專利名稱：改進的模具芯和使用該芯制造模制部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造中空部件，例如基于金屬或有機材料并包括基于纖維和基體或樹 脂的加強件的部件的總技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
這種部件通過例如模制例如用纖維加強的復(fù)合材料的方法并使用模具芯獲得。該 加強件可由在浸漬樹脂之前放置在模具芯上的至少一層纖維或織物疊層制成，或由放置在 所述模具芯上的也稱為半成品材料或“預(yù)浸料坯”材料的預(yù)浸漬有樹脂的各層材料制成。這 些復(fù)合材料包括例如基于灌注樹脂的環(huán)氧樹脂、基于灌注樹脂的苯并惡嗪、酚醛樹脂、濕層 疊樹脂(環(huán)氧、酚醛)或熱塑基體。所使用的模制方法可包括例如真空灌注(V. I.)方法或通過樹脂轉(zhuǎn)移模制 (R.T.M.)方法。這意味著打開和關(guān)閉模具的概念可應(yīng)用于本發(fā)明的框架。這些方法本身是已知的且因此在本說明書中不再進行描述。本發(fā)明更具體地涉及通過模制來制造加強部件，例如中空部件或具有底部槽的部 件，部件呈具有諸如凸起部分、放大部分、臺肩等的突出部分的形狀，它們常常難于或甚至 不可能從其中分離出模具芯來。為了解決該類型的問題，已知在模制操作過程中利用例如能在水中或其它某些液 體中溶解的可去除或通過任何其它方法(例如振動)去除的模具芯。應(yīng)當(dāng)理解，所謂可去 除是可溶解或允許去除模具芯的任何物理或化學(xué)原理。為了獲得足夠的溶解度和低的密度，制造這些模具芯的材料通常為開孔材料。用于模具芯的這種結(jié)構(gòu)要求它們用適于防止構(gòu)成將來模制部件的材料，諸如熔融 金屬或樹脂滲透到所述模具芯內(nèi)的材料密封。例如，密封材料通常是聚酰胺(PA)膜。該密封裝置還可包括熱塑膜或涂層、碳納 米管紙“布凱紙”、PTFE膜(Tedlar 膜)或酚醛樹脂。密封材料還用于防止構(gòu)成通過模制獲得的部件的材料，或所述部件的一部分被構(gòu) 成模具芯的材料污染。例如，文獻DE102005011930披露了制造設(shè)有稱為“真空膜”的密封裝置的可去除 模具芯。所述模具芯具有可對氣體和液體不可滲透的密封裝置。該密封裝置緊密地施加到 模具芯的整個外表面上，從而盡可能緊密地適配其形狀。在將模具芯從固體模制部件取出 的步驟之后，密封裝置或者通過進行另外的操作又從部件取出，或者永久地留在部件內(nèi)。留 在里面時，密封裝置無意義地增加模制部件的重量。這樣獲得的模制部件在各種應(yīng)用中還具有其它缺點。經(jīng)常經(jīng)受高度機械、化學(xué)或 熱應(yīng)力的這些部件需要另外的處理，例如涂敷層形式等，以賦予其所要求的特性。這要求設(shè) 計具體制造步驟且因此設(shè)計制造生產(chǎn)線上附加的工位。此外，通常難以(如果并非不可能)使具有復(fù)雜內(nèi)部形狀或內(nèi)腔的中空部件以精 確且均勻的方式接收一次或多次涂敷。則不能確保在處于各種應(yīng)力和限制時這些部件是可靠的。還應(yīng)當(dāng)發(fā)現(xiàn)，實施這些制造步驟使得附加制造成本上升。例如，文獻FR2745745描述了用于基于包括纖維、織物或紡織品以及浸漬基體在 內(nèi)的至少一個復(fù)合材料制造復(fù)合部件的模具芯，所述模具芯包括可取出的固體填充材料， 所述填充材料具有根據(jù)所要模制的部件確定的形狀。該模具芯還包括呈與基體物理或化學(xué) 粘結(jié)的密封裝置。顯然，諸如可去除軟管之類的該密封裝置提供附加于構(gòu)成復(fù)合部件的其 它材料的附加物理特性。這種軟管的操作通常是非常難的操作。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是尋求提供一種制造尤其簡單且具有新型特性和功能的新型 模具芯和密封概念，能夠簡化制造模制部件的已知方法。本發(fā)明的另一目的是尋求提出一種模制由復(fù)合材料制成的加強部件的新型方法， 而不具有上述已知制造方法的缺點。因此本發(fā)明的另一目的是尋求提出一種使所要制造的加固部件具有新型功能和 特性但不由此增加其制造復(fù)雜度的新型模制方法。本發(fā)明的目標(biāo)借助于一種用于基于包括纖維、織物或紡織品以及浸漬基體的至少 一種復(fù)合材料制造復(fù)合部件的模具芯來實現(xiàn)，所述模具芯包括可去除的固體或液體填充材 料，所述填充材料具有根據(jù)所要模制的部件確定的形狀，所述模具芯還包括覆蓋填充材料 的整個外表面的密封裝置，模具芯的特征在于，密封裝置包括至少一種粘結(jié)材料和至少一 種附加材料，粘結(jié)材料呈與復(fù)合基體物理或化學(xué)粘結(jié)，且附加材料提供附加于構(gòu)成復(fù)合部 件的其它材料的特性的熱、機械、物理和/或化學(xué)特性。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，粘結(jié)材料選自包括聚酰胺(PA)膜、熱塑膜或涂層、 碳納米紙“布凱紙”、PTFE膜(Tedlar 膜)、或熱固樹脂(例如酚醛塑料、苯并惡嗪或環(huán)氧 樹脂)的材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自增加密封裝置的機械強度、 韌度和抗沖擊性的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自增加密封裝置的耐腐蝕特性 的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自增加密封裝置抵抗化學(xué)和生 物侵蝕的表面強度的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自使密封裝置不可燃或提供阻 燃特性或燃燒時減少煙霧和有毒物質(zhì)排放的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自促進密封裝置通過熱塑焊接 與其它構(gòu)件粘結(jié)的諸如熱塑材料的任何材料族。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，可去除填充材料選自可去除(例如，可溶)材料的任何族。本發(fā)明的目的還借助于一種模制部件或復(fù)合部件的一部分的方法來實現(xiàn)，該部件 由至少基于包括纖維、織物或浸漬有浸漬基體或樹脂的紡織品的復(fù)合材料的至少一個加固 層和局部或完整的至少一個功能涂層構(gòu)成，從而提高所述部件的機械、熱、物理和/或化學(xué)特性，該方法具體在于使用包括密封裝置的模具芯，所述模具芯是至少部分可去除的；用 復(fù)合材料包裹或覆蓋模具芯以形成部件；以及通過施加熱來固化復(fù)合材料，該方法的特征 在于，該方法在于使用上述模具芯，以及使用保持在部件內(nèi)以構(gòu)成功能涂層的密封裝置。在根據(jù)本發(fā)明的一實施方式中，該方法在于部件的固化操作之后溶解可去除填充 材料。在根據(jù)本發(fā)明的一實施方式中，該方法包括對于V. I.方法特有的用于進行樹脂 浸漬操作和固化操作的步驟。R.T.M.方法(樹脂轉(zhuǎn)移模制方法)本身是已知的，且在本發(fā)明中不再更詳細(xì)地解釋。在根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式中，該方法包括對于R.T.M.方法特有的用于進行 樹脂浸漬操作和固化操作的步驟。V. I.方法(真空灌注方法)本身是已知的，且在本說明書中不再更詳細(xì)地描述。在根據(jù)本發(fā)明的一實施方式中，該方法在于用功能涂層覆蓋復(fù)合部件的附加內(nèi)表 面和外表面。在根據(jù)本發(fā)明的一實施方式中，該方法在于選擇熔融溫度在基體/樹脂的注入/ 灌注溫度與復(fù)合部件的固化溫度之間的密封裝置。在這種實施例中實現(xiàn)密封裝置與復(fù)合 基體之間的粘結(jié)?；w/樹脂的注入/灌注溫度約為120°C，且復(fù)合部件的固化溫度約為 185 "C。在根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式中，該方法在于選擇熔融溫度高于復(fù)合部件的固化 溫度的密封裝置。在這種實施例中，整個密封裝置保留在復(fù)合部件上。在根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式中，該方法在于選擇包括至少兩層的密封裝置，一 層的熔融溫度低于基體/樹脂的注入/灌注溫度，另一層的熔融溫度高于基體/樹脂的注 入/灌注溫度。在這種實施例中，僅密封裝置的一部分保留在復(fù)合部件上。根據(jù)本發(fā)明的模具芯具有制造簡單的巨大優(yōu)點。以已知方式制造該模具芯。所述 模具芯的密封裝置將注入耐火、耐化學(xué)侵蝕、粘結(jié)特性或機械強度之類的新型和永久功能 和特性賦予用用作工具的模具芯構(gòu)建的復(fù)合部件。根據(jù)本發(fā)明制造模具芯的方法在實踐中 是不變的。僅改變密封裝置的成分和/或結(jié)構(gòu)。因此通過使用先前已知的模制方法而不改變所述方法，模具芯就能夠?qū)⑿滦凸δ?和特性轉(zhuǎn)移給模制部分。這產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的模具芯還具有將新型功能與諸如密封、半可滲透性和可溶性之類的 功能組合的優(yōu)點。此外，無需將抗粘結(jié)特性賦予密封裝置以防止它與浸漬樹脂粘結(jié)，因為密封裝置 設(shè)計成永久保留在模制部分內(nèi)。相反，理想的是獲得更強的機械和/或化學(xué)粘結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的模制方法具有這樣的優(yōu)點其由于正在模制的部件而直接賦予模制 部件以新型功能和特性，且并不需要隨后的處理或加工步驟。根據(jù)本發(fā)明的模制方法具有這樣的優(yōu)點其賦予模制部件以新型功能和特性，且 不必更改先前已知的模制操作或改變已知的模制裝置。僅提供需要適應(yīng)的用于模具芯的密 封裝置就可賦予所述新型特性和功能。根據(jù)本發(fā)明的模制方法還具有這樣的優(yōu)點模制部件自動具有關(guān)于可燃性-煙霧-毒性(FST)特性和關(guān)于其熱、機械和化學(xué)特性的改進，選擇提供適當(dāng)?shù)母郊硬牧稀８鶕?jù)本發(fā)明的模制方法還具有這樣的優(yōu)點模制部件自動具有適于通過熱密封、 熱塑焊接或任何連接/連結(jié)技術(shù)固定插入件的表面，而無需附加的處理和加工。根據(jù)本發(fā)明的模制方法還具有這樣的優(yōu)點模制部件自動具有適于后續(xù)處理的特 性，后續(xù)處理例如施加和固定通過纖維等加固的插入件或材料疊層。根據(jù)本發(fā)明的模制方法還具有這樣的優(yōu)點模制部件可自動具有對于液體和/或 氣體不可滲透特性的顯著改進。還改進使用時的抗沖擊性、對介質(zhì)或生物污染的密封、耐化學(xué)性和對細(xì)菌或其它 有害物質(zhì)的耐受性。表面制備/優(yōu)化，例如粘結(jié)制備和/或乃腐蝕特性和/或著色特性也 得到改進。根據(jù)本發(fā)明的模制方法還具有這樣的優(yōu)點由于復(fù)合部件的內(nèi)表面的質(zhì)量更好， 改進了超聲測試能力。


參照附圖，從以下對借助于圖示給出的實施例的描述中，將更加詳細(xì)地顯現(xiàn)本發(fā) 明及其優(yōu)點，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的模具芯的一個實施例的零件部分的示意圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的模具芯的一個實施例的示意圖；圖3是示出利用根據(jù)本發(fā)明的模具芯實施根據(jù)本發(fā)明方法的中間步驟的示意圖； 以及圖4是示出通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的模制部件的一實施例的示意圖。
具體實施例方式在一個以上圖中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能上相同的元件，將給予相同的單個數(shù)字或字母 附圖標(biāo)記。圖1和2是示出怎樣制造根據(jù)本發(fā)明的模具芯1的示意圖。模具芯1包括填充材 料2和密封裝置3。填充材料是固態(tài)的且根據(jù)將來模制部件4的形狀通過機械加工成形。填充材料2較佳地可在液體中或通過其它物理或化學(xué)原理去除。有利的是，密封裝置3包括至少一種粘結(jié)材料，促使與浸漬樹脂形成物理和/或化 學(xué)粘結(jié)。密封裝置3還包括具有熱、機械、物理和/或化學(xué)特性的至少一種附加材料，這些 特性相對于構(gòu)成密封裝置3和/或復(fù)合部件的其它材料的特性是附加的或補充的。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自增加機械強度或韌度并改進 密封裝置3的抗沖擊性的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自增加密封裝置3的耐腐蝕特 性的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自增加密封裝置3抵抗化學(xué)和 生物侵蝕的表面強度的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自有助于使密封裝置3，且因此也使部件4不可燃、阻燃或煙霧和有毒物質(zhì)低放射的任何材料族。在根據(jù)本發(fā)明的一實施例中，至少一種附加材料選自促進密封裝置3通過例如熱 塑焊接與其它構(gòu)件粘結(jié)的任何材料族。顯然，在單個附加材料或在幾種附加材料的結(jié)合中可發(fā)現(xiàn)所有上述功能和特性。 術(shù)語“結(jié)合”應(yīng)當(dāng)理解為施加諸如清漆的單層形式的混合物或復(fù)合物或不同材料的不同層 的層疊組件。圖3和4是示出實施根據(jù)本發(fā)明的模制方法的大概的示意圖。該方法在于使用包括密封裝置3的模具芯1并將其放入模制裝置內(nèi)。該裝置是已 知裝置且因此不再詳細(xì)描述。因此，圖3示出仍未與其模具芯1分開的模制部件4。一旦完成常規(guī)模制操作，包括通過提供熱使部件4固化的操作，去除模具芯1，且 更精確地，使用例如水的液體溶解填充材料2或通過任何其它物理或化學(xué)方法去除填充材 料2。該溶解操作同樣是本身已知的。這形成具有內(nèi)腔5的部件4，如圖4所示。然后切削或機械加工使得所要適配的密 封裝置3能夠與部件4的尺寸匹配，由此構(gòu)成具有與密封裝置3所包含的功能相同的功能 涂層3a。功能涂層3a緊密地粘結(jié)到部件4的內(nèi)表面如，賦予所述表面如且也賦予所述部 件4以新型特性。根據(jù)本發(fā)明的方法可例如包括對于R. Τ. M.方法特有的用于進行樹脂浸漬操作和 固化操作的步驟。在另一實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括對于V. I.方法特有的用于進行樹脂 浸漬操作和固化操作的步驟。在另一實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括用于用功能涂層覆蓋復(fù)合部件的附加 內(nèi)表面和外表面的步驟。當(dāng)然，本發(fā)明對其實施方式可經(jīng)受許多變化。盡管描述了各實施例和實施方式，但 是應(yīng)該容易理解，窮舉地給出所有可能實施例和實施方式是不可設(shè)想的。當(dāng)然可設(shè)想用等 效裝置或步驟來替換所述裝置或步驟中的任一種，而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于基于包括纖維、織物或紡織品以及浸漬基體的至少一種復(fù)合材料制造復(fù)合 部件(4)的模具芯(1)，所述模具芯(1)包括可去除的固體或液體填充材料O)，所述填充 材料( 具有根據(jù)所要模制的部件(4)確定的形狀，所述模具芯(1)還包括覆蓋所述填充 材料O)的整個外表面的密封裝置(3)，其特征在于，所述密封裝置C3)包括至少一種粘結(jié) 材料和至少一種附加材料，所述粘結(jié)材料呈與所述復(fù)合基體物理或化學(xué)粘結(jié)，且附加材料 提供附加于構(gòu)成所述復(fù)合部件的其它材料的特性的熱、機械、物理和/或化學(xué)特性。
2.一種用于基于包括纖維、織物或紡織品以及浸漬基體的至少一種復(fù)合材料制造復(fù)合 部件(4)的模具芯(1)，所述模具芯(1)包括可去除的固體或液體填充材料O)，所述填充 材料( 具有根據(jù)所要模制的部件(4)確定的形狀，所述模具芯(1)還包括覆蓋所述填充 材料O)的整個外表面的密封裝置(3)，其特征在于，所述密封裝置C3)包括呈與所述復(fù)合 基體物理或化學(xué)粘結(jié)，并提供附加于構(gòu)成所述復(fù)合部件的其它材料的特性的熱、機械、 物理和/或化學(xué)特性。
3.如權(quán)利要求1或2所述的模具芯⑴，其特征在于，所述粘結(jié)材料選自包括聚酰胺(PA)膜、熱塑膜或涂層、碳納米紙“布凱 紙”、PTFE膜(Tedlar 膜)、酚醛樹脂或熱固樹脂(例如酚醛塑料、苯并惡嗪或環(huán)氧樹脂) 的材料族。
4.如權(quán)利要求1或2所述的模具芯(1)，其特征在于，所述至少一種附加材料選自增加所述密封裝置(3)的機械強度、韌度和 抗沖擊性的任何材料族。
5.如權(quán)利要求1至3中任何一項所述的模具芯(1)，其特征在于，所述至少一種附加材料選自增加所述密封裝置(3)的耐腐蝕特性的任何 材料族。
6.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的模具芯(1)，其特征在于，所述至少一種附加材料選自增加所述密封裝置C3)抵抗化學(xué)或生物侵蝕 的表面強度的任何材料族。
7.如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的模具芯(1)，其特征在于，所述至少一種附加材料選自使所述密封裝置C3)不可燃的任何材料族。
8.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的模具芯(1)，其特征在于，所述至少一種附加材料選自促進所述密封裝置C3)通過熱塑焊接與另一 構(gòu)件粘結(jié)的諸如熱塑材料的任何材料族。
9.如權(quán)利要求1至7中任何一項所述的模具芯(1)，其特征在于，所述可去除填充材料(2)選自可去除、例如可溶材料的任何族。
10.一種模制復(fù)合部件(4)或部件的一部分的方法，所述部件由至少基于包括纖維、 織物或浸漬有浸漬樹脂的紡織品的復(fù)合材料的至少一個加固層和局部或完整的至少一個 功能涂層(3a)構(gòu)成，從而提高所述部件的機械、熱、物理和/或化學(xué)特性，所述方法具體在 于-使用模具芯(1)，所述模具芯(1)包括密封裝置(3)并至少部分可去除；-用復(fù)合材料包裹或覆蓋所述模具芯(1)以形成所述部件(4)；以及-通過施加熱來固化所述復(fù)合材料；其特征在于，所述方法在于使用如權(quán)利要求1至8中任一項所述的模具芯(1)，以及使 用保持在所述部件內(nèi)以構(gòu)成所述部件的所述功能涂層(3a)的密封裝置(3)。
11.如權(quán)利要求9所述的模制方法，其特征在于，所述方法在于在固化所述部件(4)的操作之后去除、例如溶解所述可去 除填充材料(2)。
12.如權(quán)利要求9或10所述的模制方法，其特征在于，所述方法包括對于R.T.M.方法特有的用于進行樹脂浸漬操作和固化操 作的步驟。
13.如權(quán)利要求9或10所述的模制方法，其特征在于，所述方法包括對于V. I.方法特有的用于進行樹脂浸漬操作和固化操作 的步驟。
14.如權(quán)利要求9至12中任何一項所述的模制方法，其特征在于，所述方法在于用所述功能涂層(3a)覆蓋所述復(fù)合部件(4)的附加表面或 外表面。
15.如權(quán)利要求9至13中任何一項所述的模制方法，其特征在于，所述方法在于選擇熔融溫度在所述基體/樹脂的注入/灌注溫度與所述 復(fù)合部件的固化溫度之間的所述密封裝置(3)。
16.如權(quán)利要求9至13中任何一項所述的模制方法，其特征在于，所述方法在于選擇熔融溫度高于所述復(fù)合部件的固化溫度的所述密 封裝置⑶。
17.如權(quán)利要求9至13中任何一項所述的模制方法，其特征在于，所述方法在于選擇包括至少兩層的所述密封裝置(3)，一層的熔融溫度低 于所述基體/樹脂的注入/灌注溫度，另一層的熔融溫度高于所述基體/樹脂的注入/灌 注溫度。
全文摘要
本發(fā)明是一種改進的模具芯和使用該芯制造模制部件的方法。本發(fā)明涉及一種模制復(fù)合部件或復(fù)合部件的一部分的方法，該部件由至少基于包括纖維、織物或浸漬有浸漬樹脂的紡織品的復(fù)合材料的至少一個加固層和局部或完整的至少一個功能涂層(3a)構(gòu)成，從而提高所述部件的機械、熱、物理和/或化學(xué)特性，該方法具體在于使用包括密封裝置(3)的模具芯(1)，并通過施加熱而固化復(fù)合材料，該方法的特征在于，使用所述模具芯(1)的密封裝置(3)來構(gòu)成功能涂層(3a)。
文檔編號B29C70/48GK102101335SQ20101056485
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者C·威爾豪森, S·昆澤 申請人:尤洛考普特德國有限公司