CN104540654A - 层状半成品及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种层状半成品，该层状半成品具有层序列(3)，该层序列(3)包含至少一层未固结增强纤维结构。在真空下，将所述层序列布置在由热塑性基体材料制成的上部膜(2)和下部膜(1)之间，该上部膜(2)和下部膜(1)以保压方式彼此周边连接。根据本发明的层状半成品的有利发展提供半成品的预成形，以及将金属插件(31)或其它部件引入到半成品中。本发明还涉及一种用于生产根据本发明的层状半成品的方法。

Description

层状半成品及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种层状半成品，用以进一步加工成纤维增强复合部件，以及一种生产该半成品的方法。
背景技术
从现有技术中已知由技术织物和热塑性塑料材料组成的纤维增强复合材料。也已知扁平半成品，诸如预浸料坯和半浸料坯，这些半成品由彼此互连但仍未互相固结的织物和热塑性层或者有机片组成。这些半成品的生产通常以连续的过程发生，例如采用压力和温度的双带压，包括至少部分地熔化热塑性塑料，并且将其连接至织物。这种预固结导致关于不同热塑性塑料、层厚度或纤维层和纤维定向的使用的约束，这是因为个别层之间的粘合可能受这种预固结影响。
这种半成品通常用于为用户生产例如车辆制造或航空航天技术领域中的复杂结构。为了生产由纤维增强复合材料制成的一种完成部件，通常将若干这些半成品在模具中或上堆叠在彼此之上。由于考虑胶合或部分固结而存在于热塑性塑料和织物层之间的稳固粘合，在该阶段，半成品的冷成形性非常受限。这需要在预成形期间，也就是说甚至是在实际成形步骤之前，已经将半成品加热至热塑性塑料的熔融温度，其中通过提高半成品的温度，使半成品本身并且彼此固结和硬化。
在该背景下，术语“以固结”和“固结”的意思是，使纤维增强复合材料硬化(固化)。这可部分地(部分固结)或完全发生。当未发生硬化过程时，就将该纤维增强材料称为未固结的。
由当前半浸料坯和预浸料坯的结构导致的这两个加热过程不仅能量上不利，而且随着将半成品结合在一起在个别层之间导致截留更多空气。这可对完成部件的机械性能和美感两者具有负面影响。
为了避免这些气穴，通常在降低的压力下将半成品结合在一起。
在该背景下，公开WO2001/000405 A2描述了下列方法，其中将部分固结的预浸料坯吸入真空袋，并且在其中加热，以移除预浸料坯层之间截留的空气。与空气移除同时发生的加热确保了纤维材料完全浸透热塑性塑料，并且最终，层的固结产生完成部件。同样地，在该情况下，预浸料坯的预固结导致不良冷成形性，该不良冷成形性使得在预成形期间必需预熔化。另外，仍由终端用户提供用于排空空气的全部技术设备和其它费用。
在任何情况下，在真空袋中将半成品以及也可能的模具包封都意味着增加用户的劳动和技术努力。为了使得终端用户尽可能简单地排空层结构的空气，已经从现有技术已知一些半成品具有最优化结构，以在真空袋中排空空气。
在该背景下，公开EP 2 085 212 A1描述了一种多层的纤维增强扁平热塑性材料，其核心包含具有通风开口或管的层，使得在压缩和固结扁平材料期间，被截留的空气可更好地逸出。然而，在该情况下，多层扁平材料的个别层稳固地结合在一起；例如，在对覆盖层加热后，覆盖层被压紧，因而将覆盖层胶合至剩余的扁平材料。后来的预固结导致扁平材料的冷成形性不良。此外，与成形步骤一起，或在成形步骤后不久从层中排空空气仍涉及复杂的技术设备。
为了给终端用户解除负担，已经从现有技术已知一些方法，其中在真空下进行半成品的生产，因而已经在生产期间使它们排空。
公开DE 41 15 831 A1描述了一种生产扁平复合材料的连续方法，其中，层状的扁平材料被加工成管状膜。由热塑性塑料和增强纤维的织物制成的个别层被容纳在一串连续管道中，该串连续管道的边缘平行于进给方向地稳固地结合在一起。然后，当堆叠层穿过压机时，分别进行层状扁平材料的连续管道的排空。在该压机中，以关于进给方向的直角密封管状膜，并且加热和熔化基体热塑性塑料。因而，在扁平材料固结或预固结的同时，进行对扁平材料的排空。在第一种情况下，预浸料坯的复杂排空对于用户而言是一个问题；在第二种情况下，结果又为不良冷成形性的预固结半成品。
另外，已知的半成品不适合，或者仅以非常有限的方式适合于生产具有复杂几何的部件。有时出现下列问题，即当被布置在压机中时，或者一旦封闭压机以便固结半成品时，半成品就移动，或者由于它们的复杂几何而不平坦地适配。
迄今为止，从现有技术已知的半成品没有一个组合了对于生产具有极好特征谱的复杂部件必需的那些特性。这些特性特别包括：良好的悬垂性；避免纤维滑动；和防止半成品中的气穴。这同样应用于由已经使用基体材料对其预浸渍的增强纤维织物制成的从现有技术已知的预浸料坯、层状结构，以及具有由增强纤维织物和基体材料制成的表面结合层的已知半浸料坯、层状结构。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有用于生产复杂纤维复合部件的必要特征的经济的半成品或者半预浸料坯，以及一种其生产方法，因而克服上述现有技术的缺点。根据本发明的半成品提供特别适合于厚层结构并且特别适合于生产具有复杂几何的部件的实施例。此外，半成品的实施例特别好地响应于由该半成品制造的成品的预期应力。另外，提出一种生产该半成品的方法。
通过具有主要权利要求的特征的半成品，以及一种根据权利要求15或18所述的生产所述半成品的方法，实现该目的。在对应的从属子权利要求中描述优选修改。
根据本发明的半成品包括顶部膜和底部膜，以及布置在顶部膜和底部膜之间的层序列。该层序列由一层或若干层组成。该层序列具有至少一层具有未固结增强纤维的增强纤维织物。除此之外，在优选实施例中，该层序列包括具有至少一层，该至少一层具有至少一个扁平金属插件。在进一步优选实施例中，该金属插件被集成到增强纤维织物中。在进一步优选实施例中，另外或者作为该布置的替换，基体材料也被集成到增强纤维织物中，然而，后者不固结。
可选地，该层序列包括另外层。这些另外层也可由另外膜形成，该另外膜与顶部膜或底部膜不同。这些另外层可优选地是由增强纤维的织物或基体材料制成的层，由此，也可能是含增强纤维的织物和基体材料的混合物的层(混合层)。
可选地，可能是含金属插件的另外层。
有利地，金属插件使得有可能在将半成品放置到固结工具之前，使半成品的几何适合工具形状。在该情况下，金属插件被布置在边缘区域中，或者是待生产的部件几何的小曲率半径的区域中。因而，在适合该几何后，半成品将保持该几何。如果半成品被弯曲若干次，以调节其几何，这些弯曲部可在相同和/或不同的空间方向中导向。仅由于先前调节的几何，使得可能将半成品安全地***到固结工具中，所以根据本发明的半成品特别良好地适合于生产具有复杂几何的部件。例如，可通过弯曲或深拉(热成形)实现对几何的调节。因此，可以扁平形状运输和储存根据本发明的半成品，从而需要的空间较小，且因而有利地导致大量节省。
优选地，顶部膜和底部膜本身由热塑性基体材料制成。如果顶部膜和底部膜不由基体材料制成，那么根据本发明，除了增强纤维的织物以及具有金属插件的至少一个可选存在层之外，还在这些膜之间布置基体材料。
顶部膜和底部膜沿它们的周边完全地彼此连接，由此在它们之间的体积中，主要存在真空或部分真空(低压)。借助于顶部膜和底部膜以及它们沿它们周边的连接，该体积被密封并且保持该压力，使得在半成品的储存时间段期间保持该低压，或者仅稍微降低(即，在储存时间端期间保持产品的可用性)。无例外地，根据本发明的半成品的增强纤维织物不固结。优选地，半成品为扁平的，或者几乎扁平。然而，也可具有一个或若干弯曲部或弯部。在半成品具有若干弯曲部的情况下，这些弯曲部可在相同和/或不同的空间方向中导向。如果使用了模具，这同样应用于用于生产半成品的模具(具有一个或若干弯曲部)。
真空，或者是降低的压力，优选地处于0.1毫巴至800毫巴之间，特别优选处于1毫巴至100毫巴之间的范围内。在下文中，排空或排空的意思是通过现有技术的方法(例如，真空泵)产生这种降低的压力。
优选地，顶部膜或者底部膜的材料厚度为0.05mm至1mm。在任何情况下，该厚度都必须足够大，以保证对于有意储存时间段保持真空。与生产准备有关的预期操纵和冷成形过程以及对几何或工具形状的适配必须不导致膜破裂。
根据本发明的半成品的顶部膜和底部膜沿它们的周边完全地彼此连接。因而，它们完全包封层序列。如果使用管状膜，以通过将层序列***到管状膜中而形成顶部膜和底部膜，则被布置在层序列的一侧上的管状膜的膜部分就形成底部膜，而层序列的另一侧上的相对部分形成顶部膜。然后，沿顶部膜和底部膜的周边的连接在两个敞开管端处标记突出体的结合。
在优选实施例中，有利地，半成品按用于成品的期望形状预成形，或者进一步优选地成形为扁平的和平坦的，或者几乎这样。这具有优点，即允许更易于***到用于成品的工具中。通过排空顶部膜和底部膜之间的体积，层序列的这些层被压到彼此之上，使得它们相对彼此移动更难。结果，在储存期间，半成品保持排空体积时它获得的形状。然而，它仍适合于成形，这是因为层序列的这些层未被几何适配地结合或稳固粘合，而是仅摩擦锁定。
优选地，增强纤维的织物为扁平和柔性的。优选地，从现有技术已知的那些类型的纤维材料中选择用于增强纤维织物的材料，这些纤维材料对于复合纤维材料而言是普通的，例如天然、玻璃、芳纶或碳纤维。同样地，可能是各种纤维的混合物。增强纤维可采取规则或不规则织物的形状。例如，它们可为机织织物、铺置网、混纺纱线、混合纱织物热塑性塑料(HGGT)、编织物或无纺布，或者可被粘结或缩绒。当使用混合纱(即，在增强纤维旁含基体材料的纱线)时，优选其中纤维和基体材料未被预固结的那些混合纱。例如，增强纤维的织物在纤维类型、厚度、纤维交联、纤维预浸渍或预处理以及对层的添加剂方面可不同。
优选地，在排空半成品之前，一层增强纤维织物的厚度在0.1mm至30mm之间。该厚度尤其取决于下列考虑因素，即何种类型的纤维、具有何种密度以及使用的是何种基体材料。专家将尤其考虑，在固化过程中，基体材料必须尽可能完全和均匀地浸透增强纤维织物。
增强纤维织物的选择及其结构将优选地匹配完成部件的预期应力和负荷。优选地，在一个半成品内使用各种类型的纤维和热塑性材料。
在所使用的优选热塑性基体材料中，是膜或片、粉末、热塑性纱线、微粒以及长纤维或短纤维增强热塑性塑料。在该背景下，优选地是，在一个部件内专用特定类型的热塑性基体材料和使用若干不同类型的材料两者。
待使用的热塑性基体材料的选择将匹配完成部件的预期类型的应力和负荷。优选地，使用具有良好的冷成形性和悬垂性的热塑性材料。优选的基体材料为从下列材料选择的热塑性聚合物：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚醚醚铜(PEEK)、聚氯乙烯(PVC)。
在另一优选实施例中，顶部膜和底部膜本身由热塑性基体材料组成。这使得可能以无残留的方式将半成品固结到由纤维复合材料制成的完成部件中。出于该目的，特别优选地，顶部膜和底部膜由与用于固结增强纤维的织物相同的热塑性基体材料制成。
原则上，材料和所使用的基体材料的结构对应于从现有技术已知的用于复合纤维材料的材料。
在顶部膜和底部膜之间封入层序列，在最简单的情况下，该层序列仅为一层增强纤维，但是通常包括一系列不同或相似层的增强纤维织物、基体材料、增强纤维织物和基体材料的混合物以及热塑性或热固性膜以及可选的金属插件。另外的热塑性或热固性膜与顶部膜和底部膜不同，并且如情况可能是分离个别层或层序列。
增强纤维织物、基体材料以及可选的金属插件的材料类型可每层或者在一层内不同。因而，也优选下列根据本发明的那些半成品，这些半成品包括由不同纤维材料或热塑性材料或多种两者组成的层。例如，半成品可包括在一些地方由增强纤维制成并且在其它地方由基体材料制成的层。因此，由增强纤维或基体材料或者由混合材料制成的层可仅占据半成品的空间的一部分。同样地，可对这些层穿孔，或者这些层可具有局部孔口。有利地，因而可特别调节成品的机械特性或光学方面。
此外，半成品可具有任何几何形状；半成品可为圆的和/或成角度的，或者具有孔口。
可选地，层序列包括具有一个或若干金属插件的至少一层。优选地，这些金属插件被布置在下列那些地方，其中由半成品构造的部件将弯曲，或者可预期尤其是高应力和负荷的地方。优选地，金属插件为扁平和有角度的，并且这里特别优选成形为条或正方形。然而，取决于将被构造的部件的期望特性，***体可具有任何几何形状和厚度。也可关于其期望特性，为每个***体选择用于金属插件的材料。相对应地，当***体被布置在待构造的部件将弯曲的地方时，金属插件也可具有弯曲形状。这具有下列有利结果，即在更长的储存时间段中，在调节其几何期间，半成品保持被压印在其上的弯曲，并且这与储存和操纵操作中预期的负荷和应力无关。优选地，金属插件还用作局部硬化或增强，或者容纳结合元件和紧固件诸如螺纹接头。优选地，金属插件彼此结合，使得它们作为***体的结合层布置到层序列中，而非必须被单独定位。优选地，这通过使用柔性连接器(细丝连接器，由基体材料或增强纤维或类似材料制成的条)将金属插件中的至少一些彼此紧固而发生。在进一步优选实施例中，有意将金属插件胶合到膜(优选地由基体材料制成)上，或层压在两个这种膜之间。
特别优选地，金属插件被预先定位在层序列的一层或若干层上，并且附接或缝(stitch)在层序列的一层或若干层上。优选地，可使用细丝连接器(诸如纱线、基体线等等)，或者可替换地优选地使用基体材料通过在多个点中或在表面上胶合，进行附接。在进一步特别优选实施例中，有意的是，另一层优选地一层增强纤维织物具有可将金属插件***到其中的穴状或管状凹部或狭缝，以便与层序列中的其它层定位在一起。
然而，在进一步优选实施例中，也可能单独地并且彼此独立地，将金属插件***和定位到层序列中。也优选混合形式，其中***体中的仅一部分互连。在优选实施例中，金属插件层存在于单一金属插件中，该单一金属插件具有与层序列相同的面积尺寸。
金属插件由金属或合金制成，该金属或合金确保***体保持压印形状并且不回弹成它们的原始形状。特别优选由钢、铝和镁制成的***体。在优选实施例中，金属插件被穿孔、粗糙化和/或经表面处理。
金属插件的尺寸取决于半成品的形状以及将由半成品生产的成品中预期的负荷和应力。选择金属插件的厚度，使得，可在成形过程中不损伤(该损伤由于金属***件的阻力导致)层序列内的任何另外层或者顶部膜或底部膜的情况下，实现将半成品从几乎扁平和平坦形状成形为其弯曲最终形状。优选实施例有意为由具有0.05mm至1mm之间的厚度的普通低碳钢、表面硬化钢或深拉钢制成的钢条。
顶部膜和底部膜之间的结合密封它们之间的体积，几乎完全以气密方式也就是保压方式密封该层序列。在热塑性膜中，优选地，通过根据现有技术的片密封工艺，进行膜或片的结合。然而，包括胶合的方法也适合。进一步优选方法为折边或翻转，有利地，折边或翻转与夹紧方法例如使用夹轨结合。
根据本发明，排空被以几乎完全气密的方式密封的体积。因此，几乎完全或部分地排出层序列的空气。优选地，在被以几乎完全气密的方式密封的体积内，不存在气包或密封子腔。通过从现有技术已知的方法，特别优选地通过用于抽气的排空盖进行排空。
因而，有利地，可完全省却为了结合个别层而使用胶水、粘合剂或使基体材料和增强纤维织物预固结。因此，根据本发明的半成品具有干层结构，该干层结构允许在其个别层之间相对移动。
在优选实施例中，使用线或纱线将层序列中的两层或更多层缝合(tack)在一起。这具有很大程度地避免这些层相对于彼此移动的优点，而在排空之前，使层序列悬垂(drape)在顶部膜和底部膜之间或模制工具中。
在用于顶部层和底部层的优选实施例中，选择这样的材料，这些材料具有对完成部件的表面优选的特定特性。这可包括如下两者，特定热塑性材料例如具有高耐刮力和其它材料诸如高熔体强度的片或膜。同样地，优选使用高熔体强度的片或膜，并且在固结期间导致限制反应空间，可优选地无任何另外模具地执行固结。
膜之间存在的已经被排空的体积甚至长时间段地保持其低压，使得即使是在长期储存后，也在部件生产期间避免截留空气。这导致半成品的储存稳定性高。因此，根据本发明的半成品代表一种关于层序列、层厚度和尺寸有利可变的半成品，两者都适合于储存和生产具有极好的光学和机械特性的无气穴部件。
下文中，可行的是，生产具有适合于预期负荷和应力的特性的扁平或预成形半成品，该半成品具有在被***到模具中和固结期间需要较少努力和/或设备的优点。在根据本发明的半成品中，在固结之前，部件的期望特性已经固有。
通过半成品的对应设计，甚至也可在固结之前，有利地集成部件的功能性元件。出于该目的，下列项目可被优选地安装在顶部膜和底部膜之间：用于传导路径的另外电子部件和/或在线诊断***、近终型半成品(泡沫)、金属片、与其它部件的连接选项和/或固结的热固性增强纤维织物。
只要这些另外引入的元件在被顶部和/或底部膜覆盖的区域上突出，就将所述元件集成到顶部膜和底部膜的连接中，使得，膜之间所包括的体积保持几乎完全气密地封闭。例如，这对于接触传导路径或者对于将两个部件结合在一起是需要的。在该情况下，优选地以气密方式将这些片密封或胶粘至突出元件。
本发明的另一目的在于一种用于生产层状半成品的方法。
A.一种用于生产可具有金属插件的扁平层状半成品的方法。
将执行下列三个部分步骤：
-由顶部膜和底部膜之间的扁平和平坦层序列建立扁平和平坦堆叠，
-排空顶部膜和底部膜之间存在的体积，
-几乎完全气密地封入顶部膜和底部膜之间的体积。
用于将顶部膜和底部膜之间的层序列***并调节到模具中的方法：
a)在第一优选方法中，布置热塑性底部膜。之后，将层状结构或者完全制备层状结构的单层或预先连接层布置到底部膜上。在优选实施例中，这些层具有一个或若干金属插件。然后，在层序列上悬垂热塑性顶部膜。如果使用预先连接层，优选地，通过线或纱线(也可含基体材料)将这些层缝合在一起，使得它们仍可相对彼此稍微移动，但是不能彼此完全分离或移动太多。
b)在第二优选方法中，有意将可含金属插件的层结构布置在两个热塑性膜之间，使得所述膜作为顶部膜和底部膜覆盖该层结构，所述膜在所有侧上都侧向突出。之后，将顶部膜和底部膜部分地彼此连接。然而，保留与封入体积的一个或若干接入点。在该方法的优选改型中，有意使保留接入点设有连接部分以连接用于排空顶部膜和底部膜之间的体积的泵送装置。出于该目的，优选地，将连接部分(例如，管)***顶部膜和底部膜之间，然后将这些膜彼此连接直到连接部分，并且在该处连接至该连接部分。因而，连接部分形成用于排空的接入点。
c)在第三优选方法中，有意将可含金属插件的层结构布置在两个热塑性膜之间，使得所述膜作为顶部膜和底部膜覆盖该层结构，所述膜在所有侧上都侧向突出。之后，将顶部膜和底部膜沿它们的周边彼此完全连接。之后，***用于排空该封入体积的一个或若干连接部分，由此，所述部分刺穿顶部膜或底部膜。
在方法a)至c)中的每种方法中，顶部膜和底部膜都在所有侧上具有在层序列上延伸的侧向凸出体。如果层序列由个别变化尺寸的层组成，顶部膜和底部膜就在具有最大个别尺寸的那些层上凸出。选择顶部膜和底部膜的侧向凸出体的尺寸，使得在进一步处理期间，凸出体可沿它们的周边彼此连接。可绕最宽层的轮廓，反向切除顶部膜和底部膜的侧向凸出体(除了所述必要凸出体之外)。这里，切割边缘的轮廓可遵循由顶部膜和底部膜和层序列制成的堆叠的尺寸，或者可遵循最宽层的轮廓，或者显示不同形状。优选地，通过密封(焊接)、胶粘、成形、折边或翻转连接顶部膜和底部膜。
用于在生产具有可选金属插件的扁平和平坦层状半成品期间，排 空体积和在顶部膜和底部膜之间几乎完全气密地密封的方法。
优选下列用于排空半成品和用于在顶部膜和底部膜之间几乎完全气密地密封的方法：
a)在优选方法中，将平坦堆叠一起放置在密封室中，然后排空该密封室，该平坦堆叠由顶部膜和底部膜以及两者之间的可含金属插件的层序列组成。作为替换，也可将半成品进给到已经排空的室中。可通过室的排空度，单独地设置堆叠的排空度，由此特别优选已经尽可能完全排空的室。该方法适合于根据方法a)、b)和c)制备的所有堆叠。在该情况下，可由适当的工具压缩该堆叠，由此有利地，也将空气挤出该堆叠。然后，优选地在排空室内进行顶部膜和底部膜的凸出边缘的连接，以避免气体再次流入到层结构中。仅在完全连接顶部膜和底部膜以及气密封入位于它们之间的体积之后，松开工具，并且从密封室取出半成品或者排出，或者使室内的压力恢复为周围环境压力。
如果不使用压缩堆叠的工具进行顶部膜和底部膜的凸出边缘的连接，就仅在以空气压力对密封室充气后压缩该堆叠，并且因而该堆叠的高度降低。
b)在进一步优选实施例中，该实施例尤其适合于根据方法b)制备的堆叠，随后通过该至少一个敞开接入点，或者通过连接部分，排空所封入的体积。为了防止气体再次流入到排空体积中，然后将顶部膜和底部膜彼此完全连接，并且几乎完全气密地密封所包封的真空。从食品真空密封已知类似的方法。在该至少一个敞开接入点设有连接部分，排空装置(泵送装置)已经连接到该连接部分的情况下，可在排空后封闭连接部分。例如，这可通过胶粘或熔合连接部分不可逆地执行，或者通过向连接部分提供关闭阀、栓塞或锁定夹子/夹具可逆地执行。可逆封闭的意思是，可非常容易地以另一流体(气体和/或液体)充气或填充半成品的封入体积。优选地，连接部分由与顶部膜和底部膜相同的材料制成，并且因此可与顶部膜和底部膜相同地封闭，从而产生均一半成品。
c)在进一步优选实施例中，该实施例尤其适合于根据方法c)制备的堆叠，为了排空，将至少一个泵送装置引入到被几乎完全密封在顶部膜和底部膜之间的体积中，优选地，该装置为排空盖，其中穿透顶部膜和底部膜。通过该泵送装置，产生局部真空，并且排空该体积。之后，几乎完全气密地再次封闭泵送装置的接入点。例如，这可通过将顶部膜和底部膜密封在一起、通过将这些膜彼此密封或者通过应用另外的膜片执行。
优选地，特定膜片，例如该特定膜片具有凸出边缘的槽口(indentation)，有意用于将泵送装置引入。
优选地，机械地进行从由顶部膜和底部膜以及两者之间的具有可选金属插件的层序列组成的堆叠排出空气。这里，使用朝着顶部膜和底部膜的凸出边缘移动的冲头、垫子或衬垫或另一机械装置排出空气。特别优选地，将堆叠加热直至处于基体材料的熔化/反应温度之下的温度。因而，堆叠中所含的空气膨胀，并且可被更容易地排出。优选地，也在该升高温度下进行顶部膜和底部膜的凸出边缘的连接。如果几乎完全气密地密封顶部膜和底部膜之间的体积，该堆叠就冷却，这降低半成品内的压力。
在根据本发明的方法的所有变体中，根据A，可选地在对顶部膜和底部膜之间存在的体积排空过程期间，可将用于使层结构降低的装置(诸如压力垫)压到这些膜以及它们之间的层上。
特别优选地，使用泵送装置将从包封体积机械排出空气与排空结合。
取决于顶部膜和底部膜的材料，在连接它们之后和以不连续分层方法布置它们之前，使用剪刀、切割机、激光切割装置、加热装置或冲压装置，修剪这些膜的凸出材料。优选地，在连接顶部层和底部层之后，靠近两个膜的连接线执行对凸出边缘的切割。在特别优选方法中，在对顶部膜和底部膜密封的同时，以工具进行对热塑性顶部膜和底部膜的凸出体的修剪。
B.一种用于生产预成形层状半成品的方法
将执行下列四个部分步骤：
-在顶部膜和底部膜之间引入层序列
-将处于顶部膜和底部膜之间的层序列按模具调节，该模具在一个或更多地方弯曲，这赋予半成品其预期形状
-排空顶部膜和底部膜之间的体积
-几乎完全气密地包含顶部膜和底部膜之间的体积。
用于将处于顶部膜和底部膜之间的层序列引入并调节到模具中的方法：
a)在第一优选方法中，热塑性底部膜被布置到模具中，并且将其按模具调节。之后，将层状结构或完全制备的层状结构的单个层或预连接层布置到模具中，并且将其按模具调节。然后，将热塑性顶部膜布置到模具中，并且将其按模具调节。如果使用预连接层，优选地，通过线或纱线(也可含基体材料)将这些层缝合在一起，使得它们仍可相对彼此稍微移动，但是不能彼此完全分离，或移动太大。
b)在第二优选方法中，热塑性膜被切割为一定尺寸，以作为顶部膜和底部膜覆盖在每一侧上都具有侧向凸出体的层序列。之后，将顶部膜和底部膜以及层序列一起布置到模具中，并且将其按模具调节。
c)在第三优选方法中，有意将层序列布置在两个热塑性膜之间，使得这些热塑性膜覆盖层序列，这些热塑性膜作为顶部膜和底部膜在所有侧上在层序列上侧向凸出。之后，将顶部膜和底部膜部分地彼此连接。然而，保留与包封体积的一个或两个接入点。之后，将具有包封层序列的顶部膜和底部膜布置到模具中，并且将其按模具调节。在该方法的优选改型中，有意使剩余接入点设有连接部分，以连接用于排空顶部膜和底部膜之间的体积的泵送装置。出于该目的，优选地，在顶部膜和底部膜之间引入一个连接部分(例如，管)，并且然后将这些膜彼此连接直到连接部分，并且在该位置连接该连接部分。因而，连接部分形成用于排空的接入点。
d)在第四优选方法中，有意将层序列布置在两个热塑性膜之间，使得这些热塑性膜覆盖层序列，这些热塑性膜作为顶部膜和底部膜在所有侧上在层序列上侧向凸出。之后，将顶部膜和底部膜沿它们的周边彼此完全连接。之后，***用于排空封入体积的一个或若干连接部分，由此，所述部分刺穿顶部膜或底部膜。之后，将具有封入层序列的顶部膜和底部膜布置在模具中，并且将其按模具调节。
在方法a)至d)的每种方法中，顶部膜和底部膜都在所有侧上具有在层序列上延伸的侧向凸出体。如果层序列由个别变化尺寸的层组成，顶部膜和底部膜就在具有最大个别尺寸的那些层上凸出。选择顶部膜和底部膜的侧向凸出体的尺寸，使得在进一步处理期间，凸出体可沿它们的周边彼此连接。可绕最宽层的轮廓，反向切除顶部膜和底部膜的侧向凸出体(除了所述必要凸出体之外)。这里，切割边缘的轮廓可遵循由顶部膜和底部膜和层序列制成的堆叠的尺寸，或者可遵循最宽层的轮廓，或者显示不同形状。优选地，通过密封(焊接)、胶粘、成形、折边或翻转连接顶部膜和底部膜。
优选地，通过使用互补形状的匹配件作为用于将堆叠压缩到模具中的压力垫，还应考虑到堆叠厚度，进行按模具的调节。如果模具的复杂性(具有一个或若干弯曲部或弯部)低，优选地，就使用成形垫或可充气风箱(inflatable bellow)将堆叠压缩到模具中。原则上，用于将柔软扁平物体引入到模具中的从现有技术已知的进一步方法也适用于将堆叠引入到模具中。
用于在生产预成形层状半成品期间，排空体积和在顶部膜和底部 膜之间几乎完全气密地密封的方法。
在将由顶部膜和底部膜以及其间的层序列组成的堆叠布置到模具中之后，排空并且几乎完全气密地密封顶部膜和底部膜之间的体积。
a)在优选方法中，将堆叠和模具一起放置在密封室中，然后排空该密封室，该堆叠由顶部膜和底部膜以及它们之间的层序列组成。可通过室的排空度，单独地设置堆叠的排空度，由此优选完全排空室。该方法尤其适合于根据方法a)、b)和c)被引入到模具中的堆叠。在该情况下，可由适当的工具压缩该堆叠，该工具的形状严格对应于模具的形状，还应考虑到堆叠厚度。优选地，在排空室内进行顶部膜和底部膜的凸出边缘的连接，以避免气体再次流入到层结构中。仅在完全连接顶部膜和底部膜以及气密封入位于它们之间的体积之后，松开适当形状的工具，并且从密封室取出半成品或者从模具中排出半成品，或者使室中的压力恢复为周围环境压力。
如果不使用压缩堆叠的工具进行顶部膜和底部膜的凸出边缘的连接，就仅在以空气压力对密封室充气后压缩该堆叠，并且因而该堆叠的高度降低。
b)在进一步优选实施例中，该实施例尤其适合于根据方法c)布置到模具中的堆叠，随后通过该至少一个敞开接入点排空所封入的体积。为了防止气体再次流入到排空体积中，然后将顶部膜和底部膜彼此完全连接，并且几乎完全气密地密封所包封的体积。从食品真空密封已知类似的方法。在该至少一个敞开接入点设有连接部分，排空装置(泵送装置)已经连接到该连接部分的情况下，可在排空后封闭连接部分。例如，这可通过胶粘或熔合连接部分不可逆地执行，或者通过向连接部分提供关闭阀、栓塞或锁定夹子/夹具可逆地执行。可逆封闭的意思是，可非常容易地以另一流体(气体和/或液体)充气或填充半成品的封入体积。优选地，连接部分由与顶部膜和底部膜相同的材料制成，并且因此可与顶部膜和底部膜相同地封闭，从而产生均一半成品。
c)在进一步优选实施例中，该实施例尤其适合于根据方法d)布置到模具中的堆叠，为了排空，将至少一个泵送装置引入到几乎完全密封在顶部膜和底部膜之间的体积中，优选地，该装置为排空盖，由此穿透顶部膜和底部膜。通过该泵送装置，产生局部真空，并且排空该体积。之后，几乎完全气密地再次封闭泵送装置的接入点。例如，这可通过将顶部膜和底部膜密封在一起、通过将这些膜彼此密封或者通过应用另外的膜片执行。
优选地，特定膜片，例如该特定膜片具有凸出边缘的槽口，有意用于将泵送装置引入。
优选地，机械地进行从由顶部膜和底部膜以及其间的层序列组成的堆叠排出空气。这里，使用朝着顶部膜和底部膜的凸出边缘移动的冲头、垫子或衬垫或另一机械装置排出空气。特别优选地，将堆叠加热直至处于基体材料的熔化/反应温度之下的温度。因而，堆叠中所含的空气膨胀，并且可被更容易地排出。优选地，也在该升高温度下进行顶部膜和底部膜的凸出边缘的连接。如果几乎完全气密地密封顶部膜和底部膜之间的体积，该堆叠就冷却，这降低半成品内的压力。
在根据本发明的方法的所有变体中，可选地在对顶部膜和底部膜之间存在的体积排空过程期间，可将使层结构降低的装置(诸如压力垫)压到这些膜以及它们之间的层上。
特别优选地，使用泵送装置将从包封体积机械排出空气与排空结合。
取决于顶部膜和底部膜的材料，在连接这些膜之后和以不连续分层方法布置这些膜之前，使用剪刀、切割机、激光切割装置、加热装置或冲压装置，修剪这些膜的凸出材料。优选地，在连接顶部层和底部层之后，靠近两个膜的连接线执行对凸出边缘的切割。在特别优选方法中，在对这些膜密封的同时，以工具进行对热塑性顶部膜和底部膜的凸出体的修剪。
附图说明
具体实施方式
A.用于扁平和平坦层状半成品的示例性实施例
图1示出根据本发明的方法，方法的变体(variant)在于：变体b)将层序列引入顶部膜和底部膜之间；以及变体a)排空体积以及其几乎完全地气密包含在顶部膜和底部膜之间。
顶部膜和底部膜是由基体材料(PA6，即具有0.1mm的材料厚度以及尺寸600mm x 600mm的聚酰胺膜)制成的膜。对于顶部膜和底部膜之间的层序列的结构，有意为六个膜层，其间以交替层序列布置五层增强纤维织物。作为增强纤维材料，使用碳纤维织物层。碳纤维织物具有285g/m2的表面重量，以及570mm x 570mm的尺寸。膜层也由PA6膜(0.1mm厚；尺寸570mm x 570mm)组成。因此，该堆叠在其顶部侧和底部侧上具有位于彼此之上(one over the other)的两个PA6膜，其间以交替方式布置增强纤维织物层和膜。计算的纤维体积含量约为50％。
在步骤a)中，依次将底部膜(1)、层序列(3)的这些层和顶部膜(2)布置在彼此之上。底部膜(1)和顶部膜(2)在层序列(3)的边缘之上的所有侧上都具有1.5mm的凸出体。堆叠的高度(a)由未压缩的层序列和膜的厚度产生，并且约为2.2mm。
在下一方法步骤(b)中，将堆叠布置在真空室(6)中。
在下一步骤c)中，使用工具(7)压缩该堆叠，使得该堆叠不含或含非常少的空气。同时，经由泵送装置(5)排空真空室(6)。之后，使用工具(61)将凸出边缘密封在一起。
在对真空室(6)充气和开启工具(7)之后，取出完成的半成品(12)(过程步骤d))。在被顶部膜(2)和底部膜(1)包封的体积内，压力远低于周围环境压力，且因此，堆叠的个别层被压到彼此之上。因而，它们难以移动。现在使用工具(62)修剪在周边密封缝外的凸出边缘的剩余部。由此预成形的半成品适合于储存。
图2示出根据本发明的在具有金属插件的实施例中的方法。在步骤a)中，通过将个别层放置到彼此之上，建立由底部膜(1)、顶部膜(2)以及两者之间存在的层序列(3)制成的堆叠。顶部膜(2)和底部膜(1)由聚丙烯酸树脂PA6膜(0.1mm厚)组成；尺寸为600mmx600mm。层堆叠(3)具有表面重量285g/m2的五层碳纤维织物(增强纤维织物)、七层PA6膜(0.1mm厚)和含四个钢条(31)且尺寸为570mm x 100mm x 0.25mm的层。在层序列中，一层膜与一层碳纤维织物交替。在层序列的中心，代替碳纤维织物层，将四个钢条***两层膜之间。碳纤维织物层和层序列的膜层每个均具有570mm x 570mm的尺寸。顶部膜(2)和底部膜(1)每个均具有凸出体堆叠的高度(a)约为2.2mm。
步骤b)示意性示出如何将顶部膜(2)和底部膜(1)的凸出体沿它们的全部周边密封，以及随后如何使用泵送装置(5)排空顶部膜(2)和底部膜(1)之间的封入体积。由于周围空气压力，层堆叠被压缩至1.8mm的高度(b)。在移除泵送装置(5)之后，封闭泵送装置(5)所附接的孔口。在步骤b)之后，完成扁平半成品。现在可储存该半成品，并且将其运输至加工地。
步骤c)和d)例示了用于进一步处理的选项。
步骤c)示出如何将半成品弯曲使得在金属插件(311)中产生曲率。示意性示出如何通过过弯(B)，补偿金属插件的回弹效应。
在步骤d)中，也再次使用过弯(B)来弯曲剩余的金属插件(311)。
步骤(e)示出半成品，该半成品已经被调节为工具的几何，用以强化。
B.用于预成形层状半成品的示例性实施例
图3示出根据本发明的方法，方法的变体在于：变体b)将顶部膜和底部膜之间的层序列引入并调节到模具中；和变体a)用于排空体积以及在顶部膜和底部膜之间几乎完全气密密封。
顶部膜和底部膜由基体材料(PA6，即具有0.1mm的材料厚度以及尺寸600mm x 600mm的聚酰胺膜)制成。对于顶部膜和底部膜之间的层序列的结构，有意为六个膜层，其间以交替层序列布置五层增强纤维织物。作为增强纤维材料，使用碳纤维织物层。碳纤维织物具有285g/m2的表面重量以及570mm x 570mm的尺寸。膜层也由PA6膜(0.1mm厚；尺寸570mm x 570mm)组成。因此，该堆叠在其顶部侧和底部侧上具有位于彼此之上的两个PA6膜，其间以交替方式布置增强纤维织物层和膜。计算的纤维体积含量约为50％。
在步骤a)中，依次将底部膜(1)、层序列(3)的这些层和顶部膜(2)布置到模具(4)中。底部膜和顶部膜在层序列(3)的边缘之上的所有侧上均具有1.5mm的凸出体堆叠的高度(a)由未压缩的层序列和膜的厚度产生，并且约为2.2mm。在图1中为了例示，夸大了模具(4)中的腔体深度。其实际深度为18mm，并且该腔体为圆形，该腔体具有240mm的直径。
在下一过程步骤(b)中，将具有堆叠的模具(4)定位在真空室(6)中。使用工具(7)压缩该堆叠，使得该堆叠不含或含非常少的空气。堆叠的高度(b)现在约为1.8mm，并且因而显著小于未压缩的堆叠的高度(a)。现在经由泵送装置(5)排空真空室(6)。然后，将凸出边缘密封在一起。
在对真空室(6)充气和开启工具(7)之后，取出完成的半成品(12)(过程步骤c))。在被顶部膜(2)和底部膜(1)包封的体积内，压力远低于周围环境压力，且因此，堆叠的个别层被压到彼此之上。因而，它们难以移动，这意味着保持了使用模具(4)在它们之上压印的拓扑结构。由此预成形的半成品适合于储存。
附图标记列表
1    底部膜
2    顶部膜
3    层序列
31   金属插件
311  成形(弯曲)的金属插件
4    模具
5    用于排空的泵送装置
6    密封室
7    工具
11   用于连接顶部膜和底部膜的周边密封缝
12   完成的半成品
   在层序列上延伸的顶部膜和底部膜的边缘的侧向凸出体
a    未压缩堆叠的高度
b    压缩堆叠的高度
B    过弯以补偿金属插件的回弹

Claims (26)

1.一种层状半成品，其特征在于，在降低的压力下，在由热塑性基体材料制成的顶部膜和底部膜之间布置有层序列，所述层序列具有至少一层未固结增强纤维织物，所述膜以保压方式沿它们的周边彼此连接。
2.根据权利要求1所述的层状半成品，其特征在于，所述层序列具有包括一个或更多金属插件的至少一层。
3.根据权利要求2所述的层状半成品，其特征在于，所述金属插件的厚度、类型和尺寸在不同的层中变化和/或在一层中局部地变化。
4.根据权利要求2或3所述的层状半成品，其特征在于，金属插件层的所述金属插件中的至少一些金属插件彼此连接。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，所述金属插件中的至少一些金属插件被缝合到所述层序列的另一层上。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，所述金属插件中的至少一些金属插件被层压在两个膜之间。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，所述金属插件中的至少一些金属插件被***到所述层序列的另一层中的穴状或管状凹部中。
8.根据权利要求1所述的层状半成品，其特征在于，所述半成品具有一个或若干弯曲部或弯部，由此通过降低的空气压力来保持弯曲的状态。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，增强纤维织物和至少一种热塑性基体材料被以交替方式和/或变化数量地在全部层的形状中依次布置，和/或被一起布置在所述层序列的一层内。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，所述增强纤维织物能够为机织织物、铺置网、无纺布、混纺纱线、混合纱织物热塑性塑料(HGTT)和/或编织物。
11.根据权利要求9所述的层状半成品，其特征在于，所述热塑性基体材料能够为膜或片、粉末、热塑性纱线、微粒、长纤维增强热塑性塑料(LFT)和/或短纤维增强热塑性塑料。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，所述增强纤维织物的厚度、类型、取向和尺寸和/或所述热塑性基体材料的厚度、类型和尺寸能够在不同层中变化和/或在一层中局部地变化。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的层状半成品，其特征在于，在顶部膜和底部膜之间，另外安装有：
用于传导路径的电子部件和/或在线诊断***；
近终型半成品(泡沫)；
金属片；
连接到其它部件的连接选项；和/或
固结的热固性增强纤维织物。
14.一种用于生产根据权利要求1至7以及9至12中的任一项所述的层状半成品的方法，其特征在于，
步骤a.在由热塑性基体材料制成的顶部膜和底部膜之间布置层序列；
步骤b.由热塑性基体材料制成的所述顶部膜和所述底部膜的凸出边缘彼此连接；和
步骤c.由热塑性基体材料制成的顶部膜和底部膜之间的体积被排空；
步骤d.其中，以任何期望顺序、同时地或时间上交迭地执行步骤b和步骤c。
15.根据权利要求14所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，通过使得能够获得具有至少一个穴状或管状凹部或狭缝的至少一层未固结增强纤维织物，建立所述层序列，其中将至少一个金属插件引入所述至少一个穴状或管状凹部或狭缝中。
16.根据权利要求14所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，通过以扁平并且匹配的方式将至少一层未固结增强纤维织物和具有金属插件的至少一层布置在彼此之上，建立所述层序列。
17.一种用于生产根据权利要求8所述的层状半成品的方法，其特征在于，
步骤a.在由热塑性基体材料制成的顶部膜和底部膜之间布置层序列；
步骤b.定位在具有一个或若干弯曲部或弯部的模具中，并且按所述模具进行调节；
步骤c.由热塑性基体材料制成的所述顶部膜和所述底部膜的凸出边缘彼此连接；和
步骤d.由热塑性基体材料制成的顶部膜和底部膜之间的体积被排空，
其中，以顺序b、c、d或b、d、c或c、d、b或d、c、b中的任一个顺序执行步骤b、步骤c和步骤d。
18.根据权利要求14或17所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，
所述顶部膜和所述底部膜被切割为合适尺寸，层序列被布置在这些膜之间，并且所述膜被修剪，使得所述膜绕所述层序列的顶部膜和底部膜之间存在的最大层的轮廓具有凸出体。
19.根据权利要求14或17所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，在步骤c中，所述顶部膜和所述底部膜沿所述凸出边缘彼此完全连接，并且继而在步骤d中，刺穿所述底部膜和/或所述顶部膜，因而产生至少一个孔口以将泵送装置引入，使用所述泵送装置排空所述体积，使得在排空后以保压方式再次密封由此导致的孔口。
20.根据权利要求14或17所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，在步骤c中，通过将顶部膜和底部膜以及它们之间的所述层序列放置在然后被排空的密封室中，执行所述排空，并且其中，之后根据步骤b，所述顶部膜和所述底部膜的凸出边缘沿着它们的周边彼此完全连接。
21.根据权利要求14或17所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，根据步骤c，通过将顶部膜和底部膜以及它们之间存在的所述层序列加热至低于所述基体材料的熔融温度或反应温度的温度来执行所述排空，并且使用机械装置将其中包含的空气从内部排至外部。
22.根据权利要求14或17所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，当根据步骤b连接顶部膜和底部膜时，用于泵送装置的至少一个孔口保持敞开，根据步骤c，通过所述孔口排空顶部膜和底部膜之间存在的体积，并且继而通过以几乎完全气密的方式完全连接顶部膜和底部膜来再次密封所述孔口。
23.根据权利要求14或17中的任一项所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，在根据步骤c的排空过程期间，另外地将坯保持器压到顶部膜和底部膜以及两者之间存在的所述层上。
24.根据权利要求14至23中的任一项所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，通过密封、胶粘、翻转或折边执行所述顶部膜和所述底部膜的连接。
25.根据权利要求14至24中的任一项所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，靠近密封缝使用剪刀、切割机、脉冲切割机、激光切割装置、加热装置或冲压装置，来修剪从所述顶部膜和所述底部膜凸出的材料。
26.根据权利要求14至25中的任一项所述的用于生产层状半成品的方法，其特征在于，在准备被放置到固结工具中时，使所述半成品在一个或更多地方弯曲，其中，弯曲部中的至少一个弯曲部延伸通过所述金属插件中的至少一个金属插件。
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