設(shè)有向外開口型內(nèi)腔的復(fù)合材料制本體的制造方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】由復(fù)合材料制成的諸如頭盔殼體的本體(1)的制造方法。所述本體(1)構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)，其中每個層(2、3、4)由包括預(yù)浸漬有熱塑性樹脂的織物的復(fù)數(shù)個部分的疊置的層形成，其中所述層(2、3、4)的至少一些通過紡織的或無紡的LFRTP型預(yù)浸漬織物形成。外層(2)通過“面紗”型或“氈”型織物的部分構(gòu)成的復(fù)數(shù)個層形成，所述織物具有長度在5和20mm之間的無紡的且非定向的纖維。在該方法中，布置在模具中的多層結(jié)構(gòu)經(jīng)受由于壓力而膨脹從而占據(jù)模具的腔的袋(15)所施加的作用。
【專利說明】設(shè)有向外開口型內(nèi)腔的復(fù)合材料制本體的制造方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造方法，特別針對制造設(shè)有帶向外開口的內(nèi)腔的由熱塑性基體復(fù)合材料制成的本體，所述腔包括至少一個凹曲形壁并且所述向外開口具有比所述內(nèi)腔在兩個相對的壁之間的最大尺寸小的尺寸或?qū)挾?。具體地說，所述中空本體可以是例如摩托車頭盔等防護(hù)頭盔的殼體，或者例如滑雪靴等用于進(jìn)行需要非常堅(jiān)硬的鞋的運(yùn)動的運(yùn)動鞋的結(jié)構(gòu)部件。因此，根據(jù)該方法制造的本體對象是如下本體，其未被完全封閉并且中空，諸如箱，但具有足夠封閉的空腔，在使用直接方法(注射，熱成型，等)時該空腔的幾何形狀阻礙本體的脫模。已開發(fā)的制造方法還允許制造如下部件，其在整個部件上具有非均勻的厚度和組成，并且因此根據(jù)區(qū)域而不同。這使得能夠適合于其中機(jī)械應(yīng)力或?qū)⒂龅降臈l件在整個部件上是各不相同的或不均勻的部件。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施該方法的設(shè)備。最后，本發(fā)明還公開了頭盔的殼體，其具有與用在該方法的各步驟中的材料一致的材料類型，該材料類型使其特別適于用在如下消費(fèi)品中，即，在這些消費(fèi)品中可以開發(fā)諸如抗沖擊性能或抗彎剛度等機(jī)械特性相對于重量的關(guān)系的改進(jìn)。

【背景技術(shù)】
[0003]許多頭盔類型，例如摩托車頭盔，滑雪頭盔，攀巖頭盔，騎馬頭盔，航空和航海運(yùn)動頭盔，一些類型的騎行和工作帽或防彈頭盔，包括通常被稱為殼體(在英語中被稱為“shell”)的元件或部件，其作為頭盔的外殼。所述殼體元件具有各種各樣的主要功能，其中之一是將由于假想的沖擊而在所述殼體表面上的一些點(diǎn)處的施加力分配在用戶頭骨的足夠大的面積中，使得產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力的水平較低，從而防止或最小化生物醫(yī)學(xué)損害或損傷。
[0004]與殼體內(nèi)部的通常以發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)泡沫制造的沖擊吸收元件相結(jié)合，殼體負(fù)責(zé)管理沖擊的減速過程，其允許通過頭盔的厚度延長減速行程，使得在特定的最大的加速度和脈沖幅度的參數(shù)下用戶的顱內(nèi)質(zhì)量所經(jīng)歷的減速脈沖比沒有所述頭盔的情況下可能經(jīng)歷的減速脈沖足夠小，從而減小由此產(chǎn)生的慣性力并防止或最小化生物醫(yī)學(xué)損害或損傷。
[0005]此外，與沖擊吸收元件相結(jié)合，外殼的另一功能是借助于頭盔的變形或破壞操作來吸收沖擊的大部分初始動能，使得最終的動能降低，從而最小化回彈速度和管理更高減速度的需要，從而減少了沖擊的彈性分量。
[0006]殼體也是頭盔負(fù)責(zé)抵抗可能的應(yīng)力磨損的部件，所述應(yīng)力磨損是由于頭盔表面在沖擊表面上或靠著沖擊表面滑動所致，從而減少這些應(yīng)力傳遞給用戶，降低或最小化生物醫(yī)學(xué)損害或損傷，所述殼體還是在正常使用期間充當(dāng)頭盔的所有部件的功能性和結(jié)構(gòu)性支撐的部件。
[0007]值得一提的是，上述殼體不應(yīng)該與其它頭盔類型的殼體混為一談，諸如現(xiàn)今使用的并例如根據(jù)EN 1078認(rèn)證的大多數(shù)自行車頭盔，這些其它頭盔類型的殼體的功能僅僅是作為最后涂飾，因?yàn)樯鲜龉δ鼙粌?nèi)部沖擊吸收元件滿足到對于所述應(yīng)用和規(guī)則而言所需要的程度。通過熱成型工藝等由具有小于0.5 mm的非常小的厚度的熱塑性片材或膜材制成所述殼體，不在本發(fā)明應(yīng)用的范圍內(nèi)。
[0008]用于殼體的上述功能包含對所述殼體通過其幾何結(jié)構(gòu)和組成材料提供一系列通用機(jī)械性能的需求，諸如:
[0009]-剛性或抵抗施加的沖擊力的能力，從而根據(jù)應(yīng)用和要遵守的規(guī)則來維持充分抑制的變形水平，無論諸如溫度或施加的沖擊砧的類型等試驗(yàn)條件；
[0010]-可塑性或當(dāng)在其彈性范圍以上的應(yīng)力施加到其上時永久變形到不可逆轉(zhuǎn)的程度的能力；
[0011]-韌性或在破壞之前吸收能量的能力；以及
[0012]-耐磨性。
[0013]對于這些要求，用于該殼體的理想材料將是在破壞前具有非常垂直的應(yīng)力-變形圖線和非常大而平的塑性區(qū)。
[0014]對上述通用機(jī)械特性的量化將取決于產(chǎn)品的類型和要應(yīng)用的規(guī)則的試驗(yàn)規(guī)格，并因此必須相應(yīng)地被調(diào)節(jié)。
[0015]與為該產(chǎn)品強(qiáng)加的機(jī)械要求相比，為了人體工程學(xué)和舒適性(也為了促進(jìn)頭盔使用)起見，限制殼體元件的總重量是必要且適當(dāng)?shù)?。使用?fù)合材料特別是纖維加強(qiáng)的熱塑性基體材料的觀念源自于對機(jī)械性能和重量的需求之間的爭端。
[0016]文獻(xiàn)WO 2007045466-A1描述了在中空本體的中間部分使用復(fù)合材料，該中空本體基本上構(gòu)成用于具有內(nèi)燃機(jī)的車輛的燃料箱。所述部分通過由預(yù)浸潰有聚合樹脂的片材或織物的復(fù)數(shù)個部分形成的多個層的疊置形成，所述多個層的最后一層，即最外層，通過以碳纖維的片材的復(fù)數(shù)個部分或“斜紋”或“平紋”型紡織織物的復(fù)數(shù)個部分的至少一個條帶形成。雖然構(gòu)成該箱的本體是設(shè)有空腔和開口的本體，如在殼體中出現(xiàn)的，但是該箱的開口比箱的腔的最大直徑小很多，并且當(dāng)被增加相應(yīng)規(guī)則的抵抗力相關(guān)的要求時，通過用于燃料箱的標(biāo)準(zhǔn)方法來制造殼體變得不可行。
[0017]看來滿足須由殼體遵守的要求的特定類型的材料是具有縮寫LFRTP，即，“LongFiber Reinforced Thermoplastic”(長纖維加強(qiáng)的熱塑性塑料)，或CFRTP,即“ContinuousFiber Reinforced Thermoplastic”(連續(xù)纖維加強(qiáng)的熱塑性塑料)的那些已知的材料。
[0018]LFRTP型材料的其中一種基本成分是加強(qiáng)織物，通常所使用的材料由玻璃纖維、和/或芳族聚酰胺纖維和/或碳纖維制成。關(guān)于織物的結(jié)構(gòu)，可以是:氈式織物，具有通過粘合劑連接在一起的無特定取向的纖維；“紡織”織物，其中，根據(jù)經(jīng)紗和緯紗的布置可以以平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物(大部分的紗線排列在一個方向上)和多軸織物來區(qū)分。除了織物的結(jié)構(gòu)之外，各織物可以根據(jù)應(yīng)用以各種方式來疊置，例如，每層遵循不同方向或者將某些類型的織物與其它類型的織物相組合。
[0019]任何聚合物復(fù)合材料的另一基本成分是基體，最常用的基體是熱固性的，這些基體具有被區(qū)分的環(huán)氧基、聚酷基、乙稀基酷基、丙稀酸基、酌■基和聚氣酷基，等等。與熱固性基體相反，還存在熱塑性基體，其選自由聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚丁烯-對苯二甲酸酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚甲醛、聚氨酯等形成的組，它們是被分在名稱“LFRTP復(fù)合材料”下的材料。
[0020]使用熱固性樹脂作為基體制造連續(xù)纖維加強(qiáng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和自動化是相對簡單的，這是由于它們在固化前具有低粘度，因?yàn)檫@允許使用10巴以下的低壓來容易地浸潰纖維，從而允許使用相對簡單的、低成本的制造工藝。
[0021]然而，與熱塑性樹脂相比，熱固性基體具有很大的局限性，諸如低生產(chǎn)率，因?yàn)樗鼈冃枰L的時間來完全固化，包含引起某些結(jié)垢的過程，因?yàn)闃渲教幐街谒械脑O(shè)備和裝置上，并且特別是在加工過程中，產(chǎn)生對操作人員的健康非常危險的非常大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放物，當(dāng)職業(yè)安全法規(guī)建立更嚴(yán)格的限制時，這引起了為了預(yù)防排放物的越來越多的工藝難度。另外，具有非常有限的韌性的樹脂的數(shù)量有限，并且這些樹脂還不能回收利用。另一方面，使用熱塑性材料對連續(xù)纖維進(jìn)行浸潰非常麻煩，因?yàn)闊崴苄圆牧系母哒承院瓦@些纖維浸潤能力的低下。
[0022]通過文獻(xiàn)US 2010/0209683-A1已知在制造諸如殼體的由復(fù)合材料制成的具有至少一個光滑的連續(xù)表面的剛性本體時使用LFRTP纖維。該過程包括:施加形成墊子的一系列熱塑性纖維的織物到由可熱熔纖維和其它纖維的混合物制成的基板上，以便形成多層結(jié)構(gòu)，其中這些其它纖維在與該混合物中的可熱熔纖維相同的熔化溫度下不起反應(yīng)；以及使如此形成的多層結(jié)構(gòu)經(jīng)過加熱和壓縮的循環(huán)，而同時使該結(jié)構(gòu)的成組熱塑性纖維的織物與作為加熱系統(tǒng)的一部分的連續(xù)而光滑的加熱表面形成接觸，以便形成復(fù)合材料的剛性部分。所建議的基板包括選自由包含聚乙烯基酯、酚醛樹脂、不飽和聚酯和環(huán)氧樹脂的組的熱固性成分。所述墊子的熱塑性纖維選自包含聚丙烯、聚酯和共聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯及聚苯硫醚的熱塑性纖維的組?；宓钠渌w維包括熱塑性纖維。
[0023]根據(jù)所述文獻(xiàn)中描述的實(shí)例，該工藝主要包括熱成型，其包括將纖維加強(qiáng)的LFRTP織物的復(fù)數(shù)個部分布置在再現(xiàn)頭盔殼體幾何形狀的模具上以形成互相重疊的若干層、加熱該多層結(jié)構(gòu)以及在真空下施加壓力持續(xù)一定的時間。然后執(zhí)行冷卻到允許脫模的溫度。該文獻(xiàn)中使用的熱成形工藝不允許制造具有幾乎封閉的幾何形狀的殼體，因此在其殼體必須符合上述主要功能的頭盔類型中應(yīng)用所述工藝是無效的。
[0024]因此，令人期望的是具有一種允許有效、迅速和經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)諸如上述殼體的具有幾乎封閉的幾何形狀的本體的制造方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]為了提供對所考慮的問題的解決方案，公開了一種制造本體的方法，所述本體由具有熱塑性基體的復(fù)合材料制成，并且設(shè)有帶向外開口的內(nèi)腔，所述腔包括至少一個凹曲形壁并且所述向外開口具有比所述內(nèi)腔的兩個相對壁之間的最大尺寸小的尺寸。
[0026]本質(zhì)上，該方法的特征在于其包括:
[0027]第一步驟，根據(jù)要制造的本體的圖案將預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物切割成復(fù)數(shù)個部分，其中所述預(yù)浸潰織物的至少一些是利用長的紡織的或無紡的纖維加強(qiáng)的LFRTP型織物；
[0028]第二步驟，將預(yù)浸潰織物的各部分放置于在閉合位置中設(shè)有入口的模具中，所述模具被分成至少兩個面對的半模，它們的閉合空間構(gòu)成了再現(xiàn)本體的幾何形狀反形的母型腔，將預(yù)浸潰織物的各部分以多層形式疊置地布置以形成多層結(jié)構(gòu)，首先把將構(gòu)成要制造的本體的外層的各部分定位在模具的腔的各壁上，并且最后定位將構(gòu)成內(nèi)層的各部分，從而所述外層由含有長度在5和20 mm之間的無紡的且非定向纖維的“面紗”型或“氈”型織物的部分構(gòu)成的至少一層形成；
[0029]第三步驟，放置設(shè)有構(gòu)造為相對于模具的公型構(gòu)件的袋的頭部，從而關(guān)閉模具的入口，所述袋位于模具腔的內(nèi)部；
[0030]第四步驟，在袋內(nèi)施加壓力，從而導(dǎo)致袋膨脹并擴(kuò)大到這樣的體積，S卩，導(dǎo)致袋的表面接觸并壓緊在布置在模具腔的壁上的織物的各部分上、并且其推力抵靠在模具的各壁上；
[0031]與第四步驟同時的第五步驟，從常溫開始將熱量施加在各半模上直到操作溫度值，從而熱量導(dǎo)致存在于織物中的熱塑性樹脂熔化及其流動，以再現(xiàn)模具的幾何形狀；
[0032]第六步驟，冷卻半模到一溫度，從而允許在該本體不變形的情況下從模具中取出固化的模制本體；
[0033]第七步驟，使袋降壓直到至少實(shí)現(xiàn)該袋不再接觸模具的腔的各壁為止；
[0034]第八步驟，從模具的入口中撤回頭部，由此所述袋從模具的腔的內(nèi)部被取出；
[0035]第九步驟，通過從彼此分離至少兩個半模而打開模具；以及
[0036]第十步驟，取出模制本體。
[0037]使用LFRTP型預(yù)浸潰織物允許并入熱塑性基體的優(yōu)點(diǎn)，如:高的抗沖擊性，良好的抗壓強(qiáng)度特別是抗彎強(qiáng)度，良好的耐化學(xué)性和低吸濕性，因?yàn)榧庸て陂g沒有硬化反應(yīng)導(dǎo)致很短的模制周期，良好的可焊接性，回收切屑及廢料的可能性，常溫下不受限制的存儲，其允許對各材料庫存的最佳的中間管理和在該外殼的使用壽命結(jié)束時被回收的良好能力。
[0038]與熱塑性基體相關(guān)的缺點(diǎn)，諸如難以浸潰纖維和難以模制具有高曲率并且緊密封閉的部件，在利用上述過程的同時就全部克服了。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，在第二步驟的放置織物的各部分之前，凝膠涂層被施加在所述模具的腔的各壁上，所施加的凝膠涂層的類型與所述預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂相容。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，在第二步驟的放置織物的各部分發(fā)生之前或之時，與預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂相容的粘性增強(qiáng)產(chǎn)品被施加在模具的腔的各壁上和已放置的織物的各部分上，以改善織物的各部分在模具上的支撐以及一些部分在其它部分上的支撐。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，在第三步驟中，所述袋經(jīng)受負(fù)壓，并且所述袋在內(nèi)部包括籠狀零件，所述袋由于在所述步驟中經(jīng)受的負(fù)壓而附著至所述籠狀零件。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，在第四步驟中施加在所述袋內(nèi)部的壓力值在5和10巴之間。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，在第四步驟中施加壓力的同時，設(shè)置在模具中的加熱裝置被啟動以用于施加第五步驟的熱量。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，取決于所用的熱塑性塑料的熔化溫度，第五步驟的操作溫度在100°C和280°C之間。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，第五步驟的熱量被施加的時間是導(dǎo)致織物中存在的熱塑性樹脂的熱塑性材料熔化及其流動以再現(xiàn)模具的幾何形狀所必需的時間。根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，通過利用用于冷卻構(gòu)成所述模具的至少兩個母型半模的冷卻回路進(jìn)行強(qiáng)制對流來執(zhí)行第六步驟的冷卻。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，該方法包括第十一步驟，用于修整本體的修整操作，諸如切割、鉆孔和表面光整操作。
[0047]根據(jù)上述方法由復(fù)合材料制品構(gòu)成的本體可以是在車輛中使用的頭盔的殼體，所述殼體基本上由中空本體形成，并且形成所述頭盔在意外事故中碰撞發(fā)生時的有抵抗力的部分。采用相同的方式，所述本體可以是諸如滑雪靴的運(yùn)動鞋的有抵抗力的元件。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，LFRTP型預(yù)浸潰織物中的纖維的長度至少為50 mm。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，LFRTP型預(yù)浸潰織物是合成或無機(jī)纖維與熱塑性纖維相組合的混合織物，或是合成或無機(jī)織物，以懸浮或稀釋的狀態(tài)組合在熱塑性樹脂中。
[0050]在本發(fā)明的尤其表明用于制造殼體的方法對象中，預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂優(yōu)選是聚丙烯樹脂，并且LFRTP型織物的長纖維是E型玻璃纖維。
[0051]外層的預(yù)浸潰織物的纖維優(yōu)選是由聚丙烯紗與玻璃紗的組合，通常通過混合，得到的混合纖維。根據(jù)另一特點(diǎn)，所述外層具有在20和100 g/m2之間的面密度和在20%和40 %之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
[0052]繼續(xù)本發(fā)明的用于制造頭盔的殼體的方法對象，LFRTP型預(yù)浸潰織物優(yōu)選是“斜紋”型紡織織物，其中構(gòu)成織物的緯紗的纖維和構(gòu)成織物的經(jīng)紗的纖維在每單位面積的織物上具有相同數(shù)目的纖維。構(gòu)成內(nèi)層的一層或多層均具有在300和2000 g/m2之間的面密度和在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。此外，所述內(nèi)層可以包括具有不同數(shù)目的層的區(qū)段。
[0053]根據(jù)另一特點(diǎn)，在制造殼體的方法的第二步驟中，構(gòu)成加強(qiáng)層的預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物的疊置部分被放置在特定區(qū)域中，并且位于外層和內(nèi)層之間、或者位于所述內(nèi)層的各層之間。加強(qiáng)層的織物的各部分優(yōu)選是單向或平紋的織物部分，其中所述加強(qiáng)層的每個層具有在300和2000 g/m2之間的面密度和在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
[0054]根據(jù)另一特點(diǎn)，所述多層結(jié)構(gòu)包括具有不同面密度的區(qū)段，其中所述不同面密度具有1000 g/m2的最小值和3500 g/m2的最大值，以及在1800和2400 g/m2之間的平均值。
[0055]根據(jù)第二方面，公開了一種用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備。
[0056]所述設(shè)備的特征在于其包括:
[0057]模具，其在閉合位置中設(shè)有入口，其被分成至少兩個面對的半模，并且所述半模的閉合空間構(gòu)成了再現(xiàn)本體的幾何形狀反形的母型腔；
[0058]頭部，其設(shè)有構(gòu)造為相對于模具的公型構(gòu)件的袋，當(dāng)所述頭部定位成關(guān)閉所述模具的入口時所述袋位于所述模具的腔的內(nèi)側(cè)；
[0059]用于加熱所述模具的加熱裝置；
[0060]用于冷卻所述模具的冷卻裝置；和
[0061]用于將壓力施加在所述袋的內(nèi)部的裝置。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述至少兩個半模相對于彼此可移動。所述各半?？捎烧谢蜾摵辖鹬瞥伞?br> [0063]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，形成設(shè)置在頭部中的袋的材料是硅樹脂。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述頭部在設(shè)有入口的那一側(cè)的上部中以鉸接方式附接到所述模具上。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，公開了一種在車輛中使用的頭盔的殼體，所述殼體基本上由中空本體形成，所述殼體形成頭盔在意外事故中碰撞發(fā)生時的有抵抗力的部分。
[0066]本質(zhì)上，本發(fā)明的殼體對象的特征在于，所述中空本體具有包括外層和內(nèi)層的多層結(jié)構(gòu)，其中，所述外層通過含有長度在5和20 mm之間的無紡的且非定向的纖維的、預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的“面紗”型或“氈”型織物的部分構(gòu)成的至少一層形成，并且其中所述內(nèi)層通過利用長的紡織的或無紡的纖維加強(qiáng)的、預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的LFRTP型織物的部分構(gòu)成的至少一層形成。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的殼體對象的另一特點(diǎn)，LFRTP型預(yù)浸潰織物中的纖維的長度至少為50 mmD
[0068]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，LFRTP型預(yù)浸潰織物是合成或無機(jī)纖維與熱塑性纖維相組合的混合織物，或是合成或無機(jī)織物，以懸浮或稀釋的狀態(tài)組合在熱塑性樹脂中。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂是聚丙烯樹脂，并且LFRTP型織物的纖維是E型玻璃纖維。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述外層的預(yù)浸潰織物的纖維是由聚丙烯纖維與玻璃纖維的組合得到的混合纖維、或者它們是與玻璃纖維混合的聚丙烯纖維。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述外層具有在20和100 g/m2之間的面密度。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述外層具有在20%和40%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述內(nèi)層的LFRTP型預(yù)浸潰織物是斜紋型紡織織物，其中構(gòu)成織物的緯紗的纖維和構(gòu)成織物的經(jīng)紗的纖維在每單位面積的織物上具有相同數(shù)目的纖維。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，構(gòu)成內(nèi)層的一層或多層均具有在300和2000g/m2之間的面密度。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，構(gòu)成內(nèi)層的一層或多層均具有在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述內(nèi)層包括具有不同數(shù)目的層的區(qū)段。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述中空本體的多層結(jié)構(gòu)包括在特定區(qū)域中構(gòu)成加強(qiáng)層的預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物的疊置部分，并且所述疊置部分位于外層和內(nèi)層之間或者位于所述內(nèi)層的各層之間。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，加強(qiáng)層的織物的各部分是單向或平紋的織物部分，其中所述加強(qiáng)層的每個層具有在300和2000 g/m2之間的面密度和在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，所述中空本體的多層結(jié)構(gòu)包括具有不同面密度的區(qū)段，其中所述不同面密度具有1000 g/m2的最小值和3500 g/m2的最大值，以及在1800和2400g/m2之間的平均值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0080]附圖通過非限制性實(shí)例示出了用于實(shí)施本發(fā)明的方法對象的設(shè)備的兩個實(shí)施例。在這些附圖中:
[0081]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備對象的第一實(shí)施例的豎直剖面的示意性剖視圖；
[0082]圖2和3是圖1的設(shè)備的模具和頭部的各自的視圖；
[0083]圖4至7是圖1的設(shè)備在根據(jù)本發(fā)明的制造殼體的方法的不同步驟中的視圖；以及
[0084]圖8是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備對象的第二實(shí)施例的豎直剖面的示意性剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0085]圖1示意性地示出了用于制造本體I的設(shè)備，該本體由熱塑性基體復(fù)合材料制成，并且設(shè)有帶向外開口的內(nèi)腔，所述腔包括至少一個凹曲形壁，且所述向外開口具有比所述內(nèi)腔的兩個相對壁之間的最大尺寸小的尺寸或?qū)挾?，所述本體諸如在車輛中使用的頭盔的殼體，所述殼體基本上由中空本體I形成并且形成該頭盔在意外事故中碰撞發(fā)生時的有抵抗力的部分。殼體的開口是頭盔的用戶戴入他/她的頭的地方。
[0086]該設(shè)備基本上包括以下元件:
[0087]-在閉合的位置中(參見圖1，5和6)設(shè)有入口13的模具，其被分成至少兩個面對的半模11和12，并且它們的閉合空間構(gòu)成了再現(xiàn)要制造的本體I的幾何形狀反形的母型腔；
[0088]-設(shè)有由硅樹脂制成的袋15(參見圖3)的頭部14，所述袋構(gòu)造為相對于該模具的公型元件，當(dāng)頭部14定位成關(guān)閉模具的入口 13時，袋15位于模具的腔內(nèi)側(cè)(參見圖1，5和6)。為了方便關(guān)閉該模具，頭部14在設(shè)有入口 13的那側(cè)的上部中以鉸接方式附接到模具上；
[0089]-用于加熱模具的加熱裝置16；
[0090]-用于冷卻模具的冷卻裝置17;和
[0091]-用于將壓力施加在袋15內(nèi)部的裝置。
[0092]如圖7中可以看出，兩個半模11和12可相對于彼此移動，以便能夠從模具中取出所制造的本體1，因?yàn)楸倔wI的封閉的幾何形狀使得像諸如熱成型法的其它方法中所發(fā)生的那樣直接取出是不可能的。實(shí)際上，兩個半模11或者12中的一個被通過氣動致動從另一個分離，有時在10和100 mm之間的間隙就足夠了。
[0093]在圖2 (鉸接的頭部14已被省略)中被分開示出的兩個或多個半模11和12由Hokotol鋁或鋼制成，并設(shè)有負(fù)責(zé)將熱量提供給要模制的部件的加熱裝置16。在圖1至7中示出的模具中，加熱裝置16包括接合到它們外表面的電熱絲，盡管根據(jù)其它類型，加熱裝置16可以采用用于新模具的火花塞型系統(tǒng)或者通過適合于將在這部分描述的制造過程的用于模具的現(xiàn)有的平坦電阻箱形成。電阻系統(tǒng)的功率和類型取決于模具的寬度和材料并取決于其自身的應(yīng)用，其對于用于頭盔的殼體的情況而言，具有可以大約從低至10 kW到高達(dá)200 kW變化的功率值。
[0094]加熱裝置16的另一類型是作為例如油/氣換熱器在圖8中示意性地示出的那種類型，其中模具被基于與模具接觸的油管的系統(tǒng)加熱。實(shí)際上，在圖8中油加熱器與油/氣換熱器未示出，但可以看出來自油加熱器的輸入線18、通向油加熱器的輸出線18’、來自油/氣換熱器的輸入線19和通向油/氣換熱器的輸出線19’的各連接。為了制造用于頭盔的殼體，油加熱器的功率可以在10至200 kff的范圍內(nèi)，并且同一范圍對于油/氣換熱器的功率而目是有效的。
[0095]為了從被模制的部件吸取熱量，利用冷卻裝置17通過強(qiáng)制對流來執(zhí)行該吸取，冷卻裝置17包括用于冷卻構(gòu)成母模的半模11和12的油或水基冷卻回路。在新建的模具中，循環(huán)管道被并入模具自身，而在增容的模具中，與模具相接觸的復(fù)數(shù)個交換板被使用，所述增容的模具是最初被建造用于利用袋來模制熱固性復(fù)合材料的過程但是被修改以適應(yīng)下面將說明的制造過程的那些模具，在該制造過程中涉及具有熱塑性基體和長纖維的LFRTP型復(fù)合材料。換熱流體通過封閉回路的液壓冷卻單元輸送。
[0096]由熱塑性基體復(fù)合材料制成的設(shè)有帶向外開口2的內(nèi)腔的本體I的制造方法在下面借助于附圖進(jìn)行了詳細(xì)說明，所述腔包括至少一個凹曲形壁并且所述向外開口具有比所述內(nèi)腔在兩個相對的壁之間的最大尺寸小的尺寸。出于實(shí)用的目的，所述本體I包括在車輛中使用的頭盔的殼體，該本體形成該頭盔在意外事故中碰撞發(fā)生時的有抵抗力的部分。
[0097]第一步驟包括根據(jù)要制造的本體I的圖案將預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物切割成復(fù)數(shù)個部分，其中所述預(yù)浸潰織物的至少一些是紡織的或無紡的LFRTP型預(yù)浸潰織物，即，“Long Fiber Reinforced Thermoplastic”(長纖維加強(qiáng)熱塑性塑料)，其中纖維的長度至少為50 _。所提到的織物可以通過模切機(jī)來切割并允許以高產(chǎn)量執(zhí)行該操作。
[0098]然后在圖4示出的第二步驟中，預(yù)浸潰織物(其中一些是LFRTP型)的各部分被放置在設(shè)有入口 13的模具中，模具處于閉合位置。如上所述，模具被分成至少兩個面對的半模11和12，它們的閉合空間構(gòu)成了再現(xiàn)本體I的幾何形狀反形的母型腔。預(yù)浸潰織物的各部分被以多層形式互相疊置地布置以形成多層結(jié)構(gòu)，即，首先把將構(gòu)成要制造的本體I的外層2的各部分定位在模具的腔的各壁上，最后定位將構(gòu)成內(nèi)層4的各部分，從而能夠在特定區(qū)域中在外層2和內(nèi)層4之間插入加強(qiáng)層3。在所述多個層之中，至少內(nèi)層4由長纖維加強(qiáng)的、LFRTP型預(yù)浸潰織物的部分的至少一個層形成。
[0099]在該操作中，頭部14沒有被精確地關(guān)閉在模具的入口 13上，以允許放置預(yù)浸潰織物的各部分，并且溫度和壓力具有常溫和常壓值。
[0100]可選地并根據(jù)產(chǎn)品或使用的材料的需要，將各部分放置在模具的腔中的操作可以通過在施加織物之前在模具上施加凝膠涂層來補(bǔ)充，這時它比拋光、施加膩?zhàn)雍蜏?zhǔn)備涂色的等效的模制后操作更有效。凝膠涂層的類型被選擇為使得它與基體或用在復(fù)合材料中的熱塑性樹脂類型相容。對于各聚烯烴基體的經(jīng)證實(shí)選項(xiàng)是丙烯酸凝膠涂層，利用其已經(jīng)獲得了最佳的附著性。
[0101]假定模具的各壁在一些區(qū)域中大多是豎直的，則需要幫助以在引入公型袋15之前實(shí)現(xiàn)對織物的各部分的堆疊或疊置的最小支撐是可能的。為了該目的并且為了實(shí)現(xiàn)最小粘性，通過噴涂在模具中和織物自身上而施加的一種類型的光膠可以被使用。所述膠必須與用作預(yù)浸潰織物中的基體的熱塑性塑料的類型相容。例如，對于具有聚丙烯基體的LFRTP型織物，短鏈聚烯烴膠可以被使用。
[0102]在圖5示出的該方法的第三步驟中，設(shè)有公型袋15的頭部14被放置，從而關(guān)閉模具的入口 13，并且袋15位于在先前步驟中覆蓋以織物的各部分的模具腔的內(nèi)部。施加在該部件中即在多層結(jié)構(gòu)上的溫度和壓力仍然是常溫常壓。在諸如上述系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)中，通過施加輕微的負(fù)壓(通過文丘里效應(yīng)抽吸來產(chǎn)生，其對于在具有氣動壓縮機(jī)但沒有具體真空管線的設(shè)備中產(chǎn)生輕微壓降而言是常見的)，袋15被保持貼靠在袋15內(nèi)部的構(gòu)造為籠子的小結(jié)構(gòu)上。袋15通過合并了上模蓋、袋15、真空閥和所有的氣動配線的鉸接頭部14上的氣動致動被自動地引入。
[0103]在第四步驟中，壓力施加在袋15內(nèi)，導(dǎo)致袋膨脹并擴(kuò)大到這樣的體積，即，導(dǎo)致袋15的表面接觸并壓緊在布置在模具腔壁上的織物的各部分上、并且其推力抵靠在模具的各壁上，如圖6所示。在該步驟中，溫度值繼續(xù)為常溫。根據(jù)本申請，所施加的壓力在5和10巴之間。對于打算用于頭盔殼體的應(yīng)用而言，壓力值大約為7巴。用于加熱模具的加熱裝置16被同時啟動。
[0104]因此，在與第四步驟同時的第五步驟中，熱量從室溫開始被施加于半模11和12直到操作溫度值，從而導(dǎo)致存在于多層結(jié)構(gòu)的預(yù)浸潰織物中的熱塑性樹脂熔化及其流動以再現(xiàn)模具的幾何形狀。
[0105]加熱持續(xù)的時間是對于實(shí)現(xiàn)所述熔化而言可能的最短時間。假定不存在緩慢歷程的固化反應(yīng)，如利用傳統(tǒng)的熱固性基體時可能的情況，則加熱坡度可以與部件-模具系統(tǒng)的可輸送功率和熱慣性所允許的一樣快。
[0106]必要的最高溫度將取決于用作基體的熱塑性材料。應(yīng)該申明，所述最高溫度稍微低于用于通過注射來處理熱塑性塑料的通常必要的最高溫度。這是因?yàn)樽銐虻偷恼扯仍谧⑸溥^程中是必要的，使得液態(tài)下的熱塑性塑料穿過擠壓機(jī)螺桿、注射噴嘴、模具的內(nèi)部等，而在使用LFRTP型預(yù)浸潰織物(預(yù)浸潰有基體或包含基體作為線或紗)的本申請中，熱塑性塑料在纖維中的初始位置與一旦所述纖維已被形成時熱塑性塑料的位置之間的距離大大減小。這樣的話，達(dá)到所述熱塑性塑料的熔化溫度就足夠了。
[0107]作為溫度參考，使用聚丙烯時最高溫度在160°C和170°C之間，一般對于聚酰胺溫度值約為220°C，對于聚對苯二甲酸丁二酯約為225°C以及對于聚碳酸酯為220°C，已獲得令人滿意的結(jié)果。
[0108]對于將部件或多層結(jié)構(gòu)加熱到熔化溫度所必要的加熱坡度或時間將依賴于系統(tǒng)的總的熱慣性。作為參考，對于用于諸如已經(jīng)描述的那種的摩托車頭盔的金屬模具而言，使用50 kff到150 kff的范圍內(nèi)的功率輸入，并且利用具有PP基體和大約2 mm厚度的分層LFRTP，加熱時間約為3至5分鐘。
[0109]所述溫度必須被保持的時間實(shí)際上不存在，因?yàn)楫?dāng)例如具有聚丙烯基體的部件達(dá)至IJ165°C (或所使用的熱塑性塑料的熔化溫度)時，就可以開始吸取熱量以降低溫度。另一方面，假定測量模制部件中的溫度是麻煩的，則模具溫度通常被參考。除了存在為了熱量流動所需要的最小熱梯度之外(因?yàn)槟＞呱晕嵋恍?，在模具達(dá)到165°C的時刻與部件的材料達(dá)到此溫度的時刻之間經(jīng)過了相當(dāng)長的時間。因此，關(guān)于部件的溫度，不存在實(shí)際的維持步驟，但關(guān)于模具的溫度，該溫度必須保持一段時間以確保部件已達(dá)到所述熔化溫度。
[0110]因此，第六步驟包括冷卻半模11和12到一溫度，從而允許在該本體不會變形的情況下并且對于將從模具中取出本體I的操作者而言是安全的情況下從模具中取出固化的模制本體I。在該步驟中，模具繼續(xù)處于閉合位置。作為實(shí)例，對于所涉及的LFRTP型預(yù)浸潰織物的基體是聚丙烯的結(jié)構(gòu)而言，由于部件在取出過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，將被冷卻到的溫度約為50°C。在諸如聚酰胺的其它熱塑性塑料中，該溫度將是70°C (在此情況下，限制因素是當(dāng)取出部件或本體I時操作者的手套的絕熱性)。
[0111]壓力繼續(xù)與加熱期間的壓力相同，在5至10巴之間，特別是7巴。
[0112]所用的時間將是達(dá)到取出溫度的可能的最短時間。假定不存在緩慢歷程的固化反應(yīng)，如利用傳統(tǒng)的熱固性基體時可能的情況，則冷卻坡度可以與由本體I和模具的慣性和絕熱性、以及為取出而施加的系統(tǒng)功率所允許的一樣快。作為參考，對于用于鋁或鋼的摩托車頭盔的金屬模具，并且利用具有PP基體和大約2毫米厚度的分層LFRTP，冷卻時間為I至3分鐘。
[0113]第七步驟是使袋15降壓，直到至少實(shí)現(xiàn)該袋不再接觸模具腔的各壁為止。模具繼續(xù)被閉合，并且壓力從袋15的內(nèi)部去除，從而施加輕微的壓降(低于大氣壓)以從模具的各壁分開袋15。
[0114]然后在第八步驟中，頭部14上升，并且袋15從模具中被取出。溫度繼續(xù)下降。
[0115]在第九步驟中，通過分離至少兩個半模11和12而打開模具，如圖7所示。
[0116]在第十步驟中，模制本體I被取出，而集成在模具中的取出器的幫助不是必要的。當(dāng)本體I是滑雪靴的殼體或有抵抗力的本體時，模制本體I可以容易地用手取出。
[0117]在第十一步驟中，執(zhí)行包括用于修整本體I的修整操作的模制后操作，諸如切割、鉆孔和表面光整操作。
[0118]假定該模制不在剛性閉合模具中執(zhí)行，則模制部件的邊緣、輪廓或端部將不會具有類似于它們在注射過程中的良好處理的光潔度，并且為此有必要切割多余材料。當(dāng)形成殼體中的用于固定其它元件的可能的鉆孔、通風(fēng)口等時，同樣的情形會發(fā)生。所有這些鉆孔和修邊操作可以利用切割模板以半手動方式或者在傳統(tǒng)的CNC切割站中或在利用高壓水的CNC切割站中以自動化方式進(jìn)行。
[0119]關(guān)于表面光潔度，如同樣發(fā)生在通過熱塑性塑料注射制造的殼體中的那樣，在為改善表面質(zhì)量和美學(xué)質(zhì)量的目的而涂色之前必須執(zhí)行一系列的表面準(zhǔn)備操作。所述操作可以包括:清潔、在表面裂紋上施加膩?zhàn)?、拋光、為涂色做?zhǔn)備等。各操作和材料的量將取決于所用的基體和所需的光潔度類型。
[0120]通?？梢员砻鳎哂蠰FRTP型預(yù)浸潰織物的本體I的表面光潔度通常具有介于通過熱塑性塑料注射法生產(chǎn)的部件與通過復(fù)合材料熱固化法生產(chǎn)的部件之間的中間模制后質(zhì)量:比前者略低的質(zhì)量但絕對優(yōu)于后者。這將需要成反比的量和強(qiáng)度的拋光操作，而總是呈相等的光潔度水平。
[0121]當(dāng)將根據(jù)本方法生產(chǎn)的具有LFRTP型織物的部件與根據(jù)復(fù)合材料熱固化法生產(chǎn)的類似部件(具有相等分層)進(jìn)行比較時，包括基于預(yù)浸潰LFRTP織物的復(fù)合材料的本體I具有更好的表面光潔度，這是因?yàn)?，由于該基體具有較高的粘性并且被緊密連接到加強(qiáng)纖維上，使得模具中LFRTP型紡織物的印記或印痕現(xiàn)象不顯著。
[0122]在根據(jù)上述方法生產(chǎn)的本體I中進(jìn)行涂色操作的難度與在利用相同基體進(jìn)行塑料注射所制造的部件中進(jìn)行涂色操作的難度相同，基本上取決于所述材料的表面能，并因此，取決于其所具有的附著其它材料的能力。因此，例如，使用具有ABS基體的LFRTP的部件非常容易涂色，而具有聚丙烯基體的LFRTP部件將存在更多的困難，從而使得有必要進(jìn)行涂色之前的操作，諸如涂底漆、或者甚至在一些情況下利用諸如火焰處理或等離子體處理等方法進(jìn)行表面活化。
[0123]下面作為實(shí)例描述用于制造本體I優(yōu)選的多層結(jié)構(gòu)，本體I包括摩托車頭盔的形成在沖擊情況下有抵抗力部分的殼體。該多層結(jié)構(gòu)就是在上述方法的第二步驟中通過將預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物的各部分放置在構(gòu)成模具的腔并且再現(xiàn)殼體的幾何形狀反形的各壁上而形成的結(jié)構(gòu)。
[0124]作為通用元件，在下面所記載的所有預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物，當(dāng)它們被包含在特別指定用于殼體的該多層結(jié)構(gòu)中時，都具有聚丙烯(PP)基體，并且各纖維是玻璃纖維，特別是E型玻璃纖維。利用所包含的纖維加強(qiáng)的紡織的或無紡的預(yù)浸潰織物可以通過以下技術(shù)的任一種來生產(chǎn):混雜的或混合的紗或線(稱為混紡紗線)、混合的織物、粉碎的和熔化的織物上的熱塑性塑料(稱為織物粉化)等。
[0125]本體I，本實(shí)例中的殼體，具有包括外層2和內(nèi)層4的多層結(jié)構(gòu)，外層2的通過疊置預(yù)浸潰織物的復(fù)數(shù)個部分形成的層是放置在模具腔上的第一層，內(nèi)層4的層是放置在模具中的最后一層。
[0126]外層2通過“面紗(veil) ”型或“氈(felt) ”型織物部分構(gòu)成的至少一層形成，所述織物含有長度在5和20 mm之間的短的無紡的織物纖維，這些纖維被以隨機(jī)排列和沒有任何主要方向地插入。所述纖維是混合的PP/玻璃型纖維，或由兩種類型的纖維制成的纖維。外層2通常具有在20和100g/m2之間的面密度和在20%和40%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)(FffF)。外層2的功能是通過以下兩種方式提高殼體的表面光潔度:
[0127]-由于其高PP含量而在外表面上產(chǎn)生樹脂豐富的區(qū)域；
[0128]-由于圖案的隨機(jī)特性和較低的表面粗糙度，它通過透印現(xiàn)象使殼體的最終表面粗糙度最小化，根據(jù)該透印現(xiàn)象織物或由織物賦予的圖樣復(fù)制在表面上。
[0129]關(guān)于內(nèi)層4，它本身構(gòu)成結(jié)構(gòu)層，并且是長度等于或大于50 mm(并且優(yōu)選E型玻璃纖維)的長纖維加強(qiáng)的LFRTP型預(yù)浸潰織物所位于的層。內(nèi)層4的長纖維加強(qiáng)的LFRTP型預(yù)浸潰織物是“斜紋”型紡織織物，類型1/1或類型2/2，其中構(gòu)成該織物的緯紗的纖維和構(gòu)成該織物的經(jīng)紗的纖維具有相同量的纖維，即，每單位面積的織物中在任一方向上纖維的數(shù)目相同。
[0130]構(gòu)成內(nèi)層4的一層或多層分別具有在300和2000 g/m2之間的面密度(克重)，并且對于特定的玻璃/PP纖維的組合而言，它們具有約60%的纖維重量含量。
[0131]為了下列目的根據(jù)特定的切割模式，內(nèi)層4的各層可以圍繞本體I不連續(xù):
[0132]-提高部件幾何形狀的復(fù)制或再現(xiàn)能力，這在英語中已知為“drapeability”(懸垂性)。
[0133]-通過改變層的數(shù)目和它們的克重以使其適應(yīng)作為其幾何形狀的函數(shù)的不同的結(jié)構(gòu)特征，并且適應(yīng)每個區(qū)域的不同機(jī)械性能或需求，來調(diào)節(jié)本體I的區(qū)段的機(jī)械特性。
[0134]構(gòu)成加強(qiáng)層3的疊置的預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物的各部分放置在本體I的特定區(qū)域中，并且位于外層2和內(nèi)層4之間或者構(gòu)成內(nèi)層4的各層自身之間。加強(qiáng)層3的織物的各部分是單向或平紋的織物部分，其中加強(qiáng)層3的每個層具有在300和2000 g/m2之間的面密度和在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。加強(qiáng)層3實(shí)際上從不遍及整個本體I分布，而是它的放置被限制于在特定方向上需要額外加強(qiáng)的小而特定的區(qū)域，并且該特定區(qū)域由于其小尺寸而允許使用具有貼合至高雙曲率的較低能力的織物。
[0135]優(yōu)選地，內(nèi)層4和加強(qiáng)層3的層數(shù)目和其類型將被組織以便獲得均衡的分層，即，這些層根據(jù)垂直于織物平面的方向?yàn)閷ΨQ構(gòu)造，并且因此在模制過程中對內(nèi)部變形應(yīng)力不太敏感。作為一般規(guī)則，構(gòu)成內(nèi)層4和加強(qiáng)層3的層的織物已被設(shè)計(jì)成具有特定的取向以便在最大可能的程度上使各向異性最小化。因此，舉例來說，如果存在兩個相同的層，則它們相對于彼此以90°被布置，或者如果存在三個層，則其中之一屬于加強(qiáng)層3并因此布置在另外兩層之間，兩個外層的織物相對于中間層以90°取向被布置。然而，其中存在對各向同性的這種尋求不被遵循的特定區(qū)域的可能性被設(shè)想，以便提高特定方向的性能，從而補(bǔ)償本體I的幾何形狀的特性或特殊情形。
[0136]由上述層2、3和4形成的整個分層一般可以圍繞本體I不均勻，盡管對于摩托車頭盔的情形，本體I通常取決于區(qū)域而具有在1000和3500 g/m2之間變化的克重，并具有粗略地在1800和2400 g/m2之間的范圍內(nèi)的總體平均值。
【權(quán)利要求】
1.一種制造本體(I)的方法，所述本體由具有熱塑性基體的復(fù)合材料制成，并且設(shè)有帶向外開口的內(nèi)腔，所述腔包括至少一個凹曲形壁并且所述向外開口具有比所述內(nèi)腔的兩個相對壁之間的最大寬度小的尺寸，其特征在于，所述方法包括: 第一步驟，根據(jù)要制造的本體的圖案將預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物切割成復(fù)數(shù)個部分，其中所述預(yù)浸潰織物的至少一些是利用長的紡織的或無紡的纖維加強(qiáng)的LFRTP型織物； 第二步驟，將預(yù)浸潰織物的各部分放置于在閉合位置中設(shè)有入口(13)的模具中，所述模具被分成至少兩個面對的半模(11，12)，它們的閉合空間構(gòu)成了再現(xiàn)本體的幾何形狀反形的母型腔，將預(yù)浸潰織物的各部分以多層形式相互疊置地布置以形成多層結(jié)構(gòu)，首先把將構(gòu)成要制造的本體的外層(2)的各部分定位在模具的腔的各壁上，并且最后定位將構(gòu)成內(nèi)層(4)的各部分，從而所述外層由含有長度在5和20 mm之間的無紡的且非定向的纖維的“面紗”型或“氈型”織物的部分構(gòu)成的至少一層形成； 第三步驟，放置設(shè)有構(gòu)造為相對于模具的公型構(gòu)件的袋(15)的頭部(14)，從而關(guān)閉模具的入口，所述袋位于模具腔的內(nèi)部； 第四步驟，在袋內(nèi)施加壓力，從而導(dǎo)致袋膨脹并擴(kuò)大到這樣的體積，即，導(dǎo)致袋的表面接觸并壓緊在布置在模具腔的壁上的織物的各部分上、并且其推力抵靠在模具的各壁上；與第四步驟同時的第五步驟，從常溫開始將熱量施加在各半模(11，12)上直到操作溫度值，從而熱量導(dǎo)致存在于織物中的熱塑性樹脂熔化及其流動，以再現(xiàn)模具的幾何形狀； 第六步驟，冷卻各半模到允許在該本體不變形的情況下從模具中取出固化模制本體的溫度; 第七步驟，使所述袋降壓直到至少實(shí)現(xiàn)該袋不再接觸模具的腔的各壁為止； 第八步驟，從模具的入口中撤回頭部，由此所述袋從模具的腔的內(nèi)部被取出； 第九步驟，通過從彼此分離至少兩個半模而打開模具；以及 第十步驟，取出模制本體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步驟的放置織物的各部分之前，凝膠涂層被施加在所述模具的腔的各壁上，所施加的凝膠涂層的類型與所述預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂相容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步驟的放置織物的各部分發(fā)生之前或之時，與預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂相容的粘性增強(qiáng)產(chǎn)品被施加在模具的腔的各壁上和已放置的織物的各部分上，以改善織物的各部分在模具上的支撐以及一些部分在其它部分上的支撐。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在第三步驟中，所述袋(15)經(jīng)受負(fù)壓，并且所述袋在內(nèi)部包括籠狀零件，所述袋由于在這個步驟中經(jīng)受的負(fù)壓而附著至所述籠狀零件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在第四步驟中施加在所述袋內(nèi)部的壓力值在5和10巴之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在第四步驟中施加壓力的同時，設(shè)置在模具中的加熱裝置被啟動以用于施加第五步驟的熱量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第五步驟的操作溫度在100°C和 280°C之間。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第五步驟的熱量被施加的時間是導(dǎo)致織物中存在的熱塑性樹脂的熱塑性材料熔化及其流動以再現(xiàn)模具的幾何形狀所必需的時間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過利用用于冷卻構(gòu)成所述模具的至少兩個母型半模的冷卻回路進(jìn)行強(qiáng)制對流來執(zhí)行第六步驟的冷卻。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括第十一步驟，用于修整本體(I)的修整操作，諸如切割、鉆孔和表面光整操作。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述本體(I)是在車輛中使用的頭盔的殼體，所述殼體基本上由中空本體形成，并且形成所述頭盔在意外事故中碰撞發(fā)生時的有抵抗力的部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述本體(I)是諸如滑雪靴的運(yùn)動鞋的有抵抗力的本體。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，LFRTP型預(yù)浸潰織物中的纖維的長度至少為50 mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求13和權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，LFRTP型預(yù)浸潰織物是合成或無機(jī)纖維與熱塑性纖維相組合的混合織物，或是合成或無機(jī)織物，以懸浮或稀釋的狀態(tài)組合在熱塑性樹脂中。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂是聚丙烯樹脂，并且LFRTP型織物的纖維是E型玻璃纖維。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述外層(2)的預(yù)浸潰織物的纖維是由聚丙烯纖維與玻璃纖維的組合得到的混合纖維。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述外層(2)具有在20和100g/m2之間的面密度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述外層(2)具有在20%和40%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)層⑷由LFRTP型預(yù)浸潰織物的部分構(gòu)成的至少一層形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)層(4)的LFRTP型預(yù)浸潰織物是斜紋型紡織織物，其中構(gòu)成織物的緯紗的纖維和構(gòu)成織物的經(jīng)紗的纖維在每單位面積的織物上具有相同數(shù)目的纖維。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，構(gòu)成內(nèi)層(4)的一層或多層均具有在300和2000 g/m2之間的面密度。
22.根據(jù)權(quán)利要求15和權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，構(gòu)成內(nèi)層(4)的一層或多層均具有在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)層(4)包括具有不同數(shù)目的層的區(qū)段。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在第二步驟中，構(gòu)成加強(qiáng)層(3)的預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物的疊置部分被放置在特定區(qū)域中，并且位于外層(2)和內(nèi)層(4)之間或者位于所述內(nèi)層的各層之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，加強(qiáng)層(3)的織物的各部分是單向或平紋的織物部分，其中所述加強(qiáng)層的每個層具有在300和2000 g/m2之間的面密度和在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求11和權(quán)利要求13至25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)包括具有不同面密度的區(qū)段，其中所述不同面密度具有1000 g/m2的最小值和3500 g/m2的最大值，以及在1800和2400 g/m2之間的平均值。
27.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所限定的方法的設(shè)備，其特征在于包括: 模具，其在閉合位置中設(shè)有入口(13)，其被分成至少兩個面對的半模(11，12)，并且所述半模的閉合空間構(gòu)成了再現(xiàn)本體(I)的幾何形狀反形的母型腔； 頭部(14)，其設(shè)有構(gòu)造為相對于模具的公型構(gòu)件的袋(15)，當(dāng)所述頭部定位成關(guān)閉所述模具的入口時所述袋位于所述模具的腔的內(nèi)側(cè)； 用于加熱所述模具的加熱裝置(16)； 用于冷卻所述模具的冷卻裝置(17);和 用于將壓力施加在所述袋的內(nèi)部的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個半模(11，12)相對于彼此可移動。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個半模(11，12)由鋁或鋼制成。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述袋(15)由硅樹脂制成。
31.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述頭部(14)在設(shè)有入口(13)的那一側(cè)的上部中以鉸接方式附接到所述模具上。
32.—種在車輛中使用的頭盔的殼體，所述殼體基本上由中空本體(I)形成,所述殼體形成頭盔在意外事故中碰撞發(fā)生時的有抵抗力的部分，其特征在于，所述中空本體具有包括外層(2)和內(nèi)層(4)的多層結(jié)構(gòu)，其中，所述外層通過含有長度在5和20 mm之間的無紡的且非定向的纖維的、預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的“面紗”型或“氈”型織物的部分構(gòu)成的至少一層形成，并且其中所述內(nèi)層通過利用長的紡織的或無紡的纖維加強(qiáng)的、預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的LFRTP型織物的部分構(gòu)成的至少一層形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的殼體，其特征在于，LFRTP型預(yù)浸潰織物中的纖維的長度至少為50 mm η
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的殼體，其特征在于，LFRTP型預(yù)浸潰織物是合成或無機(jī)纖維與熱塑性纖維相組合的混合織物，或是合成或無機(jī)織物，以懸浮或稀釋的狀態(tài)組合在熱塑性樹脂中。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的殼體，其特征在于，預(yù)浸潰織物的熱塑性樹脂是聚丙烯樹脂，并且LFRTP型織物的纖維是E型玻璃纖維。
36.根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項(xiàng)所述的殼體，其特征在于，所述外層(2)的預(yù)浸潰織物的纖維是由聚丙烯纖維與玻璃纖維的組合得到的混合纖維。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的殼體，其特征在于，所述外層(2)具有在20和100g/m2之間的面密度。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的殼體，其特征在于，所述外層(2)具有在20%和40%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
39.根據(jù)權(quán)利要求32至38中任一項(xiàng)所述的殼體，其特征在于，所述內(nèi)層(4)的LFRTP型預(yù)浸潰織物是“斜紋”型紡織織物，其中構(gòu)成織物的緯紗的纖維和構(gòu)成織物的經(jīng)紗的纖維在每單位面積的織物上具有相同數(shù)目的纖維。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的殼體，其特征在于，構(gòu)成內(nèi)層(4)的一層或多層均具有在300和2000 g/m2之間的面密度。
41.根據(jù)權(quán)利要求32至40中任一項(xiàng)所述的殼體，其特征在于，構(gòu)成內(nèi)層(4)的一層或多層均具有在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
42.根據(jù)權(quán)利要求32至41中任一項(xiàng)所述的殼體，其特征在于，所述內(nèi)層(4)包括具有不同數(shù)目的層的區(qū)段。
43.根據(jù)權(quán)利要求32至42中任一項(xiàng)所述的殼體，其特征在于，所述中空本體(I)的多層結(jié)構(gòu)包括在特定區(qū)域中構(gòu)成加強(qiáng)層(3)的預(yù)浸潰有熱塑性樹脂的織物的疊置部分，并且所述疊置部分位于外層(2)和內(nèi)層(4)之間或者位于所述內(nèi)層的各層之間。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的殼體，其特征在于，加強(qiáng)層(3)的織物的各部分是單向或平紋的織物部分，其中所述加強(qiáng)層的每個層具有在300和2000 g/m2之間的面密度和在50%和70%之間的纖維重量分?jǐn)?shù)。
45.根據(jù)權(quán)利要求32至44中任一項(xiàng)所述的殼體，其特征在于，所述中空本體(I)的多層結(jié)構(gòu)包括具有不同面密度的區(qū)段，其中所述不同面密度具有1000 g/m2的最小值和3500g/m2的最大值，以及在1800和2400 g/m2之間的平均值。
【文檔編號】B29C70/08GK104136202SQ201380006565
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月24日
【發(fā)明者】J·卡登巴拉林 申請人:馬特全球解決有限公司