热塑性部件对硬质塑料构件的结合的制作方法

本发明涉及一种用于制造用在车辆中的由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的构件的方法。

根据本发明还涉及一种用在车辆中的构件，其中该构件根据上述方法由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制造。

根据本发明另外给出一种具有由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制造的上述构件的车辆。

背景技术：

在汽车制造中越来越多地以轻质构造方式来使用车辆零件。这些构件典型地由具有硬质塑料基质的纤维增强塑料制造。在此产生了如下问题：无法用具有硬质塑料基质的此类纤维增强塑料以适合的方式实现不同功能。此类功能通常可以用热塑性塑料良好地实现。这些功能例如涉及安置夹持连接器或螺帽，以便将构件例如安置在车辆的底盘上，或者与其他构件相连，或者以便将其他部件紧固在其上。

在此存在以下问题：对具有硬质塑料基质(例如基于玻璃、碳或凯夫拉织物)的纤维增强塑料的直接注塑模制连接是不可行的。

现有技术中的对应的实现方式在图1中展示。图1示出由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的层10。层10具有挖空部12。夹持连接器14插入到挖空部12中，其中夹持连接器14具有支撑肋16，这些支撑肋在由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的层10的两侧进行支撑，使得夹持连接器14固持在由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的层10处。

夹持连接器14可以例如如下制成：用于夹持连接器14的注塑物质围绕由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的层10在两侧流动。由此夹持连接器14通过形状配合紧固到由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的层10处。其缺点是，由于由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的层10，无法用于可见区域。

与之相关地，从de102015206962a1已知一种用于车辆座椅靠背的结构组件。该结构组件包括：平面元件，该平面元件被形成和适配为形成车辆座椅靠背的后壁的至少一部分和/或封闭用于车辆座椅靠背中的通道的挖空部；以及至少一个增强元件，该增强元件被形成和适配为用于提高该平面元件的强度；和/或至少一个接口元件，该接口元件被形成和适配为用于与车辆座椅靠背的另一个构件相连。在此提出，该平面元件由可热成形的复合材料制成并且与该增强元件和/或该接口元件的至少一部分材料配合地相连。此文献还涉及一种用于制造结构组件的方法。

de102008059243a1涉及一种用于轴向连接到工件上的连接构件，具有由热塑性塑料材料制成的基体，该基体具有：固持区段和凸缘区段，其中在该凸缘区段形成有连接表面；以及金属区段，该金属区段可以电感方式加热。在此该金属区段整合到该凸缘区段中。

从de102009034767a1已知在混合构造方式中由有机板制成的有机板结构构件，该有机板借助于热塑料增强并且适合于传递高机械载荷，其中将特殊的流动助剂添加到该热塑料中，以便改进其物理特性。

de102015007575a1涉及一种用于制造金属连接配对件和塑料纤维毡的材料复合物的方法，其中金属连接配对件的表面的至少多个区段在后者的表面中借助于电磁辐射形成凹切而粗糙化且结构化，这些粗糙化且结构化的区段然后相对于塑料毡半成品的由短纤维构成的纤维织物或纤维无纺布(fasergelege)而定位，硬质塑料基质体系被注入该纤维织物或纤维无纺布中，将金属配对件的至少具有粗糙化且结构化的表面的区段与该塑料毡半成品相对彼此挤压，此时金属配对件的至少具有粗糙化和结构化的表面的区段被压入硬质塑料基质体系中并且金属配对件的粗糙化且结构化的表面的凹切用该硬质塑料基质材料填充，并且然后该塑料毡半成品的硬质塑料基质体系通过其加热而硬化，同时形成该材料复合物。

技术实现要素：

因此，从上述现有技术出发，本发明的基本目的是，给出一种上述类型的用于制造由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的、用在车辆中的构件的方法，一种根据上述方法制造的对应的构件，以及一种具有此类构件的车辆，它们能够简单且可靠地将热塑性部件结合到硬质塑料构件，其中能够实现将构件用在可见区域中。

根据本发明，此目的是通过下述1、9-10的实施方案来实现的，在下述2-8中给出了本发明的优选实施方案：

1.一种用于制造用在车辆中的由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的构件(22)的方法，该方法包括以下步骤：

提供第一和第二硬质塑料预浸料层(24，26)，

在该第一硬质塑料预浸料层(24)中制造切除部(28)，

在该切除部(28)的区域中在该第一与第二硬质塑料预浸料层(24，26)之间提供热塑性半成品层(30)，以及

用第一和第二硬质塑料层(34，36)和在该切除部(28)的区域中的热塑料层(38)来完成该构件(22)，其中该热塑性层(38)形状配合地固持在这两个硬质塑料层(34，36)之间。

2.根据前述1所述的方法，其特征在于，

该方法包括另外的步骤：将热塑性结构(40)通过该切除部(28)附接在该热塑性层(38)上。

3.根据前述2所述的方法，其特征在于，

将热塑性结构(40)通过该切除部(28)附接在该热塑性层(38)上的步骤包括在该切除部(28)的区域中热塑性注塑模制材料的注塑模制。

4.根据前述2或3之一所述的方法，其特征在于，

将热塑性结构(40)通过该切除部附接在该热塑性层(28)上的步骤包括借助于焊接来附接该热塑性结构(40)。

5.根据前述1-4之一所述的方法，其特征在于，

提供热塑性半成品层(30)的步骤包括提供热塑性有机板、热塑性膜或热塑性板。

6.根据前述1-5之一所述的方法，其特征在于，

提供第一和/或第二硬质塑料预浸料层(24，26)的步骤包括提供多个彼此上下放置的预浸料。

7.根据前述1-6之一所述的方法，其特征在于，

提供第一和第二硬质塑料预浸料层(24，26)的步骤包括提供基于由硬质塑料基质中的玻璃、芳族聚酰胺、碳或凯夫拉形成的纤维材料的硬质塑料预浸料层(24，26)。

8.根据前述1-7之一所述的方法，其特征在于，

提供热塑性半成品层(30)的步骤包括提供基于由热塑性基质中的玻璃、芳族聚酰胺、碳或凯夫拉形成的纤维材料的热塑性半成品层(30)。

9.一种用在车辆中的构件(22)，其中该构件根据前述1-8之一所述的方法由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制造。

10.一种车辆，具有根据前述9所述的由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的构件(22)。

因此，根据本发明给出了一种用于制造用在车辆中的由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的构件的方法，该方法包括以下步骤：提供第一和第二硬质塑料预浸料层，在该第一硬质塑料预浸料层中制造切除部，在该切除部的区域中在该第一与第二硬质塑料预浸料层之间提供热塑性半成品层，以及用第一和第二硬质塑料层和在该切除部的区域中的热塑料层来完成该构件，其中该热塑性层形状配合地固持在这两个硬质塑料层之间。

根据本发明还涉及一种用在车辆中的构件，其中该构件根据上述方法由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制造。

根据本发明另外给出一种具有由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制造的上述构件的车辆。

本发明的基本构思是，基于热塑性半成品层来提供热塑性材料层，该材料层能够实现由热塑性材料制成的部件向构件的结合。在此，在热塑性材料与硬质塑料层之间缺少化学键合的问题以如下方式解决，通过形状配合的连接将热塑性层与构件相连。由此不需要化学键合。由于通过仅穿过这些硬质塑料层之一(即穿过其中形成的切除部)而可接近该热塑性层，因此能够制造在一侧具有均一的硬质塑料层的构件。由此该构件也可以良好地用在可见区域中。

预浸料是英语中“预浸渍的纤维(preimpregnatedfibers)”的缩写形式并且由此涉及经预浸渍的纤维。预浸料是用反应树脂预浸渍的织物型纤维-基质半成品，该半成品在温度和压力下硬化以用于制造构件。反应树脂由典型地高黏度、然而仍未聚合的硬质塑料的塑料基质构成。所获得的纤维可以作为单一的单向层、作为织物或无纺布存在。预浸料例如提供为轨道状的并且在滚筒上辊轧。术语“预浸料”在此不仅包括单向增强的或平面的半成品，而且还包括其他的理论上任意构型的预成形件，该预成形件在最广泛的意义上由以纤维填充的、未硬化的硬质塑料基质构成。该基质在此位于部分交联的、所谓的b状态下并且是糊状至固态的，但也可以通过加热而再次流化。预浸料是可机加工的并且可以由此良好地被自动加工。它们在此可以实现构件的均匀的高品质。优点是其低波动和高纤维体积比例。通过在高温下硬化，可以实现短的周期时间。

理论上，预浸料包括所有的硬质塑料纤维-基质半成品。然而，术语“预浸料”限定为主要是用于环形纤维增强的硬质塑料半成品。作为纤维类型可以考虑不同的增强纤维。然而在实践中主要将玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、或芳族聚酰胺纤维用于加工预浸料。

热塑性半成品层涉及由带有热塑性基质的纤维半成品形成的层。此类材料具有的优点是，它们可以几乎任意次地加热并变形。另外它们是可焊接的。然而其低熔点导致其例如与硬质塑料半成品相比只有在相对低的温度下才能使用。人们将热塑性半成品例如区分为长纤维增强的热塑料(lft)、玻璃毡增强的热塑料(gmt)以及热塑性预浸料。

热塑性半成品层在此优选局部地形成在切除部的区域中。这意味着热塑性半成品层在切除部且另外地在邻接的区域上延伸。这减少了用于制造构件的材料耗费并且简化了制造。热塑性层由此仅在安排有切除部的位置形成。热塑性层延伸穿过切除部，以便保证硬质塑料层之间的稳定性(例如对于安置在其上的热塑性结构而言)。

这些硬质塑料预浸料层之一理论上也可以被限制在局部，例如为了遮盖热塑性半成品层以及保证将热塑性层固持在硬质塑料层之间。

在本发明的有利的设计中，该方法包括另外的步骤：将热塑性结构通过该切除部附接在该热塑性层上。热塑性结构或热塑性部件例如可以是用在汽车制造中的标准零件、尤其螺帽或紧固夹。对应的热塑性结构可以以不同方式提供并且附接在热塑性层上。由此可以提供能够与热塑性结构一起简单地用于安装和紧固的硬质塑料构件。

在本发明的有利的设计中，将热塑性结构通过该切除部附接在该热塑性层上的步骤包括在该切除部的区域中注塑模制热塑性注塑模制材料。也就是，热塑性结构可以例如通过注塑模制直接紧固在热塑性层处，其中热塑性结构的材料形成与热塑性层的材料的牢固连接。另一个可能性在于，首先通过注塑模制在热塑性层处安置中间元件，例如以便用热塑性材料填充挖空部或者构成理论上任意的用于安置热塑性结构的基底。

在本发明的有利的设计中，将热塑性结构通过该切除部附接在该热塑性层上的步骤包括借助于焊接来安置该热塑性结构。不同的焊接方法是已知的。例如热塑性结构可以通过超声波焊接而与热塑性层相连。焊接可以手动或优选自动进行。于是可以按所希望的、理论上任意的方式来预制热塑性结构，并且然后可以与构件相连。这能够在热塑性结构的设计中实现高自由度。无需存在复杂的模具或模型即可将热塑性结构安置在构件的所希望的位置。由于构件的不同的可行形式，通过注塑模制将热塑性结构直接安置在构件处可能比通过焊接来安置预制的热塑性结构更困难。

在本发明的有利的设计中，提供热塑性半成品层的步骤包括提供热塑性有机板、热塑性膜或热塑性板。有机板是纤维-基质半成品。这些半成品由嵌入到热塑性塑料基质中的纤维织物或纤维无纺布构成。热塑性基质的优点在于半成品的热变形能力和由此产生的与常规硬质塑料纤维复合材料相比更短的处理时间。对应地，有机板的加工是简单可行的。在一阶段过程中，将纤维材料加热、变形并且直接注塑另外的塑料元件。由此，为了此步骤只需要一台机器并且另外节省了时间。这种用于有机板的成形方法是从金属板加工中得出的，并且对于复合材料进行了进一步开发。通常使用的纤维材料是玻璃、芳族聚酰胺和碳(carbon)。在织物和无纺布的情况下，纤维还可以彼此成直角走向，从而能够准确限定有机板的机械特性如硬度、强度和热伸长率。与金属板不同，拉伸和压缩特性、以及其他机械和热学特性不是各向同性的。热塑性半成品层在此还可以作为预成形件提供。还可以以对应的方式使用热塑性膜或热塑性板，其中有机板是优选的。

在本发明的有利的设计中，提供第一和/或第二硬质塑料预浸料层的步骤包括提供多个彼此上下放置的预浸料。预浸料的数量可以依据需求而定，例如取决于所希望的强度来选择。第一和第二硬质塑料预浸料层在此可以彼此独立地包括不同数量的彼此上下放置的预浸料。

在本发明的有利的设计中，提供第一和第二硬质塑料预浸料层的步骤包括提供基于由硬质塑料基质中的玻璃、芳族聚酰胺、碳或凯夫拉形成的纤维材料的硬质塑料预浸料层。

在本发明的有利的设计中，提供热塑性半成品层的步骤包括提供基于由热塑性基质中的玻璃、芳族聚酰胺、碳或凯夫拉形成的纤维材料的热塑性半成品层。

对应的纤维材料具有高强度并且可以很好地加工。此外，对应的纤维材料在制造构件时能够实现良好的可成形性。对应的纤维材料的重量很好地适合于在汽车制造中节省重量。这相应地适用于热塑性半成品层以及每个硬质塑料预浸料层。

附图说明

下文将参照附图借助于优选实施例来示例性解说本发明，其中下文展示的特征可以分别单独地以及组合地形成本发明的一方面。

附图示出：

图1：以截面图示出根据现有技术的带有镗孔的硬质塑料构件和紧固到其上的热塑性结构的示意图，

图2：以透视图示出第一和第二硬质塑料的预浸料层(其中第一硬质塑料预浸料层具有切除部)以及热塑性半成品层的组件的示意图，用于制造根据本发明的第一优选实施方式的构件的硬质塑料构件，

图3：以透视图示出根据第一实施方式的从图2的组件制成的构件的示意图，该构件具有第一和第二硬质塑料层和热塑性层以及紧固在其上的热塑性结构，

图4：以截面图示出根据第一实施方式的图3的构件的图示，该构件具有紧固在其上的热塑性结构，

图5：示出根据第一实施方式的用于制造图3和4的带有紧固在其上的热塑性结构的构件的流程图。

具体实施方式

图5根据本发明的第一优选实施方式示出一种用于制造用在车辆中的由带有硬质塑料基质的纤维增强塑料制成的构件的方法。下面另外地参考图2至4描述图5的方法。

该方法以步骤s100开始。在步骤s100中开始提供用于制造构件22的组件20。图2示出组件20，其中在步骤s100中首先提供第一和第二硬质塑料预浸料层24、26。

硬质塑料预浸料层24、26涉及具有纤维的层，该纤维用反应树脂预浸渍。反应树脂由典型地高黏度、然而仍未聚合的硬质塑料的塑料基质构成。所获得的纤维可以作为单个的单向层、作为织物或无纺布存在。用于构成硬质塑料预浸料层24、26的预浸料在此提供为轨道状的并且在滚筒上辊轧。预浸料涉及单向增强的或平面的半成品，如还有其他的理论上任意构型的预成形件。预浸料层24、26在此实施为环形纤维增强的硬质塑料半成品，该半成品基于由在硬质塑料基质中的玻璃、芳族聚酰胺、碳或凯夫拉形成的纤维材料。该基质在此位于部分交联的、所谓的b状态下并且是糊状至固态的，但也可以通过加热而再次流化。

在步骤s110中，在第一硬质塑料预浸料层24中制造切除部28。切除部28在此具有矩形形状。切除部28例如可以用切割模具或冲裁模具来制造。

步骤s120涉及在该切除部28的区域中在该第一与第二硬质塑料预浸料层24、26之间提供热塑性半成品层30。热塑性半成品层30在此局部地形成在切除部28的区域中，其中热塑性半成品层30在切除部28且另外地在邻接的区域32上延伸。

热塑性半成品层30涉及由带有热塑性基质的纤维半成品形成的层。热塑性半成品在此可以实施为长纤维增强的热塑料(lft)、玻璃毡增强的热塑料(gmt)和热塑性预浸料。

热塑性半成品层30在此实施为热塑性有机板，也就是带有嵌入到热塑性塑料基质中的纤维织物或纤维无纺布的纤维-基质半成品。热塑性半成品层30在此基于由在热塑性基质中的玻璃、芳族聚酰胺、碳或凯夫拉形成的纤维材料来提供。

在步骤s130中制成构件22。为此，如在图2中展示，在温度和压力下将组件20硬化。在此还将热塑性半成品层30加热并成形。

基于具有两个硬质塑料预浸料层24、26和位于其间的热塑性半成品层30的组件20，在图3和4中展示的构件22构成为具有第一和第二硬质塑料层34、36以及在切除部24的区域中的热塑性层38。如尤其在图4中可以很好看到的，热塑性层38在制成的构件22中形状配合地固持在这两个硬质塑料层34、36之间。

在步骤s140中，热塑性结构40借助于超声波焊接通过切除部28紧固在热塑性层38处。热塑性结构40，也称为热塑性部件，在此是用在汽车制造中的标准零件、尤其螺帽或紧固夹。对应的用于自动化超声波焊接的方法是在现有技术中已知的。