复合材料构件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料构件以及其制造方法。根据本发明专利技术，将液晶聚合物纤维用被溶剂稀释的树脂润湿并且然后进一步加工成复合材料构件。

Composite material components and their manufacturing methods

The invention relates to a composite material member and a manufacturing method thereof. According to the invention, liquid crystalline polymer fibers are wetted with solvent diluted resin and then further processed into composite components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合材料构件及其制造方法专利
本专利技术涉及纤维复合材料构件以及用于制造所述构件的方法。本专利技术尤其涉及自行车构件，如轮叉、车架和车座支柱。
技术介绍
已知将纤维增强的复合材料构件用于自行车。在实践中，尤其已经实现将碳纤维用于制造自行车架以及其它自行车构件，如轮叉、车座支柱等。所述材料的优点是在低重量同时的高强度。碳构件的缺点是其断裂风险。在构件过载的情况下所述构件突然断裂，这可能导致严重的事故。这种风险尤其存在于在受损状态下仍然继续使用的碳构件中。因此一般例如要求，在碰撞之后出于安全原因更换碳车架，即使它并不具有可见的断口。专利技术目的因此，本专利技术的目的在于，减少现有技术中的所述缺点。本专利技术的目的尤其在于，提供纤维复合材料的轻型构件，所述构件即使在严重损伤时仍然保持在一起，从而显著降低出现严重事故的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的已经通过根据独立权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法、复合材料构件以及经预浸渍的纤维毡来实现。本专利技术的优选的实施方式和改进方案可以由从属权利要求的主题得出。本专利技术涉及用于制造复合材料构件的方法。本专利技术尤其涉及制造自行车构件，如尤其是车架、车座支柱和轮叉。根据本专利技术，使用液晶聚合物(LCP)纤维。液晶聚合物纤维是已知的。在此，液晶聚合物为具有一定程度的有序性并且包括介晶的聚合物。对于本专利技术，优选使用主链液晶聚合物。尤其可以使用芳族聚酯。此类纤维是可商购的。所述纤维例如用于高强度缆绳或防弹服装。在本专利技术的一个实施方式中，使用具有500至2000dtex的线密度的液晶聚合物纤维。将所述液晶聚合物纤维用被溶剂稀释的树脂润湿，尤其将其浸没在经稀释的树脂中。为此尤其使用环氧树脂。尤其可以使用双酚系环氧树脂。环氧树脂优选包含酸性树脂类，这使得在较高温度，尤其在高于100℃进行固化。将所述树脂用溶剂，尤其用丁酮稀释。优选将所述树脂调节至对应于在4mm标准福特杯中5至30、优选14至18秒的粘度。从由此润湿的纤维制造纤维毡，其中加热所述纤维毡并且随后压制成构件。所述纤维在此排列为连续的平面构造体，但是优选单向地彼此并排排列，并且不是如纺织、针织或编织的。在本专利技术的一个优选的实施方式中，将至少一个具有液晶聚合物纤维的纤维毡与另外的纤维毡，优选其它纤维毡堆叠并且压制成所述构件。已经证实，一层根据本专利技术的具有液晶聚合物纤维的纤维毡已经足以显著改进所制造的构件的机械性能。尤其将介于5与30个之间的纤维毡堆叠，其中有至少一个根据本专利技术的具有液晶聚合物纤维的纤维毡。包含液晶聚合物纤维的纤维毡尤其是以两侧布置在两个碳纤维的纤维毡之间。也就是所述纤维毡是由嵌入树脂中的纤维毡形成的复合材料。碳纤维毡可以为常规的碳纤维毡，所述碳纤维毡尤其还可成型为纺织物。但是优选还将所述纤维毡预浸渍，尤其同样用树脂、尤其用环氧树脂预浸渍。本专利技术基于以下认识：通过使用含溶剂的树脂还能够从液晶聚合物纤维制造复合材料，在所述复合材料中纤维嵌入到基质中并且所述复合材料不倾向于脱层，尤其相对于邻接的碳纤维毡层。在此对本专利技术重要的是，必须在压制所制造的纤维毡之前通过加热至少部分地去除溶剂。预计使用溶剂导致单纤维的表面的活化，这能够实现所制造的、用树脂经预浸渍的纤维毡的可靠的复合。为了避免所制造的构件的单个层的脱层，然后还需要通过加热去除溶剂。尤其首先将经润湿的纤维在高于60℃，优选在高于70℃下存放至少一小时。但是优选将纤维加热到不高于90℃，以避免环氧树脂的反应。在本专利技术的优选实施方式中，然后将纤维在低温，尤其在低于50℃且尤其在室温存放至少12小时，优选至少30小时。已经证实，然后通过这种方法过程以常规的方式通过在高温下压制能够制造复合材料的构件，所述构件具有相对于已知的纯碳材料显著改进的性能。即使在构件开裂时，所述构件也不会断成两段，而是仍然具有高强度和高内聚力，使得无论如何都可以避免事故。例如在用作车座支柱时，开裂的车座支柱虽然不再稳定，但仍然允许骑车人能够暂时继续坐在车座上。尤其将所述纤维复合材料用于自行车轮叉同样导致明显的安全性改进。在本专利技术的一个优选的实施方式中，纤维毡的制造通过将纤维卷绕到卷筒上来进行。为了实现足够大的毡，所述卷筒应具有对应大小的直径，尤其至少50cm的直径。优选在卷筒上仅卷绕上一个纤维层，使得单独的纤维直接彼此相邻地放置。在加热时，纤维通过环氧化物连接成毡，其中纤维是单向排列的。可以将如此产生的毡冲切或切割成所希望的形状。然后将所述毡与多层纤维毡，尤其经预浸渍的碳纤维毡堆叠并且以常规方式在模具中压制成复合材料构件和进行烘烤。优选在压制之前将所述纤维以多层堆叠，所述纤维相对于待制造的构件的主延伸方向最大以+/-30°取向。主取向方向沿构件的纵向延伸。尤其还可行的是，所有纤维层在一个方向上排布，也就是单独的纤维层相对于彼此以0°取向。与碳材料不同，纤维毡的单向排布令人惊讶地甚至有助于构件的提高的强度。根据本专利技术制造的构件因此包括布置在环氧化物基质中的液晶聚合物纤维，所述纤维优选以相对彼此+/-30°、优选+/-15°的角度取向。另外，本专利技术涉及用于制造相应构件的经预浸渍的纤维毡。所述纤维毡包含正好一层彼此并排排列的液晶聚合物纤维，所述纤维借助于树脂彼此相连。所述纤维优选为单向排列的。所述纤维毡优选具有小于150，特别优选小于110并且非常特别优选小于80g/m2的单位面积重量。本专利技术还涉及构件，尤其如上文描述所制造的构件。所述构件包括至少一个具有液晶聚合物纤维的毡，所述毡嵌入在碳纤维的纤维毡之间。所述构件优选至少局部成型为管，尤其是成型为圆柱形管。所述构件尤其为自行车架的零件，自行车轮叉，车座支柱或车把。已经证实，由碳纤维毡(其中在碳纤维毡之间嵌入液晶聚合物纤维毡)的复合材料形成的构件一方面具有明显提高的稳定性。尤其是即使在碳纤维层断裂时所述构件也不出现完全失效。另外，可以将所述构件成型为弹性的，这尤其在用于车座支柱或用作自行车架的零件时提高了舒适性。尤其将所述管成型为圆柱形的，然而也可以具有其它形状。优选所述具有液晶聚合物纤维的毡到所述管的内壁的距离大于到所述管的外壁的距离。在本专利技术的意义上，所述距离总是指内侧或外侧直到液晶聚合物纤维开始处的距离。尤其提出，存在由碳层形成的内部区域，所述内部区域占所述管的壁厚的55至95％、优选55至80％。根据本专利技术的一个实施方式，由碳纤维毡形成的外部区域占所述管的壁厚的5至45％、优选20至40％。在本专利技术的一个实施方式中，由液晶聚合物纤维形成的一个或多个层占所述管的壁厚的2至10％、优选3至8％。尤其提出，在多个碳纤维毡之间嵌入由液晶聚合物纤维形成的正好一个单向排列的层。通过位于外侧的碳纤维毡保护了液晶聚合物纤维并且避免了形成蘑菇状。优选管的外壁与具有液晶聚合物纤维的毡之间布置有至少3个，特别优选至少8个碳纤维的纤维毡。通过具有液晶聚合物纤维的毡的位置，可以针对性地控制构件的性能。于是，另一个布置在外部的液晶聚合物纤维毡导致更高的弹性并且因此导致更高的舒适度(如果所述构件用于自行车)。相反，另一个布置在内部的液晶聚合物纤维毡提供更高的强度。在本专利技术的一个实施方式中，所述构件、尤其成型为管的构件包含10至100个，优选20至30个纤维毡层，其中至少一个纤维毡是液晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造复合材料构件，尤其自行车零件的方法，其中将液晶聚合物纤维用被溶剂稀释的树脂润湿，由经润湿的纤维制造纤维毡，其中加热所述纤维毡并且其中将所述纤维毡压制成构件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.21 DE 102015115879.51.用于制造复合材料构件，尤其自行车零件的方法，其中将液晶聚合物纤维用被溶剂稀释的树脂润湿，由经润湿的纤维制造纤维毡，其中加热所述纤维毡并且其中将所述纤维毡压制成构件。2.根据前一权利要求所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，所述纤维毡的纤维是单向排列的。3.根据前述权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，将至少一个纤维毡与另外的纤维毡，尤其与具有碳纤维的纤维毡堆叠并且压制成所述构件。4.根据前述权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，将所述经润湿的纤维首先在高于60℃、优选高于70℃且优选在低于90℃存放至少一小时。5.根据前一权利要求所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，然后将所述经润湿的纤维在较低的温度、尤其在低于50℃存放至少12小时，优选至少30小时。6.根据前述权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，使用丁酮作为溶剂。7.根据前述权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，将所述树脂调节至对应于在4mm标准福特杯中5至30，优选14至18秒的粘度。8.根据前述权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，通过牵引所述纤维穿过所述经稀释的树脂而润湿所述纤维。9.根据权利要求2所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，在存放之前卷绕所述纤维。10.根据前述权利要求之一所述的用于制造复合材料构件的方法，其特征在于，通过将所述纤维卷绕到卷筒上而由所述纤维制造毡。11.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·普尔奈，C·迪韦史，
申请(专利权)人：MPR有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE