CN108215226A - 热接合紧固件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过使用紧固件将不同部件或单个部件的不同部段接合在一起的方法，其中，所述部件中的至少一个部件是热塑性纤维复合材料部件。本发明进一步涉及热被用于通过使用紧固件将所述部件接合在一起的用途。本发明还涉及由本发明的方法可获得或所获得的交通工具、飞行器或航天器的接合在一起的纤维复合材料部件。

Description

热接合紧固件

技术领域

本发明涉及一种用于通过使用紧固件将不同部件或者单个部件的不同部段接合在一起的方法，其中，所述部件中的至少一个部件是热塑性纤维复合材料部件，其中，施加热以使热塑性纤维复合材料部件软化。本发明进一步涉及热被用于通过使用紧固件将所述部件(多个部件)接合在一起的用途。本发明还涉及由本发明的方法可获得或所获得的交通工具、飞行器或航天器的接合在一起的纤维复合材料部件。

背景技术

在飞行器构造中，正在努力使用全部或部分由纤维增强复合材料例如碳纤维增强塑料(CFRP)制成的部件作为承重部件。还已知的是，为飞行器机身区段提供了由纤维增强复合材料制成的蒙皮和增强元件(例如，框架、桁条)。这些部件可以通过使用螺栓、螺母、螺钉和/或类似的紧固件接合在一起，即固定在一起或安装。

增强复合材料件通常是热塑性纤维复合材料部件。热塑性连接是已知的，并且热塑性连接通常通过将待接合的层熔合/焊接来实现。与热固性材料相比，热塑性材料通常在蠕变方面具有较差的性能，而蠕变在飞行器构造中特别重要。

通过钻制的孔来紧固纤维复合材料部件具有几个缺点。钻制的孔的结构缺陷在于：纤维在钻孔过程期间被切割并且复合材料存在分层的风险。还由于这种钻孔过程需要具有不同操作的复杂工艺链而存在制造问题。此外，还产生了碳尘并且需要用于密封的密封胶以及在填隙的情况下长的生产周期。

自穿孔铆钉(SPR)也存在缺点。结构缺陷在于：自穿孔铆钉仅适用于金属材料并且存在形成裂纹和疲劳性能降低的风险。还存在制造问题比如需要用于密封的密封剂。

同样地，由于不同部件的纤维之间没有连接件，因此热塑性材料的焊接具有结构缺陷比如低的机械性能。还存在制造方面的问题，比如需要遍布完全接合区域的高压和遍布完全接合区域的高温。

因此，需要减少包括热塑性纤维复合材料部件在内的部件的组装所涉及的工作量。还需要改善现有接合的稳定性。

发明内容

本发明通过提供一种用于将部件接合在一起的方法解决了所提出的问题，其中，该方法包括在将紧固件拧入到所述部件中的同时至少对作为热塑性纤维复合材料的部件进行加热的步骤。下面描述了其它特征和益处。

本发明提供了优于已知方法的几个益处。首先，与焊接方法相比，本发明的方法仅需要局部地施加高温而不必加热整个部件。本发明的方法可以在待接合的部件中仅有一个部件是热塑性纤维复合材料的情况下使用，即，包括螺纹的紧固件可以通过使用热而被插入到所述热塑性纤维复合材料中，从而提供了本发明的益处。本发明的方法不需要在插入紧固件之前或插入紧固件期间钻制孔，而是可以依靠自钻原理来实现。然而，当然可以在非热塑性纤维复合材料的部件中钻制通孔并且可以在不在热塑性纤维复合材料部件中钻制孔的情况下应用本发明的方法。

通过本发明的方法获得的接合部提供了与热塑性焊接相比增加的强度。在本发明的方法中，紧固件的螺纹使受热软化的热塑性纤维复合材料的纤维和热塑性材料移动到一旁。与钻制孔相比，纤维在这种情况下不会被切割。由于本发明避免了对纤维的切割，纤维能够基本上保持连续。紧固件周围的连续纤维的存在进一步提高了接合部的性能。该方法还适用于以短纤维和纳米颗粒增强的热塑性材料。本发明的核心涉及具有螺纹的紧固件在热塑性复合材料部件中的使用，并且可以选择紧固件的其余部分或者用于固定紧固件的其它部件例如螺栓以提供进一步的益处。例如，紧固件的端部可以通过变形被固定或者可以通过使用紧固件头部被固定。还可以使用盲孔紧固件，或者可以使用用于将本发明付诸实践的其它原理和许多选项。

因而，本发明涉及一种用于将不同部件或单个部件的不同部段接合在一起的方法，包括以下步骤：

a)提供了一个或更多个部件，其中，所述部件中的至少一个部件是热塑性纤维复合材料部件，所述热塑性纤维复合材料部件优选地用短纤维、和/或连续纤维和/或纳米颗粒来增强，优选地包含连续纤维，包含热塑性材料，可选地，所述一个或更多个部件在一个或更多个位置处被接合在一起，并且提供了包括螺纹的紧固件或者紧固件的包括螺纹的至少一个部件，

b)将所述一个或更多个部件或单个部件的部段定位在彼此顶部上，

c)对至少一个热塑性纤维复合材料部件的至少一部分进行加热以及可选地对待被接合的其它部件的在部件待被接合的一个或更多个位置处的部分进行加热，并且/或者对所述紧固件或者紧固件的所述至少一个部件进行加热，以及

d)将所述紧固件或紧固件的所述至少一个部件在所述一个或更多个位置处钻入到至少所述底部部件中，其中，紧固件的另外的部件与紧固件的所述至少一个部件固定以将部件(多个部件)接合在一起，

其中，步骤(c)可以在步骤(d)之前和/或步骤(d)期间执行。

步骤(a)包括提供部件和紧固件。本文所使用的术语“热塑性纤维复合材料部件”是指包含包埋在聚合物基质中的纤维的部件或由包埋在聚合物基质中的纤维构成的部件。术语“部件”是指借助于紧固件待与另一结构/制品例如面板接合的任何三维结构/制品。优选的部件在下面被进一步描述。纤维复合材料的聚合物基质包括热塑性材料或由热塑性材料构成。术语“热塑性纤维复合材料部件”与纤维增强复合材料相同。

在一个实施方式中，热塑性纤维复合材料部件包含下述项且优选地由下述项构成：大于0％且至多80％重量百分比的纤维和/或纳米颗粒——优选地为连续纤维——以及从20％至小于100％重量百分比的热塑性材料。

优选地，热塑性纤维复合材料部件包含下述项且优选地由下述项构成：10％至70％重量百分比、优选地30％至65％重量百分比或45％至65％重量百分比的纤维和/或纳米颗粒——优选地为连续纤维——以及30％至90％重量百分比、优选地为至少35％至70％重量百分比或者35％至60％重量百分比或者35％至50％重量百分比的热塑性材料。在一个实施方式中，热塑性纤维复合材料部件包含下述项且优选地由下述项构成：55％至65％重量百分比的纤维和/或纳米颗粒——优选地为连续纤维——以及35％至45％重量百分比的热塑性材料。例如，热塑性材料可以具有高于80℃的玻璃化转变温度。

在一个实施方式中，热塑性纤维复合材料部件包含下述项且优选地由下述项构成：约60％重量百分比的连续纤维以及约40％重量百分比的热塑性材料构成，其中，热塑性材料可选地包含短纤维和/或纳米颗粒。

不是热塑性纤维复合材料部件的其它部件可以自由地被选择，只要这些部件可以用紧固件固定即可。在本文所描述的过程中，部件被定位在彼此的顶部上。如果一个部件被使用，则该部件可以被弯折或折叠以具有重叠部段。如果一个或更多个底部部件由热塑性纤维复合材料部件制成，则该/这些底部部件可以用于使包括螺纹的紧固件插入。可能的情况是，该紧固件也延伸到其它部件中或者其它部件通过使用另外的部件例如螺栓而被固定至所述紧固件。为了插入所述螺栓，可选的是，在其它部件中设置通孔并且通过所述螺栓来固定紧固件，其中，螺栓则延伸穿过所有的部件(例如，参见图13a/图13b)。还可能的情况是，带螺纹的紧固件和螺栓两者均延伸穿过所有的部件(参见，例如图12a/图12b)。

步骤(b)包括对部件(多个部件)的定位。如果单个部件要与其自身接合，则将所述部件的不同部段彼此接合。例如，可以使平坦的板件成形为管并且可以将该平坦的板件的重叠部段接合在一起。将部件放置在彼此的顶部上并不排除间隔件的使用、未固定的夹层部件的使用或者在部件之间留下空隙。

应用加热步骤(c)以使热塑性材料软化。因此，所需的温度取决于热塑性材料将要软化的程度并且进一步取决于材料的玻璃化转变温度。合适的温度应当高于玻璃化转变温度但低于熔化温度，并且合适的温度可以根据所应用的材料、紧固件和设备被确定为工艺参数。

玻璃化转变温度(Tg)是无定形聚合物的一种特定的热物理性质。玻璃化转变是热塑性材料的一个复杂过程并受到许多不同因素包括纤维体积含量、加热速率、老化历史、表面形态等的影响。

玻璃化转变温度(Tg)是聚合物开始表现出模量降低时的温度。

TP材料	玻璃化转变温度Tg(℃)	熔化温度Tm(C°)
			PPS	90至95	278至290
PEI	210	360
			PEEK	156	310
PEKK	143	343

例如，对于具有PPS树脂的材料，能够将紧固件加热到至少100℃的温度，并且/或者对于热塑性纤维复合材料部件，能够将紧固件加热到至少90℃、或至少120℃或至少150℃。应当避免热塑性材料的性能劣化时的温度。还应当避免使聚合物完全熔化，也就是说，软化温度应当远低于热塑性材料的熔点。例如，对于具有PPS树脂的材料，紧固件的温度的上限为285℃，并且对于热塑性纤维复合材料部件，紧固件的温度的上限为285℃。

例如，步骤(c)中的加热可以用超声波、热空气、微波辐射、激光辐射、电流、电磁感应和/或红外辐射来执行。特别地，内部部件可以由超声波、热空气、微波辐射、激光辐射、电磁感应和/或红外辐射来加热。优选地为金属紧固件的紧固件例如可以通过施加电流来加热。加热紧固件和/或部件(在紧固件待被插入/拧入的位置处加热)的目的是使聚合物材料软化，特别是实现如下的效果，紧固件使聚合物材料和纤维移动到一边而不是像钻孔方法一样切割并移除聚合物材料和纤维。如与软化所需的温度一样，本领域中的技术人员还可以确定部件的表面或内部部分的最小面积以使得紧固件可以根据需要被拧入到部件(多个部件)中。

因此，加热优选地在位于彼此的顶部上的一个或更多个部件的待被接合的位置处在部件的一个表面或相对的表面处执行。当然，加热表面使得内部部分也被(间接地)加热。在优选的实施方式中，在加热的部件中提供了均匀的温度分布，其中，在用于插入紧固件的位置处具有最高温度并且沿着用于插入紧固件的轴线具有约相同的温度。还可以根据需要较软聚合物——即，较高的温度——的较大直径的螺纹的形式来修改温度分布。例如，如果一个部件或多个部件仅在一个侧的表面上被加热，则将存在沿着插入的轴线的温度梯度。

还可以在所述一个或更多个部件中的待被接合的一个或更多个部件的内部部分处加热。也就是说，能量输入或至少能量输入的最大值不位于部件(多个部件)的表面处而是位于内部部分中。

优选地，部件至少在部件被接合在一起的位置处放置成彼此接触。随后地，在步骤(c)之前或步骤(c)之后，紧固件被定位在部件将被接合的一个或更多个位置处。这种定位可以通过应用孔、标记和实现快速定位的任何其它原则来执行。这意味着可以加热紧固件和/或部件并然后将紧固件带到适当的位置以进行拧紧，或者可以首先将紧固件带到适当的位置以进行拧紧并然后加热紧固件和/或部件。

例如，将另外的部件固定至包括螺纹的至少一个部件可以通过将紧固件的所述另外的部件铆接或者螺栓连接至紧固件的包括螺纹的至少一个部件来执行。

在步骤(d)中，紧固件被钻入到至少一个部件(或一个部件的部段)中，例如，所述至少一个部件(或一个部件的部段)为一个部件(或部段)、多个部件(或部段)或所有部件(部段)。在一个实施方式中，紧固件被钻入到位于彼此顶部上的所有部件中。

如果紧固件由单个部件例如螺钉构成，则紧固件必须延伸穿过所有部件以将所有部件接合，而一个或更多个部件在紧固件被插入之前可以具有通孔。然而，优选的是，热塑性复合材料部件不具有通孔。如果紧固件由一个部件例如螺钉构成，则紧固件被钻入到所有部件中并然后完成固定或者需要进一步的步骤(多个步骤)，比如使突伸超出部件的紧固件的端部变形。

紧固件还可以由共同作用以固定部件的多于一个部件构成，例如，紧固件由两个部件构成。在这种实施方式中，紧固件的包括螺纹的至少一个部件被拧入到部件(多个部件)中。优选地，这在一个或更多个底部部件中实现。所述部件被定位在彼此的顶部上并且底部部件是最外面的部件，并且包括螺纹的至少一个部件被拧入到底部部件中，其中，螺钉的稍端指向与其它部件相反的方向。

如果紧固件由共同作用以固定部件的多于一个部件构成，例如，紧固件由两个部件构成，则紧固件的包括螺纹的至少一个部件被拧入到部件中并且另外的部件被用于与所述部件接合以固定紧固件。例如，可以使用螺母或螺栓作为另外的部件。可以将螺母放置在包括螺纹的部件上以固定紧固件。可以将螺栓插入到包括螺纹的部件中以例如形成铆钉接合。

因此，紧固件可以是螺钉，紧固件的包括螺纹的所述至少一个部件可以是铆钉例如驱动铆钉或盲孔铆钉的插入件，并且所述至少另外的部件可以是螺栓。该紧固件可以用于永久固定或者可以被制造成可移除的。移除紧固件可能再次需要施加热以使热塑性材料软化。

通常地，所述部件不是通过本发明的方法焊接在一起的。然而，如果两个热塑性部件被接合在一起，则这两个热塑性部件可以在步骤c)中在其被加热的位置处结合在一起(通过焊接)。

包括螺纹的紧固件被构造成用于施加压力和/或用于拧紧的扭矩。这可以通过使用本领域中已知的方法和设备来完成。紧固件、紧固件的所述至少一个部件和紧固件的所述另外的部件主要地由金属或金属合金制成。合适的材料与在常见螺钉和铆钉应用中使用的材料相同。合适地，此外，可以使用由具有纤维或纳米颗粒增强的材料制成的紧固件。此外，各种陶瓷材料可以被用作紧固件。此外，可以使用由具有的Tg高于待接合材料的Tg的聚合材料制成的紧固件。作为示例，用PEKK树脂制成的紧固件可以被用于热塑性材料与PPS树脂的接合。

所述紧固件的螺纹或所述至少一个部件的螺纹可以被定尺寸成位于所有部件中，即当紧固件位于其最终位置时延伸穿过所有部件，其中，所述部件位于彼此顶部上，或者所述紧固件的螺纹或所述至少一个部件的螺纹可以被定尺寸成仅位于底部部件中并且可选地位于另外的部件中但不位于顶部部件中，从而至少在所述顶部部件中留下无螺纹部分。包括螺纹的至少一个紧固件的部件还可以具有用于固定螺栓的(部分)内螺纹，如图18和图19中所示例的。

紧固件的头部和头部中的狭槽可以具有如图8、图13、图14、图15至图17所示的不同的形式，例如双角形(biangle)、三角形、方形、五边形、六边形和多边形以及星形形式和其混合形式。

所述至少一个部件可以被拧入到位于彼此的顶部上的所有部件中，或者所述至少一个部件仅被拧入到底部部件并且可选地被拧入到另外的部件中，但不拧入顶部部件中。

步骤(d)包括通过将扭矩和可选地压力朝向部件待被接合的位置施加而将紧固件钻入到部件中。在步骤(d)之后，使已接合的部件冷却至环境温度例如15℃至25℃范围内的温度。冷却过程可以通过应用冷却技术来加强。

热塑性纤维复合材料部件可以包括热塑性材料，该热塑性材料选自由聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和聚乙烯亚胺(PEI)构成的组、优选地选自由聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮构成的组。

热塑性纤维复合材料部件可以通过应用本领域已知的方法来制备，例如通过形成预浸料并通过施加热和/或压力将预浸料固化来制备。其它方法包括：压制成形、甚至可能用桁条、在高压釜中固结、在炉上固结、以及在现场固结(例如通过激光、等离子体、电阻加热)。

增强纤维可以是碳纤维或玻璃纤维、高阻抗模量碳纤维，例如AS、IM、HM、E玻璃、T300、T800和HS。

热塑性材料包含热塑性聚合物或热塑性聚合物与弹性体和/或热固性聚合物的混合物。优选地，热塑性纤维复合材料部件中的至少一个部件代表碳纤维增强塑料(CFRP)材料。

增强纤维可以作为单向层(多个单向层)、作为织物或作为铺置网(laid web)而存在。为了由半成品复合材料制造复合材料部件，增强纤维周围的基质可以通过使用温度和压力来固化。通常地，应用拉挤成型工艺，拉挤成型工艺是一种用于制造纤维增强复合材料的连续工艺。例如，基质可以包括可以通过加热而被液化的材料。增强纤维可以呈层压板、管或带的形式。优选地，增强纤维作为带而存在。这些带可能来源于在上游制造过程中使用的线轴，并且在该卷轴上存在将被丢弃的剩余的增强纤维材料。这种剩余材料可以被用于制备块状模制复合物和板状模制复合物，从而用于制造复合材料。

例如，所述一个或更多个部件可以至少在其待被彼此接合的位置处具有平坦形式，并且在步骤(b)中，所述一个或更多个部件堆叠在彼此之上，优选地，所述部件的厚度多达20mm、优选地多达4mm。例如，所述部件可以具有面板形式或板材形式。

如果使用铆钉，该铆钉可以被称为“热接合铆钉”。例如，螺钉的头部可以是埋头头部、球形头部或多面体头部(参见图8a至图8c)。螺纹可以被定尺寸成位于定位在彼此的顶部上的所有部件中或者螺纹被定尺寸成仅位于底部部件中，从而至少在顶部部件中留下无螺纹部分(参见图9a至图9c)。紧固件可以延伸穿过所有的部件并且可以突伸超出已接合的部件(参见图10a至图10c)。

所述紧固件或所述另外的部件可以包括在一个端部处的头部和能够变形的相反端部。这意味着紧固件可以以单侧过程插入(即从位于彼此顶部上的部件的一侧插入)，而不需要从另一侧操纵比如与盲孔紧固件一起使用(参见图12a和图12b)。所述盲孔紧固件包括带有螺纹的至少一个部件以及待被插入到带有螺纹的所述至少一个部件中的螺栓。还可以通过使用双侧过程来插入紧固件，这通过如步骤(d)中那样插入紧固件并且提供用于将紧固件固定在相反侧的另外的部件来实现。

在可以与本文所描述的所有方面结合的一个实施方式中，所述方法不包括在步骤(d)之前或在步骤(d)期间在部件中钻出孔，或者所述方法至少不包括在步骤(d)之前或在步骤(d)期间在热塑性纤维复合材料部件(多个部件)中钻出孔。

在这种实施方式中，该方法不包括使用钻孔装置在待被接合的部件中形成孔，至少不形成通孔。尽管如此，仍然可以执行在表面处施加用于标记目的的孔。此外，紧固件不具有切割边缘，特别是在紧固件的端部或侧部处——例如，在螺纹处——不具有切割边缘，切割边缘可以在步骤(d)期间即在插入紧固件期间钻出孔。这种实施方式是优选的，原因在于，紧固件在不(显著地)切割纤维的情况下通过将纤维移位/移动到一旁(图6b)而被插入，这与像常规钻孔(图6a)中那样切割纤维不同。

所接合的部件优选地是诸如飞行器、航天器、火车、公共汽车或客船/船舶的交通工具的部件。所接合的部件特别优选的是飞行器或航天器的部件，并且/或者所接合的部件选自由下述项构成的组：蒙皮，例如蒙皮面板；加强元件，比如圆周加强件(框架)和/或桁条、加倍装置(doublers)/增强件、窗框，地板结构部件，比如横梁、座椅导轨、Z形支柱、X形垫(X-paddels)；门框、肋间结构(intercostal)、门楣及其不同部件的混合。

例如，所接合的部件的数量可以是至少两个——例如两个，或者是至少三个——例如三个。所述部件可以由相同的材料制成或者可以由不同的材料制成。不是热塑性纤维复合材料部件的部件可以由塑料或金属制成。

本发明还涉及热在包括螺纹的紧固件被拧入到一个或更多个部件中的期间被用于使热塑性纤维复合材料部件软化的用途，其中，所述一个或更多个部件中的至少一个部件是所述热塑性纤维复合材料部件。该用途可以包括在本文中在本发明的方法的背景下描述的所有特征。

本发明进一步涉及通过如本文所描述的本发明的方法可获得或所获得的包含纤维复合材料部件的接合在一起的部件(多个部件)，所述纤维复合材料部件优选地为交通工具、飞行器或航天器的纤维复合材料部件。

附图说明

在下文中，将参照示意性附图更详细地对本发明的方法、用途和已接合部件的优选的实施方式进行描述。

图1示出了接合在一起的部件10，其中，紧固件13被拧入到部件11和部件12中。紧固件被示出处于其最终位置。在需要的情况下，紧固件可以在到达其最终位置后被冷却。

图2示出了图1的实施方式在紧固件13被定位之后但被钻入到部件11和部件12中之前的状态。

图3示出了图1和图2的实施方式，其中，紧固件13在被钻入到部件11和部件12中之前和可选地在被钻入到部件11和部件12期间被加热，以便在部件11和部件12待被接合的位置处间接地加热部件11和部件12。箭头指向紧固件13的加热部分。

图4示出了图1至图3的实施方式，其中，部件11和部件12的内部部分(由箭头指示)在部件11和部件12待被接合的位置处被加热。加热可以在钻孔步骤之前和/或钻孔步骤期间执行。

图5示出了图1至图4的实施方式，其中，压力朝向部件待被接合的位置被施加至紧固件13的头部14上(由与部件11和部件12垂直的箭头指示)，并且其中，扭矩/动量力被施加至紧固件13(由弯曲箭头指示)。

图6a示出了在其中已经形成有钻孔/通孔17的常规钻孔之后的热塑性纤维复合材料部件的放大图。复合纤维15和复合纤维16彼此垂直地延伸并且在钻孔步骤中被切割并且保留切割的纤维18。

图6b示出了热塑性纤维复合材料部件在紧固件已经被拧入到其中之后的放大图，其中，移动的纤维19保持仍然(基本上)连续，也就是未被切割但被紧固件(未示出)推开。

图7a示出了通过由螺栓和插入件的组合被固定接合的两个部件11和12，其中，带螺纹的插入件113(即，紧固件的包括螺纹的部件)被拧入到部件12中。螺栓尚未被完全插入。

图7b示出了图7的实施方式，其中，螺栓120已被完全插入。

图8a示出了呈具有埋头头部14的螺钉13的形式的紧固件，其中，螺纹位于部件11和部件12两者中。

图8b示出了呈具有球形头部14的螺钉13的形式的紧固件，其中，螺纹位于部件11和部件12两者中。

图8c示出了呈具有多面体头部14的螺钉13的形式的紧固件，其中，螺纹位于部件11和部件12两者中。

图9a示出了呈具有埋头头部14的螺钉13的形式且螺纹仅位于部件12中的紧固件。

图9b示出了呈具有球形头部14的螺钉13的形式且螺纹仅位于部件12中的紧固件。

图9c示出了呈具有多面体头部14的螺钉13的形式且螺纹仅位于部件12中的紧固件。

图10a示出了呈具有埋头头部14的螺钉13的形式的紧固件，其中，螺钉13延伸穿过部件11和部件12两者并甚至突伸超过部件11和部件12。

图10b示出了图10a的具有多面体头部14的实施方式。

图10c示出了图10a的具有球形头部14的实施方式。

图11a示出了待被螺栓拧紧接合的两个部件11和12，其中，包括螺纹的紧固件的部件113被拧入到部件12中以通过插入螺栓120(即，紧固件不包括螺纹的另外的部件)来使部件11与部件12接合，其中，螺栓120将尚未被完全插入，其中，带螺纹的部件113突伸超过所述部件。

图11b示出了图11a的实施方式，其中，螺栓120已经被完全插入。

图12a示出了待被盲孔紧固件/盲孔铆钉接合的两个部件11和12，其中，紧固件的包括螺纹的部件113被拧入到部件11和部件12中，并且紧固件通过插入螺栓120(即，紧固件的不包括螺纹的另外的部件)来固定，其中，螺栓120尚未被完全固定。

图12b示出了图12a的实施方式，其中，螺栓120已经被完全固定。

图13a出了具有两个部件的紧固件，其中，一个部件113包括螺纹并被拧入到底部部件12中，并且另外的部件120是具有埋头头部121的螺栓。

图13b示出了图13a的具有球形头部121的实施方式。

图13c示出了图13a的具有多面体头部121的实施方式。

图14a示出了被拧入到部件12中的紧固件(插入件)113，并且该紧固件113用具有埋头头部121的螺栓120来固定。

图14b示出了图14a的具有不同头部121和螺栓120变型的实施方式。

图14c示出了图14a的具有不同头部121和螺栓120变型的实施方式。

图14d示出了图14a的具有不同头部121和螺栓120变型的实施方式。

图15a示出了紧固件13，其中，箭头A示出了紧固件头部14中的狭槽(多个狭槽)。

图15b示出了图15a的头部14的不同狭槽变型/形式，即双角形、三角形、方形、五边形、六边形和多边形。

图16a示出了紧固件13，其中，箭头B示出了紧固件头部14中的狭槽(多个狭槽)。

图16b示出了图16a的头部14的不同狭槽的变型/星形形式。

图17a示出了紧固件13，其中，箭头C示出了紧固件头部14中的狭槽(多个狭槽)。

图17b示出了不同的狭槽变型/形式，该狭槽变型/形式是图15和图16的头部14的混合形式。

图18a示出了紧固件113，其中，箭头D示出了部分内螺纹所在的位置。

图18b示出了图18a的局部内螺纹的俯视图。

图18c示出了图18a和图18b的紧固件113的截面。

图19a示出了图18a至图18c的紧固件113在螺栓120被完全插入之前的截面。

图19b示出了图19a的实施方式的螺栓120被完全插入的状态。

图20a示出了紧固件113，其中，箭头F示出了内螺纹所在的位置。

图20b示出了图20a的内螺纹的俯视图。

图20c示出了图20a和图20b的紧固件113的截面。

图21a示出了图20a至图20c的紧固件113的螺栓120在被完全插入之前的截面。

图21b示出了图21a的实施方式的螺栓120被完全插入的状态。

图22a示出了用箭头A指出的具有头部14的插入到部件1和部件2中的紧固件13。

图22b示出了图22a的头部14的不同头部的变型/形式，即双角形、三角形、方形、五边形、六边形和多边形。

图23a示出了用箭头B指出的具有头部14的插入到部件1和部件2中的紧固件13。

图23b示出了图23a的头部14的不同头部变型/星形形式。

图24a示出了用箭头C指出的具有头部14的插入到部件1和部件2中的紧固件13。

图24b示出了基于图22和图23的头部14的混合形式的不同的头部的变型/形式。

图25示出了现有技术的自穿孔铆钉。

图26a示出了现有技术的具有切割边缘的紧固件，其中，该紧固件被插入到部件中以形成通孔。

图26b示出了现有技术紧固件，示出了切割边缘根据本申请被移除/不存在。

具体实施方式

示意图的以下详细描述着重于本发明的方法的所图示的实施方式的变型、本发明的使用以及本发明的已接合在一起的部件。本公开内容不限于上文和下文描述的实施方式，而是包括其组合。

图1至图5示出了呈螺钉形式的紧固件13。在图2中，螺钉已经被带到位，即在部件待被接合的位置处定位在部件的上方。部件11和部件12已经被定位在彼此之上。使用被弯折或被折叠的单个部件以提供重叠部段可以提供与图1至图5中所示相同的设置。

图6a和图6b示出了现有技术的钻孔方法(图6a)与本发明的方法(图6b)之间的差异。当比较这些附图时，现有技术的产品与本发明的产品之间的由根据本发明的接合过程产生的结构差异变得明显。这些差异可以通过显微镜例如扫描电子显微镜术来确定。

图7a和图7b示出了待被螺栓和插入件的组合接合的两个部件11和12。通过将螺栓120(即，另外的部件可以可选地还包括螺纹)插入到插入件113中而使部件11与部件12接合。螺栓可以被拧入或锤打到插入件中。

图11a和图11b示出了与图7a和图7b的实施方式类似的实施方式。然而，在图11a和图11b中，螺纹部件113突伸超过所述部件。

示例

用PPS(聚苯硫醚)材料执行测试。这种材料被使用在A350夹子和夹板中。材料PPS具有约285℃的熔化温度。通过使用手动螺丝刀和用于加热的吹管来插入具有16mm的长度和十字槽的木螺钉。借助于具有激光转向的IR测量(范围：-50℃至高达900℃)进行的距离温度测量来控制板材的温度。在加热至约200℃的温度时，能够在不破坏纤维的情况下以最小的力拧紧。在移除螺钉之后，观察到了良好质量的孔。

附图标记列表

10 接合在一起的部件

11 待接合的部件

12 待接合的部件

13 包括螺纹的紧固件

14 紧固件头部

15 复合纤维

16 复合纤维

17 钻制的孔/通孔

18 切割的纤维

19 移动的纤维

113 呈螺纹插入件形式的紧固件

120 螺栓

121 螺栓头部

Claims (15)

1.一种用于将不同部件(11、12)或单个部件(11、12)的不同部段接合在一起的方法，包括以下步骤：

a)提供一个或更多个部件(11、12)，其中，所述部件(11、12)中的至少一个部件是热塑性纤维复合材料部件，所述一个或更多个部件(11、12)在一个或更多个位置处待被接合在一起，并且提供包括螺纹的紧固件(13)或紧固件的包括螺纹的至少一个部件(113)，

b)将所述一个或更多个部件(11、12)或者所述单个部件(11、12)的部段定位在彼此的顶部上，

c)对至少一个所述热塑性纤维复合材料部件的至少一部分进行加热以及可选地对待被接合的其他部件的在所述其他部件待被接合的一个或更多个位置处的部分进行加热，并且/或者对所述紧固件(13)或者紧固件的所述至少一个部件(113)进行加热，以及

d)将所述紧固件(13)或者紧固件的所述至少一个部件(113)在所述一个或更多个位置处钻入到至少底部部件(12)中，其中，紧固件的另外的部件(120)被固定至紧固件的所述至少一个部件(113)以将所述部件(11、12)接合在一起，

其中，步骤(c)能够在步骤(d)之前和/或步骤(d)期间执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热塑性纤维复合材料部件包含热塑性材料，所述热塑性材料选自由下述项构成的组：聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和聚乙烯亚胺(PEI)、优选地选自由聚苯硫醚、聚醚酮酮、聚醚醚酮构成的组，并且/或者所述热塑性纤维复合材料部件包含连续纤维。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述紧固件(13)、紧固件的所述至少一个部件(113)和紧固件的所述另外的部件(120)主要地由金属或金属合金制成。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述一个或更多个部件(11、12)至少在其待被彼此接合的位置处具有平坦形式，并且在所述步骤(b)中，所述一个或更多个部件(11、12)堆叠在彼此之上，优选地，所述部件的厚度多达20mm、优选地多达3mm。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述步骤(c)中的所述加热用超声波、热空气、微波辐射、激光辐射、电流、电磁感应和/或红外(IR)辐射来执行。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述加热是在下述位置处执行：

(i)在位于彼此的顶部上的所述一个或更多个部件(11、12)的一个表面或相对的表面处在所述部件(11、12)待被接合的位置处；和/或

(ii)在所述一个或更多个部件(11、12)的待被接合的一个或更多个部件的内部部分处。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，

(i)所述紧固件(13)是螺钉，紧固件的包括螺纹的所述至少一个部件(113)是铆钉的插入件，并且至少所述另外的部件(120)是螺栓；和/或

(ii)所述紧固件(13)的螺纹或所述至少一个部件(113)的螺纹被定尺寸成延伸穿过位于彼此的顶部上的所有部件(11、12)，或者所述紧固件(13)的螺纹或所述至少一个部件(113)的螺纹被定尺寸成仅位于所述底部部件(12)中并且可选地位于另外的部件中但不位于顶部部件中，从而至少在所述顶部部件(11)中留下无螺纹部分；和/或

(iii)将所述至少一个部件(113)拧入到位于彼此顶部上的所有部件(11、12)中，或者将所述至少一个部件(113)仅拧入到所述底部部件(12)中；和/或

(iv)所述紧固件(13)、紧固件的所述至少一个部件(113)和紧固件的所述另外的部件(120)延伸穿过所有的部件。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述方法不包括在所述步骤(d)之前或在所述步骤(d)期间在所述部件(11、12)中钻出孔，或者所述方法至少不包括在步骤(d)之前或在所述步骤(d)期间在所述热塑性纤维复合材料部件中钻出孔。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述紧固件(13)或所述另外的部件(120)包括在一个端部处的头部(14、121)和能够变形的相反端部。

10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述热塑性纤维复合材料部件或所述热塑性纤维复合材料部件中的至少一个部件代表碳纤维增强塑料材料。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所接合的部件(11、12)是交通工具、飞行器或航天器的部件，并且/或者所接合的部件(11、12)选自由以下项构成的组：蒙皮，例如蒙皮面板；加强元件，比如圆周加强件(框架)和/或桁条、加倍装置/增强件、窗框、地板结构部件，比如横梁、座椅导轨、Z形支柱、X形垫；门框、肋间结构、门楣及其不同部件的组合。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所接合的部件(10)是飞行器或航天器的部件。

13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所接合的部件的数量为至少两个。

14.热在包括螺纹的紧固件被拧入到一个或更多个部件(11、12)中的期间被用于使热塑性纤维复合材料部件软化的用途，其中，所述一个或更多个部件(11、12)中的至少一个部件是所述热塑性纤维复合材料部件。

15.由根据权利要求1至13中的任一项所述的方法可获得或所获得的交通工具、飞行器或航天器的包含纤维复合材料部件的接合在一起的部件(10)。