电阻焊接纤维复合部件以得到纤维复合结构的方法、纤维复合结构和纤维复合部件技术

本发明专利技术提供一种电阻焊接纤维复合部件以得到纤维复合结构的方法、纤维复合结构和纤维复合部件。所述电阻焊接两个纤维复合部件(1)以得到纤维复合结构的方法包括：将导电纤维(2)布置在两个纤维复合部件(1)的连接区域(5)内，其中，每根导电纤维(2)包括具有电绝缘涂层的碳纤维；使电流通过导电纤维(2)，以将连接区域(5)加热到焊接温度并使连接区域(5)中的纤维复合部件(1)熔化；和使连接区域(5)硬化，以通过连接区域(5)接合两个纤维复合部件(1)来得到纤维复合结构。

Resistance Welding of Fiber Composite Components to Obtain Fiber Composite Structures, Fiber Composite Structures and Fiber Composite Components

The invention provides a method for resistively welding a fiber composite component to obtain a fiber composite structure, a fiber composite structure and a fiber composite component. The method of resistively welding two fiber composite components (1) to obtain a fiber composite structure includes: arranging conductive fibers (2) in the connecting area (5) of two fiber composite components (1), in which each conductive fiber (2) includes carbon fibers with an electrical insulation coating, and heating the connecting area (5) to the welding temperature and making the fibers in the connecting area (5) through conductive fibers (2). The composite component (1) melts; and the connecting region (5) hardens to obtain the fiber composite structure by joining the two fiber composite components (1) in the connecting region (5).

【技术实现步骤摘要】
电阻焊接纤维复合部件以得到纤维复合结构的方法、纤维复合结构和纤维复合部件
本专利技术涉及一种电阻焊接纤维复合部件以得到纤维复合结构的方法。本专利技术还涉及该纤维复合结构，并且还涉及在该方法中使用的纤维复合部件。本专利技术及其背后的问题将在客机方面进行详细说明，但能够用于各种应用中。所描述的方法和装置同样能够用于各种车辆并且用于运输工业的所有部门，例如，用于公路车辆、用于轨道车辆、用于许多不同类型的飞行器，或用于船只。此外，本专利技术的方法和装置能够用于生产许多不同类型的纤维复合部件。
技术介绍
在现代飞行器构造中，飞行器的结构部件越来越多地由纤维复合材料制成，例如，由碳纤维增强塑料制成。在这方面，在相对近代已经考虑的可能性之一是例如在客机的机身结构中使用热塑性塑料。热塑性塑料易于在一定温度范围内变形，因此具有理想的焊接适应性。希望的是，使用热塑性塑料将使大型复杂结构部件的生产过程进一步自动化。电阻焊接是导电材料的有利焊接方法，其使电流通过待焊接的连接区；然后电阻引起所述区域的加热。因此，能够在连接区的区域中将两个粘附物(adherend)加热到熔化温度，从而在所述粘附物之间形成连贯的接合。通过使用力和/或压力将粘附物在连接区中挤压在一起，能够另外改善焊接接合。电阻焊接的一个优点是不需要外部热源，热量仅被特定地引入局部限定的连接区域中。对于精确的方法而言，有利的是使在连接区中温度分布的均匀性(即，电阻的均匀性)最大化。有多种方法可用于将该焊接程序应用于纤维复合部件。这里通常有利的是使用具有适当耐热性和足够的电化学相容性(即，与纤维复合材料的相容性)的合适的导电材料。在一种电阻焊接方法中，金属网格能被放置在两个粘附物之间的连接区域中，然后使电流通过所述网格。在这种方法中，金属网格因此保留在焊接结构中。因此，金属网格增加了所得纤维复合部件的重量，并在纤维复合部件的结构中产生不连续性。在另一种方法中，碳纤维能够作为导电部件被引入到连接区域中。从结构的角度来看，该解决方案特别为碳纤维增强纤维复合部件的情况提供了优势，因为这在任何情况下都已经包含碳纤维，因此允许将发热碳纤维永久结合到结构中。如果导电碳纤维与结构碳纤维接触，则在该方法中能够产生漏电流，该漏电流又能够导致热量传递到部件中。Leijonmarck等人的《复合科学与技术》89期，149-157页，2013年的“用于结构和新颖微电池的固体聚合物电解质涂覆的碳纤维”的文件和Asp等人的2015年7月19日至24日在哥本哈根召开的《第20届复合材料国际会议》的“结构电池复合材料的实现”的文件(Leijonmarcketal.,“Solidpolymerelectrolyte-coatedcarbonfibresforstructuralandnovelmicrobatteries,”CompositesScienceandTechnology,89,149-157,2013andAspetal.,“REALISATIONOFSTRUCTURALBATTERYCOMPOSITEMATERIALS,”20thInternationalConferenceonCompositeMaterials,Copenhagen,July19-24,2015)描述了涂覆的碳纤维在结构电池(即，例如车辆的集成到纤维复合结构中的电池)中的应用。碳纤维具有通过电化学浴(典型的碳纤维直径为约6微米至7微米)进行施加的厚度为几百纳米的固体聚合物-电解质涂层。该涂层尤其具有电绝缘效果，并且仅使纤维直径增加了约1微米。这种涂层能够承受700℃以上的温度。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术是基于找到热塑性纤维-复合部件的电阻焊接的改进方案的目的。根据本专利技术，所述目的通过具有如下所述的特征的方法，通过具有如下所述的特征的纤维复合结构，通过具有如下所述的特征的飞行器或航天器，以及通过具有如下所述的特征的纤维复合部件来实现。因此，本专利技术提供了一种用于电阻焊接两个纤维复合部件以得到纤维复合结构的方法。所述方法包括将导电纤维布置在两个纤维复合部件的连接区域内，其中，每根导电纤维包括具有电绝缘涂层的碳纤维。所述方法还包括使电流通过所述导电纤维，以将所述连接区域加热到焊接温度并将所述连接区域中的纤维复合部件熔化。该方法还包括使所述连接区域硬化，以通过所述连接区域接合两个纤维复合部件来得到纤维复合结构。此外，提供了一种通过本专利技术的方法生产的纤维复合结构。此外，提供了一种包括本专利技术的纤维复合结构的飞行器或航天器。此外，提供了一种在本专利技术的方法中使用的纤维复合部件。所述纤维复合部件包括导电纤维，该导电纤维被集成到所述纤维复合材料部件的连接区域中的纤维复合材料部件中，使至少各导电纤维的端部从所述纤维复合材料部件中突出，其中，每根导电纤维包括具有电绝缘涂层的碳纤维。本专利技术的基本概念在于使用涂覆的碳纤维作为用于电阻焊接纤维复合部件(例如，具有由塑料制成的基体和通过所述基体的碳纤维的部件)的电导体。例如，导电纤维能够放置在两个纤维复合部件之间。然后，能够将电源施加到光纤的端部，以便使加热电流通过光纤。在另一个实例中，能够提供导电纤维，因为它们已被集成到一个或两个纤维复合部件中，其中仅导电纤维的端部从各纤维复合部件中突出。在该实例中，一旦已经适当地布置两个纤维复合部件，则能够再次将电流引入导电纤维中。借助于导电纤维的电绝缘涂层，可以显著减少或者实际上完全避免漏电流或类似效应的发生，因为现在很容易使纤维在没有任何产生的漏电流或实际上短路的情况下彼此接触。因此，能够使热损失最小化，并且绝大部分避免热损失。通过包括以相对低的成本和有效的产量地大规模制造的方法，这些用于碳纤维的涂层能够被生产具有延伸到高于700℃的非常高的耐热性。因此，可能性(possibilities)包括焊接热塑性塑料，特别是适用于飞行器和航天器领域的热塑性塑料。举例来说，因此可以容易地焊接熔点高于300℃的聚醚醚酮(PEEK)。本专利技术的另一个优点在于，导电纤维的碳纤维能够直接用作纤维复合组件的增强纤维，并且在一定程度上形成这些纤维的天然成分，而不会产生不连续性或电化学反应。此外，能够优化电绝缘涂层的选择，以避免对粘合性能的不利影响，即导电纤维的粘合性能类似于未涂覆的碳纤维的粘合性能。在其他实施方式中以及在参考附图的描述中找到本专利技术的有利实施方式和进一步改进。根据进一步的改进，所述布置能够包括将纤维复合部件放置成在连接面(jointingarea)处彼此尽可能最接近地接触。因此，纤维复合部件在所述连接面处彼此焊接，以形成高阶纤维复合结构。在这里可能的是，纤维复合部件的形状已经彼此匹配，以使它们必须仅彼此接触(可能具有位于其间的碳纤维)以实现高质焊接(例如，没有额外地将纤维复合部件彼此挤压)。至少一部分导电纤维能够布置在两个纤维复合部件之间的连接面中。举例来说，由涂覆的碳纤维制成的纺织品能被放置在两个纤维复合部件中的一个纤维复合部件上，然后另一个纤维复合部件能被放置在纺织品和位于其下的纤维复合部件上。纺织品能够进行构造，以使碳纤维的端部(即它们各自的两个端部)从纤维复合部件中突出，从而将电源连接到端部。根据进一步的改进，至少一部分所述导电纤维集成到所述连接区域中的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电阻焊接两个纤维复合部件(1)以得到纤维复合结构(10)的方法(M)，包括：布置步骤(M1)，将导电纤维(2)布置在两个纤维复合部件(1)的连接区域(5)内，其中，每根导电纤维(2)包括具有电绝缘涂层(4)的碳纤维(3)；电流通过步骤(M2)，使电流通过所述导电纤维(2)，以将所述连接区域(5)加热到焊接温度并将所述连接区域(5)中的纤维复合部件(1)熔化；以及硬化步骤(M5)，使所述连接区域(5)硬化，以通过所述连接区域(5)接合两个纤维复合部件(1)来得到所述纤维复合结构(10)。

【技术特征摘要】
2017.09.28 DE 102017217294.01.一种用于电阻焊接两个纤维复合部件(1)以得到纤维复合结构(10)的方法(M)，包括：布置步骤(M1)，将导电纤维(2)布置在两个纤维复合部件(1)的连接区域(5)内，其中，每根导电纤维(2)包括具有电绝缘涂层(4)的碳纤维(3)；电流通过步骤(M2)，使电流通过所述导电纤维(2)，以将所述连接区域(5)加热到焊接温度并将所述连接区域(5)中的纤维复合部件(1)熔化；以及硬化步骤(M5)，使所述连接区域(5)硬化，以通过所述连接区域(5)接合两个纤维复合部件(1)来得到所述纤维复合结构(10)。2.根据权利要求1所述的方法(M)，其中，所述布置步骤(M1)包括将所述纤维复合部件(1)放置成在连接面(6)处彼此尽可能最接近地接触。3.根据权利要求2所述的方法(M)，其中，至少一部分所述导电纤维(2)布置在所述两个纤维复合部件(1)之间的连接面(6)中。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(M)，其中，至少一部分所述导电纤维(2)集成到所述连接区域(5)中的两个纤维复合部件(1)中的至少一个中，使至少各导电纤维(2)的端部从相应的纤维复合部件(1)中突出。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(M)，其中，所述布置步骤(M1)包括将所述两个纤维复合部件(1)彼此挤压。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(M)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·林德，诺贝特·黑尔奇，
申请(专利权)人：空中客车运营有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE