CN108025467A - 热固性复合材料制成的诸如管的空心型材构件和对应方法 - Google Patents

热固性复合材料制成的诸如管的空心型材构件和对应方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于将热塑性端部配件(4、5)包覆模制到由热固性复合物制成的空心型材构件(1)上的方法，并且涉及包括热固性型材构件(1)和热塑性端部配件(4、5)的组件，该方法包括以下步骤：在注射区域上机加工由热固性复合物制成的型材构件(1)的形状；将塞子(2、3)定位在型材构件(1)中；热调节型材组件(1)和塞子(2、3)；用热塑性复合物注射端部配件(4、5)以便产生型材构件(1)、塞子(2、3)和端部配件(4、5)的接合部。

Description

热固性复合材料制成的诸如管的空心型材构件和对应方法
本发明涉及由优选由碳素纤维组成的热固性复合材料形成的诸如管的空心型材构件(profile member)，由热塑性材料或由热固性复合材料形成的端部配件被包覆模制(overmold，二次模制)在该空心型材构件上，以形成诸如连杆的部件(piece)，并且在该情况下，两个端部将被包覆模制。
这种类型的部件在牵拉和压缩方面而且在扭转振动和温度方面经受显著的力，特别是在连杆用于工业部门和航空部门的情况下。因此，需要型材构件与包覆模制的端部配件之间的连接(link)足够强。对于最大直径或宽度为15mm的型材构件部段，在温度梯度高达140℃的情况下其必须承受的牵引力大于1公吨。这两种材料(热固性碳和热塑性塞子和端部配件)具有不同的膨胀系数，并且温差引起两种材料分离的风险，并且因此引起事故风险。
已知一种用于化学焊接两个热塑性部件的方法，如在专利DE 10 2012 021 493中所述的，其中热塑性部件被加热并压在一起，以便在两个部件之间产生化学焊接区，甚至热再成形这两个部件以便产生使得能够一起增加两个部件的强度的浮凸部(relief)。然而，该方法不适用于无法再成形并且无法与热塑性塑料混合以产生化学焊缝的热固性管。
本发明的目的是提出使得能够解决这些问题的组件和用于制造组件的方法。
根据本发明的用于将热塑性端部配件包覆模制在由热固性复合物制成的空心型材构件上的方法具有如下步骤：
在注射区上对由热固性复合物制成的型材构件的形状进行机加工，
将塞子定位在型材构件中，
热调节型材构件和塞子的组件，
用热塑性复合物注射端部配件以产生型材构件、塞子和端部配件的接合部。
该方法很简单，这是因为该方法需要很少的步骤，但是该方法使得能够获得可以承受较强的牵引、压缩、温度梯度并且具有不同膨胀系数的材料的组件。塞子的长度将优选大于或等于注射区的长度，以便承受施加在型材构件的壁上的注射压力。型材构件将能够由热固性碳制成(拉挤成型或不拉挤成型)。型材构件例如将能够根据如在专利EP 1774216中所述的拉挤成型方法产生。对型材构件的外部执行机加工，但是也可设想对内部的第二机加工。端部配件的形状将适于允许与外围连杆结构耦接。型材构件的形状的机加工将允许型材构件和端部配件的机械连接，并且实际上，由于与热塑性塑料不同，热固性型材构件不能变形，所以型材构件上的机加工形状将使得能够保持端部配件。
有利地，该方法包括在注射区中对型材构件进行化学处理的步骤。在型材构件的机加工之后型材构件的机加工部分中的这种化学处理可以包括使用溶剂、粘合剂或润湿剂。这种处理将改善型材构件与端部配件之间的连接。
可选地，该方法包括在注射区中对型材构件进行激光处理的步骤。
根据第一变型，塞子的定位直接在型材构件上完成。塞子在其布置在注射工具中之前被布置在型材构件中。在这种情况下，塞子将优选具有外围凸缘。
根据第二变型，通过将塞子定位在注射工具中且然后通过将型材构件安装在注射工具中来完成塞子的定位。在这种情况下，塞子将能够是空心的并且具有螺纹以被保持在工具中，并且然后将足以围绕塞子插入型材构件。
塞子例如将能够由诸如热塑性塑料的聚合物材料制成，由诸如铝或钛的金属材料制成，以及由两者的组合制成。
本发明还涉及包括内径为D1且外径为D2的由热固性复合物制成的空心型材构件并包括热塑性端部配件的组件，该组件包括布置在型材构件内的塞子，并且型材构件包括型材构件的端部处的机加工部分。该组件将特别能够是由空心型材构件形成的连杆，该空心型材构件可以具有管状形状(具有向外展开的形式或不向外展开的形式的圆形、正方形、矩形、三角形轮廓等)，并且热塑性端部配件(复合的或不是复合的)包覆模制在该空心型材构件上。塞子被布置在型材构件中且位于包覆模制侧上，以便防止型材构件被填充。塞子的外部轮廓的至少一部分与型材构件的内部轮廓互补且具有基本相同的尺寸，以便塞住塞子。塞子的长度大于或等于包覆模制的型材构件的包覆模制部的长度以及端部配件的长度。因此，塞子具有封闭型材构件以及吸收在注射期间施加在型材构件的壁上的径向力的双重功能。型材构件因此保持大部分是空的，这使得有可能获得重量轻、成本降低的部件，这是因为材料较少。型材构件将能够由热固性碳形成并且能够通过拉挤成型获得。
根据具体的规定，型材构件的机加工部分被穿透。这些孔将允许热塑性材料进入型材构件中直到到达塞子，这改善了组件的强度。在这种情况下，型材构件的内部机加工是有利的，这是因为热塑性材料与型材构件的接触表面更大。
根据第二变型，型材构件的机加工部分具有圆形沟槽或凹槽(螺旋形或非螺旋形)。这些沟槽将能够具有不同的轮廓：V型、正方形、五边形、圆形等。还有可能提供单个空隙(void)。
根据第三变型，型材构件的机加工部分已经接受了激光处理。激光处理使得能够形成尺寸非常小的条纹(stration)。
能够在型材构件的机加工部上形成额外的化学连接。
根据具体的特征，塞子在其长度的一部分上具有比型材构件的内径D1更小的外径d1。这在型材构件和塞子之间留出空间，如果型材构件被穿孔，则热塑性材料将能够进入该空间，或者在该空间中，型材构件将能够在热塑性材料的注射期间经历轻微的变形。
根据另一具体的特征，塞子的外围边缘具有的直径d2大于型材构件的外径D2。这允许塞子保持到型材构件的边缘上并且避免在热塑性注射期间被压入型材构件中。
塞子可以具有尺寸小于型材构件的内部的尺寸的部分，并且在这种情况下，该塞子将在注射期间被保持在注射工具本身中。
在阅读下文中通过附图示出的示例时，其他特征也将向本领域技术人员显现出，附图通过示例的方式给出：
图1是根据本发明的型材构件的第一示例，
图2表示根据本发明的型材构件的第二示例，
图3是根据本发明的型材构件的第三示例，
图4是根据本发明的注射前的组件的第一实施例的横截面，
图5是根据本发明的注射前的组件的第二实施例的横截面，
图6是注射后的图4的组件的局部横截面图，
图7是注射后的组件的横截面图。
图1中所示的型材构件1是由热固性复合材料(例如，热固性碳)制成的通过拉挤成型形成或不通过拉挤成型形成的空心管，其中端部被机加工成具有孔10。这些孔10将允许热塑性材料进入型材构件1中。
在图2中，型材构件1具有带有沟槽11的端部。具有沟槽的部分的长度l将优选具有与热塑性材料注射区13基本相同的长度。
在图3中，型材构件1具有带有微凸体(asperity)12的端部，并且微凸体将能够通过机加工或通过激光形成。微凸体的区域将优选具有与热塑性材料注射区13基本相同的长度l。其他形式的表面也是可能的。
图4示出具有第一类型的塞子2的由热固性复合材料制成的型材构件的横截面，第一类型的塞子2由热塑性材料或金属材料或两种材料的组合制成，在对应于包括机加工端部或具有沟槽或微凸体的型材构件1的部分的注射区13下面插入型材构件1中。塞子2包括端部20，该端部的直径d0基本等于型材构件1的内径D1，以便确保型材构件1相对于将通过塞住开口注射的热塑性材料的密封性(seal-tightness)。在此，塞子2将通过注射工具被保持在型材构件1中，例如通过内螺纹(未表示)。在型材构件1和塞子2之间仍有空间15。
在图5中，这是具有第二类型的塞子3的由热固性复合材料制成的管的横截面，第二类型的塞子3由热塑性材料制成或由金属材料制成或由两种材料的组合制成，具有直径d0基本等于型材构件1的内径D1的端部30以及直径d2大于所述型材构件1的外径D2且支承在其端部14上的外围边缘31。外围边缘31将塞子3保持在型材构件1的端部。在型材构件1与塞子3之间保持有空间15。
图6示出在注射了形成端部配件4的热塑性材料后的具有第一类型的塞子2的图1的型材构件1的局部横截面。热塑性材料进入孔10中以填充空间15，这允许端部配件4更好地附着在型材构件1上。
图7是在注射了端部配件5后的具有第二类型的塞子3的图1的型材构件的横截面。已经在机加工部分中围绕型材构件1模制了形成端部配件5的热塑性材料。
根据本发明的方法的实施如下进行：从型材构件1开始执行机加工，诸如图1至图3的型材构件，然后将塞子2例如通过拧紧到注射工具的元件上而插入注射工具中，然后将型材构件1插入注射工具中(如在图4中所示)，或者将塞子3布置在型材构件1中(如在图5中)以便随后将塞子布置在注射工具中，然后在所述注射工具中热调节型材构件1和塞子2或3的组件，然后将热塑性材料注射到具有端部配件4或5的形状的模具中。取决于型材构件的机加工的形式，热塑性材料将进入孔10或沟槽11中，或进入微凸体12之间。
显然，将在型材构件1的每个端部处形成端部配件以形成连杆。

Claims (10)

1.一种用于将热塑性端部配件(4、5)包覆模制在由热固性复合物制成的空心型材构件(1)上的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在注射区(13)上机加工由所述热固性复合物制成的所述型材构件(1)的形状，
将塞子(2、3)定位在所述型材构件(1)中，
热调节所述型材构件(1)和所述塞子(2、3)的组件，
用热塑性复合物注塑所述端部配件(4、5)以形成所述型材构件(1)、所述塞子(2、3)和所述端部配件(4、5)的接合部。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述注射区(13)中对所述型材构件(1)进行化学处理的步骤。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述注射区(13)中对所述型材构件(1)进行激光处理的步骤。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述塞子(3)的所述定位是直接在所述型材构件(1)上完成的。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述塞子(2)的所述定位是通过以下来完成的：将所述塞子定位在注射工具中，然后将所述型材构件(1)安装在所述注射工具中。
6.一种包括由热固性复合物制成的内径为D1且外径为D2的空心型材构件(1)并包括热塑性端部配件(4、5)的组件，其特征在于，所述组件包括布置在所述型材构件(1)内的塞子(2、3)，并且所述型材构件(1)包括所述型材构件(1)的端部处的机加工部分。
7.根据前一权利要求所述的组件，其特征在于，所述型材构件(1)的所述机加工部分被穿透。
8.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述型材构件(1)的所述机加工部分接受过激光处理。
9.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述塞子(2、3)在所述塞子的长度的一部分上具有的外径d1比所述型材构件(1)的所述内径D1更小。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述塞子(3)具有一外围边缘，该外围边缘的直径d2大于所述型材构件(1)的所述外径D2。
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