CN105121140A - 包含纤维增强体的热塑性材料的方法和所得产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在模具中制造热塑性产品的方法，模具包括至少两个相对的模具部件，其界定空腔以进行从热塑性材料压模和注射模制产品中的至少一种。方法包括提供封装在热塑性树脂中的纤维织物的纤维增强片材；相应于产品形状成形纤维增强片材；以及将成形的纤维增强片材布置在且适当紧密地连接到产品外表面。方法还需要将纤维增强片材以优化用于低切割损失的形状划分成部分，该形状来自至少包括矩形、正方形和蜂巢形或六角形的组，以及在将组合纤维增强片材相应于产品形状成形前将两个或更多纤维增强片材或其部分焊接在一起。此外本发明涉及包含热塑性材料层和增强体的产品，其中增强体包括至少一个纤维增强片材并且布置在且适当紧密连接到层的外表面。

Description

包含纤维增强体的热塑性材料的方法和所得产品

本发明涉及包含增强体的热塑性材料的产品以及制造该产品的方法。

根据例如WO-2005/118263和/或EP-1996388，将例如钢丝绳(steelcord)的增强元件的织物结构布置在热塑性材料产品内部是公知的。绳可以使用线或线材的编织来互相连接，以确保绳相对于彼此定位。在这种现有技术配置中，增强元件总是布置在热塑性材料产品的内部中心。

这些现有技术增强体呈现以下缺点：如果用于例如汽车中，其中布置了增强体的热塑性材料在很多方面(比如抗拉强度和耐冲击性)仍然需要具有相当大的强度。如果围绕绳的产品的热塑性母材太脆，则其将在受到冲击时碎裂，使布置在其中的增强体(比如绳)裸露，该增强体然后通过外部力来完全地负载，其中这些增强体未被设计为依靠自身经受这类力，即没有封装热塑性材料。如果增强体太刚性，则其将折断。如果产品的热塑性材料太脆弱，则其将对增强体提供不充分的支撑。

可选择地，在本领域中是已知的是选择使用增强体绳或适合于增强目的的纤维并且将这些增强体绳或适合于增强目的的纤维均匀分散在热塑性材料产品中。然而，这种配置的成本使该选择在商业上和技术上均不可行。

此外，此处参考公布FR-2.763.546作为最接近的现有技术，所附独立权利要求中的性质、特征、方面和/或元件中的至少一些相对于该公布是新颖的并且包含创造性的。

本发明涉及通过提供产品和方法来解决或至少减少现有技术产品的这类问题。方法涉及在模具中制造热塑性产品，模具包括至少两个相对的模具部件，至少两个相对的模具部件界定空腔以进行从热塑性材料压模(pressmould)产品和注射模制产品中的至少一种，方法包括：提供封装在热塑性树脂中的纤维织物的纤维增强片材；相应于产品的形状成形纤维增强片材；以及将成形的纤维增强片材布置在产品的外表面上并且适当紧密地连接到产品的外表面。

根据本发明，使用根据本发明的方法，用于产品的热塑性材料的精确选择对于确保产品的耐用性变得远没有那么关键，即使产品是冲击吸收元件，如缓冲器或类似物。而且，对于覆层保护元件或声音吸收元件以及类似物，可以获得相似或相同的益处。作为本发明的结果，传统产品显著减少到只有纤维增强片材(多个纤维增强片材)的载体；填充物以提供主体，但其中所得组合产品的机械性质基本上取决于纤维增强片材(多个纤维增强片材)。因此，在形状和形式上与传统产品相当的选择用于该载体/填充物的材料可以由比先前被认为可行或可实现的材料便宜很多的材料制造。

还应注意的是，纤维增强片材(多个纤维增强片材)中的纤维不需要互相连接或编织地布置，以将纤维维持在预先确定的位置中，在现有技术中优选地在模制产品的内部中心。相比之下，这些纤维以片材(多个片材)在热塑性材料产品的表面上的布置允许纤维是非编织的，和/或可以包括平行纤维，等等。从而，可以实现成本的进一步减少，同时可以实现期望的机械性质，而没有如上文提到的现有技术公开中的昂贵的交织措施。

此处应注意的是，即使在基于压模的应用中，也不需要用于基础产品的热塑性材料流。例如，当将本发明应用于形成LWRT—具有声学性质和声音阻尼性质的蓬松类型的可压缩且可成形的材料—的过程时，另外的强度和刚度可以赋予所得产品，基本上不削弱用于所得组合产品的LWRT母材的阻尼性质。

此外，片材(多个片材)被固定到传统产品，否则不可以实现期望的机械(包括声学)性质。该固定将通常由其中片材(多个片材)与产品的表面结合的熔合造成，但其他机制明显地不排除在本发明之外。

此外，根据本发明，方法呈现了以下的特征：将纤维增强片材以被优化用于低切割损失的形状划分成部分，所述形状来自至少包括矩形、正方形和蜂巢形的组。这有助于切割损失的最小化。此外，根据本发明的方法呈现了在将组合的纤维增强片材相应于产品的形状成形之前，将两个或更多个纤维增强片材焊接或以其他方式连接在一起的特征。从而，可以提供板的另外松散纤维增强片材的凝聚。

本发明具有大量另外优选的实施方案，其中一些界定在如下的所附从属权利要求中。

在优选的实施方案中，根据本发明的方法可以呈现包括基本上同时(例如在产品的模制期间)进行成形纤维增强片材的步骤并且将变形的片材布置在产品上的步骤的特征。通常本发明并且尤其此实施方案的巨大优势是基本上单个过程步骤允许增强的产品的制造。

在优选的实施方案中，根据本发明的方法可以呈现以下特征：提供纤维增强片材的步骤包括抵靠模具部件中的一个模具部件的模具空腔表面布置纤维增强片材。还在此实施方案中，应注意的是，由此增强体结合热塑性母材的成形允许根据本发明的益处的强有力且精妙且简单的实现。

在具有就在上文描述的两个优选特征的实施方案中，方法可以呈现以下的另外的特征：将纤维增强片材布置在热塑性材料的球粒(apillofthermoplasticmaterial)和模具部件中的所述一个模具部件的模具空腔表面之间。在该非常实用的实施方案中，方法导致热塑性母材与片材一起模制以产生层压件。该实施方案可以呈现还包括将另外的纤维增强片材布置在热塑性材料的球粒和模具部件中的另一个模具部件的模具空腔表面之间的特征。因此，可以产生夹层结构，其中热塑性材料封闭在纤维增强片材之间。从而可以实现对收缩的效应的较好抵抗。

将不同类型的纤维增强片材布置在产品的相对侧面上是可能的。例如，产品的相对侧面上的片材可以彼此增补或补充，以实现所得组装的产品的期望的机械性质。在产品的相对侧面上，可以布置含有不同类型的纤维的片材。纤维定向可以在产品的相对表面上的片材之间变化。例如，纤维在分离的纤维增强片材中的纤维定向可以被布置为以一定角度交叉。其中含有纤维的热塑性树脂可以在产品的相对侧面上的片材之间变化。在片材的核心材料(corematerial)的相对侧面上具有不同类型的纤维增强片材的所得产品的机械性质可以由技术人员自由设计。例如，玻璃纤维和芳纶纤维可以用于片材中或用于片材在产品的受冲击或压力影响较大的侧面或表面上，而钢和碳纤维可以证明为更适合于抵御拉力，以增强所得产品的在更经受拉力的侧面上的抗拉强度。

在呈现就在前述两个段落中的特征的实施方案中，方法可以呈现以下的另外的特征：在使预组装件进入模具中之前，预组装热塑性材料的球粒和至少一个纤维增强片材。这能够实现非常有效的方法。

在优选的实施方案中，根据本发明的方法可以呈现以下特征：布置纤维增强片材包括将纤维增强片材局部地布置在产品的外表面的所选部分上。这使制造商能够节省相对昂贵的纤维增强片材，并且仅在需要时应用片材。此外，此实施方案允许正方形切割或矩形切割以使废物最少。同样其他形状的切割自然也是可能的，其中应注意的是，这种切割的形状仅优选地选择来使切割损失最少。

在优选的实施方案中，根据本发明的方法可以呈现以下特征：布置纤维增强片材包括将双重纤维增强片材在产品的外表面上或使纤维增强片材在产品的外表面上交叉。在此实施方案中，额外的强度可以在安装点处和/或用于***安装工具(如螺钉和螺栓)的贯通孔实现。在彼此的顶部上的不同类型的纤维增强片材是可能的。同样地，叠加的且甚至可能交叉的纤维增强片材的不同纤维定向是可能的。

在优选的实施方案中，根据本发明的方法可以呈现还包括在将纤维增强片材布置在产品的外表面上之前预加热纤维增强片材的特征。就片材和产品的所需的加热之间发生的差异而言，这些可以使用纤维增强片材的预加热来均衡。

此外，如上文提到的，在另一方面，本发明涉及包含热塑性材料的层和增强体的产品，其中增强体包括至少一个纤维增强片材并且布置在层的外表面上并且适当紧密地连接到层的外表面，其中纤维增强片材以至少一种优化用于低切割损失的形状被划分成部分，所述形状来自至少包括矩形、正方形和蜂巢形或六角形的组，并且其中两个或更多个纤维增强片材焊接在一起。相对于其中片材或其部分松散地布置在压模或注射模中的实施方案，纤维增强片材优选地在压模或注射模制之前焊接或以其他方式连接在一起，以改进片材或其部分的凝聚，并且从而限制片材或其部分在模具中位移的可能性。

在优选的实施方案中，根据本发明的产品可以呈现以下特征：纤维增强片材包括基本上连续的纤维，优选地或仅仅通过实例的方式，有机片材(Organosheet)或有时以其他方式被称为有机薄板(Organoblech)，比如来自BondLaminatesGmbH的

在优选的实施方案中，根据本发明的产品可以呈现以下特征：纤维增强片材的纤维部件包括至少一种类型的纤维，所述至少一种类型的纤维来自至少包括以下的组：钢丝绳、天然纤维、玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维。

在优选的实施方案中，根据本发明的产品可以呈现以下特征：产品的热塑性材料是至少一种相对便宜的材料，所述至少一种相对便宜的材料来自包括以下的组：GMT、D-LFT、LWRT和回收材料。

特征的所有组合在本发明的在本文的公开内被认为是可行的。

在本发明及其优选的实施方案的参考所附权利要求的前述一般表示之后，本文在下面接着的是附图的说明，其中本发明的具体非限制性的实施方案被更加详细地公开。然而，附图及其说明决不应被解释为比所附权利要求更加限制本发明的保护范围，并且仅仅鉴于附图及其说明的任何差异，另外且可选的实施方案明显地不排除在保护的范围之外。在附图中：

图1示出了在被布置在模具中之前的根据本发明的夹层结构；

图2示出了能够由根据图1的球粒形成的碗状物；

图3示出了相对于图1的夹层结构的可选的两层层压件实施方案；

图4示出了能够由根据图3的两层层压件与单面增强体形成的管道部分；

图5、图6和图7在各自的视图中示出了根据本发明的具有安装件的覆盖板，该安装件用于安装覆盖板，其中安装件被表面地增强；以及

图8示出了根据本发明的用于组装产品的方法的示意图。

在图1中，示出了夹层结构1，该夹层结构1包含一定量的热塑性材料2，该夹层结构1具有上部纤维增强片材3和下部纤维增强片材4。该夹层结构1在其引入模具例如压模5(如图8中示出的一个模具)中之前被制备。可选择地并且如图8中所示，片材3、4和所述一定量的热塑性材料可以被分别地引入模具5中。

无论是图1的夹层结构1被引入还是其单独的部件根据图8的示意图被***，下部模具部件6都具有凹陷部7，并且上部模具部件8具有突出部9。在模具5的开放状态下，距离a2小于距离a1，以界定下部模具部件6和上部模具部件8之间的碗状空腔。如图2中示出的碗状产品10因此可以在模具5中被制造。与图8的示意图相比，图2中的碗状物10具有显著更清晰的形状和形式，并且球状物10的底部11被纤维增强片材3、4增强。如上文指示的，夹层结构1可以被预先产生并且***模具5中，或者片材3可以抵靠上部模具8的突出部9施用，并且片材4可以施用在下部模具部件6的凹陷部7中。可以采取任何措施或步骤，以确保片材3、4分别粘附至突出部9和凹陷部7。在模具5的开放状态下，一定量的热塑性材料2可以被引入模具中，至少部分地在片材3、4之间。将直接明显的是，碗状物10的最终产品中的片材3、4被布置在所得产品或碗状物10的外表面上或最多在所得产品或碗状物10的外表面中，这意味着包括片材3被布置的碗状物10的底表面。

图3和图4示出了类似量的热塑性材料2的可选实施方案，所述类似量的热塑性材料2被布置在单个纤维增强片材12上。因此，两层层压件13被预先产生。以如结合图8并且通过参考图8描述的类似的方式，这种预先产生的两层层压件13可以被引入在开放状态下的模具5中。可选择地，单个片材12和一定量的热塑性材料2可以被单独且连续地引入开放模具5中。图4示出了管道部分14，该管道部分14能够由根据图3的两层层压件13与由片材12提供的单面增强体形成。自然地，为了制造该管道部分14，需要使用与图8的模具不同的模具。

此外，此处应注意的是，鉴于管道部分14的期望增强的需要(其可能由于孔15的应用变得必需)，纤维增强片材12被布置在管道部分14上的特定位置处。特别是在例如孔15被用来容纳安装工具比如螺栓或螺钉时，在孔15的位置处，纤维增强片材12对管道部分14提供另外的支撑。

图5、图6和图7在各自的视图中示出了根据本发明的具有安装件17的覆盖板16，安装件17用于安装覆盖板16，其中安装件17被表面地增强。在安装件17的位置处，如在图6的横截面图中指示的，纤维增强片材18可以在安装件17的位置处设置在覆盖板16的表面上或该表面中，其中在安装件17的顶部处，贯通孔15被设置，以允许容纳螺栓、螺钉和其他未示出的安装工具。从根据图7的俯视图，变得明显的是，不仅设置了片材18，而且还设置了另外的片材19，片材19如片材18一样也被纤维增强。片材18、19一起增强安装件17，以用于在其贯通孔15中容纳任何合适的安装工具，比如螺栓和螺钉。在此特定情况下，单独的纤维增强片材18、19以交叉的方式被布置在所得产品的相同侧面上。

此处应注意的是，参照附图，本发明可以被实施以呈现相对于上文的特定附图描述的许多另外的特征和/或可选的特征，但这类另外的实施方案和另外的特征和/或可选的特征必须被认为属于本发明的保护范围内，只要这些特征仍然遵从本发明的根据所附权利要求的定义的要求。相对于附图的可选方案以及相对于权利要求的明显的可选方案被认为落在保护范围内。

Claims (15)

1.一种在模具中制造热塑性产品的方法，所述模具包括至少两个相对的模具部件，所述至少两个相对的模具部件界定空腔以进行由热塑性材料压模所述产品和注射模制所述产品中的至少一种，所述方法包括：

-提供封装在热塑性树脂中的纤维织物的纤维增强片材；

-相应于所述产品的形状成形所述纤维增强片材；以及

-将所成形的纤维增强片材布置在所述产品的外表面上并且适当紧密地连接到所述产品的外表面，

其特征在于，

将所述纤维增强片材以被优化用于低切割损失的形状划分成多个部分，所述形状来自于至少包括矩形、正方形和蜂巢形或六角形的组，以及

在相应于所述产品的形状成形所组合的纤维增强片材之前，将两个或更多个纤维增强片材或其部分例如通过焊接连接在一起。

2.根据权利要求1所述的方法，包括基本上同时地进行以下步骤：例如在所述产品的模制期间，成形所述纤维增强片材，并且将所变形的片材布置在所述产品上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中提供所述纤维增强片材的步骤包括抵靠所述模具部件中的一个模具部件的模具空腔表面布置所述纤维增强片材。

4.根据权利要求2和3所述的方法，包括将所述纤维增强片材布置在热塑性材料的球粒和所述模具部件中的所述一个模具部件的所述模具空腔表面之间。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括将另外的纤维增强片材布置在所述热塑性材料的球粒和所述模具部件中的另一个模具部件的模具空腔表面之间。

6.根据权利要求5所述的方法，包括将不同类型的纤维增强片材布置在相对的模具空腔表面上，以布置在所述产品的相对侧面上。

7.根据权利要求4、5或6所述的方法，包括在使预组装件进入所述模具中之前，预组装所述热塑性材料的球粒和至少一个纤维增强片材。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中布置所述纤维增强片材包括将所述纤维增强片材局部地布置在所述产品的所述外表面的所选部分上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中布置所述纤维增强片材包括将双重纤维增强片材布置在所述产品的所述外表面上或使纤维增强片材在所述产品的所述外表面上交叉。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在将所述纤维增强片材布置在所述产品的所述外表面上之前，预加热所述纤维增强片材。

11.一种产品，包含热塑性材料的层和增强体，其中所述增强体包括至少一个纤维增强片材并且布置在所述层的外表面上并且适当紧密地连接到所述层的外表面，

其特征在于，

所述纤维增强片材以至少一种被优化用于低切割损失的形状被划分成部分，所述形状来自于至少包括矩形、正方形和蜂巢形或六角形的组，并且

其中两个或更多个纤维增强片材或其部分焊接在一起。

12.根据权利要求11所述的产品，其中所述纤维增强片材包括基本上连续的纤维，优选地包括片材，比如来自BondLaminatesGmbH的和/或一般而言的有机薄板。

13.根据权利要求11或12所述的产品，其中所述纤维增强片材的纤维部件包括至少一种类型的纤维，所述至少一种类型的纤维来自至少包括以下的组：钢丝绳、天然纤维、碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。

14.根据前述权利要求11-13中任一项所述的产品，其中所述产品的所述热塑性材料是至少一种相对便宜的材料，所述至少一种相对便宜的材料来自包括以下的组：GMT、D-LFT、LWRT和回收材料。

15.根据前述权利要求11-13中任一项所述的产品，其中在相应于所述产品的形状成形所组合的纤维增强片材之前，所述纤维增强片材的部分或其部分被焊接在一起。