本發(fā)明涉及一種增強織物，該增強織物包括非金屬載體和至少一根鋼絲，該至少一根鋼絲通過線跡保持到所述載體上用于增強結(jié)構(gòu)和/或抗沖擊復(fù)合部件。

背景技術(shù)：

抗沖擊和/或結(jié)構(gòu)復(fù)合部件(在下文中縮寫為‘復(fù)合部件’)是例如防撞梁，用于防撞梁的碰撞盒，汽車中的a、b或c柱，座椅殼等。它們通常通過在模具中將包括熱塑性聚合物基體和增強纖維的半成品片材模制在一起制成的。增強纖維通常以包括玻璃或碳纖維的織物形式提供?？椢锟梢杂衫w維本身制成-如在編織中-或可以保持在非卷曲、單向地或多軸向的纖維鋪設(shè)結(jié)構(gòu)中。最近，做出嘗試將鋼絲或簾線引入到復(fù)合部件中作為增強件。

例如，wo2005/118263a1描述了紡織品產(chǎn)品，該紡織品產(chǎn)品包括至少一層非金屬纖維和金屬簾線(例如鋼簾線)，這些金屬簾線通過線跡結(jié)合到非金屬纖維的這個層上。金屬簾線基本上是直的并且彼此平行。該層和線跡的功能是在壓制模制工藝中在熔融聚合物材料的固結(jié)過程中將金屬簾線保持就位。

ep0567845a描述了可模制的增強結(jié)構(gòu)，該增強結(jié)構(gòu)具有載體層以及以曲線路徑固定到其上的非金屬增強線。固定借助于由玻璃、聚酰胺、聚酯或棉制成的縫合線。所描述的產(chǎn)品和定制纖維放置(tfp)方法提供了設(shè)計優(yōu)化或設(shè)計自由上的優(yōu)點。將增強纖維與預(yù)期力線分布一致放置。

us2004/074589a1描述了定制纖維放置(tfp)方法，其中使用化學或熱可熔化的固定線將增強纖維縫到基板上，從而形成增強纖維結(jié)構(gòu)。固定線首先用于將增強纖維固定在基板上，并且隨后熔化，使得在預(yù)固定增強纖維的同時固定線分解，而不影響增強纖維結(jié)構(gòu)的機械特性。

de102008043527a1描述了可拉伸的電加熱元件，該元件包括彈性體載體和縫合到其上的基于碳或金屬的簾線。尤其提到‘鋼絲’(第[0027]段)，但沒有提及其任何制造或強度?；谔蓟蚪饘俚暮熅€的功能是導電，從而產(chǎn)生熱量。因此，所描述的產(chǎn)品不適合于增強復(fù)合部件：其拉伸并且不賦予強度。

使用鋼簾線或鋼絲用于增強塑料材料(如例如在wo2005/118263a1中描述的)提供了當使用基于普通人造纖維如玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、碳纖維或類似材料的纖維增強時不可獲得的特別優(yōu)點。更具體地，塑料復(fù)合部件的鋼簾線或鋼絲增強導致在沖擊時增加的能量吸收能力。此外-不像常用的增強材料-用鋼簾線或鋼絲的增強的塑料部件在沖擊時保持它們的完整性。然而在沖擊時玻璃或碳增強的防撞梁粉碎成碎片-從而形成安全風險-鋼絲或鋼簾線增強梁主要保持為一(其嚴重地變形)片。

然而，其中可以提供由鋼簾線或鋼絲制成的增強織物的形式或圖案目前受限制，在于這是單向的，由于平行安排這些鋼簾線(例如通過縫合，wo2005/118263，通過經(jīng)編，wo2009/062764a1，通過編織，wo2001/044549，通過以條包圍，wo2003/076234)。多向增強可以僅僅通過在不同方向上堆疊單向增強層來獲得。對于某些應(yīng)用，這妨礙了使用基于鋼簾線或鋼絲的增強層，其中例如孔必須在復(fù)合部件中制成，或者復(fù)合部件具有復(fù)雜的形狀，例如圓形或球形形狀。對單向增強的這種限制對于將鋼簾線或鋼絲作為增強件引入在復(fù)合件中是缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種用于增強抗沖擊和/或結(jié)構(gòu)復(fù)合部件(‘復(fù)合部件’)的基于鋼絲的基增強織物，其避免了現(xiàn)有技術(shù)的缺點。本發(fā)明的主要目的是提供一種具有改進的設(shè)計自由的用于復(fù)合部件的基于鋼絲的增強織物。本發(fā)明的另一個目的是提供生產(chǎn)此種用于增強復(fù)合部件的增強織物的方法。最后，描述了包括具有與已知技術(shù)相比的優(yōu)點的增強織物的復(fù)合部件。簡言之：諸位發(fā)明人成功地適配了用于鋼絲的刺繡工藝或定制纖維放置。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于增強抗沖擊或結(jié)構(gòu)復(fù)合部件的增強織物，該增強織物包括非金屬載體和至少一根鋼絲：該鋼絲包括一根或多根鋼單絲并且所述單絲中的任何一根具有大于2000n/mm²的拉伸強度。至少一根鋼絲以曲線軌跡通過線跡保持在所述載體上。

根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語‘抗沖擊和/或結(jié)構(gòu)復(fù)合部件’或簡稱‘復(fù)合部件’是指任何部件，其中該部件的結(jié)構(gòu)強度或抗沖擊性是通過將增強織物和聚合物基體組合獲得的。抗沖擊部件例如被包括在汽車部件的碰撞管理系統(tǒng)中，如汽車的前面或后面的防撞梁，或在防撞梁后面的碰撞盒或懸掛彈簧杯。結(jié)構(gòu)復(fù)合部件例如是車輛的a、b、c或d柱，座椅殼，椅子或類似產(chǎn)品。應(yīng)注意的是，‘抗沖擊部件’和‘結(jié)構(gòu)復(fù)合部件’不是相互排斥的：防撞梁也是結(jié)構(gòu)部件并且柱還必須具有一些抗沖擊性。

根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語‘非金屬載體’簡單地排除金屬作為載體的材料。非金屬載體可以是非金屬纖維的織造、非織造或針織織物，如稀松布(‘具有開放型構(gòu)造的織物，該織物被用作在涂覆或?qū)訅旱目椢锏纳a(chǎn)中的基礎(chǔ)織物’或者‘用兩根彼此垂直鋪設(shè)的紗線片材制成的并且用粘合劑粘合的織物’)?？商娲?，該非金屬載體可以是層、網(wǎng)、膜或網(wǎng)絡(luò)。這些非金屬纖維可以具有天然來源，例如，棉、羽毛、羊毛等，或人造纖維，例如聚酰胺(6或6.6)、聚烯烴纖維(如聚乙烯或聚丙烯)、聚-芳族聚酰胺纖維、或玻璃或碳纖維或甚至礦物纖維。可以使用的膜例如是聚乙烯、賽璐珞、聚酯或聚酰胺。

該載體的功能是它必須經(jīng)受來自該鋼絲作用在其上的力并且它必須易于縫合上。在該模制工藝過程中，該載體還必須將這些鋼絲保持在正確的位置處。優(yōu)選地，該非金屬載體具有開放型結(jié)構(gòu)，在模制過程中穿過該開放型結(jié)構(gòu)聚合物基體可進入?？赡艿?，在該增強織物的加工中，可以失去該載體。這可以通過選擇與將要使用的基體材料一致的載體的組成實現(xiàn)。因此，如果在聚酰胺基體中工作，則用于該載體的聚酰胺是優(yōu)選的選擇?？商娲?當基體材料僅被遞送到該增強織物的一側(cè)時-該載體可以在注射模制且冷卻后‘剝離’。

‘鋼絲’本身必須以最廣泛可能的方式進行解釋。它可以是單鋼單絲，或者該絲可以由若干鋼單絲組成，被稱為‘鋼簾線’?？赡艿?，可以將其他非鋼纖維加入到其中-可以被稱為‘混合鋼簾線’-但在任何情況下，至少一根鋼單絲必須在里面。本發(fā)明的上下文中，‘一根鋼絲’是單一連續(xù)長度的鋼絲。因此，兩根或更多根鋼絲是單獨的鋼絲，各自具有不必是一樣的連續(xù)長度。當存在兩根或更多根鋼絲時，該措辭不意味著這些鋼絲必須具有相同的制造或類型。取決于其需要的特性，每根鋼絲可以是不同類型，如在下文中解釋的。

該鋼簾線可以是單絲的‘束’。其中束是指單絲成群地被保持在一起，而不圍繞該絲的軸線將這些單絲有意加捻。單絲可以借助于圍繞它縫合的粘合劑單絲或纏繞絲保持在一起(纏繞絲圍繞該束完全轉(zhuǎn)彎，縫合的絲圍繞該絲來回運動)?？商娲?，這些單絲可以通過聚合物涂料或膠保持在一起。優(yōu)選的替代方案是如果單絲的束由線跡保持，該線跡將該鋼絲保持在該載體上。

該鋼絲還可以呈‘股’的形式。在這種情況下，單絲以預(yù)期捻距圍繞該絲的中心加捻。或者所有單絲都接收相同的鋪設(shè)，該鋪設(shè)的典型的實例是密集型簾線(其中所有單絲直徑是相等的)，warrington或seale股(其中單絲以某一圖案配合在一起)。可替代地，可以以多層制成股，其中將單絲層以層捻距圍繞中心單絲或前體股加捻，產(chǎn)生層狀簾線(例如3+9+15簾線，其中3根單絲加捻在一起的芯股被9根單絲的層包圍并且最終用15根單絲的層包圍)。

該鋼絲可以是鋼索。鋼索是包括鋼股的鋼簾線，這些鋼股圍繞彼此加捻。例如，7×7鋼簾線由7根單絲的鋼芯股組成，圍繞該鋼芯股用索捻距加捻6個股(各自包括7根單絲)。

該鋼絲整體而言可以在縫合到該非金屬載體之前用有機涂料涂覆。這可能對于附加地使該鋼絲與環(huán)境隔離或者在該部件中完全整合鋼絲是有用的?？赡艿耐苛鲜蔷埘０?pa)、聚乙烯(pe)、聚對苯二甲酸乙二酯(pet)、聚丙烯(pp)、聚氨酯(pu)、聚砜(pes)、乙烯四氟乙烯(etfe)以及其他。優(yōu)選的涂料是與該復(fù)合部件的基體材料至少兼容或相同的那些。涂覆工藝可以通過擠出、靜電涂覆或任何其他已知技術(shù)來進行。優(yōu)選地，當該鋼絲由三根或更多根單絲組成時，該有機涂料完全穿透該鋼絲以防止在該鋼絲中形成通道。

總體上，本發(fā)明中的鋼絲包含少于一百根的鋼單絲，并且在大多數(shù)情況下，甚至小于五十并且優(yōu)選地小于或等于12根鋼單絲。優(yōu)選的實施例是當該鋼絲由單一鋼單絲組成時。

所使用的絲的基礎(chǔ)材料是碳素鋼。典型的碳素鋼組合物具有0.65％的最低碳含量、范圍從0.40％至0.70％的錳含量、范圍從0.15％至0.30％的硅含量、0.03％的最大硫含量、0.30％的最大磷含量，所有百分比均是重量百分比。僅僅存在痕量的銅、鎳和/或鉻。在較高的碳含量的情況下，可以實現(xiàn)較高的拉伸強度。基礎(chǔ)材料的金相結(jié)構(gòu)是細小的珍珠巖，其中沒有痕量的貝氏體或馬氏體。

可替代地，所使用的絲可以具有普通碳組合物，該組合物具有在0.40％與0.85％之間的碳含量、在1.0％與2.0％之間的硅含量、在0.40％至1.00％之間的錳含量、以在0.0％至1.0％之間的范圍中存在的鉻，具有低于0.025％的總濃度的磷和硫。其余部分是鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中進一步限制是合金元素如鎳、釩、鋁或其他微合金元素的濃度各自保持低于0.2％的濃度。再次，所有百分比應(yīng)理解為重量百分比。該基礎(chǔ)材料的金相結(jié)構(gòu)示出了在4％與20％之間的殘留奧氏體的體積百分比，而其余部分是回火一次馬氏體和未回火的二次馬氏體。通過淬滅并且隨后配分(q&p)獲得的此種起始絲示出了通過加工硬化迅速增加的高初始拉伸強度(參見wo2013/041541)。

還可以使用不銹鋼絲。不銹鋼含有最少12％的cr以及大量的鎳。更優(yōu)選的不銹鋼組合物是奧氏體不銹鋼，因為這些可以容易地被拉成細直徑。更優(yōu)選的組合物是本領(lǐng)域已知的那些，如aisi302(特別是‘頂鍛質(zhì)量(headingquality)’hq)、aisi301、aisi304和aisi314?！產(chǎn)isi’是‘美國鋼鐵學會(americanironandsteelinstitute)’的縮寫。

通過加工硬化-例如通過拉絲和/或冷軋-該鋼單絲的拉伸強度進一步增加到高于2000n/mm²、優(yōu)選地大于2300n/mm²、或甚至更優(yōu)選地大于2700n/mm²、或甚高于3000n/mm²。目前，具有高于3300n/mm²的拉伸強度的鋼單絲在輪胎簾線中是常見的，而最大現(xiàn)在是大約4000n/mm²。這些單絲越細，它們的拉伸強度可以越大。單獨地拉這些單絲。所謂的‘束拉的’單絲的情況在此被明確地排除?！摹瘑谓z是通過單個模以組進行拉伸并且其后分離的單絲。

該鋼絲的鋼單絲的拉伸強度是決定該增強織物的強度的基本參數(shù)。使用低于2000n/mm²的拉伸強度需要更多的鋼，因此更多重量，以便達到該復(fù)合部件的相同的整體強度。使用復(fù)合部件的目的是減少重量，不是增加重量。通過使用高強度鋼絲，可以減少重量。

該鋼絲中的該一根或多根單絲的絲截面具有在0.008mm²與1.14mm²之間的表面積。截面可以是或者可以不是圓形的。不是圓形的截面是例如橢圓形形狀、狗骨形或甚至h型材截面。在其中該絲的剛度在一個方向上必須大于在另一個方向上的情況下，非圓形型材的使用可能是有利的。這些鋼單絲的等效直徑-即，該絲具有的圓截面具有與具有非圓形截面的絲的截面積相等的截面積-因此是在0.101mm與1.20mm之間。更優(yōu)選地，等效直徑(在括號之間的數(shù)字是截面面積)是在0.120mm(0.011mm²)與0.30mm(0.070mm²)之間并且甚至更優(yōu)選的是它在0.150(0.018mm²)與0.25mm(0.049mm²)之間。

可能地，單獨的鋼單絲涂覆有功能性涂料，例如防止腐蝕(通過鋅或鋅合金涂料)，增強對聚合物基體的粘合(例如通過施加有機涂料層如有機官能化硅烷、有機官能化鈦酸酯和有機官能化鋯酸酯)或組合兩者。

該鋼絲通過紗線的線跡被保持在該非金屬載體上。縫合紗線的功能是將鋼絲保持在該非金屬載體的一側(cè)上?？梢詰?yīng)用很多機器線跡，但是單個或雙紗線線跡總體上將完成工作，盡管三個或四個紗線線跡也是可能的。優(yōu)選的線跡是鋸齒形鎖式線跡或鋸齒形鏈式線跡(雙紗，iso4915標準，分別編號304和404)。其他可能的線跡是針頂部覆蓋線跡(iso4915，編號406，3根紗線)或具有覆蓋線的針鏈式線跡(iso4915，編號408，5根紗線)。

針對保持力和聚合物基體選擇紗線?？傮w上，它們需要是牢固的、靈活的、薄且光滑的。實例是聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯或彈性纖維，盡管其他天然纖維像絲、棉以及其他同樣是可能的。

將該鋼絲以‘曲線軌跡’鋪設(shè)?！€軌跡’可以被定義為至少含有具有非零曲率‘k’(以mm^-1表示的)的截面的任何軌跡或路徑。直線具有零曲率。在沿著曲線的點處的曲率是在該點處的‘曲率半徑’的倒數(shù)?！拾霃健桥c在該路徑上該點處的線路徑密切的圓的半徑。其中‘密切’是指圓和路徑的零階、一階和二階導數(shù)在該點處是相等的。該曲線軌跡基本上與在該復(fù)合部件中作用或預(yù)期作用的力一致，以便最大地增強該聚合物基體。

已知的定制纖維放置方法對碳的增強纖維、芳族聚酰胺或玻璃纖維粗紗起作用，這些粗紗含有數(shù)千根單獨的單絲。單獨的單絲是非常細的(對于碳粗紗從5μm至10μm，對于玻璃粗紗5μm至25μm)，這使得這些粗紗或簾線的操作非常容易的，因為它們根本不抵抗彎曲。

作為本發(fā)明主題的鋼單絲在這方面更加難以處理。當提及包括一根或多根鋼單絲的鋼絲的‘彎曲’時，必須在兩種不同的概念之間進行區(qū)別：

存在該單絲的‘剛度’或‘彎曲剛性’，其是抗彎曲性的量度。圓絲的剛度(以nmm²計)是eπd⁴/64，其中‘e’是材料的楊氏模量(以n/mm²計)并且‘d’是單絲的直徑(以mm計)。

在粗紗中-當單獨的纖維滑動越過彼此時-剛度隨纖維的數(shù)目線性地增加。對于目前已知的增強粗紗，由于單絲極端薄，該剛度是可忽略的。結(jié)果是，如在定制纖維放置中已知的，就在刺繡機的縫合頭之前，通過粗紗管可以容易地鋪設(shè)這些粗紗。

對于包括厚單絲的本發(fā)明的鋼絲，不是這樣的，其中剛度隨著直徑的四次方增加。必須在該絲上施加更多力矩使其彎曲到一定的曲率，因為彎曲力矩等于剛度和曲率的乘積。單絲的較高的彎曲力矩抑制了增強件的容易鋪設(shè)，并且在克服這種彎曲剛度的過程中必須采取特定措施。

繼鋼單絲的剛度之后，存在‘彎曲性’的概念。這涉及鋼絲的塑性可變形性。當非零曲率應(yīng)用于鋼單絲時，它將在去除彎曲力矩之后回彈。當施加的曲率‘ka’足夠大(即對于足夠小的彎曲半徑)時，在去除彎曲力矩之后將保持某一曲率：這是由于絲材料的塑性變形的殘余曲率‘kr’。施加的這兩者之間的差：‘ka-kr’減去殘余曲率被稱為‘回彈’。梁的彈性-塑性彎曲理論得知，根據(jù)以下式，這種回彈取決于絲的截面形狀和直徑，材料的屈服應(yīng)力和模量

其中‘η’是無量綱形狀因子(對于圓截面等于約1.7并且對于矩形截面1.5)，‘e’為鋼的伸長模量，‘r’為絲直徑的一半并且‘σρ’是材料的‘屈服應(yīng)力’。參考彈性塑性彎曲理論僅僅是說明什么參數(shù)具有重要性，并且不應(yīng)該被依賴來以任何方式消除本發(fā)明。

屈服應(yīng)力是其中在拉伸試驗中發(fā)生絲的永久伸長的應(yīng)力(以n/mm²計)。常規(guī)地，將永久伸長設(shè)置成0.2％以確定屈服應(yīng)力并且被稱為在拉伸曲線上的rp0.2點。所以屈服應(yīng)力越高并且絲的直徑越小，給予絲殘余曲率或永久彎曲變得更困難。

鋼單絲的屈服應(yīng)力取決于加工(加工硬化或熱處理)以及鋼單絲的材料組成(高碳對比低碳)，并且對于本申請中設(shè)想的材料類型(高碳、高度工作)是大于該鋼單絲的拉伸強度的至少65％，或高于該絲的拉伸強度的75％或者甚至高于85％。很遠拉伸的因此細的絲具有高于95％的屈服應(yīng)力與拉伸強度比率，并且因為它們具有與小直徑組合的高的拉伸強度，非常難以永久彎曲。因此，屈服應(yīng)力的代表性值是至少1300、1500、1750、1900、2050、2300、2450、2600、3000、3400和3800n/mm²，其中屈服應(yīng)力在任何情況下都低于鋼單絲的拉伸強度。

鋼絲的增加的剛性和難彎曲性導致該增強織物中的增加的應(yīng)力。然而，通過適當選擇直徑、單絲數(shù)目(影響剛度和彎曲性)和屈服應(yīng)力(影響彎曲性)，諸位發(fā)明人能夠用鋼絲獲得可加工的增強織物。

為了能夠使這些鋼絲在該織物中對齊，需要具有小曲率半徑的彎曲。在本發(fā)明的織物曲線軌跡中，其中局部地曲率半徑小于在具有最大截面積的絲中的單絲的等效直徑‘d最大’(以mm計)的70倍。甚至小于那個最大等效直徑的50倍、或甚至小于35倍的曲率半徑證明是可能的。

為了將該剛性鋼絲保持在該載體上，可以增加在曲率半徑是小的(其中曲率是大的)的位點處的線跡的數(shù)目，并減少在曲率半徑是大的(即曲率是小的)的位點處的線跡的數(shù)目。

可替代地或附加地，該增強織物中的鋼絲是可塑性彎曲的。其中‘可塑性彎曲的’意味著當線跡被去除并且該鋼絲被釋放時，該鋼絲保持在變形狀態(tài)中。如以上提及的，通過施加足夠大的曲率，可以給予鋼絲永久或殘余曲率。在其中該鋼絲中的彎曲力矩導致不保持在一個平面中的織物的情況下，可能需要塑性彎曲。應(yīng)當注意，當從此種增強織物上去除時，碳纖維或玻璃纖維的粗紗從未是可塑性彎曲的。

優(yōu)選地，但是對于本發(fā)明不必需的，該增強織物保持‘開放’。其中‘開放’是指在注射模制過程中，該聚合物可以穿過該增強織物。這意味著該非金屬載體必須是開放的，并且這些鋼絲必須彼此間隔足夠遠以使該聚合物流過。

通過根據(jù)預(yù)先限定的曲線軌跡鋪設(shè)該鋼絲，可以環(huán)繞在所述載體上的一個或多個特定區(qū)域。以這種方式，避免了某些區(qū)域中鋼絲的存在。因此，本發(fā)明的增強織物允許例如在特定區(qū)域處的在復(fù)合部件中的孔或切口的沖制，而不會損壞該鋼絲。從而大大改進了該復(fù)合部件的完整性，并且避免了該鋼絲的切割?？傮w上，包括平行鋪設(shè)的鋼絲的已知織物的沖孔導致該織物的完整性的損失，因為每個孔導致許多切割的鋼簾線末端。另外，該鋼絲的沖孔導致沖孔工具的過度磨損。因此，此外本發(fā)明提供了對于這個問題的良好的解決方案。

在許多情況下，將需要在結(jié)構(gòu)增強部件的多于一個方向上的增強。因此，可能必要的是首先將鋼絲以在第一方向上的初級軌跡鋪設(shè)，并且隨后將另一根鋼絲鋪設(shè)在與該第一方向傾斜的第二方向上。以這種方式，這些鋼絲將在被稱為‘交叉’的軌跡的多個點處交叉。在交叉處，該織物稍微更厚，因為這些鋼絲鋪設(shè)在彼此的頂部上?？赡艿?，鋼絲可以本身交叉，這被稱為‘自交叉’。還可能地，多于兩根絲可以在同一位點處交叉，但此種情況應(yīng)該避免，因為這導致不穩(wěn)定性。例如當三根鋼絲在同一點處交叉時，中間鋼絲可能在注射模制時移動。

本發(fā)明的第二方面是關(guān)于一種復(fù)合部件，如抗沖擊和/或結(jié)構(gòu)復(fù)合部件，該復(fù)合部件包括嵌入在聚合物基體中的以上描述的增強織物。與現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合部件不同的是所述增強織物中的鋼絲的數(shù)目是小于或等于十。因為可以根據(jù)特定軌跡鋪設(shè)這些絲，所以避免了如現(xiàn)有技術(shù)的鋼簾線織物中的許多鋼絲(超過十根)的強制平行安排。結(jié)果是還在彎曲處，這些鋼簾線被牢固地錨定到該聚合物基體內(nèi)。這不是在現(xiàn)有技術(shù)的織物中的情況，在現(xiàn)有技術(shù)的織物中該鋼簾線的多個末端未錨定在該聚合物基體中。

可用于該復(fù)合部件中的聚合物是已知的，并且是熱塑性塑料或熱塑性彈性體聚合物材料。更優(yōu)選的，該聚合物選自下組，該組由以下各項組成：聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚苯醚以及這些材料的共混物、或熱塑性彈性體，例如聚酰胺基或聚烯烴基熱塑性彈性體如聚酯酰胺、聚醚酯酰胺、聚碳酸酯-酯酰胺或聚醚嵌段-酰胺。

特別令人感興趣的熱塑性聚合物是原位可聚合的熱塑性材料。這些材料可以以預(yù)聚物狀態(tài)(以液體或粉末的形式或作為球粒)處理，并且在用能量輸入(熱或電磁輻射)引發(fā)后，在模具中一次反應(yīng)成最終聚合物。典型的實例是己內(nèi)酰胺(反應(yīng)成聚酰胺6)或月桂己內(nèi)酰胺(反應(yīng)成聚酰胺12)，兩者的混合物，或在先段落中提及的聚合物的預(yù)聚物中的任何一種。

可替代地，這些聚合物可以是熱固性聚合物，如聚酯樹脂、環(huán)氧化物、乙烯基酯?？赡艿?，將這些聚合物提供在片材模制復(fù)合材料中，即將該增強織物在插入到該模具內(nèi)之前用該聚合物或該聚合物的預(yù)聚物預(yù)先浸漬。

該復(fù)合部件的優(yōu)選實施例還包括由至少一條鋼絲軌跡環(huán)繞的開口。在此種開口處，該復(fù)合部件可以通過緊固裝置例如像螺栓、桿或安全帶強力地保持，因為該鋼絲圍繞該緊固裝置形成環(huán)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了描述如何可以制備該增強織物的方法。根據(jù)第一優(yōu)選的實施例，如在以上段落[0012]至[0013]中描述的，用非金屬載體開始。進一步，提供了如在段落[0014]至[0025]中描述的包括一根或多根鋼單絲的鋼絲。這些鋼單絲具有截面以及至少1300n/mm²的屈服應(yīng)力，該截面具有在0.008mm²與1.14mm²之間的截面積。隨后，根據(jù)曲線軌跡，將該鋼絲縫合到該載體上。關(guān)于該方法特定的是該絲在被縫合到該非金屬載體上之前是可塑性彎曲的。存在可以實現(xiàn)此的許多方式。

第一種方式是通過在工具上使該鋼絲彎曲用適當?shù)氖┘忧适┘訌澢?適當?shù)?，在于所剩余的殘余曲率與計劃的曲線路徑接近。該工具可以是銷、或一套鉗子、或彎曲夾具?？梢詫⒃摴ぞ呓Y(jié)合在該縫合頭中，并且然后在供給該鋼絲用于縫合的同時施加該鋼絲的彎曲。

替代的第二種方式是首先用銷將該鋼絲布置在框架上。這些銷具有適當?shù)牟季植⑹顾Ｍ那€軌跡重現(xiàn)。該鋼絲被拉緊直到在彎曲銷處達到所希望的曲率。其后，再次卷起該絲。將該線軸供給刺繡機，并且-因為該絲事先已經(jīng)獲得必要的永久彎曲-該鋼絲當在縫合的同時該曲線中存在彎曲時給出很少阻力，并且相應(yīng)地自身鋪設(shè)。

該實施方式的變型是該鋼絲從一個線軸纏繞到另一個并且沿著該鋼絲的長度，根據(jù)計劃的曲線軌跡，在該絲上誘發(fā)適當?shù)膹澢?/p>

在第三替代方式中，該彎曲可以通過局部加熱該絲來緩解。雖然此種加熱可導致局部較低的拉伸強度，但是不危害該鋼絲的完整性。

在本發(fā)明的第二優(yōu)選的實施例中，該方法包括以下步驟：

·提供如在段落[0011]至[0012]中描述的類型的非金屬載體；

·提供鋼絲，該鋼絲包括一根或多根鋼單絲，所述單絲具有凸截面并且具有大于1300n/mm²的屈服應(yīng)力，該凸截面具有在0.008mm²與1.14mm²之間的截面積；

·根據(jù)曲線軌跡將該鋼絲縫合到該載體上。

在該方法中，沿著所述曲線軌跡的每單位長度的線跡的數(shù)目在具有大曲率半徑的位點處降低并且在具有小曲率半徑的位點處增加。

典型地，每厘米線跡的數(shù)目‘sm’隨著在沿著該軌跡的距離‘s’處的曲率‘k(s)’(以mm^-1計)線性地縮放，并且是在以下界限之間：

0.5+15×d最大×k(s)≤sm≤2+140×d最大×k(s)

其中‘d最大’(以mm計)是鋼單絲中鋼單絲的最大等效直徑。根據(jù)諸位發(fā)明人的經(jīng)驗，線跡的這個數(shù)目足以將根據(jù)本發(fā)明的鋼絲保持就位。

將該鋼絲縫合到該非金屬載體上是通過用增強供應(yīng)裝置適配的刺繡機完成的。該刺繡機可以是具有移動頭的刺繡機或具有移動臺的刺繡機、或者兩者的組合。可替代地，縫合頭可以在機器人手臂中實施。

附圖說明

圖1a示出了本發(fā)明在用于兒童的汽車座椅中的第一應(yīng)用

圖1b示出了現(xiàn)有技術(shù)的增強織物

圖1c示出了本發(fā)明的增強織物

圖2a和2b示出了本發(fā)明的增強織物在另一應(yīng)用中的應(yīng)用：懸掛杯。

圖3a示出了該增強織物在汽車中使用的b柱中的用途。

圖3b示出了獲得用于b柱中的增強織物的縫合圖案。

圖4a示出了用于汽車門中的增強梁中的增強織物的布局。

圖4b示出了在該鋼絲中誘發(fā)必要的彎曲的方法。

圖4c示出了在將其縫合在該載體上之前的變形的鋼絲。

以‘20’結(jié)尾的數(shù)字涉及本發(fā)明的增強織物，以‘24’結(jié)尾的數(shù)字涉及非金屬載體，以‘26’結(jié)尾的數(shù)字涉及保持用以‘28’結(jié)尾的數(shù)字提及的鋼絲的線跡。

具體實施方式

表i是與鋼絲相比，用于定制織物放置的粗紗中使用的材料的表：

表i

從該表中清楚的是，由碳纖維、e-或s-玻璃纖維制成的粗紗的操縱和彎曲比鋼絲容易得多，盡管該鋼絲含有少得多的單絲。纖維直徑的影響在這方面是全部壓倒性的，由于剛度對直徑的四次方的依賴性。單絲的模量和數(shù)目在此起著次要作用。該表說明了，用鋼簾線的纖維放置與用已知粗紗的纖維放置完全不同。

圖1a說明了本發(fā)明的第一實施方式。它示出了通過注射模制制成的用于兒童的汽車座椅100，其中底部部分用織物110/120增強，從而形成復(fù)合部件。

在圖1b中示出的現(xiàn)有技術(shù)增強織物110中，該織物通過編織在經(jīng)紗中的紡織品紗線116與緯線中的平行的鋼簾線114制成的。該織物被制成矩形形狀，并且增強織物110的最終形狀稍后通過沖孔并且沖壓或激光切割來切割出來。以這種方式，同樣孔是在該織物中制成的112、112'和112"，在這些孔處可以插入稍后的固定裝置(以將座椅保持在車上)。切割的工藝導致許多鋼簾線末端和相當大的材料損失。另外，由于鋼簾線傾向于變得松散，孔的存在危害該織物的完整性。

圖1c示出了本發(fā)明的增強織物120，其包括非金屬載體124和單鋼絲128。將該單鋼絲鋪設(shè)在曲線路徑中，從而避免了其中預(yù)見孔的區(qū)域：130、130'、130"。該鋼絲通過線跡126縫合到該載體上，這些線跡在其中曲率是大的位點中是較稠密的，并且在該鋼絲基本上是直的部分中是較不稠密的(以虛線127在彎曲處畫出最小曲率半徑的密切圓)。

該第一實施例的詳情是：

·非金屬載體：聚丙烯開放型稀松布。

·鋼絲：3×0.265+9×0.245鋼簾線，由12根圍繞彼此加捻的的單絲組成，具有14mm的捻距。在單一單絲拉伸之前這些單絲是熱浸鍍鋅的并且具有的單絲具有2700n/mm²的拉伸強度和2045n/mm²的屈服應(yīng)力。

·使用的線跡紗線是聚丙烯紗線，并且該線跡是單紗線互鎖。線跡的數(shù)目在2個線跡/cm(在具有零曲率(直部分)的部件中)至4個線跡/cm(在具有曲率1/6mm^-1的90°彎曲中)與至10個線跡/cm(在具有曲率1/3mm^-1的180°彎曲中)之間變化。

該增強織物可以用非常少損失的材料制成，并且在注射模制過程中維持其完整性。由于其開放性，該織物允許所注入的聚合物容易通過。

圖2a中示出了該增強織物的第二種應(yīng)用，其中該織物210/220被整合在汽車的懸掛杯200中。由通過緯紗中的紗線保持的經(jīng)編鋼簾線組成的現(xiàn)有技術(shù)的織物210導致大的材料損失以及在切割后減少的織物完整性。圖2b示出了在注射模制之前的本發(fā)明的增強織物。該織物包括非金屬載體224，通過縫合紗線226將鋼絲228縫合在該載體上。所遵循的路徑是曲線的并以螺旋方式環(huán)繞中心開口230。該非金屬載體是聚酰胺開放型稀松布，所使用的紗線也由pa制成的，兩者與該懸掛杯的基體兼容。該線跡是雙紗鋸齒形鎖式線跡。該鋼絲是具有2300n/mm²的拉伸強度和1518n/mm²的屈服應(yīng)力的淬火且配分類型的直徑0.95mm的單一單絲。此種絲特別適合于在縫合之前加入預(yù)成型件中，由于其高直徑與低屈服點的組合。線跡的數(shù)目是約2個/cm。通過在用聚酰胺模制過程中引入該增強織物，能夠制成改進的懸掛杯。發(fā)明人斷言，增強的懸掛杯能夠經(jīng)受破碎的懸掛彈簧的沖擊。

應(yīng)當注意，當通過切割這些線跡將該鋼絲從該載體上去除時，該鋼絲呈現(xiàn)非常接近在該增強織物中的螺旋形狀的形狀。這表明該鋼絲已經(jīng)是可塑性彎曲的并且對于本發(fā)明的增強織物是指示性的。

在第三實施例中，本發(fā)明的增強織物在用于增強汽車的b柱的注射模制部件中使用，從而形成如圖3a和3b中示出的復(fù)合部件。部件300具有復(fù)雜的形狀。鋼絲328必須遵循復(fù)雜的路徑，以便將該部件良好地增強。緊接此，第二鋼絲328'被交叉鋪設(shè)并被縫合在該第一鋼絲的頂部上。

當開放鋪設(shè)時，所得到的曲線軌跡在圖3b中示出。使用的載體是有機片材(用織造玻璃纖維增強的pa6聚合物片材)，該線跡是用pa6的紗線326制成的雙紗鋸齒形鎖式線跡。鋼絲328和328'兩者都是鋼簾線，制成0.37+6×0.33，黃銅涂覆的，隨后用pa通過擠壓涂覆該簾線。細節(jié)示出了，在翻轉(zhuǎn)附近中，線跡的數(shù)目從1.5個/cm(在直部分中)增加至10個/cm(在具有3mm的曲率半徑的部分中)。因此，該曲率半徑是該鋼絲中最大單絲的直徑的約8倍。

圖4a、4b和4c說明了制成本發(fā)明的增強織物的方法。在圖4a中示出了增強織物402的布局并且它旨在用于汽車門的側(cè)面防撞梁(復(fù)合部件)中。鋼絲428的軌跡是這樣的，使得它環(huán)繞區(qū)域410、410'、410"、410"'，在這些區(qū)域處將在該聚合物中沖出孔用于將該側(cè)面防撞梁附接到該門上。單個鋼絲428從該梁的一端蜿蜒到另一端。該鋼絲通過縫合紗線426被縫合到載體424上。

如圖4b中示出的，在將鋼絲428縫合在非金屬載體404上之前，在銷板上預(yù)成型該鋼絲。銷板420具有不同半徑的銷422(422'，422"，422"’，...)和423(423'，...)。放置這些銷，使得在這些銷之間的距離大約對應(yīng)于在布局方案中的彎曲之間的距離。選擇對應(yīng)于所施加的曲率‘ka’的倒數(shù)的銷的半徑，使得所得的曲率半徑或多或少對應(yīng)于布局方案中的曲率半徑。一個鋼絲末端固定在該銷板上，同時另一個末端用至少足以使該鋼絲遵循這些銷的半徑的力‘f’牽引。

當現(xiàn)在從該板上去除時，絲428將反映該增強織物中的鋼絲的預(yù)期軌跡，如圖4c中示出的。預(yù)成型的鋼絲現(xiàn)在可以纏繞在線軸430上，并隨后被供給刺繡機。當刺繡機遵循布局方案的軌跡時，在這些彎曲處，可以鋪設(shè)這些預(yù)成型的鋼絲，而不必誘發(fā)過多的彎曲力矩。

通過應(yīng)用這些本發(fā)明的原理，諸位發(fā)明人成功地適配也用于鋼絲的定制纖維放置技術(shù)。如提及的，那么使用鋼絲造成了特別的問題，通過應(yīng)用本發(fā)明克服了這些問題。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于增強抗沖擊和/或結(jié)構(gòu)復(fù)合部件的增強織物，該增強織物包括非金屬載體和至少一根通過線跡保持到所述載體上的鋼絲，其中所述鋼絲包括一根或多根鋼單絲，

其特征在于，

所述一根或多根鋼單絲具有大于2000n/mm²的拉伸強度，并且所述至少一根鋼絲以曲線軌跡通過線跡保持在所述載體上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強織物，其中所述鋼絲中的鋼單絲的數(shù)目是少于一百。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的增強織物，其中所述單絲中的任一根的截面具有凸形，該凸形具有大于0.008mm²且小于1.14mm²的截面積。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的增強織物，其中所述鋼單絲具有所述鋼單絲的拉伸強度的至少65％的屈服應(yīng)力。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的增強織物，其中所述曲線軌跡局部地具有的曲率半徑小于所述鋼絲中具有最大截面積的單絲的等效直徑的70倍。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的增強織物，其中在該軌跡中在具有小曲率半徑的位點處比在該軌跡中在具有大曲率半徑的位點處存在更多的線跡/單位長度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的增強織物，其中所述鋼絲是可塑性彎曲的。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的增強織物，其中所述鋼簾線軌跡保持開放，使得聚合物可以穿過所述增強織物。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的增強織物，其中所述軌跡環(huán)繞所述載體上的特定區(qū)域。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的增強織物，其中所述至少一根線的所述軌跡包括交叉，所述交叉是同一根鋼絲的自交叉或兩根不同鋼絲的交叉。

11.一種復(fù)合部件，該復(fù)合部件包括嵌入在聚合物基體中的根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的增強織物

其特征在于，

所述增強織物中的鋼絲的數(shù)目是小于或等于十。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的復(fù)合部件，所述結(jié)構(gòu)復(fù)合部件包括開口，所述開口被所述至少一根鋼絲軌跡環(huán)繞。

13.一種生產(chǎn)用于增強復(fù)合部件的增強織物的方法，該方法包括以下步驟

-提供非金屬載體；

-提供鋼絲，所述鋼絲包括一根或多根鋼單絲，所述鋼單絲具有凸截面以及至少1300n/mm²的屈服應(yīng)力，該凸截面具有在0.008mm²與1.14mm²之間的截面積；

-根據(jù)曲線軌跡將所述鋼絲縫合到所述載體上；

其特征在于，

所述鋼絲在被縫合到所述非金屬載體上之前是可塑性彎曲的。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法權(quán)利要求，其中所述彎曲是通過在被供給用于縫合的同時使該鋼絲彎曲而進行的。

15.一種生產(chǎn)用于增強復(fù)合部件的增強織物的方法，該方法包括以下步驟：

-提供非金屬載體；

-提供鋼絲，所述鋼絲包括一根或多根鋼單絲，所述鋼單絲具有凸截面以及至少1300n/mm²的屈服應(yīng)力，該凸截面具有在0.008mm²與1.14mm²之間的截面積；

-根據(jù)曲線軌跡將所述鋼絲縫合到所述載體上；

其特征在于，

沿著所述曲線軌跡的每單位長度的線跡的數(shù)目在具有大曲率半徑的位點處降低并且在具有小曲率半徑的位點處增加。

16.一種用于汽車的懸掛杯，該懸掛杯包括由緯紗中的紗線保持的經(jīng)編鋼簾線。

17.一種用于汽車的懸掛杯，該懸掛杯包括嵌入在聚合物基體中的增強件，所述增強件包括非金屬載體和至少一根鋼絲。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于汽車的懸掛杯，其中所述至少一根鋼絲以曲線軌跡通過線跡保持在所述載體上。

19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于汽車的懸掛杯，所述懸掛杯具有中心開口，其中所述至少一根鋼絲的所述路徑環(huán)繞所述中心開口。

20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于汽車的懸掛杯，其中所述曲線軌跡是呈螺旋的形式。

21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于汽車的懸掛杯，該懸掛杯進一步包括紗線，其中所述非金屬載體是聚酰胺開放型稀松布，并且其中所述紗線是由聚酰胺制成的，其中所述聚酰胺和所述聚酰胺開放型稀松布兩者都與所述懸浮杯的聚合物基體兼容。

22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于汽車的懸掛杯，其中所述線跡是雙紗線鋸齒形線跡。

23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于汽車的懸掛杯，其中線跡的數(shù)目是約2個/cm。

24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于汽車的懸掛杯，其中所述鋼絲是具有2300n/mm²的拉伸強度和1518n/mm²的屈服應(yīng)力的淬火且配分類型的單一單絲。