CN106687271B - 制备具有集成增强结构的多壳复合材料构件的方法以及由其制得的多壳复合材料构件 - Google Patents

制备具有集成增强结构的多壳复合材料构件的方法以及由其制得的多壳复合材料构件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制备多壳复合材料构件的方法，包括以下步骤：a)将至少一个第一构件(1)插入到注塑工具中并可能地使第一构件(1)成型，b)将至少一个固定元件(4)模塑于第一构件(1)的至少一个侧面(5)上，c)将至少一个第二构件(2)插入注塑工具中并可能地使第二构件(2)成型，d)将第一构件(1)通过具有固定元件(4)的侧面(5)与第二构件(2)连接，其中将基体材料(6)注射通过第二构件(2)至固定元件(4)上和/或固定元件(4)内。

Description

制备具有集成增强结构的多壳复合材料构件的方法以及由其 制得的多壳复合材料构件
技术领域
本发明涉及一种制备多壳复合材料构件的方法，包括以下步骤：
a)将至少一个第一构件插入注射模具中且任选地使第一构件进行成型工艺，
b)将至少一个固定元件注射在第一构件的至少一个侧面上，
c)将至少一个第二构件插入注射模具中且任选地使第二构件进行成型工艺，
d)将第一构件通过具有固定元件的侧面结合至第二构件，其中将基体材料注射通过第二构件至固定元件上和/或固定元件内。
本发明还涉及由复合材料制成且通过本发明的方法制备的多壳构件，以及涉及由至少一个第一构件和至少一个第二构件组成的模制件，其中第一构件在至少一个侧面上具有固定元件，且第二构件已粘连结合至固定元件。
背景技术
纤维复合塑料、特别是连续纤维增强的热塑性塑料的重要性日益显著增加，这是因为它们在用于轻质结构件和重复利用方面具有很大的潜力。特别地，在汽车结构件中，用热塑性层压材料替代金属正在取得进一步的进展，这是因为热塑性层压材料具有良好的机械性能并且具有与注塑工艺结合以进行有效加工的能力。
近年来，越来越多的金属构件已被重量更轻的纤维-塑料-复合构件代替。为此，汽车工业特别需要允许有效且价廉地大量生产的方法。然而，传统的金属汽车构件通常具有单壳设计，具有增强的肋和凸缘(bead)，而单壳纤维-塑料复合材料(fiber-plasticscomposites，FPC)不能总是在相同的安装空间内使用。为充分利用FPC的性能特性，使用双壳解决方案。三明治方法(Sandwich process)提供了这些双壳解决方案的实例。它们是用于热固性和热塑性材料的已确立的方法，由结构泡沫辅助。然而，这种方法费用高，因此仅在有限的情况下用于大量生产。
对于热塑方法同样存在双壳解决方案，但是这些解决方案不能与最近新开发的模内成型和包覆成型(in-mold firming and overmolding，IFO)的工艺组合相结合，或者不能够利用材料的全部潜能。在IFO方法中，使预热的热塑性有机板(organopanel)在压力下成型，然后用热塑性注塑组合物包覆成型。在这种情况下通常引入肋结构，并且在双壳设计的情况下，其必须被密封。
在目前使用的解决方案中，将第二有机板放置在肋上，并使用压缩法使有机板的边缘结合。然而，在这种情况下注射型肋与叠加的有机板之间未获得结合，并且可能导致性能损失。
目前的方法通常是非常复杂的，这是因为要注射对层压板施加反压力的气体从而可以产生平滑的表面，或者要使用后续步骤来进行粘结或接合。
迄今，另一种已知的方法仅通过附加的热气喷嘴起作用，所述热气喷嘴在接合处对层压板进行再加热。
文献DE 2008 013 506 A1描述了一种用于制备由至少一个模制件制成的复合构件的方法，所述模制件由金属和/或塑料制成，且其在注射模具中与自身和/或与另一种模制件进行接合工艺以及进行互锁结合(interlock-bonding)工艺或粘连结合(coherentbonding)工艺，其中至少一个模制件在注射模具闭合时进行接合工艺。为此，例如，在接合区域处使用粘合剂。
DE 195 00 790 A1公开了一种用于制备塑料/金属复合制品的方法，其具有以下组合：金属接合，以及分别地，使用至少两个单独的金属薄板的压制工艺和热塑性塑料的注射成型。在这种情况下，在第一步骤中，将待结合的单独的金属薄板放置在注射模具中并且通过接合工艺或压制工艺彼此粘连结合。在第二步骤中，在金属薄板的穿孔处注射热塑性塑料，以使所述薄板彼此结合并结合至在注射模具的腔的剩余部分中形成塑料部件。这种已知方法的缺点是，虽然模制件的压制和塑料的注射在一个设备中进行，但是它们在两个单独的步骤中进行。
DE 10 2009 010 440 A1描述了一种由外壳和结合至外壳的结构构件组成的模块。在这种情况下，至少在一些区域中，结构构件和外壳彼此相距一定距离排列，并且至少在一些区域中，在结构构件和外壳之间存在摩擦结合，以便固定结构构件相对于外壳的位置。
DE 195 04 726 A1描述了一种大表面积元件，其具有扭转刚性并且具有承载能力，其由两部分制成，具有插入装置和内增强系统。在这种情况下，两个部分通过使用插入装置和适当的结合元件彼此接合。借助于对两个部分之一的特定的功能整合——例如在制造过程中在塑料子元件上制备结合的元件——使得将不同的材料组合相结合以提供具有扭转刚性并且具有承载能力的大表面积元件成为可能。
DE 10 2011 111 743 A1描述了一种FPC构件及其制备方法，其中所述构件具有至少一个在具有热塑性基体的复合件中的织物插件，且包括注射到材料上的由热塑性塑料制成的增强肋。该FPC构件的热塑性肋包括由增强材料制成的短纤维，其体积比例为至少30％。
DE 10 2013 011 316 A1描述了一种具有作为外壳的壳体的底部包层。具有结合至内壳的外壳，且在内壳和外壳之间存在至少一个介入空间。
DE 10 2009 041 838 A1描述了一种制备结合接头的方法，通过塑料技术制备，所述结合接头介于塑料构件的至少两个至少部分地呈片状的元件或子区域之间。
DE 42 42 059 C1描述了一种通过经由等离子聚合施加的中间层而使塑料模制件与其他塑料构件热结合的方法。该方法的特征在于，中间层通过等离子聚合施加并且以这样的方式配制：使其具有至少比所述模制件低的熔点，其中所述中间层与模制件/箔/模塑泡沫类似，但是该中间层中不同的分子链长度或交联结构通过合适的等离子条件的平衡建立。
DE 10 2011 118 980 A1公开了一种用于制造具有用于模块结构壳体构件的外部镶板的外部模块的方法。为此，热塑性FPC内壳通过如下方式提供：根据内壳形状将半成品热塑性连续纤维制品切割尺寸和模塑，以及使用加强元件(stiffening element)模内涂布。随后根据外壳的形状对半成品热塑性连续纤维制品切割尺寸并预成型，然后将热塑性FPC内壳和对应外壳的形状的预成型的半成品热塑性连续纤维制品插入模具中，并关闭模具。然后对预成型的半成品热塑性连续纤维制品施加压力，并进行成型以得到FPC外壳，并且将FPC内壳和FPC外壳进行接合以得到粗加工的外部模块。
现有技术中公开的方法没有一种描述可用于大量制备且可制备上面粘连结合增强结构的多壳复合材料构件的方法。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于闭壳多壳构件制备、特别是两侧结合增强结构的FPC构件的大量制造的方法。本文中，本发明的目的特别优选地在于，FPC构件能够修正以适应在经济可持续的条件下的生产。
所述目的通过一种制备多壳复合材料构件的方法实现，所述方法包括以下步骤：
a)将至少一个第一构件插入注射模具中且任选地使第一构件进行成型工艺，
b)将至少一个固定元件注射在第一构件的至少一个侧面上，
c)将至少一个第二构件插入注射模具中且任选地使第二构件进行成型工艺，
d)将第一构件通过具有固定元件的侧面结合至第二构件，其中将基体材料注射通过第二构件到固定元件上和/或固定元件内。
本发明的方法可以提供不具有粘合剂结合的多壳、特别是双壳的复合材料构件。在本发明中，由于在第一构件和第二构件的结合中不使用粘合剂，因此所得到的多壳复合材料构件可以被重复利用以更好地起作用。由于用于重复利用的复合材料构件的方法需要使增强纤维布置和热塑性基体分离，因此粘合剂的存在对于随后的重复利用工艺是不利的。因此，通过本发明的方法制备的复合材料构件可以以更低廉且更可持续的方式进行后续的重复利用。
在本发明中，多壳、特别是双壳复合材料构件的表述是指具有闭孔横截面的(最终)构件，特别是复合构件。与实心复合构件相比，这种类型的复合构件的优点在于，它们具有更高的抗扭刚度和/或弯曲刚度，或者对于较低重量的复合构件具有相等的刚度。
在提供至少一个第一构件之后，本发明的方法在步骤a)中将至少一个第一构件放置在注射模具中并且任选地使第一构件进行成型工艺。为此目的所需的注射模具的构造对本领域技术人员来说是已知的。步骤a)中可能的成型工艺是指至少一个第一构件可以例如热成型。同样可能的是，至少一个第一构件已具有所需的形状，从而在步骤a)中不需要成型工艺。
在接下来的步骤b)中，将至少一个固定元件注射在第一构件的至少一个侧面上。在该侧面上同样可以注射至少一个另外的固定元件，使得第一构件具有至少两个固定元件。固定元件在第一构件上的布置可优选为对称的。例如，如果涉及圆形固定元件(例如，凸缘)，则它们相对于彼此的布置可以例如是线性的，但除了该线性布置之外，还可以是具有平行位移的布置。例如，如果固定元件采用肋的形式，则可以使这些肋彼此平行而布置。然而，所述布置还可以具有交叉形式的肋。这优选地允许复合材料构件实现更高的弯曲刚度值。
在随后的步骤b)中，同样可能的是，固定元件注射在第一构件的两个相对的侧面上。
步骤b)之后的步骤c)涉及将至少一个第二构件置于注射模具中并且任选地使第二构件进行成型工艺。步骤c)中可能的成型工艺是指至少一个第二构件可以例如热成型。同样可能的是，至少一个第二构件已经具有所需的形状，从而在步骤c)中不需要成型工艺。
步骤c)之后的步骤d)涉及第一构件通过具有固定元件的侧面结合至第二构件，其中基体材料注射通过第二构件至固定元件上和/或固定元件内。注射通过第二构件意指使该位置处的材料与合适的装置分离和/或与合适的材料的料流、特别是与基体材料的料流分离，并且基体材料可引入到固定元件上和/或固定元件内。例如，基体材料可以在加压下以浓缩射流的形式流过第二构件，并且注射到固定元件上和/或固定元件内。还可以使金属拉刀穿过第二构件，然后是基体材料。由此预成型孔，其为基体材料到达至少一个固定元件的腔提供通道。同样可能的是，第二构件仅被局部加热，因此局部变得柔软以用于基体材料的流动，或者用于基体材料的上述孔已经在第二构件中预成型并且所述构件保持冷的。
在本发明的步骤d)中，第一构件和第二构件的结合优选得到多壳结构。特别地，当第一构件在第一构件的相对侧面上具有至少两个固定元件时，可以实现三部分的结构。在结合至第二构件之后生成三壳结构。
此外，可以在连续步骤a)、b)、c)和d)之间加入中间步骤，和/或在步骤a)之前和/或步骤d)之后进行其他的步骤。
第一和/或第二构件也可描述为半成品制品和/或半成品薄板。
特别优选地，第一和/或第二构件已由任选的纤维增强的聚合物制成。本文中的聚合物可以是热塑性的或热固性的。特别地，构件可以是增强的聚合物。可以通过使用不同于聚合物材料的物质实现增强。
在本发明的方法中，优选地，固定元件具有至少一个腔。优选地，固定元件具有至少两个腔。优选地，腔的性质使得在步骤d)中的结合期间不仅形成粘连结合，而且形成互锁结合或摩擦结合。
特别优选地，固定元件用作加强元件。
优选地，在本发明的方法的步骤b)中，固定元件可以形成中空体结构。本文中的中空体结构可以例如具有中空立方体、中空块、中空圆柱体或中空截锥的形状。可以将填充材料注射到中空体结构中，并且在这种情况下至多内部体积的99％被填充材料填充。优选由这种不完全填充产生腔。
优选地，固定元件和/或填充材料由热塑性聚合物材料构成。本领域技术人员已知的任何热塑性塑料都适合于此目的。通常使用的热塑性塑料的实例是聚烯烃、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚醚、聚丙烯酸酯、聚缩醛以及包含乙烯基的单体的聚合物。
通常使用的聚烯烃的实例为聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚四氟乙烯。合适的聚酰胺为例如尼龙-6、尼龙-11、尼龙-6/6、尼龙-6/10和尼龙-6/12。合适的聚酯为例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯。通常使用的聚丙烯酸酯的实例为聚(甲基)丙烯酸的酯、聚甲基丙烯酸酯和聚丙烯腈。使用的聚缩醛的实例为聚甲醛。包含具有乙烯基的单体单元的合适的聚合物的实例为聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇。其他合适的热塑性塑料为聚醚砜、聚醚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈和丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈。此外，也可以使用上述聚合物的混合物，或由用于形成上述均聚物的单体单元制成的共聚物。
特别优选的用于固定元件的热塑性塑料为聚酰胺。
优选地，在本发明的方法步骤b)中，步骤b)中使用的基体材料用于固定元件的注射。
在于固定元件中产生腔的同样可能的方法中，使用具有合适形状的掩模(mask)，特别是在步骤b)期间使用，并且可以在步骤b)之后移除掩模。
在本发明的方法中，优选腔的高宽比在1:1至1:100的范围内。特别地，腔的高宽比在1:2至1:50的范围内。
高宽比是固定元件的宽度与高度之比。
优选地，在本发明的方法中，在第一构件和第二构件的结合过程中将基体材料注射至固定元件的腔中。注射的基体材料的体积优选为腔体积的50至300％。注射的基体材料的体积非常特别优选为腔体积的80至250％。注射的基体材料的体积特别地为腔体积的105至125％。
如果注射的基体材料的体积大于100％的腔体积，则基体材料从腔中溢出。基体材料的这种溢出可以优选地用作第一构件和第二构件的互锁结合和粘连结合的基础。
溢出的基体材料可以非常特别优选地在步骤d)中用于第一构件和第二构件的边缘区域的结合。
在本发明的方法中，优选地，第一构件和/或第二构件包括增强纤维布置和热塑性基体。特别优选地，第一构件和/或第二构件包括在热塑性基体中的增强纤维布置。
优选地，第一构件和第二构件包括不同的增强纤维布置。优选地，第一构件和第二构件包括相同的热塑性基体。
可使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、金属纤维或其组合作为增强纤维布置。所使用的纤维布置通常具有取向纤维并且包括稀松布(laid scrim)、机织织物、网、针织织物、编织织物和/或其结合。特别地，第一构件和/或第二构件包含纤维复合塑料。这些由纤维增强的塑料(纤维复合塑料)制成的复合构件具有极好的机械强度，同时提供巨大的减重潜力。特别地，它们越来越多地用于轻质结构体中。因此，第一构件和/或第二构件可通过使用增强纤维形成，所述增强纤维例如可已用塑料材料(塑料基体)饱和或浸渍，或者可已被塑料材料(塑料基体)包围。
纤维复合塑料或纤维复合塑料构件的制备公开于例如DE 10 2008052 000A1中。在该文献中，使用注射模具，基体材料用于作为增强构件的至少一种由用浸渍材料完全或部分浸渍至芯深度的多纤纤维形成的非固结(unconsolidate)织物插入物的模内涂覆。
优选地，本文中使用的纤维可以采取单纤维、粗纱或纤维毡的形式。
当所用的纤维采取长纤维、粗纱或纤维毡的形式时，纤维通常置于模具中，然后用聚合物材料浸渍。所得的插入物可以具有一层或多层的结构。如果是多层结构，则各单独层的纤维可具有相同的取向，或者可使各层的纤维彼此呈-90°至+90°的角度而布置。
然而，特别是当使用定向长纤维时，除了将纤维放置在模具中并且围绕它们浇注聚合物组合物之外，另一种可能的替代方案是使它们在挤出工艺过程中穿过挤出模头并用塑料组合物包覆。
当使用短纤维时，通常在硬化工艺之前将它们与聚合物组合物混合。插入物例如可通过挤出、注塑或浇注制造。通常，插入物包含呈无向形式的短玻璃纤维。当通过注塑工艺制备插入物时，可将包含纤维的聚合物组合物通过注射喷嘴压入模具中而使短纤维取向。如果是挤出聚合物组合物，短纤维的取向同样可通过将迫使材料通过挤出模头而产生。
除了纤维之外，其他合适的增强剂为本领域技术人员已知并且用于增加刚度和/或增强强度的任何所需的其他填料。其中，尤其是未择优取向的任何所需颗粒。这种类型的颗粒通常是球状的、薄片状的或圆柱状的。本文中所述颗粒的实际形状可以不同于理想化的形状：特别地，在实践中球形颗粒例如也可以具有液滴样的形状或扁平的形状。
除纤维之外使用的增强材料的实例是石墨、白垩、滑石粉和纳米级填料。
本领域技术人员已知的任何热塑性塑料皆适用于热塑性基体。可被增强的热塑性塑料是特别合适的。通常使用的热塑性塑料的实例是聚烯烃、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚醚、聚丙烯酸酯、聚缩醛，以及包含乙烯基的单体的聚合物。
通常使用的聚烯烃的实例为聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚四氟乙烯。合适的聚酰胺为例如尼龙-6、尼龙-11、尼龙-6/6、尼龙-6/10和尼龙-6/12。合适的聚酯为例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯。通常使用的聚丙烯酸酯的实例为聚(甲基)丙烯酸的酯、聚甲基丙烯酸酯和聚丙烯腈。使用的聚缩醛的实例为聚甲醛。包含具有乙烯基的单体单元的合适的聚合物的实例为聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑、聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇。其他合适的热塑性塑料为聚醚砜、聚醚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈和丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈。此外，也可以使用上述聚合物的混合物，或由用于形成上述均聚物的单体单元制成的共聚物。
特别优选的用于热塑性基体的热塑性塑料是聚酰胺。
所使用的聚合物还可包含其它附加物质。这些为例如常规增塑剂、抗冲改性剂、阻燃剂和本领域技术人员已知的通常加入聚合物中的其他添加剂。
在本发明的方法中，特别优选地，基体材料为热塑性基体材料。特别地，基体材料为第一和第二构件的热塑性基体材料。因此可特别成功地形成粘连结合、互锁结合和/或摩擦结合。
在本发明的方法中，在第一构件和第二构件的结合过程中，优选将材料注射到固定元件的腔中，其中腔的表面至少在某种程度上熔融。在用于实现该目的的方法的一个实例中，基体材料已被加热到高于和/或等于固定元件的材料的熔点的温度。
在本发明的方法中，优选地，第一构件和/或第二构件所进行的成型工艺在各情况下产生单壳的纤维-塑料复合件。所述成型工艺可使用适当的模具例如注射模具用于预热的构件。
在本发明的方法中，优选固定元件选自肋、凸出区域、凸缘、凹槽、倒角(fillet)及其结合。
在本发明的方法中，特别优选地，第一构件和/或第二构件是长纤维增强的热塑性塑料、连续纤维增强的热塑性塑料和/或单向增强的带。本文中，长纤维的平均纤维长度为2μm至25μm。连续纤维通常在构件的整个长度上延伸，和/或长度可以自由选择。
在本发明的方法中，优选地，第一构件和/或第二构件是有机板。术语有机板是指连续纤维增强的半成品热塑性薄板。有机板可通过暴露于热而进行成型工艺，并允许短的工艺周期，此外还可以顺利地焊接。与金属薄板相比，当使用有机板时，并不总是需要防腐蚀。
本文中的有机板可由具有确定取向的纤维的特定纤维布置构成，其嵌入热塑性基体中：纤维布置，特别是增强纤维布置，可包括机织织物、稀松布、针织织物或其结合。
在本发明的方法中，优选地，在结合到第一构件之前，使第二构件达到如下温度：从最高达熔点或玻璃化转变温度以下50℃至最高达熔点或玻璃化转变温度以上50℃。所述熔点或玻璃化转变温度优选涉及热塑性基体材料。特别优选地，在结合至第一构件之前，第二构件局部预热，以使该方法消耗的能量最小化。
优选本发明的方法，其中在第一构件和第二构件结合之后和/或期间，将第二构件的边缘区域压到第一构件上。
本发明还提供通过本发明的方法制备的多壳复合材料构件。优选制备两部分的复合材料构件。
本发明还提供一种模制件，其由至少一个第一构件和至少一个第二构件组成，其中第一构件在至少一个侧面上具有固定元件，且第二构件粘连结合至固定元件。
上面列出的所有实施方案和优选实施方案可以彼此自由结合，除非从上下文中清楚地知道是不可行的。
表述“包括”优选地也将表述“由...组成”包含在内。
附图说明
下面将参照附图说明本发明和现有技术：
图1是模内成型和包覆成型(combination of in-mold forming andovermolding，CIFO)工艺结合(现有技术)的顺序图。
图2是本发明方法的顺序图。
图3示出第一构件和第二构件。
图4是具有腔的固定元件的截面。
图4a是具有腔的固定元件的平面图。
图5示出在制备由第一和第二构件组成的双壳复合材料构件的过程中在注射基体材料的过程中的一个阶段。
图5a示出在制备由第一和第二构件组成的双壳复合材料构件的过程中在注射基体材料的过程之后的一个阶段。
具体实施方式
图1是CIFO工艺的顺序图。为此，在步骤S1中，任选地将预制半成品制品——其可以是层压板或带——夹紧在夹架中。然后运输到烘箱，以将带有半成品制品的夹架加热。该烘箱可以是例如辐射IR系统。随后将材料插入注塑机的模具中。在模内成型工艺步骤S2中，关闭模具并使半成品制品进行成型工艺。在成型工艺之后，在包覆成型步骤S3中，使用注塑组合物注射肋。在进一步的步骤SX中，随后打开模具，然后进行任选的脱模步骤和任选的修整步骤，以获得最终构件。
图2是本发明方法的顺序图。为此，在步骤S1'中，任选地将由热塑性基体和增强纤维布置制成的预制半成品薄板制品夹紧在夹紧装置上。然后可在模具中加热半成品薄板制品或将材料插入模具中。在步骤S2'中，关闭模具并使半成品制品进行成型工艺。因此，步骤S1'和S2'对应于本发明方法中的第一步骤a)。然后在步骤S3'中，适当地注射固定元件。固定元件仅在半成品制品的一个侧面上注射或在两个相对侧面上注射。因此，步骤S3'对应于本发明方法中的步骤b)。相应地，固定元件以注塑组合物的形式注射，所述注塑组合物与热塑性基体相同。然后在步骤S4'中，打开模具，并再次将材料插入模具中或将第二半成品薄板制品加热，随后加热第二半成品薄板制品或将材料插入模具中。步骤S4'对应于本发明方法中的步骤c)。在步骤S4'中，在模具闭合之后，任选地使第二半成品制品进行成型工艺。然后在步骤S5'中，将注塑组合物注射通过第二半成品制品至固定元件的腔中。这产生两个半成品制品的粘连结合。在步骤SX'中，在模具打开和任意脱模步骤之后，所述制品是多壳构件或最终构件。
图3示出第一构件1和第二构件2。在第一构件1中，可以看到边缘区域12和固定元件4以及腔7。将第二构件2相应地施用于第一构件1。图3示出本发明的方法的一个具体部分，但没有示出注射模具。在将第一构件1放置在注射模具中并且使其进行成型工艺之后，其具有图3示出的形状，该形状具有边缘区域12。同样示出了在本发明的方法的步骤b)中注射的固定元件4。在图3中，共有四个固定元件4，此情况下，这些固定元件中的每对固定元件之间以具有腔7的方式而布置，所述空腔7随后注入基体材料。在这种情况下，固定元件4的布置方式如下：其与第一构件1的边缘区域12的上侧面的平面平齐。因此，在这种情况下以平坦构件2的形式示出的第二构件2，不仅可与第一构件1的边缘区域12接触，而且可与固定元件4的区域接触。图3示出在将第一构件1通过具有固定元件的侧面5结合至第二构件2之前的情况，第一构件1和第二构件2均由增强纤维布置和热塑性基体构成。固定元件4同样由热塑性基体构成。
图4是在第一构件1上的具有腔7的固定元件4的截面。图4示出如步骤b)中在第一构件1的至少一个侧面5上注射至少一个固定元件4之后的第一构件1的情况。因此，在腔7中尚无任何基体材料。形成腔7的固定元件4具有矩形的形状。
图4a是具有固定元件4的第一构件1的平面图。在平面图中，固定元件4的形状是正方形。因此总体效果是，中空立方体形状的模制件提供固定元件4，但是背离第一构件1的侧面5的立方体的侧面不存在，因此存在腔7。第一构件1由热塑性基体组成，所述热塑性基体中存在增强纤维布置。固定元件4同样由热塑性基体构成。
图5示出在制备由第一构件1和第二构件2组成的双壳复合材料构件中在注射过程中的一个阶段。在图5中可以看到粘连结合过程。这里描述了基体材料6注射通过第二构件2至固定元件4的腔7中的过程。为此，如本发明方法的步骤d)中，在基体材料6注射通过第二构件2所通过的位置处对构件2局部加热。也可以使金属拉刀穿过第二构件2，以允许基体材料6注射通过。
图5a示出在制备由第一构件1和第二构件2组成的双壳复合材料构件的过程中在已进行本发明的本方法的步骤d)之后的一个阶段。在图5a中可看到构件1和构件2之间的粘连结合。因此，图5a对应于本发明方法的步骤d)之后的一个阶段。基体材料6与第一构件1和第二构件2的热塑性基体的材料相同，并且也与固定元件4的材料相同。因此，在步骤d)之后，产生粘连结合、互锁结合和摩擦结合。
关键词
1 第一构件
2 第二构件
4 固定元件
5 第一构件的侧面
6 基体材料
7 腔
12 边缘区域

Claims (16)

1.一种用于制备多壳复合材料构件的方法，包括以下步骤：
a)将至少一个第一构件(1)插入注射模具中并任选地使第一构件(1)进行成型工艺，
b)将至少一个固定元件(4)注射到第一构件(1)的至少一个侧面(5)上，
c)将至少一个第二构件(2)插入注射模具中并任选地使第二构件(2)进行成型工艺，
d)将第一构件(1)通过具有固定元件(4)的侧面(5)结合至第二构件(2)，其中将基体材料(6)注射通过第二构件(2)至固定元件(4)上和/或固定元件(4)内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中固定元件(4)具有至少一个腔(7)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中腔(7)的高宽比的范围为1:1至1:100。
4.根据权利要求2所述的方法，其中在第一构件(1)和第二构件(2)的结合过程中，将基体材料(6)注射到固定元件(4)的腔(7)内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中第一构件(1)和/或第二构件(2)包括增强纤维布置和热塑性基体。
6.根据权利要求5所述的方法，其中基体材料(6)与热塑性基体的材料相同。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，在第一构件(1)和第二构件(2)的结合过程中，将材料注射到固定元件(4)的腔(7)内，且腔(7)的表面至少部分熔化。
8.根据权利要求1所述的方法，其中第一构件(1)和/或第二构件(2)所进行的成型工艺在各情况下产生单壳的纤维-塑料复合件。
9.根据权利要求1所述的方法，其中固定元件(4)选自凸出区域、凹槽、倒角及其结合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中固定元件(4)选自肋、凸缘及其结合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中第一构件(1)和/或第二构件(2)为长纤维增强的热塑性塑料和/或单向增强的带。
12.根据权利要求1所述的方法，其中第一构件(1)和/或第二构件(2)为连续纤维增强的热塑性塑料和/或单向增强的带。
13.根据权利要求1所述的方法，其中第一构件(1)和/或第二构件(2)为有机板。
14.根据权利要求1所述的方法，其中第二构件(2)在结合至第一构件(1)之前，第二构件(2)达到如下温度：从最高达熔点或玻璃化转变温度以下50℃至最高达熔点或玻璃化转变温度以上50℃。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在第一构件(1)和第二构件(2)结合之后和/或结合过程中，将第二构件(2)的边缘区域(12)压至第一构件(1)上。
16.一种多壳复合材料构件，其通过权利要求1至15中任一项所述的方法制备。
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