[发明专利]复合材料及其制造方法

说明书

本发明涉及由无机非金属材料层和夹层元件构成的复合材料及其制造方法。

复合材料是两种或更多种彼此结合的材料（Materialien）构成的材料（Werkstoff）。材料的性质和在某些情况下各组件的几何性质对所得到的材料的性质是重要的。这能够结合不同组件的性质，因此复合材料具有广泛的应用可能性。通过为组件选择不同的原材料，可以按需要建立最终产品所需的性质。

复合材料可以以各种方式获得。夹层结构是一种可能性。该构造常用于半成品，其中将不同性质的多个层嵌入一种材料中。作为构造方式夹层结构方式指一种轻型结构形式，其中结构组件由通过大多轻型的芯材（间隔）保持距离的通常吸力性表面层构成。相应的部件重量低但抗弯刚度高。

芯材可以由得自不同材料，例如纸、纸板、塑料或金属、轻木、波纹板金属或泡沫的蜂窝或多孔材料构成。芯材传递产生的推力并支承表面层。

以夹层结构方式制造的复合材料的用途例如为运动艇、飞机部件（机身、机翼壳）、火车的外部和内部部件、交通工具-和汽车部件、冲浪板和风力发电装置的转子叶片、建筑外墙和建筑构造中的镜面部件和其它应用领域。

具有芳族聚酰胺纤维的蜂窝芯和具有玻璃纤维预浸料的表面层的夹层嵌板也用作现代飞机中的机上厨卫的墙。

在建筑业中使用由钢筋混凝土支承壳、绝热材料和得自熟料或混凝土的饰面壳（Vorsatzschale）构成的预制夹层板。此外，具有金属表面层和位于其间的绝热材料的复合板材被称作夹层元件或夹层板。

这种构造方式在造船中现今已，特别是在运动艇中非常广泛地应用。夹层结构在大型船舶建造中提供更高的安全性，尤其用于油轮。

夹层结构还用于汽车工程。由此可在低重量下进一步获得高的稳定性。例如从DE 10 057 365 A1中获知纤维增强的塑料-夹层部件的制造。

由WO 2006/099939 A1和WO 2009/043446 A2公开了基于夹层结构方式的机动车车顶模块。夹层由在两面上都具有表面层的间隔构成。间隔与表面层的结合通过聚氨酯实现。蜂窝结构或波纹金属板常用作这些夹层元件中的间隔。该夹层通常在两面上都具有外层/功能层。这种外层通常由塑料膜构成。这种膜与所述夹层的粘合通常在高温下和使用压力实现。由此，间隔的结构常常通过所述膜显露出来，因此该夹层元件的表面不再是光滑的。间隔的结构随之也显露在最终产品中。

当使用此类夹层元件作为之后可见的建筑材料时，这样的不规则表面通常不合意。

可以通过使用塑料泡沫作为间隔来防止由于蜂窝结构造成的不规则表面。为最佳加工，所用塑料泡沫必须可透过空气，以能使制造过程中封隔在泡沫层中的空气可以逸出。开孔泡沫芯材的合适用途已从DE-A-10000767中获知。

使用相应的轻型泡沫芯材的问题是保持所需抗压强度和避免芯层与表面层之间以及表面层与功能层之间的分层效应。

由WO 2006/099939 A1和WO 2009/043446 A2公开了用于接合不同片层的聚氨酯体系，其不适用于大型部件，因为其乳白时间（Startzeit）太短。大型部件的制造要求聚氨酯体系经特别调整的化学，否则否则在喷涂表面层时就会开始聚氨酯的反应，而由此在部件中产生不想要的固有应力。因此需要经调整的乳白时间– 将其理解为是指引入反应混合物直到化学反应开始之间的时间间隔。在含水聚氨酯反应混合物的情况中，视觉上可辨的发泡被认为表明反应开始。

但是，为了保障该工艺的经济效率需要能够实现该部件的短的脱模时间。脱模时间的定义是多异氰酸酯和加聚产物的反应混合物为在反应模具中获得足够高的交联度以便能从该模具中恰当脱出复合材料所需的时间。

为了制造大型结构部件，必须调节具有延迟乳白时间的聚氨酯体系。这可确保能喷涂整个纤维结构而没有阻碍均匀润湿纤维结构的过早发泡和过快的充分反应。延迟的乳白时间和短的脱模时间的组合需要专门针对该工艺调整的聚氨酯体系化学。

本发明的目的因此是提供可以以夹层结构获得并避免现有技术的缺点的复合材料。特别地，相应的复合材料应在大面积上也具有光滑表面，其中不会看见间隔的结构。该表面应该非常光滑并且没有凹痕、空气夹杂或类似缺陷。该夹层元件的表面应如此平整以致也可以将功能元件固定到其上，而它们不会由于该夹层元件和/或间隔的挤压而直接受损。另一目的是提供具有低重量的大面积部件，由此制造和安装的技术复杂性尽可能小，并且用该部件可实现高的设计自由度（例如弯曲、安装固定件）。