專利名稱：半成品與半成品復合體的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具有塑料和增強纖維的半成品。此外本發(fā)明還涉及一種半成品復合體。
背景技術(shù)：
在許多技術(shù)領域都使用由纖維增強的塑料制成的構(gòu)件。相對金屬制的構(gòu)件，由纖 維增強的塑料制成的構(gòu)件具有的優(yōu)點是，有更高的特定的機械特性。此外塑料也可以使用 在金屬會受腐蝕的領域。為制造由纖維增強的塑料制成的構(gòu)件，通常將增強纖維放入一個模具，然后引入 塑料。塑料接著形成基體，基體通過增強纖維得到增強。因此雖然制造了很多構(gòu)件，但這類 構(gòu)件之后通常很難改形。出于這個原因，人們一如既往地使用金屬板材作為半成品，以便制造特定的構(gòu)件。 這類金屬板材例如通過深拉變形。只有以巨大的費用才能通過由塑料制成的對應構(gòu)件仿制 一種由金屬板材制成的深拉的構(gòu)件，例如汽車車身的組成部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種盡可能通用的纖維增強的塑料半成品。在本文開頭所述類型的半成品中，該技術(shù)問題由此解決，S卩，在由熱塑性塑料制成 的兩個層之間設置增強纖維。這類半成品和金屬板材類似地變形，因此在特定情況下成了金屬板材的一種替代 品。熱塑性塑料可能時在加熱情況下例如通過深拉變形。增強纖維在這類變形中保持在由 熱塑性塑料制成的兩個層之間。它們不受損傷，因為它們不受外界環(huán)境的影響。塑料層再 度將增強纖維保持在它們的位置中。不會出現(xiàn)或至少很少出現(xiàn)纖維斷裂，因此在增強纖維 延伸的主方向上更確切地說在變形之后保持了抗拉強度。一旦熱塑性塑料冷卻，已改形的 半成品再次形狀穩(wěn)定。所述層優(yōu)選設計成薄膜。這些塑料層因此可以相對較薄。薄膜可以具有0. 01至 2mm范圍內(nèi)的厚度。通常有利的是，不選擇太厚的薄膜，因而增強纖維的份額相對較大。由 此達到質(zhì)量和抗拉強度間的良好的比例。所述層優(yōu)選通過纖維間的間隙相互連接。因此還獲得一種更好的接合。不過原則 上來說，上層與增強纖維的連接以及下層與增強纖維的連接就足以制造半成品了。但當人 們可以通過纖維間的間隙將兩個層相互連接起來時，獲得一種附加的接合。此外，增強纖維 還更好地防止了側(cè)滑。優(yōu)選在兩個由塑料制成的層之間以唯一的取向布置增強纖維。于是在該取向的方 向上產(chǎn)生特別良好的抗拉強度。半成品在該方向上特別能經(jīng)得起負荷。增強纖維優(yōu)選設計成玻璃纖維、碳纖維、礦物纖維、陶瓷纖維、塑料纖維或天然纖 維或選自這些纖維的混合物。這類增強纖維可以根據(jù)所期望的用途使得用半成品制成的構(gòu)件有足夠的抗拉強度和不變形性。
增強纖維優(yōu)選由同一種材料如熱塑性塑料形成，其中增強纖維比所述層的塑料具 有更高的熔點和/或更高的抗拉強度。這簡化了半成品的重復利用性或回收。然后可以例 如將半成品重新熔化，其中增強纖維不會有進一步干擾，因為它們?nèi)间N毀在了熔液中。
塑料優(yōu)選從含有聚丙烯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮和聚乙烯的組群中 選取。這類塑料成本低廉。它們滿足若干先決條件，以便在很多領域中應用于構(gòu)件。
本發(fā)明還涉及一種半成品復合體，其擁有至少兩個彼此疊放且相互連接的這樣的 半成品。各半成品具有相對較小的厚度，例如為0.2mm或更小。在一些情況下，這類半成品 不足以負荷。在這種情況下，可以將兩個或更多的半成品上下堆疊起來并相互連接，例如在 輸入熱量的情況下相互壓緊。由此將各個半成品的強度特性累加起來。
在此優(yōu)選的是，不同半成品的增強纖維具有不同的方向。于是可以在多個方向提 高半成品復合體的抗拉強度。
該技術(shù)問題還通過一種用于制造由塑料和增強纖維制成的半成品的方法解決，其 中將增強纖維布置在由熱塑性塑料制成的兩個層之間。
這種做法能夠相對簡單地被自動化，因此也可以成本低廉地制造半成品。
在此優(yōu)選的是，將纖維束橫向于其縱向延伸部分伸展并且置入熱塑性塑料的層 中。許多纖維，例如碳纖維，被提供為纖維束，數(shù)千條單纖維集束在該纖維束中。一條纖維 束例如可以包含12000、24000、48000或甚至M0000條單纖維。纖維束包含的纖維越多，通 常它的成本越為低廉。纖維束通常具有圓形或橢圓形的橫截面。在將纖維置入塑料層之間 前，纖維束橫向于其縱向伸展，以便形成所謂的纖維帶。然后相互并列地布置這些纖維帶， 以便形成UD纖維層(單向纖維層)。這些UD纖維層然后被放置到塑料層之間。UD纖維層 的制造在一定程度上連續(xù)地進行。
生產(chǎn)UD纖維層時，將單纖維束優(yōu)選對應于UD纖維幅的所要求的幅面特性根據(jù)層 厚和單位面積重量伸展。UD纖維幅的單位面積重量的調(diào)整在此優(yōu)選與塑料層的尤其薄膜厚 度的面積特性協(xié)調(diào)，使得在之后的纖維增強的塑料半成品中達到定義的纖維重量含量或纖 維體積含量。為此，將單纖維粗紗或單纖維束尤其對應于所含有的單纖維的數(shù)量伸展成預 定的寬度并集合成擁有同樣定義的寬度的平面的UD纖維幅。沿生產(chǎn)方向運行的UD纖維幅 以通過伸展單纖維束預定的面積特性嵌入到從UD纖維幅的兩側(cè)而來的塑料層之間。
為此，優(yōu)選將塑料層從輥子上退繞。因此該方法在一定程度上是連續(xù)進行的。由 伸展的纖維束構(gòu)成的UD纖維層可以不斷供應。塑料層也可以不斷供應。
優(yōu)選用壓力和/或提高的溫度加載平放在UD纖維層上的塑料層。這例如可以借 助壓輥副完成，用一定的力相互按壓該壓輥副的輥。在這類壓輥副的輥隙內(nèi)可以在預定的 限度內(nèi)調(diào)整半成品的厚度。塑料層通過提高溫度而軟化，因此增強纖維能大致擠入塑料內(nèi)， 并且塑料可以通過增強纖維之間的間隙或開口與其它層的塑料連接。
優(yōu)選將已制成的半成品，亦即復合的塑料層和處于其間的增強纖維卷繞成一個卷 軸。由此獲得形式為輥子的半成品，從輥子上實際上能斷下任意的長度以用來制造構(gòu)件。


下面借助優(yōu)選的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明加以說明。附圖中4
圖1是用于制造半成品的裝置的示意圖，以及
圖2是用于說明半成品結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
圖1示意性地示出了一種用于制造半成品1的裝置，半成品設計成纖維增強的塑 料。
將單纖維束從存儲裝置5中抽出并在伸展裝置6中伸展和集束成具有限定的寬度 和平面尺寸的UD纖維層，從而制造出一種由增強纖維制成的UD纖維層2。在單向?qū)踊騏D 層中，所有的增強纖維3(見圖幻具有相同的取向。這一取向沿半成品的縱向延伸。從存 儲裝置5中抽出多個單纖維束4以便制造這種UD層2。存儲裝置5例如由筒子架構(gòu)成，筒 子架包含多個線圈，若干單纖維束4卷繞在這些線圈上。
纖維束4被供應裝置7抽出，并經(jīng)由伸展裝置6導引，它們在伸展裝置中在一定的 拉應力下經(jīng)由裝置8被若干根桿9拉伸。在通過伸展裝置6時，在單纖維束4中遠離各根 桿9的纖維嘗試進一步接近桿9。此時，它們側(cè)向向外排擠布置在對應的桿9附近的纖維， 由此將單纖維束4擴展成條帶。并靠放置的條帶就形成了 UD纖維層2。
總共擁有兩層薄膜10、11的UD纖維層2導引穿過輥13、14之間形成的輥隙或者 夾縫12。在夾縫12中產(chǎn)生提高的溫。為此可以例如加熱兩根輥13、14中的其中一根或兩 根。兩根輥13、14以預定的壓力彼此擠壓，因此兩層薄膜10、11在UD纖維層2的中間連接 下連接成為玻璃纖維增強的半成品。
薄膜10、11從存儲輥子15、16退繞。半成品1在通過夾縫12后卷繞到輥子17上。
薄膜10、11由熱塑性塑料制成。例如考慮聚丙烯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚 醚酮或聚乙烯作為熱塑性塑料。這些塑料在更高的溫度下軟化，并且在溫度下降時再次變 硬。因此必要時，可以將半成品1從輥子17上退繞并以所需的長度裁剪。之后可以將其置 入模具并在輸入熱量和壓力的情況下使其發(fā)生變形。這種變形等同于金屬板材的深拉，因 而人們可以類似于金屬板材那樣對半成品1進行改形。
UD纖維層2也能直接從存儲輥子上退繞。
作為增強纖維可以考慮玻璃纖維、碳纖維、礦物纖維、陶瓷纖維、尼龍纖維或天然 纖維。也可使用由與薄膜10、11相似但具有更高的熔點和/或更高的抗拉強度的材料形成 的塑料纖維。這類設計方案簡化了回收。
結(jié)果得到半成品1，在半成品中，增強纖維3嵌入兩個由熱塑性塑料制成的薄膜 IOUl之間。在纖維3之間有一個很小的間隙18，兩個薄膜10、11能夠通過這一間隙彼此 連接。因此實際上無法解除薄膜10、11和增強纖維3之間的連接。
當擁有一個層的半成品1的強度不夠時，則可以毫無困難地上下疊放半成品1的 多個層，并且它們在高壓和高溫的作用下相互連接，從而形成一種半成品復合體。為此例如 可使用壓力裝置。
當上下疊放半成品1的多個層時，有利的是，使用半成品1的有不同纖維取向的不 同的層。在這種情況下產(chǎn)生了一種在多個方向擁有提高了的抗拉強度的半成品復合體。
所示制造方法在一定程度上是連續(xù)進行的。只有當輥子15、16空轉(zhuǎn)或其上卷繞有 單纖維束的線圈必須更換時才被中斷。
可以事先估計好薄膜10、11和纖維束4的所需長度，并且這樣來相互協(xié)調(diào)輥子15、 16的大小和擁有纖維束4的輥子的大小，S卩，使它們大致同時空轉(zhuǎn)。在這種情況下僅需中斷 一次就能替換所有的存儲輥子。
通過半成品1的層狀結(jié)構(gòu)，獲得了一種對增強纖維3的突出的保護，在這種層狀結(jié) 構(gòu)中，增強纖維3布置在由熱塑性塑料制成的兩個層之間。特別是纖維斷裂的風險相對較 小。由此即使在一些改形操作之后，也可以沿增強纖維的方向保持預定的抗拉強度。
用于使半成品改形的改形溫度處于之后用半成品1制成的構(gòu)件的使用溫度之上， 例如在200°C至400°C范圍內(nèi)。因此不存在由半成品1制成的構(gòu)件在使用溫度下因溫度作 用而出現(xiàn)構(gòu)件故障的危險。
權(quán)利要求
1.一種半成品，其具有塑料和增強纖維，其特征為，增強纖維C3)布置在兩個由熱塑性 塑料制成的層(IOUI)之間。
2.按權(quán)利要求1所述的半成品，其特征為，所述層(10、11)設計成薄膜。
3.按權(quán)利要求1或2所述的半成品，其特征為，所述層(10、11)通過增強纖維C3)之間 的間隙(18)相互連接。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的半成品，其特征為，增強纖維(3)以唯一的取向布置在 兩個由塑料制成的層(10、11)之間。
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的半成品，其特征為，增強纖維C3)作為玻璃纖維、碳纖 維、礦物纖維、陶瓷纖維、尼龍纖維、塑料纖維或天然纖維構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的半成品，其特征為，增強纖維(3)由與熱塑性塑料相似 的材料構(gòu)成，其中增強纖維(3)比所述層(10、11)的塑料具有更高的熔點和/或更高的抗 拉強度。
7.按權(quán)利要求1至6之一所述的半成品，其特征為，塑料是從含有聚丙烯、聚酰胺、聚苯 硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮和聚乙烯的組群中選取的。
8.一種半成品復合體，擁有至少兩個按權(quán)利要求1至7之一所述的半成品，它們彼此重 疊且相互連接。
9.按權(quán)利要求8所述的半成品復合體，其特征為，不同半成品的增強纖維C3)具有不同 的方向。
10.一種用于制造由塑料和增強纖維制成的半成品的方法，其特征為，將增強纖維(3) 布置在由熱塑性塑料制成的兩個層(10、11)之間。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征為，將纖維束(4)橫向于其縱向延伸部分伸展并 置入層(IOUl)之間。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征為，將塑料層(10、11)從輥子(15、16)上退繞。
13.按權(quán)利要求10至12之一所述的方法，其特征為，用壓力和/或提高的溫度加載帶 有平放的層(10、11)的UD纖維層O)。
14.按權(quán)利要求10至13之一所述的方法，其特征為，利用位于塑料層(10、11)之間的 增強纖維(3)卷繞塑料層(IOUl)0
全文摘要
本發(fā)明涉及半成品與半成品復合體，半成品擁有塑料和增強纖維。目的是提供金屬板材的替代品。為此規(guī)定，增強纖維(3)布置在由熱塑性塑料制成的兩個層(10、11)之間。
文檔編號B29C70/08GK102029719SQ201010171508
公開日2011年4月27日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者H·-J·海因里克, J·格魯納特 申請人:卡爾.邁耶.馬里莫紡織機械制造有限責任公司