Многослойная деталь
Изобретение относится к конструктивным деталям и касается многослойной детали, используемой в качестве плоского элемента механического транспортного средства. Деталь содержит по меньшей мере один серединный слой и по меньшей мере два волокнистых слоя, причем на верхнюю и/или нижнюю сторону по меньшей мере одного из волокнистых слоев нанесен по меньшей мере один матричный материал, при этом матричный материал нанесен в разных количествах и/или в виде разных типов матричного материала по меньшей мере на два из волокнистых слоев и/или с верхней, и/или нижней стороны по меньшей мере одного из волокнистых слоев. Изобретение обеспечивает создание конструктивных деталей, удовлетворяющих техническим и оптическим требованиям в области изготовления легковесных автомобилей. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к многослойной детали, используемой в качестве плоского, т.е. по существу уплощенного и имеющего в основном гладкую поверхность, элемента механического транспортного средства, прежде всего для использования в автомобильной промышленности.
Под многослойной деталью обычно следует понимать деталь, которая изготовлена из слоев одного и того же или разных материалов. В простейшем случае многослойная деталь состоит из двух покровных слоев, верхнего покровного слоя и нижнего покровного слоя, а также серединного (внутреннего) слоя, который расположен между верхним покровным слоем и нижним покровным слоем. Покровные слои выполнены в виде волокон и/или текстильных тканей, и через них может проникать клееобразный матричный материал. Прочное соединение между отдельными слоями обычно получается прессованием посредством подходящего устройства, такого как, например, пресс.
Такие многослойные детали используются во многих различных областях. Однако в последние годы их важность, прежде всего, в качестве конструктивных деталей в области изготовления легковесных автомобилей, чрезвычайно возросла.
Уровень техники раскрывает разные подходы к изготовлению конструктивных деталей.
Для достижения прочного соединения между верхним и нижним покровными слоями и серединным слоем используются матричные материалы, прежде всего клееобразные смолы, которые во время прессования покровных слоев и серединного слоя продавливаются через покровные слои, и, таким образом, создают соединение между покровными слоями и серединным слоем. В данном случае, нанесение матричного материала осуществляется только снаружи на крайний снаружи покровный слой. Обычно в данном случае наносится избыточное количество матричного материала для обеспечения надежного проникновения матричного материала через покровные слои при спрессовывании отдельных слоев.
При изготовлении многослойной детали способом, который был кратко описан выше, появляется недостаток, что на крайний снаружи покровный слой может быть нанесен только один тип матричного материала (в отношении состава и толщины нанесения). Кроме того, в зависимости от вязкости матричного материала и проницаемости покровного слоя матричный материал может проникнуть в серединный слой слишком глубоко и пропитать серединный слой неконтролируемым образом. Для предотвращения этого, согласно уровню техники, между покровным слоем и серединным слоем зачастую располагают барьерный слой, который является непроницаемым для матричного материала. Однако этот барьерный слой в большинстве случаев должен быть связан клеевым соединением с серединным слоем в отдельном технологическом процессе.
Целью изобретения является предложение улучшенной многослойной детали, которая, прежде всего, в отношении требования удовлетворения разнообразнейшим техническим и оптическим требованиям, выполнена так, чтобы быть простой и экономичной.
Достижение этой цели обеспечено многослойной деталью, используемой в качестве плоского элемента механического транспортного средства, содержащей по меньшей мере один серединный слой и по меньшей мере два волокнистых слоя, причем на верхнюю и/или нижнюю сторону по меньшей мере одного из волокнистых слоев нанесен по меньшей мере один матричный материал, причем матричный материал нанесен в разных количествах, и/или в виде разных типов матричного материала по меньшей мере на два из волокнистых слоев, и/или с верхней и/или нижней стороны по меньшей мере одного из волокнистых слоев.
Предпочтительные усовершенствования изобретения могут быть получены из зависимых пунктов формулы изобретения.
Как указано выше, многослойная деталь согласно изобретению содержит серединный слой и по меньшей мере два волокнистых слоя. При этом волокнистые слои могут быть расположены на верхней и/или нижней стороне серединного слоя.
Таким образом, матричный материал предпочтительно может быть нанесен равномерно и/или неравномерно на одно или несколько полотен материалов.
Это приводит к преимуществу, что соответствующий матричный материал нанесен по меньшей мере на один волокнистый материал таким образом, который индивидуально адаптирован в каждом случае к каждому волокнистому слою, для того чтобы соответствовать функциональным требованиям к многослойной детали, таким как, например, частично разная зональная жесткость и качество поверхности. Нанесение матричного материала на соответствующий волокнистый слой в данном случае может выполняться равномерно или неравномерно, и таким образом, например, вдоль внешней поверхности многослойной детали могут быть выполнены зоны, имеющие разные структуры «матрица - материал».
Кроме того, из-за индивидуального нанесения (различным образом) матричного материала на индивидуальные плетеные полотна материала, а также адаптации свойств матричного материала (например, вязкости, тиксотропии, количества) к соответствующему материалу плетеного полотна, в каждом случае требуется только относительно тонкое нанесение матрицы, приводящее к оптимизации с точки зрения веса и функционирования.
Таким образом, изобретение обеспечивает достижение технических результатов, заключающихся в расширении возможностей конструктора в отношении придания многослойной детали требуемых характеристик, в частности по жесткости и качеству поверхности, за счет целенаправленного нанесения матричного материала или разных типов матричных материалов на различные волокнистые слои или на различные стороны того или иного слоя, а также в повышении весовой эффективности многослойной детали.
Предпочтительно, на одной стороне серединного слоя расположены по меньшей мере два волокнистых слоя.
Предпочтительно, волокнистые слои изготавливаются из волокнистого материала и, предпочтительно, конструируются так, чтобы быть тонкими по сравнению с серединным слоем. Используемые при этом волокна являются природными волокнами, такими как, например, пеньковые волокна, бамбуковые волокна, волокна на основе целлюлозы и т.п., и/или органическими или неорганическими искусственными волокнами, такими как, например, полиамидные волокна, стеклянные волокна, углеродные волокна и т.п.
Таким образом, волокнистый материал, предпочтительно, изготавливается из волокон, которые были переработаны в тканые, нетканые или вязаные ткани, маты, сетки и т.п., причем эти образования, предпочтительно, были подвергнуты дополнительной переработке в базовую матрицу, пригодную для соответствующих требований, для образования того, что известно как композитные материалы.
В одном предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению волокнистые слои (волокнистого материала) подвергают предварительной обработке, причем в этом случае могут приниматься во внимание все способы предварительной обработки, которые известны специалисту, такие как, например, обработка праймером, пропитка, нанесение покрытия и т.п.
Отдельные используемые волокнистые слои могут отличаться друг от друга по их (основному) составу и конструкции (форме).
Предпочтительно, волокнистые слои выполнены в виде плетеных полотен (волокнистого материала) и/или предварительно выкроенных отдельных слоев (волокнистого материала), которые соответствуют контуру многослойной детали.
Предпочтительно, волокнистые слои выполнены так, чтобы быть проницаемыми для матричного материала.
В одном дополнительном варианте осуществления отдельные волокнистые слои выполнены так, чтобы быть слоистыми, то есть чтобы они были изготовлены по меньшей мере из двух отдельных слоев, причем по меньшей мере один из этих отдельных слоев является волокнистым материалом.
Отдельные слои, которые состоят из неволокнистого материала, в данном случае, предпочтительно, выполнены как пластмассовые пленки.
Предпочтительно, серединный слой выполнен в виде сот. Однако не исключаются и другие структуры и формы серединного слоя, такие как, например, волнообразная конфигурация.
Предпочтительно, серединный слой изготавливается из легковесного материала, такого как, например, полимер (пена, пластмасса, резина и т.п.), материал на основе целлюлозы (бумага, дерево, картон и т.п.), композитный материал или металл.
В еще одном дополнительном варианте осуществления, серединный слой выполнен слоистым образом, например посредством нескольких отдельных серединных слоев, которые расположены один на другом. В данном случае по меньшей мере два отдельных серединных слоя могут быть выполнены так, чтобы отличаться друг от друга. Прежде всего могут располагаться друг над другом или быть взаимосвязанными сотовые сердечники (серединные части) с разными формами сот, размерами сот, ориентациями сот, разными геометриями переплетения и/или материалами сот и/или отдельными серединными слоями. Это является особо предпочтительным, поскольку, как результат этого, подвергнутая позднее окончательной обработке деталь может быть частично обеспечена разными функциональными свойствами или свойствами детали - с одной стороны, деталь должна иметь определенную требуемую прочность и жесткость, а с другой стороны, деталь должна содержать в некоторых местах мягкие, более легко деформируемые зоны, что является предпочтительным, например, в автомобильной области для предотвращения повреждений в случае столкновения с пешеходами.
Предпочтительно, вдоль внешней поверхности многослойной детали выполнены зоны, имеющие разные отдельные серединные слои, прежде всего имеющие разные количества, и/или формы, и/или составы материала.
Предпочтительно, серединный слой выполнен так, чтобы быть проницаемым для матричного материала или, по меньшей мере, полупроницаемым.
Предпочтительно, матричный материал является термопластичным и/или термореактивным полимером.
Предпочтительно, матричный материал является смолой, прежде всего синтетической смолой (полиуретаном).
Особо предпочтительно, матричный материал выполнен клееобразным и имеет в качестве основных компонентов, например, смолу и катализатор, или основу и катализатор.
Для того чтобы оказывать влияние на свойства матричного материала в отношении различных требований, таких как, например, прочность или эластичность, с матричным материалом, предпочтительно, смешиваются дополнительные компоненты и/или материалы, такие как, например, волокна.
Они могут включать в себя короткие и/или длинные волокна, которые смешиваются равномерно или неравномерно с матричным материалом для того, чтобы посредством этого различным образом, то есть равномерно или неравномерно, наносить матричный материал на плетеные полотна материала. Также подобным образом формируются различные свойства детали, такие как, например, равномерная и/или неравномерная зональная жесткость по площади поверхности плетеного полотна материала. Это приводит к многослойной детали с равномерной и/или неравномерной слоистой структурой как по площади поверхности детали, так и по слоистой конструкции слоев.
Предпочтительно, матричный материал расположен между волокнистыми слоями, и/или в промежуточном пространстве между одним волокнистым слоем и серединным слоем, и/или снаружи на крайнем снаружи волокнистом слое.
В одном предпочтительном варианте осуществления многослойной детали согласно изобретению между волокнистыми слоями, и/или в промежуточном пространстве между одним волокнистым слоем и серединным слоем, и/или снаружи крайнего снаружи волокнистого слоя расположен по меньшей мере один слой материала, который не является волокнистым слоем.
Предпочтительно, волокнистые слои, матричный материал, в случае применения слой материала, и серединный слой спрессованы так, чтобы образовать многослойную деталь.
Многослойная деталь согласно изобретению может быть использована в качестве плоского элемента механического транспортного средства, прежде всего в качестве передней панели, двери, крыши, задней двери, грузовой платформы, обшивки, панели пола корпуса или кессона.
Изобретение описывается ниже в качестве примера со ссылкой на чертежи.
Фиг. 1 показывает схематическое изображение многослойной детали согласно изобретению перед прессованием.
Фиг. 2 показывает схематическое изображение многослойной детали согласно изобретению после прессования.
На фиг. 1 и фиг. 2 показано схематическое изображение многослойной детали (1) согласно изобретению перед прессованием (фиг. 1) и после прессования (фиг. 2).
Показанная схематически на фиг. 1 многослойная деталь 1 имеет серединный слой 2 и три волокнистых слоя 3. Волокнистые слои 3 расположены на верхней стороне серединного слоя 2.
На верхнюю сторону каждого из трех волокнистых слоев 3 нанесен матричный слой 4, причем матричный материал 4 таким же образом расположен между крайним изнутри волокнистым слоем 6 и серединным слоем 2, причем этот матричный материал 4 нанесен на нижнюю сторону крайнего изнутри волокнистого слоя 6.
С точки зрения количества наносимого матричного материала 4, больше матричного материала 4 нанесено, например, на верхнюю сторону крайнего изнутри волокнистого слоя 6, чем на крайний снаружи волокнистый слой 5.
Таким образом, матричный материал 4 был нанесен на крайний изнутри волокнистый слой 6 и крайний снаружи волокнистый слой 7 «различным образом», в случае настоящего схематического приведенного в качестве примера варианта осуществления - в разных количествах.
Волокнистые слои 3 выполнены в виде предварительно выполненных отдельных слоев, которые соответствуют контуру многослойной детали 1.
Серединный слой 2 выполнен в виде сот и в виде одной детали, причем соты открыты в направлении верхней стороны, и могут воспринимать матричный материал 4.
На фиг. 2 показано схематическое изображение многослойной детали 1 после прессования.
Прессование выполняется посредством пресса по способу влажного прессования.
Волокнистые слои 3 выполнены так, чтобы быть проницаемыми для матричного материала 4, причем посредством прессования матричный материал 4 продавливается через волокнистые слои 3.
Вследствие целенаправленного нанесения матричного материала 4 на волокнистые слои 3, серединный слой 2 лишь слегка пропитывается матричным материалом 4, это также обеспечивает достаточное связывание волокнистых слоев 3 с серединным слоем 2.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 многослойная деталь
2 серединный слой
3 волокнистый слой
4 матрица
5 крайний снаружи волокнистый слой
6 крайний изнутри волокнистый слой
1. Многослойная деталь (1), используемая в качестве плоского элемента механического транспортного средства, содержащая по меньшей мере один серединный слой (2) и по меньшей мере два волокнистых слоя (3), причем на верхнюю и/или нижнюю сторону по меньшей мере одного из волокнистых слоев (3) нанесен по меньшей мере один матричный материал (4), отличающаяся тем, что матричный материал (4) нанесен в разных количествах, и/или в виде разных типов матричного материала (4) по меньшей мере на два из волокнистых слоев (3), и/или с верхней и/или нижней стороны по меньшей мере одного из волокнистых слоев (3).
2. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что на одной стороне серединного слоя (2) расположены по меньшей мере два волокнистых слоя (3).
3. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что матричный материал (4) содержит волокна.
4. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что матричный материал (4) содержит смолу, прежде всего полиуретан.
5. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что матричный материал (4) расположен между волокнистыми слоями (3) и/или в промежуточном пространстве между одним волокнистым слоем (3) и серединным слое (2) и/или снаружи на крайнем снаружи волокнистом слое (5).
6. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что серединный слой (2) выполнен по существу в виде сот.
7. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что серединный слой (2) выполнен слоистым образом по меньшей мере из двух отдельных серединных слоев, которые уложены друг на друга.
8. Многослойная деталь (1) по п. 7, отличающаяся тем, что отдельные серединные слои в отношении их формы и состава материала выполнены так, чтобы отличаться друг от друга.
9. Многослойная деталь (1) по п. 7, отличающаяся тем, что вдоль внешней поверхности многослойной детали выполнены зоны, имеющие разные серединные слои, прежде всего имеющие разные количества, и/или формы, и/или составы материала.
10. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что серединный слой (2) выполнен из легковесного материала, предпочтительно легковесного полимерного материала.
11. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что серединный слой (2) выполнен так, чтобы быть проницаемым для матричного материала (4) или, по меньшей мере, полупроницаемым.
12. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что между волнистыми слоями (3), и/или в промежуточном пространстве между одним волокнистым слоем (3) и серединным слоем (2), и/или снаружи крайнего снаружи волокнистого слоя (3) расположен по меньшей мере один слой материала, который не является волокнистым слоем (3).
13. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистые слои (3), матричный материал (4), в случае применения слой материала, и серединный слой (2) спрессованы так, чтобы образовать многослойную деталь (1).
14. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистые слои (3) выполнены в виде плетеных полотен или предварительно выкроенных отдельных слоев, которые соответствуют контуру многослойной детали.
15. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистые слои (3) предварительно обработаны посредством способа предварительной обработки.
16. Многослойная деталь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистые слои (3) выполнены так, чтобы быть проницаемыми для матричного материала (4).
