CN107206710A - 用于增强抗冲击或结构复合部件的增强织物 - Google Patents

Abstract

一种用于增强抗冲击和/或结构复合部件的增强织物(120，220)包括非金属载体(124，224)，一根或多根钢丝(128，228)被缝合到该非金属载体上。这些钢丝包括一根或多根钢细丝，这些钢细丝的拉伸强度是大于2000N/mm²。这些钢丝的缝合是在曲线轨迹中。该增强织物用钢丝使复杂的复合部件增强成为可能。与用平行钢帘线增强复合部件的已知织物相反，该织物确保了在弯曲处的钢帘线的牢固锚定。还描述了用于生产该增强织物的方法，这些方法基于该丝的塑性弯曲和/或在具有小曲率半径的区域中每单位长度增加的线迹数目。

Description

用于增强抗冲击或结构复合部件的增强织物

技术领域

本发明涉及一种增强织物，该增强织物包括非金属载体和至少一根钢丝，该至少一根钢丝通过线迹保持到所述载体上用于增强结构和/或抗冲击复合部件。

背景技术

抗冲击和/或结构复合部件(在下文中缩写为‘复合部件’)是例如防撞梁，用于防撞梁的碰撞盒，汽车中的A、B或C柱，座椅壳等。它们通常通过在模具中将包括热塑性聚合物基体和增强纤维的半成品片材模制在一起制成的。增强纤维通常以包括玻璃或碳纤维的织物形式提供。织物可以由纤维本身制成-如在编织中-或可以保持在非卷曲、单向地或多轴向的纤维铺设结构中。最近，做出尝试将钢丝或帘线引入到复合部件中作为增强件。

例如，WO 2005/118263A1描述了纺织品产品，该纺织品产品包括至少一层非金属纤维和金属帘线(例如钢帘线)，这些金属帘线通过线迹结合到非金属纤维的这个层上。金属帘线基本上是直的并且彼此平行。该层和线迹的功能是在压制模制工艺中在熔融聚合物材料的固结过程中将金属帘线保持就位。

EP0567845A描述了可模制的增强结构，该增强结构具有载体层以及以曲线路径固定到其上的非金属增强线。固定借助于由玻璃、聚酰胺、聚酯或棉制成的缝合线。所描述的产品和定制纤维放置(TFP)方法提供了设计优化或设计自由上的优点。将增强纤维与预期力线分布一致放置。

US 2004/074589A1描述了定制纤维放置(TFP)方法，其中使用化学或热可熔化的固定线将增强纤维缝到基板上，从而形成增强纤维结构。固定线首先用于将增强纤维固定在基板上，并且随后熔化，使得在预固定增强纤维的同时固定线分解，而不影响增强纤维结构的机械特性。

DE 10 2008 043527 A1描述了可拉伸的电加热元件，该元件包括弹性体载体和缝合到其上的基于碳或金属的帘线。尤其提到‘钢丝’(第[0027]段)，但没有提及其任何制造或强度。基于碳或金属的帘线的功能是导电，从而产生热量。因此，所描述的产品不适合于增强复合部件：其拉伸并且不赋予强度。

使用钢帘线或钢丝用于增强塑料材料(如例如在WO 2005/118263A1中描述的)提供了当使用基于普通人造纤维如玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维或类似材料的纤维增强时不可获得的特别优点。更具体地，塑料复合部件的钢帘线或钢丝增强导致在冲击时增加的能量吸收能力。此外-不像常用的增强材料-用钢帘线或钢丝的增强的塑料部件在冲击时保持它们的完整性。然而在冲击时玻璃或碳增强的防撞梁粉碎成碎片-从而形成安全风险-钢丝或钢帘线增强梁主要保持为一(其严重地变形)片。

然而，其中可以提供由钢帘线或钢丝制成的增强织物的形式或图案目前受限制，在于这是单向的，由于平行安排这些钢帘线(例如通过缝合，WO 2005/118263，通过经编，WO2009/062764 A1，通过编织，WO 2001/044549，通过以条包围，WO 2003/076234)。多向增强可以仅仅通过在不同方向上堆叠单向增强层来获得。对于某些应用，这妨碍了使用基于钢帘线或钢丝的增强层，其中例如孔必须在复合部件中制成，或者复合部件具有复杂的形状，例如圆形或球形形状。对单向增强的这种限制对于将钢帘线或钢丝作为增强件引入在复合件中是缺点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于增强抗冲击和/或结构复合部件(‘复合部件’)的基于钢丝的基增强织物，其避免了现有技术的缺点。本发明的主要目的是提供一种具有改进的设计自由的用于复合部件的基于钢丝的增强织物。本发明的另一个目的是提供生产此种用于增强复合部件的增强织物的方法。最后，描述了包括具有与已知技术相比的优点的增强织物的复合部件。简言之：诸位发明人成功地适配了用于钢丝的刺绣工艺或定制纤维放置。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于增强抗冲击或结构复合部件的增强织物，该增强织物包括非金属载体和至少一根钢丝：该钢丝包括一根或多根钢单丝并且所述单丝中的任何一根具有大于2000N/mm²的拉伸强度。至少一根钢丝以曲线轨迹通过线迹保持在所述载体上。

根据本发明，术语‘抗冲击和/或结构复合部件’或简称‘复合部件’是指任何部件，其中该部件的结构强度或抗冲击性是通过将增强织物和聚合物基体组合获得的。抗冲击部件例如被包括在汽车部件的碰撞管理系统中，如汽车的前面或后面的防撞梁，或在防撞梁后面的碰撞盒或悬挂弹簧杯。结构复合部件例如是车辆的A、B、C或D柱，座椅壳，椅子或类似产品。应注意的是，‘抗冲击部件’和‘结构复合部件’不是相互排斥的：防撞梁也是结构部件并且柱还必须具有一些抗冲击性。

根据本发明，术语‘非金属载体’简单地排除金属作为载体的材料。非金属载体可以是非金属纤维的织造、非织造或针织织物，如稀松布(‘具有开放型构造的织物，该织物被用作在涂覆或层压的织物的生产中的基础织物’或者‘用两根彼此垂直铺设的纱线片材制成的并且用粘合剂粘合的织物’)。可替代地，该非金属载体可以是层、网、膜或网络。这些非金属纤维可以具有天然来源，例如，棉、羽毛、羊毛等，或人造纤维，例如聚酰胺(6或6.6)、聚烯烃纤维(如聚乙烯或聚丙烯)、聚-芳族聚酰胺纤维、或玻璃或碳纤维或甚至矿物纤维。可以使用的膜例如是聚乙烯、赛璐珞、聚酯或聚酰胺。

该载体的功能是它必须经受来自该钢丝作用在其上的力并且它必须易于缝合上。在该模制工艺过程中，该载体还必须将这些钢丝保持在正确的位置处。优选地，该非金属载体具有开放型结构，在模制过程中穿过该开放型结构聚合物基体可进入。可能地，在该增强织物的加工中，可以失去该载体。这可以通过选择与将要使用的基体材料一致的载体的组成实现。因此，如果在聚酰胺基体中工作，则用于该载体的聚酰胺是优选的选择。可替代地-当基体材料仅被递送到该增强织物的一侧时-该载体可以在注射模制且冷却后‘剥离’。

‘钢丝’本身必须以最广泛可能的方式进行解释。它可以是单钢单丝，或者该丝可以由若干钢单丝组成，被称为‘钢帘线’。可能地，可以将其他非钢纤维加入到其中-可以被称为‘混合钢帘线’-但在任何情况下，至少一根钢单丝必须在里面。本发明的上下文中，‘一根钢丝’是单一连续长度的钢丝。因此，两根或更多根钢丝是单独的钢丝，各自具有不必是一样的连续长度。当存在两根或更多根钢丝时，该措辞不意味着这些钢丝必须具有相同的制造或类型。取决于其需要的特性，每根钢丝可以是不同类型，如在下文中解释的。

该钢帘线可以是单丝的‘束’。其中束是指单丝成群地被保持在一起，而不围绕该丝的轴线将这些单丝有意加捻。单丝可以借助于围绕它缝合的粘合剂单丝或缠绕丝保持在一起(缠绕丝围绕该束完全转弯，缝合的丝围绕该丝来回运动)。可替代地，这些单丝可以通过聚合物涂料或胶保持在一起。优选的替代方案是如果单丝的束由线迹保持，该线迹将该钢丝保持在该载体上。

该钢丝还可以呈‘股’的形式。在这种情况下，单丝以预期捻距围绕该丝的中心加捻。或者所有单丝都接收相同的铺设，该铺设的典型的实例是密集型帘线(其中所有单丝直径是相等的)，Warrington或Seale股(其中单丝以某一图案配合在一起)。可替代地，可以以多层制成股，其中将单丝层以层捻距围绕中心单丝或前体股加捻，产生层状帘线(例如3+9+15帘线，其中3根单丝加捻在一起的芯股被9根单丝的层包围并且最终用15根单丝的层包围)。

该钢丝可以是钢索。钢索是包括钢股的钢帘线，这些钢股围绕彼此加捻。例如，7×7钢帘线由7根单丝的钢芯股组成，围绕该钢芯股用索捻距加捻6个股(各自包括7根单丝)。

该钢丝整体而言可以在缝合到该非金属载体之前用有机涂料涂覆。这可能对于附加地使该钢丝与环境隔离或者在该部件中完全整合钢丝是有用的。可能的涂料是聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚砜(PES)、乙烯四氟乙烯(ETFE)以及其他。优选的涂料是与该复合部件的基体材料至少兼容或相同的那些。涂覆工艺可以通过挤出、静电涂覆或任何其他已知技术来进行。优选地，当该钢丝由三根或更多根单丝组成时，该有机涂料完全穿透该钢丝以防止在该钢丝中形成通道。

总体上，本发明中的钢丝包含少于一百根的钢单丝，并且在大多数情况下，甚至小于五十并且优选地小于或等于12根钢单丝。优选的实施例是当该钢丝由单一钢单丝组成时。

所使用的丝的基础材料是碳素钢。典型的碳素钢组合物具有0.65％的最低碳含量、范围从0.40％至0.70％的锰含量、范围从0.15％至0.30％的硅含量、0.03％的最大硫含量、0.30％的最大磷含量，所有百分比均是重量百分比。仅仅存在痕量的铜、镍和/或铬。在较高的碳含量的情况下，可以实现较高的拉伸强度。基础材料的金相结构是细小的珍珠岩，其中没有痕量的贝氏体或马氏体。

可替代地，所使用的丝可以具有普通碳组合物，该组合物具有在0.40％与0.85％之间的碳含量、在1.0％与2.0％之间的硅含量、在0.40％至1.00％之间的锰含量、以在0.0％至1.0％之间的范围中存在的铬，具有低于0.025％的总浓度的磷和硫。其余部分是铁和不可避免的杂质，其中进一步限制是合金元素如镍、钒、铝或其他微合金元素的浓度各自保持低于0.2％的浓度。再次，所有百分比应理解为重量百分比。该基础材料的金相结构示出了在4％与20％之间的残留奥氏体的体积百分比，而其余部分是回火一次马氏体和未回火的二次马氏体。通过淬灭并且随后配分(Q&P)获得的此种起始丝示出了通过加工硬化迅速增加的高初始拉伸强度(参见WO 2013/041541)。

还可以使用不锈钢丝。不锈钢含有最少12％的Cr以及大量的镍。更优选的不锈钢组合物是奥氏体不锈钢，因为这些可以容易地被拉成细直径。更优选的组合物是本领域已知的那些，如AISI 302(特别是‘顶锻质量(Heading Quality)’HQ)、AISI 301、AISI 304和AISI 314。‘AISI’是‘美国钢铁学会(American Iron and Steel Institute)’的缩写。

通过加工硬化-例如通过拉丝和/或冷轧-该钢单丝的拉伸强度进一步增加到高于2000N/mm²、优选地大于2300N/mm²、或甚至更优选地大于2700N/mm²、或甚高于3000N/mm²。目前，具有高于3300N/mm²的拉伸强度的钢单丝在轮胎帘线中是常见的，而最大现在是大约4000N/mm²。这些单丝越细，它们的拉伸强度可以越大。单独地拉这些单丝。所谓的‘束拉的’单丝的情况在此被明确地排除。‘束拉的’单丝是通过单个模以组进行拉伸并且其后分离的单丝。

该钢丝的钢单丝的拉伸强度是决定该增强织物的强度的基本参数。使用低于2000N/mm²的拉伸强度需要更多的钢，因此更多重量，以便达到该复合部件的相同的整体强度。使用复合部件的目的是减少重量，不是增加重量。通过使用高强度钢丝，可以减少重量。

该钢丝中的该一根或多根单丝的丝截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的表面积。截面可以是或者可以不是圆形的。不是圆形的截面是例如椭圆形形状、狗骨形或甚至H型材截面。在其中该丝的刚度在一个方向上必须大于在另一个方向上的情况下，非圆形型材的使用可能是有利的。这些钢单丝的等效直径-即，该丝具有的圆截面具有与具有非圆形截面的丝的截面积相等的截面积-因此是在0.101mm与1.20mm之间。更优选地，等效直径(在括号之间的数字是截面面积)是在0.120mm(0.011mm²)与0.30mm(0.070mm²)之间并且甚至更优选的是它在0.150(0.018mm²)与0.25mm(0.049mm²)之间。

可能地，单独的钢单丝涂覆有功能性涂料，例如防止腐蚀(通过锌或锌合金涂料)，增强对聚合物基体的粘合(例如通过施加有机涂料层如有机官能化硅烷、有机官能化钛酸酯和有机官能化锆酸酯)或组合两者。

该钢丝通过纱线的线迹被保持在该非金属载体上。缝合纱线的功能是将钢丝保持在该非金属载体的一侧上。可以应用很多机器线迹，但是单个或双纱线线迹总体上将完成工作，尽管三个或四个纱线线迹也是可能的。优选的线迹是锯齿形锁式线迹或锯齿形链式线迹(双纱，ISO 4915标准，分别编号304和404)。其他可能的线迹是针顶部覆盖线迹(ISO4915，编号406，3根纱线)或具有覆盖线的针链式线迹(ISO 4915，编号408，5根纱线)。

针对保持力和聚合物基体选择纱线。总体上，它们需要是牢固的、灵活的、薄且光滑的。实例是聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯或弹性纤维，尽管其他天然纤维像丝、棉以及其他同样是可能的。

将该钢丝以‘曲线轨迹’铺设。‘曲线轨迹’可以被定义为至少含有具有非零曲率‘k’(以mm^-1表示的)的截面的任何轨迹或路径。直线具有零曲率。在沿着曲线的点处的曲率是在该点处的‘曲率半径’的倒数。‘曲率半径’是与在该路径上该点处的线路径密切的圆的半径。其中‘密切’是指圆和路径的零阶、一阶和二阶导数在该点处是相等的。该曲线轨迹基本上与在该复合部件中作用或预期作用的力一致，以便最大地增强该聚合物基体。

已知的定制纤维放置方法对碳的增强纤维、芳族聚酰胺或玻璃纤维粗纱起作用，这些粗纱含有数千根单独的单丝。单独的单丝是非常细的(对于碳粗纱从5μm至10μm，对于玻璃粗纱5μm至25μm)，这使得这些粗纱或帘线的操作非常容易的，因为它们根本不抵抗弯曲。

作为本发明主题的钢单丝在这方面更加难以处理。当提及包括一根或多根钢单丝的钢丝的‘弯曲’时，必须在两种不同的概念之间进行区别：

存在该单丝的‘刚度’或‘弯曲刚性’，其是抗弯曲性的量度。圆丝的刚度(以Nmm²计)是Eπd⁴/64，其中‘E’是材料的杨氏模量(以N/mm²计)并且‘d’是单丝的直径(以mm计)。

在粗纱中-当单独的纤维滑动越过彼此时-刚度随纤维的数目线性地增加。对于目前已知的增强粗纱，由于单丝极端薄，该刚度是可忽略的。结果是，如在定制纤维放置中已知的，就在刺绣机的缝合头之前，通过粗纱管可以容易地铺设这些粗纱。

对于包括厚单丝的本发明的钢丝，不是这样的，其中刚度随着直径的四次方增加。必须在该丝上施加更多力矩使其弯曲到一定的曲率，因为弯曲力矩等于刚度和曲率的乘积。单丝的较高的弯曲力矩抑制了增强件的容易铺设，并且在克服这种弯曲刚度的过程中必须采取特定措施。

继钢单丝的刚度之后，存在‘弯曲性’的概念。这涉及钢丝的塑性可变形性。当非零曲率应用于钢单丝时，它将在去除弯曲力矩之后回弹。当施加的曲率‘k_a’足够大(即对于足够小的弯曲半径)时，在去除弯曲力矩之后将保持某一曲率：这是由于丝材料的塑性变形的残余曲率‘k_r’。施加的这两者之间的差：‘k_a-k_r’减去残余曲率被称为‘回弹’。梁的弹性-塑性弯曲理论得知，根据以下式，这种回弹取决于丝的截面形状和直径，材料的屈服应力和模量

其中‘η’是无量纲形状因子(对于圆截面等于约1.7并且对于矩形截面1.5)，‘E’为钢的伸长模量，‘R’为丝直径的一半并且‘σ_ρ’是材料的‘屈服应力’。参考弹性塑性弯曲理论仅仅是说明什么参数具有重要性，并且不应该被依赖来以任何方式消除本发明。

屈服应力是其中在拉伸试验中发生丝的永久伸长的应力(以N/mm²计)。常规地，将永久伸长设置成0.2％以确定屈服应力并且被称为在拉伸曲线上的Rp0.2点。所以屈服应力越高并且丝的直径越小，给予丝残余曲率或永久弯曲变得更困难。

钢单丝的屈服应力取决于加工(加工硬化或热处理)以及钢单丝的材料组成(高碳对比低碳)，并且对于本申请中设想的材料类型(高碳、高度工作)是大于该钢单丝的拉伸强度的至少65％，或高于该丝的拉伸强度的75％或者甚至高于85％。很远拉伸的因此细的丝具有高于95％的屈服应力与拉伸强度比率，并且因为它们具有与小直径组合的高的拉伸强度，非常难以永久弯曲。因此，屈服应力的代表性值是至少1300、1500、1750、1900、2050、2300、2450、2600、3000、3400和3800N/mm²，其中屈服应力在任何情况下都低于钢单丝的拉伸强度。

钢丝的增加的刚性和难弯曲性导致该增强织物中的增加的应力。然而，通过适当选择直径、单丝数目(影响刚度和弯曲性)和屈服应力(影响弯曲性)，诸位发明人能够用钢丝获得可加工的增强织物。

为了能够使这些钢丝在该织物中对齐，需要具有小曲率半径的弯曲。在本发明的织物曲线轨迹中，其中局部地曲率半径小于在具有最大截面积的丝中的单丝的等效直径‘d_最大’(以mm计)的70倍。甚至小于那个最大等效直径的50倍、或甚至小于35倍的曲率半径证明是可能的。

为了将该刚性钢丝保持在该载体上，可以增加在曲率半径是小的(其中曲率是大的)的位点处的线迹的数目，并减少在曲率半径是大的(即曲率是小的)的位点处的线迹的数目。

可替代地或附加地，该增强织物中的钢丝是可塑性弯曲的。其中‘可塑性弯曲的’意味着当线迹被去除并且该钢丝被释放时，该钢丝保持在变形状态中。如以上提及的，通过施加足够大的曲率，可以给予钢丝永久或残余曲率。在其中该钢丝中的弯曲力矩导致不保持在一个平面中的织物的情况下，可能需要塑性弯曲。应当注意，当从此种增强织物上去除时，碳纤维或玻璃纤维的粗纱从未是可塑性弯曲的。

优选地，但是对于本发明不必需的，该增强织物保持‘开放’。其中‘开放’是指在注射模制过程中，该聚合物可以穿过该增强织物。这意味着该非金属载体必须是开放的，并且这些钢丝必须彼此间隔足够远以使该聚合物流过。

通过根据预先限定的曲线轨迹铺设该钢丝，可以环绕在所述载体上的一个或多个特定区域。以这种方式，避免了某些区域中钢丝的存在。因此，本发明的增强织物允许例如在特定区域处的在复合部件中的孔或切口的冲制，而不会损坏该钢丝。从而大大改进了该复合部件的完整性，并且避免了该钢丝的切割。总体上，包括平行铺设的钢丝的已知织物的冲孔导致该织物的完整性的损失，因为每个孔导致许多切割的钢帘线末端。另外，该钢丝的冲孔导致冲孔工具的过度磨损。因此，此外本发明提供了对于这个问题的良好的解决方案。

在许多情况下，将需要在结构增强部件的多于一个方向上的增强。因此，可能必要的是首先将钢丝以在第一方向上的初级轨迹铺设，并且随后将另一根钢丝铺设在与该第一方向倾斜的第二方向上。以这种方式，这些钢丝将在被称为‘交叉’的轨迹的多个点处交叉。在交叉处，该织物稍微更厚，因为这些钢丝铺设在彼此的顶部上。可能地，钢丝可以本身交叉，这被称为‘自交叉’。还可能地，多于两根丝可以在同一位点处交叉，但此种情况应该避免，因为这导致不稳定性。例如当三根钢丝在同一点处交叉时，中间钢丝可能在注射模制时移动。

本发明的第二方面是关于一种复合部件，如抗冲击和/或结构复合部件，该复合部件包括嵌入在聚合物基体中的以上描述的增强织物。与现有技术复合部件不同的是所述增强织物中的钢丝的数目是小于或等于十。因为可以根据特定轨迹铺设这些丝，所以避免了如现有技术的钢帘线织物中的许多钢丝(超过十根)的强制平行安排。结果是还在弯曲处，这些钢帘线被牢固地锚定到该聚合物基体内。这不是在现有技术的织物中的情况，在现有技术的织物中该钢帘线的多个末端未锚定在该聚合物基体中。

可用于该复合部件中的聚合物是已知的，并且是热塑性塑料或热塑性弹性体聚合物材料。更优选的，该聚合物选自下组，该组由以下各项组成：聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚苯醚以及这些材料的共混物、或热塑性弹性体，例如聚酰胺基或聚烯烃基热塑性弹性体如聚酯酰胺、聚醚酯酰胺、聚碳酸酯-酯酰胺或聚醚嵌段-酰胺。

特别令人感兴趣的热塑性聚合物是原位可聚合的热塑性材料。这些材料可以以预聚物状态(以液体或粉末的形式或作为球粒)处理，并且在用能量输入(热或电磁辐射)引发后，在模具中一次反应成最终聚合物。典型的实例是己内酰胺(反应成聚酰胺6)或月桂己内酰胺(反应成聚酰胺12)，两者的混合物，或在先段落中提及的聚合物的预聚物中的任何一种。

可替代地，这些聚合物可以是热固性聚合物，如聚酯树脂、环氧化物、乙烯基酯。可能地，将这些聚合物提供在片材模制复合材料中，即将该增强织物在插入到该模具内之前用该聚合物或该聚合物的预聚物预先浸渍。

该复合部件的优选实施例还包括由至少一条钢丝轨迹环绕的开口。在此种开口处，该复合部件可以通过紧固装置例如像螺栓、杆或安全带强力地保持，因为该钢丝围绕该紧固装置形成环。

根据本发明的第三方面，提供了描述如何可以制备该增强织物的方法。根据第一优选的实施例，如在以上段落[0012]至[0013]中描述的，用非金属载体开始。进一步，提供了如在段落[0014]至[0025]中描述的包括一根或多根钢单丝的钢丝。这些钢单丝具有截面以及至少1300N/mm²的屈服应力，该截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的截面积。随后，根据曲线轨迹，将该钢丝缝合到该载体上。关于该方法特定的是该丝在被缝合到该非金属载体上之前是可塑性弯曲的。存在可以实现此的许多方式。

第一种方式是通过在工具上使该钢丝弯曲用适当的施加曲率施加弯曲-适当的，在于所剩余的残余曲率与计划的曲线路径接近。该工具可以是销、或一套钳子、或弯曲夹具。可以将该工具结合在该缝合头中，并且然后在供给该钢丝用于缝合的同时施加该钢丝的弯曲。

替代的第二种方式是首先用销将该钢丝布置在框架上。这些销具有适当的布局并使所希望的曲线轨迹重现。该钢丝被拉紧直到在弯曲销处达到所希望的曲率。其后，再次卷起该丝。将该线轴供给刺绣机，并且-因为该丝事先已经获得必要的永久弯曲-该钢丝当在缝合的同时该曲线中存在弯曲时给出很少阻力，并且相应地自身铺设。

该实施方式的变型是该钢丝从一个线轴缠绕到另一个并且沿着该钢丝的长度，根据计划的曲线轨迹，在该丝上诱发适当的弯曲。

在第三替代方式中，该弯曲可以通过局部加热该丝来缓解。虽然此种加热可导致局部较低的拉伸强度，但是不危害该钢丝的完整性。

在本发明的第二优选的实施例中，该方法包括以下步骤：

·提供如在段落[0011]至[0012]中描述的类型的非金属载体；

·提供钢丝，该钢丝包括一根或多根钢单丝，所述单丝具有凸截面并且具有大于1300N/mm²的屈服应力，该凸截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的截面积；

·根据曲线轨迹将该钢丝缝合到该载体上。

在该方法中，沿着所述曲线轨迹的每单位长度的线迹的数目在具有大曲率半径的位点处降低并且在具有小曲率半径的位点处增加。

典型地，每厘米线迹的数目‘S_m’随着在沿着该轨迹的距离‘s’处的曲率‘k(s)’(以mm^-1计)线性地缩放，并且是在以下界限之间：

0.5+15×d_最大×k(s)≤S_m≤2+140×d_最大×k(s)

其中‘d_最大’(以mm计)是钢单丝中钢单丝的最大等效直径。根据诸位发明人的经验，线迹的这个数目足以将根据本发明的钢丝保持就位。

将该钢丝缝合到该非金属载体上是通过用增强供应装置适配的刺绣机完成的。该刺绣机可以是具有移动头的刺绣机或具有移动台的刺绣机、或者两者的组合。可替代地，缝合头可以在机器人手臂中实施。

附图说明

图1a示出了本发明在用于儿童的汽车座椅中的第一应用

图1b示出了现有技术的增强织物

图1c示出了本发明的增强织物

图2a和2b示出了本发明的增强织物在另一应用中的应用：悬挂杯。

图3a示出了该增强织物在汽车中使用的B柱中的用途。

图3b示出了获得用于B柱中的增强织物的缝合图案。

图4a示出了用于汽车门中的增强梁中的增强织物的布局。

图4b示出了在该钢丝中诱发必要的弯曲的方法。

图4c示出了在将其缝合在该载体上之前的变形的钢丝。

以‘20’结尾的数字涉及本发明的增强织物，以‘24’结尾的数字涉及非金属载体，以‘26’结尾的数字涉及保持用以‘28’结尾的数字提及的钢丝的线迹。

具体实施方式

表I是与钢丝相比，用于定制织物放置的粗纱中使用的材料的表：

表I

从该表中清楚的是，由碳纤维、E-或S-玻璃纤维制成的粗纱的操纵和弯曲比钢丝容易得多，尽管该钢丝含有少得多的单丝。纤维直径的影响在这方面是全部压倒性的，由于刚度对直径的四次方的依赖性。单丝的模量和数目在此起着次要作用。该表说明了，用钢帘线的纤维放置与用已知粗纱的纤维放置完全不同。

图1a说明了本发明的第一实施方式。它示出了通过注射模制制成的用于儿童的汽车座椅100，其中底部部分用织物110/120增强，从而形成复合部件。

在图1b中示出的现有技术增强织物110中，该织物通过编织在经纱中的纺织品纱线116与纬线中的平行的钢帘线114制成的。该织物被制成矩形形状，并且增强织物110的最终形状稍后通过冲孔并且冲压或激光切割来切割出来。以这种方式，同样孔是在该织物中制成的112、112'和112"，在这些孔处可以插入稍后的固定装置(以将座椅保持在车上)。切割的工艺导致许多钢帘线末端和相当大的材料损失。另外，由于钢帘线倾向于变得松散，孔的存在危害该织物的完整性。

图1c示出了本发明的增强织物120，其包括非金属载体124和单钢丝128。将该单钢丝铺设在曲线路径中，从而避免了其中预见孔的区域：130、130'、130"。该钢丝通过线迹126缝合到该载体上，这些线迹在其中曲率是大的位点中是较稠密的，并且在该钢丝基本上是直的部分中是较不稠密的(以虚线127在弯曲处画出最小曲率半径的密切圆)。

该第一实施例的详情是：

·非金属载体：聚丙烯开放型稀松布。

·钢丝：3×0.265+9×0.245钢帘线，由12根围绕彼此加捻的的单丝组成，具有14mm的捻距。在单一单丝拉伸之前这些单丝是热浸镀锌的并且具有的单丝具有2700N/mm²的拉伸强度和2045N/mm²的屈服应力。

·使用的线迹纱线是聚丙烯纱线，并且该线迹是单纱线互锁。线迹的数目在2个线迹/cm(在具有零曲率(直部分)的部件中)至4个线迹/cm(在具有曲率1/6mm^-1的90°弯曲中)与至10个线迹/cm(在具有曲率1/3mm^-1的180°弯曲中)之间变化。

该增强织物可以用非常少损失的材料制成，并且在注射模制过程中维持其完整性。由于其开放性，该织物允许所注入的聚合物容易通过。

图2a中示出了该增强织物的第二种应用，其中该织物210/220被整合在汽车的悬挂杯200中。由通过纬纱中的纱线保持的经编钢帘线组成的现有技术的织物210导致大的材料损失以及在切割后减少的织物完整性。图2b示出了在注射模制之前的本发明的增强织物。该织物包括非金属载体224，通过缝合纱线226将钢丝228缝合在该载体上。所遵循的路径是曲线的并以螺旋方式环绕中心开口230。该非金属载体是聚酰胺开放型稀松布，所使用的纱线也由PA制成的，两者与该悬挂杯的基体兼容。该线迹是双纱锯齿形锁式线迹。该钢丝是具有2300N/mm²的拉伸强度和1518N/mm²的屈服应力的淬火且配分类型的直径0.95mm的单一单丝。此种丝特别适合于在缝合之前加入预成型件中，由于其高直径与低屈服点的组合。线迹的数目是约2个/cm。通过在用聚酰胺模制过程中引入该增强织物，能够制成改进的悬挂杯。发明人断言，增强的悬挂杯能够经受破碎的悬挂弹簧的冲击。

应当注意，当通过切割这些线迹将该钢丝从该载体上去除时，该钢丝呈现非常接近在该增强织物中的螺旋形状的形状。这表明该钢丝已经是可塑性弯曲的并且对于本发明的增强织物是指示性的。

在第三实施例中，本发明的增强织物在用于增强汽车的B柱的注射模制部件中使用，从而形成如图3a和3b中示出的复合部件。部件300具有复杂的形状。钢丝328必须遵循复杂的路径，以便将该部件良好地增强。紧接此，第二钢丝328'被交叉铺设并被缝合在该第一钢丝的顶部上。

当开放铺设时，所得到的曲线轨迹在图3b中示出。使用的载体是有机片材(用织造玻璃纤维增强的PA6聚合物片材)，该线迹是用PA6的纱线326制成的双纱锯齿形锁式线迹。钢丝328和328'两者都是钢帘线，制成0.37+6×0.33，黄铜涂覆的，随后用PA通过挤压涂覆该帘线。细节示出了，在翻转附近中，线迹的数目从1.5个/cm(在直部分中)增加至10个/cm(在具有3mm的曲率半径的部分中)。因此，该曲率半径是该钢丝中最大单丝的直径的约8倍。

图4a、4b和4c说明了制成本发明的增强织物的方法。在图4a中示出了增强织物402的布局并且它旨在用于汽车门的侧面防撞梁(复合部件)中。钢丝428的轨迹是这样的，使得它环绕区域410、410'、410"、410"'，在这些区域处将在该聚合物中冲出孔用于将该侧面防撞梁附接到该门上。单个钢丝428从该梁的一端蜿蜒到另一端。该钢丝通过缝合纱线426被缝合到载体424上。

如图4b中示出的，在将钢丝428缝合在非金属载体404上之前，在销板上预成型该钢丝。销板420具有不同半径的销422(422'，422"，422"’，...)和423(423'，...)。放置这些销，使得在这些销之间的距离大约对应于在布局方案中的弯曲之间的距离。选择对应于所施加的曲率‘k_a’的倒数的销的半径，使得所得的曲率半径或多或少对应于布局方案中的曲率半径。一个钢丝末端固定在该销板上，同时另一个末端用至少足以使该钢丝遵循这些销的半径的力‘F’牵引。

当现在从该板上去除时，丝428将反映该增强织物中的钢丝的预期轨迹，如图4c中示出的。预成型的钢丝现在可以缠绕在线轴430上，并随后被供给刺绣机。当刺绣机遵循布局方案的轨迹时，在这些弯曲处，可以铺设这些预成型的钢丝，而不必诱发过多的弯曲力矩。

通过应用这些本发明的原理，诸位发明人成功地适配也用于钢丝的定制纤维放置技术。如提及的，那么使用钢丝造成了特别的问题，通过应用本发明克服了这些问题。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于增强抗冲击和/或结构复合部件的增强织物，该增强织物包括非金属载体和至少一根通过线迹保持到所述载体上的钢丝，其中所述钢丝包括一根或多根钢单丝，

其特征在于，

所述一根或多根钢单丝具有大于2000N/mm²的拉伸强度，并且所述至少一根钢丝以曲线轨迹通过线迹保持在所述载体上。

2.根据权利要求1所述的增强织物，其中所述钢丝中的钢单丝的数目是少于一百。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的增强织物，其中所述单丝中的任一根的截面具有凸形，该凸形具有大于0.008mm²且小于1.14mm²的截面积。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的增强织物，其中所述钢单丝具有所述钢单丝的拉伸强度的至少65％的屈服应力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的增强织物，其中所述曲线轨迹局部地具有的曲率半径小于所述钢丝中具有最大截面积的单丝的等效直径的70倍。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的增强织物，其中在该轨迹中在具有小曲率半径的位点处比在该轨迹中在具有大曲率半径的位点处存在更多的线迹/单位长度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的增强织物，其中所述钢丝是可塑性弯曲的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的增强织物，其中所述钢帘线轨迹保持开放，使得聚合物可以穿过所述增强织物。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的增强织物，其中所述轨迹环绕所述载体上的特定区域。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的增强织物，其中所述至少一根线的所述轨迹包括交叉，所述交叉是同一根钢丝的自交叉或两根不同钢丝的交叉。

11.一种复合部件，该复合部件包括嵌入在聚合物基体中的根据权利要求1至10中任一项所述的增强织物

其特征在于，

所述增强织物中的钢丝的数目是小于或等于十。

12.根据权利要求11所述的复合部件，所述结构复合部件包括开口，所述开口被所述至少一根钢丝轨迹环绕。

13.一种生产用于增强复合部件的增强织物的方法，该方法包括以下步骤

-提供非金属载体；

-提供钢丝，所述钢丝包括一根或多根钢单丝，所述钢单丝具有凸截面以及至少1300N/mm²的屈服应力，该凸截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的截面积；

-根据曲线轨迹将所述钢丝缝合到所述载体上；

其特征在于，

所述钢丝在被缝合到所述非金属载体上之前是可塑性弯曲的。

14.根据权利要求13所述的方法权利要求，其中所述弯曲是通过在被供给用于缝合的同时使该钢丝弯曲而进行的。

15.一种生产用于增强复合部件的增强织物的方法，该方法包括以下步骤：

-提供非金属载体；

-提供钢丝，所述钢丝包括一根或多根钢单丝，所述钢单丝具有凸截面以及至少1300N/mm²的屈服应力，该凸截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的截面积；

-根据曲线轨迹将所述钢丝缝合到所述载体上；

其特征在于，

沿着所述曲线轨迹的每单位长度的线迹的数目在具有大曲率半径的位点处降低并且在具有小曲率半径的位点处增加。

16.一种用于汽车的悬挂杯，该悬挂杯包括由纬纱中的纱线保持的经编钢帘线。

17.一种用于汽车的悬挂杯，该悬挂杯包括嵌入在聚合物基体中的增强件，所述增强件包括非金属载体和至少一根钢丝。

18.根据权利要求17所述的用于汽车的悬挂杯，其中所述至少一根钢丝以曲线轨迹通过线迹保持在所述载体上。

19.根据权利要求17所述的用于汽车的悬挂杯，所述悬挂杯具有中心开口，其中所述至少一根钢丝的所述路径环绕所述中心开口。

20.根据权利要求18所述的用于汽车的悬挂杯，其中所述曲线轨迹是呈螺旋的形式。

21.根据权利要求17所述的用于汽车的悬挂杯，该悬挂杯进一步包括纱线，其中所述非金属载体是聚酰胺开放型稀松布，并且其中所述纱线是由聚酰胺制成的，其中所述聚酰胺和所述聚酰胺开放型稀松布两者都与所述悬浮杯的聚合物基体兼容。

22.根据权利要求18所述的用于汽车的悬挂杯，其中所述线迹是双纱线锯齿形线迹。

23.根据权利要求22所述的用于汽车的悬挂杯，其中线迹的数目是约2个/cm。

24.根据权利要求17所述的用于汽车的悬挂杯，其中所述钢丝是具有2300N/mm²的拉伸强度和1518N/mm²的屈服应力的淬火且配分类型的单一单丝。

Claims (15)

1.一种用于增强抗冲击和/或结构复合部件的增强织物，该增强织物包括非金属载体和至少一根通过线迹保持到所述载体上的钢丝，其中所述钢丝包括一根或多根钢单丝，

其特征在于，

所述一根或多根钢单丝具有大于2000N/mm²的拉伸强度，并且所述至少一根钢丝以曲线轨迹通过线迹保持在所述载体上。

2.根据权利要求1所述的增强织物，其中所述钢丝中的钢单丝的数目是少于一百。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的增强织物，其中所述单丝中的任一根的截面具有凸形，该凸形具有大于0.008mm²且小于1.14mm²的截面积。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的增强织物，其中所述钢单丝具有所述钢单丝的拉伸强度的至少65％的屈服应力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的增强织物，其中所述曲线轨迹局部地具有的曲率半径小于所述钢丝中具有最大截面积的单丝的等效直径的70倍。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的增强织物，其中在该轨迹中在具有小曲率半径的位点处比在该轨迹中在具有大曲率半径的位点处存在更多的线迹/单位长度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的增强织物，其中所述钢丝是可塑性弯曲的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的增强织物，其中所述钢帘线轨迹保持开放，使得聚合物可以穿过所述增强织物。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的增强织物，其中所述轨迹环绕所述载体上的特定区域。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的增强织物，其中所述至少一根线的所述轨迹包括交叉，所述交叉是同一根钢丝的自交叉或两根不同钢丝的交叉。

11.一种复合部件，该复合部件包括嵌入在聚合物基体中的根据权利要求1至10中任一项所述的增强织物

其特征在于，

所述增强织物中的钢丝的数目是小于或等于十。

12.根据权利要求11所述的复合部件，所述结构复合部件包括开口，所述开口被所述至少一根钢丝轨迹环绕。

13.一种生产用于增强复合部件的增强织物的方法，该方法包括以下步骤

-提供非金属载体；

-提供钢丝，所述钢丝包括一根或多根钢单丝，所述钢单丝具有凸截面以及至少1300N/mm²的屈服应力，该凸截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的截面积；

-根据曲线轨迹将所述钢丝缝合到所述载体上；

其特征在于，

所述钢丝在被缝合到所述非金属载体上之前是可塑性弯曲的。

14.根据权利要求13所述的方法权利要求，其中所述弯曲是通过在被供给用于缝合的同时使该钢丝弯曲而进行的。

15.一种生产用于增强复合部件的增强织物的方法，该方法包括以下步骤：

-提供非金属载体；

-提供钢丝，所述钢丝包括一根或多根钢单丝，所述钢单丝具有凸截面以及至少1300N/mm²的屈服应力，该凸截面具有在0.008mm²与1.14mm²之间的截面积；

-根据曲线轨迹将所述钢丝缝合到所述载体上；

其特征在于，

沿着所述曲线轨迹的每单位长度的线迹的数目在具有大曲率半径的位点处降低并且在具有小曲率半径的位点处增加。