CN111629956B - 具有塑料泡沫结构的纤维增强的塑料构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强的塑料构件，所述塑料构件包括确定塑料构件的至少一部分的构件塑料体和至少一个纤维增强的杆，其中，所述构件塑料体至少部分地由塑料泡沫构成并且至少部分形锁合地包围所述至少一个纤维增强的杆。

Description

具有塑料泡沫结构的纤维增强的塑料构件
技术领域
本发明涉及一种纤维增强的塑料构件，所述塑料构件具有塑料泡沫结构，所述塑料泡沫结构构成三维的构件塑料体。所述纤维增强的塑料构件尤其用于使用在机动车中，在这种情况下可将噪声减小到最低限度并且期望在碰撞情况中的优异性能。
背景技术
纤维增强的塑料构件已在不同技术领域中使用多年，尤其也广泛用于汽车构造中。所述纤维增强的塑料构件具有高的轻质构造潜力并且与其他材料、例如金属或非增强塑料相比能够通过添加的纤维吸收大的拉力。在此，如果纤维在基体材料中符合负荷路径地设计(这是符合负荷的材料结构设计的前提条件)，则能够最佳地利用纤维增强塑料在重量方面的优点。
增强纤维杆使用在纤维复合构件的技术中并且与纤维层或纤维织物的区别在于，所述增强纤维杆通过多个沿一个方向连贯的纤维成形，也就是说，通过纤维制成预定的杆形状。在这里使用具有大于或等于1/10的高宽比的至少圆形的、四边形的或六边形的杆作为杆横截面形状，尤其所述纤维杆在非圆形的横截面中具有至少为3mm×3mm的尺寸。在较小的高宽比的情况下该杆不是成形的纤维杆，而是各种织物。
对于纤维杆的使用也已证实有利的是：以骨架构造方式使用且随后注塑加工以用于构件制造，然而用于制造这样的构件的材料投入成本相对是高的。另外，塑料变脆并且提供有限的有利的碰撞性能。传统的纤维复合构件关于声学效果也是能够改善的。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种纤维增强的塑料构件，所述塑料构件在材料成本较小的同时具有改善的碰撞性能和改善的声学效果。
根据本发明，提出一种具有构件塑料体的纤维增强的塑料构件，所述构件塑料体确定该塑料构件的至少一部分。所述塑料构件包括至少一个纤维增强的杆，所述纤维增强的杆尤其设置为嵌入在构件塑料体中。所述构件塑料体至少部分地由塑料泡沫构成并且至少部分形锁合地包围所述至少一个纤维增强的杆，也就是说，所述至少一个增强纤维杆由发泡塑料泡沫至少局部地直接包覆。
作为塑料泡沫在此包括任何泡沫状的塑料结构，包括聚氨酯泡沫、热塑性泡沫(TSG)、热固性泡沫(例如由环氧树脂制成)、多孔牢固无纺织物。
所述塑料泡沫相对于实心塑料材料具有较低的密度并且因此具有较低的重量。在碰撞情况中，所述构件塑料体可以变形而不破裂。然而可以通过所述至少一个增强纤维杆产生足够高的刚性以供使用。另外，所述塑料泡沫吸收噪音并且因此促进改善的声学效果。
在一种实施方式中，所述塑料泡沫的泡沫结构可以通过蜂窝构成。另外，在一种有利的变体中规定，所述塑料泡沫本身构成蜂窝结构、尤其是折叠蜂窝结构，所述蜂窝结构保证有利的力吸收。
另外，所述纤维增强的塑料构件的一种替代方案规定，所述塑料构件具有至少一个金属增强元件和/或至少一个塑料增强元件，所述增强元件构成为塑料构件的力传导元件。这种增强元件例如可以由板构成。作为力传导元件例如使用衬套。另外，所述纤维增强的塑料构件可以具有由纤维增强塑料制成的面状增强元件。
在纤维增强的塑料构件的一种有利的实施变体中，塑料泡沫由发泡聚丙烯(EPP)或挤出热塑性塑料泡沫(XPP)或热塑性发泡泡沫(块状泡沫)或发泡聚苯乙烯(EPS)构成。作为增强杆尤其是使用具有塑料基体、尤其是聚丙烯基体的碳纤维杆。通过在泡沫和基体中使用相同的材料可以确保良好的材料锁合。所述构件塑料体构成要制造的纤维增强的塑料构件的最终形状的至少一部分。
另外，所述纤维增强的塑料构件的一种扩展方案的特征在于，所述塑料构件在至少一个外侧上具有外包覆物、例如装饰物或纺织物，或者所述塑料构件被覆以高光泽表面、例如PU漆或薄膜。
所述纤维增强的塑料构件的一种实施例的特征在于，所述塑料泡沫沿周向和沿其轴向延伸段完全包围所述至少一个增强纤维杆。
在一种有利的实施方式中，所述纤维增强的塑料构件具有多个增强纤维杆，其分别通过构件塑料体部分地发泡包围或完全通过塑料泡沫包围。由塑料泡沫制成的构件塑料体因此只能在所述增强纤维杆之间构成或完全包围所述增强纤维杆地构成。
在一种在纤维增强的塑料构件中的关于力引导和力分布的有利实施方式中规定，所述多个增强纤维构件相对于彼此设置成框架。所述框架可以二维地处于一个平面内或者三维地构造为空间结构，其中，所述增强纤维杆在其连接点处产生分别彼此对应的框架节点。这有利于增强纤维杆的符合负荷路径的布置或定向。
在所述纤维增强的塑料构件的另一扩展方案中，所述构件塑料体附加地具有由塑料制成的注塑结构，通过所述注塑结构连接所述多个增强纤维杆。所述注塑结构在此可以产生载体结构，在所述载体结构上固定增强纤维杆。另外，所述注塑结构可以具有与那些增强纤维杆对应的框架结构，使得增强纤维杆和注塑结构至少部分重叠地构造。此外，如下的实施变体是有利的，即，在该实施变体中，所述注塑结构具有连接结构，所述连接结构构造为力传导元件并且因此构成为力传导点。作为在注塑结构上的连接结构使用接纳件、衬套、孔眼、螺纹或螺纹孔、后嵌接件和类似物。通过所述连接结构可以将纤维增强的塑料构件固定在例如车辆框架上。通过将所述增强纤维杆与注塑结构连接，实现将力通过连接结构传导到注塑结构上并且因此传导到增强纤维杆上。
作为有利的实施方式还规定，所述注塑结构至少部分地、但是优选完全地由构件塑料体的塑料泡沫包覆。
可例如通过如下方式制造纤维增强的塑料构件，即，首先将注塑结构喷塑到增强纤维杆上并且接着以空间上预定的方式使构件塑料体在增强纤维杆上或围绕增强纤维杆发泡并且接着硬化所述构件塑料体。塑料泡沫优选通过空间结构、尤其以增材制造方法构成。

Claims (14)

1.纤维增强的塑料构件，所述塑料构件包括确定塑料构件的至少一部分的构件塑料体和至少一个纤维增强的杆，其中，所述构件塑料体至少部分地由塑料泡沫构成并且至少部分形锁合地包围所述至少一个纤维增强的杆，
所述塑料构件具有分别由构件塑料体包围的多个增强纤维杆，所述构件塑料体具有注塑结构，所述注塑结构连接所述多个增强纤维杆，所述注塑结构至少部分地由所述构件塑料体的发泡塑料泡沫包覆，
所述纤维增强的塑料构件通过如下方式制造，即，首先将注塑结构喷塑到增强纤维杆上并且接着以空间上预定的方式使构件塑料体在增强纤维杆上或围绕增强纤维杆发泡并且接着硬化所述构件塑料体。
2.根据权利要求1所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，设有多个空间上相对于彼此设置的纤维增强的杆。
3.根据权利要求2所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述纤维增强的杆至少部分地相对于彼此设置成框架结构并且彼此连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料构件具有至少一个金属增强元件和/或至少一个塑料增强元件，所述增强元件构成为该塑料构件的力传导元件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料泡沫构成蜂窝结构。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料泡沫构成折叠蜂窝结构。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料泡沫由发泡聚丙烯或挤出热塑性塑料泡沫或热塑性发泡泡沫、发泡聚苯乙烯、热固性泡沫或多孔牢固无纺织物材料构成。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料泡沫通过空间结构构成。
9.根据权利要求8所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料泡沫以增材制造方法构成。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料构件具有由纤维增强塑料制成的面状增强元件。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料构件在至少一个外侧上具有外包覆物。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述塑料泡沫完全包围所述至少一个纤维增强的杆。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述多个增强纤维杆通过所述构件塑料体的发泡塑料泡沫连接，其中，所述发泡塑料泡沫构造在所述多个增强纤维杆之间或分别完全包围所述多个增强纤维杆。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其特征在于，所述注塑结构具有连接结构，所述连接结构构成为用于该塑料构件的力传导点。
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