具有中间纤维层的RTM方法 |
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| 申请号 | CN201510930485.9 | 申请日 | 2015-12-15 | 公开(公告)号 | CN105690806A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
| 申请人 | 本特勒SGL有限责任两合公司; | 发明人 | D·凯泽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于制造 纤维 复合材料 构件的方法，其中，将纤维材料坯件(6)放入模具(1)中且将模具(1)闭合并且将 树脂 系统注射到闭合的模具(1)中，其中，至少局部地在所述纤维材料坯件(6)的外表面(7)和模具(1)的内表面(5)之间 位置 固定地 定位 地设置有中间纤维层(15)，使得所述树脂系统的流动速度由于中间纤维层(15)降低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于制造纤维复合材料构件的方法，其中，将纤维材料坯件(6)放入模具(1)中且将模具(1)闭合并且将树脂系统注射到闭合的模具(1)中，其中，至少局部地在所述纤维材料坯件(6)的外表面(7)和模具(1)的内表面(5)之间位置固定地定位地设置有中间纤维层(15)，其特征在于，所述树脂系统的流动速度由于中间纤维层(15)降低，其中，所述中间纤维层(15)通过对纤维材料坯件(6)的表面进行打毛产生或通过植绒过程施加。 |
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| 说明书全文 | 具有中间纤维层的RTM方法技术领域背景技术[0002] 由现有技术已知由纤维复合材料制成产品。为此，纤维材料渗入由树脂组成的基质，使得构件在基质的硬化后变硬。构件包含通过在纤维复合材料内定向纤维的其本身的硬度。为此已知不同的制造方法，例如层压，其中，分别铺上垫、织物但是也或者无纺织物的形式的纤维材料层，在其上又涂上树脂并且施加接下来的纤维材料层。 [0003] 但是也由现有技术已知树脂注射方法(树脂传递模塑)。为此，提供一种具有模具空腔的也称为容腔的模具。纤维材料坯件放入模具空腔中并且接着闭合模具。在模具上存在有开口，基质通过开口注入。注入的基质然后穿流通过纤维材料。在注入过程结束之后这样制造的纤维复合材料构件部分硬化并且从模具中取出。 [0004] 在此产生下述两个问题。在此，基质局部地在一个或各不同的位置上注入并且通过从该位置向模具空腔的方向通流或流动扩散。在闭合的模具的内表面与纤维材料坯件之间保留有自由空间或空腔，在空腔中不存在纤维材料，而是仅存在放入纤维材料坯件时存在的环境空气以及因此存在在该环境空气中主导的压力。如果RTM(树脂传递模塑)工具设有真空，那么会产生负压。如果现在注射树脂，那么通过所述空腔的该树脂比通过在纤维材料坯件中的中间空间的树脂明显更快地流动，因此比通过纤维材料坯件的各纤维条之间的空间的树脂更快地流动。由此导致在制造好的纤维复合材料构件中的基质的不均匀分布，使得制造的构件的生产准确性波动。 [0005] 由此可见的第二产生的缺点在于，存在有模具排气开口，通过该模具排气开口能够使得由于树脂注射产生的过压消逝。因此，可能更快地流动的树脂到达排气开口并且遮盖或封闭开口，使得还没有充满树脂的区域可能具有被困空气(Luftschluesse)。生产准确性也由此降低。 [0006] 在树脂流中总是在前面的区域中产生流动的树脂前部(Harzfront)。树脂前部的流动可以例如通过模具的局部可变的温度控制，这例如由DE 10 2011 112 141 A1已知。在此，缺点在于高的模具成本和生产成本以及下述事实，即树脂由于温度影响已经开始硬化，使得可能必须设置多个的树脂注射位置。 [0007] 由DE 1 504 759 A已知用于纤维增强的树脂型件的制造方法，其中，合成的树脂在流动的状态下注入到模具中用于浸渍。在增强的纤维材料与模具的内表面之间设置有间隔材料。 发明内容[0008] 因此，本发明的目的在于从现有技术出发提出一种方法，使用该方法可以在用于制造纤维复合材料构件的树脂注射方法中补偿得到的自由空间和被困空气方面的缺点，但是该方法应可低成本地并且简单地实施。 [0009] 上述目的通过按权利要求1的特征的用于树脂注射的方法实现。 [0011] 按本发明的用于制造纤维复合材料构件的方法规定，将纤维材料坯件、也称为预制件放入模具中并且闭合模具。接着，将树脂注射到闭合的模具中，以便进行RTM方法。为了克服上述缺点，按本发明的方法规定，至少局部地、优选完全地在纤维材料坯件的外表面与模具的内表面或模具空腔的内表面之间位置固定地定位设置有由纤维制成的附加的涂层或覆层(后面称作为中间纤维层或无规定向纤维或无规定向纤维层)，使得树脂的流动速度因此由于中间纤维层降低。 [0012] 借助按本发明的方法，正是通过选择在中间纤维层中的纤维密度 和/或尺寸以及在中间纤维层中针对性地局部地使用纤维使得可以控制树脂的流动速度。由于在纤维材料坯件和模具的内表面之间设置中间纤维层或无规定向纤维，尤其是树脂的流动速度降低，使得形成不仅通过纤维材料坯件本身而且也在中间空间中的均匀的流动树脂前部。此外，在基质中的压力本身提高，使得基质材料进一步倾向横向于流动方向地侧面地渗入到纤维材料坯件中。 [0013] 在本发明的范畴中，树脂可理解为基质树脂或树脂系统。在此可以是单组分的树脂但是也可以是多组分的树脂，其中，树脂例如接着通过热激活和/或添加硬化物开始硬化。下述使用的树脂和树脂系统的概念是意义相同的。 [0014] 无规定向纤维尤其必须位置固定地定位，由此其不会被在注射时施加的压力或流动的树脂前部带走并且于是在不期望的位置上变密。 [0015] 按本发明地，这通过下面描述的各种可能性实现。可能的是借助于植绒过程施加无规定向纤维或定向的纤维或者通过打毛纤维材料坯件本身产生无规定向纤维。 [0016] 但是，在上述的设计方案或备选的设计方案中的中间纤维层基本上设置在纤维材料坯件的外表面与闭合的模具的内表面之间形成的空间中。尤其是设置在纤维材料坯件的外表面与模具空腔之间仅产生或期望的较小的压紧力的区域中。尤其是在与模具的挤压行程方向平行或以锐角定向延伸的区域中是这种情况。在基本上横向于挤压行程方向设置的区域中，由于闭合过程存在施加足够的挤压压力的可能性。但是优选包围整个构件地设置中间纤维层或无规定向纤维层。 [0017] 但是也可能的是，通过将在中间纤维层中的纤维针对性的集中又影响中间纤维层的渗透性。这例如可以通过局部提高的纤维的密度和/或通过更密的纤维和/或通过更长的纤维实现。如果因此提高上述的三种可能性，那么得到更低的渗透性，因此更小的用于流动的树脂的穿透性。因此可以针对性地在各区域中局部地调节、尤其降低树脂的流动速度。优选使用具有0.1mm至75mm之间的长度的纤维。 [0018] 此外，在本发明的范畴中可能的是，在模具中构成树脂流动通道。 相对于模具空腔的内表面远离模具空腔指向地延伸的实施形式或拱形结构，使得在此树脂可有意地更快地流向预先确定的位置。在此，在本发明的范畴中也可以将纤维针对性地设置在树脂流动通道中。 [0019] 现在，在本发明的范畴中可以将纤维材料坯件在其表面上进行打毛。纤维材料坯件尤其具有不同的纤维材料层，其构成为织物纤维垫但是也或者具有定向方向地构成在各纤维条中。现在用例如刮刀但是也或者用刀状的工具平行于表面位于表面上执行运动，使得各长丝和/或各纤维条从最上层的纤维束抽出并且于是相对于表面伸出。因此得到无规定向纤维层，该无规定向纤维层相对于原始的纤维材料坯件的外表面伸出地由所述外表面构成为一件式和材料一致的。通过打毛处理的持续时间和/或强度可以影响产生的无规定向纤维层的密度。在将纤维材料坯件放入到模具中并且闭合模具时，伸出的无规定向纤维因此填满产生的自由空间或空出空间并且避免树脂过快地流到所述空间中。 [0020] 伸出的无规定向纤维尤其以0.1mm至75mm的长度，优选以0.1mm至15mm的长度相对于表面伸出地通过打毛过程产生。在此有利的是，通过打毛过程的强度和/或压力可针对性地局部地调节无规定向纤维层的彼此不同的密度并且不必使用附加的材料和/或辅助附加材料，因为产生的无规定向纤维层一件式地并且材料一致地构成在纤维材料坯件上。 [0021] 在第二优选的实施方案中，纤维通过植绒过程施加。这可以没有每个定向、因此作为无规定向纤维或无规定向纤维层地施加或者也定向，使得所有的纤维段基本上在一个主方向上定向并且因此构成相同定向的中间纤维层。为此，将粘接剂施加到纤维材料坯件上和/或模具的内表面上，因此施加到模具空腔的内表面上。接着，将各纤维段施加到设有粘接剂的面上。备选地也已经可以以粘接剂渗入纤维段并且直接施加到之前未处理过的表面上。施加过程可以例如通过气流进行。备选地要通过纤维段植绒的构件可以按喷洒的种类施加。备选地可考虑纤维段在浸渗池中以及将要植绒的构件放入到该池中。 [0022] 在本发明的范畴中优选使用具有0.1mm至75mm、尤其是1mm至20mm、尤其是1.5mm至3mm的长度的纤维段、并且特别优选2mm的长度的纤维段。在本发明的范畴中也可以在植绒过程期间定向地施加纤维段。这尤其通过借助于静电场的施加进行。因此，纤维段在植绒过程中基本上伸出于表面、尤其是优选垂直于表面定向地施加。由此实现有利的效果，即在闭合模具空腔时挤压从表面伸出的纤维段并且因此针对性地生产可靠地填满产生的空出空间或自由空间。树脂前部于是横向于无规定向纤维段的定向地流动。 [0023] 此外，在本发明的范畴中，在植绒过程中通过掩盖(Maskierung)针对性地以提高的密度植绒表面区域。也可以施加图案、形状或轮廓。例如可以施加相应的模板，使得空出一些区域，而对其它的区域针对性地局部地进行植绒。但是在本发明的范畴中也可能的是，在区域上针对性地施加粘接剂并且接着对整个构件进行植绒，其中，仅保留附着在粘具有粘接剂的区域上的纤维段，其它的区域不具有纤维段。 [0024] 因此，植绒局部地具有相对于其它区域提高的厚度(Dichte)和/或提高的纤维长度和/或提高的纤维密度，以便针对性地影响或调节树脂的形成的流动速度。 [0025] 此外，尤其优选加热模具、尤其用彼此不同的温度局部地加热模具。优选以时间间隔局部地进行加热。因此，可以在注射过程结束之后针对性地导致树脂的硬化和/或附加地通过按时间的热作用控制流动速度。 [0026] 在本发明的范畴中，用所述方法尤其是制造机动车构件作为纤维复合材料构件。尤其优选地，用按本发明的方法制造用于机动车车轴的板簧。 [0028] 按本发明的方法尤其适用于改进已经存在的生产过程，因为例如在施加纤维材料坯件的植绒时不需要附加的辅助工具或其它的涉及原 来的树脂注射过程的方法参数。 [0029] 整体上明显提高在树脂注射方法中的过程安全性并且省复杂的过程步骤、例如了控制树脂流动速度针对性地调节局部的温度。也不需要为了影响树脂前部的针对性的流动改变用于树脂注射过程的压力调节。 [0030] 此外，在本发明的范畴中，可以在安装有夹爪、尤其是冷冻夹爪的面上省去无规定向纤维层，以便将构件从模具中取出或首先放入到模具中，使得也可以生产可靠地夹柱纤维材料坯件和/或制造的纤维复合材料构件。附图说明 [0031] 本发明的其它的优点、特征、特定和方面是下面描述的主题。优选的实施变型方案在示意性的附图中示出。它们用于本发明的简单的理解。附图示出： [0032] 图1在侧视图中示出具有放入的纤维材料坯件没有无规定向纤维层的挤压工具； [0033] 图2在俯视图中示出图1的挤压工具； [0034] 图3示出按图1中的剖切线Ⅲ-Ⅲ的横截面视图； [0035] 图4示出具有按本发明的无规定向纤维层的由图2的视图； [0036] 图5示出通过打毛制造的无规定向纤维层； [0037] 图6示出通过植绒过程制造的中间纤维层。 [0038] 在各附图中对于相同的或类似的构件使用相同的附图标记，即使由于简化原因不作重复的描述。 具体实施方式[0039] 图1示出具有上模2和下模3的示意性的模具1，所述模具闭合并且因此具有模具空腔4。在模具空腔4中构成有内表面5。此外，将纤维材料坯件6放入到模具空腔4中，其中，纤维材料坯件6的外表面7与模具空腔4的内表面5贴靠接触，尤其在基本上横向于挤压行 程方向8定向的区域中。但是保留空出空间9，在该空出空间9中纤维材料坯件6的外表面7不与模具空腔4的内表面5贴靠接触。在中间的区域中，树脂注射开口以带状浇口10的形式设置，使得通过该开口注射的树脂流过纤维材料坯件6。在按图2的俯视图中清楚地可见的是，空出空间9不仅如在图1中一样地保留在左侧和右侧，而且在所有侧上围绕地存在。所以，正是通过空出空间9的树脂流11比通过纤维材料坯件6形成的树脂流11或树脂流体明显更快地向前流动。此外，排气开口12设置在端部上，所述端部由向前流动通过空出空间9的树脂流11封闭，使得位于流过纤维材料坯件16的树脂的树脂前部14的前面的可能的被困空气被锁闭在待制造的纤维复合材料构件中。 [0040] 在此，在图3中示出按本法明的方法。在纤维材料坯件6的外表面7以及模具空腔的内表面5之间设置有中间纤维层15。在此，中间纤维层15作为无规定向纤维层示出。由于该在空出空间中的由无规定向纤维组成的涂层或者说覆层，阻止通过否则存在的空出空间9向前流动的树脂流11(在图2示出)以及实现尤其均匀的树脂前部14(在图4中示出)，所述空出空间尤其是平行于挤压行程方向8定向地延伸。 [0041] 图5示出纤维材料坯件6的一部分，其中，纤维材料坯件6由(在此示出为纤维材料垫的)多个层16构成。具有各无规定向纤维的中间纤维层15相对于纤维材料坯件6的外表面7伸出，其中，纤维材料坯件6的由长丝或纤维条制成的无规定向纤维、尤其是形成外表面7的最上层17的由长丝或纤维条制成的无规定向纤维通过打毛、尤其是以刮刀的形式的打毛构成。 [0042] 为此，图6又示出由多个层16组成的纤维材料坯件6，其中，粘接剂层18涂到外表面7上并且各纤维段19植绒到粘接剂层18上。纤维段19基本上垂直于外表面7地伸出，这例如可通过借助于静电场的定向生成。此外示出，粘接剂层18仅局部地施加，使得纤维段19通过植绒过程仅局部地施加在外表面7上。但是也可能完全地施加到整个外表面7上。也可以将各纤维段19无规律地穿过彼此地施加，使得中间纤维层以无规定向纤维层的形式植绒。 [0043] 附图标记列表 [0044] 1 模具 [0045] 2 上模 [0046] 3 下模 [0047] 4 模具空腔 [0048] 5 4的内表面 [0049] 6 纤维材料坯件 [0050] 7 6的外表面 [0051] 8 挤压行程方向 [0052] 9 空出空间 [0053] 10 带状浇口 [0054] 11 树脂流 [0055] 12 排气开口 [0056] 13 被困空气 [0057] 14 树脂前部 [0058] 15 中间纤维层 [0059] 16 层 [0060] 17 最上层 [0061] 18 粘接剂层 [0062] 19 纤维段 [0063] 20 层。 |
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