CN107107484A - 用于制造纤维复合模制部件的方法和纤维复合模制部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维复合模制部件的方法。该方法包括步骤 i)将含胶质的基体材料施加到纤维材料上，ii)使设有基体材料的纤维材料变形，以及iii)使设有基体材料的纤维材料硬化。

Description

用于制造纤维复合模制部件的方法和纤维复合模制部件

技术领域

本发明涉及用于在使用可持续（nachhaltig）获得的原料的情况下制造纤维复合模制部件的方法以及纤维复合模制部件，所述纤维复合模制部件含有由可再生的（nachwachsenden）原材料制成的基体材料。

背景技术

纤维复合模制部件由现有技术在不同的实施方式中已知。由于在小的自重的情况下的纤维复合模制部件的高的机械稳定性、其强度以及刚性，所以纤维复合模制部件反复地用在机动车制造以及飞机制造中。通常纤维复合模制部件由纤维材料制成，所述纤维材料用基体材料、通常是合成的聚合物来浸渍、变形并且随后硬化。通常的常规使用的基体材料或树脂由于其合成的本质（Natur）而难以能够在生物学方面进行分解，这使得纤维复合模制部件以及生产废料的回收利用变得困难，并且其应用在环境保护方面下是成问题的。

发明内容

因此，由现有技术出发，本发明的任务是说明用于制造纤维复合模制部件的方法，该方法在使用可再生的原材料的情况下能够容易地实现（umsetzbar）并且在应用方面是可靠的。此外，本发明的任务是提供可持续制造的对环境友好的纤维复合模制部件并且也说明针对胶质的应用。

该任务在用于制造纤维复合模制部件的方法中按本发明通过步骤 i)将含胶质的基体材料施加到纤维材料上，ii)使设有基体材料的纤维材料变形，以及iii)使设有基体材料的纤维材料硬化得到解决。在此尤其对于本发明来说重要的是使用含胶质的基体材料。所述含胶质的基体材料含有胶质并且在这种情况下尤其是感光胶质（fotografischeGelatine）作为关于所述基体材料的总重量的主要组成部分。此外能够使用另外的可硬化的基体材料，或者必要时也能够加入添加剂、如硬化剂或者还有软化剂或类似物，其使得所述含胶质的基体材料的处理变得容易。胶质、以及尤其感光胶质特别优选地用作唯一的基体材料。胶质是水解的骨胶原，由不同的蛋白质链构成并且在屠宰动物时出现。动物的屠宰主要用于食品产生（肉获得）并且不用于获取副产品、例如动物的脂肪、肉骨粉或者还有胶质。因此，胶质被视作可再生的原材料，在皮肤学（dermatologisch）方面能够很好地相容，没有过敏原和有害物质并且还具有保护性的特性，从而使从事于所述方法的人员的负担最小化。由此，按本发明的方法从毒理学的视角来看是应用友好的并且不令人担心的。胶质能够在生物学方面很好地分解，从而回收利用或者废物处理不成问题。累积的生产废料能够在没有消耗的净化（Aufreinigung）的情况下非常简单地进行废物处理。然而此外胶质还具有其它专门对于所述方法有利的特性。由此表明的是，含胶质的基体材料在大约60℃的相对低的温度时熔化。由此在短的工序运行时间（Prozesslaufzeiten）内快速地并且以小的消耗实现所述基体材料不仅在所使用的模具中而且在所述纤维材料中的良好的分布，这在小的技术消耗下提高了所制造的纤维复合模制部件的均匀性。通过最后的硬化步骤，所述纤维复合模制部件获得其最终的形状。在此也表现出使用含胶质的基体材料的另一优点，因为凝固（Setting）或硬化相对于常规的基体材料只需要非常短的反应时间。同样因为由于对于胶质来说的低的原材料价格，通过按本发明的方法能够以简单的类型和方式在没有高的技术消耗的情况下成本适宜地制造纤维复合模制部件。

从属权利要求含有本发明的有利的改进方案以及设计方案。

根据加工方法，所述含胶质的基体材料能够以不同形式使用。所述胶质的优选形式是粉末形式、作为溶液、作为分散体（Dispersion，有时称为乳液）或者作为薄膜的胶质。所述胶质的在此所述的形式能够非常好地以所希望的量施加到所述纤维材料上。以薄膜形式的含胶质的基体材料是特别优选的。由此强烈简化了按本发明的方法。所述薄膜在施加到所述纤维材料上之前已经能够裁剪出（zugeschnitten）一定形状和大小，其是干燥的并且由此能够很好地储藏。也能够容易地实现在变形之前制造由含胶质的薄膜与纤维材料层构成的层复合物。省去了液态的基体材料如例如在树脂喷射或树脂渗透时的消耗的转化（Umsetzung）。由此能够较简单地执行准备性的工序步骤。使用含胶质的薄膜由此实现了在短的工序时间下制造具有始终良好品质的纤维复合模制部件。可能的添加的基体材料或附加物能够特别好地集成到含胶质的薄膜中或者在所述薄膜的表面上沉淀。此外，通过提供以薄膜形式的基体材料确保了在挤压过程中的均匀的分布。

特别有利地，通过纤维材料层与含胶质的层的交替的相叠覆层实施所述含胶质的基体材料到所述纤维材料上的施加。在此有利地通过含胶质的层或薄膜形成位于外面的层。由此获得由纤维材料层和基体材料层构成的层堆叠，所述层堆叠能够非常好地储藏。通过纤维材料层的预定向能够进一步缩短工序时间。由此也使得在最终造型之前的纤维定向的质量控制变得容易，从而使材料次品最小化。

原则上造型工序不受限制并且包括常规的挤压过程，如其例如在湿压方法或预浸渍方法（Prepregverfahren）中所应用的那样。特别简单地通过深冲实施变形。在此能够使用常规的铝压模，从而技术方面的消耗是小的。

含胶质的薄膜作为基体材料的应用与在用于造型的深冲方法中的转化的组合是有利的，因为由此能够在连续的工序中制造所述纤维复合模制部件。不需要工具更换。此外省去了例如用于树脂喷射或手动层压（Handlamination）的喷入过程。完全干燥地实施所述工序，这此外使清洁消耗最小化。由此如前面所述的层堆叠能够在所设置的工具中进行变形和硬化。不需要单独地输入基体材料和纤维材料。由此，所述方法最多两级（放入层堆叠并且使所述层堆叠变形连同硬化），这降低了制造成本。

通过以下方法改善了含胶质的基体材料的均匀分布，即所述基体材料在变形之前熔化。在30和80℃之间的温度时、尤其在50℃和70℃之间的温度时根据胶质的增添物（例如软化剂或硬化剂）的类型和量以及水含量来进行所述熔化。在经熔化的状态下，所述基体材料能够非常好地渗透所述纤维材料，这增强了纤维复合。

有利地在直到300℃的温度时实施硬化。由此，所述纤维复合模制部件获得其最终形状。在硬化期间，所述胶质例如能够与可选添入的硬化剂反应。为了降低工序成本，硬化尤其在150℃和280℃之间并且进一步有利地在大约200℃的温度时实施。在硬化之前优选实施干燥步骤，在其中首先将结合水（gebundenen Wassers）的主要份额在100到150℃时从基体中除去。优选在200℃执行后续的硬化步骤，因为无水的胶质的热分解在大约210℃开始（在350到400℃完全分解）。在干燥和硬化之间能够短暂地采用（angewendet）直到300℃的温度，以便加速干燥和硬化。

按本发明的方法尤其适合于制造碳纤维复合模制部件（CFK模制部件），其中，作为胶质尤其使用感光胶质。

同样按本发明也描述了纤维复合模制部件。所述纤维复合模制部件尤其构造为深冲纤维复合模制部件并且包括纤维材料和基体材料。在此，纤维材料理解成唯一的纤维材料但或者理解成由不同的纤维材料构成的混合物。作为基体材料使用含胶质的基体材料。其理解为含有胶质作为关于基体材料的总重量的主要组成部分的基体材料。按本发明使用的胶质能够从不同动物类型的骨骼中或者从结缔组织中获得、尤其从猪或牛或还有禽类或鱼类的皮肤或骨骼中获得。能够存在其它常规的基体材料。然而其含量优选尽可能小。此外，所述基体材料能够含有添加剂，所述添加剂使得所述基体材料例如稳定或者使得其硬化容易、例如附加不耐热的硬化剂。特别优选地，作为胶质使用感光胶质。感光胶质对于多层的覆层的大型工业制造以及与化学硬化剂的反应而言是已知并且优化的。典型的按本发明使用的感光胶质具有大约100000到200000道尔顿的平均分子量、大约260-280g的所谓的勃罗姆值（Bloomwert）（胶厚度）、大于5mPas的粘度以及0到大约4000ppm的受控的钙值。感光胶质典型地具有高的透射值（Transmissionswerte），由此具有小的固有色彩，这有利于处于使用者的可见范围内的纤维复合原料（例如可见碳（Sichtcarbon））的生产。感光胶质例如能够附加地与所谓的胶原蛋白肽（Kollagenpeptiden）组合。这是具有大约1500到5000道尔顿的较小的分子量的水解的胶质。通过加入这种短链的蛋白质改善了所述基体材料到所述纤维材料中的渗透。

通过作为所述基体材料的主要组成部分的胶质与纤维材料的组合获得了对环境友好的能够回收利用的并且在生物学方面能够非常良好地分解的纤维复合模制部件，所述纤维复合模制部件在使用中是安全的并且在毒理学方面是不令人担心的并且此外由于对于胶质的小的原材料价格而成本适宜。此外通过使用可再生的原材料胶质，所述纤维复合模制部件在制造中是可持续的，并且由此具有高的市场接受度。

指出的是，前面所描述的方法适合于制造按本发明的纤维复合模制部件。

按本发明的纤维复合模制部件的有利的改进方案提出，所述基体材料由胶质制成。这意味着存在胶质作为唯一的基体材料，然而能够含有平常的添加剂。由此使得所述纤维复合模制部件的生物学的可分解性以及回收利用能力最大化。

作为优选的纤维材料使用碳纤维材料，因为其非常好地被所述含胶质的基体材料所润湿，并且由此获得具有突出的机械性能的纤维复合模制部件。

所述纤维复合模制部件尤其用在机动车制造中，并且为此构造为机动车结构部件。按本发明的纤维复合模制部件的其它应用例如发生在飞机制造以及轨道车辆制造中。

此外，按本发明也说明了将胶质作为用于制造纤维复合模制部件的基体材料的应用。

附图说明

本发明的其它细节、特征以及优点从下面的描述以及附图中获得。其中：

图1示出按本发明的一种有利的实施方式的方法的示意图。

具体实施方式

根据实施例详细地解释本发明。在图1中仅仅示出了按本发明的用于制造纤维复合模制部件的方法的在此令人感兴趣的方面，所有其余元素（Elemente）由于清晰缘故被省去。

详细地，图1示意性地示出了穿过深冲工具10的剖面，该深冲工具在所述实施方式中用于制造纤维复合模制部件。该深冲工具10包括两个侧工具2以及冲模3，所述两个侧工具将层堆叠1保持在所述两个侧工具之间，所述冲模在沿着箭头方向运动时将压力施加到所述层堆叠1上。由此将所述层堆叠1压到在所述侧工具2之间的变形区域6内。由此所述层堆叠1被变形并且改变成所希望的最终形状。

所述层堆叠1在该实施方式中由七层含胶质的基体材料4以及六层纤维材料5构成，所述基体材料和纤维材料交替相叠堆叠布置。在此，所述含胶质的基体材料4的层形成了外部的包围层。所述含胶质的基体材料有利地以薄膜的形式构造。

所述深冲工具10是能够加热的。由此能够将所述层堆叠1在所述冲模3降低之前加热到如下温度上，在所述温度中所述含胶质的基体材料熔化。经熔化的基体材料4此后渗入到纤维材料层5中并且浸透所述纤维材料层。通过由所述冲模3将压力施加到所述层堆叠1上，实现在构造以所希望的形式的均匀的纤维复合模制部件的情况下的变形。

通过重新或进一步提高所述工具的温度，使得所述含胶质的基体材料硬化，由此所述纤维复合模制部件获得了其最终的持久的形状。

本发明的前面的描述仅仅用于解释性的目的并且不用于限制本发明的目的。在本发明的范围内可实现不同的变化和改型，而不离开本发明的及其等效方案的范围。

附图标记列表

1 层堆叠

2 侧工具

3 冲模

4 所述含胶质的基体材料的层

5 所述纤维材料的层

6 变形区域

10 深冲工具。

Claims (10)

1.用于制造纤维复合模制部件的方法，包括以下步骤：

-将含胶质的基体材料施加到纤维材料上，

-使设有基体材料的纤维材料变形，以及

-使设有基体材料的纤维材料硬化。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述含胶质的基体材料以粉末、溶液、分散体或薄膜形式、尤其是以薄膜形式来施加。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过纤维材料层（4）与所述含胶质的基体材料（5）的层的交替的相叠覆层来实施所述含胶质的基体材料到所述纤维材料上的施加。

4.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过深冲实施所述变形。

5.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基体材料在所述变形之前在30℃到80℃时被熔化、尤其在50℃和70℃之间的温度时被熔化，从而所述基体材料渗透所述纤维材料。

6.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在直到300℃的温度时、尤其在150℃和280℃之间的温度时实施所述硬化。

7.纤维复合模制部件、尤其深冲纤维复合模制部件，包括纤维材料和基体材料，其特征在于，所述基体材料含有胶质、尤其感光胶质。

8.按权利要求7所述的纤维复合模制部件，其特征在于，所述基体材料由胶质制成。

9.按权利要求7或8所述的纤维复合模制部件，其特征在于，所述纤维材料是碳纤维材料。

10.将胶质作为用于制造纤维复合模制部件的基体材料的应用。