纤维复合构件及其制造方法和制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于树脂注射方法以制造长形的纤维复合构件的装置。此外本发明涉及一种用于制造长形的纤维复合构件的方法以及对应的纤维复合构件本身。
【背景技术】
[0002]由现有技术已知，由纤维加强的塑料制造纤维复合构件。所述制造的可能性在于，将干燥的纤维材料在适合的装置中以树脂渗入，然后在施加压力和热量的情况下使压力和基质树脂硬化并且这样制造纤维复合构件。
[0003]为此目的，纤维材料、例如碳或玻璃或类似物的各个层被裁剪并且彼此重叠地堆叠。这些纤维层通常以可以以液体或固体形式、例如粉末存在的粘合剂彼此固定，以便避免各个纤维层彼此间无意的打滑。各个纤维层此后或在堆叠之前被裁剪并且必要时已经预成型。也就是说，它们已经获得构件的最终形状或至少与最终构件的形状类似的形状。该半成品称为预成型坯。
[0004]预成型坯放入通常包括上模具和下模具的模具中，所述上模具和下模具分别可以一件式或多件式地实施。在放入预成型坯之后，模具闭合并且液体的基质树脂注射到模腔中。作为基质材料通常使用对于本领域技术人员已知的热塑性的和热固性的材料。基质材料的选择在此决定性地被完成的构件的预定的机械特性影响以及被液体的基质材料的对于制造决定性的特性、例如粘性影响。
[0005]基质材料然后完全渗透纤维层，其中优选希望均匀的浸透。为了辅助纤维层的浸透，通常通过连接的真空栗将负压产生到模具的模腔中，由此也应该最小化在完成的构件中的不希望的空气夹杂的危险。同时这用于辅助纤维层的浸透。
[0006]一旦模具的模腔完全由基质材料填充，则停止基质材料的流入并且开始基质材料的硬化过程。在压力和热量的影响下基质材料交联并且形成固体材料。
[0007]模具的模腔的内轮廓在此这样构造，使得其对应于完成的构件的外轮廓。
[0008]在构件完全或几乎完全硬化之后，所述构从模具中取出并且必要时在炉中完成地硬化。此后进行必要时后续的工作步骤，如去毛刺、裁剪或抛光，由此构件最终完成。
[0009]在该制造方法中尤其重要的是，纤维材料在硬化之前完全由基质材料浸透。如果不是这种情况，例如当气泡在模腔中并且尤其是在纤维层之间和之中被封入时，则存在在完成的构件中保留干燥纤维层的危险。这样的制造缺陷即使很小也导致这样的构件在动态负载时使用寿命的强烈减小。在干燥的纤维层的区域中存在危险:纤维本身容易撕破或各个纤维层分层。同样对应的缺陷处形成在过强负载时在构件中造成裂纹和因此破裂的诱因。
[0010]这样的缺陷处的原因经常在于纤维材料被基质材料不均匀浸透。浸透不是统一地在所有方向上发生，而是优选基质材料在各个纤维层的平面中扩散。在那里流动阻力是最小的，从而流动前沿纤维层的平面中可以最快速地扩散。垂直于纤维层的平面，也就是说穿过各个纤维层的流动阻力特别高，因为在这里不存在直线连续的流动通道。这表示，从浇口点出来，离浇口最近的纤维层非常快速并且顺利地浸透，反之进一步远离浇口的纤维层在之后才被浸透，基质材料在所述浇口点引入模腔中。
[0011]在图1和2中示意性阐明这一点。图1和2示出现有技术的用于树脂注射方法以制造纤维复合构件的装置。示出用于树脂注射方法的包括上模具2和下模具3的装置1，各个纤维层6的堆叠放入所述上模具和下模具的模腔5中。通过浇口 4注射基质材料，所述基质材料沿确定的扩散方向7扩散到模腔5中。由图1明显的是，扩散平行于纤维层6的平面或在纤维层6之间非常快速地进行，并且更确切地说，纤维层6越靠近浇口 4定位，则越快速。纤维材料垂直于纤维层6的平面的渗透较缓慢地发生，从而进一步远离浇口 4设置的纤维层6被较缓慢地浸透。
[0012]尤其是基质材料在模腔5的内壁8和在与之紧接的第一纤维层6之间的扩散特别快速。这导致，基质材料可以围绕整个纤维层堆叠环流并且如在图2中示出的可以从纤维层堆叠的端部区域9再次朝浇口 4的方向流回。由此导致空气夹杂10，因为在模腔5存在的剩余空气不再能从装置1中逸出，而是被包围在彼此相向的流动前沿之间。在这里各个纤维层6保持干燥并且形成以上所述缺陷处。
[0013]为消除该问题，现有技术已知多个解决方案。例如DE19850462A1公开一种用于制造塑料成型件的模具，所述模具设有在模具的内壁上的流动通道。通过流动通道，基质材料定向地在模具的内部空间中扩散。基质材料在此从侧面在模具的两个半部之间喷射到模腔中。
[0014]DE102012215189A1说明一种用于制造具有变化的厚度的纤维复合构件的成套模具。在这里纤维复合材料的不同厚的区段的程度不同的浸透的问题如下解决，即唯一的浇道具有与构件相应的厚度协调的横截面积。在纤维复合构件较厚的区段中，浇道的横截面也较大地构造，以便提供较大量树脂用于浸透目的。
[0015]两个所述装置虽然允许在相应的情况中达到复合构件的均匀浸透，但正是对整个纤维材料堆叠的周围冲刷和由此引起的干燥位置在完成的构件中由此不被阻止。尤其是在厚的构件中这样的制造缺陷加强地出现。随着纤维材料堆叠的上升的层数，基质材料垂直于纤维层的平面将材料浸透的能力下降。已经从6?8层构件厚度，强烈地使渗透变得困难。于是已经从该层数谈到厚的构件。附加地浸透随着纤维的上升的充填密度变得困难。
[0016]同样有问题的是以下纤维材料堆叠的浸透，所述纤维材料堆叠在纤维材料的一个或多个层之间嵌入地具有其他材料的附加层或核芯。在此可以例如涉及用于加强要制造的构件的金属层。例如可设想，这样构造纤维堆叠，使得在6?8层纤维材料之后跟随一个金属材料的中间层，所述中间层又通过另外6?8层纤维材料遮盖。也在这里完全的预成型坯的浸透只可困难地实现。
【发明内容】
[0017]本发明的任务是，提供一种装置，所述装置在制造纤维复合构件时允许纤维材料的均匀浸透。同样应该提供一种方法，借助所述方法可以均匀浸透纤维构件。此外提出一种对应的纤维复合构件。
[0018]涉及装置的任务通过按照权利要求1的用于树脂注射方法的装置解决。所述装置的特别设计在权利要求2至9中说明。
[0019]该任务的方法技术部分通过按权利要求10的用于制造纤维复合构件的方法解决。该方法的优选实施方式在权利要求11和12中说明。
[0020]此外本发明涉及一种按照权利要求13或14所述的长形的纤维复合构件。
[0021]因此该任务解决于一种用于树脂注射方法以制造长形的纤维复合构件、尤其是机动车用板簧的装置，所述装置具有上模具和下模具，上模具和下模具共同形成用于接纳纤维层堆叠的模腔，模腔的内轮廓基本上对应于要产生的纤维复合构件的外轮廓。此外所述装置具有用于将基质材料引入模腔中的浇口，该浇口设置在所述装置的中间区域中。在模腔的内壁上设置有用于运输基质材料的流动通道，第一种流动通道从浇口出发沿模腔的纵向方向延伸至模腔的边缘区域。此外设置用于安装真空栗的排出口。本发明的特征在于，在模腔的边缘区域中设置有用于提高在纤维层堆叠的端部区域中的纤维密度的构件。
[0022]长形的纤维复合构件如下定义:其空间的沿一个方向(X方向)的伸展尺寸比沿另两个空间方向(Y方向、z方向)的伸展尺寸大得多。X方向在此也称为纤维复合构件的纵向方向。
[0023]各个纤维层如以上说明地被裁剪并且组成纤维层堆叠。该堆叠引入装置的模腔中并且在装置闭合之后用基质材料渗入。
[0024]模腔的内轮廓在此基本