[发明专利]多层结构部件、其制造方法及用途

说明书

本发明涉及多层结构部件(84、110、120、170)，其包含第一和第二纤维复合层(102、104、122、124、172、174)和设置在它们之间的由发泡塑料制成的泡沫层(106、126、176)，其中第一和第二纤维复合层(102、104、122、124、172、174)分别具有至少一个由纤维材料制成并嵌入基于热塑性塑料的基质(8、20)中的纤维层片(4、16、18、24)。该结构部件具有用于接合到力引入元件上的锚固结构(140)。本发明还涉及制造结构部件(84、110、120、170)的方法，其中提供第一和第二纤维复合片(2、12、48、52)，其中第一和第二纤维复合片(2、12、48、52)分别具有至少一个由纤维材料制成并嵌入基于热塑性塑料的基质(8、20)中的纤维层(4、16、18、24)，其中将第一纤维复合片(2、12、48、52)热成形以形成第一纤维复合半成品(64、86、88)，并将第二纤维复合片(2、12、48、52)热成形以形成第二纤维复合半成品(64、86、88)，其中将第一和第二纤维复合半成品(64、86、88)设置在发泡模具(90)中以在第一和第二纤维复合半成品(64、86、88)之间形成空腔(96)，且其中通过注入发泡塑料对空腔(96)发泡。此外，将锚固结构(140)整合到所述结构部件上。

本发明涉及多层结构部件，其特别是用作轻质部件。

在汽车建造中以及在其它工业领域中，更多地使用轻质部件已有一段时间，以由此实现例如与燃料消耗有关的优点。特别在汽车建造中，需要一方面具有低重量且另一方面满足在汽车建造时必需的安全要求和稳定性要求（例如就可荷载性而言）的结构部件。为了提高汽车中的行驶舒适度，也特别地进一步需要由于隔绝性质或固有频率谱而有助于实现机动车内室的低噪音水平的结构部件。汽车工业还特别对可见结构部件的光学性质和表面品质提出高要求，以使该结构部件例如能获得均匀漆层。

由现有技术已知轻质部件的各种变型。这些特别包括由完全或部分借助胶粘技术互相接合的金属片与例如由塑料材料制成的支承结构的组合制成的部件。此外，还已知具有金属支承结构的注塑部件、纯注塑部件和任选具有玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料的热固性FVK部件（RTM、SMC、BMC）。

“树脂传递模塑”（RTM） – 通常也称作注射压缩模塑 – 被理解为是指制造纤维增强部件的方法，其中将纤维垫插入模具中，然后在压力下在其周围浇注液体树脂-固化剂混合物。该树脂在热输入下反应，由此产生固体产品（Körper）。

“片状模塑料”（SMC）表示由现有技术中已知用于制造纤维-塑料复合体的由热固性反应树脂和玻璃纤维制成的片形面团状压制物料。在SMC中，所有必要组分以完全预混并准备好加工的形式存在。通常使用聚酯树脂或乙烯酯树脂。增强纤维以垫的形式或罕见地以织物的形式存在，其中其典型纤维长度为25至50毫米。

“块状模塑料”（BMC）是已知的纤维-基质半成品。其主要由短玻璃纤维和聚酯树脂或乙烯酯树脂构成，其中其它增强纤维或树脂体系也可行。天然纤维越来越广泛用作玻璃纤维的廉价替代物。BMC作为未成型物料在袋或其它容器中供应。

但是，尽管这些已知的轻质部件，还需要改进的轻质部件，因为已知体系具有不足的材料性质，特别是在稳定性、刚度等方面中，或尽可在非常复杂的方法中制造或使用，因为它们例如需要单独制造金属组件或塑料组件，其然后必须在机动车组装过程中在单独操作步骤中接合，例如通过将塑料片与由金属制成的支承结构胶粘。

现有技术中迄今已知的轻质部件的另一问题还在于与引入力（krafteinleitend）的功能元件（力引入元件）的组合。例如，迄今已将用于吸收出现的载荷的金属支承或框架结构与外部件如金属片或塑料片组合，以制造包层（Verkleidung）。这种结构在汽车领域中已知为所谓的空间框架建造方式。相反，在另一已知的自承结构概念中，外部车身部件吸收出现的载荷。在之前的解决方案中，基本将用于引开出现的载荷的力引入元件与承载框架结构接合，特别是通过焊接、拧紧或铆接，由此产生提高的操作费用。

因此也特别需要不必使用上述紧固方法就将力引入元件整合到其中的轻质部件，由此能够简化力引入元件的安装。