本發(fā)明涉及用于成形由熱塑性材料制成的預(yù)成型件的方法，以及用于實現(xiàn)它的設(shè)備。

用于成形由熱塑性聚合物材料形成的預(yù)成型件(通常被稱為熱成形)的方法允許產(chǎn)生三維件。因此，首先提供熱塑性材料的板，其由于紅外加熱構(gòu)件而具有延展性。然后，將延展板傳送到成形模具內(nèi)，該成形模具安裝在壓機(jī)中，并且適于通過使延展板變形而能夠在三維中成形該件。最后，冷卻模制件，使得熱塑性聚合物材料恢復(fù)其剛性，然后將該件從成形模具中彈出。

加熱構(gòu)件安裝在外殼中，成形模具位于外殼的下游，以便能夠?qū)⒀诱拱鍙耐鈿ろ樞虻貍魉偷匠尚文＞?，同時使能量損失最小化。

為了降低每個成形件的生產(chǎn)成本，需要減少這些件的制造時間。因此，變形順序中的限制步驟是軟化熱塑性材料。因此，存在增加加熱構(gòu)件的功率的驅(qū)動，以精確地減少用于軟化材料以便獲得延展板的該步驟的時間。在這種情況下的風(fēng)險是促進(jìn)了材料表面的氧化，并且因此降低該表面的美學(xué)外觀，并且在極端情況下，使其燃燒。此外，存在材料損失其一些特性，特別是機(jī)械特性，以及由于其添加劑的損失而具有的性能的風(fēng)險。

此外，出現(xiàn)的并且本發(fā)明旨在解決的問題是提供一種成形方法，其使得可以減少熱成形件的制造周期時間，而不會使它們從中成形的熱塑性材料退化。

為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種成形由熱塑性材料制成的預(yù)成型件的方法，包括以下步驟：a)提供由具有表面的熱塑性材料制成的預(yù)成型件；然后通過輻射提供熱能到所述預(yù)成型件，以使其具有延展性；以及，在成形模具內(nèi)形成所述延展預(yù)成型件。此外，在步驟a)中，提供熱塑性復(fù)合材料，并且在步驟b)中，氣態(tài)流體同時噴射在所述預(yù)成型件的表面，以保護(hù)所述表面。

因此，本發(fā)明的特征是使用氣態(tài)流體，例如空氣，其在材料的加熱期間以均勻流的形式噴射到預(yù)成型件的表面上。因此，提供了更多的熱功率同時限制了表面的溫度上升。以這種方式，并以令人驚訝的方式，可以將熱塑性材料加熱至其熔融溫度，而不一定氧化其表面或使其燃燒。結(jié)果，充分地降低了預(yù)成型件的溫度升高的時間。例如，在預(yù)成型件相對較厚的條件下，其減少50％。此外，材料的表面狀態(tài)顯示沒有使其退化的跡象，或顯示了抑制氧化的跡象。由于預(yù)成型件溫度升高的時間減少了，所以成形完全循環(huán)時間也減少了同樣多，因此，制造件的成本也因此降低。

熱塑性復(fù)合材料是指包括由熱塑性聚合物和增強(qiáng)元件(例如紡織材料的層)制成的基質(zhì)的材料。熱塑性聚合物例如是聚酰胺或更剛性的材料，例如聚醚醚酮。紡織材料例如由玻璃或碳纖維編織紡織品制成。以這種方式，復(fù)合材料對應(yīng)力下的變形具有比沒有增強(qiáng)材料的熱塑性材料大的抗變形性。

根據(jù)實施本發(fā)明的特別有利的方法，在步驟a)和步驟b)之間，熱能通過傳導(dǎo)進(jìn)一步提供給所述預(yù)成型件，以便預(yù)熱所述預(yù)成型件。因此，由于在通過輻射加熱的步驟的上游的通過傳導(dǎo)預(yù)熱的這一步驟，已經(jīng)向預(yù)成型件供應(yīng)了大量的熱能，而不使其表面退化。因此，預(yù)成型件達(dá)到基本上小于其熔融溫度的溫度，使得其表面不發(fā)粘。以這種方式，通過組合兩種能量供應(yīng)模式，通過傳導(dǎo)和通過輻射，件制造周期時間進(jìn)一步減少。因此，不僅循環(huán)時間減少，因此生產(chǎn)率降低，而且，用于成形預(yù)成型件所需的能量總量減少。

有利地，所述氣態(tài)流體在基本垂直于所述預(yù)成型件表面的方向上噴射。這種取向允許在預(yù)成型件的表面處的更好的熱交換，并且因此允許其被更好地保護(hù)。

此外，以優(yōu)選的方式，使所述預(yù)成型件與加熱板接觸，以便通過傳導(dǎo)提供熱能到所述預(yù)成型件。由于使所述預(yù)成型件與加熱板接觸，因此材料表面的氧化的可能性降低，因為空氣的量以及因此氧的量在界面處是較低的。因此，熱能通過材料內(nèi)部的傳導(dǎo)更快地擴(kuò)散以到達(dá)預(yù)成型件的芯。

此外，根據(jù)特別有利的替代實施例，在步驟b)，通過紅外輻射提供熱能。紅外輻射是指電磁輻射，其波長在紅外波長的范圍內(nèi)，在對應(yīng)于可見光和微波的波長范圍之間。以這種方式，快速且容易地加熱預(yù)成型件。優(yōu)選地，紅外輻射在短波長范圍內(nèi)發(fā)射，并且具有低慣性。

優(yōu)選地，在步驟b)中，所述氣態(tài)流體是空氣?？諝獯_實是有利的，因為它具有有利的成本。因此，如下文所述，在一些情況下，需要惰性氣態(tài)流體以進(jìn)一步減少由聚合物材料制成的預(yù)成型件的表面的氧化現(xiàn)象。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種用于成形由熱塑性材料制成的預(yù)成型件的設(shè)備，其包括：首先，輻射加熱外殼，用于接收由熱塑性材料制成的預(yù)成型件，以便能夠通過輻射向所述預(yù)成型件提供熱量以使其具有延展性；其次，位于所述加熱外殼下游的成形模具，以便能夠成形所述延展預(yù)成型件。該設(shè)備還包括安裝在所述輻射加熱外殼內(nèi)部的氣態(tài)流體噴射裝置，以便當(dāng)所述預(yù)成型件通過輻射接收熱能時，能夠在所述預(yù)成型件的表面處噴射所述氣態(tài)流體，以便保護(hù)所述預(yù)成型件的表面。

用于實施上述方法的這種設(shè)備提供了與其相同的優(yōu)點。優(yōu)選地，用于噴射氣態(tài)流體的裝置在基本上垂直于預(yù)成型件的表面的方向上取向。因此，在預(yù)成型件的表面處獲得湍流氣態(tài)流體流，這使得可以進(jìn)一步保護(hù)表面。

有利地，其包括位于所述輻射加熱外殼的上游的傳導(dǎo)加熱裝置，以便能夠通過傳導(dǎo)提供熱能到所述預(yù)成型件。優(yōu)選地，所述傳導(dǎo)加熱裝置包括用于與所述預(yù)成型件接觸的加熱板，以便通過傳導(dǎo)提供熱能到所述預(yù)成型件。因此，加熱板可以在彼此間隔開的位置和彼此靠近的位置之間相對于彼此移動，以便在彼此間隔開的位置接收由熱塑性材料制成的預(yù)成型件，在彼此靠近的位置它們壓靠預(yù)成型件。因此，后者在加熱板之間進(jìn)行，在有限存在空氣的空間中，或在必要時通過例如抽真空而被去除空氣的受限空間中。

此外，所述輻射加熱外殼包括紅外發(fā)射燈。

通過閱讀以下對本發(fā)明的具體實施例的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)，該實施例是以非限制性方式指示性地給出的，在附圖中：

-圖1a是用于成形根據(jù)本發(fā)明的由復(fù)合材料制成的預(yù)成型件的設(shè)備的第一站；

-圖1b是在圖1a所示的第一站之后的設(shè)備的第二站的示意圖；

-圖1c是在圖1b所示的第二站之后的設(shè)備的第三站的示意圖；以及

-圖2是示出在圖1b所示的設(shè)備第二站處觀察到的現(xiàn)象的示意圖。

圖1a、1b和1c示出了用于加工由熱塑性材料制成的預(yù)成型件的三個連續(xù)的站。

首先參考圖1b，示意性地示出了加熱外殼10，其形成根據(jù)本發(fā)明的方法的主要加工站。它包括加工空間12，其具有入口14和相對的出口16。在加工空間12內(nèi)部，熱塑性復(fù)合預(yù)成型件15水平地保持在固定位置。在這種情況下，預(yù)成型件15具有各種厚度的部分。加熱外殼10在其上部具有位于加工空間12的頂部并朝向加工空間12取向的上紅外輻射18。它在其下部，在加工空間12的下方，也具有朝向該空間取向的下紅外輻射20。此外，加熱外殼10包括氣態(tài)流體噴射裝置22，用于將氣態(tài)流體沿著預(yù)成型件15的方向通過紅外輻射18、20朝向加工空間12的內(nèi)部噴射。噴射裝置22包括例如在紅外輻射20、18的元件之間延伸的噴嘴24。在這種情況下，通過裝置22噴射的氣態(tài)流體是空氣。

在加熱外殼10的下游，如圖1c示意性所示，是用于接收由熱塑性復(fù)合材料制成的預(yù)成型件15的成形模具26，如將在下文中解釋的。

因此，由熱塑性復(fù)合材料制成的預(yù)成型件15具有例如聚酰胺6或聚酰胺6.6基體和例如由玻璃纖維或碳纖維制成的織物增強(qiáng)層。預(yù)成型件15是板的一般形狀或多厚度層狀預(yù)成型件，其未被加強(qiáng)，并且保持在未示出的穿孔平臺上的加工空間12內(nèi)的固定位置上。多厚度預(yù)成型件具有各個厚度的區(qū)域。

以這種方式，紅外輻射18、20通過輻射提供熱能到在其兩個相對面上的預(yù)成型件15。

如圖2中更詳細(xì)地示出，輻射穿過預(yù)成型件15的表面30進(jìn)入表面層，在大約幾微米或更大的厚度上，然后熱能通過預(yù)成型件15內(nèi)的傳導(dǎo)傳遞以到達(dá)材料的芯。

紅外輻射18、20的強(qiáng)度被調(diào)整為使得能夠使預(yù)成型件15的材料的溫度基本上超過其熔融溫度。同時，空氣以基本上垂直于預(yù)成型件15的表面30的方向噴射通過紅外輻射20、18的元件。為了實現(xiàn)這一點，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括位于輻射之間的空氣噴射噴嘴。這些空氣噴射噴嘴朝向預(yù)成型件15取向，并且它們例如使用壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)供給。

噴射的空氣最初處于環(huán)境溫度，并且使得可以冷卻復(fù)合預(yù)成型件15的表面30，以便減少材料的氧化，而不會阻礙紅外輻射通過表面層的作用。根據(jù)本發(fā)明的替代實施例，不噴射環(huán)境空氣，而是氮中性氣體，以排出空氣，因此消除了在預(yù)成型件15的表面30處的氧的存在。以這個方式，材料的氧化可能性進(jìn)一步降低。

因此，通過紅外輻射18、20的功率，用于將最大可能的熱能傳遞到復(fù)合材料，并且所噴射的空氣的作用使得可以保護(hù)預(yù)成型件15的表面30，熱塑性材料被軟化并在極短的時間段內(nèi)變成可延展的，而不影響其表面。

有利地，在多厚度預(yù)成型件的情況下，通過在較小厚度的區(qū)域上測量預(yù)成型件15的表面30溫度來調(diào)節(jié)紅外輻射18、20的強(qiáng)度。以這種方式，可以將熱塑性材料加熱至其熔融溫度而不會使其退化。因此，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比，可以減少大約50％的加熱時間，并且可以加工具有各種厚度，特別是大厚度的復(fù)合材料。

在預(yù)成型件15的材料已經(jīng)達(dá)到大于其熔化溫度的溫度之后，以均勻的方式，通過出口16從加熱外殼10移除預(yù)成型件，使得其可以直接插入在成形模具26內(nèi)部。然后形成預(yù)成型件15，隨后使用公知的實施方法冷卻，以提供剛性復(fù)合件。

根據(jù)實施本發(fā)明的特別有利的方法，預(yù)成型件15在插入加熱外殼內(nèi)部之前通過傳導(dǎo)預(yù)熱。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在加熱外殼10的上游包括傳導(dǎo)加熱裝置32，如圖1a所示。傳熱加熱裝置32包括平行的兩個加熱板34、36，它們可以在彼此間隔開的位置和彼此靠近的位置之間移動，在彼此靠近的位置中它們夾持多厚度預(yù)成型件15。加熱板34、36由金屬制成，并且例如設(shè)置有電阻器。此外，它們可以被預(yù)成型以緊密地配合預(yù)成型件15的整個表面并且均勻地預(yù)熱。

在預(yù)成型件15的這種傳導(dǎo)預(yù)熱階段中，在整個材料中提供大量的熱能，特別是當(dāng)預(yù)成型件具有大的厚度，特別是具有未強(qiáng)化的層。實際上，由于加熱板34、36的輕微壓力，通過限制層之間的空氣空間來促進(jìn)傳導(dǎo)。這些當(dāng)然達(dá)到小于熱塑性材料的熔化溫度的溫度。這不僅使得可以防止板34、36和預(yù)成型件15的材料之間的粘附，而且不會促進(jìn)表面30的氧化。例如，對于聚酰胺基的復(fù)合材料的并且具有3.5mm的最大厚度的多厚度預(yù)成型件，由于加熱板34、36，預(yù)成型件15在60秒內(nèi)被預(yù)熱到180℃的溫度。

雖然預(yù)成型件15可以具有各種厚度的部分，但是不存在加熱板34、36適配預(yù)成型件15的形狀的需要。這實際上是由于加熱板34、36與更大厚度的部分接觸的事實，因此將促進(jìn)通過整個這些部分的預(yù)熱，而較小厚度的部分稍后(更具體地在加熱外殼10中)將容易地達(dá)到芯溫度。

因此，在已經(jīng)被預(yù)熱之后，預(yù)成型件15被傳送到加熱外殼10內(nèi)，以便根據(jù)上述布置被軟化。盡管預(yù)成型件15的溫度在該轉(zhuǎn)移期間趨于降低，但是僅僅表面受到影響，并且加熱外殼10的紅外輻射使得可以再次快速加熱它們。在通過加熱外殼10內(nèi)部的末端，預(yù)成型件15具有基本上高于其熔化溫度的溫度，并且盡管可能存在厚度差異，但是在其所有部分中均勻分布。

因此，例如，預(yù)成型件15在加熱外殼10內(nèi)部在小于60秒的時間段內(nèi)從180℃到250℃。因此減少了在加熱外殼10內(nèi)部花費(fèi)的時間，因為提供熱能使得預(yù)成型件15的材料獲得幾十的附加度。結(jié)果，使材料暴露于紅外輻射的時間減少，并且因此，甚至更多地，減少表面氧化的風(fēng)險。

然后預(yù)成型件15可以傳送到成形模具26內(nèi)。因此，由于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，例如對于具有3.5mm的最大厚度和1mm的最小厚度的聚酰胺基復(fù)合材料的多厚度預(yù)成型件，減少了熱成形循環(huán)時間，并且循環(huán)時間可以是大約60秒。

將觀察到，根據(jù)本發(fā)明的方法通常也可以用于成形熱塑性材料。