[发明专利]层状半成品及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状半成品，用以进一步加工成纤维增强复合部件，以及一种生产该半成品的方法。

背景技术

从现有技术中已知由技术织物和热塑性塑料材料组成的纤维增强复合材料。也已知扁平半成品，诸如预浸料坯和半浸料坯，这些半成品由彼此互连但仍未互相固结的织物和热塑性层或者有机片组成。这些半成品的生产通常以连续的过程发生，例如采用压力和温度的双带压，包括至少部分地熔化热塑性塑料，并且将其连接至织物。这种预固结导致关于不同热塑性塑料、层厚度或纤维层和纤维定向的使用的约束，这是因为个别层之间的粘合可能受这种预固结影响。

这种半成品通常用于为用户生产例如车辆制造或航空航天技术领域中的复杂结构。为了生产由纤维增强复合材料制成的一种完成部件，通常将若干这些半成品在模具中或上堆叠在彼此之上。由于考虑胶合或部分固结而存在于热塑性塑料和织物层之间的稳固粘合，在该阶段，半成品的冷成形性非常受限。这需要在预成形期间，也就是说甚至是在实际成形步骤之前，已经将半成品加热至热塑性塑料的熔融温度，其中通过提高半成品的温度，使半成品本身并且彼此固结和硬化。

在该背景下，术语“以固结”和“固结”的意思是，使纤维增强复合材料硬化(固化)。这可部分地(部分固结)或完全发生。当未发生硬化过程时，就将该纤维增强材料称为未固结的。

由当前半浸料坯和预浸料坯的结构导致的这两个加热过程不仅能量上不利，而且随着将半成品结合在一起在个别层之间导致截留更多空气。这可对完成部件的机械性能和美感两者具有负面影响。

为了避免这些气穴，通常在降低的压力下将半成品结合在一起。

在该背景下，公开WO2001/000405 A2描述了下列方法，其中将部分固结的预浸料坯吸入真空袋，并且在其中加热，以移除预浸料坯层之间截留的空气。与空气移除同时发生的加热确保了纤维材料完全浸透热塑性塑料，并且最终，层的固结产生完成部件。同样地，在该情况下，预浸料坯的预固结导致不良冷成形性，该不良冷成形性使得在预成形期间必需预熔化。另外，仍由终端用户提供用于排空空气的全部技术设备和其它费用。

在任何情况下，在真空袋中将半成品以及也可能的模具包封都意味着增加用户的劳动和技术努力。为了使得终端用户尽可能简单地排空层结构的空气，已经从现有技术已知一些半成品具有最优化结构，以在真空袋中排空空气。

在该背景下，公开EP 2 085 212 A1描述了一种多层的纤维增强扁平热塑性材料，其核心包含具有通风开口或管的层，使得在压缩和固结扁平材料期间，被截留的空气可更好地逸出。然而，在该情况下，多层扁平材料的个别层稳固地结合在一起；例如，在对覆盖层加热后，覆盖层被压紧，因而将覆盖层胶合至剩余的扁平材料。后来的预固结导致扁平材料的冷成形性不良。此外，与成形步骤一起，或在成形步骤后不久从层中排空空气仍涉及复杂的技术设备。

为了给终端用户解除负担，已经从现有技术已知一些方法，其中在真空下进行半成品的生产，因而已经在生产期间使它们排空。

公开DE 41 15 831 A1描述了一种生产扁平复合材料的连续方法，其中，层状的扁平材料被加工成管状膜。由热塑性塑料和增强纤维的织物制成的个别层被容纳在一串连续管道中，该串连续管道的边缘平行于进给方向地稳固地结合在一起。然后，当堆叠层穿过压机时，分别进行层状扁平材料的连续管道的排空。在该压机中，以关于进给方向的直角密封管状膜，并且加热和熔化基体热塑性塑料。因而，在扁平材料固结或预固结的同时，进行对扁平材料的排空。在第一种情况下，预浸料坯的复杂排空对于用户而言是一个问题；在第二种情况下，结果又为不良冷成形性的预固结半成品。

另外，已知的半成品不适合，或者仅以非常有限的方式适合于生产具有复杂几何的部件。有时出现下列问题，即当被布置在压机中时，或者一旦封闭压机以便固结半成品时，半成品就移动，或者由于它们的复杂几何而不平坦地适配。

迄今为止，从现有技术已知的半成品没有一个组合了对于生产具有极好特征谱的复杂部件必需的那些特性。这些特性特别包括：良好的悬垂性；避免纤维滑动；和防止半成品中的气穴。这同样应用于由已经使用基体材料对其预浸渍的增强纤维织物制成的从现有技术已知的预浸料坯、层状结构，以及具有由增强纤维织物和基体材料制成的表面结合层的已知半浸料坯、层状结构。

发明内容