具有中間纖維層的rtm方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于按權(quán)利要求1的前序部分中的特征制造纖維復(fù)合材料構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知由纖維復(fù)合材料制成產(chǎn)品。為此，纖維材料滲入由樹(shù)脂組成的基質(zhì)，使得構(gòu)件在基質(zhì)的硬化后變硬。構(gòu)件包含通過(guò)在纖維復(fù)合材料內(nèi)定向纖維的其本身的硬度。為此已知不同的制造方法，例如層壓，其中，分別鋪上墊、織物但是也或者無(wú)紡織物的形式的纖維材料層，在其上又涂上樹(shù)脂并且施加接下來(lái)的纖維材料層。
[0003]但是也由現(xiàn)有技術(shù)已知樹(shù)脂注射方法(樹(shù)脂傳遞模塑)。為此，提供一種具有模具空腔的也稱為容腔的模具。纖維材料坯件放入模具空腔中并且接著閉合模具。在模具上存在有開(kāi)口，基質(zhì)通過(guò)開(kāi)口注入。注入的基質(zhì)然后穿流通過(guò)纖維材料。在注入過(guò)程結(jié)束之后這樣制造的纖維復(fù)合材料構(gòu)件部分硬化并且從模具中取出。
[0004]在此產(chǎn)生下述兩個(gè)問(wèn)題。在此，基質(zhì)局部地在一個(gè)或各不同的位置上注入并且通過(guò)從該位置向模具空腔的方向通流或流動(dòng)擴(kuò)散。在閉合的模具的內(nèi)表面與纖維材料坯件之間保留有自由空間或空腔，在空腔中不存在纖維材料，而是僅存在放入纖維材料坯件時(shí)存在的環(huán)境空氣以及因此存在在該環(huán)境空氣中主導(dǎo)的壓力。如果RTM(樹(shù)脂傳遞模塑)工具設(shè)有真空，那么會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓。如果現(xiàn)在注射樹(shù)脂，那么通過(guò)所述空腔的該樹(shù)脂比通過(guò)在纖維材料坯件中的中間空間的樹(shù)脂明顯更快地流動(dòng)，因此比通過(guò)纖維材料坯件的各纖維條之間的空間的樹(shù)脂更快地流動(dòng)。由此導(dǎo)致在制造好的纖維復(fù)合材料構(gòu)件中的基質(zhì)的不均勻分布，使得制造的構(gòu)件的生產(chǎn)準(zhǔn)確性波動(dòng)。
[0005]由此可見(jiàn)的第二產(chǎn)生的缺點(diǎn)在于，存在有模具排氣開(kāi)口，通過(guò)該模具排氣開(kāi)口能夠使得由于樹(shù)脂注射產(chǎn)生的過(guò)壓消逝。因此，可能更快地流動(dòng)的樹(shù)脂到達(dá)排氣開(kāi)口并且遮蓋或封閉開(kāi)口，使得還沒(méi)有充滿樹(shù)脂的區(qū)域可能具有被困空氣(Luftschluesse)。生產(chǎn)準(zhǔn)確性也由此降低。
[0006]在樹(shù)脂流中總是在前面的區(qū)域中產(chǎn)生流動(dòng)的樹(shù)脂前部(Harzfront)。樹(shù)脂前部的流動(dòng)可以例如通過(guò)模具的局部可變的溫度控制，這例如由DE 10 2011 112 141 Al已知。在此，缺點(diǎn)在于高的模具成本和生產(chǎn)成本以及下述事實(shí)，即樹(shù)脂由于溫度影響已經(jīng)開(kāi)始硬化，使得可能必須設(shè)置多個(gè)的樹(shù)脂注射位置。
[0007]由DEI 504 759 A已知用于纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂型件的制造方法，其中，合成的樹(shù)脂在流動(dòng)的狀態(tài)下注入到模具中用于浸漬。在增強(qiáng)的纖維材料與模具的內(nèi)表面之間設(shè)置有間隔材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的在于從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)提出一種方法，使用該方法可以在用于制造纖維復(fù)合材料構(gòu)件的樹(shù)脂注射方法中補(bǔ)償?shù)玫降淖杂煽臻g和被困空氣方面的缺點(diǎn)，但是該方法應(yīng)可低成本地并且簡(jiǎn)單地實(shí)施。
[0009]上述目的通過(guò)按權(quán)利要求1的特征的用于樹(shù)脂注射的方法實(shí)現(xiàn)。
[0010]按本發(fā)明的方法的有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明。
[0011]按本發(fā)明的用于制造纖維復(fù)合材料構(gòu)件的方法規(guī)定，將纖維材料坯件、也稱為預(yù)制件放入模具中并且閉合模具。接著，將樹(shù)脂注射到閉合的模具中，以便進(jìn)行RTM方法。為了克服上述缺點(diǎn)，按本發(fā)明的方法規(guī)定，至少局部地、優(yōu)選完全地在纖維材料坯件的外表面與模具的內(nèi)表面或模具空腔的內(nèi)表面之間位置固定地定位設(shè)置有由纖維制成的附加的涂層或覆層(后面稱作為中間纖維層或無(wú)規(guī)定向纖維或無(wú)規(guī)定向纖維層)，使得樹(shù)脂的流動(dòng)速度因此由于中間纖維層降低。
[0012]借助按本發(fā)明的方法，正是通過(guò)選擇在中間纖維層中的纖維密度和/或尺寸以及在中間纖維層中針對(duì)性地局部地使用纖維使得可以控制樹(shù)脂的流動(dòng)速度。由于在纖維材料坯件和模具的內(nèi)表面之間設(shè)置中間纖維層或無(wú)規(guī)定向纖維，尤其是樹(shù)脂的流動(dòng)速度降低，使得形成不僅通過(guò)纖維材料坯件本身而且也在中間空間中的均勻的流動(dòng)樹(shù)脂前部。此外，在基質(zhì)中的壓力本身提高，使得基質(zhì)材料進(jìn)一步傾向橫向于流動(dòng)方向地側(cè)面地滲入到纖維材料坯件中。
[0013]在本發(fā)明的范疇中，樹(shù)脂可理解為基質(zhì)樹(shù)脂或樹(shù)脂系統(tǒng)。在此可以是單組分的樹(shù)脂但是也可以是多組分的樹(shù)脂，其中，樹(shù)脂例如接著通過(guò)熱激活和/或添加硬化物開(kāi)始硬化。下述使用的樹(shù)脂和樹(shù)脂系統(tǒng)的概念是意義相同的。
[0014]無(wú)規(guī)定向纖維尤其必須位置固定地定位，由此其不會(huì)被在注射時(shí)施加的壓力或流動(dòng)的樹(shù)脂前部帶走并且于是在不期望的位置上變密。
[0015]按本發(fā)明地，這通過(guò)下面描述的各種可能性實(shí)現(xiàn)?？赡艿氖墙柚谥步q過(guò)程施加無(wú)規(guī)定向纖維或定向的纖維或者通過(guò)打毛纖維材料坯件本身產(chǎn)生無(wú)規(guī)定向纖維。
[0016]但是，在上述的設(shè)計(jì)方案或備選的設(shè)計(jì)方案中的中間纖維層基本上設(shè)置在纖維材料坯件的外表面與閉合的模具的內(nèi)表面之間形成的空間中。尤其是設(shè)置在纖維材料坯件的外表面與模具空腔之間僅產(chǎn)生或期望的較小的壓緊力的區(qū)域中。尤其是在與模具的擠壓行程方向平行或以銳角定向延伸的區(qū)域中是這種情況。在基本上橫向于擠壓行程方向設(shè)置的區(qū)域中，由于閉合過(guò)程存在施加足夠的擠壓壓力的可能性。但是優(yōu)選包圍整個(gè)構(gòu)件地設(shè)置中間纖維層或無(wú)規(guī)定向纖維層。
[0017]但是也可能的是，通過(guò)將在中間纖維層中的纖維針對(duì)性的集中又影響中間纖維層的滲透性。這例如可以通過(guò)局部提高的纖維的密度和/或通過(guò)更密的纖維和/或通過(guò)更長(zhǎng)的纖維實(shí)現(xiàn)。如果因此提高上述的三種可能性，那么得到更低的滲透性，因此更小的用于流動(dòng)的樹(shù)脂的穿透性。因此可以針對(duì)性地在各區(qū)域中局部地調(diào)節(jié)、尤其降低樹(shù)脂的流動(dòng)速度。優(yōu)選使用具有0.1mm至75mm之間的長(zhǎng)度的纖維。
[0018]此外，在本發(fā)明的范疇中可能的是，在模具中構(gòu)成樹(shù)脂流動(dòng)通道。相對(duì)于模具空腔的內(nèi)表面遠(yuǎn)離模具空腔指向地延伸的實(shí)施形式或拱形結(jié)構(gòu)，使得在此樹(shù)脂可有意地更快地流向預(yù)先確定的位置。在此，在本發(fā)明的范疇中也可以將纖維針對(duì)性地設(shè)置在樹(shù)脂流動(dòng)通道中。
[0019]現(xiàn)在，在本發(fā)明的范疇中可以將纖維材料坯件在其表面上進(jìn)行打毛。纖維材料坯件尤其具有不同的纖維材料層，其構(gòu)成為織物纖維墊但是也或者具有定向方向地構(gòu)成在各纖維條中?，F(xiàn)在用例如刮刀但是也或者用刀狀的工具平行于表面位于表面上執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，使得各長(zhǎng)絲和/或各纖維條從最上層的纖維束抽出并且于是相對(duì)于表面伸出。因此得到無(wú)規(guī)定向纖維層，該無(wú)規(guī)定向纖維層相對(duì)于原始的纖維材料坯件的外表面伸出地由所述外表面構(gòu)成為一件式和材料一致的。通過(guò)打毛處理的持續(xù)時(shí)間和/或強(qiáng)度可以影響產(chǎn)生的無(wú)規(guī)定向纖維層的密度。在將纖維材料坯件放入到模具中并且閉合模具時(shí)，伸出的無(wú)規(guī)定向纖維因此填滿產(chǎn)生的自由空間或空出空間并且避免樹(shù)脂過(guò)快地流到所述空間中。
[0020]伸出的無(wú)規(guī)定向纖維尤其以0.1mm至75mm的長(zhǎng)度，優(yōu)選以0.1mm至15mm的長(zhǎng)度相對(duì)于表面伸出地通過(guò)打毛過(guò)程產(chǎn)生。在此有利的是，通過(guò)打毛過(guò)程的強(qiáng)度和/或壓力可針對(duì)性地局部地調(diào)節(jié)無(wú)規(guī)定向纖維層的彼此不同的密度并且不必使用附加的材料和/或輔助附加材料，因?yàn)楫a(chǎn)生的無(wú)規(guī)定向纖維層一件式地并且材料一致地構(gòu)成在纖維材料坯件上。
[0021]在第二優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維通過(guò)植絨過(guò)程施加。這可以沒(méi)有每個(gè)定向、因此作為無(wú)規(guī)定向纖維或無(wú)規(guī)定向纖維層地施加或者也定向，使得所有的纖維段基本上在一個(gè)主方向上定向并且因此構(gòu)成相同定向的中間纖維層。為此，將粘接劑施加到纖維材料坯件上和/或模具的內(nèi)表面上，因此施加到模具空腔的內(nèi)表面上。接著，將各纖維段施加到設(shè)有粘接劑的面上。備選地也已經(jīng)可以以粘接劑滲入纖維段并且直接施加到之前未處理過(guò)的表面上。施加過(guò)程可以例如通過(guò)氣流進(jìn)行。備選地要通過(guò)纖維段植絨的構(gòu)件可以按噴灑的種類施加。備選地可考慮纖維段在浸滲池中以及將要植絨的構(gòu)件放入到該池中。
[0022]在本發(fā)明的范疇中優(yōu)選使用具有0.1mm至75mm、尤其是Imm至20mm、尤其是1.5mm至3mm的長(zhǎng)度的纖維段、并且特別優(yōu)選2mm的長(zhǎng)度的纖維段。在本發(fā)明的范疇中也可以在植絨過(guò)程期間定向地施加纖維段。這尤其通過(guò)借助于靜電場(chǎng)的施加進(jìn)行。因此，纖維段在植絨過(guò)程中基本上伸出于表面、尤其是優(yōu)選垂直于表面定向地施加。由此實(shí)現(xiàn)有利的效果，即在閉合模具空腔時(shí)擠壓從表面伸出的纖維段并且因此針對(duì)性地生產(chǎn)可靠地填滿產(chǎn)生的空出空間或自由空間。樹(shù)脂前部于是橫向于無(wú)規(guī)定向纖維段的定向地流動(dòng)。
[0023]此外，在本發(fā)明的范疇中，在植絨過(guò)程中通過(guò)掩蓋(Maskierung)針對(duì)性地以提高的密度植絨表面區(qū)域。也可以施加圖案、形狀或輪廓。例如可以施加相應(yīng)的模板，使得空出一些區(qū)域，而對(duì)其它的區(qū)域針對(duì)性地局部地進(jìn)行植絨。但是在本發(fā)明的范疇中也可能的是，在區(qū)域上針對(duì)性地施加粘接劑并且接著對(duì)整個(gè)構(gòu)件進(jìn)行植絨，其中，僅保留附著在粘具有粘接劑的區(qū)域上的纖維段，其它的區(qū)域不具有纖維段。
[0024]因此，植絨局部地具有相對(duì)于其它區(qū)域提高的厚度(Dichte)和/或提高的纖維長(zhǎng)度和/或提高的纖維密度，以便針對(duì)性地影響或調(diào)節(jié)樹(shù)脂的形成的流動(dòng)速度。
[0025]此外，尤其優(yōu)選加熱模具、尤其用彼此不同的溫度局部地加熱模具。優(yōu)選以時(shí)間間隔局部地進(jìn)行加熱。因此，可以在注射過(guò)程結(jié)束之后針對(duì)性地導(dǎo)致樹(shù)脂的硬化和/或附加地通過(guò)按時(shí)間的熱作用控制流動(dòng)速度。
[0026]在本發(fā)明的范疇中，用所述方法尤其是制造機(jī)動(dòng)車構(gòu)件作為纖維復(fù)合材料構(gòu)件。尤其優(yōu)選地，用按本發(fā)明的方法制造用于機(jī)動(dòng)車車軸的板簧。
[0027]在此，預(yù)制件尤其是具有由纖維復(fù)合材料制成的部件，但是也可局部地用樹(shù)脂或其他粘接劑連接。在本發(fā)明的框架中也可使用在其表面上接著施加有相應(yīng)的無(wú)規(guī)定向纖維層的材料。
[0028]按本發(fā)明的方法尤其適用于改進(jìn)已經(jīng)存在的生產(chǎn)過(guò)程，因?yàn)槔缭谑┘永w維材料坯件的植絨時(shí)不需要附加的輔助工具或其它的涉及原來(lái)的樹(shù)脂注射過(guò)程的方法參數(shù)。
[0029]整體上明顯提高在樹(shù)脂注射方法中的過(guò)程安全性并且省復(fù)雜的過(guò)程步驟、例如了控制樹(shù)脂流動(dòng)速度針對(duì)性地調(diào)節(jié)局部的溫度。也不需要為了影響樹(shù)脂前部的針對(duì)性的流動(dòng)改變用于樹(shù)脂注射過(guò)程的壓力調(diào)節(jié)。
[0030]此外，在本發(fā)明的范疇中，可以在安裝有夾爪、尤其是冷凍夾爪的面上省去無(wú)規(guī)定向纖維層，以便將構(gòu)件從模具中取出或首先放入到模具中，使得也可以生產(chǎn)可靠地夾柱纖維材料坯件和/或制造的纖維復(fù)合材料構(gòu)件