[发明专利]用于对纤维增强的热塑性材料施压的施压设备、纤维布置设备以及用于布置纤维增强的热塑性材料的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月16日提交的德国专利申请No.10 2009 009 186.6和2009年2月17日提交的美国临时专利申请No.61/153,042的优先权，上述申请的公开以引入的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及用于对纤维增强的热塑性材料施压的施压设备以及纤维布置设备和用于布置纤维增强的热塑性材料的方法。

背景技术

具有高承载能力的纤维增强的塑料部件——其具有适于应力的纤维定向和纤维定位——不断地在非常广泛的技术领域中得到使用。例如，能够在飞行器结构中使用这种塑料部件并且导致飞行器在该处重量的显著降低。可以通过布设预浸渍的纤维束来生产这种纤维增强的塑料部件。在这种情况下，能够采用碳纤维(CRP-碳纤维增强塑料)以及玻璃纤维(GRP-玻璃纤维增强塑料)来增强用作基体的塑料材料。

在由热塑性纤维塑料复合材料制造的部件的生产期间，通常使用纤维增强塑料带，纤维增强塑料带在单独的上游工艺中进行浸渍和固结。这些塑料带在布设或压靠到模具之前被直接加热，并且然后在布设点中借助于例如施压辊子的施压设备来适于部件或模具的几何形状且进行固结。部件的几何形状能够通过部件布设在其上的模具的平面或曲面预先确定。这种可自动操作的方法被称为“带布设”或“带/丝束铺放”或“纤维铺放”，并且能够用于部件的整体结构而且也可以用于部件的局部增强。

当布设例如纤维增强的塑料带形式的纤维增强的热塑性材料时可能具有如下问题，即：通过例如凸模或凹模的模具建立的部件的几何形状受到限制，因为通过刚性施压辊子将更加难以完成塑料带的均匀的施压和/或布设，并且特别是仅能够非常困难地实施弯曲部件内的期望的纤维定向。凸出或凹入的部件弯曲会导致不平滑或者有时还导致无法将浸渍的塑料带压到模具上，这与固结缺陷相关联。

因此，存在对于用来对纤维增强塑料材料施压的施压设备的需求，这样允许在布设过程期间改善塑料材料对模具的压靠。特别是，存在对于如下施压设备的需求，即：优选地，其允许以适于多个模具的方式在多个布设方向上同时布设多个纤维增强的塑料材料带，并且其还可以长期经受住在布设纤维增强的热塑性材料期间出现的例如高温的操作条件。此外，还存在对于采用这种施压设备将纤维增强的热塑性材料布置在模具上的纤维布置设备和方法的需求。

发明内容

该需求能够由独立权利要求的技术主题来满足。在从属权利要求中具体说明了本发明的有利的实施方式。

根据本发明的第一方面，提出了用于将纤维增强的热塑性材料压到模具上的施压设备。该施压设备具有主体部和在主体部的表面上的施压层。利用无机材料实施该施压层。此外，该施压层实施成使其具有柔性以便在施压期间使其自身适于模具的轮廓。

基于如下思想描述当前描述的发明的一个概念，即：传统的施压设备通常由有机材料——常基于聚合物——形成和/或利用由这种有机材料制成的层覆盖。这些有机材料通常本身具有一定柔性，从而使得这些传统的施压设备由于所使用的生产材料而具有柔性，以便当施压时使它们自身适于模具的轮廓。利用这种传统的施压设备典型地加工硬质塑料纤维增强的塑料材料。

现在已经意识到，在例如PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)或PPS(聚苯硫醚)的纤维增强的热塑性材料的加工期间，由于其中所需的高的加工温度——其基本上高于硬质塑料材料的加工温度并且例如对PEEK来说能够在大于350℃的范围中，因此传统的施压设备会产生问题。

意识到该问题的解决方案在于，利用例如陶瓷材料的无机材料来实施附连于施压设备的主体部的施压层。这种无机材料典型地具有对于高温的较高的抵抗能力。

因为无机材料并且特别是陶瓷材料本身通常硬且脆，所以将施压层实施成：当将其压到模具的轮廓上时使其具有使自身能够进行适应的充分的柔性，纤维增强的材料附着于所述模具。所需的柔性优选地不是基于用于施压层的材料的材料特性来实现，如同通常在传统的施压设备中的情况下那样。而是，所需的柔性是通过利用施压层的适合的结构设计来实现。下文中描述了其细节和可能的示例。

下文中详细说明了本发明的可能的特征、特性、优点和可替代实施方式。