本发明涉及一种预浸渍的纤维复合材料、纤维复合构件的制造方法及其应用，纤维复合材料包括在塑料基体中的至少一个或多个层，至少一个或多个层为面式纺织结构，其呈由无机或有机纤维构成的纺织品、针织物、编织物、编织层、缝编织物、无纺织物或毛毡的形式。
背景技术：
开头所述的纤维复合材料在现有技术中是已知的。例如在德国公开文献2605508中公开了一种由经纤维强化的塑料构成的物体，其由用树脂浸透的包括玻璃纤维和钢丝绒的纤维混合物形成并且构造成塑料车身部件、尤其构造成发动机罩的一部分。钢丝绒应承担屏蔽作用，以防电磁的干扰振动，该电磁的干扰振动例如由内燃机的点火系统产生并且会对无线电接收有干扰作用。而玻璃纤维承担纤维强度的主要部分。
在德国公开文献112010001365中公开了用于车辆外壳包层材料的层状体，其由纤维网构成，在其中，通过熔化的连接树脂纤维使得无机纤维和耐热的具有等于或大于200℃熔点的有机纤维彼此连接，该文献还公开了一种塑料薄膜，其一件式地贴在纤维网的至少一个表面上，其中，通过熔化，塑料薄膜的一部分浸渍纤维网。这种车辆外壳包层材料特别用于车辆底盘，因为这种车辆外壳包层材料对碎石有非常强的抵抗力。作为在纤维网中份额在15和60重量％之间的无机纤维优选使用玻璃纤维，因为其操作性简单，该玻璃纤维根据重量配比而对车辆外壳包层材料的机械强度有影响。作为在纤维网中份额在5和60重量％之间的耐热的有机纤维优选使用聚对苯二甲酸乙酯纤维，其根据重量配比而对车辆外壳包层材料的抗冲击性有影响。作为在纤维网中份额在10和40重量％之间的连接树脂纤维优选使用聚丙烯纤维。为了制造纤维网，在缝合过程中使上述纤维彼此卡住。借助接下来将塑料薄膜贴在纤维网的一侧或两侧上，在粘贴过程中通过压作用和热作用产生层压幅面并且被压合在一起，其中塑料薄膜的组成部分由于加热而浸渍纤维网并且在纤维网中的连接树脂纤维通过熔化连接无机的纤维和耐热的有机纤维。如果再次减小施加到层压幅面上的压力，层压幅面由于无机纤维的弹性恢复力而在厚度方向上伸展并且在纤维网中出现细孔，细孔的份额可在30和90％之间。通过冷却可在热成型的过程中将重量轻的层状体制成车辆外壳包层材料。
装配有如在现有技术中所述的构件的车辆虽然能够降低重量并进而降低燃料消耗，但是这种构件通常仅能通过相对昂贵的粘合连接或例如需要单独的工艺技术的其他机械连接与车辆中的其他零件连接。此外，已知的纤维复合材料没有接地电位(端子31)。作为典型的非导电体，此时需要附加的回线和复杂的布线，其必须附加地敷设并且不利地增加了重量。
技术实现要素：
在此基础上，本发明的目的是提出一种纤维复合材料以及用于制造复合构件的成本有利的方法以及复合构件的应用，该纤维复合材料克服上述缺点。
对于这种类型的纤维复合材料的所述目的通过以下方式实现，即，在纤维复合材料中包含至少40体积％的导电纤维，其中，作为导电纤维使用铝纤维、镁纤维和/或钢纤维。
已经发现，导电纤维至少提供纤维复合材料中的接地电位，因此纤维复合材料在重量较小的情况下具有与实心金属材料类似的特性，由此可取消附加的回线和复杂的布线。在纤维复合材料中呈铝纤维、镁纤维和/或钢纤维形式的导电纤维部分至少为40体积％、尤其至少50体积％、优选至少60体积％以及特别优选至少70体积％，由此，也可以传统方式且成本有利地将纤维复合材料与其他零件尤其通过电阻焊接的方式焊接在一起。
根据本发明的第一实施方式，无机纤维由毛状金属丝构成，该毛状金属丝由于其导电性能而在纤维复合材料中用作导电纤维。也可使用芯部由金属纤维构成的混合纱线。优选考虑钢丝绒作为导电纤维。钢尤其优选，因为该材料具有非常好的弹性并且会相对便宜。由于钢具有有利的磁特性，例如可借助磁体相对轻松地完成纤维复合材料的运输/传送。无机纤维的份额限制在最大90体积％、尤其最大85体积％，从而相比于尺寸类似的实心金属材料还具有重量优势。例如在使用金属粉填充线、特别是用钢材料作为护套并且铝粉作为填充材料时实现了进一步的重量优势。金属粉末填充线及其制造在现有技术中已知用于焊接，但是必须通过使用合适的器件相应地降低直径，该直径基本上与钢纤维或钢丝绒的直径一致。
本发明的另一实施方式规定，纤维复合材料的有机纤维由pa纤维、pp纤维、pe纤维、再生纤维、天然纤维、芳族聚酰胺纤维(对-芳族聚酰胺、间位芳族聚酰胺)、聚酯纤维(ht)、粘胶纤维(fr)、pet纤维、polycolon防水纤维、三聚氰胺纤维、热塑性纤维或它们的混合物构成和/或也可全部由至少两种或多种不同的呈尤其层状结合的混合纱线形式的纤维构成。优选使用天然纤维并且尤其天然纤维能够与钢纤维/钢线或钢丝绒结合环保地进行材料回收再利用，由此也改善了生态平衡。
本发明的另一实施方式规定，使用呈混合纤维形式的有机纤维和/或无机纤维，其尤其可成本有利地制造和提供。
根据本发明的另一实施方式，纤维复合材料的一侧或两侧设有覆盖层，其可基本以材料连接的方式与纤维复合材料连接。覆盖层的设置例如可补偿纤维复合材料的表面上的不平整并且改善外观。
在现有技术中描述了尤其在温度和/或压力的影响下例如通过双带压机或其他合适的粘贴设备制造这种类型的纤维复合材料。可替代地，也可根据负荷制造纤维复合材料，例如通过所谓的“自动铺丝技术(afp)”来个性化地设置纤维定向。
本发明的另一方案涉及纤维复合构件的制造方法，其中，以电容或电感方式将根据本发明预加强的纤维复合材料加热到某一温度，然后在成型模具中变形成纤维复合构件。可替代地，也可被动式加热纤维复合材料。
通过在纤维复合材料中的导电纤维可取消用于加热、例如在炉中进行加热的耗能且昂贵的装置的使用并且能够使用相对低成本的、电容式的和/或电感式的加热器件。优选地，将纤维复合材料加热到某一温度、尤其变形温度。用于电容式和/或电感式加热的器件例如可被集成在用于成型的模具中。可替代地或补充地，可将用于电容式和/或电感式加热的器件布置在用于成型的模具之外，例如集成在传送装置中，其例如将尤其经裁剪的纤维复合材料从堆垛传送到模具中并同时加热。这尤其可提高生产节拍。依据根据本发明的方法的第一实施方式，使纤维复合构件的塑料基体在用于成型的模具中时效硬化。该时效硬化主要在热和/或压力下进行，其中尤其将温度选择得高于例如变形温度。用于成型的模具以有利的方式配备有对模具调温的器件。
根据另一方案，本发明涉及依据根据本发明的方法制成的纤维复合构件的应用。尤其涉及面积大的构件，例如车辆顶棚、门或门盖的部分。这种构件在很小重量的同时具有接地电位。为了避免重复，参见前面所述部分。
在第一实施例中，提供具有在塑料基体中的由无机纤维和有机纤维构成的多个层的预浸渍的纤维复合材料，其例如通过afp制成。作为无机纤维使用具有份额为60体积％的钢纤维或钢丝绒作为导电纤维。其余40体积％为天然纤维。作为塑料基体使用环氧树脂。从堆垛中取出被裁剪的预浸渍的纤维复合材料中的一个并且例如借助操作装置或机器人朝模具方向传送。在传送装置的夹持器上集成有接触元件，接触元件一方面与电源连接，另一方面直接接触纤维复合材料，并且由于在纤维复合材料中非常好的导电性通过电流的加载使得纤维复合材料作为电流回路的一部分而被加热。传送装置将加热的纤维复合材料放入敞开的模具中或变形模具中，该模具例如由下模(阴模)和上模(阳模)构成。通过两个半模的相对运动使得热的纤维复合材料变形成纤维复合构件。在变形模具中集成有调温器件，其使模具调节到预设温度，其中，该预设温度选择得足够高，以能够在模具的闭合状态(ut)中，即在温度和压力下对环氧树脂进行时效硬化。然后打开模具并且取出完成成型的纤维复合构件。
在第二实施例中，提供具有多个混合纱线织物层的预浸渍的纤维复合材料，其在双带压机上被加工成有机板，其中，在混合纱线中65体积％的钢纤维与35体积％的热塑性纤维优选均匀地混合并且热塑性纤维尤其是连续的并且未经拉伸的。从堆垛中取出经裁剪的纤维复合材料并且例如借助操作装置或机器人朝模具方向传送。在传送装置上，在夹持器上方设有感应器，感应器一方面与电源连接，另一方面通过其布置方式保证可靠地容纳并保存纤维复合材料。由于在纤维复合材料中钢纤维的铁磁特性，可通过施加电流通过电感加热纤维复合材料。传送装置将经加热的纤维复合材料置入敞开的模具或变形模具中。与用于制造完成成型并时效硬化的纤维复合构件的第一示例类似地进行其他步骤。
可替代地或补充地，也可在变形模具中集成电容式和/或电感式加热器件。
根据本发明制造的纤维复合构件尤其可用作机动车顶棚的一部分，也可用于大面积的其他构件，例如车辆中的门或门盖的部件。由此，提供重量轻同时具有接地电位并且尤其适合电阻焊接的构件。通过使用可重复利用的材料也可有利地影响生态平衡。根据本发明制造的纤维复合构件的应用不限于汽车制造，也可用于要求重量轻且具有接地电位的领域，例如航空航天、造船领域。