤维稀松布

3 SMC半成品

10 预制模具

11 预制模具的下部部件

12 预制模具的上部部件

13 模具表面

20 压制模具

21 压制模具的下部部件

22 压制模具的上部部件

23 定位元件

24 模具表面