[发明专利]用于加固夹层结构的芯部材料的制造方法以及所述夹层结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于加强夹层结构的、在夹层结构的厚度方向上贯穿的加固结构的构造和制造。

本发明适合于加强夹层结构。夹层结构可以优选由纤维塑料复合材料制成，其包括由纺织物半成品构成的覆盖层(图1；3和5，例如织物、布、垫子等)、芯部材料(图1；4和5，例如聚合物泡沫材料)和聚合物的矩阵材料(热塑性或热固性塑料)。夹层结构是分层构成的结构，其由相对薄的上覆盖层(图1；3)和下覆盖层(图1；5)以及较低的堆积密度的相互较厚的芯部层(图1；4)构成。

借助于本发明，借助于在厚度方向上贯穿的加固结构显著提高芯部材料的横向的(例如在z方向上的抗压强度或抗拉强度和抗压刚度或抗拉刚度；在xz及yz平面内的抗剪刚度及抗剪强度；在覆盖层和芯部之间的抗剥离性能；破损安全特性)和面内的机械特征(例如朝板平面的方向的刚度和强度)。

背景技术

所以至今已知用于在厚度方向上加固夹层结构的制造方法，例如双骑马订缝纫技术、暗缝缝纫技术或双针缝纫技术以及簇绒法，共同点在于加固元件(例如缝纫线、粗纱)与针共同地引入夹层结构内。在传统的纺织物类型的缝纫件中，包含缝纫线的针的引入和紧接着的拉出缝纫针并且将缝纫线留在缝纫孔内由于纺织物的弹性恢复效果通常不产生问题。然而在具有聚合物硬泡沫材料作为芯部材料的夹层结构中，包含缝纫线的针的引入导致蜂窝形的结构的破坏，并且由于塑性和弹性变形导致聚合物的硬泡沫材料的变形至缝纫针直径的大小。

在拉出缝纫针和将缝纫线留在缝纫孔内后，由于蜂窝壁的弹性的变形部分导致贯通孔的直径的减小，由此芯部孔直径再次小于缝纫针直径(见图2)。在芯部中所产生的贯通孔的直径和所使用的缝纫针之间形成一个几乎线性的关系(图2)，即缝纫线直径越大，则在芯部中形成的贯通孔越大。此外，缝纫线用于附加地扩宽芯部孔直径。所述附加的扩宽大致对应于缝纫线(图2)的横截面面积。在此也适用的是，所使用的缝纫线的横截面面积越大，那么附加的扩宽也越大。

在将液体的矩阵材料(matrix material)注入夹层结构并且紧接着硬化后，可以借助于显微检查确定芯部孔直径以及芯部孔内的缝纫线纤维体积含量(Faservolumengehalt)。对借助于双骑马订(Doppelsteppstich)缝纫技术和利用直径为1.2mm的、具有62g/km线性质量的芳香族聚酰胺线的缝纫针缝合的夹层结构的试验表明，在唯一一次刺入时在芯部材料中所产生的树脂柱的直径(约1.7mm)大于未注入的夹层结构所测定的芯部孔直径(约1.1mm；见图2和图3)。原因在于，通过缝纫针的刺入在缝纫针直径范围相邻的蜂窝壁被损坏。在接下来的渗透过程中可以将树脂渗入这些具有约0.7mm的平均直径的敞开孔内(图4)。

在应用双骑马订缝纫技术时每次刺入总是在夹层结构的z方向上引入两个缝纫线(见图4和图5)。为了提高贯通孔内的缝纫线体积含量并且因此提高加固作用，可以将业已缝合的位置再次或多次缝合。然而在此业已位于芯部孔内的缝纫线可能由于缝纫针的重新刺入被损坏。借助于显微观察可以确定，缝纫线体积含量不能按照期望地与刺入的数量成比例地上升(图3、4和5)。原因在于，随着刺入和引入的缝纫线的数量的提高，芯部孔的直径不保持恒定，因为芯部孔直径通过附加地引入缝纫线大约加大了纱线横截面面积(图3，虚线)。然而同样仍然确定，在非常高的刺入数量时真实的曲线走向(图3，实线)才遵循这个理论。而在非常小的刺入数量时芯部孔的直径不成比例地强烈上升。原因在缝纫机的定位精确度。如果重新到达需要被缝合的位置时，那么缝纫针不会精确定心地刺入业已存在的孔内，而是在定位精确度的范围内较小地向旁边偏离，由此芯部孔不成比例地加大。在大致八次刺入相同的芯部孔内后，其业已被如此强烈地加宽，使得缝纫针进入存在的孔内，对蜂窝壁不产生附加的损坏。在进一步刺入时，扩宽仍然仅通过附加引入的缝纫线实现。在图4和5中示出随着缝纫线的数量的增多，芯部孔内缝纫线体积含量的可能的升高。图4中的黑色曲线描述了在芯部孔直径恒定时缝纫线体积含量的成比例的上升；根据上述的精确定位精度的理论和由于引入的缝纫线附加扩宽芯部孔直径，黑色的点化线描述了随着缝纫线或刺入的数量的升高，缝纫线体积含量的真实走向。在唯一的刺入时可以仅仅获得约3.2％的纤维体积含量，其通过直至10倍的刺入仅可以提高至约20％(图4和图5)。而一个单个的缝纫线束的纤维体积含量大约为58％(见图5)。