用于制造纤维复合构件的方法以及纤维复合构件与流程

本发明涉及一种用于制造用于机动车的纤维复合构件、尤其是碳构件的方法。本发明还涉及一种用于机动车的纤维复合构件、尤其是碳构件。

背景技术：

遵守气候目标以及保护资源是开发机动车时的驱动因素。在此，中心方面是减少内燃机的排放以及减少燃料消耗。为了实现这些目标，除了持续进一步开发驱动方案之外，降低机动车的总重量是重要的。用于减轻机动车重量的一种措施是使用替代材料，例如纤维增强的塑料、尤其是纤维复合构件。纤维复合构件具有相对于自重特别有利的机械特性并且越来越多地取代机动车的板材构件，例如车身薄板、隔板、仪表板或类似物。

纤维复合构件具有以下缺点：它们只能非常耗费地制造并因此相对昂贵。制造提出更高的视觉要求的纤维复合构件、即尤其是从外部清楚可见地设置在机动车上的纤维复合构件是特别复杂以及成本高昂的。

为了制造纤维复合构件已知许多不同的方法，例如预浸料坯-高压釜-方法或rtm-方法。“预浸料坯”理解为一种纤维-基质-半成品，该纤维-基质-半成品不仅具有增强纤维，例如碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或类似物，而且具有基质材料，例如树脂。在预浸料坯-高压釜-方法中，首先提供由增强纤维构成的纤维束、纤维薄板、纤维织物、纤维编织物或类似物并且利用基质材料浸渍。由此产生的预浸料坯在下一个方法步骤中设置在压力室、所谓的高压釜内并且在压力下必要时成形以及在压力和温度下硬化。通过压力室内的强烈的压力形成以及高温，多层的预成形件的各个层被彼此挤压和硬化。rtm代表“resintransfermoulding(树脂传递模塑)”并且也被称为压铸。在rtm方法中，将由增强纤维制成的预成形件引入到压铸模具中并且紧接着在压力和升高的温度下将基质材料喷射到压铸模具中。在这种情况下，基质材料也渗入到预成形件中。在压力和温度下，以这种方式制造的构件硬化。

在所有方法中，通常需要随后的轮廓切割，以便将制造的构件在边缘区域中清除突出的纤维剩余物以及将其置于最终的构件形状。经常在另一个工作步骤中，将成形元件设置在构件上并且与构件粘接。这种成形元件例如可以构造为耳柄、钩、凸肩、夹子或类似物。这个过程非常耗时并且因此增加了这种纤维复合构件的制造成本。为了精加工纤维复合构件的表面，随后通常对纤维复合构件的表面进行后处理，例如涂漆来精加工表面。以这种方式，可以改善表面的视觉外观和/或耐抗性、尤其是相对于介质、uv辐射等的耐抗性。这种后处理也导致纤维复合构件的附加成本。

用于制造纤维复合构件的已知的方法尤其是具有如下缺点：这些纤维复合构件成本高并且相对费时。这些方法通常不适用于连续生产的短周期。出于这个原因，这些方法仅很难在工业运行中建立并且不适合或至少仅非常有限地适合于大批量生产。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是，在用于制造用于机动车的纤维复合构件、尤其是碳构件的方法中以及在用于机动车的纤维复合构件、尤其是碳构件中消除或至少部分地消除上述缺点。本发明的任务尤其是，提供一种用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法以及一种用于机动车的纤维复合构件，所述方法和纤维复合构件以简单且成本有利的方式和方法保证减少制造时间和/或在纤维复合构件中改善的构件表面。

上述任务通过权利要求来解决。根据本发明的第一方面，该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法来解决。根据本发明的第二方面，该任务通过一种具有权利要求10的特征的用于机动车的纤维复合构件来解决。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此结合按照本发明的用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法说明的特征和细节，也适用于按照本发明的用于机动车的纤维复合构件，并且相应地反之亦然，从而关于对各个发明方面的公开总是相互参考或可以相互参考。

根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法来解决。该方法具有以下步骤：

——提供纤维复合半成品，其中，该纤维复合半成品具有增强纤维以及基质材料，

——将纤维复合半成品设置在第一膜片与第二膜片之间，

——通过借助挤压装置将纤维复合半成品与第一膜片和第二膜片一起挤压使纤维复合半成品成形为纤维复合成形件，并且

——加固纤维复合成形件以用于制造纤维复合构件。

待制造的纤维复合构件具有增强纤维并且优选构造成碳构件。因此，这种纤维复合半成品具有碳纤维作为增强纤维。替代地或附加地，纤维复合半成品可以具有芳族聚酰胺纤维和/或玻璃纤维或类似物作为增强纤维。纤维复合半成品优选板状地构造并且例如可以具有矩形的、尤其是正方形的、椭圆形的、尤其是圆形的或几乎任意构造的基面。此外，按照本发明，纤维复合半成品具有可硬化的基质材料。优选地，基质材料能够这样熔化和/或塑化，使得增强纤维在此未受到损坏。

随后将所提供的纤维复合半成品设置在第一膜片与第二膜片之间。优选地，第一膜片在此水平地或基本上水平地设置，从而将纤维复合半成品以其基面放置在第一膜片上。例如可以将第一膜片放置在模具下半部或者凹模上。然后将第二膜片放置在纤维复合半成品上并且因此放置在第一膜片上。以这种方式产生如下的布置结构，该布置结构也可称为夹层布置结构或双隔膜布置结构。第一膜片和第二膜片优选张紧或至少无波纹或无折叠地设置，以避免在该方法的进一步的过程中损坏纤维复合半成品的表面。优选地，所述膜片具有比纤维复合半成品的基质材料的熔点高的熔点。

随后通过借助挤压装置将纤维复合半成品与第一薄膜片和第二薄膜片一起挤压使纤维复合半成品成形为纤维复合成形件。在此，例如通过挤压装置的凸模或者模具上半部将压力施加到第二膜片上。由此，将第二膜片压靠到纤维复合半成品上，将纤维复合半成品压靠到第一膜片上并且将第一膜片压靠到凹模或者模具下半部上。模具上半部和模具下半部优选共同构成待制造的纤维复合构件的阴模。通过第一膜片和第二膜片避免或减少了在纤维复合半成品与挤压装置之间的剪切应力，使得纤维复合半成品的表面在成形时不会受到损坏或仅最小地受到损坏。

在接下来的方法步骤中加固纤维复合成形件。所述加固优选在挤压装置内部在压力下和/或温度作用下、尤其是通过冷却进行。为此，挤压装置例如可以具有冷却装置，该冷却装置尤其是构造用于冷却凸模和/或凹模或者模具上半部和/或模具下半部。被加固的、尤其是硬化的纤维复合成形件可以已经是待制造的纤维复合构件。按照本发明可以规定，为了制造纤维复合构件，分离、尤其是切割纤维复合成形件的尤其是在边缘区域处的伸出的材料。附加地或替代地可以规定，纤维复合成形件为了制造纤维复合构件在接下来的方法步骤中经受表面处理、尤其是涂漆或涂层，例如用于提高uv耐抗性、流体耐抗性、防污性等。

按照本发明的用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法相对于传统的方法具有以下优点：能够用简单的器件以及成本有利地制造纤维复合构件、尤其是碳构件，所述纤维复合构件具有特别规则的表面并且也特别适合于工业进一步加工。由于可实现的高表面质量，因此在制造纤维复合构件时可以至少部分地放弃用于调质或精加工表面的耗费的再加工步骤。借助按照本发明的方法可以减少用于制造纤维复合构件的全程运行时间和成本，从而该方法也可以在大批量生产的范围内经济地使用。

优选地，将所提供的纤维复合半成品提供作为织物，其中，基质材料具有热塑性材料。优选地，基质材料是热塑性材料。热塑性材料例如可以通过渗透、浸渍或通过熔池、优选与双砑光机相互作用而被引入到织物中。优选地，将织物嵌入到热塑性材料中。附加地或替代地，可以将热塑性材料作为热塑性纤维设置在织物中。除了热塑性材料之外，纤维复合半成品优选不具有非热塑性基质材料。按照本发明可以规定，纤维复合半成品在至少一个区域中具有比在其余区域中更高的热塑性材料的浓度，以便有利于尤其是在后续的注塑工艺中在该区域上连接附加的热塑性材料。在成形时，优选这样加热纤维复合半成品，使得热塑性材料熔化或塑化，以便有利于纤维复合半成品的成形并且确保所制造的纤维复合构件在硬化之后的形状稳定性。具有热塑性材料的织物具有以下优点：所述织物能够以简单以及成本有利的方式在按照本发明的方法的范围内加工成纤维复合构件。因此，根据本发明的方法在工业大批量生产中的可应用性得到改进。

在按照本发明的方法的一种优选的设计方案中可以规定，使用聚碳酸酯作为纤维复合半成品的热塑性材料。聚碳酸酯具有可容易地和成本有利地获得的优点。此外，聚碳酸酯可以良好地熔化和硬化。优选如下聚碳酸酯，所述聚碳酸酯在硬化之后具有玻璃外观或者是透明的，因为所述聚碳酸酯特别适合用于增强纤维、尤其是碳纤维的嵌入以及视觉升值。

优选的是，将纤维复合半成品在硬化之前加热，使得热塑性材料被塑化。热塑性材料的加热优选通过在挤压模具中成形时加热纤维复合半成品来进行。优选地，所述加热在成形之前就已经进行，以便改善纤维复合半成品的可成形性。

优选地，所述织物构造成平纹组织或斜纹组织。这种织物具有高的粘结性并且能够特别好地被储存和处理。这种织物具有均匀的结构，即使在第一膜片与第二膜片之间的纤维复合半成品成形时，所述结构也不会受到负面影响或仅轻微地受到负面影响。

根据本发明的一种优选的进一步改进方案，在一种方法中可以规定，第一膜片和/或第二膜片在朝向纤维复合半成品的一侧上具有光滑涂层(或简单涂层)。优选地，两个膜片都具有这种光滑涂层。光滑涂层是功能性的涂层，所述功能性的涂层有利于膜片从纤维复合构件上脱落。优选地，这样选择光滑涂层，使得光滑涂层降低膜片与纤维复合构件之间的摩擦。优选如下光滑涂层，所述光滑涂层在热塑性材料熔化或塑化时不会与该热塑性材料形成粘结，以便不会对所制造的纤维复合构件的表面质量产生负面影响。借助光滑涂层可以制造具有特别均匀的表面以及特别均匀的织物结构的纤维复合构件。

在按照本发明的方法中可以规定，在一起挤压之前在第一膜片与纤维复合半成品之间和/或在第二膜片与纤维复合半成品之间设置有分离薄膜。分离薄膜是作为中间层可以被用于降低摩擦以及用于降低粘附力的薄膜。所述分离薄膜优选构造成，在热塑性材料熔化或塑化时不会与该热塑性材料形成粘结，以便不会对所制造的纤维复合构件的表面质量产生负面影响。优选地，分离薄膜具有高于热塑性材料熔点的熔点。借助这种分离薄膜可以制造具有特别均匀的表面以及特别均匀的织物结构的纤维复合构件。

优选使用如下第一膜片和/或第二膜片，所述第一膜片和/或第二膜片具有弹性体和/或硅树脂或者由弹性体和/或硅树脂构成。这种膜片具有比热塑性材料更高的耐温度变化性以及高的可成形性，从而这种膜片可以容易地适应纤维复合半成品的成形。

进一步优选地，在接下来的方法步骤中，借助注塑装置将至少一个成形元件喷射到纤维复合成形件上。在此优选的是，将成形元件喷射到纤维复合成形件的具有相对高份额的热塑性材料的区域上。通过喷射，耗费地粘贴成形元件变成多余的。此外，所述喷射具有如下优点：由此可以实现在成形元件与纤维复合成形件之间的材料锁合的连接，该连接具有特别有利的物理特性，例如降低的切口效应、高的强度或类似特性。

根据本发明的第二方面，所述任务通过一种用于机动车的纤维复合构件、尤其是碳构件来解决。所述纤维复合构件尤其是构造成用于机动车的车镜盖、通风包覆件、车身包覆件构件或内饰构件，例如仪表板。按照本发明，该纤维复合构件通过按照本发明的方法来制造。

在按照本发明的用于机动车的纤维复合构件中得到已经在前面针对根据本发明的第一方面的用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法所描述的所有的优点。因此，按照本发明的纤维复合构件相对于传统的纤维复合构件具有以下优点：所述纤维复合构件能够用简单的器件以及成本有利地制造，使得所述纤维复合构件具有特别规则的表面并且也特别适合于工业进一步加工。由于可实现的高表面质量，因此在制造纤维复合构件时可以至少部分地放弃用于调质或精加工表面的耗费的再加工步骤。按照本发明的纤维复合构件需要相对短的全程运行时间来制造并且在此造成相对低的成本。因此，纤维复合构件也可以在大批量生产的范围内经济地来制造。

附图说明

下面借助附图详细阐述按照本发明的用于制造用于机动车的纤维复合构件的方法以及按照本发明的用于机动车的纤维复合构件。在附图中，分别示意性地示出：

图1以侧视图示出所提供的纤维复合半成品，

图2以侧视图示出在成形和加固期间的纤维复合成形件，

图3以侧视图示出制成的纤维复合成形件，以及

图4以侧视图示出制成的纤维复合构件。

具体实施方式

具有相同功能和作用方式的元件在图1至图4中分别设有相同的附图标记。

在图1中示意性地以侧视图示出所提供的纤维复合半成品2。纤维复合半成品2具有由增强纤维3和基质材料8构成的织物，所述基质材料具有热塑性材料。由增强纤维3构成的织物在该示例中被嵌入到基质材料8或热塑性材料中。纤维复合半成品2设置在第一膜片4与第二膜片5之间。在第一膜片4与纤维复合半成品2之间以及在第二膜片5与纤维复合半成品2之间分别设置有用于降低摩擦系数的分离薄膜9。

在图2中，借助挤压模具7将图1中的纤维复合半成品2成形为纤维复合成形件6。为此，将设置在第一膜片4与第二膜片5之间的纤维复合半成品2设置在挤压模具7的凸模11与凹模12之间。通过凸模11和凹模12的共同运动以及在引入热量的情况下使基质材料8或热塑性材料塑化并且使纤维复合半成品2成形。通过加固，基质材料8或塑化的热塑性材料凝固，使得纤维复合成形件6具有形状稳定性并且可以从挤压模具7中被取出。

图3示意性地以侧视图示出所制造的、从挤压装置7中取出的纤维复合成形件6。第一膜片4、第二膜片5以及分离薄膜9从纤维复合成形件6上脱落并且可以被再使用以用于制造另一个纤维复合成形件6。此外，增强纤维3作为织物存在，其中，基质材料8或热塑性材料填充该织物的间隙并且将织物保持在一起。在该示例中，用于制造纤维复合构件1的纤维复合成形件6经受另一个方法步骤。替代地，例如可以规定，纤维复合成形件6已经形成待制造的纤维复合构件1。

在图4中示意性地以侧视图示出制成的纤维复合半成品1。纤维复合构件1与图3中的纤维复合成形件6的区别在于成形元件10，该成形元件例如通过注塑工艺被喷射到纤维复合成形件6上。成形元件10的材料优选对应于纤维复合半成品2的基质材料8或热塑性材料，从而可以实现在成形元件10与纤维复合成形件6之间的最佳连接。

附图标记列表

1纤维复合构件

2纤维复合半成品

3增强纤维

4第一膜片

5第二膜片

6纤维复合成形件

7挤压装置

8基质材料

9分离薄膜

10成形元件

11凸模

12凹模