CN110116522B - 包含主层和加强层的预浸渍部件 - Google Patents

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Abstract

包含主层和加强层的预浸渍部件。预浸渍部件(10)，包含：由第一复合材料制成的主层(12)，第一复合材料包括由热塑性材料制成的第一基体(16)和埋置在第一基体(16)中的第一加强纤维(18)；由第二复合材料制成的加强层(14)，第二复合材料包括由热塑性材料制成的第二基体(26)和埋置在第二基体(26)中的第二加强纤维(28)。预浸渍部件(10)具有待由所述预浸渍部件(10)制造的成品部件的至少一部分的扁平形状；并且，主层(12)的表面小于待制造的成品部件的展开表面。

Description

包含主层和加强层的预浸渍部件
技术领域
本发明涉及一种预浸渍部件，其能以热塑性方式使用并且用于制造由复合材料制成的成品部件，所述预浸渍部件包括：
-由第一复合材料制成的主层，第一复合材料包括由热塑性材料制成的第一基体和埋置在第一基体中的第一加强纤维，主层由主复合物获得，主复合物包括至少一个至少包含所述第一加强纤维的第一纤维层和至少一个包含所述热塑性材料的第一基体层；和
-由第二复合材料制成的加强层，第二复合材料包括由热塑性材料制成的第二基体和埋置在第二基体中的第二加强纤维，加强层由加强复合物获得，加强复合物包括至少一个至少包含所述第二加强纤维的第二纤维层和至少一个包含热塑性材料的第二基体层，所述加强层固定在主层的至少一部分上。
背景技术
上述类型的这种部件是已知的，也以名称复合材料“有机板(organosheet)”为人所知。这种预浸渍部件用于被成形，可选地与其他预浸渍部件相结合，以例如通过冲压和/或包覆成型来制造具有令人满意的机械部分的轻质成品部件。成品部件例如用在汽车工业中以形成车身部件、加强板或保护板、座椅部件等。
但是，这种部件不是完全令人满意的。实际上，通过使纤维带和热塑性材料带在加热的辊之间通过以便热塑性材料浸渍纤维，来连续地制造这种部件。这种在双带压机中进行的制造方法能够生产具有均匀形状、均匀厚度和表面的预浸带，这种预浸带因此并不适配待制造的成品部件的形状。预浸带因此必须通过对其进行切割而被再加工。这种部件的均匀的形状和厚度也不能在没有附加步骤的情况下加强成品部件的某些部分。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种预浸渍部件，其即时可用于生产包括至少一个加强部分的成品部件。
为此，本发明涉及一种预浸渍部件，预浸渍部件具有待由所述预浸渍部件制造的成品部件的至少一部分的扁平形状，主层的表面小于待制造的成品部件的展开表面。
利用由主复合物和加强复合物制造预浸渍部件，通过使这些复合物的特征——如它们的形状、它们的厚度和/或它们的表面——适于预浸渍部件的希望的特征而使得预浸渍部件的形状、表面和机械特性是可高度配置的。因此获得具有一些特征如其形状和其表面的预浸渍部件，从而使该预浸渍部件更接近待制造的成品部件。因此，不需要在由该预浸渍部件制造成品部件之前对预浸渍部件进行再加工。
根据本发明的具体实施方式，预浸渍部件还具有单独考虑或根据任何技术上可行的结合的一个或多个以下特征：
-加强层具有与主层的表面积不同的表面积；
-主层具有与加强层的厚度不同的厚度；
-主层中的第一加强纤维的纹理组织与加强层中的第二加强纤维的纹理组织不同；
-在主复合物和/或加强复合物中，至少两个基体层在至少一个纤维层的两侧上延伸；
-主复合物和/或加强复合物包括至少两个纤维层，其中的每个纤维层在其第一表面上的一基体层和在其第二表面上的一基体层之间延伸；
-主层的第一加强纤维具有与加强层的第二加强纤维的取向不同的取向；
-第一基体层和/或第二基体层的克重是在100g/m2至700g/m2之间，预浸渍部件的厚度是在0.5mm至10mm之间；
-主复合物的第一纤维层和第一基体层至少局部地彼此接合在一起，以及/或者
-加强复合物的第二纤维层和第二基体层至少局部地彼此接合在一起，以及/或者
-主复合物和加强复合物至少局部地彼此接合在一起。
本发明还涉及上面所述的预浸渍部件的用途，用于通过热冲压和/或包覆成型来制造至少一个成品部件。
附图说明
通过阅读以下参考附图进行并仅作为实例给出的说明，本发明的其它特征和优点将显示出来，在附图中：
-图1是根据本发明的预浸渍部件的俯视图；
-图2是在由热塑性材料浸渍纤维以获得预浸渍部件之前主复合物的层和加强复合物的层沿着图1的A-A’线的剖视图；以及
-图3是由图2所示的堆叠体获得的预浸渍部件的剖视图。
具体实施方式
参考图1，描述了用于制造由复合材料制成的成品部件的预浸渍部件10。这种预浸渍部件10也以名称“有机板”为人所知。
预浸渍部件10呈现大致平面板的形式，该平面板具有的形状对应于待由扁平的预浸渍部件10制造的成品部件的形状的至少一部分。
用预浸渍部件10通过热冲压和/或包覆成型来生产例如三维的成品部件。热冲压在于：将预浸渍部件10、可选地还有其它预浸渍部件定位在热压机中，该热压机设置成将成品部件的形状赋予预浸渍部件10。包覆成型在于：将可选地在压机中成型成的预浸渍部件10定位在具有待生产的成品部件的形状的模腔中，以及将模制材料围绕预浸渍部件10注入到模腔中以生产成品部件。
预浸渍部件10的厚度在0.5mm至10mm之间，优选地在0.5mm至5mm之间，以及更优选地在0.5mm至2mm之间。
预浸渍部件10包括主层12和加强层14。
主层12的表面小于待由预浸渍部件10制造的成品部件的展开表面。因此，预浸渍部件10具有的形状和表面适合于生产希望的成品部件，而无需重新切割该预浸渍部件10。换言之，预浸渍部件10是“即时可用的”，可以没有修改地就被使用来制造希望的成品部件。
有利地，主层12具有的非矩形形状与扁平的成品部件的形状的至少一部分相一致。
主层12具有不同于加强层14的厚度的厚度。
加强层14固连在主层12的至少一部分上。
根据图1所示的实施方式，加强层14具有不同于主层12的表面积的表面积。有利地，加强层14的表面积小于主层12的表面积。加强层14因此定位在主层12的局部区域上，在该局部区域中希望加强的机械性能。换言之，预浸渍部件10在主层12的未被加强层14覆盖的区域中和在主层12的被加强层14覆盖的区域中具有不同的机械特性。
参考图3，主层12由第一复合材料制成，第一复合材料包括由热塑性材料制成的第一基体16和埋置在第一基体16中的第一加强纤维18。
如图2所示，主层12由主复合物20获得。主复合物20包括至少一个第一纤维层22以及至少一个包含热塑性材料的第一基体层24。
类似地，参考图3，加强层14由第二复合材料制成，第二复合材料包括由热塑性材料制成的第二基体26和埋置在第二基体26中的第二加强纤维28。
如图2所示，加强层14由加强复合物30获得。加强复合物30包括至少一个第二纤维层32和至少一个包含热塑性材料的第二基体层34。
有利地，在主复合物20和/或加强复合物30中，至少两个基体层24、34在至少一个纤维层22、32的两侧上延伸。
有利地，主复合物20和/或加强复合物30包括至少两个纤维层22、32，其中的每个纤维层22、32在其第一表面上的一基体层24、34与在其第二表面上的一基体层24、34之间延伸。
第一和第二加强纤维18、28例如是玻璃纤维、或碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、天然纤维等。第一和第二加强纤维18、28也可以是前述纤维的混合物。根据一个实施方式，第一复合材料的第一加强纤维18具有的性质与第二复合材料的第二加强纤维28的性质相同。可替换地，第一和第二加强纤维18、28是不同的。
分别埋置在第一和第二基体16、26中的第一和第二加强纤维18、28来自包含第一和第二加强纤维18、28的第一和第二纤维层22、32。
在本发明的一个实施方式中，主层12中的第一加强纤维18的纹理组织(weave)与加强层14中的第二加强纤维28的纹理组织不同。换言之，第一纤维层22的第一加强纤维18与第二纤维层32的第二加强纤维28不同地编织而成。
根据一个实施方式，第一和第二纤维层22、32具有连续的编织纤维、多轴向纤维(无卷曲织物)、或由具有随机取向的纤维制成的层。有利地，纤维层22、32具有至少两个不同的纤维取向，从而能够改进预浸渍部件10在其所有方向上的机械特性。根据本发明的一个实施方式，主层12的第一加强纤维18具有与加强层14的第二加强纤维28取向不同的取向。
第一和第二纤维层22、32的克重例如在100g/m2至1000g/m2之间，优选地在300g/m2至800g/m2，更优选地在500g/m2至700g/m2，有利地大致等于600g/m2。
选择这种纤维来加强成品部件，从而例如可减小成品部件的厚度同时保持令人满意的机械性能。因此使得复合材料制的成品部件比仅由热塑性材料制成的部件更轻，同时具有相同或甚至改进的机械性能。
热塑性材料例如是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。PET具有相对于通常用于生产由复合材料制成的部件的基体的热塑性材料便宜的优点。其它热塑性材料也是可行的，例如聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等。热塑性材料可以呈非编织物或薄膜的形式。在非编织物的情况下，在生产预浸渍部件10之前，第一基体层24和第二基体层34的厚度大于或等于1mm，优选地在1mm至5mm之间，更优选地在2mm至3mm之间。在薄膜的情况下，在生产预浸渍部件10之前，第一基体层24和第二基体层34的厚度在100μm至1000μm之间，优选地在150μm至500μm之间，更优选地在200μm至300μm之间。
第一和第二基体层24、34的克重例如在100g/m2至700g/m2之间，优选地在200g/m2至500g/m2之间，有利地大致等于300g/m2。
根据第一实施方式，第一和第二基体层24、34仅仅由热塑性材料制成并且第一和第二纤维层22、32仅仅由加强纤维形成。
根据第二实施方式，每个基体层24、34包含从10wt％(重量百分比)到100wt％的热塑性材料和从0wt％到90wt％的加强纤维，并且每个纤维层22、32包含从10wt％到100wt％的加强纤维和从0wt％到90wt％的热塑性材料。
优选地，每个基体层24、34包含从50wt％到80wt％的热塑性材料和从20wt％到50wt％的加强纤维，并且每个纤维层22、32包含从60wt％到90wt％的加强纤维和从10wt％到40wt％的热塑性材料。
根据第三实施方式，第一和/或第二基体层24、34以及/或者第一和/或第二纤维层22、32是半浸渍的，包含PET热塑性纤维和加强纤维的混合物，如具有加强纤维和热塑性材料纤维的混合纤维织物或者加强纤维和热塑性材料纤维的共织织物。在混合纤维织物和共织织物的情况下，热塑性材料纤维占第一和/或第二基体层24、34的至少10wt％，有利地从30wt％到60wt％。在混合纤维织物和共织织物的情况下，热塑性材料纤维占第一和/或第二纤维层22、32的至少10wt％，有利地从30wt％到60wt％。
有利地，主复合物20中的至少一层具有的厚度与加强复合物30中的至少一层的厚度不同。这能够在预浸渍部件10中使主层12相对于加强层14的机械性能变化。根据本发明的一个实施方式，第一纤维层22的厚度与第二纤维层32的厚度不同，以及/或者第一基体层24的厚度与第二基体层34的厚度不同。
有利地，主复合物20的这些层至少局部地彼此接合在一起，以及/或者加强复合物层30的这些层至少局部地彼此接合在一起，以及/或者主复合物20和加强复合物30至少局部地接合在一起。此有利的实施方式允许主复合物20的这些层更好固定在一起、以及/或者加强复合物30的这些层更好固定在一起、和/或主复合物20相对于加强复合物30更好固定在一起，并且使得对这些层更容易处理以进行浸渍以便获得预浸渍部件10。
根据本发明的一个实施方式，主层12和加强层14的组合体由按以下顺序堆叠的层构成：纤维层、基体层、基体层、纤维层、基体层、基体层、纤维层。根据本发明的另一个实施方式，主层12和加强层14的组合体由按以下顺序堆叠的层构成：纤维层、基体层、基体层、纤维层、基体层、纤维层、基体层、基体层、纤维层。根据本发明的另一个实施方式，主层12和加强层14的组合体由按以下顺序堆叠的层构成：基体层、纤维层、基体层、纤维层、基体层、纤维层、基体层。应理解的是，层的数量和顺序可以根据预浸渍部件10和/或待生产的成品部件的希望的性能变化。
尤其是通过选择相同的材料来制造第一基体层24和第二基体层34，使第一复合材料具有与第二复合材料相同的性质，这能够改进在其生产过程中所述预浸渍部件10的内聚力，在纤维浸渍过程中这些层的材料彼此混合。但是，可替换地，第一基体层24可以由与第二基体层34的材料不同的材料制成。
预浸渍部件10这样获得：将主复合物20和加强复合物30的堆叠体布置在加热到比第一和第二基体层24、34的热塑性材料的熔融温度高的温度的生产工具中，以及在堆叠体上施加压力，从而熔融的热塑性材料浸渍第一和第二纤维层22、32的纤维以及从而主层12和加强层14彼此固定在一起。例如按希望的形状和表面积预先切割出主复合物20和加强复合物30。主复合物20和加强复合物30接下来在低于热塑性材料的熔融温度的温度下在模具中固结。
由于上面描述的本发明，成品部件的制造变得更容易。尤其是，预浸渍部件10包括配置成加强成品部件的某些部分的加强层14，所有剩下的就是：用于使预浸渍部件10成形的步骤，和可选地用于制造具有合适加强部分的成品部件的包覆成型步骤，而无需采用一些用于使预浸渍部件10适于待生产的成品部件的附加复杂步骤。
因此，与成品部件的至少一部分的扁平形状相对应的主层12的非矩形形状可无需切割预浸渍部件10下就实现，这减少了成品部件的制造时间。
此外，上面描述的预浸渍部件10具有令人满意的机械性能。实际上，预浸渍部件10例如具有大于20GPa的挠曲模量和大于400MPa的断裂应力。

Claims (10)

1.一种预浸渍部件(10)，其能以热塑性方式使用并且用于制造由复合材料制成的成品部件，所述预浸渍部件(10)包括：
-由第一复合材料制成的主层(12)，第一复合材料包括由热塑性材料制成的第一基体(16)和埋置在第一基体(16)中的第一加强纤维(18)，主层(12)由主复合物(20)获得，主复合物包括至少一个至少包含所述第一加强纤维(18)的第一纤维层(22)和至少一个包含所述热塑性材料的第一基体层(24)，
-由第二复合材料制成的加强层(14)，第二复合材料包括由热塑性材料制成的第二基体(26)和埋置在第二基体(26)中的第二加强纤维(28)，加强层(14)由加强复合物(30)获得，加强复合物包括至少一个至少包含所述第二加强纤维(28)的第二纤维层(32)和至少一个包含热塑性材料的第二基体层(34)，所述加强层(14)固定在主层(12)的至少一部分上，
其特征在于，预浸渍部件(10)具有待由所述预浸渍部件(10)制造的成品部件的至少一部分的扁平形状；并且，主层(12)的表面小于待制造的成品部件的展开表面。
2.根据权利要求1所述的预浸渍部件(10)，其中，加强层(14)具有与主层(12)的表面积不同的表面积。
3.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，主层(12)具有与加强层(14)的厚度不同的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，主层(12)中的第一加强纤维(18)的纹理组织与加强层(14)中的第二加强纤维(28)的纹理组织不同。
5.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，在主复合物(20)和/或加强复合物(30)中，至少两个基体层(24、34)在至少一个纤维层(22、32)的两侧上延伸。
6.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，主复合物(20)和/或加强复合物(30)包括至少两个纤维层(22、32)，其中的每个纤维层(22、32)在其第一表面上的一基体层(24、34)和在其第二表面上的一基体层(24、34)之间延伸。
7.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，主层(12)的第一加强纤维(18)具有与加强层(14)的第二加强纤维(28)的取向不同的取向。
8.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，第一基体层(24)和/或第二基体层(34)的克重包含在100g/m2至700g/m2之间；并且，预浸渍部件(10)的厚度包含在0.5mm至10mm之间。
9.根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)，其中，
-主复合物(20)的第一纤维层(22)和第一基体层(24)至少局部地彼此接合在一起，以及/或者
-加强复合物(30)的第二纤维层(32)和第二基体层(34)至少局部地彼此接合在一起，以及/或者
-主复合物(20)和加强复合物(30)至少局部地彼此接合在一起。
10.由复合材料制成的根据权利要求1或2所述的预浸渍部件(10)的用途，用于通过热冲压和/或包覆成型来制造至少一个成品部件。
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