用于制造纤维型坯的方法_4

文档序号:8448392阅读:来源:国知局
带有的粘结剂和/或基体材料活化,也就是说转变到发黏状态。该加热例如可以通过吹送热空气或者通过加热的环境空气、通过激光束或者通过红外线辐射来实现。在纤维束到达待制造的纤维型坯的表面上之后并且在冷却后,通过然后又重新固化的粘结剂固定所述纤维束。
[0047]根据本方法的另一种优选的实施形式,颗粒状或滴状的基体材料也可以以与纤维束分开但是却与纤维束同时的方式喷射到表面上和/或在表面上所铺放的纤维束上。这一点例如可以通过由加热源例如火焰或微波场或红外线场朝向表面喷射这种颗粒或液滴来进行。在此优选的是热喷射法,例如像在WO 98/22644或US 2009/0014119 Al中所述那样。
[0048]根据所述至少一条增强纤维条子所带有的粘结剂、在必要时所输入的基体材料和在纤维束铺放时的温度,在铺放纤维束后跟着的冷却步骤是有利的,以便使纤维型坯稳固。
[0049]根据本发明的方法,将增强纤维束铺放到表面上和/或在表面上所铺放的增强纤维束上,并且固定在表面上和/或在表面上所铺放的增强纤维束上以便形成纤维型坯。优选的是,该表面、也就是铺放面已经具有与所要制作的纤维型坯或由其制造的纤维复合材料结构件的轮廓相匹配的轮廓。
[0050]所述表面或铺放面可以是有孔的筛网,在该筛网上、必要时在同时加入基体材料的情况下铺放纤维束,或者向该筛网上喷射纤维束。在使用这种筛网的情况下,可以通过下述方式至少辅助于纤维束的固定,即:在筛网的与用于铺放纤维束的侧相背的侧上施加真空。通过这种方式将空气抽吸通过筛网,由此可以实现纤维束的固定。该表面也可以带有事先施加的、在铺放期间发粘的粘结剂材料或基体材料,从而由此确保纤维束的粘着性。该粘着性还可以在同时一起加入基体材料连同纤维束时通过该基体材料实现。
[0051]对于制造具有高纤维体积分数的纤维复合材料结构件而言有利的是,在根据本发明的方法中在增强纤维束的铺放步骤之后跟着的是压实/压紧步骤,其中将所铺放的增强纤维束压缩以得到较高的纤维体积分数。该压实步骤可以这样进行,即,将在铺放纤维束后所获得的型坯在模具中优选在升高的温度下暴露在升高的压力下、例如在压机中。同样也可以将在纤维束铺放后所获得的型坯封装入真空袋中,然后在施加真空的条件下和在升高的温度下进行压实。
[0052]在所述用于制造纤维型坯的方法的一种优选的实施形式中,使所述铺放头与可控的定位单元连接,利用该定位单元能够使该铺放头相对于表面运动。在一种设计方案中,所述铺放头可以通过位于机座上的曲臂机械手来连接并且可以借助于该曲臂和由该曲臂所保持的机械手关节在至少两个轴中相对于表面定位。在另一种设计方案中,所述铺放头可以通过关节头固定在龙门架中,并且可以绕至少两个轴相对于表面定位。优选的是,该铺放头可以在至少6个轴中和尤其优选绕至少9个轴定位。
[0053]在另一种实施形式中,用于供纤维束铺放在其上的表面是固定不动的,铺放头和表面之间的相对运动通过铺放头的运动或定位来实现。或者也可以是例如通过曲臂机械手使纤维束所铺放的表面运动,而铺放头固定不动。当然本发明方法也包括混合方案,其中例如使所述表面通过曲臂机械手绕例如6个轴运动并且所述铺放头同样也可例如绕3个轴定位。
[0054]由利用根据本发明的方法所制造的纤维型坯可以制造复合材料结构件,该复合材料结构件的突出之处是高纤维体积分数并进而高的特定机械性能、例如高强度。本发明因此还涉及一种在使用按照用于制造纤维型坯的本发明方法所制造的纤维型坯的条件下制造纤维复合材料结构件的方法,其包括以下步骤:
[0055]-向成型装置中装入按照本发明方法所制造的纤维型坯,
[0056]-给纤维型坯施加压力和/或真空和/或提高的温度来形成纤维复合材料结构件,
[0057]-冷却纤维复合材料结构件,
[0058]-从成型装置中取出纤维复合材料结构件。
[0059]根据在所使用的纤维型坯中存在的基体材料含量以及基体材料的种类,得出用于制造复合材料结构件的方法的不同实施形式。因此如果所使用的纤维型坯是按照本发明的方法在使用预浸料坯作为至少一条带有粘结剂的增强纤维条子的条件下制成的,并且所述预浸料坯具有约25%重量百分比以上的基体或粘结剂含量,那么可以经由之前所述的方法步骤通过直接压实来制造复合材料结构件,而无需输入另外的基体材料。同样例如,如果在制造纤维型坯时虽然以带有粘结剂的增强纤维的细带状的条子为原始材料,其中粘结剂的浓度比较小并且不足以制造具有连续基体相的结构件,但是在铺放纤维束之前或者在铺放纤维束过程中将加入额外的基体材料,那么复合材料结构件的制造也可以通过直接压实来实现。
[0060]在压力和/或真空以及升高的温度下用于压实的时间尤其与基体材料的种类有关。如果基体材料是热塑性聚合物或者热塑性聚合物的混合物,那么用于压实的时间可以保持得相对较短。在粘结剂和/或基体材料基于未固化的或者部分固化的热固性聚合物时,压实所需的时间取决于基体固化所需的时间。
[0061]如果在用于制造复合材料结构件的方法中使用的是如下纤维型坯,其中纤维束仅具有相对较小的粘结剂含量、例如在相对于带有粘结剂的增强纱线的2%至14%重量百分比的范围内并且所述粘结剂例如基于未固化的或者部分固化的热塑性聚合物或树脂,那么当在压力和/或真空下以及在升高的温度下进行压实以形成结构件之前,可以根据开头所述的用于灌注或注射基体材料的方法向所述成型装置中加入对于制造复合材料结构件还需要的基体材料。
【附图说明】
[0062]为执行根据本发明的方法,最适合使用下面要借助图1中的示意图进行阐述的铺放设备:
[0063]下面借助于附图中的示意图对根据本发明的铺放设备进行说明。附图示出:
[0064]图1示出带有铺放头的铺放设备的局部的侧视图。
[0065]图2示出图1的铺放设备的局部的等距视图。
[0066]图3示出带有曲臂机械手的铺放设备。
【具体实施方式】
[0067]图1示出了铺放设备的局部的示意图,其中铺放头I通过关节/铰接件2与可控的定位单元3连接。在此,与铺放头I连接有两个用于卷筒5的喂料装置4作为用于提供带有粘结剂的增强纤维的细带状的条子6的装置,所述喂料装置优选利用控制电机驱动。铺放头I与喂料装置之间的连接可以通过合适的支架进行(在此未示出)。
[0068]带有粘结剂的增强纤维的细带状的条子6从位于喂料装置上的卷筒5上退绕,并被输送绕过展平辊7,该展平辊优选实施为有凸度的。借助该展平辊7将条子6展平并且在必要时铺开。通过该展平辊7的有凸度的设计方案,同时可以实现对条子6的侧向引导。
[0069]条子6从展平辊7输入第一输送装置8,该第一输送装置在图1的铺放设备中由被驱动的辊对组成。在此,下辊9利用张紧装置10压抵在被涂胶的上辊11上,从而能够无滑移地进行条子6的输送。
[0070]在经过第一输送装置8之后,所述条子6被输入纵向分割装置12,在该纵向分割装置中将条子6沿其延伸方向切割成分条子13。对此起作用的是多个转动的分割盘14的布置结构,待分割的条子6利用两个对力进行控制的夹紧辊15以特定的力压抵在所述分割盘布置结构上。在纵向分割装置12中获得的分条子13被输入同样实施成被驱动的辊对的第二输送装置16。通过调节第二输送装置16与第一输送装置8之间的速度差,即:将第二输送装置16的输送速度调节得比第一输送装置8的输送速度略高,可以向条子6和分条子13上施加特定的张力,由此获得在纵向分割装置12中的改善的切割结果。
[0071]第二输送装置16的下辊17同时用作定长切割单元18的对应辊,该定长切割单元在本示例中实施为旋转式横切机,该定长切割单元包括切割辊19和对应辊17。在定长切割单元18中将分条子
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