夹层结构件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种夹层结构件，其包括具有多个腹板（1′）的蜂窝芯体（1）和至少一个覆盖层（2、3），其中，蜂窝芯体（1）由基于纤维素的材料，特别是纸组成。覆盖层（2、3）由具有热塑性基质的纤维增强的半成品形成，其中，蜂窝芯体（1）的腹板（1′）在与覆盖层（2、3）的连接部位（A）处部分容纳在覆盖层（2、3）的热塑性基质内，从而提供夹层结构件的连接。本发明专利技术还涉及所述夹层结构件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及ー种包括基于纤维素的蜂窝芯体和至少ー个覆盖层的。
技术介绍
作为在汽车制造业中特别是为降低燃料成本以及ニ氧化碳排放而进行的轻型结构战略的一部分，越来越多地使用具有夹层结构的结构件，与传统的结构件相比，它们由于芯体材料密度低而具有明显小的重量，如果选取适当的覆盖层材料，同时可以提供足够的強度值。从航空和航天领域已知可以承受高负荷的夹层结构件，其蜂窝芯体通常由高价值的并因此昂贵的酚醛树脂浸溃的芳纶纸组成。覆盖层由热固性基质的增强纤维制成。这种夹层结构件主要是通过热压法或通过手工层压制造。这些制造方法只能制造很少的件数， 成本很高并因此不适用于大批量的汽车零部件加工。此外，所使用的高价值材料也使成本过闻。现有技术DE 10 2007 007 554 Al公开了ー种汽车的刚性的平面复合结构件及其制造方法，该复合结构件可以用作滑动顶棚、杂物箱罩或货舱地板。这种复合结构件包括设置在两个覆盖层——各自由纤维增强的聚氨酯层制成——之间的芯层，该芯层可以具有蜂窝结构和埋置在蜂窝结构内的成型增强件。为制造复合结构件，首先将增强件装入芯层内为此提供的间隙内，芯层设置在各自喷涂有聚氨酯的两个纤维层之间，然后在挤压模具内压紧该夹层以使复合结构件成型并使之固化。WO 2004/080698 Al此外介绍了ー种使用由增强纤维和热塑性纤维制成的复合丝或混合丝制造长纤维增强的热塑性复合结构的方法，其中这些纤维输送到加热的裂片状喷嘴，在喷嘴内利用热塑性材料对增强纤维进行集中浸溃。热塑性纤维材料包括聚こ烯、聚对苯ニ甲酸こニ酷、聚丁烯对苯ニ甲酸酷、尼龙、热塑性聚氨酷、聚缩醛、聚苯硫醚、环烯共聚物、热致性聚酯和它们的混合物。
技术实现思路
从现有技术出发，期望提供ー种可以简单方式制造、具有提高的机械特性和/或表面质量、由成本低廉材料制成的夹层结构件。该目的通过具有权利要求I所述特征的夹层结构件得以实现。利用权利要求6的特征公开了夹层结构件的应用。此外的目的在于提供ー种方法，利用该方法可以最少的エ序、短周期时间生产高数量的夹层结构件。该目的通过具有权利要求7或8所述特征的方法得以实现。装置和方法的进ー步改进在从属权利要求中予以详细说明。第一实施方式因此涉及ー种夹层结构件，其包括具有多个腹板的蜂窝芯体，至少ー个表面，优选顶面和底面设置有覆盖层。为达到大幅度减轻重量的目的，蜂窝芯体可以由基于纤维素的成本极其低廉的材料制成，其中，蜂窝结构赋予芯体低密度以及高比刚性。单个覆盖层或这些覆盖层由具有热塑性基质的纤维增强的半成品形成，由此同样可以降低结构件材料成本，同时赋予夹层结构件足够的强度。由于热塑性基质的使用，可以有利地省略附加的粘合剂或粘结剂，因为热塑性材料本身在受热时能够与蜂窝芯体产生结合。在此过程中，蜂窝芯体的腹板在与由纤维增强的半成品形成的覆盖层的连接部位处部分容纳在热塑性塑料基质内，从而提供一种在蜂窝芯体与覆盖层之间具有牢固连接的复合夹层结构件。在一种实施方式中，具有热塑性基质的纤维增强的半成品可以是包括增强纤維和未固结的热塑性纤维的混合纤维织物。使用混合纤维织物可以经济有效地制造夹层结构件，其中，混合纤维织物的柔性使得更容易地放置在蜂窝芯体上，因为混合纤维织物可以更容易与不同的结构和/或形状配合，此外，可在由混合纤维织物形成的覆盖层与蜂窝芯体之间获得非常好的连接。作为替选方案，具有热塑性基质的纤维增强的半成品在另ー种实施方式中由具有埋入增强纤维织物的预固结的热塑性板(也称为有机板)组成。使用有机板的优点一方面在 于覆盖层因为更加光滑而具有更好的表面质量，另ー方面，夹层结构件利用有机板作为覆盖层可以达到更好的机械强度值，这一点源于半成品的预固结。除了纤维织物外，同样适用针织物、纱布、薄的无纺织物或诸如此类的织物。无纺织物优选具有高于800g/m3的密度。适用于增强纤维的材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和/或天然纤维，而适用的热塑性塑料则包括聚丙烯、聚碳酸酷、聚酰胺和丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯。由此制造的夹层结构件可以用于制造汽车部件——这些部件包括载荷支承部件如地板或后排座椅靠背，也可以考虑车身衬里件，特别是处于其下面的内衬件。作为举例有汽车顶棚、座椅绷面、中央门板和门扇。本专利技术的一种实施方式涉及ー种用于制造夹层结构件的方法，该夹层结构件具有扁平形状或具有大弯曲半径，也就是略微弯曲的形状。为制造扁平的或略微弯曲的夹层结构件，依据本专利技术的方法首先包括的步骤是提供基于纤维素的蜂窝芯体和具有热塑性基质的纤维增强的半成品——用于构成至少ー个覆盖层，优选两个将蜂窝芯体夹在中间的覆盖层。然后将半成品放置在蜂窝芯体的上面和/或下面，从而提供ー种夹层组件。为形成夹层结构件的覆盖层和可能弯曲的形状，将由蜂窝芯体和半成品组成的组件放置在挤压模具内，挤压模具的阳模和阴模与结构件的半径——如果有——匹配以便提供具有预定形状的夹层结构件。预定形状的加工然后在下个步骤中通过施加确定的压カ和同时将由半成品和蜂窝芯体构成的夹层组件连接来进行，在此过程中，挤压模具向所述组件施加压カ。在此过程中，半成品的热塑性基质在被施加处于塑料的玻璃化转变温度与熔化温度之间的温度情况下，在这些具有提高压力的区域内至少部分熔化和在与覆盖层的连接区内部分容纳蜂窝芯体的腹板——该覆盖层由具有热塑性基质的纤维增强的半成品形成。然后从挤压模具中取出结构件并冷却或在敞开或封闭的模具内冷却。优选挤压机连续保持在恒定温度上。将包括热的和尚不稳定的夹层的装入件从加热的挤压机中取出并装入冷的模具内。在这里，然后夹层的冷却和凝固在短时间内进行。此夕卜，如果需要可以提高压紧力，这导致结构件的表面质量和芯与覆盖层之间的机械连接的改变。依据本专利技术的方法因此可以在一个简单的模具内通过更少的エ序步骤制造夹层结构件，该结构件可以高的件数和短的周期时间制造。第二方法涉及较强弯曲的夹层结构件，也就是其具有较小弯曲半径——使得需要用于处理由纤维素材料制得的蜂窝芯体的其他步骤。为获得具有更强曲率或更小半径的结构件，首先用水或其他适当的水状介质或其它适当的液体如通过喷雾或蒸发加湿蜂窝芯体，以取得更好的可变形性，从而使得在成形エ序之后成形的蜂窝芯体保持其形状。除了水夕卜，淀粉溶解溶液(Starke-losenden Losung)适用于此目的。这种方法可用于制造很少或根本没有扁平表面并且是3维结构化的复杂结构件。在制造六边形纸蜂窝或类似的几何形状时，也可以在该过程中膨胀蜂窝芯体。为此，在膨胀系统内的六边形蜂窝的预制体在输送有水的情况下被膨胀并获得其最終的形状。随后使六边形纸蜂窝干燥。为膨胀所需的加湿有利地在加湿的エ序步骤中实施。这ー 点只能在使用膨胀蜂窝的情况下可行。例如在制造正弦形蜂窝时，制造蜂窝芯体时不进行加湿。出于这一原因，使用正弦形蜂窝时必须进行単独的加湿。在下个步骤中，将所加湿的蜂窝芯体放置在挤压模具内，该挤压模具的上模和下模提供与结构件半径相应的预设的弯曲形状。所加湿的蜂窝芯体然后在挤压模具内受压并在40-200°C范围内的温度下成形。所加湿的蜂窝芯体的干燥时间直接取决于该温度。通过蜂窝芯体加湿，这种方法可以在蜂窝芯体无裂纹形式的损坏情况下获得更加复杂的轮廓。由于纸内所包含的淀粉以及用于粘接蜂窝芯体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.22 DE 102010005456.91.夹层结构件，包括具有多个腹板(I')的蜂窝芯体(I)和至少一个覆盖层(2、3)，其中，所述蜂窝芯体(I)由基于纤维素的材料，特别是纸组成，其特征在于，所述覆盖层(2、3)由具有热塑性基质的纤维增强的半成品形成，其中，所述蜂窝芯体(I)的腹板(I')在与所述覆盖层(2、3 )的连接部位(A)处至少部分容纳在所述覆盖层(2、3 )的热塑性基质内，从而提供该夹层结构件的复合体。2.按权利要求I所述的夹层结构件，其特征在于，具有热塑性基质的纤维增强的半成品为包括增强纤维和未固结的热塑性纤维的混合纤维织物、针织物、纱布或无纺织物。3.按权利要求I所述的夹层结构件，其特征在于，具有热塑性基质的纤维增强的半成品为具有埋入的增强纤维的预固结的热塑性板。4.按权利要求1-3至少之一所述的夹层结构件，其特征在于，增强纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维和/或天然纤维，热塑性材料选自PP、PE、PA、PET、PAN、PVC, PVAL和/ 或 PS。5.按权利要求1-4至少之一所述的夹层结构件，其特征在于，该夹层结构件在至少一个覆盖层上携带装饰层。6.按权利要求1-5至少之一所述的夹层结构件用于制造汽车部件的应用，该汽车部件是支承载荷的汽车部件，优选是地板或后排座椅靠背，或车身衬里件，优选是内衬件，特别优选是汽车顶棚、座椅绷面、中央门板或门扇。7.用于制造按权利要求1-5至少之一所述的具有扁平形状或以一半径(R)弯曲的形状的夹层结构件的方法，包括以下步骤 -提供蜂窝芯体(I)和至少一个具有热塑性基质的纤维增强的半成品， -将半成品设置在蜂窝芯体(I)的上面和/或下面， -将所述组件定位在具有提供夹层结构件预设的扁平或弯曲形状的阳模(4)和阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·施坦普，S·伊万，H·比德尔，R·格雷纳，T·楚克尔，W·内达尔，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：