CN104220688B - 复合材料的铰链以及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种铰链，包括一刚性部分(12；32)及相对于该刚性部分(12；32)适合于弯曲且与之成一体的柔性部分(13；33)，其中，所述的刚性部分(12；32)包括一块刚性复合材料的刚性复合材料的基片(1；21)，所述的柔性部分(13；33)包括第一柔性片(5；25)，其中，该第一柔性片(5；25)的第一部分(5a；25a)通过采用树脂复合材料的至少一个第一树脂层(4；24)至少部分地与该基片(1；21)相结合，其中，所述的柔性部分(13；33)还包括一个第二柔性片(7；27)，其至少部分地通过采用树脂复合材料的至少一个第二树脂层(6；26)分别与该第一柔性片(5；25)的所述第一部分(5a；25a)以及不与该基片(1；21)相结合的该第一柔性片(5；25)至少一个第二部分(5b，5c；25c)相结合。本发明还涉及到制造此种铰链的方法。

Description

复合材料的铰链以及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料制成的铰链，特别涉及一种能被固定或被并入以旋转方式互相连接的两块复合材料部件。本发明还涉及到一种生产这样一种铰链的方法。
背景技术
EP 1738895描述了一种包括两组用环氧树脂浸渍的碳纤维层的铰链，其层被设置于浸渍有聚氨基甲酸乙酯树脂的芳纶纤维的基片的上方或下方。由于其需要预浸渍纤维层，所述的已知铰链为合成的，生产昂贵。
为了解决所述的问题，WO2012/035465描述了一种包括设置于一块柔性材料基片的两个相对边缘的上和下的、与用于复合材料树脂的粘附兼容的两组纤维层的铰链，所以基片的中心部分没有被这些层覆盖，其中，该基片和层嵌入一块已固化的、柔软的树脂中。
EP1738895以及WO2012/035465的铰链在刚性部分和柔性部分之间具有相当清楚的、突然的折线，如果变形，这些已知的铰链在该两部分之间具有非常突出的边缘，伴随着后续的应力集中和因此而快速磨损的问题。
由于不可能做到在一个产品中的其中两个部分表现出界限清楚，几乎互相隔离，此类已知铰链的另一个问题通过其美观处理表现出来。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种不具有所述的缺陷的铰链。所述的目的通过一种铰链以及其主要特征在说明书中详细说明的制造方法所实现，同时其他特征分别地在说明书中详细说明。
归功于其特别的层状结构，根据距刚性部分的距离，依据本发明的铰链能够获得一个具有抗弯刚度变量的柔性部分，以便获得一种比已知铰链相对更有抵抗力、更通用的铰链。此种抵抗力可通过将特殊强化纤维层敷于基片和柔性片上，特别是敷于此些柔性片的小孔上而大大增加，为的是后者在铰链的刚性部分被“压紧”。柔性部分的抗弯刚度可以通过将柔性片以适当的布置和尺寸重叠而简单地控制。
由于刚性部分和柔性部分之间清晰洁净的接触面，可能是被这些部分之间设有的裂缝突出了，铰链的美观处理得到改善。
较佳地，刚性部分的基片具有一个促进柔性片展开、使铰链的刚性部分和柔性部分之间的接触面较不明显的特殊的斜面。另一方面，通过在基片的边缘留下一非斜面部分和/或将此边缘设于在生成于用于生产该铰链的模具上的一特殊挡边的旁边，该挡边阻碍了从刚性部分到柔性部分的树脂通道，突出该接触面是有可能的。
意大利专利申请MI2012A000307描述的基片以及意大利专利申请MI2012A000244和MI2012A000245描述的碳纤维织物特别适用于本申请的铰链。
该铰链可采用实行快速、简易的特殊的方法生产，特别是如果用树脂预浸渍后的纤维层作为加固层使用。
附图说明
从下列详细和非限定的一些实施例的描述结合下列附图，该铰链其他的优点和特性以及根据本发明的方法对那些本领域技术人员来说会变得显而易见：
图1为在该方法第一步骤期间该铰链的第一实施例的顶视图；
图2为图1的II-II的截面；
图3为在该方法第二步骤期间图2的铰链；
图4为在该方法第三步骤期间图2的铰链；
图5为该方法最后时图2的铰链；
图6为该方法一个步骤期间该铰链第二实施例的顶视图。
图7为图6的VII-VII的截面图；以及
图8为该方法最后时图7的铰链。
具体实施方式
参考图1和图2，可见该方法的第一步骤中的至少一块基片1，特别是实质上具有棱柱形状，为刚性复合材料的，被设于用于复合材料的模具2的至少一个功能性表面上。一块释放片3，已知为脱模布，可被设于模具2和基片1之间。基片1的厚度大于1mm，特别在1和5mm之间。基片1的一个边缘1a在与模具2相对面具有一个斜面1b。斜面1b与基片1的边缘1a相对于斜面1b的表面形成一个1°和45°之间的角度，也就是说，基片1与模具2接触的表面，斜面1b的宽度w1在5到60mm之间，和/或斜面1b的高度h在基片1厚度的50％和100％之间。设有斜面1b的边缘1a的末端1c较佳地包括一个高度在0.3和0.7mm(between0,3and 0,7mm)之间的非斜面部分，特别地为0.5mm(in particular 0,5mm)，并且为圆的或大体上与和模具2接触的基片1的表面垂直。
基片1较佳地为以SMC(片状模塑料)方法生产的CFRP片(碳纤维增强聚合物)，如意大利专利申请MI2012A000307中描述的产品和方法，此处通过引用合并。尤其是，基片1为包含长度在5和50之间的碳纤维的片材，并以随机状态嵌入已固化的乙烯酯酚醛树脂的基质中。基片1的抗弯刚度大于0.1Nm/rad(0,1Nm/rad)，特别地，大于100Nm/rad。
如图3所示，可见该方法的第二步中，采用树脂复合材料的至少一个第一树脂层4(以粗线注明)被敷于基片1相对于模具2的表面上，为了至少部分地覆盖斜面1b。第一树脂层4的宽度w2在5和50mm之间。第一树脂层4被敷于基片1的边缘1a上，为的是较佳地通过第一树脂层4使邻近末端1c的边缘1a的一部分1d不覆盖。基片1的边缘1a的末端1c与第一树脂层4之间的距离d1，也就是所述的不覆盖部分1d的宽度，较佳地在1和15mm之间，特别在3和5mm之间。
包含纤维的第一柔性片5设于模具2上，也就是在释放片3上，至少部分地覆盖基片1的边缘1a，为使基片1的边缘1a被包含在模具2和第一柔性片5之间。第一树脂层4依次被包含在基片1和第一柔性片5之间，但其与在没有被第一树脂层4覆盖的边缘1a的所述的第一部分1d中的基片1直接接触。
一个采用树脂复合材料第二树脂层6(总以粗线指出)被敷于第一柔性片5上，为使与基片1接触的第一柔性片5的至少一个第一部分5a的两个表面分别具有第一树脂层4和/或第二树脂层6。第二树脂层6还被敷于第一柔性片5的第二部分5b上，其宽度与距离d1实质相等，其与基片1的部分1d相邻并脱离于第一树脂层4。第二树脂层6还被敷于与模具2或与释放片3接触的第一柔性片5的第三部分5c上，换句话说伸出基片1的边缘1a之外。
包含纤维的一个第二柔性片7至少部分地被设于的第一柔性片5上，为使至少第二树脂层6的一部分被包含在第一柔性片5和第二柔性片7之间。在本实施例中第二柔性片7完全被设于第一柔性片5上，然而在一个可选择实施例中第二柔性片7的一部分可延伸于第一柔性片5之外且被设于与边缘1a相邻的基片1的第一部分1e上，在这种情况下第一树脂层4和/或第二树脂层6在第二柔性片7和基片1的部分1e之间延伸为的是将第二柔性片7与基片1结合。基片1的边缘1a的末端1c与设于基片1上的第二柔性片7的末端之间的距离d2大于5mm，特别在5和50mm之间，更特别的在15和25mm之间。第二柔性片7的一部分7a与第一柔性片5的第三部分5c通过第二树脂层6相结合。所述的部分7a的宽度w3大于2mm，特别在3和30mm之间，更特别地在3和5mm之间。
第一柔性片5和/或第二柔性片7较佳地具有一个或多个小孔8，9，其中第一柔性片5的小孔8至少部分地被设于第二柔性片7的小孔9上。小孔8，9较佳地导向基片1的斜面1b上，较佳地在柔性片5、7设于基片1之上之前被开在在柔性片5、7上。
在另一实施例中，一个或更多个其他包括纤维的柔性片(未在图上显示)，可具备其他的设于小孔8、9之上的小孔，可被层叠设置在第一柔性片5之上，在第二柔性片7和/或基片1之上，采用树脂复合材料的至少一个层被敷于相邻的两块柔性片之间。
如图4所示，可见本方法的第三步中一层或多层纤维层10较佳地浸渍过还未固化的树脂，并且被称为预浸层，被设于基片1上、第一柔性片5上、第二柔性片7上和/或设于第一柔性片5和/或第二柔性片7的任意其他柔性片上，为的是覆盖小孔8、9。于是第一柔性片5和第二柔性片7被包含在基片1和纤维层10之间。特别是，四层浸渍碳纤维层10的厚度在0.1和1mm(between 0,1and 1mm)之间，特别地在0.2和0.4mm(between 0,2and 0,4mm)之间，并且实质上相同的形状被至少部分地层叠地设于基片1、第一柔性片5和第二柔性片7上。浸渍碳纤维层10的宽度w4在20和50mm之间。
较佳地，密封带11被敷于上纤维层10的一个边缘和上柔性片上，特别是第二柔性片7上，为的是制造一个针对于树脂层10的屏障。
在本方法的后续步骤中，其未在图中显示，设有基片1、柔性片5、7和浸渍纤维层10的模具2被密封在真空袋中并被放入高压锅中，在其中其受到3和6巴之间的压强和100和120℃之间的温度1和3小时之间的时间，为的是固化第一树脂层4、第二树脂层6和浸渍纤维树脂层10。
如图5所示，可见，在该方法的最后，所述的整体，一从高压锅中被取出，就冷却并从模具2和释放板3分离出来，其包括对应于基片1和与通过树脂层4、6与基片1相结合成一单件的柔性片5、7的一部分的刚性部分12。从而该刚性部分12与和不与基片1相结合的，且如虚线所示相对于刚性部分12可被弯曲的柔性片5、7的部分对应的柔性部分13成一整体。柔性部分13一部分的抗弯强度，即是当柔性部分13被弯曲时的此部分中的曲率半径与其到刚性部分12的距离成反比。基片1还同时通过与基片1相结合的这些层的部分和透入柔性片5，7的小孔8、9的树脂与浸渍纤维层10形成一个单件。一狭槽14设于刚性部分12和柔性部分13之间，即在未具备第一树脂层4的第一柔性片5的部分5b和与基片1的边缘1a的末端1c相邻的部分1d之间。
如图6和7所示，可见在第二实施例中，如果未公开和/或另行说明的类似于第一实施例，一基片21的至少一个边缘21a设于伸出于模具22的功能性表面的一个档边22a旁边。档边22a为具有梯形截面、底角在80°到90°之间的实质上的棱柱形。档边22a的高度较佳地高于基片21的厚度。第一柔性片25的一部分25a通过覆盖在相对于模具22直到相邻于档边22a末端的基片21边缘21a的表面至少一层第一树脂层24被敷于基片21上。第一柔性片25伸出于基片21的边缘21a，压过档边22a在模具22的功能性表面延续。第二柔性片27通过覆盖于第一柔性片25直到相邻于模具22的部分的第二树脂层26被敷于第一柔性片25上，也就是说，被设成超过档边22a。第二柔性片27也伸出于基片21的边缘21a，压过档边22a在设在模具22的功能性表面上的第一柔性片25的第二部分25c上延续。第二柔性片27覆盖第一柔性片25的部份25a和相邻于其边缘21a的基片21的一部分21e。第二柔性片27通过一个采用树脂复合材料的层与基片21的部分21e相结合，例如第一树脂层24延伸超过基片21的边缘21a朝向部分21e。
在该方法的后续步骤中，未在图中显示，具有基片21和柔性片25，27的模具22被密封在真空袋中并被放入高压锅中，受到3和6巴之间的压强和100和120℃之间的温度1和3小时之间的时间，为的是固化第一树脂层24和第二树脂层26。
如图8所示，可见，所述的整体，一从高压锅中被取出，就冷却并从模具22分离出来，其包括对应于基片21和与基片21相结合的柔性片25，27的部分的刚性部分32。刚性部分32与对应于不与基片21相结合的、如虚线所示的方式相对于基片21可被弯曲的柔性片25，27的部分软性部分33成一单件。
第一树脂层4、24和/或第二树脂层6、26的厚度在0.01和2mm(between0，01and 2mm)之间。第一树脂层4、24和/或第二树脂层6，26较佳地包括热固树胶，特别是像树脂CytecFM87-1这样的环氧树脂。
第一柔性片5，25和/或第二柔性片7的厚度在0.1和0.5mm(between 0,1and 0,5mm)之间，特别在0.2和0.3(between 0,2and 0,3)之间。在树脂4、6、24、26聚合之前第一柔性片5、25和/或第二柔性片7、27的抗弯刚度小于0.1Nm/rad(0,1Nm/rad)。
较佳地，第一柔性片5、25和/或第二柔性片7、27和/或任何其他柔性片包括一种可被干燥的碳纤维织物，也就是说，没有浸渍过树脂，或没有浸渍过固化时为柔软的树脂。所述的碳纤维织物与聚氨酯或丙烯酸薄膜层压，如在此被引用合并的意大利专利申请MI2012A000244描述的纤维，和/或在此被引用合并的意大利专利申请MI2012A000245描述的浸渍过硅树脂或丙烯酸乳液的纤维。
考虑到基片1、21和柔性片5、7、25、27的外剖面可能会有不同的形状和大小，明显地术语铰链应该以本发明的广义上的方式解读。
在下列权利要求范围内，本领域技术人员可以对在此描述和余下的解释的本发明的实施例的作出合理的改变和/或添加。特别地，本发明其他实施例可包括以下的权利要求之一的技术特征和另外一个或多个技术特征，以个别的或任意互相结合的方式，在正文中描述和/或在附图中说明。

Claims (25)

1.一种铰链，包括一刚性部分(12；32)及相对于该刚性部分(12；32)适合于弯曲且与之成一体的柔性部分(13；33)，其中，所述的刚性部分(12；32)包括一块刚性复合材料的基片(1；21)，所述的柔性部分(13；33)包括第一柔性片(5；25)，其中，该第一柔性片(5；25)的第一部分(5a；25a)通过采用树脂复合材料的至少一个第一树脂层(4；24)至少部分地与该基片(1；21)相结合，其特征在于，所述的柔性部分(13；33)还包括一个第二柔性片(7；27)，其至少部分地通过采用树脂复合材料的至少一个第二树脂层(6；26)分别与该第一柔性片(5；25)的所述第一部分(5a；25a)以及不与该基片(1；21)相结合的该第一柔性片(5；25)的至少一个第二部分(5b，5c；25c)相结合。
2.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，该第二柔性片(27)的一个部分通过采用树脂复合材料的至少一个第一树脂层(24)与该基片(21)的一个部分(21e)相结合。
3.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，该第一柔性片(5；25)的所述至少一个第二部分(5c；25c)伸出该基片(1；21)的一条边缘(1a；21a)以外。
4.根据权利要求3所述的铰链，其特征在于，该第二柔性片(7；27)的一个部分(7a)通过采用树脂复合材料的至少一个第二树脂层(26)与该第一柔性片(5；25)的所述的至少一个第二部分(5c；25c)相结合。
5.根据权利要求3所述的铰链，其特征在于，该第一柔性片(5)至少部分地与被安在该基片(1)的所述的边缘(1a)上的斜面(1b)相结合。
6.根据权利要求5所述的铰链，其特征在于，该斜面(1b)与相对于该斜面(1b)的该基片(1)的该边缘(1a)的表面形成一个介于1°与45°之间的角度(a)，该斜面(1b)的宽度(w1)介于5与60mm之间，和/或该斜面(1b)的高度(h)介于该基片(1)厚度的50％与100％之间。
7.根据权利要求5所述的铰链，其特征在于，具有该斜面(1b)的该边缘(1a)的末端(1c)包括一个高度介于0.3和0.7mm的非斜面部分。
8.根据权利要求7所述的铰链，其特征在于，具有该斜面(1b)的该边缘(1a)的末端(1c)包括一个高度为0.5mm的非斜面部分。
9.根据权利要求3所述的铰链，其特征在于，该第一柔性片(5)的一部分(5b)和与该基片(1)所述的边缘(1a)的末端(1c)相邻的一部分(1d)之间设有一条狭缝(14)。
10.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，还有一个或更多个其他柔性片被层层相叠设置于该第一柔性片上、在第二柔性片上和/或在基片上，采用树脂复合材料的至少一个层被敷于两层相邻的柔性片之间。
11.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，一个或多个所述的柔性片(5，7)具有一个或多个通向该基片(1)的小孔(8，9)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的铰链，其特征在于，所述的刚性部分(12)包括一个或多个纤维层(10)，其通过固化树脂结合成一个单件并和所述的基片(1)、第一柔性片(5)、该第二柔性片(7)和/或其他柔性片相结合，被设置在该第一柔性片(5)和/或该第二柔性片(7)上，其中，该第一柔性片(5)和该第二柔性片(7)被包含在该基片(1)和该纤维层(10)之间。
13.根据权利要求12所述的铰链，其特征在于，一层或多层所述的纤维层(10)将开在该第一柔性片(5)和/或该第二柔性片(7)中的小孔(8，9)覆盖。
14.根据权利要求12所述的铰链，其特征在于，一密封带(11)被敷于该纤维层(10)的一条边缘和该第二柔性片(7)上。
15.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，柔性部分(13；33)这一节的抗弯刚度与其到该刚性部分(12；32)的距离成反比。
16.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，一层或多层所述的树脂层(4，6；24，26)包括一种热固性树脂。
17.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，一层或多层所述的柔性片(5，7；25，27)包括一种碳纤维织物。
18.根据权利要求17所述的铰链，其特征在于，所述的碳纤维织物与一聚氨酯或丙烯酸薄膜相层压，和/或以硅树脂或丙烯酸乳液浸渍。
19.一种制造铰链的方法，其特征在于，通过以下步骤：
－将复合材料的基片(1；21)设置于模具(2；22)的至少一个功能表面上；
－将第一柔性片(5；25)设置于该基片(1；21)上，其中至少一个采用树脂复合材料的第一树脂层(4；24)被设置于该第一柔性片(5；25)的第一部分(5a；25a)和基片(1；21)之间；
－将一个第二柔性片(7；27)设置于该第一柔性片(5；25)的所述的第一部分(5a；25a)和该第一柔性片(5；25)的第二部分(5b，5c；25c)上，其中至少一个采用复合树脂材料的第二树脂层(6；26)被设置于该第二柔性片(7；27)和该第一柔性片(5；25)的所述的部分(5a，5b，5c；25a，25c)之间；
－将所述的树脂层(4，6；24，26)固化以得到一刚性部分(12；32)及相对于该刚性部分(12；32)适合于弯曲且与之成一体的柔性部分(13；33)，其中，所述的刚性部分(12；32)包括该基片(1；21)，所述的柔性部分(13；33)包括该第一柔性片(5；25)和该第二柔性片(7；27)。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该第一柔性片(5；25)从该基片(1；21)的一条边缘(1a；21a)伸出于该模具(2；22)之上。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，该基片(21)的至少一条边缘(21a)被设置于伸出于模具(22)的功能性表面的挡边(22a)的旁边。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，该第一柔性片(25)伸出于该基片(21)的该边缘(21a)，压过该挡边(22a)，在该模具(22)的功能性表面延伸。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，该挡边(22a)的高度大于该基片(21)的厚度。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该第一树脂层(4；24)和/或该第二树脂层(6；26)被分别地敷于该第一柔性片(5；25)和/或第二柔性片(7；27)之上；当后者已分别地被设置于该基片(1；21)之上和/或设置在该模具(2；22)上的第一柔性片(5；25)之上时。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在被分别地设置于该基片(1)上和/或设置在该模具(2)上的第一柔性片(5)上之前，该第一柔性片(5)和/或该第二柔性片(7)上即具有一个或多个小孔(8，9)。
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