CN105711227A - 用于制造夹层部件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于生产夹层部件的工艺：提供多个材料腹板，将基质材料施加到材料腹板的上侧和/或下侧，基质材料被以不同方式施加到两个材料腹板，和/或基质材料被以不同方式沿上侧和/或下侧施加到一个材料腹板，将芯层布置到一个材料腹板上，和挤压材料腹板和芯层以形成夹层部件，芯层被布置在两个材料腹板之间。用于执行该工艺的装置：用于从保持辊退绕材料腹板的退绕单元；用于将基质材料施加到材料腹板的上侧和/或下侧的施加单元，基质材料能够以不同方式施加到两个材料腹板，和/或基质材料能够以不同方式沿其表面区域施加到一个材料腹板；第一夹持单元，用于将芯层布置到材料腹板上；和，挤压机，其用于挤压材料腹板和芯层以形成夹层部件。

Description

用于制造夹层部件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于生产夹层部件的工艺，并且涉及一种用于执行这一工艺的装置。
背景技术
夹层部件一般应被理解为指的是由相同材料或不同材料的层组成的部件。在最简单的情况下，夹层部件由两个覆盖层以及芯层组成，所述两个覆盖层是上覆盖层和下覆盖层，所述芯层布置在上覆盖层与下覆盖层之间。各个层之间的连接通常通过以合适的工具挤压而发生，所述工具诸如挤压机。
这样的夹层部件用于许多不同的领域。然而，近年来，它们在轻质汽车制造领域中特别作为结构部件的重要性已经极大地增加了。
现有技术公开了生产结构组件的许多种不同工艺。
例如，用于生产夹层部件作为车辆结构部件的工艺在DE102012222376A1中描述。这包括首先在工具中布置内覆盖层、在所述内覆盖层上布置至少在某些部分上多孔的芯层，并进而在所述芯层上布置外覆盖层。在所述各层的布置之后，针对两个覆盖层产生处理压力，并且在芯层中产生芯压力，以相对于处理压力均衡所述压力。以这种方式，芯层不会承受过多的处理压力，并且在其稳定性方面也没必要超尺寸。
DE102013013419A1公开了一种用于生产在可见侧上变化的夹层部件的连续生产工艺、用于制造所述夹层部件的装置，以及因此能够生产的夹层部件。从覆盖层/芯层/覆盖层堆叠开始，其中，所述覆盖层由纤维热塑性材料层组成，在此文档中介绍的用于生产夹层部件的工艺包括加热所述夹层布置的第一步骤，其中，所述夹层布置被加热直至纤维材料层的热塑性材料至少开始流动。加热在加热工具中进行，例如加热挤压机。当使用加热挤压机时，所产生的挤压压力具有的效果是纤维热塑性材料层粘附到蜂窝芯(芯层)。在下一工序中，有泡沫层的装饰层被以这样的方式布置在被加热的夹层布置上，使得所述泡沫层面对所述覆盖层。覆盖层的所述粘滞热塑性导致泡沫层到夹层布置的粘接。在此之后，装饰层的表面通过形式模板调整到成品夹层布置应具有的表面结构。为了这个目的，一个或多个形式模板被布置在压缩成型工具的一个或两个基础模具表面上。该工艺的最后步骤是由通过模压机的冷却压缩成型代表的。
同样，EP1897680A1描述了一种用于生产有蜂窝芯的纤维增强夹层部件的工艺，其中，所述蜂窝芯只通过覆盖层在一侧上封闭，但是蜂窝层的蜂窝在两侧上都被封闭。在这种情况下，该工艺包括以下步骤：-生产铺叠(lay-up)，其包括蜂窝芯，以及至少在蜂窝芯一侧上从内侧布置到外侧的可固化粘合剂层、阻隔层和纤维层；-将所述铺叠限制在气密空间中；-在此气密空间中产生真空；-在这个真空下，将蜂窝芯与阻隔层之间的粘合剂层完全地或部分地固化，使得蜂窝单元在它们被阻隔层封闭之前被至少部分地抽真空；-在粘合剂层的完全或部分固化之后，在真空下将基质材料注入所述纤维层，并在真空下固化所述基质材料。
发明内容
本发明解决的一个问题是，提出一种用于制备夹层部件的可选工艺和一种用于执行这一工艺的装置。
根据本发明用于制造夹层部件的工艺包括以下步骤：
-提供多个材料腹板，
-将至少一种基质材料施加到至少一个材料腹板的上侧和/或下侧，其中，基质材料以不同的方式施加到至少两个材料腹板中，和/或基质材料以不同的方式沿其上侧和/或下侧施加到至少一个材料腹板，
-将至少一个芯层布置到一个材料腹板上，和
-挤压材料腹板和芯层以形成夹层部件，其中，所述芯层被布置在至少两个材料腹板之间。
通过根据本发明的工艺生产的夹层部件基本上由多层(至少两层)材料腹板和至少一层芯层组成。芯层在这种情况下设置在至少两层材料腹板之间。
材料腹板优选由纤维材料生产，并且优选地制成比芯层薄的。因此使用的纤维是天然纤维，诸如大麻纤维、竹纤维、纤维素类纤维等，和/或有机和无机人造纤维，诸如聚酰胺纤维、玻璃纤维、碳纤维等。
纤维材料因此优选地由已加工成机织物、非织物或针织物、毡、网等的纤维组成，其中，这些构造已经优选地被进一步加工成基本基质，其适合于形成所谓复合材料的要求。
在根据本发明的工艺的有利实施变体中，材料(纤维材料)腹板被进行预处理，其中，可以考虑本领域技术人员熟悉的所有预处理方式，诸如涂刷、浸渍、涂覆等。
所使用的各材料腹板在它们的(基本)成分和设计上可彼此不同。
有利地，材料腹板被形成为对基质材料是可渗透的。
在一个可选的构造变体中，各个材料腹板以层的方式形成，也就是说，它们是由至少两个单独的层组成的，其中，所述各层中的至少一层是纤维材料。
非纤维材料的单独层在这种情况下有利地由塑料组成，并且以膜的形式形成。
关于所提供的材料腹板，至少一种基质材料被施加到至少一个材料腹板的上侧和/或下侧，其中，基质材料以不同的方式施加到至少两个材料腹板，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到至少一个材料腹板。
短语“以不同的方式”应优选地被理解为是指通过施加不同量和/或不同类型的基质材料到材料腹板而施加基质材料。
依照根据本发明的工艺，基质材料因此有利地均匀和/或不均匀地施加到一个或多个材料腹板。
基质材料优选地是热塑性和/或热固性聚合物。
基质材料优选地是树脂，特别优选地是合成树脂(例如聚氨酯)。
特别优选地，基质材料以粘合的方式形成，并且具有的主成分是例如树脂和催化剂，或者基质和催化剂(baseandcatalyst)。
为了相对于诸如强度或弹性的不同要求改变基质材料的性质，诸如纤维的附加组分和/或材料有利地与基质材料混合。
这可能涉及短的和/或长的纤维被均匀地或不均匀地与基质材料混合，以便因此以不同的方式施加基质材料到材料腹板，即均匀地和/或不均匀地。不同的部件性质同样由此产生，所述性质诸如在材料腹板的表面区域上的均匀和/或不均匀的区域刚度。这导致在部件表面区域和在层的层结构两者上有均匀和/或不均匀的层结构的夹层部件。
材料腹板优选地被存储在保持辊上，并且在至少一个退绕单元要求时从所述保持辊退绕。在根据本发明的工艺的过程中，材料腹板优选地被彼此平行并且一个在另一个之上基本水平地引导，和/或彼此相邻基本垂直地引导，和/或相对于彼此成任何所需的角度地引导。
在可选的实施变体中，材料腹板已经是对应于夹层部件的轮廓的现成单层的形式。
材料腹板的引导优选地通过在挤压机方向上运动的连续装配线进行。
在优选的实施例中，相对于它们的起点，材料腹板被在挤压机的方向上以一定距离水平地和/或垂直地引导。
在材料腹板在挤压机方向上被从保持辊引导的时间段内，将至少一种基质材料施加到至少一个材料腹板的上侧和/或下侧，其中基质材料以不同的方式施加到至少两个材料腹板，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到至少一个材料腹板，将所述芯层布置到至少一个材料腹板并且在挤压机中挤压材料腹板和芯层的步骤基本上以这一顺序进行。
因此，在工艺的开始，至少一种基质材料被施加到至少一个材料腹板的上侧和/或下侧，其中，基质材料以不同的方式施加到至少两个材料腹板，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到至少一个材料腹板。
根据本发明，基质材料的施加优选地在材料腹板的上侧或下侧进行，但根据需要也可以在材料腹板的上侧和下侧同时进行。后者在包括多个材料腹板的结构的情况下带来时间的节省。
在这种情况下，基质材料到各材料腹板的施加优选地通过喷涂施加和/或浸渍工艺和/或轧制施加(通过轧辊施加)进行。
施加单元特别优选地是喷涂单元，其中，所述喷涂单元优选地具有至少两个喷涂头，据此，诸如粘性、触变性、成分等多种性质的基质材料能够以简单的方式施加到材料腹板。
这允许生产具有部分地不同性质的夹层部件，例如相对于区域刚度或表面质量。
此外，由于基质材料到各材料腹板的单独施加(以多种方式)，以及基质材料的性质(例如粘度、触变性、量)对材料腹板的相应材料的适应，在每种情况下只需要相对较薄的基质施加，导致在重量和功能方面的优化。
在根据本发明的工艺的一个特别优选的实施例中，至少一个芯层被布置在至少一个材料腹板上。在完成的部件上，这种芯层例如导致这一夹层部件的有利硬化。
芯层被有利地构造为蜂窝的形式。然而，芯层的其他结构和形式并未被排除，诸如波浪状形式。
芯层优选地由轻质材料形成，例如聚合物(泡沫、塑料、橡胶等)，纤维素类材料(纸、木材、卡片等)、复合材料或者否则是金属。
在另一可选构造中，芯层以层状方式形成，例如通过多个单独芯层一个布置在另一个之上。这里，所述至少两个单独芯层可以彼此不同地形成。特别是，有不同蜂窝形状、蜂窝大小、蜂窝排列、不同的单元壁几何形状和/或不同蜂窝材料的蜂窝芯和/或单个芯层可以被彼此堆叠并连接。这是特别有利的，因为其结果是，稍后完成的部件可部分地设置有不同的功能性质或部件性质-在一方面，所述部件意图具有所需的特定强度和刚度，但在另一方面，它意图在特定的位置包括柔软的易变形区域，因为例如在汽车产业中在与行人碰撞的情况下对于避免伤害是有利的。
芯层优选地形成为对基质材料是可渗透的，或至少是半渗透性的。
在根据本发明的工艺中，材料腹板被相对于它们的起点彼此平行并一个在另一个之上水平偏移地引导，和/或彼此相邻垂直地引导，并且所述至少一个芯层被挤压以形成夹层部件。挤压由挤压机优选地通过湿压工艺进行。
在根据本发明的工艺的有利实施例中，夹层部件从未被挤压的材料腹板的分离也在挤压材料腹板和芯层以形成夹层部件的过程中进行。这带来的优点是，两个工序在一次操作中执行，并且因此在用于生产夹层部件的工艺中实现了时间节省。
根据本发明用于执行上述用于生产夹层部件的工艺的装置基本上包括以下：
-用于从保持辊退绕至少一个材料腹板的退绕单元，
-用于将至少一种基质材料施加到至少一个材料腹板的上侧和/或下侧的施加单元，其中，基质材料以不同的方式施加到至少两个材料腹板，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到至少一个材料腹板，
-至少一个第一夹持单元，其用于将至少一个芯层布置到至少一个材料腹板上，
-至少一个挤压机，其用于挤压一个在另一个上引导的材料腹板和芯层以形成夹层部件。
在根据本发明的装置的一个有利实施例中，用于挤压材料腹板和芯层的挤压机在上挤压板的区域中和/或在下挤压板的区域中具有切割设备。切割设备在上挤压板的区域中和/或在下挤压板的区域中的布置实现的效果是，同时地挤压材料腹板和芯层以形成夹层部件并且分离这一部件。由此，两个工序被结合在一个操作中。
挤压机还可以是可加热构造。
优选地，根据本发明的装置还具有至少一个退绕单元，并且在某些情况下，还具有连续的装配线，通过所述装配线，材料腹板被在挤压机方向上彼此平行并且一个在另一个之上基本水平地引导，和/或被彼此相邻垂直地引导。
在根据本发明的装置的一个特别优选的变体中，材料腹板的保持辊被以一定距离水平地布置，和/或垂直地布置。其结果是，相对于它们的起点，在挤压机方向上以一定距离水平地和/或垂直地引导材料腹板是可能的。
通过所述至少一个施加单元，至少一种基质材料被施加到至少一个材料腹板的上侧和/或下侧，其中，基质材料被以不同的方式施加到至少两个材料腹板，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到至少一个材料腹板。
在这种情况下，施加单元优选地是喷涂单元和/或浸渍单元和/或轧制单元。
特别优选地，施加单元是有至少一个第二喷涂头的喷涂单元，其中，所述第二喷涂头通过施加不同量和/或不同类型的基质材料而优选地以不同方式施加基质材料。
如果诸如短纤维材料的附加纤维材料与基质材料混合，那么通过使用喷涂单元的喷涂施加的施加是特别有利的。
附图说明
本发明通过示例的方式参照附图进行描述。
图1示出了从根据本发明的装置的侧面的示意图，所述装置用于执行根据本发明用于生产夹层部件的工艺。
图2示出了从根据本发明的装置的上方的示意图，所述装置用于执行根据本发明用于生产夹层部件的工艺。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的装置的可能构型变体从不同角度-从侧面(图1)和从上方(图2)-的示意图，所述装置用于执行根据本发明用生产夹层部件的工艺。
图1示出了根据本发明用于执行根据本发明的工艺的装置的可能构型变体的侧视图，所述装置具有用于四个材料腹板1、2、3、4的六个保持辊5、6、7、8，四个退绕单元10、11、12、13，连续装配线14、两个施加单元19、20，两个夹持单元22、23和具有切割设备18的挤压机15。
连续的装配线14执行在朝向挤压机15的水平方向上的运动。
通过以举例方式在图1中示出的装置，夹层部件可通过根据本发明的工艺生产，其具有芯层24和四个材料腹板1、2、3、4-第一材料腹板1、第二材料腹板2、第三材料腹板3和第四材料腹板4，其中，在这个示例性实施例中，第二材料腹板2和第三材料腹板3是双层结构。
各个材料腹板1、2、3、4的材料可以是相同的或不同的。
在本结构变体中，在装置上或围绕装置的笼状框架9用作材料腹板的保持辊5、6、7、8的安装架。材料腹板的保持辊5、6、7、8彼此以一定的距离在各自的退绕单元10、11、12、13和连续装配线14上水平地布置。
第一材料腹板1被分配第一退绕单元10，第二材料腹板2被分配第二退绕单元11，第三材料腹板3被分配第三退绕单元12，而第四材料腹板4被分配第四退绕单元13。退绕单元10、11、12、13被类似地布置在笼状框架9上。
材料腹板的保持辊5、6、7、8沿装置的水平偏移布置使得能够在挤压机15的方向上相对于其起点以一定距离水平地引导材料腹板1、2、3、4，并且能够在其起点之间布置所述装置的单独的其他部件，诸如施加单元19、20或夹持单元22。
第一材料腹板1是通过第一退绕单元10在连续装配线14之上水平地引导的。
第二材料腹板2是通过第二退绕单元11在第一材料腹板1之上水平地引导的。第二材料腹板2因而大致平行于第一材料腹板1运行。
第三材料腹板3是通过第三退绕单元12在第二材料腹板2之上水平地引导的。第三材料腹板3因而大致平行于第一材料腹板1和第二材料腹板2运行。
第四材料腹板4是通过第四退绕单元13在第三材料腹板3之上水平地引导的。第四材料腹板4因而大致平行于第一材料腹板1、第二材料腹板2和第三材料腹板3运行。
第一施加单元19被在第一材料腹板的保持辊5与第二材料腹板的两个保持辊6(第二材料腹板2是双层构造)之间布置在笼状框架9上。第一施加单元19被构造为喷涂单元，并且具有两个喷涂头21。根据要求，在施加基质材料时能够仅使用一个喷涂头21或使用两个喷涂头21。此第一施加单元19施加基质材料到第一材料腹板1的上侧。
第二材料腹板2被在浸润有基质材料的第一材料腹板1上引导。
第一夹持单元22被在第二材料腹板的两个保持辊6与第三材料腹板的两个保持辊7(第二材料腹板2和第三材料腹板3是双层构造)之间布置在笼状框架9上。第一夹持单元22将芯层24放置到第二材料腹板2的上侧上。
第三材料腹板3被在芯层24上引导。
第二施加单元20被在第三材料腹板的两个保持辊7(第三材料腹板3是双层构造)与第四材料腹板的保持辊8之间布置在笼状框架9上。第二施加单元20被类似地构造为喷涂单元，并且类似地具有两个喷涂头21。这里同样地，根据要求，在施加基质材料时能够使用两个或仅一个喷涂头21。此第二施加单元20施加基质材料到第三材料腹板3的上侧。
第四材料腹板4被在浸润有基质材料的第三材料腹板3上引导。
然后，所得的夹层部件包括以下层(从底部到顶部)：第一材料腹板1-基质材料-第二材料腹板2-芯层24-第三材料腹板3-基质材料-第四材料腹板4。
以通过示例的方式给出的装置结构，第四材料腹板4因此形成夹层部件的终止。
堆叠的夹层部件通过连续装配线14供给到挤压机15。在挤压机15中，各个层在(材料腹板1、2、3、4和芯层24)被挤压以形成成品夹层部件。所示出的挤压机15在上挤压板16和下挤压板17上具有切割设备18。由此，在挤压操作的过程中，完成的夹层部件被从原料(材料腹板1、2、3、4)中分离。
第二夹持单元23将成品夹层部件从挤压机15移除。
图2从上方示出了上述装置。相同部件设置有相同的参考标号。此外，芯层(多个芯层)24的中间存储场所25也在此示图上被示出。第一夹持单元22从这些中间存储场所25夹持芯层24，并将其放置在第二腹板2上。
参考标记列表
1第一材料腹板
2第二材料腹板
3第三材料腹板
4第四材料腹板
5第一材料腹板的保持辊(多个保持辊)
6第二材料腹板的保持辊(多个保持辊)
7第三材料腹板的保持辊(多个保持辊)
8第四材料腹板的保持辊(多个保持辊)
9框架
10第一退绕单元
11第二退绕单元
12第三退绕单元
14第四退绕单元
14连续装配线
15挤压机
16上挤压板
17下挤压板
18切割设备
19第一施加单元
20第二施加单元
21喷涂头
22第一夹持单元
23第二夹持单元
24芯层
25中间存放场所

Claims (21)

1.根据以下步骤用于生产夹层部件的工艺：
-提供多个材料腹板(1、2、3、4)，
-将至少一种基质材料施加到至少一个所述材料腹板(1、2、3、4)的上侧和/或下侧，其中，基质材料被以不同的方式施加到至少两个所述材料腹板(1、2、3、4)，和/或基质材料被以不同的方式沿其上侧和/或下侧施加到至少一个所述材料腹板(1、2、3、4)，
-将至少一个芯层(24)布置到所述材料腹板(1、2、3、4)中的一个上，和
-挤压所述材料腹板(1、2、3、4)和所述芯层(24)以形成夹层部件，其中，所述芯层(24)被布置在至少两个所述材料腹板(1、2、3、4)之间。
2.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，基质材料的施加通过施加不同量和/或不同类型的基质材料而以不同的方式进行。
3.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，至少一个所述材料腹板(1、2、3、4)，优选地是至少两个所述材料腹板(1、2、3、4)，包括纤维材料。
4.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，至少两个所述材料腹板(1、2、3、4)布置在所述芯层(24)的至少一侧上，其中，基质材料被以不同的方式施加到这两个材料腹板(1、2、3、4)，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到这两个材料腹板(1、2、3、4)中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述芯层(24)以蜂窝的形式形成。
6.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述纤维与基质材料混合。
7.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述单个材料腹板(1、2、3、4)的供应通过从分离的保持辊(5、6、7、8)退绕而进行。
8.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述材料腹板(1、2、3、4)通过至少一个退绕单元(10、11、12、13)而从所述保持辊(5、6、7、8)退绕。
9.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述基质材料的施加优选地通过依靠喷涂单元的喷涂施加和/或浸渍工艺和/或轧制施加而进行。
10.根据权利要求9所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述喷涂单元优选地具有至少一个第二喷涂头(21)。
11.根据权利要求1所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述材料腹板(1、2、3、4)被相对于它们的起点在挤压机(15)的方向上以一定距离水平地和/或以一定距离垂直地引导。
12.根据权利要求11所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述材料腹板(1、2、3、4)被在挤压机(15)的方向上彼此平行并且一个在另一个之上基本水平地引导，和/或彼此相邻基本垂直地引导。
13.根据权利要求11所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，一个在另一个之上平行地引导和/或彼此相邻垂直地引导的所述材料腹板和所述芯层(24)被挤压机(15)挤压以形成夹层部件，优选地通过湿压工艺。
14.根据权利要求11所述的用于生产夹层部件的工艺，其特征在于，所述夹层部件从未被挤压的材料腹板(1、2、3、4)的分离也在挤压所述材料腹板(1、2、3、4)和芯层(24)以形成夹层部件的过程中进行。
15.用于执行根据权利要求1所述的工艺的装置，
其包括用于从保持辊(5、6、7、8)退绕材料腹板(1、2、3、4)的至少一个退绕单元(10、11、12、13)；用于将至少一种基质材料施加到至少一个所述材料腹板(1、2、3、4)的上侧和/或下侧的至少一个施加单元(19、20)，其中，基质材料能够以不同的方式施加到至少两个所述材料腹板(1、2、3、4)，和/或基质材料能够以不同的方式沿其表面区域施加到至少一个所述材料腹板(1、2、3、4)；至少一个第一夹持单元(22)，其用于将至少一个芯层(24)布置到至少一个所述材料腹板(1、2、3、4)上；和，至少一个挤压机(15)，其用于挤压所述材料腹板(1、2、3、4)和芯层(24)以形成所述夹层部件。
16.根据权利要求15所述的装置，
其特征在于，所述挤压机(15)在上挤压板(16)的区域中和/或在下挤压板(17)的区域中具有切割设备(18)。
17.根据权利要求15所述的装置，
其特征在于，所述材料腹板(1、2、3、4)通过多个导向件彼此平行并且一个在另一个之上基本水平地引导，和/或彼此相邻垂直地引导。
18.根据权利要求15所述的装置，
其特征在于，所述材料腹板的保持辊(5、6、7、8)彼此相距一定距离水平地和/或垂直地布置。
19.根据权利要求15所述的装置，
其特征在于，所述退绕单元(10、11、12、13)以这样的方式形成，使得至少两个所述材料腹板(1、2、3、4)能够被布置在所述芯层(24)的至少一侧上，其中，基质材料被以不同的方式施加到这两个材料腹板(1、2、3、4)，和/或基质材料被以不同的方式沿其表面区域施加到这两个材料腹板(1、2、3、4)中的至少一个。
20.根据权利要求15所述的装置，
其特征在于，所述施加单元(19、20)是喷涂单元和/或浸渍单元和/或轧制单元。
21.根据权利要求20所述的装置，
其特征在于，所述喷涂单元具有至少一个第二喷涂头(21)，其中，所述第二喷涂头(21)通过施加不同量和/或不同类型的基质材料而优选地以不同方式施加基质材料。
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