本发明涉及一种模制设备、一种用于制造热塑性复合物的系统以及一种用于制造热塑性复合物的方法。
背景技术：
1、目前由热塑性预浸渍织物制造热塑性复合物的方法是基于热压缩原理。热压缩包括在高温下对热塑性预浸渍织物加压。然而，热压缩方法的缺点在于特别是由于周期时间长而具有低生产率。事实上，在这种方法中温度的上升和下降的速度非常低。
2、已知通过工具加热热塑性预浸渍织物。可以使用不同的加热技术，包括传导加热、对流加热或辐射加热。传导加热包括陶瓷加热和电阻加热。这种类型的加热尤其可以用于加热压机的压板。对流加热可以用传热流体进行。辐射加热可以通过红外线、微波或感应进行。
3、近几十年来，已经开发了热塑性复合物的各种制造方法，比如热塑性注塑或冲压。
4、通常地，第一步包括通过加固用热塑性基质或树脂浸渍的织物来制造板或层压件。换句话说，一旦热塑性基质或树脂渗透到织物的中心，则形成了板或层压件。冲压方法包括在压机中在高压和高温下使板或层压件成形，然后冷却以获得晶体结构，对于由复合物制成的部件的机械性能来说，该晶体结构是合适的和决定性的。然而，冲压的缺点是昂贵且能量密集。此外，复合物的脱模是在高温下进行的，这给使用者带来了灼伤的风险，并且冷却是在工具外部进行的，这使得难以控制和重复。
5、文件ep2349667公开了一种用于转化材料的模制装置，其包括：
6、下部模具主体或凹模，其由导电材料制成并包括用于与待转化材料接触的模制区域；
7、上部模具主体或冲头，其由导电材料制成；并且包括旨在与待转化的材料接触的模制区域；
8、可移除的中间部件或芯部，其由导电材料制成，并置于凹模和冲头之间；
9、感应器件，其能够产生包围凹模、冲头和中间部件的磁场；这三个元件成对地电绝缘，使得一方面中间部件和压模的相对面以及另一方面中间部件和冲头的相对面界定了两个间隙，磁场在这两个间隙中流动，该磁场在模制区域、压模和冲头的表面上感应电流，从而能够将电感器(inductor)的作用定位在模制区域的表面上。
10、文献ep2349667中公开的使用感应加热的方法能量密集且实施复杂。此外，模制装置的结构，尤其是中间部件的结构，不允许控制待转化材料的尺寸、温度循环的减少以及产生待转化材料的不均匀性。事实上，模制装置中的热扩散是不均匀的。因此，热塑性复合物的质量可能存在变化。最后，只能制造由热塑性复合物制成的薄部件。
技术实现思路
1、本发明旨在通过提出一种模制设备、一种用于制造由热塑性复合物制成的准成品部件的系统以及一种用于制造由热塑性复合物制成的准成品部件的方法来补救上述缺点，从而有助于热塑性预浸渍织物的成形。此外，本发明旨在提出一种模制设备，一种用于制造由热塑性复合物制成的准成品部件的系统，使得能够优化用于制造由热塑性复合物制成的准成品部件的方法的能量效率。最后，本发明旨在提出一种模制设备、一种用于制造由热塑性复合物制成的准成品部件的系统以及一种用于制造由热塑性复合物制成的准成品部件的方法，以确保控制由热塑性复合物制成的部件的尺寸，从而允许热塑性预浸渍织物的加速预热、温度均匀化，同时保持热塑性复合物的高质量并限制废料的产生。
2、本发明的主题是一种模制设备，其包括：
3、第一导热凸缘和第二导热凸缘，所述第一导热凸缘和第二导热凸缘界定了被配置成接收热塑性预浸渍织物的腔体，
4、模具，其由传热流体调温并导热，并且包括上压模和下压模，所述上压模和下压模被配置成接收所述第一导热凸缘和第二导热凸缘。
5、根据本发明的模制设备能够促进热塑性预浸渍织物的成型。事实上，热塑性预浸渍织物的堆叠是在由第一和第二轻质导热凸缘界定的腔体中进行的，所述第一和第二轻质导热凸缘的导热率被优化。此外，用于制造热塑性复合物的方法的能量效率得到提高。事实上，一方面由于第一和第二导热凸缘与调温并导热的模具的结合，并且另一方面由于模具是调温且导热的事实，因此模制设备能够减少其使用所需的能量。模具是调温的，不同于现有技术中的装置(其中压机通常是调温的)。这具有更快和更有效地将热量集中在第一和第二导热凸缘周围的效果，同时避免加热仅扩散部分热量的厚压板。调温模具具有确保热塑性复合物的重结晶的效果。此外，独立于调温并导热的模具以及独立于压机的导热凸缘是可移除的，这具有更好的固结热塑性预浸渍织物的优点，同时有利于用于制造热塑性复合物的方法。然后，用于制造热塑性复合物的方法可以在工业规模上实施，特别是连续地实施。此外，第一和第二导热凸缘以及调温并导热的模具具有兼容的热膨胀，以确保控制热塑性复合物的尺寸。
6、在一个实施例中，所述第一和第二导热凸缘具有大于30w·m-1·k-1的导热率，并且由传热流体调温并导热的所述模具具有大于30w·m-1·k-1的导热率。优选地，所述第一和第二导热凸缘具有大于49或大于55w·m-1·k-1的导热率。在该实施例中，第一和第二导热凸缘以及导热并调温的模具确保了优化的热传递并保证了它们内部的温度均匀性，同时保持了热塑性复合物的最佳质量。
7、在一个实施例中，所述第一和第二导热凸缘由黑色氧化物涂覆的钢、铝或热固性复合材料制成。例如，所述第一和第二导热凸缘由包括长碳纤维和由bmi制成的热塑性基质的复合物制成，或者由包括切割碳纤维和由比如的bmi制成的热塑性基质的复合物制成。优选地，所述第一和第二导热凸缘由黑色氧化物涂覆的钢制成。在该实施例中，第一和第二导热凸缘的导热率被优化。
8、在一个实施例中，所述第一和第二导热凸缘的厚度包括在1和15mm之间。优选地，所述第一和第二导热凸缘的厚度包括在1和10mm之间，并且有利地在1和5mm之间。在该实施例中，由于导热凸缘的厚度较低，因此热传递得以改善。
9、在一个实施例中，所述第一和第二导热凸缘包括可移除的组装器件。例如，可移除的组装器件是止动螺钉。在该实施例中，第一和第二导热凸缘的组装确保了热塑性预浸渍织物的维护和性能。
10、在一个实施例中，组装器件在所述第一和第二导热凸缘之间界定了间隙。在该实施例中，呈现的是热塑性预浸渍织物占据了由导热凸缘界定的腔体，从而无需切割即可获得由具有所需尺寸的热塑性复合物制成的部件。这种布置确保了对两个凸缘界定的腔体的完全填充，因为在压制步骤期间间隙被清除。
11、在一个实施例中，调温模具由钢制成。
12、在一个实施例中，传热流体选自水或油。
13、本发明的主题还是一种用于制造热塑性复合物的系统，其包括：
14、根据本发明的模制设备，以及
15、压机，其包括其上紧固有温度调节和导热模具的上腔体的上压板和其上紧固有温度调节和导热模具的下腔体的下压板。
16、根据本发明的用于制造热塑性复合物的系统使得能够提高用于制造热塑性复合物的方法的能量效率，同时保证热塑性复合物的高质量。事实上，导热凸缘的加热是通过调温并导热的模具进行的，这使得能够避免能量损失并优化导热凸缘中的热扩散。
17、最后，本发明的主题是使用根据本发明的用于制造热塑性复合物的系统制造热塑性复合物的方法，该方法包括以下步骤：
18、a.提供包含纤维和热塑性基质的热塑性预浸渍织物，
19、b.将所述热塑性预浸渍织物插入到第一导热凸缘和第二导热凸缘中，
20、c.将所述导热凸缘转移到包括由传热流体调温并导热的模具的压机中，
21、d.通过所述压机中的模具对所述导热凸缘进行预热，
22、e.压制所述导热凸缘，
23、f.将导热烧瓶转移到红外线烤箱中，
24、g.在红外线下加热所述导热凸缘以熔化所述热塑性基质，
25、h.将所述导热凸缘转移到包括由传热流体调温并导热的模具的压机中，
26、i.冷却所述压机中的导热凸缘，
27、j.压制所述压机中的导热凸缘，
28、k.从所述压机中抽出导热凸缘，并且
29、l.将热塑性复合物脱模。
30、根据本发明的方法可以提高其能量效率，同时减少热塑性复合物的制造循环时间。然后提高了该方法的生产率。事实上，用于制造热塑性复合物的模制设备和系统使得能够优化加热和冷却循环。在步骤d)中进行的预热期间，导热凸缘和调温及导热模具相配合，以便增加并均匀化热扩散。在步骤g)中进行的加热期间，导热凸缘在红外线下被加热，以促进热塑性预浸渍织物的热塑性基质的熔化。模制设备能够控制膨胀现象，并且还能够优化在步骤i)中进行的冷却，从而优化热塑性复合物的热塑性基质的结晶。在步骤l)期间，脱模在允许部件被操纵而不会对使用者造成灼伤风险的温度下进行。此外，该方法提出了由热塑性复合物制成的即用的准成品部件，也就是说需要很少或不需要切割。事实上，导热凸缘预先设定尺寸，以便获得由热塑性复合物制成的所需部件。此外，该方法中使用的压机是传统压机，这使得能够降低生产成本。此外，可以快速且有效地生产各种热塑性复合物。事实上，导热凸缘可以容易地在厚度、形状和图案方面变化。根据本发明的方法确保了部件的再现性，成本低廉，并且使得能够优化准成品部件的成型。
31、例如，在步骤a)中，热塑性预浸渍织物包括选自以下的纤维：短纤维或连续纤维、天然纤维、有机纤维或矿物纤维。例如，纤维选自：玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维。例如，在步骤a)中，热塑性基质由聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚酯和/或聚芳醚酮组成。例如，由聚苯硫醚制成的热塑性基质、由聚乙烯制成的热塑性基质、由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的热塑性基质。
32、在一个实施例中，在步骤d)中，模具的预热通过对流或通过传导进行。传导加热包括陶瓷加热和电阻加热。对流加热可以用传热流体进行。在该实施例中，热扩散得以改善。
33、在一个实施例中，在步骤d)中，模具的预热在包括在50℃和150℃之间的温度下进行。与压机通常被加热到大约350℃的温度的现有技术不同，在该实施例中，呈现出来的是，导热凸缘以及导热并调温的模具旨在优化能量效率，特别是通过显著降低预热温度。事实上，导热模具被加热以便朝向导热凸缘扩散热量，这具有增加热传递而没有能量损失的效果。
34、在一个实施例中，在步骤d)中，预热进行1至10分钟。在该实施例中，呈现的是，模制设备的热扩散是有效的，这具有减少加热时间并因此提高生产率同时优化能量效率的效果。
35、在一个实施方案中，在步骤e)和/或j)中，压制在包括在10×106至60×106pa之间的压力下进行。
36、在一个实施例中，该方法包括在步骤e)之后或步骤j)之后执行的步骤m)，其包括对第一和第二导热凸缘抽真空。在该实施例中，抽真空使得能够改善熔融的热塑性基质对纤维的渗透。此外，抽真空使得能够保持热塑性预浸渍织物中包含的纤维的定向，以避免热塑性基质的氧化，排出可能的污染物，并避免热塑性预浸渍织物在成型期间的分层。最后，真空保持热塑性基质流态化。
37、在一个实施例中，密封件插入到所述第一和第二导热凸缘之间。例如，密封件是耐热的。例如，密封件的压缩系数包括在0.1和10mm之间，优选地在0.1和5mm之间，并且有利地在0.1和3mm之间。
38、在一个实施例中，在步骤g)中，在热塑性预浸渍织物的热塑性基质的熔化温度下加热第一和第二导热凸缘。
39、在一个实施例中，在步骤g)中，第一和第二导热凸缘的加热进行5至15分钟。在该实施例中，预热步骤d)和导热凸缘使得能够减少加热时间。
40、在一个实施例中，在步骤i)中，第一和第二导热凸缘在比热塑性基质的玻璃化转变温度低至少10℃的温度下冷却。在该实施例中，用户可以操纵第一和第二导热凸缘而没有任何灼伤的风险。
41、在一个实施方案中，在步骤i)中，冷却进行1至10分钟。
42、在一个实施例中，热塑性预浸渍织物包括基于无机化合物或有机化合物的电子元件。例如，电子元件选自：近场通信标签或无线电识别标签。在该实施例中，用户可以容易地追踪热塑性复合物。
43、在一个实施例中，在步骤c)和h)期间使用单个压机。换句话说，在步骤c)和h)中使用相同的压机。
44、在一个实施例中，在步骤c)和h)期间使用两个单独的压机。换句话说，在步骤c)中使用第一压机，并且在步骤h)中使用第二压机。在该实施例中，该方法使得在工业规模上连续地制造部件成为可能。
1.一种使用用于制造热塑性复合物的系统(1)制造热塑性复合物(41)的方法，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中在步骤d)中，所述模具(23)的预热通过对流或通过传导进行。
3.根据权利要求1或2所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中在步骤d)中，所述模具(23)的预热在包括在50至150℃之间的温度下进行。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中在步骤e)和/或j)中，压制在包括在10×106至60×106pa之间的压力下进行。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其包括在步骤e)或j)之后实施的步骤m)，包括对所述第一导热凸缘和第二导热凸缘(21，22)抽真空。
6.根据权利要求5所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中在所述第一导热凸缘(21)和第二导热凸缘(22)之间插入密封件。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中在步骤g)中，在所述热塑性预浸渍织物(4)的热塑性基质的熔化温度下对所述第一导热凸缘(21)和第二导热凸缘(22)进行加热。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中在步骤i)中，所述第一导热凸缘(21)和第二导热凸缘(22)在比所述热塑性基质的玻璃化转变温度低至少10℃的温度下冷却。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中所述热塑性预浸渍织物(4)包括基于无机化合物或有机化合物的电子元件。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中所述第一导热凸缘(21)和第二导热凸缘(22)具有大于30w·m-1·k-1的导热率，并且由传热流体(23)调温并导热的所述模具具有大于30w·m-1·k-1的导热率。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中所述第一导热凸缘(21)和第二导热凸缘(22)由黑色氧化物涂覆的钢、铝或热固性复合材料制成。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的用于制造热塑性复合物的方法，其中所述第一导热凸缘(21)和第二导热凸缘(22)包括能移除的组装器件。
