纤维复合材料构件以及用于制造纤维复合材料构件的方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维复合材料构件(10)，其包括纤维束(20)和由热塑性和/或热固性材料制成的基质(M)，其中，这样设置所述纤维束(20)，使得它们构成成型部(P)，在纤维束(20)之间设有支撑装置(30)，至少两个纤维束(20)彼此偏斜设置并且在偏斜纤维束(20)的交叉区域(K)中构造有至少一个空腔(H)。本发明专利技术还涉及一种用于制造包括纤维束(20)和由热塑性和/或热固性材料制成的基质(M)的纤维复合材料构件(10)的方法。

Fiber composite member and method for producing fiber composite member

The invention relates to a fiber composite component (10), including a fiber bundle (20) and the matrix is made of thermoplastic and / or thermosetting material (M), among them, so that the fiber bundle is set (20), which constitute the forming unit (P), the fiber bundle (20) a support device (30), at least two fiber bundles (20) each other in fiber bundle deflection setting and deviation (20) of the cross region (K) in the structure has at least one cavity (H). The invention also relates to a method for manufacturing a fiber composite member (10) comprising a fiber bundle (20) and a matrix made of thermoplastic and / or thermosetting material (M).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种纤维复合材料构件以及一种用于制造纤维复合材料构件的方法。
技术介绍
由现有技术已知面式地设置借助热塑性材料预浸渍的纤维束和/或稀松布和/或织物，以便构造构件。也已知借助包括或不包括纤维的热塑性材料包封纤维增强塑料的一些部位。所述方法用于加强具有较高负荷的部位、尤其是力导入部位并且因此提高构件稳定性。此外已知通过注塑成型来制造构件。在此，在注塑模具中放入纺织纤维材料(如稀松布、织物、针织物、束或类似物)并且随后以包括或不包括纤维的热塑性材料进行包封。由上述方法可制造壳板或具有封闭表面的空心构件或类似物。DE102006040784A1例如公开了一种用于由纤维增强的热塑性塑料通过注塑成型制造纤维增强的机动车部件的注塑成型方法。但由现有技术公开的方法具有下述缺点：仅设置连续纤维的二维或者说面式纤维布置。同时，人们在轻质结构能力的极限范围和可借助满足负荷要求的纤维层实现的极限范围之间摇摆不定。此外需要使用较多材料并且可能产生不少角料。因此，希望更轻质、更加满足负荷要求的结构，同时减少材料使用和角料。此外应尽可能避免材料积聚。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于，以有利的方式改进开头所提类型的纤维复合材料构件和用于制造纤维复合材料构件的方法，尤其是如下来改进，使得能更轻地构造，能实现更加满足负荷要求的纤维层，可以减少材料使用以及减少角料。根据本专利技术，该任务通过具有权利要求1的特征的纤维复合材料构件来解决。据此，纤维复合材料构件包括纤维束和由热塑性和/或热固性材料制成的基质，其中，纤维束设置成，使得它们构成成型部，在纤维束之间设有支撑装置，至少两个纤维束彼此偏斜设置，至少两个纤维束的走向彼此相交，并且在偏斜的纤维束的交叉区域中构造有至少一个空腔。本专利技术基于下述基本思想：借助两个偏斜纤维束交叉区域中的至少一个空腔避免材料积聚。使用偏斜纤维束能实现具有交点或交叉的纤维复合材料构件结构。这些交点或交叉加固了纤维复合材料构件的成型部。由此可制造重量相对轻且极为刚性的纤维复合材料构件，其例如可用作车身构件。本专利技术纤维复合材料构件的优点尤其在于，总体上可比现有技术中已知的纤维复合材料构件构造轻并且可提供更加满足负荷要求的纤维层。由此进一步实现：有利地减少材料使用并减少角料。纤维复合材料构件可具有至少两个或更多个成型部，每个成型部的至少两个纤维束彼此偏斜且相交地设置并且在偏斜纤维束的交叉区域中构造有至少一个空腔。偏斜且相交的纤维束可彼此垂直设置。由此可简单地在成型部中提供稳定的框架状结构。原则上，偏斜且相交的纤维束也可构成锐角。每个纤维束可与基质M一起在成型部中构成一个支杆，该支杆是成型部的组成部分。通过构造支杆，可有利地在成型部中引导负荷并且尽管是轻质结构但仍可实现较高的稳定性。支杆尤其是可吸收拉应力和/或弯曲应力。至少所述两个偏斜且相交的纤维束在它们的交叉区域中可这样嵌入基质中，使得由这两个偏斜纤维束构成的支杆在该区域中分别具有加宽部。通过加宽部可在该区域中固定结构元件，否则这些结构元件有可能影响或降低支杆稳定性。空腔可构造或设置在加宽部中。在加宽部区域中可设置至少一个开口或孔。但通过加宽部，使支杆和因此成型部的稳定性大致保持不变或者说不显著减小或不减小。开口可以与空腔连接。由此获得如下优点：通过开口可进入空腔并且例如开口和空腔可用于容纳固定元件、如螺栓或螺钉。也可想到，设置多个孔，它们与空腔连接。这些开口例如可用于在通过内压注塑成型形成空腔时(亦参见下文)将熔体从空腔吹出。还可想到，至少一个纤维束是包括多个单向设置的纤维的UD纤维束。UD纤维束是包括多个单向设置的纤维的束、即不具有纤维扭转的纤维束。纤维例如可以是碳纤维。也可想到纤维是玻璃纤维。但原则上也可选择由其它适合的材料制成的纤维。此外可规定，至少一个纤维束仅包括单向设置的沿纤维束走向的方向的纤维。这可实现纤维复合材料构件的简单结构。还可想到，至少一个纤维束包括单向设置的沿纤维束走向的方向的第一纤维和单向设置的围绕第一纤维编织的第二纤维。由此可改善纤维束的稳定性。至少一个纤维束可设置在纤维复合材料构件的成型部的边缘上和/或纤维束和支撑装置构成空间成型部。可想到，设置至少三个纤维束，和/或纤维束空间设置。纤维复合材料构件可以是车身构件或类似物。例如可想到，纤维复合材料构件是车辆的车顶横向连接元件、如导流板(即在两个机动车A柱之间的区域中的车顶横向连接元件)。可借助包括连续纤维的纤维束提供空间布置结构。通过具有支撑装置的相应布置结构，可提供刚性且稳定的成型部，从而可实现显著更轻的结构。因此，提供并能实现极高的轻质结构潜力。此外，可形成任何成型部几何形状，这在自由曲面比例较高的构件中尤为有利。此外，可这样设置纤维，使得所述纤维吸收或可吸收弯曲应力和/或拉应力和/或压应力。由此产生以下优点：可满足负荷要求地进行构造，尤其是可提供这样的纤维复合材料构件，其这样设计，使得其根据设计满足负荷要求地设计用于施加在其上的弯曲应力和/或拉应力和/或压应力。此外可想到，支撑装置设置成，使得它们传递和/或吸收或者能吸收扭力和/或剪切力。由此产生以下优点：在弯曲应力、拉应力或压应力之外出现的扭力或剪切力不通过纤维束、而是通过为此设置的支撑装置来吸收。由此，总体上提高了纤维复合材料构件的稳定性，因为针对具体出现的负荷设置专门的元件、即例如为弯曲应力和/或拉应力和/或压应力设置纤维束并且为扭力和/或剪切力设置支撑装置。由此可实现极为稳定的结构，但同时无须显著增加重量。此外，至少一个纤维束可具有至少一个空出区段，在其上未设置支撑装置，优选规定，纤维束具有规则或不规则间隔开距离的空出区段和/或所述空出区段是至少部分弯曲的或是直线的。空出区段允许纤维束在制造时直接夹紧在模具中。由此防止纤维束在注入热塑性和/或热固性材料时移动，这是不希望的。由此提高了纤维复合材料构件的制造精度。同时也节省了重量，因为使用较少的热塑性和/或热固性材料或者说仅使用必要的材料量。纤维束具有规则或不规则间隔开距离的空出区段这一情况之所以是有利的，是因为由此在这些点上纤维束可被良好地固定于模具中。此外可规定，支撑装置包括剪切面和/或支撑装置通过注射热塑性和/或热固性材料构成或由纤维束构成。由此获得如下优点，可将轻质结构的且可简单制造的元件用作支撑装置。这是低成本的并且同时能实现轻质结构。热塑性和/或热固性材料也可纤维增强。还可想到，纤维束沿脱模方向这样错开地设置，使得它们无须滑块即可被取出注塑模具。这简化了制造并缩短了制造时间，因为从注塑模具的脱模得以简化。通过省却滑块可显著节省成本，因为所需模具的复杂度降低并且可更为低成本地制造。此外，纤维束可设有直线区域和/或弯曲区域。由此产生以下优点：纤维束因此可近似依循任何曲线。可想到这样设计束，使得它们包括直线区域和例如短的弯曲区域。在短的弯曲区域中，纤维束例如无须被包封，以便可在该部位上被固定在模具中。这允许特别简单地制造成型部。还简化了制造，因为在弯曲区域中无须包封。此外有利的是，通过这种包括直线和曲线区域的束设计方案可近似依循任何曲线，因为由此可产生几乎任何自由曲面。此外，本专利技术涉及一种用于制造纤维复合材料构本文档来自技高网...

【技术保护点】
纤维复合材料构件(10)，包括纤维束(20)和由热塑性和/或热固性材料制成的基质(M)，所述纤维束(20)设置成，使得所述纤维束构成成型部(P)，其中，在纤维束(20)之间设有支撑装置(30)，至少两个纤维束(20)彼此偏斜设置并且在偏斜的纤维束(20)的交叉区域(K)中构造有至少一个空腔(H)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.11 DE 102014222933.21.纤维复合材料构件(10)，包括纤维束(20)和由热塑性和/或热固性材料制成的基质(M)，所述纤维束(20)设置成，使得所述纤维束构成成型部(P)，其中，在纤维束(20)之间设有支撑装置(30)，至少两个纤维束(20)彼此偏斜设置并且在偏斜的纤维束(20)的交叉区域(K)中构造有至少一个空腔(H)。2.根据权利要求1所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，所述纤维复合材料构件(10)具有至少两个或更多个成型部(P)，每个成型部(P)的至少两个纤维束(20)彼此偏斜且相交地设置，并且在偏斜的纤维束(20)的交叉区域中构造有至少一个空腔(H)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，每个纤维束(20)与基质(M)一起在成型部(P)中构成一个支杆(32)，该支杆是成型部(P)的组成部分。4.根据权利要求3所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，至少所述两个偏斜且相交的纤维束(20)在它们的交叉区域(K)中嵌入基质(M)中，使得由这两个偏斜的纤维束(20)构成的支杆(32)在该区域中分别具有加宽部(34)。5.根据权利要求4所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，在加宽部(34)的区域中设有至少一个开口(36)，尤其是：所述开口(36)与空腔(H)连接。6.根据上述权利要求之一所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，至少一个纤维束(20)是包括多个单向设置的纤维的UD纤维束。7.根据上述权利要求之一所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，至少一个纤维束(20)仅包括单向设置的沿纤维束(20)走向的方向的纤维。8.根据上述权利要求之一所述的纤维复合材料构件(10)，其特征在于，至少一个纤维束(20)包括单向设置的沿纤维束(20)走向的方向的第一纤维和单向设置的编织在第一纤维周围的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·霍格尔，O·康拉德，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE