本发明涉及一种用于制造半成品或构件的方法，其中，给构造为板材或板坯的金属载体铺覆至少一个预浸料，该预浸料具备带有连续纤维的能热交联的、热固性基质，预浸料的热固性基质通过加热被预交联，并且通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预交联的预浸料的金属载体改型成半成品或构件。
背景技术
为了使以具备带有连续纤维的热固性基质的预浸料强化的金属载体，即板材下料或板材坯，可以尽可能不受损害地经受改型工艺，尤其是深拉，由现有技术(wo2013/153229a1)已知的是，将金属载体上的塑性变形转移到金属载体的无涂层的区域中。因此，在半成品或构件上存在无涂层的区域，这在其轻质结构潜力并且因而在其应用可能性方面限制了这样的纤维复合塑料(fvk)强化的半成品或构件。此外，由于这样的区域限制还限制了预浸料的纤维长度，这可能导致降低的刚度和强度。此外，在由具有无压力直至挤压不粘贴地时效硬化的预浸料的板材下料深拉制成的半成品和构件中，表现出层离的趋势和/或最终交联的纤维复合材料中的孔隙率增加的趋势，这尤其影响了该方法的可再现性。
技术实现要素：
因此，本发明的任务在于，在其简单性、应用可能性以及其可再现性方面改进开头提到的类型的方法。此外，应可以实现具有很小周期时间的方法。
本发明通过以下方式解决所提出的任务，即，在预浸料的热固性基质的预交联时，预浸料的基质转移到跟在其粘度最小值之后的粘度状态中，并且在达到其胶凝化点之前，使预浸料与金属载体共同地改型。
如果在预浸料的热固性基质的预交联时预浸料的基质转移到跟在其粘度最小值之后的粘度状态中并且在达到其胶凝化点之前使预浸料与金属载体共同地改型，那么由此不仅可以允许在金属载体上在其纤维强化的区域中的塑性变形，而且明显改进了方法的可再现性。处于该状态的预浸料于是可以允许相应于改型半径的、在其连续纤维与金属载体之间的相对运动。因此，甚至可以在金属下料上遵循很小的弯曲半径，而无需考虑断裂或层离。根据本发明的方法因此能特别广泛地应用。还可能令人惊讶地实现的是，通过共同的改型，可以显著改进具有连续纤维的纤维结构的基质材料的紧凑性。在改型时的比较短的力加载，尤其是压力加载可以被用于减小纤维复合物中的孔隙率，由此能提高层压质量并且能进一步减少板材下料上的纤维强化部的层离。因此根据本发明，通过将基质转移到跟在其粘度最小值之后的粘度状态中并且在达到基质的胶凝化点之前将预浸料与金属载体共同地改型可以显著提高方法的可再现性。此外可以实现的是，通过预浸料与金属载体的共同改型，提供了具有很小周期时间的特别快速的方法流程。此外，根据本发明的方法与其他已知的用于制造纤维复合物半成品或构件的方法相比能够无需耗费的和/或能进行复杂处理的设备技术，这除了减少用于根据本版发明的方法的成本之外还意味着其可再现性的改进。
通常提及的是，金属载体可以由具有铁、铝或镁原料的板材、由轻金属或类似物或者由这些材料构成的合金组成。作为金属载体，具有或不带有例如基于锌的保护层的钢板材可以是突出的。通常还提及的是，热固性塑料基底可以具备带有无机或有机的强化纤维，像例如玻璃、玄武岩、碳或芳纶的组合物。此外，除了给金属载体依次铺覆多个预浸料，也能想到将预浸料(单子层或多子层地)堆在金属载体上。包含在预浸料中的纤维可以作为纯单向的层。因此，利用多子层的预浸料可以提供金属载体上的单向或多向的层压体。
此外通常规定的是，热固性塑料基质也可以具有改性的热固性聚合物共混物，其优选由环氧化物相和聚氨酯相构成的不强制彼此交联的相组成。这种pu-环氧树脂共混物的已知的以百分比计的组成例如为环境环氧树脂基质中的5至25份额的初级的聚氨酯相。
通常还提及的是，利用流变仪，即在振荡的情况下的antonpaar公司的mcr301粘度计(例如板-板配置，直径25mm；间隙1000μm；振幅0.5％；角频率10rad/s)，根据astmd447308/2016的评估，来确定基质的粘度。为了减少在改型时在粘度最小值之上经加热的热固性基质的预浸料被不期望挤出的危险，可以设置的是，在改型之前将热固性基质的交联度设定在4％至15％(例如：通过温度和/或时间)。
可以特别有利的是，在改型时将热固性基质的交联度设定在20％至45％(例如：通过温度和/或时间)。由此，能附加地减少了在改型时热固性基质被不期望地挤出的危险。在这样的交联度的情况下，在改型时对预浸料的压力加载也可以负责实现用于达到预浸料的提高的层压质量的优化条件。此外，这也可以有助于原料配对体之间的附着强度。
可以特别有利的是，在改型时将交联度设定在25％至40％(例如：通过温度和/或时间)。
如果在改型时将热固性基质加热到120℃至220℃，就可以加速交联，由此可以更快速地实现改型或降低方法的周期时间。
可以特别有利的是，在改型时将热固性基质加热到150℃至180℃。
当加热改型工具并且使金属载体利用经加热的改型工具来改型时，可以防止经加热的预浸料的不期望的冷却和因此是不利于根据本发明的方法的温度改变。以这种方式，能进一步提高方法的可再现性。规定的是，出于该目的，改型工具的温度可以不同于预浸料或其基质的温度。也能想到的是，改型工具的工具具有不同的温度，以便有针对性地针对区域特定地对金属载体调温或设定层压中的温度梯度。
当预浸料在与金属载体共同改型之后无压力地硬化并且由此可以特别迅速地再次移走改型工具时，可以减少用于改型的周期时间。
通过在给金属载体铺覆预浸料之前或给金属载体铺覆预浸料时将中间层(预浸料经由该中间层接至金属载体上)施装到金属载体上，一方面可以改进附着强度，另一方面也可以起均衡作用影响热应力。该中间层应至少在金属载体的也铺覆有预浸料的区域中整个面地施装。
中间层的层厚度优选可以为50μm至1000μm，优选地层厚为80μm至700μm。较厚的层，优选500μm至1000μm的层厚的出众之处在于，该层还提供了保护以防腐蚀(阻挡层)。在具有高刚度要求的应用中，薄膜是优选的(优选＜150μm)。此外，处理时间，即反应时间是关系重大的——对于缩短周期时间尤为重要。在此示出的是，基于聚乙烯、聚丙烯和/或聚酰胺芯的中间层或基于共聚酰胺的中间层可以是特别适合的。这例如可以是nolax公司的系统，即产品cox391、cox422、cox435，evonik公司的系统，即产品vestameltx1333-p1或hexcel公司的系统，即产品tga25.01a或dls1857。
为了确保高的层压质量，可以设置的是，预浸料的基质在改型时以压力来加负荷。例如当通过深拉或拉伸深拉使铺覆有预浸料且构造为板材的金属载体改型时，可以产生这种压力负荷。金属载体可以例如通过横向拆分金属带产生，也可以构造为扁平的板材或板坯。
当预浸料在改型时被局部地压制在金属载体上并且由此在那里固定在金属载体上，则可以防止预浸料上的起皱或纤维翘曲。通过铺覆有预浸料的金属载体的有限区域的局部固定(这例如可以借助模具镶块实现)，例如可以根据预浸料的连续纤维的各个的取向允许了预浸料在其他方向上的可运动性。为此也能想到的是，改型工具具有多个压制装置。这种压制装置也可以通过例如在模具与冲头之间的工具间隙减少来产生。
当预浸料在改型时与模具依次作用的部段或部段组和/或与改型工具的冲头起改型作用地嵌接时，则可以进一步减少起皱或纤维翘曲的风险。因此，可以实现改型工具延迟地作用到预浸料上，由此预浸料可以以改进的方式遵循金属载体的塑性变形。
嵌接区域在改型过程期间部段式或分组部段式朝金属载体的边缘扩展，可以以完美的方式将预浸料上的可能的褶皱或包含在其中的在金属载体的边缘的方向上的气穴挤出。因此，借助改型工具例如可以省去抹平预浸料。
为了便于深拉或拉伸深拉，可以设置的是，金属载体局部地铺覆有至少一个预浸料。这可以进一步提高该方法的可再现性。
当金属载体的其中一个扁平侧的20％至40％铺覆有预浸料时，则可以尤其出现上述优点。
尤其地，根据本发明的方法可以适用于制造载运工具的结构部件。通常提到的是，结构部件可以是载运工具，特别是机动车、公路车辆、运输车辆、轨道车辆，飞机或航天器的承载结构的构件。例如，结构构件例如可以构造为侧包围、a柱、b柱、c柱、横向载体或纵向载体。
附图说明
在附图中，例如详细示出了根据本发明的用于制造半成品或构件的方法。其中：
图1示出根据本发明的方法的流程，在其中使用用于使与预浸料连接的金属载体改型的深拉工具；
图2示出根据图1的方法来制造的半成品的截取且放大的截面图；并且
图3示出在根据图1和图2的方法中使用的预浸料的基质的粘度和交联度的相关于时间的示意图。
具体实施方式
按照根据本发明的用于制造构件2(例如载运工具的结构构件2.1)的方法1的由图1示出的流程，在第一步骤中，通过横向拆分由卷材5的金属带4来制造实施为板材下料30的金属载体3，即板坯30。金属载体3在两个扁平侧3.1、3.2中的要铺覆有预浸料6的扁平侧3.1上事先可能进行清洁和/或进行化学预处理，然而这并未详细示出。紧接着，金属载体3借助机器人7铺覆有多个预浸料6。金属载体3为此可能进行预加热。
为了裁切预浸料6，例如设置有具有未示出的切割设备，例如具有超声波激励的切割器的机器人8，该机器人将预浸料从以塑料基质预浸渍的、卷绕成卷材9的梭织物/无屈曲织物/编织织物/针织物/经编织物等10(纤维强化的塑料)中分离出。在实施例中，由连续纤维构成的梭织物/无屈曲织物/编织织物/针织物/经编织物等10已经以能热交联的热固性基质来浸渍。
但是通常也能想到，但是未示出的是，金属载体3铺覆有经预调理的预浸料6，例如自动化地铺覆，如图1中所示，和/或手动地铺覆。这些预浸料6可以(例如叠成堆)在它们的尺寸、厚度、子层数量和/或中间层等方面已经进行了预调理。
在这种铺覆之后，铺覆有预浸料的金属载体3借助热源11来照射，并且由此有针对性地设定基质的交联。基质的该交联无压力地实现并且在使用预浸渍的梭织物/无屈曲织物/编织织物/针织物/经编织物等10的情况下通过对其进行80℃至200℃，优选100℃至180℃的加热在1℃/min至40℃/min，优选5℃/min至25℃/min的加温速率下来执行，以便由此设定在改型之前的交联度α为4％至15％。代替示出为红外或近红外射束器的热源11，例如也能想到连续加热炉，这在实施例中并未详细示出。
紧接着，将经铺覆的金属载体3引入到改型工具12中并且改型。
根据本发明，该改型与预浸料6的热固性基质的预交联相协调地实现，如图3中可以看出那样。为此，基质被转移到跟在其粘度最小值ηmin之后的粘度状态η中，并且在达到其胶凝化点pc之前与金属载体3共同地借助改型工具12来改型。改型工具12出于该目的从打开位置转移到闭合位置。根据本发明可以实现连同金属载体3一起对热固性基质进行改型，这是因为在所述的、根据本发明的状态中使用的预浸料6可以遵循通过改型实现的塑性变形。预浸料6的连续纤维仍能相对于金属载体3在预浸料6中运动。预浸料6的基质位于跟在其粘度最小值ηmin之后的粘度状态η中，由此连续纤维的断裂或金属载体3上的纤维强化物的层离在改型时不会出现，如在图2中可以详细看出那样。因此根据本发明，在金属载体3上可以实现在金属载体的没有预浸料6的区域中和金属载体的铺覆有预浸料6的区域14中的具有弯曲半径13的共同的改型。
因此如图1中可以看出那样，金属载体3仅局部地铺覆有预浸料6，更确切地说在其扁平侧3.1上的20％至40％，这明显有助于共同的改型。因此，扁平侧3.1的铺覆有预浸料6的区域14在面积上小于扁平侧的整个面。
根据图3的视图涉及如下的纤维复合材料：
金属载体：钢板材：板材厚度0.81mm
层压部：单向，四个预浸料子层
预浸料：基质中的纤维份额为57％的连续纤维
厚度：0.22mm
基质：热固性基体(sgl类型e201：改性的环氧树脂系统)
ηmin＝0.9pa*s
pc＝45％
中间层：100μm聚丙烯
基质的交联度α借助差示扫描量热法(dsc)以根据iso11357-5:2013的测量来确定。
代替钢板材也能想到由例如6xxx系列的铝合金构成的板材。
根据图1，例如深拉工具15示出为改型工具12，以便由此对经铺覆的金属载体3进行改型或深拉。但是也能想到的是，以未示出的改型工具使金属载体3承受组合式的拉伸和深拉。
为了减少在改型时挤出预浸料6的热固性基质的危险，在改型工具12向预浸料6上施加力(这如图1所示那样在改型工具12从其打开位置转移到其闭合位置时进行)之前，该基质如所述那样4％至15％预交联。通常的情况是，尤其是根据iso11357-5:2013的等温方法可以适合于借助差示扫描量热法对交联的测量。
在已加温的改型工具12中，基质的交联度α从改型之前的4％至15％设定到在改型时的20％至45％，优选25％至40％，图3中的虚线绘出了20％至45％的界限。这样的设定例如可以通过温度和/或时间来实现。在此之后，将构件2从改型工具12中取出。优选地，在到达相应的基质的胶凝化点时或在此之后进行从改型工具12中取出构件2。这在预浸料6上的相似的层压质量的情况下可以实现相对于已知的方法明显缩短的周期时间并且确保了具有纤维的基质系统的充分的固有稳定性。
利用提到的、也就是有针对性地调温的改型工具12还可以确保的是，在改型时将热固性基质保持在120℃至220℃的温度，以便可以通过更快速的交联较早地从改型工具中取出构件2并且可以因此缩短方法。在许多情况下，150℃至180℃温度可以是表现突出的。为了加温改型工具12或深拉工具15，改型工具或深拉工具具有电加热器16，其加热改型工具12的模具17和冲头18。用于压制装置19的加热器未示出，但是这同样是能想到的。例如，可以通过不同调温的区域来设定基质中或预浸料6上的温度梯度，以便可以准确地设定物理和化学参数，像例如附着强度、粘度状态η等。
在改型之后，将构件2从改型工具12中取出并且预浸料6的基质在改型工具12之外无压力地进一步硬化，更确切地说利用另外的热源20无压力地进一步硬化，其在图1中可以看出。为此，尤其还能想到未示出的连续加热炉。优选地，通过具有100摄氏度(℃)至200摄氏度(℃)的热源20执行另外的时效硬化，以便因此例如通过紧接着的在室温下的冷却降低固有应力。在许多情况下，温度可以在120℃至150℃。
要铺覆的金属载体3尤其也具有保护涂层21，例如锌或锌合金层，如由图2可以看出的那样。在整个面铺覆有预浸料6的区域中，将中间层22施装到该保护涂层21上或金属载体3的扁平侧上。该中间层22通过将基于聚酰胺的增附剂涂覆到金属载体3上而产生。经由该中间层22可以将预浸料极其稳固且低应力地接到金属载体3上。
预浸料6在改型时被局部地压制在金属载体3上并且以这种方式在那里固定在金属载体3上，如图2中所示那样。模具17的部段23将预浸料6挤压到金属载体3上，通过模具17的示例性示出的配对保持器24在该区域中稳定该金属载体。以这种方式避免了预浸料上的起皱或纤维翘曲。
预浸料6在改型时还与改型工具12的模具17的依次起作用的部段25、26处于起改型作用地嵌接。可以在图2中看出的是，模具17的部段26与部段25相反地仍未整个面地贴靠在预浸料6上。此外，在部段25、26的次序上可以看出的是，嵌接区域27在改型过程的流程中部段式地朝金属载体3的边缘28扩展。因此，经由分部段的改型工具12，在改型时可以实现抹平预浸料，这可以以可再现的方式防止预浸料上的褶皱和气穴。