CN113840717A - 用于制造纤维增强的塑料构件的方法和纤维增强的塑料构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维增强的塑料构件(20)、尤其是车辆构件的方法，为此，形成纤维增强部的纤维半成品(8)与基质材料(9)共同在挤压工具中进行处理，并且在基质材料(9)硬化的情况下挤压成塑料构件(20)。所述方法还包含如下步骤：提供设有题材的织物式嵌入件(1)；并且除了纤维半成品(8)之外，还将所述织物式嵌入件(1)嵌入到挤压工具(3)中。本发明还涉及一种纤维增强的塑料构件。

Description

用于制造纤维增强的塑料构件的方法和纤维增强的塑料构件
技术领域
本发明涉及一种用于制造纤维增强的塑料构件的方法以及一种纤维增强的塑料构件。
背景技术
在轻型结构的范围中，纤维增强的塑料构件越来越多地用于车辆车身。所述塑料构件通常具有由塑料制成的基质材料，纤维增强部埋入到所述基质材料中，以实现必要的强度和机械参数。所述纤维增强部可以由一层或多层的增强纤维构成，所述增强纤维可以作为机织物、稀松布、编织物存在或以其他形式存在。这样的纤维增强的塑料构件的制造例如以树脂转移模塑成型(RTM)方法或通过湿压来进行。
如果应以碳可视外观制造构件，则通常使用一种基质材料，所述基质材料透明地硬化并且通过最上部的纤维层(即通常是碳编织物或机织物)保持可见。
值得期望的是在制造这样的塑料构件时的进一步的颜色上的设计空间。对于车辆构件尤其是在题材的轮廓、色彩亮度、颜色深度和抗紫外线性方面提出尤其高的要求。
发明内容
在此背景下，本发明的任务是提供一种可能性，即如何能够在批量制造中制造装饰有题材的纤维增强的塑料构件，尤其是应能够以碳可视外观制造构件。此外，还应提供一种塑料构件，所述塑料构件装饰有题材，并且所述塑料构件满足汽车结构中的光学要求。
所述任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求9所述的塑料构件来解决。其他有利的设计方案由从属权利要求和随后的说明得出。
提供一种用于制造纤维增强的塑料构件的方法，为此，构成纤维增强部的纤维半成品与基质材料共同在挤压工具中进行处理和硬化，以用于构成塑料构件。
根据本发明，现在除了纤维半成品，还将设有题材的织物式嵌入件嵌入到挤压工具中并且通过挤压过程一同集成到基质材料中。
此外，提供一种纤维增强的塑料构件，所述塑料构件包含埋入在基质材料中的纤维增强部并且包含设有题材的织物式嵌入件。所述织物式嵌入件设置在纤维增强部上并且埋入到基质材料中。
纤维增强的塑料构件尤其可以是车辆构件、例如车身构件或车身安装件。其尤其是可以以所描述的方法制造并且因此包含相同的技术作用和优点。
纤维半成品包含至少一层增强纤维，例如碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。所述纤维半成品优选作为由多层增强纤维构成的堆(叠)。增强纤维优选单向或双向定向。纤维半成品例如可以例如作为面状的、必要情况下预成型的半产品存在，或者例如围绕支撑芯设置。纤维半成品优选包含碳机织物。
织物式嵌入件例如可以是稀松布、机织物或无纺布。在一种优选的设计方案中，所述织物式嵌入件是针织物、尤其是经编针织物。针织物是一种面料，所述面料由一根纱线或多根纱线或者由一根纬纱或多根纬纱通过针织组织来制成。在针织物中，一个线圈绕到另一个线圈中。为了产生经编针织物，各纱线构成彼此叠置的网孔，也就是说，各线垂直地伸展并且与相邻的线一起构成网孔纵行，而在纬编针织物中，一个网孔在另一个网孔旁边建立，因此，线水平地伸展。所存在的网孔创建在纤维束之间的中间空间。所述中间空间以基质材料填充并且形成多个“通道”，通过所述通道，位于其下方的材料被连接。针织品相对于相同凹版印刷的机织物或无纺布对基质材料具有明显更高的透过性。在各网孔之间相应地存在通道形的空隙，基质材料能够相对无阻碍地流动穿过所述空隙，由此尽管在机织物的弹性的情况下在灌注过程期间也防止嵌入件的滑动或变形。另外，经编针织物的使用实现特别的颜色深度。通过隧道状的网眼中间空间，纤维增强部的位于其下方的结构可以透视。在此，人的眼睛将图案的颜色外观与中间空间的结构外观结合，从而所述图案在制成的构件中看起来像是其直接印刷到纤维增强部上。
织物式嵌入件不限于特定材料并且可以由例如天然纤维或塑料纤维制成。优选地，织物式嵌入件具有聚酯纤维，优选地，织物式嵌入件由聚酯制成。聚酯能够对如在进一步处理中(例如在RTM方法中)可能出现的高温表现出良好的耐热性。天然无色和天然混浊的聚酯纤维具有良好的吸色能力，通过着色可以达到很高的色彩饱和度。此外，在制造塑料构件期间，聚酯纤维被基质材料浸透。在此，聚酯纤维表现出如下的有利特性，即聚酯纤维(几乎)透明(“湿效应”)。由此，用树脂浸湿过的聚酯纤维保持乳状地透视，并且位于嵌入件后方的纤维增强部变得部分可见。
织物式嵌入件设有题材。所述题材可以例如是图案、字体或商标。所述题材可以在整个嵌入件上或仅在嵌入件的一部分上延伸。
印刷有题材的嵌入件可以设计成白色、黑色或一种或多种其他色调。嵌入件可以设计成一种或多种颜色。例如，嵌入件可以由着色的纤维制成。嵌入件也可以制成为织物，并且然后设有印刷字样。直接印刷方法特别适合作为印刷方法。在直接印刷中，经由印刷头将单独的色滴直接施加到要印刷的基材上。可以实现印刷的题材的大范围的色调和高分辨率。在施加之后，加热经印刷的织物，使油墨干燥或者说硬化。
特别有利地，以胶乳印刷来印刷所述嵌入件。在这里，使用和施加胶乳油墨。在此，胶乳油墨几乎不含挥发性化合物、例如溶剂。利用胶乳印刷可以实现在织物上的颜色的非常好的紫外线稳定性。在本方法的范围中，通过热量输入来实现与织物式的半成品的稳定且抗紫外线的连接。此外有利的是，所述胶乳油墨容易地渗入到织物的纤维中并且不作为阻隔膜贴靠在织物上，织物结构在很大程度上被保留并且因此对于后续以基质材料进行灌注是可达到的。如果所述织物此外还构造为经编针织物，则针织物对基质材料的流动阻力小。所述基质材料可以通过空隙环绕网眼并且全面包围网眼。
为了实现视觉上完美无瑕的A级表面，并且同时实现出色的色彩深度和饱和度，已证实为有利的是，织物式嵌入件具有在50g/m2至150g/m2的范围中的凹版印刷。具有这样的凹版印刷的聚酯经编针织物附加地具有如下优点，即可以将其引入成型工具中，而无需更换工具或过程适配。
具有较小凹版印刷或最大110g/m2的凹版印刷的聚酯经编针织物通常主要用作旗帜材料。在旗帜印刷中使用胶乳印刷相当不常见，因为这样的印刷方法会实现比其他印刷方法更低的颜色强度。此外，胶乳颜色位于纤维上或轻微地位于纤维中，这在处理经印刷的织物时导致不期望的纤维断裂。然而，已经令人惊讶地表明，这样的应力发白在树脂注射后消失，并且这样精细的凹版印刷的聚酯经编针织物(当其以胶乳印刷被印刷并作为嵌入件在塑料构件中进行处理时)仍然显示高的颜色亮度并且具有非常高的抗紫外线性。
为了制造纤维增强的塑料构件，将织物式嵌入件和纤维半成品嵌入到挤压工具的型腔中。在那里，两个半成品与基质材料共同被挤压成要制造的构件的形状，并且基质材料硬化。
该方法可以是注射方法，例如树脂转移模塑成型(RTM)方法。在RTM方法中，将纤维半成品嵌入到工具型腔中，封闭工具，并且未硬化的基质材料在压力情况下注入型腔中。基质材料灌注纤维半成品并且硬化。
在一种备选的设计方案中，塑料构件通过湿压来制造。为此，在封闭挤压工具之前，纤维半成品就已经设有基质材料。在封闭过程期间，先前添加的基质材料分布在工具型腔上并润湿纤维半成品的纤维。
织物式嵌入件可以与纤维半成品无关地嵌入到工具中或与纤维半成品共同嵌入到工具中。如果织物式嵌入件与半成品纤维产品共同引入，则优选地将织物式嵌入件固定在纤维半成品上，例如通过粘合剂或缝纫来固定。由此可以防止嵌入件在嵌入和随后的挤压期间滑动。如果以湿压方法进行构件制造，则代替单独的固定剂，所施加的基质材料也可用于将织物式嵌入件固定在纤维半成品上。
由于基质材料在RTM方法中的高注射压力和长的流动路径，有利的是，在一种设计方案中，织物式嵌入件相对于工具固定。为此，织物式嵌入件例如可以在型腔的整个长度或宽度上延伸并且借助于夹紧装置在边缘区域中进行定位和固定。
为了使嵌入件的题材稍后可见，织物式嵌入件优选嵌入到工具中，使得在制成的构件中构成可见侧，也就是说，从可见侧观察，织物式嵌入件在制成的构件中形成最上部的纤维层。换句话说，织物式嵌入件优选设置在纤维增强部的面向构件的可见侧的那一侧上。
所使用的基质材料优选是可反应的树脂体系，所述树脂体系除了树脂和硬化剂之外还可以包含其他成分。优选地，所述塑料模塑料此外包含惰性的分离剂。基质材料例如是透明地硬化的树脂体系，其中，根据构件的期望的视觉外观也可设想添加颜色材料。
由于上述优点，该方法特别适用于以批量至大批量制造构件，并且因此适用于车辆工业。在以碳纤维可视外观的构件中，可以产生一种视觉外观，即仿佛在没有织物式嵌入件的情况下工作的一样。在一种特别优选的设计方案中，利用所述方法制造车辆构件，例如车身构件或车身安装件。
本发明的其他的优点、特征和细节由下面的说明得出，其中参考附图详细说明本发明的实施例。在此，在权利要求书和说明书中提到的特征分别本身单独地或任意组合地都对本发明而言是重要的。如果在本申请中使用术语“可以”，则不仅是技术的可能性而且是实际的技术实施。
附图说明
在下文中，根据附图阐述各实施例。在附图中：
图1示出示例性的方法流程的示意图，
附2A示出车辆构件的剖面图，并且
图2B示出图2A的车辆构件的俯视图。
具体实施方式
在所述方法中，首先提供织物式嵌入件1。所述嵌入件1设计成有颜色的，例如设有题材2、在这里为字样。所述题材2例如可以是标志徽章或类似物。所述题材2可以在整个嵌入件1上延伸或仅在该嵌入件1的一部分上延伸。织物式嵌入件1优选是具有在50g/m2至150g/m2的范围中的凹版印刷的聚酯经编针织物。嵌入件1的有颜色的设计方案优选通过胶乳印刷以合适的颜色来进行。
织物式嵌入件1与纤维半成品8和基质材料9共同在进行恒温处理的挤压工具3中进一步处理。所述挤压工具3包含型腔，所述型腔模拟要制造的纤维增强的塑料构件的外轮廓。所述型腔通过工具部分6和7的内壁4、5来限定。
优选地，所述方法实施为RTM方法。为此，首先将织物式嵌入件1和纤维半成品8嵌入到工具的型腔中。所述纤维半成品8形成在构件中的稍后的纤维增强部。所述织物式嵌入件1对构件的强度没有显著贡献。
如其在图1中示出的那样，织物式嵌入件1例如可以与纤维半成品8无关地嵌入到工具3中。优选地，然后相对于工具3固定所述织物式嵌入件1。如果织物式嵌入件1在构件的整个宽度或长度上延伸，则例如可以借助于夹紧装置将其夹紧并定位在工具上。
织物式嵌入件1也可以例如利用粘合剂或以缝纫的方式首先定位且固定在纤维半成品8上，并且然后与纤维半成品8共同引入到挤压工具3中。
封闭工具3，并且可硬化的基质材料9(例如与硬化剂混合的环氧树脂)在压力情况下借助于未示出的填充系统注入到封闭的工具3中。在那里，塑料模塑料浸湿纤维半成品8和织物式嵌入件1。
备选地，所述塑料构件20也以湿压方法来制造。然后纤维半成品8不是在工具3中才以基质材料9润湿，而是当纤维半成品嵌入到挤压工具3时，基质材料就已经施加在纤维半成品8上。对于以湿压方法的制造，有利的是，首先将织物式嵌入件1固定在纤维半成品上。这由于已经存在的基质材料而能够在没有附加的固定剂的情况下进行。备选地，织物式嵌入件1也可以直接定位在工具中。
在织物式嵌入件1上的题材2应在制成的塑料构件20中是可见的。因此将所述嵌入件在挤压工具3中优选放置成，使得具有题材2的嵌入件设置在构件的随后的可见侧上。
图2A示出通过用根据图1的方法制造的塑料构件20的剖面图。所述塑料构件20涉及车辆构件，例如车辆车顶或其他的车身构件(车身安装件)。所述塑料构件20包含结合到基质材料9中的纤维增强部8，所述纤维增强部优选由多层碳纤维机织物构成。因为使用透明地硬化的树脂体系作为基质材料9，所以碳结构在制成的塑料构件20中保持可见。在塑料构件20的可见侧22上，织物式嵌入件1结合到基质材料9中。在这里，没有印刷有题材2的聚酯纤维在树脂体系的影响下保持乳状地浑浊。位于其下的碳结构24此外是可见的。同样在题材的区域中，碳结构仍是可识别的，因为基于所使用的材料和印刷方法，网眼中间空间没有被颜色填充，并且位于其下的机织物结构仍然可以透视。图2B示出塑料构件20的可见侧22的俯视图。
嵌入件的尺寸和形状可以改变，以便模拟不同的题材或产生不同效果。例如，所述嵌入件可以作为条带在整个构件宽度或长度上延伸，或者可以使用一种如下的嵌入件，所述嵌入件在整个构件中覆盖纤维半成品8。
附图标记列表
1 织物式嵌入件
2 题材
3 挤压工具
4、5 内壁
6、7 工具部分
8 纤维半成品
9 基质材料
20 纤维增强的构件
22 可见侧
24 碳结构。

Claims (14)

1.用于制造纤维增强的塑料构件(20)、尤其是车辆构件的方法，为此，形成纤维增强部的纤维半成品(8)与基质材料(9)共同在挤压工具中进行处理，并且在基质材料(9)硬化的情况下挤压成塑料构件(20)，其特征在于，设有如下步骤：
-提供设有题材的织物式嵌入件(1)；并且
-除了纤维半成品(8)之外，还将所述织物式嵌入件(1)嵌入到挤压工具(3)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述织物式嵌入件(1)是针织物、尤其是经编针织物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述织物式嵌入件(1)具有在50g/m2至150g/m2的范围中的凹版印刷或具有在50g/m2至110g/m2的范围中的凹版印刷。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述织物式嵌入件(1)是有颜色的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以胶乳印刷来印刷所述织物式嵌入件(1)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以树脂转移模塑成型方法进行所述塑料构件(20)的制造。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过湿压来进行所述塑料构件(20)的制造。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述织物式嵌入件(1)定位且固定在所述纤维半成品(8)上，或所述织物式嵌入件(1)定位且固定在挤压工具(3)中。
9.纤维增强的塑料构件、尤其是车辆构件，所述塑料构件具有纤维增强部(8)并且具有设有题材的织物式嵌入件(1)，所述纤维增强部埋入在基质材料(9)中，所述嵌入件(1)设置在纤维增强部(8)上并且埋入到基质材料(9)中。
10.根据权利要求9所述的纤维增强的塑料构件，其中，所述织物式嵌入件(1)是针织物、尤其是经编针织物。
11.根据权利要求9或10所述的纤维增强的塑料构件，其中，所述织物式嵌入件(1)在干燥状态下具有在50g/m2至150g/m2的范围中的凹版印刷，或具有在50g/m2至110g/m2的范围中的凹版印刷。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其中，所述织物式嵌入件(1)是有颜色的。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其中，以胶乳印刷来印刷所述织物式嵌入件(1)。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的纤维增强的塑料构件，其中，所述织物式嵌入件(1)设置在纤维半成品(8)的面向塑料构件(20)的可见侧(22)的那一侧上。
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