用于连续制造由纤维带制成的层合体的方法及其用途技术

本发明专利技术涉及用于连续制造由至少两条纤维带制成的层合体的方法，所述至少两条纤维带均由单向嵌入塑性材料基体中的纤维制成。本发明专利技术还涉及以该方式制造并且可具有形状记忆的层合体。根据本发明专利技术的层合体用于注射成型部件的局部增强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于连续制造由至少两条纤维带制成的层合体的方法，所述至少两条纤维带由单向嵌入塑性材料基体中的纤维制成。本专利技术还涉及以该方式制造并且可具有形状记忆的层合体。根据本专利技术的层合体用于注射成型部件的局部增强。
技术介绍
在轻质构造、特别是机动车构造中，越来越多地使用纤维增强复合材料构件来承载构造构件。对于具有纤维复合材料构件的重量和成本优化的轻质构造来说，决定成本的材料、特别是纤维构件的使用必须最小化。目前，已经提出了相对于构件结构体中的力流正确地一体化纤维，而不发生纤维切割。这通过多种纺织技术如编织、织造、缝制等成为可能，所述纺织技术用于制造用于环形纤维增强复合材料构件的纤维预制体(所谓的预制体)。这些方法使得力流和应力分析能够传递至相应的织物增强结构体中。当采用刺绣或缝制技术时，按照基于刺绣的分析构件计算的要求，利用自动刺绣机来固定增强纤维。然而，利用该方法不利的是，在制得预制体之后，必须用树脂或塑性材料浸渍相应的纤维结构体。结果，导致额外的明显增加制造工艺周期时间的方法步骤。当使用硬质塑性材料来制造纤维复合材料构件的基体时，所谓的注入方法如RTM(树脂传递成型、SRIM(结构树脂注射成型)或真空注射可用于纤维结构体的这种后续浸渍，通过压力冲击将塑性材料基体注射到纤维复合材料构件的相应的模腔中，并且在热和压力下固化。然而，注射方法相对复杂，并且由于相对长的制造周期而仅允许低的生产率。由WO99/52703已知一种用于制造结构构件的方法，其中将熔融的环形纤维束彼此叠置，使得它们形成具有平坦连接部分的连贯承载结构体；并与成形长纤维增强材料一起在工具中压制。即使是这些已知的方法在制造复杂性、可再现性和整合的环形纤维承载结构体的限定形成方面仍然具有明显缺点。因而，例如，不能制造能在一个压制步骤中制造并且包含整合的、精确限定的、相对于位置优化的环形纤维增强结构体的限定一体式结构构件。在DE102008026161A1中，描述了一种用于制造纤维复合材料构件的方法，其中将基体材料施加在增强纤维上，增强纤维和基体材料结合形成浸渍的纤维材料，然后施加在模拟纤维复合材料部件的形状的承载结构体上。该方法的一个缺点在于不能提供可自由成形的纤维带，而是这些纤维带总是连接到承载结构体。另外，已知所谓的预浸渍体，其特征通常为环形纤维增强的半成品如纤维带形式的半成品。然而，这些预浸渍的纤维的不利之处在于所得半成品因为其性质而仅可用于几何形状简单的结构体，并且还导致非常高的纤维材料的消耗，这是因为总是必须要将预浸渍体切割成期望的纤维复合材料部件的轮廓或形状。结果，出现相应的纤维浪费，其使得在利用预浸渍体时纤维复合材料构件的制造明显更为昂贵。因为由材料碳、玻璃、芳香族聚酰胺等制成的环形纤维的非热塑性性能，所以特别是在注射成型工具中用于定位和喷涂的环形纤维带形式的这些预浸渍体的预成形带来问题。
技术实现思路
由此出发，本专利技术的一个目的是提供用于制造层合体的方法，其使得相对于层合体的形状能够具有尽可能大的柔性，并且同时使得这样的层合体的制造能够具有尽可能高的产率。该目的通过具有权利要求1的特征的用于连续制造层合体的方法以及具有权利要求15的特征的层合体来实现。其它从属权利要求揭示了有利的发展实施方案。在权利要求17中，描述了根据本专利技术的用途。根据本专利技术，提供一种用于连续制造由至少两条纤维带制成的层合体的方法，所述至少两条纤维带均由单向嵌入塑性材料基体中的纤维制成，所述方法具有以下步骤：a)分别利用至少一个输送辊将纤维带从一个材料储存处输送至连接站，b)在所述连接站处通过至少两个固结单元使所述纤维带进行层状结合，c)通过所述两个固结单元将所述纤维带连接以形成连续的层合体，和d)使所述层合体固化。由现有技术已知的所有连接方法如成形、焊接、锡焊、胶合、等离子体连接、夹接、缝制和溶剂连接都可以用作连接技术。特别优选地，使纤维带的塑性材料基体熔融、在熔融状态下压制并然后通过冷却来固化。固结单元可以为例如固结辊、传送链或传送带，应优选使用固结辊。一个进一步优选的实施方案是在步骤d)之前或期间，通过至少两个成形单元、特别是成形辊来实现层合体的成形，所述成形单元位于所述固结单元之后，使得在层合体固化期间由于向层合体施加压力而使层合体产生不同的形状。由此，成形不仅仅可以通过成形单元的刚性布置来实现。成形也可以在层合过程期间通过成形单元的旋转和平移移位来进行。因此，利用此方法也可以制造更为复杂的几何形状如S形或蜿蜒的几何形状。另外，优选的是成形单元的旋转和平移移动通过过程控制单元来固定。另外，优选的是，在设置在输送辊和连接站之间的预处理站中纤维带准备用于连接过程。基本上所有的预处理步骤如纤维带的加热、施加胶黏剂、脱脂、火焰处理、等离子体处理和干燥都包括于此。对于根据本专利技术的熔融纤维带的固化的变化方案，在预处理站中实施纤维带的热处理，从而在至少一些区域中实现塑性材料基体的熔融。然后，使纤维带、特别是熔融区域相互接触并且在固结单元之间压制。然后，通过冷却塑性材料基体实施固化以形成层合体。在预处理站中纤维带的热处理可以优选地通过热空气、热气体(特别是氮)、超声、摩擦、火焰处理、激光和/或辐照来实施。在此优选红外辐照，这是因为其具有明显的方法优点。因而，红外辐照器具有非常短的反应时间，其结果是可以以计量方式引入能量，从而节省能量。另外，与加热烘箱相比，红外辐照器是紧凑的热单元。红外辐照器的另一优点在于可以均匀加热大的区域这一事实。特别优选经由热空气或热气体的热预处理。熔融纤维带的固化通过冷却来实施。例如，可以将流体如水浴、水雾、空气或其它气体用于该目的。还可以考虑通过热均衡来实现固化，由此仅加热外层的一个区域，而仍然冷的内层的热均衡确保固化。另一优选的变化方案是通过接触冷却来固化。在根据本专利技术的通过胶合进行连接的变化方案中，优选地在预处理站中在至少一条纤维带上至少在一些区域中施加胶黏剂。然后，在连接站中，使纤维带接触，特别是具有胶黏剂的区域。然后，通过干燥胶黏剂实施固化以形成预制体。优选的胶黏剂是环氧化物、基于硅烷的胶黏剂、聚氨酯、甲基丙烯酸酯和热熔胶黏剂。所述方法的一个优选实施方案是在输送辊和预处理站之间通过至少一个引导辊引导纤维带。替代引导辊，在此处也可以使用静态元件如引导用网状物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连续制造由至少两条纤维带(1、1′、1″)制成的层合体的方法，所述至少两条纤维带(1、1′、1″)均由单向嵌入塑性材料基体中的纤维制成，所述方法具有以下步骤：a)分别通过至少一个输送辊(3a、3b；3a′、3b′；3a″、3b″)将所述纤维带(1、1′、1″)从一个材料储存处(2、2′、2″)输送至连接站(4)，b)在所述连接站(4)处通过至少两个固结单元使所述纤维带(1、1′、1″)进行层状结合，c)通过所述两个固结单元使所述纤维带(1、1′、1″)连接以形成连续的层合体(6)，和d)使所述层合体(6)固化。

【技术特征摘要】
2013.03.12 EP 13158777.61.一种用于连续制造由至少两条纤维带(1、1′、1″)制成的层合体的方法，
所述至少两条纤维带(1、1′、1″)均由单向嵌入塑性材料基体中的纤维
制成，所述方法具有以下步骤：
a)分别通过至少一个输送辊(3a、3b；3a′、3b′；3a″、3b″)将所
述纤维带(1、1′、1″)从一个材料储存处(2、2′、2″)输送至连
接站(4)，
b)在所述连接站(4)处通过至少两个固结单元使所述纤维带(1、
1′、1″)进行层状结合，
c)通过所述两个固结单元使所述纤维带(1、1′、1″)连接以形成
连续的层合体(6)，和
d)使所述层合体(6)固化。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，在步骤d)之前或期间，通过至少两个成形单元、特别是
成形辊(9、9′)使所述层合体(6)成形，所述成形单元(9、9′)位于所述
固结单元、特别是固结辊(5、5′)之后，使得在所述层合体(6)固化期间
由于向所述层合体(6)施加压力而使所述层合体(6)产生不同的形状。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，以不同的圆周速度操作所述固结辊(5、5′)，由此优选的
是所述圆周速度的绝对值相差不超过100%。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，在设置在所述输送辊(3a、3b；3a′、3b′；3a″、3b″)和
所述连接站(4)之间的预处理站(7)中，使所述纤维带(1、1′、1″)制备
用于连接过程。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，在所述预处理站(7)中，对所述纤维带(1、1′、1″)进行
热处理以使所述塑性材料基体的至少一些区域熔融，特别地所述热处

\t理是通过热空气、热气体，特别是氮，超声、摩擦、火焰处理、激光
和/或辐照，优选红外辐照进行的；在所述连接站(4)中，通过使所述
纤维带(1、1′、1″)的熔融区域接触并且通过在所述固结单元之间压制
来进行连接；和伴随着冷却所述层合体(6)来进行固化。
6.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，在所述预处理站(7)中，在至少一条纤维带(1、1′、1″)
上至少在一些区域处施加胶黏剂，特别是环氧化物、基于硅烷的胶黏
剂、聚氨酯、甲基丙烯酸酯、热熔胶黏剂和/或其混合物，并且在所
述连接站中，通过使所述纤维带(1、1′、1″)的具有所述胶黏剂的区域
接触和利用干燥所述胶黏剂使所述纤维带固化来进行连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，在所述输送辊(3a、3b；3a′、3b′；3a″、3b″)和所述预
处理站(7)之间通过至少一个引导单元、特别是至少一个引导辊(8、8′、
8″)引导所述纤维带(1、1′、1″)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·耶尔奇，贝恩德·亨克尔曼，马库斯·阿诺德，马库斯·埃纳，
申请(专利权)人：EMS专利股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH