用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法以及纖維復(fù)合設(shè)置單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法以及纖維復(fù)合設(shè)置單元。所述纖維復(fù)合設(shè)置單元包括纖維復(fù)合構(gòu)件和與該纖維復(fù)合構(gòu)件連接的支承元件，其制造方法包括如下步驟：提供帶有至少一個用于與纖維復(fù)合構(gòu)件相連接的連接區(qū)段的支承元件；預(yù)處理所述至少一個連接區(qū)段；將紡織的纖維半成品敷設(shè)到該至少一個經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段上；用母質(zhì)浸漬所述紡織的纖維半成品，以借助所述母質(zhì)將所述纖維半成品與支承元件的連接區(qū)段材料接合地連接；硬化該浸漬的纖維半成品，以產(chǎn)生纖維復(fù)合構(gòu)件，其中，所述支承元件作為泡沫元件或作為木質(zhì)元件構(gòu)成，并且預(yù)處理步驟包括表面處理，以使所述連接區(qū)段的表面特性發(fā)生至少一種優(yōu)化連接的變化。
【專利說明】用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法以及纖維復(fù)合設(shè)置單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法以及纖維復(fù)合設(shè)置單元，所述纖維復(fù)合設(shè)置單元包括纖維復(fù)合構(gòu)件和與該纖維復(fù)合構(gòu)件連接的支承元件。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，纖維加強塑料能夠?qū)崿F(xiàn)制造特別輕型的以及同時特別可滿足負荷要求的構(gòu)件。這種纖維復(fù)合構(gòu)件在不同技術(shù)區(qū)域中得到應(yīng)用，例如在航空領(lǐng)域中但也越來越多地在汽車工業(yè)中應(yīng)用。后者基于要達到的件數(shù)之故在生產(chǎn)循環(huán)時間很少的同時對于盡可能簡單和可自動化的制造性能提出了非常高的要求。
[0003]例如，對于編織的纖維復(fù)合構(gòu)件已知的是:設(shè)置泡沫芯作為用以提供某些特定功能性的支承元件，并且將該支承元件首先在編織過程中用未浸潰的、紡織的纖維編織物編繞起來。隨后進行對纖維編織物的浸潰和后繼的硬化，以便由該纖維編織物產(chǎn)生纖維復(fù)合構(gòu)件。這樣，例如所述泡沫芯可以作為成型的支承結(jié)構(gòu)，不僅在制造時而且在所產(chǎn)生構(gòu)件的后來利用中起作用。通常，泡沫芯因此便保持整合于編織的纖維復(fù)合構(gòu)件中，從而泡沫芯和包圍的纖維復(fù)合構(gòu)件確定了一個共同的單元，形式上為纖維復(fù)合設(shè)置單元。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)是，提高這種纖維復(fù)合設(shè)置單元的強度。
[0005]該任務(wù)借助如下所述的用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法以及相應(yīng)的纖維復(fù)合設(shè)置單元得以解決。有利的實施形式分別可由下文的具體描述得出。
[0006]據(jù)此提出了一種用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法，該纖維復(fù)合設(shè)置單元包括纖維復(fù)合構(gòu)件和與該纖維復(fù)合構(gòu)件連接的支承元件，此方法包括如下步驟:
[0007]-提供帶有至少一個用于與纖維復(fù)合構(gòu)件相連接的連接區(qū)段的支承元件，
[0008]-預(yù)處理所述至少一個連接區(qū)段，
[0009]-將紡織的纖維半成品敷設(shè)到該至少一個經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段上；
[0010]-用母質(zhì)浸潰所述紡織的纖維半成品，以借助所述母質(zhì)將所述纖維半成品與所述支承元件的連接區(qū)段材料接合地連接，
[0011]-硬化該浸潰的纖維半成品，以產(chǎn)生纖維復(fù)合構(gòu)件，
[0012]其中，所述支承元件作為泡沫元件或作為木質(zhì)元件構(gòu)成，并且預(yù)處理步驟包括表面處理，以使所述連接區(qū)段的表面特性發(fā)生至少一種優(yōu)化連接的變化。
[0013]因此，支承元件首先這樣地在所述一個或多個連接區(qū)段的表面上被處理，以取得表面特性的變化，該變化用來改善往所產(chǎn)生的纖維復(fù)合構(gòu)件上的附著或連接能力。該步驟在浸潰纖維半成品之前進行，纖維半成品起先已被敷設(shè)到經(jīng)預(yù)處理的支承元件或者說連接區(qū)段上。通過所述浸潰，一方面用母質(zhì)浸潤了敷設(shè)的纖維半成品的纖維。另一方面，所述母質(zhì)的作用是:一旦纖維半成品被硬化，便由纖維半成品制備出纖維復(fù)合構(gòu)件，以及，所述母質(zhì)附加地用作“粘合劑”，以便在本發(fā)明的范圍中建立起材料接合的連接或者說附著。
[0014]據(jù)此，所述母質(zhì)以材料接合方式將兩個接合部分(即一方面是浸潰的纖維半成品、另一方面是支承元件)相互連接起來。這意味著:在硬化的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的纖維復(fù)合構(gòu)件與所述支承元件僅借助母質(zhì)附著地連接，從而通過該附著能夠?qū)崿F(xiàn)在兩個接合部分之間更好的力傳遞。因此可以摒棄用于將纖維復(fù)合構(gòu)件或母質(zhì)與支承元件相連接的二級措施，例如單獨的粘合劑。
[0015]這種方式極大地簡化了纖維復(fù)合設(shè)置單元的制造，因為可以摒棄在敷設(shè)纖維半成品之前將粘合劑先行涂敷到支承元件上。以此方式，尤其是在纖維半成品敷設(shè)步驟期間對支承元件的操作明顯變得容易，并因此使整個制造方法簡便得多。
[0016]以這種方式在支承元件與纖維半成品或者通過浸潰和硬化而由其產(chǎn)生的纖維復(fù)合構(gòu)件之間借助母質(zhì)提供的穩(wěn)固的連接能夠?qū)崿F(xiàn):通過支承元件特別有效果地加強了纖維復(fù)合構(gòu)件。因此，依據(jù)支承元件的強度和設(shè)置結(jié)構(gòu)，相對于支承元件僅松動地貼靠、亦即非材料接合式連接的設(shè)計來說可以顯著提高彎曲強度和/或扭轉(zhuǎn)強度以及碰撞強度。
[0017]作為用于支承元件的材料，可以采用由合適的泡沫材料(尤其是在硬化狀態(tài)下具有小的彈性的泡沫材料)組成的泡沫元件。聚氨酯(簡稱PU或PUR)或聚甲基丙烯酰亞胺(簡稱PMI)泡沫系統(tǒng)業(yè)已證實為特別適合。優(yōu)選地，所選用的母質(zhì)和泡沫材料應(yīng)該相互兼容地選擇。
[0018]或者按另一可選方案，支承元件可以設(shè)計為木質(zhì)元件。作為木質(zhì)材料，任何具有足夠強度的木材優(yōu)選實木、層壓板(Schichtholz)或膠合板(Sperrholz)都是適合的。膠合板是由多個通過交叉平靠疊置的、相互膠合的板層構(gòu)成的木材類制品(Uberbegriff)。這種構(gòu)造方式與層壓板有所不同，層壓板包括至少三個沿相同纖維方向相互膠合的板層。它們在高的靜負荷情況下使用。由層壓板或膠合板亦即木質(zhì)元件構(gòu)成的支承元件可以經(jīng)濟地制造、是輕的并且尤其相對于由唯一一塊實木制成的木質(zhì)芯來說在其整個延伸尺寸上具有更為均一的特性。局部的薄弱(例如在由實木制成的芯體中在分叉區(qū)域內(nèi)可能會出現(xiàn)這種局部的薄弱)得以避免。
[0019]例如，預(yù)處理步驟可以包括將所述至少一個連接區(qū)段的表面擴大、尤其是將所述連接區(qū)段的表面粗糙化。由此實現(xiàn)了母質(zhì)在連接區(qū)段的加大的表面上更好地附著。
[0020]尤其是結(jié)構(gòu)上的表面擴大也應(yīng)理解為所述表面的擴大，如其可以通過對表面粗糙化而實現(xiàn)。優(yōu)選地，所述表面粗糙化尤其是致使母質(zhì)沿著垂直于粗糙化之表面的深度方向滲透，從而附加地顯著改善支承元件與纖維半成品之間的連接。
[0021]附加地或可選地，預(yù)處理步驟可以包括表面材料去除、尤其是表面磨蝕材料去除。因此可以去除支承元件的表面層，直到確定的深度。尤其是可以以這種方式消除不希望的表面特性、例如泡沫或木質(zhì)結(jié)構(gòu)的局部加厚，并且暴露出開孔的或開口纖維狀的組織結(jié)構(gòu)作為新的表面。這樣也允許母質(zhì)較深地滲透到支承元件中并提供更高的強度。
[0022]此外，同樣可選地或附加地，預(yù)處理步驟可以包括去除在支承元件的連接區(qū)段上設(shè)置的化學(xué)物質(zhì)、尤其是表面處理劑或分離劑。分離劑通常在制造泡沫元件時使用并且形成泡沫元件的至少部分表面的涂層，因此必須被加以清除，以便不削弱與母質(zhì)的連接。對于木質(zhì)元件的表面處理劑,也同樣如此。
[0023]所述的預(yù)處理步驟例如可以包括洗滌、激光照射和/或粒子加載的步驟。依據(jù)支承元件所采用的材料，尤其砂子、玻璃、塑料、金屬、冰或天然材料適合作為用來對連接區(qū)段進行加載的粒子，特別是通過該粒子噴射處理。
[0024]按照一種優(yōu)選的實施形式，所述紡織的纖維半成品的敷設(shè)步驟借助至少將所述至少一個連接區(qū)段編結(jié)或編繞起來而實現(xiàn)。作為該步驟的結(jié)果產(chǎn)生了一種支承元件，此支承元件至少在所述一個或多個連接區(qū)段內(nèi)用紡織的纖維半成品(在該情況中是用所產(chǎn)生的編織物)覆蓋或者甚至沿著至少一個周向被完全包圍。在這一階段中，纖維半成品還是干燥的，亦即還未用母質(zhì)浸潤。
[0025]按照另一種實施形式，將支承元件作為用于纖維復(fù)合構(gòu)件的支承芯設(shè)置在由所述紡織的纖維半成品限定出的空隙、尤其是空腔中。換句話說，支承元件也就是被纖維半成品或者說被由其產(chǎn)生的纖維復(fù)合構(gòu)件至少局部、優(yōu)選完全地包圍。通過這種方式，支承元件可以以有利方式起到支撐體的作用并且提高了所產(chǎn)生的纖維復(fù)合構(gòu)件或者說整個纖維復(fù)合設(shè)置單元的強度。
[0026]此外還提出一種纖維復(fù)合設(shè)置單元，其包括纖維復(fù)合構(gòu)件和與該纖維復(fù)合構(gòu)件連接的支承元件，其中，所述纖維復(fù)合構(gòu)件具有用母質(zhì)浸潰的纖維半成品，該纖維半成品借助母質(zhì)材料接合地與所述支承元件的經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段相連接。
[0027]附加地，浸潰的纖維半成品可以作為限定空腔的編織型材至少圍繞支承元件的與纖維半成品連接的并且經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段被編織，從而所述支承元件作為支承芯設(shè)置于限定出的空腔中。舉例來說，所述纖維復(fù)合設(shè)置單元可以是底盤或車身的承載結(jié)構(gòu)元件，諸如分別包括加強的編織型材的頂部側(cè)框、車輛縱梁、車輛坎梁、底盤支架構(gòu)件和/或車輛的包括加強的編織型材的車身支柱(例如A柱、B柱和/或C柱)。
[0028]另外，玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維以及天然纖維或其他合適的加強纖維特別適合作為用于所述紡織的纖維半成品的纖維材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]借助實施例參考后面的附圖1進一步解釋本發(fā)明。

【具體實施方式】
[0030]圖1中示出了纖維復(fù)合設(shè)置單元10，其包括纖維復(fù)合構(gòu)件11和與纖維復(fù)合構(gòu)件11連接的泡沫元件12。纖維復(fù)合構(gòu)件11包括用母質(zhì)浸潰的纖維半成品(未示出)，該纖維半成品借助所述母質(zhì)材料接合地與泡沫元件12的經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段14相連接。在示出的實施形式中，所述泡沫元件12的連接區(qū)段14是作為包絡(luò)該泡沫元件12的泡沫元件12外周側(cè)面構(gòu)成的。浸潰的纖維半成品作為限定一個空腔13的編織型材圍繞泡沫元件12的經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段14被編織，從而泡沫元件12作為支承芯設(shè)置于所限定出的空腔13中。
[0031]但不言而喻的是，也可以設(shè)定泡沫元件的其他幾何結(jié)構(gòu)實施方式及其連接區(qū)段。當(dāng)然，代替泡沫元件，亦可按相同的尺度標準設(shè)置木質(zhì)元件。
【權(quán)利要求】
1.用于制造纖維復(fù)合設(shè)置單元的方法，該纖維復(fù)合設(shè)置單元包括纖維復(fù)合構(gòu)件和與該纖維復(fù)合構(gòu)件連接的支承元件，所述方法包括如下步驟: -提供帶有至少一個用于與纖維復(fù)合構(gòu)件相連接的連接區(qū)段的支承元件， -預(yù)處理所述至少一個連接區(qū)段； -將紡織的纖維半成品敷設(shè)到該至少一個經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段上， -用母質(zhì)浸潰所述紡織的纖維半成品，以借助所述母質(zhì)將所述纖維半成品與所述支承元件的連接區(qū)段材料接合地連接， -硬化該浸潰的纖維半成品，以產(chǎn)生纖維復(fù)合構(gòu)件， 其中，所述支承元件作為泡沫元件或作為木質(zhì)元件構(gòu)成，并且所述預(yù)處理步驟包括表面處理，以使所述連接區(qū)段的表面特性發(fā)生至少一種優(yōu)化連接的變化。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理步驟包括將所述至少一個連接區(qū)段的表面擴大、尤其是將所述連接區(qū)段的表面粗糙化。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理步驟包括表面材料去除、尤其是表面磨蝕材料去除。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理步驟包括去除在所述支承元件的連接區(qū)段上設(shè)置的化學(xué)物質(zhì)、尤其是表面處理劑或分離劑。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理步驟包括洗滌、激光照射和/或粒子加載的步驟。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述紡織的纖維半成品的敷設(shè)步驟借助至少將所述至少一個連接區(qū)段編結(jié)或編繞起來而實現(xiàn)。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，將所述支承元件作為用于纖維復(fù)合構(gòu)件的支承芯設(shè)置在由所述紡織的纖維半成品限定出的空隙、尤其是空腔中。
8.纖維復(fù)合設(shè)置單元(10)，其包括纖維復(fù)合構(gòu)件(11)和與該纖維復(fù)合構(gòu)件(11)連接的支承元件(12),其中,所述支承元件作為泡沫元件或作為木質(zhì)元件構(gòu)成,其特征在于,所述纖維復(fù)合構(gòu)件(11)包括用母質(zhì)浸潰的纖維半成品，該纖維半成品借助所述母質(zhì)材料接合地與所述支承元件(12)的經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段(14)相連接。
9.按照權(quán)利要求8所述的纖維復(fù)合設(shè)置單元，其特征在于，浸潰的纖維半成品作為限定空腔(13)的編織型材至少圍繞所述支承元件(12)的與纖維半成品連接的并且經(jīng)預(yù)處理的連接區(qū)段被編織，從而所述支承元件(12)作為支承芯設(shè)置于限定出的空腔(13)中。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的纖維復(fù)合設(shè)置單元，其特征在于，所述纖維復(fù)合設(shè)置單元是用按照權(quán)利要求1至7之一所述的方法制造的。
【文檔編號】B29C70/16GK104339662SQ201410311306
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】T·施瑙費爾, A·貝爾, C·施泰因, M·邁爾, A·克瑙斯, M·庫拉克西茨 申請人:寶馬股份公司