CN1078128C - 用于制造纤维加强热塑性塑料构件的方法 - Google Patents

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Abstract

在用冲挤方法制造的纤维加强热塑性塑料构件中关系到一个螺钉(1)，其中备有相应的纤维成分。在螺钉(1)的头部(2)和与它紧挨着的杆部(5)的三牙螺纹区域无端头纤维形式的碳素纤维至少近似地平行于螺钉(1)中心线分布，相反在螺纹的其余部分螺纹轮廓附近纤维顺着构件的轴线方向。在芯部在朝向螺钉端部的部分直到自由端为止有一个越来越随机分布的纤维取向。

Description

用于制造纤维加强热塑性塑料构件的方法
本发明涉及一种用来制造纤维加强热塑性塑料构件的方法，这里首先预制成由短的、长的和/或无端的纤维和热塑性塑料组成的毛坯，这个毛坯以一种热成形方法在阴模中在压力作用下完成构件的最终形状；用于制造对拉伸、弯曲和扭转强度有很高要求的由纤维加强热塑性塑料组成的构件的方法，这里首先预制成带50vol％以上纤维成分并至少大部分采用无端纤维和一种热塑性塑料组成的毛坯，这个毛坯以一种热成形方法在阴模中在压力作用下完成构件的最终形状。
由纤维加强热塑性塑料制成的构件大多数用作连接件。用这些构件例如可以代替金属螺钉。恰恰在医学技术的应用中例如骨骼螺钉由纤维加强热塑性塑料制成的螺钉比金属螺钉合适得多，因为它与骨骼是结构兼容的，不会出现耐腐蚀性的问题，与金属螺钉相比重量可以减轻，并且与应用金属相反对常规的药物试验方法没有不利影响。
已知由纤维加强热塑性塑料制成的螺钉和螺杆。其中螺钉毛坯不是通过混合挤出就是通过多组分注塑方法制成。在这种已知的结构(DE-A-4016 427)中采用通过混合挤出制造的圆柱实心棒作为原始材料。对于核心部分在挤出机中制备成带5-10mm的长纤维的热塑性塑料颗粒，对于外围部分在第二台挤出机中制备成带短纤维的热塑性塑料颗粒。从而得到一种带有内部长纤维和外部短纤维同心分布的最终材料。在内核部分的长纤维通过挤出流动过程多数沿轴向分布，在外部的短纤维承担螺纹齿部的剪切力，螺纹牙齿通过紧接着的冷成形，例如借助于螺纹滚压头或者螺纹滤压机制造。通过采用短纤维可以进行这种冷成形，但正是由于这种短纤维结构在螺纹部分的强度值减小了。
在按照DE-T2-68919466的方法中将毛坯放入一个可分开的模具中，并在它里面成形，毛坯冷态放入模具空腔内、加热，扩张并冷却。因此只可能作有限程度的变形，此外这里对纤维方向的排列实际上无法施加影响，或者至少无法施加预先确定的影响。
在按文件US-A-3 859 409的方法中，虽然毛坯是由在真正的模具空腔内的前腔挤出的，但是模具空腔具有比毛坯大的直径。此外，在该已知方法中，毛坯仅仅在其边缘区域和端部区域被成形加工，结果纤维的有目的的取向只能有限地得到实施。
由EP-A-0 376 472已知一种热塑性复合板材料，它被成形为准各向同性的，可容易地在模具中压制，以制造出具有复杂形状的复合物品，例如高尔夫球棒杆头。在该已知的复合板材料中，纤维取向的控制既没有考虑也无法考虑。
此外，在EP0 373 294 A3中介绍了一种用于制造螺钉状纤维增强紧固件的方法。按此方法，为了制造最终产品，将由纤维增强的塑料制成的杆状毛坯放入一个阴模中，在那里加热，接着在加压条件下使其与阴模的形状吻合。这里涉及的是用于螺纹滚压或模锻的方法，因为毛坯只发生了局部变形。此纤维增强塑料制的毛坯的纤维为无端纤维，它们只在毛坯的外部区域在径向上沿阴模发生变化。在该方法中，轴向的纤维取向只出现在外边缘处，因为纤维在那里沿径向贴靠在阴模上。因此，由于毛坯上的绝大部分已经处于最终产品的最终位置处，所以此部分的纤维定向在成形过程中没有改变。
本发明的目的在于：创造一种制造纤维加强热塑性塑料构件的方法，用这种方法可以与构件的应用目的最佳地相匹配。其次本发明的目的在于：创造按本发明方法制造的构件，用这种构件可以以特别的方式使力的传导和分布以及刚性与构件相配件的特性相匹配。
因此按本发明的第一方法设想：首先在加热阶段将毛坯加热到热成形温度，然后通过冲挤压入阴模。分布在毛坯整个横截面的纤维可由随后的冲挤方法完全有目的可控制地定向和分布。按此方法制成的构件的纤维分布和取向由此特别地表征出来并且与生产过程的参数有关。通过这种冲挤可附加地控制纤维取向，由此可对于相应构件长度得到不同的强度值。
在按本发明的第二方法时，使用超过50vol％的无端纤维，首先在加热阶段将毛坯加热到热成形温度，然后通过冲挤压入阴模。正好在采用大密度无端纤维时待制构件的刚度和强度可以完全有目的地加以控制，特别是在形状复杂的构件时最佳的纤维分布和一定范围内最佳的纤维密度的可精确预先设算性起着有利作用。
其次建议：毛坯预制成棒料并在热成形方法以前切割成对于最终构件所要求的长度。对于最终构件必需的坯料由预制好的棒料切割而成，并接着进行热成形。可考虑与金属零件类似的冲挤方法。
通过采用其长度至少相当于最终构件的毛坯长度的无端纤维，还可以达到更高的刚度和强度。
也可以设想，毛坯由沿其纵向分布的，不同方向的纤维层加工成形。通过按本发明的方法的有利的发展还可以包含无数新的应用领域，因为始终向着完全专门的应用目标努力工作对于待制构件可以达到预先可准确确定的强度和刚度。
与此相关也可以使毛坯由一种以上聚合化合物，例如以多层的，带不同基体材料和不同配置和/或不同体积百分比含量和/或不同纤维材料和/或不同长度的纤维加工成形。用这种措施也可以实现与待制构件的最终要求的准确匹配。
根据这个关系，如果毛坯通过推挽冲挤方法形成最终构件，也可能是有利的。从棒料上切下来的毛坯放入相应的冲挤模内成形。亦即采用所谓的按DIN8583的挤出方法。在推挽冲挤方法时毛坯在阴模内多次往复运动形成最终构件。正好是在制造条形或板形构件时这种方法起着特别有利的影响。
与金属材料的冲挤或推挽冲挤相反这里作为显著区别的特征是，在冲挤或推挽冲挤方法时毛坯在加热阶段加热到例如350-450℃的成形温度，然后压入阴模，在这里的复压阶段时冷却到热塑性塑料的玻璃转变温度以下(假如143℃)。对于纤维强化热塑性塑料的处理采用不同于金属零件时的已知冲挤方法，作为毛坯不是在室温下，而是在基体材料的熔化或软化温度之上加工成形。
其次在用热成形方法时采用碳或石墨作为脱模剂有好处。显然迄今为止在热塑性塑料成形时没有用过这种材料作为脱模剂。这里得到一个额外的特殊优点，例如石墨与其他对于塑料常用的涂层或脱模剂相反是生物相容的，使得正好是医学领域内的构件与此相适应。其次按本发明的方法的有利的发展设想，加工由碳素纤维加强的PAEK(聚-芳基-醚-酮)。实际表明，通过应用这种材料这样制成的构件的拉伸强度平均约比同样的钢质构件的拉伸强度低30％。但是对于那种由纤维加强热塑性塑料制成的构件的应用领域这已经远远大于足够的强度，因为始终需要注意这种构件应该与那种材料配合应用，正是在医学技术应用中，例如在骨骼螺钉或者板类或夹板构件时有一个适当的断裂力(强度)就完全足够了，因为这种构件已经具有骨头所具有的断裂力(强度)的将近三倍。
其次，作为本发明两个方法的有利的发展设想，至少有一部分纤维在毛坯中平行于轴线分布。但是也可以设想在一部分纤维中具有0°至90°的取向。特别在制造细长构件时，例如螺钉形状或者带状配件时，由此得到对于必要的强度范围的特别的匹配可能性。由带平行于轴线分布的纤维组成的毛坯制成的螺钉的弹性模量相应地比较高，这种螺钉有增强刚性的趋势。实际表明，通过采用冲挤方法可以相对于毛坯中纤维分布而言改变纤维的分布，使通过毛坯中特殊的纤维取向可以(得到)附加的匹配参数。
作为按照本发明的两个方法的进一步有利发展，可以采用长度大于3mm的纤维。在各种已知的用来制造相应构件的纤维加强热塑性塑料中通常采用短纤维或长纤维，应用大于50vol％高纤维成分的无端纤维加上热成形一起得到一个最佳的可能性；对待加工构件的任意一个部位的强度性能适当地加以控制，使得可以达到预期的局部刚性。
作为按本发明两个方法的进一步有利发展，在冲挤时纤维表面被覆盖地由基体材料所包围。因此通过冲挤制造的最终构件也不必再进行后续加工，因为整个表面实际上已经被覆盖了。
作为按本发明两个方法的进一步有利的发展也可以，构件在热成形时包含一个附加的表面覆盖。通过成形工具内的热影响或相应的附加手段、例如涂层或脱模剂可以达到制造构件的附加表面覆盖。
通过按本发明的方法得到不同的可能性，对制造过程加以控制。因此按本发明方法所制构件的特征在于：具有通过一个预先确定的纤维分布而预定的局部刚度和强度的范围。例如，最大拉伸强度在高的成形速度和毛坯温度时制造的构件中达到。相反在考虑扭转强度时当采用相对较低的成形温度和速度时，则获得最大值。恰好在由纤维加强热塑性塑料组成的构件的制造过程中通过本发明的方法创造了一种可能性：与一个专门应用目的的构件相匹配，这里也完全可以使一道工序例如由两个或两个以上不同成形速度的阶段组合而成。
通过与构件形状和应用场合的匹配，可预先确定的纤维分布可以关于其纵轴方向、直径、厚度、构件形状，或者在构件内中断、沟槽凹陷等等处设置不同纤维取向或不同纤维分布区域。这种构件可以以特别的方法与专门的应用目的相匹配。对于这样的构件力的传递和分配可以更好地与和这个构件的相配件的特性相匹配。这特别地适合于医学技术，例如在骨头螺钉或者医疗装配件和紧固带等等时，但是也可以在机械制造、电气或电子应用或建筑技术领域内的其他应用场合中。
因此这个构件做成一个带有装工具的夹持端和一个螺纹杆的连接件，并且连接件的刚性通过从夹持端到自由端不同纤维取向而加以改变，也是有利的。正好在可用于骨头部分的构件时与骨头自然结构相匹配使得可以创造一种轻的、无磁的、伦琴射线透视的和生物相容的连接元件。与大多数常用的金属螺钉相反可以通过纤维组织和纤维分布的匹配创造一种真正有效的构件。
其次，作为按照本发明构件的有利发展建议，纤维从夹持端起直至超过紧挨着它的螺纹部分至少近似地平行于构件中心线分布，相反在螺纹的其余部分螺纹轮廓的表面附近纤维沿构件轴线方向分布，但是在这一部分有一个直到自由端越来越随机的纤维取向。因此正好在做成螺钉的构件的夹持部分和与之紧挨着的螺纹部分具有最大的强度，相反拧入骨头内部区域的螺纹部分具有较小的拉伸强度，因为正好在这个部位也不能承受拉伸力。
在按本发明构件的进一步发展中，其优点是：构件刚性通过不同的纤维取向从夹持端起直至自由端止分级地或者连续地降低。因此恰好通过由按照本发明的制造方法和当然也由成形速度得到的纤维分布可以达到与构件应用场合的准确匹配。
其次建议，在构件内最少设置一个盲孔或通孔，例如用于采用旋转工具或者执行紧固措施。通过这种结构使得可以在那种螺钉型构件拧入时，特别是在也许必须拧出时施加相应的扭转力。在通孔等等时即使对于平板类构件也得到一种优良的结构，因为例如围绕孔的部分可以以特别的纤维取向得到加强。根据这个关系，如果盲孔或者通孔在制造构件时就同时成形有好处。这里正好是在热成形方法时得到特别的附加可能性，以使在成形过程中同时形成用于旋转工具的相应盲孔或通孔。
如果构件做成用于医疗领域的组织兼容的皮质或海绵质螺钉，那末对于按本发明的构件得到了一个特别的应用领域。
构件的另一种实施例设想为，把它做成带有一个或几个通孔和/或突出于其纵向和/或侧向边界的凸起部分的带状或板状装配件，其中在其整个长度和/或宽度和/或直径上的刚度和强度可以预先确定。通过本发明的方法可以制造任何类型特殊结构的构件，其中也可以与完全确定的部分的必要的强度和刚度相匹配，因为纤维的取向和密度可以预先确定。
根据这个关系作为有利的发展设想，做成装配件的构件通过在通孔和/或突起部分区域纤维的致密布置在通常削弱的区域具有和构件的其他区域相同的强度和刚度。每个构件都可以设计成这样，使它不再具有削弱部位，使得即使对于非常特殊的应用场合在所有部位都可以达到必要的强度和刚度。
因此，如果构件做成人造骨板，例如和皮质或海绵质螺钉一起应用，对于那种可匹配的强度和刚度简直是最佳的。
在下面的叙述中借助于图中所示的实施例对本发明的其他特征和特殊优点还要作进一步阐述。附图中：
图1一个杆状毛坯的局部视图，局部剖开，以显示包含的无端纤维的0°取向；
图2一个螺钉形的构件，其中示意表示了螺钉内纤维取向的分布；
图3关于作为连接件的构件在其长度上刚度分布的图表；
图4用以制造构件的、带加温区的、一种可能的熔化冲挤工具的原理草图；
图5冲挤工具另一实施形式的示意图；
图6用推挽冲挤方法(Gegentaktpressverfahren)制造构件的原理草图；
图7用推挽冲挤方法制造的、特别地可以用作人造骨板的构件的顶视图。
在本发明方法以及按此方法制造的构件的下述说明中从以下假设出发：构件(按图1至5)是一个连接件，尤其是螺钉，它特别是应用于医药技术中，假如作为皮质或海绵质螺钉，或者构件(按图6和7)是一个装配件，尤其是和上述连接件共同起作用的人造骨板。当然这里也包括其他由纤维加强热塑性塑料组成并按本发明的方法制造的构件。这里这些构件的应用不仅仅局限于医药技术。完全可以设想这些构件也可以应用于其他领域，例如机械制造、电子技术、宇航技术，高层建筑或地下建筑等等。构件也不是始终只将制成连接件(螺钉)的形式，而是可以采用具有完全不同设计结构的构件，例如夹板或者平板。为此例如也可以设想，通常完全不制成自攻螺钉的纤维加强热塑性塑料构件配上相应的钻削部分，在必要的情况下它同样由生物相容材料制成，但是也可以做得在钻孔过程结束后能很方便地去除。也许在不同的应用场合那种去除是完全不必要的。同样借助于纤维加强热塑性塑料作为例子加以阐述，它用具有体积成分大于50％的无端纤维制成。但是用本发明的方法可以良好地加工仅仅包含短纤维或长纤维或者短、长和/或无端(endlos)纤维的混合物的纤维加强热塑性塑料。按本发明的方法也可以有效地用于毛坯中的纤维成分低于50vol％时的情况。
附图中所示的、螺钉1形状的连接件主要由头部2、用于传递来自旋转工具的力的夹持部分3和具有螺纹的杆5组成。正如由图2可以看到，对于螺钉1特别关系到无端纤维6分布的问题，通过在结构范围内有目的地安排纤维的方向，螺钉1提供局部范围的有目的地调整的刚性，因此正是在用作皮质螺钉时其刚性可以和骨骼的自然结构相匹配。通过选择热塑性塑料和碳素纤维的复合可以创造一种轻的、伦琴射线透视的和生物相容的连接件。这种螺钉的特殊优点在于：刚度和刚度梯度比常用的金属螺钉更好地和骨骼的自然结构相匹配。通过纤维组织保证更好的力的分布，也就是说不再仅仅是开头三牙螺纹承受载荷。其次连接件不影响通常的医学试验方法，因为它是无磁的和伦琴射线透视的。这是常用金属植入物，其中也包括连接杆的特别的缺点。它可以使现代诊断方法，例如计算机断层扫描或者核自旋断层扫描，变得毫无价值。
由于连接件的调整特性只有在较长的时间以后才有望拧开。当连接件做成皮质螺钉时螺钉可以利用保留的剩余强度在拧过头以后重新拧出来。
正如已经说明过的，在普通的机械制造中连接件可以用在腐蚀性的环境中，特别是在要求高强度，在较小的重量时达到规定的强度的地方。这里超过三牙螺纹受力也是决定性的(因素)。
图2所示的带头部2的皮质螺钉可以固定其他不同的元件，例如人造骨板。夹持部分假如可以做成内六角。但是也完全可以想象，选择另外的夹持或嵌接形式，例如四边形孔，内星形孔或者十字槽。
为了用碳素纤维加强的PAEK(聚-芳基-醚-酮)制造皮质螺钉(例如具有3mm的芯部直径)，采用变型的冲挤方法，如在金属加工中众所周知的。也可考虑一种特殊的变型，采用碳素材纤维加强的PEEK(聚-醚-醚-酮)。螺钉的纤维取向分布和机械性能表明了它的特性，并与制造方法的过程参数相关。
冲挤方法制造的螺钉的断裂载荷在3000和4000N之间的范围内，最大扭矩在1和1.5Nm之间，其中最大扭转角按ISO标准6475达到370°。螺钉从头到尾具有越来越小的弹性模量，以对于骨骼的均弹性作为其特征。
自然界在它的构造中经常应用纤维加强原理。因此出于结构相容性的理由医药植入物同样做成纤维混合物零件有好处。特别地在人造骨技术领域需要开发(新的材料)，以便用由纤维混合物材料制成的较不坚硬的植入物代替常用的钢质人造骨板。恰恰与人造骨板相关本发明的结构显示出优越性。与常用的钢质植入物相比那种人造骨系统具有无数优点。一方面是具有对于骨骼的均弹性，因此在骨骼内可以有一个匹配的载荷导入，另一方面是可以伦琴射线透视和核自旋断层扫描。其次通过本发明的措施及以用成本较低的热成形方法加工。再加上这样的事实，这样制成的构件不存在镍过敏反应的问题。
在这个领域的试验断定，只是在采用由碳素纤维加强的热塑性塑料制成的骨螺钉和与此相关地通过按本发明的制造方法才能创造出一种最佳方案。在这里所开发的冲挤方法的基础上制造碳素纤维加强的PEAK骨螺钉，并以此为特征。
在金属零件冲挤时通常工件在室温下借助于一个冲模压入一个模具内。因此这属于所谓的按DIN8583的挤出方法。对于纤维加强热塑性塑料的加工这个方法作如下的改变：作为毛坯件不是在室温下，而是在超过基体熔化温度时成形。
用具有纤维体积含量超过50％，最好是60％的碳素纤维加强的PAEK圆杆7(图1)作为制造螺钉的毛坯，其中关于纤维取向采用两种不同类型的毛坯，一种是具有完全平行于轴线的纤维取向的毛坯，另一种是具有0和±90°之间纤维取向的毛坯。
挤压温度和挤压速度作为一个变量来调整以改变纤维在完工构件中的位置和走向。毛坯件在加热的冲挤工具8内(加热阶段)加热到成形温度(例如350°-450℃)，这里加热也可以在相互连接的两个加热阶段9和10(图4)中进行。毛坯7进入第一加热阶段9，在那里相应地预热，在阶段10内继续加热，然后在阶段11的范围内在阴模中成形。借助于冲模12将毛坯7压入阴模(成形模)13内，并在那里得到最终的形状。其中冲挤速度可以在2到80mm/s的范围内。根据不同的试验冲挤压力大致为120MPa。在紧接着的复压阶段(冲挤压力大致为90MPa)模具用压缩空气冷却至PEAK的玻璃转变温度(143℃)以下。在冲挤工具打开之以可以取出加工好的皮质螺钉。
根据对这样加工出来的螺钉的后续分析表明可以总是达到最佳值。这来自于高的纤维成分、应用无端纤维和制造螺钉的完全专门的热成形方法。如由图2可以看到的，螺钉1头部2区域的纤维绝大多数指向螺钉轴线方向。在螺钉尾部区域在边缘部分纤维沿着螺纹轮廓(也就是螺纹走向)，而在芯部纤维取向呈随机分布。
关于机械性能可以确定，皮质螺钉拉伸强度的平均值约为460N/mm2。在高的成形速度(约80mm/s)和高的毛坯温度(约400℃)时制造的螺钉达到最高的拉伸强度。由平行于轴线的纤维取向的毛坯制造的螺钉其扭转强度平均比由0°-±45°纤维取向的毛坯制成的螺钉高18％。在相对来说低的温度(380℃)和低的成形速度(2mm/s)时制成的螺钉测得(扭转强度的)最大值。在螺钉纵向弹性模量不是常数，而是朝向尾部强烈地减小。弹性模量在5和23GPa之间变化，其中由带0°纤维取向的毛坯制成的螺钉有增强的趋势，这也可以由按图3的示意图表清楚地看出。由图表曲线表示的刚度朝向螺钉头的方向越来越增加，其中正好在带螺纹的杆部5的长度的一定范围内这条曲线有一个转折点。正好在这个区域，正如由图2也可以看到的，在芯部平行于轴线的纤维取向终止区。
以皮质螺钉为例子表示，通过长纤维加强的热塑性塑料以热成形方法冲挤也可以制造具有复杂几何形状的构件。纤维取向的分布作为决定机械性能的量可以通过适当选择毛坯中的纤维取向在一定程度上加以控制。其他试验的过程参数(成形速度和成形温度)对冲挤结果影响较小。
冲挤成形的PAEK纤维加强螺钉的拉伸强度平均比类似的钢螺钉约低30％。3200N的平均断裂力对于用于人造骨是足够了，因为相应的螺钉在800-1300N的拉伸力时就会从骨骼中拔出来了。
ISO标准6475对于类似尺寸的钢螺钉要求至少具有4.4Nm断裂据矩和180°扭转角。这些数据用纤维加强热塑性塑料螺钉无法满足(最大1.3Nm)。不过试验表明，这样可以排除拧入骨骼时螺钉拧过头，因而断裂的情况，因为骨骼内的螺纹在扭矩为约0.8Nm时就损坏了。在初次失效后剩余强度的缓慢下降使即使是在断裂以后也允许将损坏的螺钉从骨头中拧出来。
带5到23GPa之间的弹性模量的冲挤成形的皮质螺钉其弹性性能和骨骼相仿。其刚性在纵向朝尾部明显地逐渐减小(下降的刚度梯度)。因而在拧入状态螺钉的刚硬部分(头部)在皮质附近，从而在所处理骨骼的最硬部位。以这种刚度分布可以达到完全与骨骼组织相匹配的力的传递。
用本发明的在此所述的方法第一次创造了这样的可能性，用热成形方法制造具有特殊结构螺纹、头部和形状等的纤维加强热塑性塑料构件，并通过材料特性，特别是准确的纤维取向，达到与应用场合相容的结构。
在上面的叙述中从实际上仅仅在一个方向起作用的冲挤方法出发。这里毛坯加热到相应的温度(糊状和蜂蜜状的流动状态)，然后压入阴模13中，也可以的是，恰恰在制造带形、夹板形或板形零件，但是也可以在螺钉形或其他的连接件和其他形状零件或一定结构的螺栓等等时应用推挽冲挤方法。这样可以在通过多次来回挤压，也就是通过一次或几次挤压方向的反向的情况下达到预期的纤维取向和纤维分布。有关的其他细节将借助于图6和7作进一步阐述。如果在相应的零件中例如设有盲孔、通孔、凹陷或特殊的造型，那末推挽冲挤方法就正好具有特别的意义。这样可以对纤维的特殊分布起影响，并因而使特制构件在需要特别加强的地方得到特别的加强。
采用碳或石墨作为应用本发明方法的涂料。迄今为止实际上这种涂料或脱模剂(Trennmittel)仅仅用于金属领域而没有用于塑料。这里得到一个额外的优点，因为石墨和塑料的常用脱模剂相比是生物相容的。
图2中设有一个在轴线方向看仅仅是很短的、用于夹持部分3的孔。也可以的是，设置一个比较深的盲孔，但是也可以是一个轴向贯通的孔，以便装入一个相应的旋转工具。因此可以额外地对于现有的扭转强度数值克服更高的拧入力矩，因为相应的工具可以装入比较长的插入孔内。因为按本发明的冲挤方法时进行这种螺钉的制造，可以毫无问题地实现这种额外的造型。
正好在夹板或平板时同样可以设置通孔、凹陷、盲孔等等，它们特别地由纤维所包围。
在按图2的螺钉1中或者用于其他场合的其他相应构件中可以观察到纤维取向的基本差别。通过按本发明的方法的措施可以对于每种特殊的应用目的在加工完的构件内具有一个最佳的纤维取向。特别是在大于50vol％的高纤维成分时和采用无端纤维时在许多技术领域，特别是在连接件领域和医药技术领域得到特别有效的方案。
图6中以示意图表示推挽冲挤方法，其中可以看到先后衔接的方法步骤1至IV。在工步1中毛坯7置于加热阶段(第9、10部分)，在那里加热到成形温度。在工步II中毛坯沿箭头方向16压入阴模13。在工步III中成形过一次的毛坯再次在相反的方向(箭头17)压回来，然后在工步IV中已经成形两次或多次的毛坯最终压缩成完工构件、冷却然后取出。
借助于插入阴模13或穿过它的杆子15可以制造带通孔14的构件，这里恰好通过推挽冲挤方法毛坯多次被挤压经过这个杆子15。这里得到一个完全特别的纤维6分布，正如在图7中可以看到的。在存在突出于做成装配件18的构件的纵和/或侧边界的凸起时，产生同样的或类似的效果。在通常削弱的部位A得到较密的纤维6布置，使得在这个部位得到和这个构件的其他部位B同样的强度和刚度。
对于人造骨板以这种突出的方法得到构件的这样的结构，它可以例如和按本发明的方法制造的螺钉配合应用。当然生物相容性的优点也同样适合于这种板。这里除了强度和刚度无论如何不及迄今为止主要采用的不锈钢板以外。
在推挽冲挤方法时可以有不同的附加参数，通过它们可以进一步改善纤维分布的预先可确定性，以及因此强度和刚度与构件结构的匹配。例如可以调整节拍和推挽次娄、节拍长度、节拍速度、压力和背压。工步II和III可以随意重复，其中每个节拍或者推挽可以重新选择节拍行程长度。在工步IV时构件的定心不一定需要进行。在工步II至IV中所有参数可以任意改变。
在用这种方法时无端纤维不能过份受力，使它不致多次曲折。纤维走向非常集中的部位和纤维均匀分布的部位的过渡是平滑的。本方法与层合技术(Lamiertechnik)相反允许制造非薄板形构件。也可以制造往常只能用注塑方法制造的几何形状。这里通过本发明甚至可以达到高得多的强度。从而也可以制造带孔、后续切削加工等等的构件。也可以这样地优化纤维取向，使它的能力，例如机械性能，可以得到充分的利用。本方法允许适合于无端纤维加强的混合加工。在一个构件里同时存在带同位素和反同位素性能的区域，而不存在边界面。因为边界面和接缝也是削弱部位，通过本发明也可以减小构件对疲劳的敏感性。
对在此所述的推挽冲挤方法也可以设想其他的方案。例如节拍过程可以不仅在一个方向进行，而是应用两或三个轴线。其次可以设想，图6中所示的杆子正好在毛坯和匀以后，也就是在一个或几个工步II或III以后插入。也可以设想，毛坯在前一个工位中经过一次或几次成形已经均匀化。
也可以采用由在其纵向分布的不同取向的纤维层组成的毛坯，也可以设想采用由一种以上聚合物混合物制成的毛坯(也包括由预制任意截面形状的棒料和加工而成)，在这种情况下毛坯可以由多层不同基体材料和不同组织和/或不同体积成份和/或不同纤维材料和/或不同长度的纤维组成。如果采用无端纤维，那末它通常至少具有相当于毛坯7的长度，就如它与完工构件相匹配地从棒料上切下来的一样。

Claims (16)

1.用于制造纤维加强热塑性塑料构件的方法，其中首先预制成由短的、长的和/或无端纤维(6)和热塑性塑料组成的毛坯(7)，毛坯(7)用热成形方法在压力作用下在阴模中形成构件的最终形状，其特征在于：毛坯(7)首先在加热阶段加热到成形温度，然后通过冲挤方法压入阴模(13)中。
2.按权利要求1的方法，其中纤维成分超过50vol％并且至少大部分采用无端纤维，构件受拉伸、弯曲和或扭转载荷。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于：毛坯(7)预制成棒料，并且在热成形以前切割成对于最终构件所要求的长度。
4.按权利要求1或2的方法，其特征在于：无端纤维(6)采用至少相应于对于最终构件的毛坯长度的长度。
5.按权利要求1或2的方法，其特征在于：毛坯(7)由沿其纵向分布的不同取向的纤维层成形加工而成。
6.按权利要求1或2的方法，其特征在于；毛坯(7)由一种以上聚合物混合物、多层具有不同基体材料和不同组织和/或不同体积百分比含量和/或不同纤维材料和/或不同长度的纤维成形加工而成。
7.按权利要求1或2的方法，其特征在于：毛坯(7)用一种推挽冲挤方法成形加工成最终构件。
8.按权利要求1或2的方法，其特征在于：毛坯(7)在加热阶段加热到350°-450℃的成形温度，然后压入阴模(13)内，在这里在复压阶段中进行冷却到热塑性塑料的玻璃化转变温度143℃以下。
9.按权利要求1或2的方法，其特征在于：在热成形过程时采用碳或石墨作为脱模剂。
10.按权利要求1或2的方法，其特征在于：毛坯(7)由以碳素纤维(6)加强的聚-芳基-醚-酮加工而成。
11.按权利要求1或2的方法，其特征在于：在至少有一部分无端纤维(6)时它在毛坯(7)中平行于轴线分布。
12.按权利要求1或2的方法，其特征在于，在至少有一部分纤维(6)时它在毛坯(7)中具有0°到90°的走向。
13.按权利要求1或2的方法，其特征在于，纤维(6)具有大于3mm的长度。
14.按权利要求1或2的方法，其特征在于，在冲挤时纤维表面被覆盖地由基体所包围。
15.按权利要求1或2的方法，其特征在于，挤压温度和挤压速度作为一个变量来调整以改变纤维在完工构件中的位置和走向。
16.按权利要求1或2的方法，其特征在于，在热成形时构件得到一个附加的表面覆盖。
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