由复合材料制成的复合结构及生产方法与流程

本发明涉及由复合材料（compositematerial）制成的复合结构（compoundstructure）以及相应的生产方法。

特别的是，根据本发明的复合结构（以下也称为格栅（grille））可以设有增强纤维（例如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或芳纶纤维）和聚酯树脂。

尽管不是专用地，但是可将本发明应用于复合结构，用于可行走的地板（例如通路、楼梯、护墙、用于地下室窗户或一般窗户的覆盖物），或以制成栅栏、门，或用于结构元件（例如模板、水闸门或地板）。

背景技术：

已知由复合材料制成的复合结构，又称为拉挤格栅，其用纤维增强并且通常由平行的条状物组成，这些条状物通过圆形件而彼此连接，所述圆形件横向于该平行的条状物而被粘合（glue）或楔入。

还已知增强的塑料格栅，其由通过模制制成的整体式（monolithic）物体组成，其也是大尺寸的，具有不同类型的网格、不同厚度的条状物以及不同厚度的物体。

已知的是，根据用途，格栅必须具有对在使用期间它承受的应力的抗性。

在由聚合物树脂制成的格栅的框架之内，已知的是通过掺入纤维来增加它们的抗性，例如玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维（商业上也称为kevlar®纤维）。已知由玻璃纤维或prfg制成的格栅，例如即掺入聚酯树脂中的多种玻璃纤维。

格栅是使用已知的模制工艺获得的，将聚合物树脂（该聚合物树脂在其自身内掺入当前的纤维）进行模制、聚合，生成具有预设的机械性能的格栅。

已知的格栅通常由一系列的第一长方形（oblong）元件以及一系列的第二长方形元件组成，所述元件被制成在单一的主体中以界定出网状（reticular）结构。

所述第一长方形元件被大体上彼此平行地设置在第一方向中，而所述第二长方形元件被大体上彼此平行地设置在与所述第一方向正交的第二方向中。以此种方式，所述第一和第二长方形元件界定出具有多个孔或腔的网状结构。

因为在实践中所述长方形元件是由模制制成的，所以它们具有矩形的横截面或具有微小角度的梯形横截面，使得它们可以从模具中被移除并且没有底切（undercut）。特别的是，所述梯形的截面提供了相反的倾斜侧面以界定出约2°-3°的移除角度，以使得格栅可以从模具中被移除。

用于例如走道的格栅的典型的例子由网状的网格界定，其具有正方形的形状以及约38mm的侧面，高度/厚度为约38mm，并且长方形元件的厚度从下侧的5mm变化至上侧的7mm。

已知的格栅特别地重，然而这往往与减少整体重量的需求冲突。

进一步地，已知的格栅对机械应力的抗性差，并且如果需要到达高的承载能力，将需要非常重和昂贵的格栅，需要大量的材料来制造。

还已知由上述的网状结构组成的格栅位于平坦的表面上，该表面的连续的平坦的层被连接或粘合在单一的主体中，从而在所述平坦的表面的一侧上关闭在长方形元件之间界定出的孔或腔。当与长方形元件一起被制成在单一的主体中时，所述平坦的层用“垫（mat）”型的玻璃纤维进行增强，并且为该物体提供了进一步的承载能力。

然而，由于使用大量的材料，此方案特别昂贵并且非常重。

本发明的一个目的是获得一种复合结构，所述复合结构轻于在现有技术中的相似的复合结构，具有相同的机械抗性的特性。仅通过举例方式，本发明的一个目的是制造一种复合结构，其具有相同的抗性和刚性，省去了至少20%-30%或更多的重量。

本发明的另一个目的是制造一种复合结构，其具有与现有技术相比更高的对机械应力的抗性的结构特性。特别的是，本发明的另一个目的是制造一种复合结构，其中增加了在垂直的面上承载抗性的能力。

另一个目的是完善一种制造复合结构的方法，所述复合结构的机械抗性特性等于或大于具有相同重量的已知的复合结构。

本发明的另一个目的是彻底减少复合结构的生产时间，具有减少生产成本的优势。

申请人已经设计、测试并且实施了本发明来克服现有技术的缺点，并且以获得这些以及其他目的和优点。

技术实现要素：

本发明在独立权利要求中被阐明并表征，同时从属权利要求描述了本发明的其它特征或主要发明构思的变形。

根据以上的目的，一种由复合材料（例如纤维增强的聚合物树脂）制成的复合结构，包含第一长方形元件以及第二长方形元件，所述第一长方形元件被相互隔开并且彼此平行，所述第二长方形元件被相互隔开并且彼此平行并且相对于第一长方形元件交叉（crisscross）。

所述第一长方形元件和所述第二长方形元件被制成在单一的主体中，以界定出具有整体式平坦形状的网状结构。

根据本发明的一个方面，所述第一长方形元件或所述第二长方形元件中的至少一个具有t形和/或l形的横截面，即所述横截面由具有细长的四边形形状的第一部分限定并且由具有细长的四边形形状的第二部分限定，并且其中所述第一部分位于所述第二部分的入射位置。

所述长方形元件的横截面的该特定的t和/或l形构形，使得能够获得比具有相同的机械抗性的现有技术的结构更轻的复合结构。这使得制造复合结构所需的材料的量减少，并且因此降低所使用的原始材料的成本。进一步地，通过此方案，所述长方形元件具有连续的横截面，并且不在纵向方向中连接，而所述纵向方向通常受到更大的应力。

本发明的实施方式的形式还涉及用于制造由复合材料（例如纤维增强的聚合物树脂）制成的复合结构的方法，其设置来在单一的主体中制造第一长方形元件和第二长方形元件，所述第一长方形元件相互隔开并且彼此平行，所述第二长方形元件相互隔开并且彼此平行并且相对于所述第一长方形元件交叉，以界定出网状结构。

根据本发明的一个方面，该方法设置来使得所述第一长方形元件或所述第二长方形元件中的至少一个具有t形和/或l形的横截面。

根据本发明的实施方式的其他形式涉及用于制造复合结构的装置，所述装置包含至少一个界定出模制腔的模具，在所述模制腔内设置至少一种材料来制造所述复合结构。所述模制腔由多个第一长方形凹槽和多个第二长方形凹槽界定，所述第一长方形凹槽相互隔开并且彼此平行，所述第二长方形凹槽相互隔开并且彼此平行，并且相对于所述第一长方形凹槽连续无中断地交叉。

根据本发明的一个方面，所述第一长方形凹槽或所述第二长方形凹槽中的至少一个具有t形和/或l形的横截面。

附图说明

从某些形式的实施方式的以下描述中，本发明的这些特征以及其他的特征将变得显而易见，所述实施方式是作为非限制性的例子并且参考附图而给出的，其中：

-图1是根据本发明的复合结构的透视图；

-图2是根据图1的变形的复合结构的分解透视图；

-图3是图2中的变形的复合结构的横截面；

-图4是根据本发明的用于制造复合结构的装置的横截面的示意图；

-图5是根据另一个变形的复合结构的分解透视图；

-图6是根据图5中的变形的复合结构的截面；

-图7是根据另一个变形的复合结构的截面。

为了帮助理解，在可能的地方，在图中相同的参考数字已经被使用来识别相同的公共元件。可以理解的是，一个形式的实施方式的元件和特征可以方便地被并入其他形式的实施方式中，而不需要进一步的说明。

具体实施方式

根据当前的描述并且参照图1，本发明涉及由复合材料制成的复合结构10。

复合结构10包含多个第一长方形元件11以及多个第二长方形元件12，所述第一长方形元件11相互隔开并且彼此平行，所述第二长方形元件相互隔开并且彼此平行。

第二长方形元件12相对于第一长方形元件11被制成在单一主体中并且交叉，以界定出具有平坦形状的网状结构13。

根据图1中所示的方案，第二长方形元件12被设置于与第一长方形元件11正交，这使得在平面的所有方向中的复合结构10的机械抗性一致。

根据本发明的实施方式的某些形式，第一长方形元件11以及第二长方形元件12的交叉的设置使得能够在后者之间界定出孔或腔22，所述孔或腔赋予格栅结构。

如果将第一长方形元件11和第二长方形元件12设置得大体上彼此正交，则孔22可以是矩形或正方形；并且如果它们以除了90°之外的角度彼此相交，则它们可以是长菱形或平行四边形。

网状结构13具有第一平坦表面14以及与第一平坦表面14相反的第二平坦表面15。

第一平坦表面14和/或第二平坦表面15可以是光滑的，或可以是不规则的、粗糙的或有凸边的（knurled），具有防打滑功能。

根据本发明的一个方面，第一长方形元件11或第二长方形元件12中的至少一个具有t形或l形的横截面（图1）。

与横向元件大体上为矩形的已知的方案相比，所述t形或l形横截面在每一个长方形元件11和/或12上赋予了对于应力的抗性的更大的承载能力，并且特别的是对于可弯曲的应力。

使材料远离中性轴（neutralaxis）的可能性越大，则t或l形横截面越可以使结构元件对于垂直应力的抗性最大化。并且相对于中性轴、水平轴对称地分布材料的可能性越大，则网状结构13的总重量降低越多。

相比于现有技术的复合结构，假定重量相同，以这种方式可能得到具有更大抗性的复合结构10。而且，得益于此，假定机械抗性相同，可以降低复合结构10的总重量以及被用来制造它的材料的量，这也在生产成本方面提供了优势。

根据在附图中所示的可能的变形，第一长方形元件11和第二长方形元件12两者都具有t形和/或l形横截面。该方案使位于平面上的方向中的复合结构10的承载能力一致。

t形或l形的横截面，是指由第一部分16和第二部分17界定出的截面，两者都具有细长的四边形形状，并且其中所述第一部分16位于所述第二部分17的入射位置。

在t形的横截面的情况中，第一部分16在第二部分17的中间区域中位于其入射位置。

在l形的横截面的情况中，第一部分16在第二部分17的末端边缘中位于其入射位置。

根据实施方式的可能的形式，第一长方形元件11和第二长方形元件12可以对应于网状结构13的周界边缘具有l形截面，而其他的长方形元件11、12具有t形的横截面形状。

根据可能的方案，第一长方形元件11和第二长方形元件12的横截面的厚度可以在约3mm与10mm之间，优选地为在4mm与8mm之间；并且横截面的高度在20mm与50mm之间，优选地为在25mm与45mm之间。

第一长方形元件11和第二长方形元件12的第一部分16被设置得其细长的延展位于向着第一平坦表面14的入射位置，而所述第一长方形元件11和所述第二长方形元件12的第二部分17被设置得其细长的延展平行于第二平坦表面15。

第一长方形元件11和第二长方形元件12的第一部分16通过它们的侧面中的一个界定出第一平坦表面14，而第二部分17通过它们的侧面中的一个界定出第二平坦表面15。

根据如图1所示的实施方式的形式，第一部分16由两个较大的侧面18以及一对较小的侧面界定，所述两个较大的侧面尺寸上相等并且彼此相反，所述较小的侧面即第一较小侧面19以及第二较小侧面20，它们被连接至较大的侧面18并且比它们尺寸更小。

第二较小侧面20被连接至第二部分17，而第一较小侧面19面向第一平坦表面14。第一部分16的第一较小侧面19界定出第一平坦表面14。

根据可能的方案，第二较小侧面20大于第一较小侧面19，并且较大侧面18被设置得相对于彼此向着第一较小侧面19会聚。第一部分16大体上是梯形，其中较小的底部面向第一平坦表面14。

所述梯形使得能够界定出移除角度，其用于在如下文所述的生产步骤期间从模具中能够取出复合结构10。

根据变形，第一较小侧面19和第二较小侧面20可以是相同尺寸，从而所述第一部分16大体上是矩形。

第二部分17由两个较大侧面21界定，其中一个侧面被连接至第一部分16，而另一个侧面面向并界定出网状结构13的第二平坦表面15。

根据如图1所示的实施方式的形式，第二部分17形状大体上是矩形，但是没有排除其他形状，例如梯形，其中界定出梯形的较大底边的较大侧面21与第一部分16相连，并且界定出梯形的较小底边的较大侧面21面向第二平坦表面15。

根据在图2和3中所示的可能的变形，复合结构10包含第一网状结构13a和第二网状结构13b，它们大体上类似于上述关于在图1中的网状结构13的描述，并且是重叠并且相互连接的。

根据可能的方案，第一网状结构13a和第二网状结构13b大体上是相同的，从而它们可以完全地重叠。或者对于第一网状结构13a和第二网状结构13b，可以设置得第一长方形元件11之间的距离以及第二长方形元件12之间的距离大体上是相同的。

此方案使得能够界定出这样的复合结构10，其重量和材料相对于它的中性轴对称分布，所述中性轴在此种情况下对应于在第一网状结构13a和第二网状结构13b之间的连接平面。此种方案使得能够获得具有机械抗性的各向同性特点的复合结构10。

在一些变形中，第一网状结构13a和第二网状结构13b具有不同几何尺寸的第一长方形元件11和第二长方形元件12。

根据此变形，在任何情况下可以设置相对于中性轴对称地分布材料，在这种情况下所述中性轴可以不对应于在第一网状结构13a和第二网状结构13b之间的连接平面。在此种情况下，可以获得具有机械抗性的正交各向异性特点的复合结构10。这个最后的特点也可以由长方形元件11、12的第一部分16或第二部分17的不同的宽度和/或长度来界定。

根据可能的方案，通过粘合获得第一网状结构13a和第二网状结构13b的连接。此方案允许获得在具有较大机械抗性的整体式主体中的第一网状结构13a和第二网状结构13b。

可以使用乙烯酯胶、环氧树脂胶等实施粘合，而复合结构10由间苯二甲酸、双酚或邻苯二甲酸树脂制成。特别的是，可以设置使用类似于第一网状结构13a和第二网状结构13b的材料的粘合树脂，和/或设置使用增厚的树脂。

以这样方式获得粘合，从而支持水平截面遇到的剪切应力。当然，如已知的一样，剪切应力通常远小于由垂直地受应力的元件的弯曲引起的牵引和压缩应力。

根据变形，可以通过机械连接实现第一网状结构13a和第二网状结构13b的连接，例如螺纹连接、托架、钉子、铆钉等。

根据图2中所示的方案，通过各自的第一平坦表面14将第一网状结构13a和第二网状结构13b彼此连接。

根据可能的方案，通过将第一网状结构13a的第一部分16重叠在第二网状结构13b的第一部分16上，将第一网状结构13a和第二网状结构13b连接。

根据一个方案，第一网状结构13a的第一部分16被设置成完全重叠第二网状结构13b的第一部分16，特别是对应于它们的第一较小侧面19。此方案允许增加在第一网状结构13a和第二网状结构13b之间的交界表面，以此种方式也增加了在它们之间的相互连接的抗性。

此外，此方案使得能够界定出这样的复合结构10，其横截面形状如同双重的t或c，并且因此复合结构10能够抵抗应力，例如不管具体的安装模式而作用在第一平坦表面14或第二平坦表面15上的弯曲的应力。

通过将第一网状结构13a的第一长方形元件11和第二长方形元件12与第二网状结构13b的第一长方形元件11和第二长方形元件12连接，界定出形状如同双重的t的复合结构10的横截面。

此方案允许获得复合结构10，否则使用简单的模制操作是不能够获得的，这是由于在第一网状结构13a和第二网状结构13b之间界定出的底切。

图5和6示出了复合结构10的另一个变形，其包含至少一个如上所限定的网状结构13以及与表面重叠和连接的平坦元件23，该平坦元件例如与第一平坦表面14或第二平坦表面15重叠和连接。以此种方式，可以界定出由至少一个网状结构13界定的承载结构部分、以及由平坦元件23界定的行走平面。

根据本发明的实施方式的一些形式，平坦元件23可以由聚合物树脂制成，例如纤维增强以提供更大的机械抗性。有利的是，例如设置制成平坦元件23的材料与制成网状结构13的材料大体上相同或至少与其相容。这例如促进网状结构13和平坦元件23的粘合操作。仅通过举例的方式，平坦元件23可以由复合材料制成，该复合材料例如通过玻璃纤维、碳纤维、kevlar或其他增强材料而被增强。然而，不能排除的是，在其他形式的实施方式中，平坦元件23可以由低成本的塑料材料（例如聚乙烯、聚酰胺、abs、pvc等）制成。

根据一些变形，平坦元件23可以由除了塑料之外的不同的材料制成，例如木材或它的衍生物。

平坦元件23可以具有不同的尺寸，该尺寸从瓷片格式开始，例如250mm-300mm每侧，并且也可以具有与网状结构13一样的尺寸，仅仅通过举例的方式其宽度可以是1220mm并且长度是3360mm或以上。在此种情况下，多个平坦元件23可以在网状结构13、13a、13b上连接。

仅仅通过举例的方式，网状结构13、13a、13b的厚度s可以在20mm和60mm之间。

平坦元件23的厚度或高度h可以在5mm和15mm之间，在此所示的情况中为约8mm。

相比于网状结构13，平坦元件23可以具有更小的厚度，前者在实践中具有结构支撑功能，并且在改善承载能力方面进行协作。

平坦元件23可以具有不同的颜色，这可以为其上安装有该元件的复合结构10以及物体提供特定的美学价值。

平坦元件23可以通过机械连接与网状结构13连接，例如通过螺栓、或替代地通过如上所述的粘合、通过拉削（broaching）、使用被插入在两个组件之间的销。

平坦元件23反过来界定出支撑表面或可行走的表面，并且为复合结构10提供更大的结构刚性。

因此最后的结果是复合结构10，其可以作为地板起作用，并且可以从非常优雅变化到简单的功能，其机械特性类似于可比较的现有技术的物体，但是重量轻得多，甚至30％或以上。

根据如图5和6中所示的实施方式的形式，平坦元件23具有通过第一区段44和第二区段45被限定在单一主体中的网状构造，所述第一区段44和第二区段45具有长方形延展并且被设置得相对于彼此交叉。

根据如图5和6中所示的实施方式的形式，第一区段44和第二区段45中的至少一些被设置在与第一长方形元件11和/或分别与第二长方形元件12协作的位置。

特别的是，可以将第一区段44中的至少一些设置得倚靠在第一长方形元件11上和/或将第二区段45中的至少一些设置得倚靠在第二长方形元件12上。

有利的是，第一区段44和第二区段45被设置得通过其整个表面延展倚靠在第一长方形元件11上和/或第二长方形元件12上。

在图6所示的方案中，第一区段44和第二区段45与第一长方形元件11和/或第二长方形元件12的第一部分16重叠。

如果它们被连接在单一主体中，例如通过粘合，则平坦元件23以及网状结构13的尺寸被调整从而使得材料相对于整个复合结构10的中性轴对称分布。因此，长方形区段44和45的截面尺寸以及长方形元件11和12的截面尺寸可以被适当地调整尺寸。

第一长方形元件11彼此隔开第一距离d1。仅仅通过举例的方式，第一距离d1可以在80mm与160mm之间，优选地在100mm和140mm之间。

第二长方形元件12彼此隔开第二距离d2。根据在此所示的方案，第二距离d2大体上等于第一距离d1，但是并不排除它可以具有不同的尺寸，例如更大或更小的尺寸。

在附图中所示的方案中，第一长方形元件11以及第二长方形元件12可以具有120mmx120mm的第一距离d1和第二距离d2。

第一区段44彼此隔开第一节距p1。仅仅通过举例方式，第一节距p1可以在15mm与60mm之间，优选地在20mm和50mm之间。根据可能的方案，第一距离d1为第一节距p1的约1倍至5倍。

第二区段45彼此隔开第二节距p2。

根据在此所示的方案，第一节距p1大体上等于第二节距p2，但是并不排除它可以具有不同尺寸，例如更大或更小的尺寸。

根据可能的方案，第二距离d2为第二节距p2的约1倍至5倍。

在图6中所示的方案中，网状结构13包含t形和在边缘中的l形的长方形元件11、12；它们的高度为32mm，长方形元件11和12之间的节距为120mm；平坦元件23的厚度为8mm，长方形区段44和45之间的节距为40mm，即长方形元件11和12之间的节距的三分之一。这允许长方形元件11和12与后者中的每三个长方形区段44和45连接。使用这种构造，申请人已经获得了更大刚性的复合结构，节约了约30%的重量。

在如图7中所示的另一个变形中，复合结构10包含以参照图2和3所述的大体上相同的方式与第二网状结构13b相连的第一网状结构13a。

通过与上述的大体上相似的构造，在使用期间面向外侧的表面上，平坦元件23与第一网状结构13a或第二网状结构13b中的至少一个相连。

根据图7中所示的方案，平坦元件23与第一网状结构13a的第二平坦表面15相连。

特别的是，平坦元件23可以仅仅倚靠在第一网状结构13a上，或者可以通过粘合或使用机械连接元件被连接至所述网状结构。

在此情况中，不需要与下面的支撑机构协作，平坦元件23可以具有分担应力的功能以及美学功能。

同样在图7中所示的方案中，平坦元件23包含根据网状构形设置的第一区段44和第二区段45。

第一区段44和第二区段45中的至少一些被设置得通过其整个表面延展倚靠在网状结构13a或13b的第一长方形元件11和/或第二长方形元件12上。

本发明的实施方式的形式还涉及如图4中示意性所示的用于制造复合结构10的装置25。

装置25包含至少一个模具26；在此种情况中也示出了反模具（counter-mold）27，其能够选择性地连接所述模具26。

模具26和反模具27被设置来在它们之间界定出模制腔28，纤维被设置进所述模制腔中以制成如上所述的复合结构10。

模制腔28由多个第一长方形凹槽29和多个第二长方形凹槽30界定，所述第一长方形凹槽负性地（反向地，innegative）复制复合结构10的第一长方形元件11，所述第二长方形凹槽负性地复制复合结构10的第二长方形元件12。

第一长方形凹槽29相互隔开并且彼此平行。

第二长方形凹槽30相互隔开并且彼此平行，并且相对于第一长方形凹槽29连续无中断地交叉。

第二长方形凹槽30可以被设置得大体上与第一长方形凹槽29正交。

根据本发明，第一长方形凹槽29或第二长方形凹槽30中的至少一个具有如上参照第一长方形元件11和第二长方形元件12所限定的t或l形横截面。

所述t或l形由第一部分31和相对于第一部分31横向的第二部分32组成。第一长方形凹槽29和第二长方形凹槽30的第一部分31和第二部分32的构形和设置大体上等于复合结构10的第一长方形元件11和第二长方形元件12的第一部分16和第二部分17的构形和设置。

根据图4中所示的一个方案，第一长方形凹槽29和第二长方形凹槽30，以及因此的模制腔28被完全地制造在模具26中，将第二部分32设置得面向外侧。这防止了界定出底切，并且从而防止了与随后从模具26中提取网状结构13、13a、13b相关的缺点。与传统的解决方案相比，该方案允许界定出颠倒的（即末端向上的）模具26或矩阵，这使得能够根据特定的要求将具有可变分布的纤维放置在预定位置。以这种方式，可以界定出网状结构13、13a、13b的区域，其中在长方形元件的截面中具有不同的抗性。

本发明的实施方式的形式还涉及用于制造复合结构10的方法。所述方法设置来在单一主体中制造具有与上述相似的构形的多个第一长方形元件11和多个长方形元件12，以界定出网状结构13。

如何制造网状结构13的例子包括注入或“树脂传递模塑”（rtm）、灌注、加压模制、手工模制或其他类型。

可以在打开的模具或关闭的模具中获得整体式的网状结构13。

本发明的实施方式的形式还涉及使用如上所述的装置25来模制复合结构10的方法。

仅通过举例的方式，可能的模制方法可以包含：

-将增强纤维放置在模制腔28的第一长方形凹槽29和第二长方形凹槽30之内；

-可能地将反模具27和模具26连接，以界定出模制腔28；

-用粘性状态的聚合物树脂填充模制腔28，以掺入增强纤维；

-使聚合物树脂聚合；

-提取网状结构13。

应当清楚的是，可以对如至此所述的由复合材料制成的复合结构10以及它的生产方法做出部件的修改和/或添加，而不背离本发明的领域和范围。

例如，根据变形（未示出），平坦元件23可以由具有大体上统一的厚度的板界定，而不是具有网状构造，所述板被连接在网状结构13、13a、13b上方。

在使用期间面向外侧的平坦元件22的表面，即不直接与网状结构13、13a、13b相连的表面，可以设置得不规则的、粗糙的或有凸边的，具有防打滑功能。

同样应当清楚的是，虽然已经参照一些具体实施方式阐明了本发明，但是本领域技术人员当然能够实现许多其他等同形式的由复合材料制成的复合结构10及其制造方法，其具有在权利要求中如前所述的特征，因此全部都落入由此定义的保护范围内。