用于制造由金属和纤维复合物构成的半成品或构件的方法技术

一种用于制造半成品或构件(2)的方法(1)，其中，给构造为板材或板坯(30)的金属载体(3)铺覆至少一个预浸料(6)，该预浸料具备带有连续纤维的能热交联的热固性基质，预浸料(6)的热固性基质通过加热被预交联，并且通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预交联的预浸料(6)的金属载体(3)改型成半成品或构件(2)。为了可以实现金属载体(3)的纤维强化的区域上的塑性变形所提出的是，在预浸料(6)的热固性基质的预交联时，预浸料的基质转移到跟在其粘度最小值(ηmin)之后的粘度状态(η)中，并且在达到其胶凝化点(Pc)之前，使预浸料(6)与金属载体(3)共同地改型。

Method for manufacturing semi-finished products or components consisting of metal and fibre composites

A method (1) for manufacturing a semi-finished product or component (2) in which at least one preprepreg (6) is coated on a metal carrier (3) constructed as a sheet or slab (30), which has a thermosetting matrix with continuous fibers, and the thermosetting matrix of the prepreg (6) is pre-crosslinked by heating, and is deep drawn or drawn. The metal carrier (3) covered with pre-crosslinking preprepreg (6) is converted into semi-finished product or component (2) by stretching and drawing. In order to achieve plastic deformation in the fiber reinforced area of metal carrier (3), it is proposed that the matrix of preprepreg (6) is transferred to the viscous state (_) following its minimum viscosity (_min) when the thermosetting matrix of prepreg (6) is pre-crosslinked, and that the preg (6) and gold are made before reaching its gelation point (Pc). It belongs to carrier (3) and is altered jointly.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造由金属和纤维复合物构成的半成品或构件的方法
本专利技术涉及一种用于制造半成品或构件的方法，其中，给构造为板材或板坯的金属载体铺覆至少一个预浸料，该预浸料具备带有连续纤维的能热交联的、热固性基质，预浸料的热固性基质通过加热被预交联，并且通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预交联的预浸料的金属载体改型成半成品或构件。
技术介绍
为了使以具备带有连续纤维的热固性基质的预浸料强化的金属载体，即板材下料或板材坯，可以尽可能不受损害地经受改型工艺，尤其是深拉，由现有技术(WO2013/153229A1)已知的是，将金属载体上的塑性变形转移到金属载体的无涂层的区域中。因此，在半成品或构件上存在无涂层的区域，这在其轻质结构潜力并且因而在其应用可能性方面限制了这样的纤维复合塑料(FVK)强化的半成品或构件。此外，由于这样的区域限制还限制了预浸料的纤维长度，这可能导致降低的刚度和强度。此外，在由具有无压力直至挤压不粘贴地时效硬化的预浸料的板材下料深拉制成的半成品和构件中，表现出层离的趋势和/或最终交联的纤维复合材料中的孔隙率增加的趋势，这尤其影响了该方法的可再现性。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于，在其简单性、应用可能性以及其可再现性方面改进开头提到的类型的方法。此外，应可以实现具有很小周期时间的方法。本专利技术通过以下方式解决所提出的任务，即，在预浸料的热固性基质的预交联时，预浸料的基质转移到跟在其粘度最小值之后的粘度状态中，并且在达到其胶凝化点之前，使预浸料与金属载体共同地改型。如果在预浸料的热固性基质的预交联时预浸料的基质转移到跟在其粘度最小值之后的粘度状态中并且在达到其胶凝化点之前使预浸料与金属载体共同地改型，那么由此不仅可以允许在金属载体上在其纤维强化的区域中的塑性变形，而且明显改进了方法的可再现性。处于该状态的预浸料于是可以允许相应于改型半径的、在其连续纤维与金属载体之间的相对运动。因此，甚至可以在金属下料上遵循很小的弯曲半径，而无需考虑断裂或层离。根据本专利技术的方法因此能特别广泛地应用。还可能令人惊讶地实现的是，通过共同的改型，可以显著改进具有连续纤维的纤维结构的基质材料的紧凑性。在改型时的比较短的力加载，尤其是压力加载可以被用于减小纤维复合物中的孔隙率，由此能提高层压质量并且能进一步减少板材下料上的纤维强化部的层离。因此根据本专利技术，通过将基质转移到跟在其粘度最小值之后的粘度状态中并且在达到基质的胶凝化点之前将预浸料与金属载体共同地改型可以显著提高方法的可再现性。此外可以实现的是，通过预浸料与金属载体的共同改型，提供了具有很小周期时间的特别快速的方法流程。此外，根据本专利技术的方法与其他已知的用于制造纤维复合物半成品或构件的方法相比能够无需耗费的和/或能进行复杂处理的设备技术，这除了减少用于根据本版专利技术的方法的成本之外还意味着其可再现性的改进。通常提及的是，金属载体可以由具有铁、铝或镁原料的板材、由轻金属或类似物或者由这些材料构成的合金组成。作为金属载体，具有或不带有例如基于锌的保护层的钢板材可以是突出的。通常还提及的是，热固性塑料基底可以具备带有无机或有机的强化纤维，像例如玻璃、玄武岩、碳或芳纶的组合物。此外，除了给金属载体依次铺覆多个预浸料，也能想到将预浸料(单子层或多子层地)堆在金属载体上。包含在预浸料中的纤维可以作为纯单向的层。因此，利用多子层的预浸料可以提供金属载体上的单向或多向的层压体。此外通常规定的是，热固性塑料基质也可以具有改性的热固性聚合物共混物，其优选由环氧化物相和聚氨酯相构成的不强制彼此交联的相组成。这种PU-环氧树脂共混物的已知的以百分比计的组成例如为环境环氧树脂基质中的5至25份额的初级的聚氨酯相。通常还提及的是，利用流变仪，即在振荡的情况下的AntonPaar公司的MCR301粘度计(例如板-板配置，直径25mm；间隙1000μm；振幅0.5％；角频率10rad/s)，根据ASTMD447308/2016的评估，来确定基质的粘度。为了减少在改型时在粘度最小值之上经加热的热固性基质的预浸料被不期望挤出的危险，可以设置的是，在改型之前将热固性基质的交联度设定在4％至15％(例如：通过温度和/或时间)。可以特别有利的是，在改型时将热固性基质的交联度设定在20％至45％(例如：通过温度和/或时间)。由此，能附加地减少了在改型时热固性基质被不期望地挤出的危险。在这样的交联度的情况下，在改型时对预浸料的压力加载也可以负责实现用于达到预浸料的提高的层压质量的优化条件。此外，这也可以有助于原料配对体之间的附着强度。可以特别有利的是，在改型时将交联度设定在25％至40％(例如：通过温度和/或时间)。如果在改型时将热固性基质加热到120℃至220℃，就可以加速交联，由此可以更快速地实现改型或降低方法的周期时间。可以特别有利的是，在改型时将热固性基质加热到150℃至180℃。当加热改型工具并且使金属载体利用经加热的改型工具来改型时，可以防止经加热的预浸料的不期望的冷却和因此是不利于根据本专利技术的方法的温度改变。以这种方式，能进一步提高方法的可再现性。规定的是，出于该目的，改型工具的温度可以不同于预浸料或其基质的温度。也能想到的是，改型工具的工具具有不同的温度，以便有针对性地针对区域特定地对金属载体调温或设定层压中的温度梯度。当预浸料在与金属载体共同改型之后无压力地硬化并且由此可以特别迅速地再次移走改型工具时，可以减少用于改型的周期时间。通过在给金属载体铺覆预浸料之前或给金属载体铺覆预浸料时将中间层(预浸料经由该中间层接至金属载体上)施装到金属载体上，一方面可以改进附着强度，另一方面也可以起均衡作用影响热应力。该中间层应至少在金属载体的也铺覆有预浸料的区域中整个面地施装。中间层的层厚度优选可以为50μm至1000μm，优选地层厚为80μm至700μm。较厚的层，优选500μm至1000μm的层厚的出众之处在于，该层还提供了保护以防腐蚀(阻挡层)。在具有高刚度要求的应用中，薄膜是优选的(优选＜150μm)。此外，处理时间，即反应时间是关系重大的——对于缩短周期时间尤为重要。在此示出的是，基于聚乙烯、聚丙烯和/或聚酰胺芯的中间层或基于共聚酰胺的中间层可以是特别适合的。这例如可以是Nolax公司的系统，即产品Cox391、Cox422、Cox435，Evonik公司的系统，即产品VestameltX1333-P1或Hexcel公司的系统，即产品TGA25.01A或DLS1857。为了确保高的层压质量，可以设置的是，预浸料的基质在改型时以压力来加负荷。例如当通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预浸料且构造为板材的金属载体改型时，可以产生这种压力负荷。金属载体可以例如通过横向拆分金属带产生，也可以构造为扁平的板材或板坯。当预浸料在改型时被局部地压制在金属载体上并且由此在那里固定在金属载体上，则可以防止预浸料上的起皱或纤维翘曲。通过铺覆有预浸料的金属载体的有限区域的局部固定(这例如可以借助模具镶块实现)，例如可以根据预浸料的连续纤维的各个的取向允许了预浸料在其他方向上的可运动性。为此也能想到的是，改型工具具有多个压制装置。这种压制装置也可以通过例如在模具与冲头之间的工具间隙减少来产生。当预浸料在改型时与模具依次作用的部段或部段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造半成品或构件(2)的方法，其中，给构造为板材或板坯(30)的金属载体(3)铺覆至少一个预浸料(6)，所述预浸料具备带有连续纤维的能热交联的热固性基质，将所述预浸料(6)的热固性基质通过加热被预交联，并且通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预交联的预浸料(6)的金属载体(3)改型成半成品或构件(2)，其特征在于，在所述预浸料(6)的热固性基质的预交联时，使所述预浸料的基质转移到跟在所述基质的粘度最小值(ηmin)之后的粘度状态(η)中，并且在达到所述基质的胶凝化点(Pc)之前，使所述预浸料(6)与所述金属载体(3)共同地改型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.11 EP 15199680.81.用于制造半成品或构件(2)的方法，其中，给构造为板材或板坯(30)的金属载体(3)铺覆至少一个预浸料(6)，所述预浸料具备带有连续纤维的能热交联的热固性基质，将所述预浸料(6)的热固性基质通过加热被预交联，并且通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预交联的预浸料(6)的金属载体(3)改型成半成品或构件(2)，其特征在于，在所述预浸料(6)的热固性基质的预交联时，使所述预浸料的基质转移到跟在所述基质的粘度最小值(ηmin)之后的粘度状态(η)中，并且在达到所述基质的胶凝化点(Pc)之前，使所述预浸料(6)与所述金属载体(3)共同地改型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在改型之前将热固性基质的交联度(α)设定在4％至15％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在改型时将热固性基质的交联度(α)设定在20％至45％。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在改型时将热固性基质的交联度(α)设定在25％至40％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在改型时将热固性基质加热到120℃至220℃。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在改型时将热固性基质加热到150℃至180℃。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，加热改型工具(12)并且使所述金属载体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗拉·艾塞尔，吕迪格·海因里茨，赖纳·克尔施，格哈德·迈尔霍费尔，克里斯蒂安·鲁埃，约翰尼斯·里格勒尔，
申请(专利权)人：奥钢联钢铁公司，奥地利钢铁联合金属成形有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT