CN103707569A - 碳复合部件 - Google Patents

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Abstract

提出一种碳复合部件，其由塑料-碳纤维复合材料组成，所述碳复合部件由单独的区域组成，其中，在至少一个区域中，至少一个层片由碳纤维组成，并且在至少又一区域和/或该相同的区域中，层片由金属线组成，所述金属线沿至少一个方向彼此间隔开布置。

Description

碳复合部件
技术领域
本发明涉及碳复合部件，其由塑料-碳纤维复合材料组成，所述碳复合部件由单独的区域组成，其中，至少一个层片在至少一个区域中由碳纤维组成，并且其中，至少又一个区域和/或相同的区域包括由金属线组成的层片，所述金属线沿至少一个方向彼此间隔开布置。
背景技术
复合材料为至少两种或多种不同活性物质的结合体，所述活性物质表现出明显不同的物理或化学性能。合成的复合材料将其组成成分的物理和/或化学性能结合。同时强化用于相应应用的积极性能，并且抑制最不期望的性能。这里，组成部分被选择并且彼此组合，以使每一种物质被利用，以给予其为当前情形所需要的特定性能。
在汽车行业等中，正在越来越多地将碳复合材料用于重量轻的部件。由于复合材料的重量较低，因此补偿汽车构造中重量的增加。碳复合材料被首先使用来用于安全相关的领域中，例如作为增强的碰撞冲击吸收体。
例如，EP1483137B1公开了一种碰撞冲击吸收体，其使用金属线缆带增强，其中，金属线缆或金属丝被布置在一个或多个平面中。这里，所述的金属线缆被层合在由聚合物材料组成的箔之间。为了制备碰撞保护器件，金属线缆的规则取向是有利的，但是金属-塑料复合材料不能最佳地配置用于力的吸收。
GB2041824公开了一种复合材料，其由碳纤维增强塑料与金属丝织物组合组成。这里，复合材料以交替模式由增强塑料和金属无纬织物构造。
这样的构造对于用于相对于引入的力具有均匀性能的均质部件是有利的，并且该构造与金属内嵌物一起还组成导电材料。
发明内容
本发明解决了由复合材料制备部件的问题，所述部件被分为不同的区域，不仅具有复合材料自身的不同层或层片，而且具有分布在该部件的区域上的不同性能。
所述问题通过碳复合部件得以解决，所述碳复合部件由塑料-碳纤维复合材料组成，由单独的区域组成，其中，在至少一个区域中，至少一个层片由碳纤维增强材料组成，并且至少又一区域和/或该相同的区域包括由通过金属线增强的塑料组成的层片。金属线有利地沿至少一个方向彼此间隔开布置。
这里，使用金属线，即不止一根单独的金属丝是有利的，并且将至少两根金属丝扭绞或合股和/或编织形成金属线是有利的。仅由于合股，该金属线被提供具有优于并且高于单独金属丝的金属性能的典型的弹性和可延展性。
特别地，由于复合材料到金属线的连接，获得了期望的部件弹性，这被例如用于碰撞保护领域中的安全相关部件。金属丝合股来形成金属线，这导致提高的弹性，是例如对碳复合塑料的脆性材料的理想补偿。
通过将钢用于金属线，该材料的弹性被有利地提高。
还有利的是，金属线被连接，例如被编织以形成双向金属无纬织物。以该方式，弹性不仅沿一个方向被提高，而且部件作为整体被优化。
为了构造碳复合部件，有利的是，金属线位于碳复合部件的碳纤维增强层片之间或位于其上。以该方式，复合材料的性能可被优化，因为提供了用于定位金属线的高水平的柔韧性。
还有利的是，在钢线被用作金属线的例子中，在金属线和碳纤维之间提供绝缘材料层片，以最小化腐蚀。
这里，绝缘材料可有利地是塑料复合物基质的塑料层片。替代地，有利的是，使用玻璃纤维增强塑料，二者都被用作绝缘层片，并且也可提高复合物的塑性，并且抵消碳层的脆性性能。如果使用玻璃纤维增强塑料，则可能形成这样的部件和结构：其结构更应在碰撞情况下保留，并且其中金属内嵌物被防护腐蚀。
由于金属无纬织物集成在碳复合部件中，因此有利地，金属连接元件被集成是可能的。这里，金属连接元件首先用于部件（例如车辆体部）到其他部件的连接，并且还用于部件到车辆的电接地的连接。
特别地，到电接地的连接在在具有低金属含量的车辆的情况下产生的问题。对于这样的车辆，另外的地线的设置将于是被省却。由于金属无纬织物到复合物中的安装，车辆作为整体的电磁相容性同样被改善。由于在碳复合部件中使用这样的金属无纬织物，转而形成法拉第笼，因而允许在由金属板组成的传统的车辆的情况下的屏蔽。
为了制造塑料复合部件，还有利的是令金属无纬织物形成芯，通过围绕该芯部施加其他绝缘或非绝缘型、由玻璃纤维增强和/或碳纤维增强层片组成的层而形成部件。
附图说明
附图中以示例方式示出本发明，并且将在下面的描述中说明本发明。
附图中：
图1显示了示例性部件；
图2显示了金属无纬织物的示意图；
图3显示了又一个示例性三维部件；和
图4显示了具有绝缘层的部件。
具体实施方式
图1在顶部显示了根据本发明的主题的层的示例性构造。所述层被制备在平面表面上。在图1的示例中，提供由碳纤维3组成的不同的预浸渍纤维层。所述预浸渍纤维层被称为预浸渍制品，并且由纤维和未硬化的热固性塑料基质组成。
由金属线组成的层4布置在碳纤维层3上或之间。如从该示例中可看到的，该部件具有不同的区域B1、B2、B3。所述区域限定在x，y平面中，并且不在部件的层面z中。所述区域在x，y平面中可具有不同的尺寸，并且可具有不同的形状。在部件的区域B1中，仅设置碳纤维增强材料层片。在区域B2中，该部件具有两个金属线层片，并且在区域B3中，该部件具有金属线无纬织物层片。在由碳纤维增强塑料组成的第一层上设置有第二层，在该例子中，第二层替代地是由碳纤维增强塑料或金属无纬织物组成的层。根据各个区域B1、B2、B3的载荷，一层金属无纬织物或其他碳纤维增强塑料层片层合在另一层的顶部上。预制金属无纬织物和纤维增强件的层合工艺可以自动方式进行。
图1的下部显示了具有下部工具部分2和上部工具部分2’的工具。在所述工具2、2’中，制备的部件1被变形，并且或者在高压釜中被硬化，或者在RTM工艺的辅助下被注射模塑化合物，并且在热和压力的作用下硬化。
图2显示了预浸料坯的示例性布置。碳纤维增强材料3在该例子中为由碳纤维组成的均匀机织物。但是为了实施本发明，还可构想使用其中碳纤维具有优选方向的碳纤维增强材料。在图2的右手侧，金属无纬织物4水平取向。所述金属无纬织物包括金属线，所述金属线由围绕彼此扭绞的至少两根金属丝形成。由金属丝束在一起的所述金属线在该示例中彼此平行设置并且间隔开。在图2的左手侧，金属线布置为垂直于又一水平布置的金属线，并且作为金属无纬织物形成金属线网格，金属无纬织物被作为整体内嵌到该部件1中。
该示例中所示的金属线的布置仅为一种可能的实施例。金属线可形成这样的金属无纬织物：其在一点处通过金属线的更致密的设置方式而具有增强形式，并且在其他点处通过较不致密的设置方式而具有较弱的形式。金属线也不必平行。
图3显示了构造在下部工具部分2的表面上的又一部件1。部件1反之由不同的碳纤维增强层片3或单向金属无纬织物4或双向取向的金属无纬织物4'的交替层组成。通过金属线在金属无纬织物4和4'中的不同取向，形成的部件在其弹性方面被优化。
图3中，通过示例的方式，提供连接元件6。该连接元件可例如为具有垫圈的螺钉，其被锚固在金属无纬织物中，或在最简单的实施例中，被穿入金属无纬织物中。如果不打算从车辆拆卸结构元件，并且打算使连接元件在碰撞的情况下仍能够形成对车辆的残留连接，则连接元件6的集成是有利的。这里，该类型的连接元件6可由本领域技术人员自由选择。对于本领域中技术人员所熟知的任何类型的连接元件适用于根据本发明的使用。
图3示意性地显示了又一部件，接地连接部7。通过这样的接地连接部7，金属无纬织物4被连接到车辆的电接地。
金属丝（优选地为钢丝）被用于制备金属无纬织物。如果使用钢丝，则必须考虑在钢与碳纤维接触的情况下所述钢丝上发生的腐蚀。为了最小化该问题，如图4中所示，绝缘层5***在金属无纬织物4、4'和碳纤维层3之间，在该例子中，金属无纬织物4、4'是钢无纬织物。
在一个示例性实施例中，绝缘层5为树脂或具有塑料基质的塑料层，所述层被在制造工艺中引入，并且在钢无纬织物和碳纤维之间形成并且填充间隔。出于该目的，可将隔离件放置在金属无纬织物上，从而以预定间隔定位碳纤维增强层，并且将所述碳纤维增强层保持在那里，直到树脂或塑料填充中间空间，并且形成绝缘。
在替代实施例中，绝缘层5由玻璃纤维增强塑料形成。使用玻璃纤维增强塑料的优点是，以该方式，塑料复合物的塑性被提高，并且碳纤维层的脆性性能被抵消。在具有绝缘玻璃纤维塑料层的一个实施例中，该部件在碰撞情况下可以更应保留，并且钢内嵌物同时被防护腐蚀。
其他可能的绝缘层为例如纤维素、玄武岩等材料，其具有单纯绝缘效果，但不会进一步影响材料的弹性。
可利用铝金属线来防止腐蚀问题，其可代替钢线。
可利用已知的塑料基质或树脂来制备该复合材料。

Claims (13)

1.一种碳复合部件，由塑料-碳纤维复合材料组成，包括在所述部件的平面中延伸的独立区域（B1、B2、B3），其中，在所述区域中的至少一个中，至少一个层片由碳纤维复合材料（3）组成，并且在至少又一区域和/或该相同区域中，层片（4）由金属线组成，所述金属线沿至少一个方向彼此间隔开布置。
2.根据权利要求1所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属线（4、4’）由彼此扭绞和/或编织的独立金属丝组成。
3.根据权利要求1所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属线由钢组成。
4.根据权利要求1所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属线形成双向金属无纬织物（4’）。
5.根据权利要求1所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属线层片位于所述碳纤维增强层片（3）之间或位于其上。
6.根据权利要求1所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属线通过至少一个绝缘材料层片（5）与碳纤维（3）分隔。
7.根据权利要求6所述的碳复合部件，其特征在于，所述绝缘材料（5）为是塑料复合物基质的塑料层片。
8.根据权利要求6所述的碳复合部件，其特征在于，所述绝缘材料（5）是玻璃纤维增强塑料或玻璃纤维。
9.根据权利要求8所述的碳复合部件，其特征在于，所述玻璃纤维用作至少一个金属线层片和碳纤维增强层片（3）之间的绝缘隔离件。
10.根据权利要求4所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属无纬织物包括集成的连接元件（6）。
11.根据权利要求10所述的碳复合部件，其特征在于，所述集成的连接元件（6）用于碳复合部件（1）的紧固。
12.根据权利要求10所述的碳复合部件，其特征在于，所述集成的连接元件用于碳复合部件的接地连接部（7）。
13.根据权利要求1所述的碳复合部件，其特征在于，所述金属线形成芯，具有不同材料的其他层片围绕所述芯卷绕在不同区域中。
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