Композитный продукт
Изобретение относится к композитному продукту и способу получения композитного продукта. Композитный продукт (1), содержит первый слой пластика (2) и поддерживающую структуру (11, 3), включающую второй слой пластика (3), и расположенный между ними слой волокон (4). Первый слой пластика (2) проникает в слой волокон (4), по меньшей мере, в некоторых местоположениях с обеспечением механического соединения первого слоя пластика (2) и слоя волокон (4), при этом первый слой пластика и/или поддерживающая структура (11) являются по меньшей мере частично оптически прозрачными, так что волокна слоя волокон (4) являются, по меньшей мере, частично видимыми снаружи, и первый слой пластика (2) получен формованием литьем под давлением и/или глубокой вытяжкой и/или формованием с раздувом. Изобретение обеспечивает получение по меньшей мере частично оптически прозрачного композитного продукта. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композитному продукту и способу получения такого композитного продукта.
Уровень техники изобретения
Продукты, изготовленные из композитного материала, известны из предшествующего уровня техники. Они пользуются спросом не только за их высокую грузоподъемность и сравнимую низкую массу, но и за их внешний вид, который зачастую имеет большую значимость. Однако, обычные продукты, изготовленные из композитного материала, часто являются сравнительно дорогими.
Патент DE 102009016213 A1 впервые опубликован в октябре 2010 г. от имени компании Audi AG. Он направлен на способ, который включает в себя размещение термопластичной фольги и волокнистого материала таким образом, чтобы фольга и волоконный слой обеспечивали многослойную структуру. Одну из внешних сторон композитного материала выполняют из фольги, а волоконный слой размещают между листами фольги. Многослойный материал со слоистой структурой волокно–термопластик изготавливают из многослойной структуры, включающей фольгу и волокнистый материал. Образующая внешнюю сторону композитного материала термопластичная фольга имеет температурный коэффициент расширения, который составляет менее 70×10–6 1/K. Публикация описывает многослойный материал со слоистой структурой волокно–термопластик, включающий в себя листы термопластичной фольги, и способ для изготовления кузовной конструкции.
Международная публикация заявки на патент WO08058971A1 впервые опубликована в мае 2008 г. от имени компании Bond Laminates GmbH. Публикация относится к волоконному композитному материалу с матрицей из пластика. Армирующие волокна встроены в матрицу. Первая группа армирующих волокон соединена с матрицей посредством адгезии (сцепления) первое волокно–матрица. Вторая группа армирующих волокон соединена с матрицей посредством адгезии второе волокно–матрица. Получают так чтобы, адгезия второе волокно–матрица была меньше адгезии первое волокно–матрица. Дифференциальная конструкция адгезии волокно–матрица предназначена для улучшения поведения композитного материала при разрушении в случае абсолютной потери несущей способности.
Заявка на патент US 2002016121 A впервые опубликована в феврале 2002 г. от имени компании Daimler AG. Она описывает процесс получения детали с внутренней тканью, который включает в себя наслаивание, по меньшей мере, двух слоев ткани один поверх другого. Слой пластика в порошковой форме или листовой форме вводят между соответственными парами соседних слоев ткани. Пластик имеет температуру плавления, соответствующую, по большей мере, температуре плавления и/или температуре разложения тканевых слоев. Тканевые слои и слой пластика нагревают и подвергают нажиму (спрессовывают) при давлении, превышающем атмосферное давление, в ходе чего слой пластика, по меньшей мере, частично плавится. После достижения желательной конечной формы, частично расплавленный пластик охлаждают, посредством чего связывают тканевые слои друг с другом. Охлажденный пластик оказывается расположенным между слоями ткани и, в частности, по меньшей мере, частично между волокнами тканевых слоев.
Заявка на патент DE 4106692 А1 впервые опубликована в сентябре 1992 г. от имени компании Bayer AG. Она направлена на армированные волокном пластиковые материалы, которые производят из термопластичных материалов и армирующего волокна, представляющего собой свободные от деформации волокна, с помощью двухполосных прессов. В процессе, пленку расплава термопластичного материала наносят на ткань перед пропусканием ее в полосный пресс. Структуру ткани запирают в результате охлаждения расплава до температуры, лежащей ниже его температуры затвердевания. Ткань держат в условиях натяжения, составляющего, по меньшей мере, 3Н/см, при подаче в пресс в результате прикладывания тормозного механизма к ее рулону. Волокна тогда могут быть изучены на предмет свободы от деформации перед переработкой.
Заявка на патент EP 0418772 А2 впервые опубликована в сентябре 1989 г. от имени компании Hoechst AG. Она направлена на размерно стабильный слоистый материал, который имеет форму плоской панели, трубы или неплоского трехмерного профиля и содержит ряд совмещенных, спрессованных вместе термопластичных пленок, которые подвергнуты двухосному или одноосному растяжению. Отдельно взятая пластиковая пленка покрыта, по меньшей мере, с одной стороны, но, как правило, с обеих сторон, герметизирующими слоями, температура плавления которых ниже, чем температура плавления каждой из пластиковых пленок. В слоистый материал внедрен армирующий слой, который обеспечен c открытыми поперечными сечениями и обхвачен со всех сторон герметизирующим полимером герметизирующих слоев. Полимер заполняет открытые поперечные сечения армирующего слоя с обеих сторон и образует неразделимую связь с армирующим слоем, который после термоформования прессованием, является включенным в полимерную матрицу слоистого материала.
Международная публикация WO 2006122987 впервые опубликована в июне 2007 г. от имени того же автора, что и автор раскрываемого в данной заявке изобретения. WO’987 относится к процессу изготовления продукта из слоистого композитного материала. Процесс, как правило, включает в себя предварительное получение, по меньшей мере, одного слоя материала, из условия, чтобы он соответствовал поверхности детали, нанесение слоев волокон на предварительно полученный слой материала и связывание волокон смолой с получением слоистого композитного материала. В зависимости от области применения, предварительно полученный слой материала может оставаться на несвязанных волокнах или может быть удален после отверждения смолы.
Международная публикация WO 13131781 впервые опубликована в сентябре 2013 г. от имени того же автора, что и автор раскрываемого в данной заявке изобретения. WO’781 относится к способу получения детали из армированного волокном композитного материала. На первой стадии, обеспечивают пресс–форму, и, на второй стадии, в полость пресс–формы вводят поверхностный слой. На последующей стадии, на поверхностный слой наносят волоконный слой и отверждают вместе с поверхностным слоем с получением первой части. После этого, первую часть подвергают проверке. Если проверка проходит успешно, то несущая конструкция является исправно связанной с первой деталью.
Композитные материалы, в которых используется матрица на основе эпоксидной смолы, известны из существующего уровня техники. В этих методиках применяется большое количество ручной работы. Другие проблемы означают деформацию волокон вследствие растекания смолы и создание избыточного давления во время впрыскивания, большое усилие при встраивании дополнительной детали, такой как скобы, и так далее. Другие сложности могут возникать при нанесении краски на детали и повторном использовании деталей.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является обеспечение композитного продукта и способа получения такого композитного продукта, который имеет внешний вид обычного композитного армированного продукта, но имеет новые свойства. Дополнительное преимущество состоит в том, что композитный продукт согласно изобретению может быть получен экономически эффективно по сравнению с обычными композитными продуктами.
Помимо сравнительно низкой массы и высокой прочности, продукты, изготовленные из армированного волокном материала, как известно из существующего уровня техники, имеют привлекательный оптический внешний вид. Рассматривание армирующих волокон через оптически прозрачный защитный слой материала, расположенный снаружи (обычно часть матрицы, в которую внедрены волокна), таким образом, желательно для потребителей. Функциональность имеет меньшую важность по сравнению с оптическим внешним видом видимых деталей, расположенных снаружи (например, корпуса, и так далее), которые не являются частью несущей нагрузку конструкции (силового каркаса кузова), расположенной внизу.
Изготовление классических армированных волокном продуктов, состоящих из матрицы и внедренных в нее армирующих волокон, обычно относится к трудоемким, а значит и дорогим технологическим стадиям. Раскрываемое в данном документе изобретение предоставляет рентабельный и эффективный способ для обеспечения продуктов, имеющих внешний вид армированных волокном композитных продуктов, описываемых выше, но предлагающих новые характеристики, такие как, например, упругость.
Один аспект изобретения направлен на тот факт, что армирующие волокна используются, главным образом, ввиду их оптического внешнего вида, а не за их механические характеристики (высокая прочность и жесткость). Поэтому, при внедрении волокон в окружающую матрицу, не требуется устанавливать максимально возможное адгезионное (клеевое) взаимосоединение между волокнами и матрицей. Это имеет дополнительное преимущество, состоящее в том, что проблемы с различными коэффициентами термического расширения могут быть снижены, или полностью преодолены. При внедрении слоя волокон, предпочтительно в форме текстильного материала, представляющего собой сетку из волокон, в матрицу, матрица окружает волокна полностью, но не только вдоль наружного края текстильного материала, но и сквозь текстильный материал, например, посредством мостиков, идущих через мелкие отверстия (поры). В отличие от известного уровня техники, композитный продукт, изготовленный согласно изобретению, мог бы быть изготовлен только с одним слоем волокон, и не требуется, чтобы волокна были полностью внедрены в матрицу, поскольку цель другая.
Композитный продукт согласно настоящему изобретению обычно содержит первый слой из пластикового материала (в дальнейшем в данном документе пластик), поддерживающую структуру (несущую конструкцию) и расположенный между ними слой волокон. Если целесообразно, то может быть использовано более одного слоя волокон. Термин пластик, используемый в данном документе, по меньшей мере, для одного из слоев и/или его покрытия, прежде всего, относится к материалу, состоящему из разнообразных синтетических или полусинтетических органических соединений, которые могут быть подвергнуты формованию с получением твердых предметов, или, по меньшей мере, однократному пластифицированию под действием энергии. Хорошие результаты могут быть достигнуты с использованием прозрачного полиамида, например, PA12 или его компаунда, который обеспечивает хорошую прозрачность и предоставляет возможность получения блестящих поверхностей. Толщина первого слоя из пластика может варьироваться и не обязательно должна быть постоянной вдоль слоя волокон. В предпочтительном варианте осуществления, сетка волокон, которая упомянута выше, предпочтительно представляет собой регулярную сетку из переплетенных жгутов однонаправленных волокон прямоугольного или близкого к прямоугольному сечения. Первый слой пластика проникает внутрь слоя волокон, по меньшей мере, в некоторых местоположениях, так что первый слой пластика является механически взаимосвязанным со слоем волокон. Так, относительные движения между первым слоем пластика и слоем волокон являются ограниченными, по меньшей мере, в некоторых местоположениях. В частности, относительные движения в пределах площади поверхности раздела между первым слоем пластика и слоем волокон, по меньшей мере, локально ограничены. В предпочтительном варианте осуществления сетка волокон, упомянутая в данном документе, предпочтительно представляет собой регулярную сетку из переплетенных жгутов однонаправленных волокон прямоугольного или близкого к прямоугольному сечения. Альтернативно или в дополнение к тому, в зависимости от эффекта, который должен быть достигнут, могут быть использованы нерегулярно расположенные волокна. Преимущество изобретения можно увидеть в том факте, что конечные продукты могут быть изготовлены прочными, но по–прежнему деформируемыми. Дополнительным преимуществом является то, что благодаря композиции материала продукты могут быть легко подвергнуты переработке и повторному использованию.
Особенно прочное закрепление/размещение в заданном положении слоя волокон может быть получено, если поддерживающая структура включает второй слой пластика. Второй слой пластика может, по меньшей мере, частично совпадать со слоем волокон. Альтернативно или в дополнение к тому, поддерживающая структура также может включать второй слой, выполненный, например, из металла и/или композитной структуры и/или из пеноматериала. В некоторых вариантах осуществления композитного продукта согласно настоящему изобретению, поддерживающая структура также может представлять собой второй слой пластика.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, первый слой пластика и поддерживающая структура взаимосоединены друг с другом через слой волокон. Если поддерживающая структура включает второй слой пластика – или второй слой, изготовленный из материала другого типа – второй слой пластика (соответственно другой тип материала) может быть взаимосоединен с первым слоем пластика через слой волокон.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, слой волокон может включать текстильный материал, состоящий из регулярной и/или нерегулярной сетки из волокон. Текстильный материал может быть выбран из группы, состоящей из одноосной ткани, двухосной ткани, трехосной ткани, ткани с сотовой структурой, трикотажного полотна, нетканого полотна.
Альтернативно или в дополнение к тому, сетка волокон может представлять собой, по меньшей мере, частично нерегулярную сетку волокон. В регулярной сетке жгуты волокон образуют основу и уток текстильного материала. Возможны различные узоры в зависимости от области применения и оптического внешнего вида, который должен быть достигнут. Если целесообразно, то предусматриваются небольшие отверстия (дыры) между жгутами, по–меньшей мере, одного типа, выбираемого из основы и утка, для получения мостиков, что описано в дальнейшем в данном документе. Хорошие результаты могут быть достигнуты при использовании волокон из следующей группы волокон: углеродных волокон, волокон Кевлар, металлических волокон, полимерных волокон. В рамках контекста настоящего изобретения возможны комбинации нескольких типов волокон. Альтернативно и в дополнение к тому, для достижения оптического эффекта могут быть использованы цветные волокна, например, окрашенные стеклянные волокна.
В варианте осуществления настоящего изобретения, слой волокон включает разрыхленное волокно в массе. В варианте осуществления изобретения слой волокон включает сухие волокна.
Если целесообразно, то волокна слоя волокон могут быть связаны друг с другом, по меньшей мере, частично посредством связующего агента.
В варианте осуществления структуры композитного материала согласно настоящему изобретению, первый слой пластика и поддерживающая структура взаимосоединены друг с другом несколькими мостиками, расположенными в отверстиях, идущих через слой волокон. В варианте осуществления настоящего изобретения, мостики могут быть, по меньшей мере, частично выполнены из мостиковых волокон, изготовленных из пластикового материала и расположенных в слое волокон. Хорошие результаты могут быть получены, если мостиковые волокна, по меньшей мере, частично изготовлены из термопластика, способного устанавливать химические связи с первым слоем волокон и/или поддерживающей структурой при нагревании. Хорошие результаты могут быть получены, если мостиковые волокна, по меньшей мере, частично изготовлены из такого же материала, что и первый слой пластика и/или поддерживающая структура и/или второй слой пластика (если присутствует).
В варианте осуществления изобретения, в котором поддерживающая структура включает второй слой пластика, хорошие результаты могут быть получены, если первый и второй слои пластика взаимосоединены друг с другом несколькими мостиками, расположенными в отверстиях, идущих через слой волокон.
Альтернативно или в дополнение к тому, первый слой пластика и поддерживающая структура (соответственно, второй слой пластика, если присутствует) могут быть соединены друг с другом волокнами из слоя волокон.
В варианте осуществления структуры композитного материала согласно настоящему изобретению, первый слой пластика и/или поддерживающая структура, по меньшей мере, частично изготовлены из термопластичного материала.
Первый слой пластика и/или поддерживающая структура и/или второй слой пластика (если присутствует) могут быть изготовлены из одного и того же или из различающегося пластика.
Хорошие результаты могут быть получены, если первый слой пластика и поддерживающую структуру (соответственно второй слой пластика, если присутствует) подвергают взаимосоединению друг с другом сваркой. Альтернативно или в дополнение к тому, поддерживающая структура включает второй слой пластика, который взаимосоединен с первым слоем пластика сваркой.
В варианте осуществления композитного продукта согласно настоящему изобретению, первый слой пластика и поддерживающую структуру (соответственно, второй слой пластика, если присутствует) подвергают взаимосоединению друг с другом формованием литьем под давлением. Хорошие результаты могут быть получены, если поддерживающая структура включает второй слой пластика, который взаимосоединен с первым слоем пластика формованием литьем под давлением
В варианте осуществления структуры композитного материала согласно настоящему изобретению, первый слой пластика и/или поддерживающую структуру покрывают слоем покрытия. Хорошие результаты могут быть получены, если поддерживающая структура включает второй слой пластика, который покрыт слоем покрытия. Слой покрытия может включать клеевой агент.
Для некоторых применений, первый слой пластика и/или поддерживающая структура (соответственно, второй слой пластика, если присутствует) могут быть, по меньшей мере, частично оптически прозрачными, так что волокна из слоя волокон являются, по меньшей мере, частично видимыми снаружи.
Если поддерживающая структура включает второй слой пластика, то хорошие результаты могут быть получены в том случае, когда второй слой пластика является, по меньшей мере, частично оптически прозрачным. В одном варианте осуществления изобретения слой пластика, расположенный с точки зрения наблюдателя снаружи, является более оптически прозрачным, чем другой слой пластика, расположенный изнутри.
Альтернативно или в дополнение к тому, слой, расположенный изнутри, может быть покрыт слоем и/или тонирован красящим веществом. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, слой, расположенный изнутри, может представлять собой световод или может содержать средство для проведения света, которое способно излучать свет в слой волокон. Таким образом, во время службы/применения композитной конструкции может быть инициировано отверждение смолы или клеевого агента и/или может быть обеспечено свечение слоя волокон и/или слоя с наружной стороны.
В варианте осуществления композитного продукта согласно настоящему изобретению, несколько мостиков могут быть расположены рядом с узлами сетки волокон. Мостики могут быть расположены по регулярному и/или нерегулярному шаблону.
Мостики могут быть получены в результате термопластической деформации материала первого и/или второго слоя пластика (соответственно, поддерживающей структуры).
В варианте осуществления настоящего изобретения, дополнительная деталь может быть присоединена к первому слою пластика и/или второму слою пластика, если присутствует. Хорошие результаты могут быть получены, если дополнительную деталь присоединяют формованием литьем под давлением.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, поддерживающая структура может включать металл и/или пластиковый пеноматериал и/или композитную структуру.
Хорошие результаты могут быть получены, если, по меньшей мере, один клеевой слой располагают между первым слоем пластика и слоем волокон и/или между поддерживающей структурой и слоем волокон. Если поддерживающая структура включает второй слой пластика, то клеевой слой может находиться между вторым слоем пластика и слоем волокон.
Согласно варианте осуществления изобретения, клеевой слой включает клеевой агент, который наносят, по меньшей мере, на части слоя волокон. Хорошие результаты применительно к некоторым типам слоев волокон могут быть получены, если клеевой агент представляет собой клей–спрей. Клеевой слой может представлять собой летучую жидкость, которая устанавливает клеевое соединение, по меньшей мере, временно.
В одном варианте осуществления изобретения, слой волокон содержит первый компонент двухкомпонентного клея, а первый слой пластика и/или поддерживающая структура (и/или второй слой пластика, если присутствует, как описано в данном документе) могут содержать соответствующий второй компонент двухкомпонентного клея.
В одном варианте осуществления изобретения, клеевой слой содержит нетканое полотно и/или ваточный холст, обладающие адгезионными свойствами.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, первый слой пластика включает выступы, которые проникают внутрь слоя волокон. Альтернативно или в дополнение к тому, поддерживающая структура (или второй слой пластика, являющийся частью поддерживающей структуры) может включать выступы, которые проникают внутрь слоя волокон. Таким образом, первый слой пластика и/или поддерживающая структура могут быть механически взаимосцеплены со слоем волокон для того, чтобы, по меньшей мере, снизить относительные движения между слоем волокон и первым слоем пластика и/или поддерживающей структуры. В одном варианте осуществления изобретения, выступы выполнены из такого же материала, что и первый слой пластика, соответственно, поддерживающая структура. Хорошие результаты могут быть получены, если в результате процесса формования литьем под давлением образуется, по меньшей мере, один выступ.
В одном варианте осуществления изобретения, несколько выступов располагают на поверхности первого слоя пластика и/или поддерживающей структуры, примыкающей к слою волокон. По меньшей мере, некоторые из нескольких выступов могут быть расположены таким образом, чтобы их положение соответствовало некоторым структурным особенностям слоя волокон. Так, могут быть специально выполнены совмещение и вакуумное формование слоя волокон относительно первого слоя пластика и/или поддерживающей структуры.
Альтернативно или в дополнение к тому, первый слой пластика может включать слой покрытия, обеспеченный с возможностью усилить взаимосоединение первого слоя пластика со слоем волокон. Слой покрытия может представлять собой слой термопластика.
Хорошие результаты могут быть получены, если первый слой пластика и/или поддерживающую структуру изготавливают формованием литьем под давлением и/или глубокой вытяжкой и/или формованием с раздувом. Если поддерживающая структура включает второй слой пластика, то она может быть изготовлена формованием литьем под давлением и/или глубокой вытяжкой и/или формованием с раздувом.
Композитный продукт согласно варианту осуществления изобретения содержит первый слой, изготовленный из пластикового материала, и второй слой, изготовленный из такого же или другого пластика, и расположенный между ними слой волокон. Если целесообразно, то может быть использовано более одного слоя волокон. Если целесообразно, то второй слой может быть заменен жесткой деталью, которая является более твердой, чем слой. Толщина первого и/или второго слоя может варьироваться и не обязательно является постоянной вдоль слоя волокон.
Первый и второй слой пластика взаимосоединены непосредственно с волокнами или с их частью (например, только с одной стороны) и/или друг с другом несколькими мостиками, расположенными в отверстиях, идущих через текстильный материал. Как упомянуто выше, установление максимально возможного взаимодействия между волокнами из слоя волокон и первым слоем из пластика, соответственно поддерживающей структурой или вторым слоем пластика, не является основной целью. В предпочтительном варианте осуществления несколько мостиков расположены рядом с узлами сетки волокон. Мостики могут быть расположены по регулярному и/или нерегулярному шаблону. Мостики могут быть получены в результате термопластической деформации материала первого и/или второго слоя, что описано в дальнейшем в данном документе более подробно.
Первый и/или второй слой пластика (соответственно поддерживающей структуры) предпочтительно изготавливают формованием литьем под давлением и/или глубокой вытяжкой и/или формованием с раздувом или с применением их комбинации. Толщина может быть постоянной или варьируемой. С точки зрения наблюдателя, не обязательно требуется, чтобы, по меньшей мере, с внутренней стороны слой материала (соответственно пластика) представлял собой слой как таковой. Он может иметь различную форму или может образовывать часть другой детали. Первый и второй слой пластика (соответственно поддерживающая структура) могут быть получены одновременно c наличием общей поверхности взаимодействия. Если целесообразно, то дополнительная деталь может быть взаимосоединена с первым и/или вторым слоем пластика (соответственно поддерживающей структурой), например, формованием литьем под давлением. При применении волокон, первому и второму слоям материала/пластика обычно придают 3–мерную форму, где их 3–мерная форма, как правило, соответствует форме конечного продукта или близка к ней.
Предпочтительно первый и/или второй пластик (соответственно материал поддерживающей структуры) представляет(–ют) собой термопластик. В силу этого первый и второй слои пластика (соответственно поддерживающая структура) могут быть скреплены друг с другом и/или со слоем волокон после нагревания до заданной температуры, например, до температуры, при которой, по меньшей мере, один из материалов, по меньшей мере, частично плавится, и их спрессовывания. Спрессовывание может быть применено во время нагревания, по меньшей мере, одного слоя термопластика (соответственно поддерживающей структуры из термопластика) и дает в результате контролируемую деформацию. Первый и второй слои материала/пластика (соответственно поддерживающая структура) могут быть взаимосоединены друг с другом сваркой. Альтернативно или в дополнение к тому, по меньшей мере, один слой материала/пластика (соответственно поддерживающая структура) может быть покрыт(–а) дополнительным слоем термопластика, который, по меньшей мере, частично расплавляют во время переработки. Дополнительный слой может иметь более низкую температуру плавления, чем слой пластика (соответственно поддерживающая структура), на который его наносят. Альтернативно или в дополнение к тому, первый слой и второй слой (соответственно поддерживающую структуру) взаимосоединяют друг с другом формованием литьем под давлением.
Если целесообразно, то первый и/или второй слой материала/пластика (соответственно поддерживающая структура) могут быть покрыты с внутренней стороны и/или с наружной стороны, например, слоем термопластика, что описано выше, и/или краской. Предпочтительно первый и/или второй слой пластика (соответственно поддерживающая структура) являются оптически прозрачными, так что волокна видны снаружи (поэтому с учетом положения фиксации, по меньшей мере, наружный слой является, по меньшей мере, частично оптически прозрачным). Противоположный внутренний слой предпочтительно является, по меньшей мере, частично менее прозрачным, например, в том отношении, что он тонирован и/или покрыт слоем краски. В силу этого оптический эффект волокон, проявляющийся снаружи, может быть усилен, поскольку могут быть скрыты оптические дефекты.
Способ получения композитного продукта согласно настоящему изобретению обычно включает в себя стадии способа: обеспечение первого слоя пластика; обеспечение слоя волокон; обеспечение первой части пресс–формы; обеспечение второй части пресс–формы; размещение слоя волокон между первым слоем пластика и второй частью пресс–формы; размещение первого слоя пластика между первой частью пресс–формы и второй частью пресс–формы; сведение вместе первой и второй частей пресс–формы; инициирование подачи энергии, в результате чего первый слой пластика проникает в слой волокон. Хорошие результаты могут быть получены, если тепловую энергию применяют для инициирования локального плавления первого слоя пластика (и/или второго слоя пластика, если присутствует) и фиксирующего проникновения расплавленного пластика в слой волокон. Локальное нагревание может быть выполнено с использованием проведения тепла. Альтернативно или в дополнение к тому, в зависимости от типа используемых волокон может быть применен индукционный нагрев волокон и/или нагрев при поглощении света, по меньшей мере, некоторыми волокнами. Слой волокон может состоять из сетки из волокон.
В одном варианте осуществления способа изготовления композитного продукта согласно настоящему изобретению, обеспечивают второй слой пластика. Слой волокон располагают между первым и вторым слоем пластика, и первый и второй слой пластика подвергают взаимосоединению через слой волокон. Упомянутое взаимосоединение может быть осуществлено инициированием подачи энергии ко второму слою пластика.
Хорошие результаты могут быть получены, если первый и второй слой пластика (если присутствует) взаимосоединяются друг с другом посредством химической связи. Альтернативно или в дополнение к тому, первый и второй слой пластика могут быть взаимосоединены с беззазорной посадкой.
Для некоторых применений, первый слой пластика может содержать клеевой слой покрытия, обеспеченный с возможностью взаимосоединения со слоем волокон при приведении в физический контакт со слоем волокон. Альтернативно или в дополнение к тому, если поддерживающая структура включает второй слой пластика, то второй слой пластика содержит клеевой слой покрытия, обеспеченный с возможностью взаимосоединения со слоем волокон при приведении в физический контакт со слоем волокон.
Альтернативно или в дополнение к тому, первый слой пластика и/или второй слой пластика (если присутствует) включает, по меньшей мере, один выступ, способный проникать в слой волокон. Таким образом, может быть улучшено совмещение слоя волокон относительно первого и/или второго слоя пластика.
Альтернативно или в дополнение к тому, способ получения композитного продукта согласно настоящему изобретению может включать в себя стадию способа, состоящую в размещении клеевого слоя на одной стороне слоя волокон. Так, может быть получено, по меньшей мере, временное взаимосоединение между слоем волокон и первым слоем пластика и/или слоем волокон и поддерживающей структурой (соответственно вторым слоем пластика). Хорошие результаты могут быть получены, если такой клеевой слой содержит ткань и/или фольгу. Для некоторых применений, клеевой слой может включать, по меньшей мере, один выступ, способный проникать в слой волокон. Посредством этого может быть улучшено взаимосоединение для некоторых типов слоя волокон. Клеевой слой, который описан в данном документе, не должен занимать всю площадь поверхности раздела между слоем волокон и примыкающим(–ей) к нему первым и/или вторым слоем пластика или поддерживающей структурой.
В варианте осуществления способа получения композитного продукта согласно настоящему изобретению, в стадии способа поддерживающую структуру наносят на слой волокон посредством формования литьем под давлением. Такая поддерживающая структура может включать второй слой пластика.
Вариант осуществления способа получения композитного продукта согласно изобретению включает в себя следующие стадии способа: обеспечение первого слоя пластика; обеспечение второго слоя пластика; размещение слоя волокон, состоящего из сетки из волокон, между первым и вторым слоем материала; взаимосоединение первого и второго слоя материала посредством волокон текстильного материала. Первый и второй слой обычно имеют 3–мерную форму и, по меньшей мере, частично совпадают друг с другом, так что слой волокон может быть расположен между ними.
Для каждого из слоев пластика предоставляют инструмент для формования. При некоторых условиях, например, если, по меньшей мере, один из слоев не имеет слишком большую толщину, может быть использован один и одинаковый инструмент для формования. Подходящие инструменты для формования могут быть выбраны из группы, состоящей из следующих инструментов или их комбинации: инструмента для глубокой вытяжки, инструмента для формования литьем под давлением, инструмента для формования вытяжкой.
Взаимосоединение между первым и вторым слоем предпочтительно может быть установлено формированием мостиков, идущих между первым и вторым слоем материала в отверстиях в слое материала из волокон, при этом соответственно скреплением вместе первого и второго слоя материала. Первый и/или второй слой материала предпочтительно изготавливают из термопластичного материала, и мостики состоят, по меньшей мере, частично из такого же материала. Первый и второй слой связывают друг с другом плавлением материала первого и/или второго слоя.
Хорошие результаты могут быть достигнуты в том случае, когда первому и второму слою материала придают 3–мерную форму до нанесения волокон. 3–Мерная форма в целом совпадает с формой конечного продукта или близка к ней. Затем наносят волокна, по меньшей мере, на один из слоев. На дополнительной стадии прикладывают другой слой, и волокна оказываются закрытыми со всех сторон. Если целесообразно, то может быть предусмотрено средство для закрепления волокон на слое. Например, слой может включать механическое средство для закрепления, которое позволяет удерживать волокна на месте. Средства для закрепления получают так, чтобы они исчезали при связывании первого и второго слоя материала друг с другом.
Первый и/или второй слой материала может иметь варьируемую толщину. Обычно, с точки зрения наблюдателя, слой, расположенный снаружи конечного продукта, является более тонким, чем слой, расположенный с внутренней стороны (стороны, которая обычно не видна наблюдателю). Хороший оптический внешний вид может быть достигнут, когда, по меньшей мере, слой, расположенный снаружи, имеет толщину в диапазоне 0,4–1,0 мм. Это может быть достигнуто с использованием слоев, которые изготавливают глубокой вытяжкой или формованием с раздувом.
Следует принимать во внимание, что как вышеприведенное общее описание, так и последующее подробное описание предоставляют варианты осуществления, и предназначены для обеспечения краткого обзора или основных принципов для получения понимания природы и характера раскрытия. Прилагаемые чертежи включаются для обеспечения дополнительного понимания, и встраиваются в описание этого изобретения и составляют его часть. Чертежи иллюстрируют различные варианты осуществления, и вместе с описанием служат для пояснения принципов и действия раскрываемых концепций.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более полное понимание описываемого в данном документе изобретения будет получено из подробного описания, приведенного в данном документе ниже, и прилагаемых чертежей, которые не следует считать ограничивающими изобретение, описанное в прилагаемых пунктах Формулы. Чертежи показывают:
Фиг. 1 Композитный продукт согласно изобретению в изображении в перспективе и в частичном разрезе;
Фиг. 2 Композитный продукт согласно Фигуре 1 на изображении ‘вид сверху’;
Фиг. 3 Вид в разрезе вдоль линии разреза DD композитного продукта Фигуры 2;
Фиг. 4 Фрагмент G согласно Фигуре 3;
Фиг. 5 Промежуточный продукт;
Фиг. 6 Технологическая стадия для получения композитного продукта согласно Фигуре 1;
Фиг. 7 Технологическая стадия для получения варианта осуществления композитного продукта согласно настоящему изобретению;
Фиг. 8 Технологическая стадия для получения варианта осуществления композитного продукта согласно настоящему изобретению.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже следует подробное описание изобретения на примерах его осуществления, проиллюстрированных прилагаемыми рисунками, на которых показаны некоторые, но не все элементы. В этой связи следует отметить, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, могут быть осуществлены во многих различных формах и не должны считаться ограниченными вариантами осуществления, изложенными в данном документе; напротив, эти варианты осуществления предоставлены с тем условием, что это раскрытие будет соответствовать требованиям действующего законодательства. В каждом возможном случае, подобные ссылочные позиции будут использоваться для указания ссылки на подобные компоненты или части.
Фигура 1 показывает композитный продукт 1 в изображении вида в перспективе и в частичном разрезе. Композитный продукт 1 содержит первый слой пластика 2 и второй слой пластика 3 и расположенный между ними слой волокон 4, представляющий собой сетку из волокон (не показана конкретно). Сетка из волокон предпочтительно представляет собой регулярную сетку из переплетенных жгутов однонаправленных разрыхленных волокон прямоугольного или близкого к прямоугольному сечения. Жгуты волокон образуют основу и уток текстильного материала. В композитном продукте 1, который показан, первый и второй слой пластика 2, 3 взаимосоединены (связаны) друг с другом через слой волокон 4. Если целесообразно, то предусматриваются небольшие отверстия (дыры) между жгутами, по–меньшей мере, одного типа, выбираемого из основы и утка, для получения мостиков 6 между первым и вторым слоем пластика 2, 3. Мостики 6 располагаются в близких к ним отверстиях 10 в слое волокон 4 и могут иметь регулярное и/или нерегулярное расположение и могут варьироваться по размеру. На представленных рисунках они указаны только схематично небольшим прямоугольником. Однако, жгуты волокон также могут быть расположены таким образом, что они образуют трикотажное полотно, двухосную ткань, трехосную ткань, полотно с сотовой структурой (тканое полотно).
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один из слой пластика, выбираемый из первого или второго слоя пластика 2, 3, изготавливают из термопластичного материала. Это предоставляет такую возможность, что первый и второй слой пластика могут быть связаны друг с другом и/или слоем волокон в результате нагревания термопластичного материала и спрессовывания слоев 2, 3, 4 вместе в подходящем инструменте.
Для получения композитного продукта 1 обеспечивают первый слой и второй слой пластика 2, 3. Хорошие результаты могт быть достигнуты в том случае, когда первый и второй слой 2, 3 имеют трехмерную форму, соответствующую, по меньшей мере, частично конечному продукту. Слой волокон 4 затем подвергают вакуумному формованию на первом и/или втором слое пластика 2, 3, в ходе чего нежелательные складки не образуются. На дополнительной стадии противоположный другой слой пластика 2, 3 размещают на слое волокон 4. На следующей стадии первый и второй слой пластика 2, 3 взаимосоединяют (связывают) друг с другом через слой волокон 4 с получением сборки 5. Различаются по форме с целью содействия вакуумному формованию слоя волокон во время связывания первого и второго пластикового слоя.
Первый и второй слой материала 2, 3 взаимосоединяют непосредственно с волокнами или с их частью (например, только с одной стороны) и/или друг с другом посредством нескольких мостиков 5, расположенных в отверстиях, идущих через текстильный материал. Мостики 5 располагают и доводят до требуемого размера, так чтобы они предпочтительно были незаметны снаружи для наблюдателя. Как упомянуто выше, установление максимально возможного взаимодействия между волокнами слоя волокон 4 и первым, соответственно, вторым слоем пластика 2, 3, не является основной целью.
Если целесообразно, то, по меньшей мере, одна вспомогательная деталь 7, здесь в форме рамки, идущей вдоль края 8 и обхватывающей его, может быть взаимосоединена с со сборкой первого и второго слоя материала 2, 3 и слоя волокон 4. Вспомогательная деталь 7 может быть, например, прикреплена к сборке 5 с применением формования литьем под давлением, что дает в результате прочное взаимосоединение с элементами сборки 5.
На Фигуре 2 сборка 5 показана на изображении вида сверху, а на Фигуре 3 на изображении вида в разрезе вдоль линии разреза DD согласно Фигуре 2. Сборка 5 показана на ранней стадии получения, когда первый и второй слой пластика 2, 3 еще не обрезаны. Как можно увидеть, первый и второй слой пластика 2, 3, а также расположенный между ними слой волокон имеют трехмерную форму. Следует учитывать, что замысел изобретения не ограничивается показанной в данном документе формой. Первый и/или второй слой материала 2, 3 предпочтительно изготавливают формованием литьем под давлением и/или глубокой вытяжкой и/или формованием с раздувом или с применением их комбинации. Первый и второй слой могут быть сформованы одновременно по контуру друг друга. При нанесении волокон текстильного материала 4, первый и второй слой материала обычно имеет 3–мерную форму, где их 3–мерная форма, как правило, соответствует форме конечного продукта или близка к ней.
Фигура 4 показывает фрагмент G из Фигуры 3 в увеличенном виде. Как можно увидеть на схематическом изображении, первый и второй слой пластика 2, 3 взаимосоединены друг с другом мостиками 6, которые идут через слой волокон 4 регулярным или нерегулярным образом. Хотя поперечные сечения всех мостиков 6 показаны одинаковыми, в действительности это будет с наибольшей долей вероятности не так. Мостики 6 образуются с обеих сторон в результате плавления материала первого и второго слоя материала 2, 3 и, вследствие этого, формирования верхней и нижней части мостика. Альтернативно и в дополнение к тому, связывание происходит в результате взаимодействия первого и второго слоя и слоя волокон 4 вдоль поверхности взаимодействия 9.
Фигура 5 показывает сборку 5, содержащую первый слой пластика 2, второй слой пластика 3 и слой волокон, связанные друг с другом. Как можно увидеть, на этой стадии первый и второй слой пластика 2, 3 еще не обрезаны до размера слоя волокон 4 и выходят за него в поперечном направлении. На технологической стадии (не показано подробно) первый и второй слой 2, 3 обрезают до края 8. В зависимости от применения конечного продукта кромка 8 может быть охвачена вспомогательной деталью 7, как показано на Фигуре 1.
Фигура 6 схематически показывает технологические стадии получения сборки 5, которая описана выше: Обеспечивают первый слой пластика 2 и второй слой пластика 3. Перед нанесением слоя волокон 4, обоим слоям придают 3–мерную форму, соответствующую, по меньшей мере, частично геометрии конечного продукта, который подлежит изготовлению. Поскольку видимый слой волокон 4, состоящий из сетки волокон, расположен между первым и вторым слоем пластика 2, 3 и обхвачен ими, то слой волокон 4 схематически показан линией. На дополнительной технологической стадии первый и второй слой материала 2, 3 взаимосоединяют друг с другом через слой волокон 4, например, путем связывания с волокнами слоя волокон 4 и/или посредством мостиков 6, идущих через близкие к ним отверстия 10, расположенные в слое волокон 4. В предпочтительном варианте осуществления мостики образуются в результате, по меньшей мере, частичного плавления материала первого и/или второго слоя пластика 2, 3.
Фигура 7 схематически показывает технологические стадии варианта осуществления способа получения сборки 5, которая описана выше: Обеспечивают первый слой пластика 2 и поддерживающую структуру 11, включаемую в качестве второго слоя пластика 3. Перед нанесением слоя волокон 4, слою пластика 2 и поддерживающей структуре придают 3–мерную форму, соответствующую, по меньшей мере, частично геометрии конечного продукта, который подлежит изготовлению. Поскольку видимый слой волокон 4 расположен между первым слоем пластика 2 и поддерживающей структурой 11 – которая соответствует второму слою пластика 3 – и является обхваченным ими, то слой волокон 4 схематически показан линией. На дополнительной технологической стадии, первый и второй слой пластика 2, 3 и слой волокон 4 размещают между первой и второй частью пресс–формы 13, 14. На дополнительной технологической стадии первую и вторую часть пресс–формы 13, 14 сводят вместе. На дополнительной технологической стадии, энергию подводят, так чтобы расплавилась часть первого и второго слоя пластика 2, 3, и первый и второй слой материала 2, 3 взаимосоединились друг с другом через слой волокон 4, например, в результате связывания с волокнами слоя волокон 4 и/или посредством мостиков, идущих через близкие к ним отверстия 10, расположенные в слое волокон 4. В предпочтительном варианте осуществления мостики образуются в результате, по меньшей мере, частичного плавления материала первого и/или второго слоя пластика 2, 3.
Фигура 8 схематически показывает технологические стадии варианта осуществления способа получения сборки 5, которая описана выше: Обеспечивают первую и вторую часть пресс–формы 13, 14. Обеспечивают первый слой пластика 2, который имеет 3–мерную форму. Наносят слой волокон 4, соответствующий, по меньшей мере, частично геометрии конечного продукта, который подлежит изготовлению. Как показано, слой волокон 4 размещают между первым слоем пластика 2 и второй частью пресс–формы 14. Клеевой слой 12 размещают между слоем волокон 4 и второй частью пресс–формы 14. Клеевой слой 12 может представлять собой клей–спрей, который наносят, по меньшей мере, на часть поверхности второй части пресс–формы 14. Так, на последующей стадии способа слой волокон 4 может быть размещен и упорядочен по направлению волокон собственно на второй части пресс–формы 14 и временно прикреплен ко второй части пресс–формы 14. На дополнительной технологической стадии первую и вторую часть пресс–формы 13, 14 сводят вместе. На дополнительной технологической стадии, подводят энергию, в результате чего часть первого слоя пластика 2 плавится и проникает в слой волокон 4.
Пожалуй, терминология, используемая в описании изобретения, означает терминологию описания, а не ограничения, и подразумевается, что различные изменения могут быть выполнены без отступления от существа и объема изобретения.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Композитный продукт
2 Первый слой пластика
3 Второй слой пластика
4 Слой волокон
5 Сборка (первый слой, второй слой пластика и слой волокон)
6 Мостики
7 Вспомогательная деталь
8 Кромка
9 Поверхность взаимодействия
10 Отверстия
11 Поддерживающая структура
12 Клеевой слой
13 Первая часть пресс–формы
14 Вторая часть пресс–формы.
1. Композитный продукт (1), содержащий:
а) первый слой пластика (2), и
b) поддерживающую структуру (11, 3), включающую второй слой пластика (3), и
с) расположенный между ними слой волокон (4), где
d) первый слой пластика (2) проникает в слой волокон (4), по меньшей мере, в некоторых местоположениях с обеспечением механического соединения первого слоя пластика (2) и слоя волокон (4),
e) первый слой пластика и/или поддерживающая структура (11) являются по меньшей мере частично оптически прозрачными, так что волокна слоя волокон (4) являются, по меньшей мере, частично видимыми снаружи, и
f) первый слой пластика (2) получен формованием литьем под давлением, и/или глубокой вытяжкой, и/или формованием с раздувом.
2. Продукт (1) по п. 1, где первый слой пластика (2) и поддерживающая структура (11) взаимосоединены друг с другом через слой волокон (4).
3. Продукт (1) по п.1 или 2, где волокна слоя волокон (4), по меньшей мере, частично связаны друг с другом посредством связующего агента.
4. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где волокна слоя волокон (4) выбраны из группы волокон, состоящей из углеродных волокон, волокон Кевлар, металлических волокон.
5. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где первый слой пластика (2) и поддерживающая структура (11) взаимосоединены друг с другом несколькими мостиками (6), расположенными в отверстиях (10), идущих через слой волокон (4).
6. Продукт (1) по одному из пп. 1–5, где первый слой пластика (2) и поддерживающая структура (11) связаны друг с другом посредством волокон слоя волокон (4).
7. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где первый слой пластика (12) и/или поддерживающая структура (11) являются, по меньшей мере, частично оптически прозрачными, благодаря чему волокна слоя волокон (4) являются, по меньшей мере, частично видимыми снаружи.
8. Продукт (1) по п. 1, где слой пластика, расположенный, с точки зрения наблюдателя, снаружи, является более оптически прозрачным, чем другой слой пластика, расположенный с внутренней стороны.
9. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где несколько мостиков (6) расположены смежно с узлами сетки волокон.
10. Продукт (1) по п. 9, где мостики (6) расположены по регулярной и/или нерегулярной схеме.
11. Продукт (1) по одному из пп. 9 и 10, где мостики (6) получены в результате термопластической деформации материала первого слоя пластика и/или второго слоя пластика.
12. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где поддерживающая структура (11) получена формованием литьем под давлением, и/или глубокой вытяжкой, и/или формованием с раздувом.
13. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где, по меньшей мере, один клеевой слой (12) расположен между первым слоем пластика (2) и слоем волокон (4) и/или между поддерживающей структурой (11) и слоем волокон (4).
14. Продукт (1) по одному из предшествующих пунктов, где первый слой пластика (2) включает выступы, проникающие в слой волокон (4).
15. Способ получения композитного продукта (1), включающий в себя следующие стадии способа:
а) обеспечение первого слоя пластика (2);
b) обеспечение слоя волокон (4);
c) обеспечение первой части пресс–формы (13);
d) обеспечение второй части пресс–формы (14);
e) расположение слоя волокон (4) между первым слоем пластика (2) и второй частью пресс–формы (14);
f) размещение первого слоя пластика (2) между первой частью пресс–формы (13) и второй частью пресс–формы (14);
g) сведение вместе первой и второй частей пресс–формы (13, 14);
h) подведение энергии с обеспечением проникновения части первого слоя пластика (2) в слой волокон (4),
причем способ дополнительно включает в себя следующие стадии способа:
i) обеспечение поддерживающей структуры (11, 3), включающей второй слой пластика (3);
j) расположение слоя волокон (4) между первым и вторым слоем пластика (2, 3);
k) соединение между собой первого и второго слоя пластика (2, 3) через слой волокон (4), и причем
l) первый слой пластика и/или поддерживающая структура являются по меньшей мере частично оптически прозрачными, так что волокна слоя волокон (4) являются, по меньшей мере, частично видимыми снаружи.
16. Способ по п. 15, где первый и второй слой пластика (2, 3) соединяют друг с другом посредством химической связи.
17. Способ по п. 15 или 16, включающий в себя стадию способа с размещением клеевого слоя (12) на одной стороне слоя волокон (4).
18. Способ по п. 15, включающий в себя стадию способа нанесения поддерживающей структуры (11) на слой волокон (4) посредством формования литьем под давлением.
19. Способ по п. 15, где связывание проводят, по меньшей мере, частично посредством мостиков (6), проходящих между первым и вторым слоем материала (2, 3) в отверстиях (10) в слое волоконного материала (4) с обеспечением связывания первого и второго слоя материала вместе.
