CN112538262A - 由锻造的复合材料制成的钟表部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钟表部件(100)，其由基于聚合物的基体(110)和加强件(120)构成，所述加强件由至少两种不同类型的切断纤维(121，122)组成，所述至少两种不同类型的切断纤维中的一种是聚唑。

Description

由锻造的复合材料制成的钟表部件
技术领域
本发明涉及由复合材料制成的钟表部件的领域。
现有技术
由聚合物基体中的编织纤维构成的常规复合材料是已知的。可以提及的是例如基于碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维或聚唑纤维(PBO)的材料，其与聚合物树脂组合。这些材料重量轻且具有良好的机械性质。另一方面，由于层叠步骤，它们难以用于小构件和复杂的形状。
还已知碳纤维形式的预浸渍复合材料，其以连续层和给定的取向沉积在模具中，然后在高压下加热以形成块体或预制件。同样在这里，复杂的和小的构件仅通过产生块体并对其进行机械加工来制造。
还已知由聚合物基体和主要为碳纤维的切断纤维构成的复合材料，所述切断纤维在热压之前与基体一起沉积在模具中；这些复合材料通常被称为“锻造碳”。由于消除了层叠步骤，因此这种方法可以直接获得复杂的构件，并且所述构件可以在不进行再加工的情况下使用。
由碳纤维和芳族聚酰胺纤维构成的复合材料是已知的，芳族聚酰胺纤维允许改善碳构件的机械性质。由于芳族聚酰胺纤维非常难以切断，因此这些复合材料仅以织物的形式存在，并且在使用之前预浸渍或者在形成所需形状的步骤期间浸渍。
由聚合物基体以及碳纤维和玻璃纤维的混合物构成的复合材料是已知的。纤维可以被编织，不然切断然后混合，如在以不同品牌(如Carbonium®)销售的复合材料中那样。为了特别的美学质量，这种复合材料的玻璃纤维也可被镀铝或着色。玻璃纤维具有类似的美学质量和低成本，但是它们的机械性质不如上述其他纤维，特别是PBO纤维的机械性质。
最后，液晶聚合物纤维是已知的，特别是聚唑，包括聚(对亚苯基-2,6-苯并双噁唑)-PBO，其机械性质优于芳族聚酰胺纤维的机械性质，并且在很大程度上优于碳纤维的机械性质。
目前可用的材料没有结合制造钟表部件所需的所有特点，即，特别是良好的机械性质，同时保持轻质、良好的耐磨损和抗冲击性、容易实施、容易机械加工、适于制造具有复杂几何形状和各种可能的美学质量的小构件。
发明内容
本发明的目的在于提出基于这样的材料的钟表部件，这种材料尤其使得能够制造壳构件。
这个目的通过由基于聚合物的基体和加强件构成的钟表部件实现，所述加强件由至少两种不同类型的纤维的混合物组成，所述至少两种不同类型的纤维中的一种是PBO。纤维的混合物意味着使用切断形式而不是编织形式的纤维。
根据本发明的一个变型，一种或多种第二类纤维选自碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、天然纤维和陶瓷纤维，从而允许更好的耐温性(玄武岩)、耐磨性(陶瓷)或刚性(碳，R型玻璃)。
根据本发明的一个变型，纤维具有2 mm至70 mm，优选4 mm至50 mm的长度，使得可以制造具有小尺寸的复杂构件。
根据本发明的一个变型，加强件包含20重量%至80重量%的PBO纤维。
根据本发明的一个变型，加强件包含0重量%至80重量%的碳纤维。
根据本发明的一个变型，加强件包含0重量%至80重量%的玄武岩纤维。
根据本发明的一个变型，基体是热固性聚合物。
根据本发明的一个变型，基体是热塑性聚合物。
根据本发明的一个变型，基体相对于加强件的质量比例为25%至50%。
根据本发明的一个变型，基体具有大于400 HV的硬度。
根据本发明的一个变型，基体具有大于150℃的耐温性。
根据本发明的一个变型，纳米或微米填料以基体的0重量%至4重量%的比例添加到基体中。
根据本发明的一个变型，纳米或微米填料选自碳纳米管、石墨烯、颜料、矿物填料或贵金属颗粒。
根据本发明的一个变型，颜料在可见光谱和UV辐射下具有相同的颜色。
根据本发明的一个变型，颜料在可见光谱和UV辐射下具有不同的颜色。
根据本发明的一个变型，颜料在可见光谱和红外辐射下具有不同的颜色。
附图说明
图1是根据本发明的钟表部件的示意图。
具体实施方式
本发明提出了由基于聚合物基体110和由至少两类纤维构成的切断纤维制成的加强件120的复合材料100制成的钟表部件，第一纤维121是PBO，例如以品牌Zylon®销售，另外的一种或多种第二纤维122选自碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、天然纤维、陶瓷纤维或其混合物。
将纤维切断成2 mm至70 mm，优选4 mm至50 mm的长度。
不同类型的纤维也可以被切断成不同的长度。
添加微米或纳米填料111 (石墨烯，碳纳米管，在可见光范围、UV范围或红外范围内着色的颜料，矿物填料，或贵金属(如Au或Pt)的颗粒)可以改善复合材料的某些性质，如机械、美学或防伪性质。
一种或所有类型的纤维可以用基体预浸渍，本领域技术人员通常将所述基体称为预浸料。
添加到加强件120中以形成本发明要求保护的复合材料的基体110可以是热固性类型(环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚氨酯、双马来酰亚胺等)或热塑性类型(尼龙、聚碳酸酯、PPS、PEKK、PEEK、PAEK等)。
优选地，基体110选择为热固性类型，因为其具有加强的耐磨性和抗冲击性。一旦交联，基体将具有大于400 HV的硬度 (维氏)。
在本发明的一个变型中，出于美观的原因，基体110可以用颜料或着色剂着色。
由于纤维以随机方式布置，因此获得的由复合材料制成的部件是独特的，从而允许识别和鉴定的手段。
制造根据本发明的钟表部件的方法的实例由以下组成：在第一步骤中，选择切断纤维的类型，以及在第二步骤中，将第一类纤维121与至少一种第二类纤维122组合。在第三步骤中，将纤维与基体110一起放置在模具中。根据基体的类型和纤维的选择，基体在最终复合材料中的质量比例为25%至45%。在第四步骤中，将模具封闭。第五步骤在于使复合材料交联，其使用温度循环(加热、平台阶段(stages)、冷却)和在压力(恒定或可变)下进行，以便允许基体110填充模具的所有腔体。在第六步骤中，使构件脱模。任选的第七步骤包括校正构件和/或进行装饰，如喷砂、缎面加工等。
根据本发明的一个有利变型，可以将所有纤维直接放置在模具中，然后合并第二步骤和第三步骤。
下面的实施例说明所要求保护的钟表部件的不同变型，其具有比由具有不同美学质量的锻造碳、锻造碳/玻璃或锻造玄武岩制造的构件更大的机械强度。
实施例1：由以下材料制成的部件，所述材料由基体和加强件构成，使得：
a. 基体是环氧树脂，占复合材料重量的30%。
b. 加强件由以下纤维的混合物构成：
i. 占加强件的40质量%的长度为20 mm的PBO纤维，被称为Zylon®级HM。
ii. 占加强件的5质量%的长度为25 mm的玄武岩纤维。
iii. 占加强件的55%的长度为30 mm的碳纤维。
将加强件放置在模具中，所述模具代表钟表部件的阴模，在这种情况下，为座圈。加入基体并用第二底模(counter-form)封闭模具。然后将模具置于热压机中以施加压力和温度循环，从而允许树脂的均匀分布和交联。
然后将部件脱模，然后对座圈的上表面进行缎面加工。由锻造的Zylon®-碳-玄武岩复合材料制成的部件用于组装表。与仅具有碳加强件的等同构件相比，这个部件表现出更好的韧性和更低的重量。
实施例2：由以下材料制成的部件，所述材料由基体和加强件构成，使得：
a. 基体是环氧树脂，占复合材料重量的35%。
b. 加强件由以下纤维的混合物构成：
i. 20质量%的长度为30 mm的PBO纤维。
ii. 45质量%的长度为50 mm的碳纤维和35质量%的长度为35 mm的碳纤维。
将加强件放置在模具中，所述模具代表钟表部件的阴模，特别是座圈。相对于加强件，添加1重量%的贵金属颗粒，特别是金(Au)。然后加入基体，并用底模封闭模具。该方法与实施例1中的方法相同。与由仅具有一个加强件的“锻造碳”制成的等同构件相比，由此获得的由具有金(Au)插入物的锻造PBO-碳复合材料制成的部件表现出更好的韧性、不同的美学质量和更低的重量。
实施例3：钟表部件，其由基体和加强件构成，使得：
a. 基体是聚氨酯树脂，占复合材料重量的25%。
b. 加强件由以下纤维的混合物构成：
i. 50质量%的长度为40 mm的PBO纤维。
ii. 50质量%的长度为50 mm的玄武岩纤维。
将加强件放置在模具中，所述模具代表钟表部件的阴模，特别是中部。相对于加强件，添加3重量%的石墨烯纳米颗粒。
然后加入基体，并用中部的底模的其他构件封闭模具。
方法的其余部分与实施例1中方法的其余部分相同。
与仅具有玄武岩加强件的等同构件相比，由此获得的由石墨烯加强的锻造PBO-玄武岩制成的构件表现出更好的机械性质、不同的美学质量和更低的重量。
实施例4：钟表部件，其由基体和加强件构成，使得：
a. 基体是聚氨酯树脂，其占复合材料重量的45%。预先将树脂与相对于基体的2重量%的安全颜料混合，所述安全颜料在可见光谱中呈现白色(称为不可见)并且当用在365 nm的波长下发射的Wood灯照射时发橙色光。
b. 加强件由以下纤维的混合物构成：
i. 70质量%的长度为5 mm至25 mm的PBO纤维。
ii. 20质量%的长度为4 mm至30 mm的碳纤维。
iii. 10质量%的长度为4 mm至20 mm的玻璃纤维。
将加强件放置在模具中，所述模具代表钟表部件的阴模，特别是中部。模具由中部的底模的其他构件封闭，并且基体在压力下注射成型。
方法的其余部分与实施例1中方法的其余部分相同。
然后将构件脱模。由锻造的Zylon®-碳-玄武岩复合材料制成的构件用于组装表。与仅具有碳加强件的等同构件相比，这个部件表现出更好的韧性和更低的重量。另外，当颗粒发橙色光时，这个部件可以在UV光下被识别和鉴定。
实施例5：钟表部件，其由基体和加强件构成，使得：
a. 基体是由PEEK (聚醚醚酮)和碳构成的热塑性Victrex®树脂，占复合材料重量的30%。
b. 加强件由以下纤维的混合物构成：
i. 80质量%的长度为10 mm至50 mm的PBO纤维。
ii. 20质量%的长度为4 mm至60 mm的碳纤维。
将环氧树脂和硬化剂混合以获得均匀的基体。将加强件的纤维机械混合到基体中。然后将基体/加强件混合物置于模具中，所述模具代表钟表部件的一个表面的阴模，特别是表盘。将模具加热，然后加压，以允许树脂在模制构件中均匀分布。在压力/温度循环结束时，从模具中取出构件，然后通过传统方法进行机械加工，以获得所需的最终构件。
所述部件表现出比由100%碳制成的构件更大的韧性和亮度，以及不同的美学质量。

Claims (14)

1.钟表部件(100)，其由基于聚合物的基体(110)和加强件(120)构成，其特征在于，所述加强件(120)由至少两种不同类型的切断形式的纤维(121、122)组成，所述至少两种不同类型的纤维中的一种是聚唑。
2.根据前述权利要求所述的钟表部件，其特征在于，所述一种或多种第二类纤维(122)选自碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、天然纤维和陶瓷纤维。
3.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述纤维具有2 mm至70mm的长度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述纤维具有4 mm至50mm的长度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述加强件包括20重量%至80重量%的聚唑纤维。
6.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述加强件包含0重量%至80重量%的碳纤维。
7.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述加强件包含0重量%至80重量%的玄武岩纤维。
8.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述基体(110)是聚合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，所述基体相对于所述加强件的质量比例为25%至50%。
10.根据前述权利要求中任一项所述的钟表部件，其特征在于，纳米或微米填料(111)以所述基体的0重量%至4重量%的比例添加到所述基体。
11.根据前述权利要求所述的钟表部件，其特征在于，所述纳米或微米填料(111)选自碳纳米管、石墨烯、颜料、矿物填料或贵金属颗粒。
12.根据前述权利要求所述的钟表部件，其特征在于，所述基体包含在可见光谱和UV辐射下具有相同颜色的颜料。
13.根据权利要求11所述的钟表部件，其特征在于，所述颜料在可见光谱和UV辐射下具有不同的颜色。
14.根据权利要求11所述的钟表部件，其特征在于，所述颜料在可见光谱和红外辐射下具有不同的颜色。
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