制造塑料復合制品的制作方法
【專利說明】制造塑料復合制品發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明屬于紡織品領域以及纖維增強復合材料領域。本發(fā)明尤其涉及連接兩個纖維產品部件而將它們制造成產品，以及涉及用于復合材料制品的成型工藝的纖維預型件。
[0002]發(fā)明背景
[0003]在具有纖維增強，特別是連續(xù)纖維的纖維增強的復合材料的制品成型時，經常制備纖維增強的預型件(半制成的纖維產品)，然后加入浸漬半成品的聚合物基體。半制成的纖維產品可以是纖維織物(織造的(woven)、針織的、編織的、縫紉的)、纖維纏結、纖維墊、單向取向纖維的層或纖維集合的其它結構的形式。對于某些應用，半制成的纖維產品可以是預浸漬的，而保留其紡織或纖維特性。
[0004]對于成型工藝，半制成的纖維產品通常是手動地放入模具中的。然后，關閉模具以及然后注入基體材料(例如，在傳遞模塑法中，特別是在樹脂傳遞模塑法RTM中)，或者加入基體材料以及然后關閉模具(例如，在壓縮模塑法中)，或者基體已被混合為具有增強纖維的基體纖維以及隨后在模塑工藝中固結成固體材料。
[0005]如果更大的元件-特別是具有更大面積或更復雜形狀(其具有顯著的翹彎和/或特別不可展開的表面幾何圖形)的稍平元件需要成型(模塑)，經常不可能提供用于整體元件的單一的半制成的纖維產品，但是數(shù)個預型件需要沿模具排齊。為了將它們穩(wěn)定地保持在其位置以及為了得到最終制品的均勻機械強度，它們彼此釘住。根據現(xiàn)有技術，這可以通過縫合(在模具中不可行的，對于大面積的部件是困難的)、裝訂(stapling)(金屬釘可能遭受腐蝕，可能由于不同于復合材料的材料性質而產生內應力，并且可能扭曲纖維的取向)或經由小針注入樹脂粘合劑(可能引起局部增厚/打結，具有降低的對剪切力的穩(wěn)定性)來實現(xiàn)。
[0006]為了用于纖維增強的復合材料的模塑工藝，擁有用于連接半制成的纖維產品部件的改進的方法將是有利的。
[0007]同樣地，對于其它應用，需要連接紡織品結構的方法，所述其它應用例如，在紡織業(yè)中，例如，對于制造衣物或亞麻制品，但是也例如，對于將紡織品制造成建筑(bui Iding)或結構(construct1n)材料。根據現(xiàn)有技術，主要通過縫細或縫合或可能地裝訂進行紡織品結構的連接。雖然建立了這些方法并且對于許多情況提供了好的結果，但是它們具有其缺點。例如，提供充分小心的接縫常常是困難的。
[0008]發(fā)曰月概沐
[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供克服現(xiàn)有技術方法的缺點的方法。尤其是，本發(fā)明的目的是提供一種用于連接半制成的纖維產品部件的方法，例如，為了用于纖維增強復合材料的模塑工藝或作為紡織品物體。本發(fā)明的另一目的是提供相應的模塑方法。
[0010]根據本發(fā)明的一方面，提供了制造產品的方法，所述方法包括以下步驟:
[0011]-提供第一和第二產品部件，各自包含連續(xù)纖維或非連續(xù)纖維結構，所述纖維的平均長度為例如至少1mm或至少20mm和/或所述纖維屬于短纖維(fiber staple)構造，當短于這些值時，穩(wěn)定在紡紗中；
[0012]-相對于彼此并且貼著支撐物布置所述第一和第二部件；
[0013]-提供包含熱塑性材料的連接元件；
[0014]-按壓所述連接元件貼住產品部件，從而在所述連接元件和支撐物之間壓緊產品部件，以及用能量沖擊所述連接元件，從而使所述連接元件的熱塑性材料變得可流動，并且使所述連接元件被壓入產品部件中；以及
[0015]-使熱塑性材料重新固化，從而將所述第一和第二產品部件相互連接。
[0016]產品可以為用于纖維增強復合材料的制品的模塑工藝的半成品。那么產品部件為半制成的纖維產品部件。
[0017]供選擇地，產品可以為其它的紡織產品，例如，用于一片衣物或亞麻制品或作為建筑工業(yè)或建造工業(yè)(building or construct1n industry)中的構造材料。
[0018]產品部件的材料是軟且柔韌的。它是非粘結性的(non-coherent)材料，即:它不遵守經典固體力學-因此單獨的結構元件如線(threads)或纖維可以被取代(局部壓縮、局部去除)，而對鄰近的元件僅具有非常有限的或甚至沒有影響。
[0019]在實施方案中，該非粘結性的結構可以受預聚合的材料約束，該預聚合的材料只在制造工藝結束以后(即:只在引入一個或多個連接元件將所述第一和第二產品部件相對于彼此連接之后)得到其最終性質。
[0020]產品部件尤其可以為纖維纏結或結構或規(guī)律地布置的纖維，例如，紡織品。尤其是，它們可以為/包括相對于彼此布置的纖維結構，使得具有多個纖維交叉的點，以及使得纖維相對于彼此是可移動的。在纖維結構內，在多個實施方案中具有可以填充熱塑性材料的空的空間。產品部件本身將是柔韌的，例如，在室溫下也是，即它們可以變形并且形狀適合它們放置在其上的表面的形狀?？傆?，一般存在多個纖維的層(不論所述層是否是有序的以及可識別的)，以及產品部件的厚度將比纖維結構的纖維的直徑大至少一個數(shù)量級，通常大至少30因數(shù)。
[0021]產品部件可以包括稍平的部分或者可以是整體稍平的。在布置步驟中，第一和第二產品部件可以例如布置成在重疊區(qū)域重疊。然后，按壓連接元件貼住產品部件的步驟可以包括在重疊區(qū)域如此實施。
[0022]供選擇地，產品部件可以彼此鄰近布置，使得它們的邊緣鄰接，以及連接元件可以包括多個部分，在按壓步驟中，這些部分的至少一個被按壓入一個產品部件而至少一個其它的部分被按壓入其它的產品部件。所述部分通過尺寸穩(wěn)定的或可變形的材料的近端橋連接。
[0023]按壓和沖擊步驟可以完全同時或部分同時實施，例如，首先按壓，然后保持壓力的同時開始沖擊。
[0024]可以重復提供連接元件的步驟、按壓和沖擊步驟以及使熱塑性材料重新固化的步驟，從而引入多個連接元件，每個連接元件限定了產品的連接點或連接面積。
[0025]連接元件可以被成形為甚至在沒有沖擊能的情況下在按壓它時刺入該連續(xù)或非連續(xù)纖維結構的形狀。尤其是所述連接元件可以包括一個或多個刺穿尖端。
[0026]在這方面，連接元件可以為針形的(pin-shaped)或包括至少一個針形部分。如果部件重疊，并且連接元件插入重疊區(qū)域，針或針形部分可以被選擇為具有超過所述部件的單獨一個的厚度的長度，例如，所述長度至少相當于所述兩個部件的結合厚度。連接元件可以具有一個遠端尖端-或者多個遠端尖端-以及用于在能量中耦合的近端非耦合表面(incoupling surface)，例如，由頭部和平的近端表面部分形成的連接元件。
[0027]在供選擇的實施方案中，連接元件可以包括多個由近端橋部分連接的針部分。每個針部分具有一個或多個遠端尖端。
[0028]該供選擇的實施方案可以對于產品部件彼此鄰近的方法是尤其有利的。換言之，在具有這樣的橋部分的實施方案中，產品部件不必須重疊。當然，它們可以相對于彼此放置，使得它們的末端表面/邊彼此鄰近，以及然后引入一個或多個連接元件，使得至少一個針部分刺入產品部件中的一個而至少一個其它的針部分刺入其它的產品部件。
[0029]所述能量可以包括機械能或輻射能或熱。
[0030]根據一個實施方案的能量可以以機械振動，特別是超聲波振動的形式施加。振動從近端側面(遠離尖端的側面-如果有)耦合到連接元件。為此，連接元件的近端側面可以包括非耦合表面，例如，平面。如果連接元件具有頭部分，非耦合表面可以由頭部分的近端表面形成。振動由具有例如相應地適合的遠端表面的工具(超聲波發(fā)生器)耦合到連接元件。
[0031]適合用于根據本發(fā)明的方面的裝置和方法的機械振動或振蕩優(yōu)選地具有2至200kHz (更優(yōu)選地10至10kHz，或20至40kHz)的頻率和0.2至20W每平方毫米活性表面的振動能量。例如，振動元件(工具，例如超聲波發(fā)生器)被如此設計，使得其接觸面主要在元件的軸線的方向振蕩(縱向振動)以及具有I至100 μ m，優(yōu)選地約10至30 μ m的振幅。旋轉的或徑向振蕩也是可行的。
[0032]對于裝置的具體實施方案，使用產生錨定材料液化所需要的必要摩擦熱的轉動代替機械振動是可行的。這樣的轉動優(yōu)選地具有10’ 000至100’ OOOrpm的速度。用于產生所期望的液化的熱能的另一方式包括將電磁輻射耦合入連接元件，以及將其設計成能夠吸收電磁輻射，其中，這樣的吸收優(yōu)選地發(fā)生在材料內，從而變成可流動的或在其緊鄰處變成可流動的。優(yōu)選地使用可見或紅外頻率范圍內的電磁輻射，其中，優(yōu)選的輻射源為相應的激光。裝置部件中的一個的電加熱也可以是可行的。
[0033]在本文中的用語“能夠例如通過機械振動變得可流動的熱塑性材料”或簡短用語“可液化的熱塑性材料”或“可液化材料”或“熱塑性的”被用于描述包含至少一種熱塑性成分的材料，