不对称纤维增强聚合物带材制造技术

本发明专利技术提供不对称带材和用于用聚合物树脂浸渍至少一根纤维粗纱以形成不对称带材的系统和方法。该不对称带材包括聚合物树脂，和多根纤维，所述纤维包埋在该聚合物树脂中以形成纤维增强聚合物材料。纤维增强聚合物材料包括第一表面和相对的第二表面。该纤维设置在纤维增强聚合物材料中以形成富树脂部分和富纤维部分。该富树脂部分包括第一表面并且富纤维部分包括第二表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不对称纤维增强聚合物带材本申请涉及2011年12月9日提交的标题为SYSTEM AND METHOD FORIMPREGNATING FIBER ROVINGS〃的美国临时专利申请序列号61/569，045，和2012年6月15日提交的标题为〃ASYMMETRIC FIBER REINFORCED POLYMER TAPE〃的美国临时专利申请序列号61/660，189，所述专利均据此全文引入以供参考。
技术介绍
各种应用中已采用纤维粗纱。例如，这种粗纱已用于形成纤维增强复合物杆。该杆可以用作轻质结构增强物。例如，电力脐带缆常常用于在海面和位于海床的设备之间传输流体和/或电信号。为帮助增强这种脐带缆，已尝试使用拉挤碳纤维杆作为单独承载元件。特别适于使用纤维粗纱的另一种应用为型材(profiles)的形成。型材为具有各种横截面形状的拉挤零件，并且可以用作用于窗框、装饰板材、轨道、栏杆、屋面瓦、挡板、装饰板、管道、栅栏、柱杆、灯杆、公路标牌、路边标记柱等的结构构件。已通过穿过树脂牵拉(“拉挤”)连续纤维粗纱并随后在拉挤模具内成形纤维增强树脂来形成中空型材。此外，纤维粗纱可以一般在任何合适应用中用于形成例如合适的纤维增强塑料。如本领域一般所知，这些应用中使用的粗纱通常与聚合物树脂组合。对于许多这种应用，将纤维粗纱用于形成纤维增强带材。带材可以进一步加工以形成(例如)如上文讨论的杆或拉挤零件，或其本身可以用于各种应用。一种此类特别有用的应用在海底管线中，例如油气工业中，其中使用带材来增强海底应用中所用管段。 然而，目前已知的粗纱和使用这种粗纱的所得应用存在许多显著问题。例如，许多粗纱依赖于热固性树脂(如乙烯基酯)来帮助实现所需强度性质。热固性树脂在制造期间难以使用并且不具有用于与其他材料形成层的良好粘结特性。此外，在其他类型的应用中已尝试利用具有热塑性聚合物的粗纱。例如，颁于Bryant等人的美国专利公布N0.2005/0186410描述将碳纤维包埋在热塑性树脂中以形成电传输缆线的复合物芯体的尝试。遗憾地，Bryant等人提到，这些芯体由于纤维的不充分润湿而表现出瑕疵和干斑，这导致较差的耐久性和强度。这种芯体的另一个问题在于，热塑性树脂不可以在高温下操作。此外，许多应用中例如海底应用中使用的目前已知的纤维增强带材存在问题。例如，带材可以卷绕在现有产品(例如管段)周围以增强该管段。然而，目前已知的带材不能与这种产品充分粘结来提供足够的增强。因此，目前需要改进的聚合物增强纤维带材和用于形成聚合物增强聚合物带材的方法。具体来说，目前需要提供改进的粘结性质的带材方法。另外，这种带材可以提供某些应用要求的所需强度、耐久性和温度性能。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，公开一种不对称带材。该不对称带材包括聚合物树月旨，和多根纤维，所述纤维包埋在该聚合物树脂中以形成纤维增强聚合物材料。纤维增强聚合物材料包括第一表面和相对的第二表面。该纤维设置在纤维增强聚合物材料中以形成富树脂部分和富纤维部分。富树脂部分包括第一表面并且富纤维部分包括第二表面。 根据本专利技术的另一个实施方案，公开一种用于用聚合物树脂浸溃至少一根纤维粗纱以形成不对称带材的系统。该系统包括模具，该模具包括浸溃区段。浸溃区段包括被构造为用于用树脂浸溃粗纱的浸溃区。浸溃区包含多个接触表面。带材离开所述模具，该带材包括浸溃的粗纱并且具有富树脂部分和富纤维部分。根据本专利技术的另一个实施方案，公开一种用于用聚合物树脂浸溃至少一根纤维粗纱以形成不对称带材的方法。该方法包括使聚合物树脂流动通过模具的歧管组装件。歧管组装件包括多根分支状流道。该方法还包括用树脂涂布至少一根纤维粗纱，并且使涂布的粗纱横贯通过模具的浸溃区以用该树脂浸溃粗纱。带材离开所述模具，该带材包括浸溃的粗纱并且具有富树脂部分和富纤维部分。本专利技术的其他特征和方面在以下更详细示出。【附图说明】在说明书的剩余部分中阐述了本专利技术的完全和可以实施的公开内容，包括参考附图，其中:图1为用于本专利技术中的浸溃系统的一个实施方案的不意图；图2为用于本专利技术中模具的一个实施方案的透视图；图3为用于本专利技术中模具的一个实施方案的相对的透视图；图4为图2中所示模具的剖视图；图5为用于本专利技术可采用的模具的歧管组装件和栅极通道的一个实施方案的分解图；图6为本专利技术中可采用的歧管组装件的一个实施方案的平面图；图7为本专利技术中可采用的歧管组装件的另一个实施方案的平面图；图8为本专利技术中可采用的歧管组装件的另一个实施方案的平面图；图9为本专利技术中可采用的歧管组装件的另一个实施方案的平面图；图10为本专利技术中可采用的歧管组装件的另一个实施方案的平面图；图11为本专利技术中可采用的歧管组装件的另一个实施方案的平面图；图12为至少部分地定义本专利技术中可采用的浸溃区的浸溃板的一个实施方案的透视图；图13为本专利技术中可采用的浸溃区的一部分的一个实施方案的近视剖视图(如图4中所示)；图14为本专利技术中可采用的浸溃区的一部分的另一个实施方案的近视剖视图；图15为本专利技术中可采用的浸溃区的一部分的另一个实施方案的近视剖视图；图16为本专利技术中可采用的浸溃区的一部分的另一个实施方案的近视剖视图；图17为本专利技术中可采用的浸溃区的一部分的另一个实施方案的近视剖视图；图18为本专利技术中可采用的浸溃区的下游端部的一个实施方案的近视剖视图(如图4中所示);图19为本专利技术中可采用的着陆区的一个实施方案的透视图；图20为本专利技术中可采用的着陆区的另一个实施方案的透视图；图21为用于本专利技术中的带材的一个实施方案的透视图；图22为用于本专利技术中的带材的另一个实施方案的剖视图；和图23为用于本专利技术中的带材的另一个实施方案的剖视显微镜图像；本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本专利技术的相同或类似特征或要素。代表性实施方案的详细描述本领域普通技术人员应理解，本文讨论仅为示例性实施方案的描述，而非旨在限制本专利技术的更广泛方面。一般而言，本专利技术涉及纤维增强聚合物带材和用于形成该纤维增强聚合物带材的方法。特别地，根据本专利技术形成的纤维增强带材有利地包括富树脂部分和富纤维部分。富树脂部分包括带材的一个表面，并且富纤维部分包括带材的另一个、相对的表面，使得带材一般不对称。富树脂部分可以有利地促进了带材与用于各种应用中的其他组件(如管道等)的改进的粘结。因为此部分富含树脂，树脂可以相对更有效地加热到允许固结和与另一种组分粘结的温度，这提供了其更迅速和充分的粘结。更好的粘结一般为所得组件提供改进的强度等。富纤维部分可以有利地加强和增强该带材。这进一步为带材可能粘结到的所得组件提供改进的强度等。根据本专利技术的带材可以使用任何合适的方法或设备来形成。下文详细讨论根据本专利技术的用于形成带材的 合适方法和设备的示例性实施方案以及示例性带材。本专利技术还涉及一种用于用聚合物树脂浸溃纤维粗纱的模具和方法，其可以因此形成纤维增强聚合物带材。该浸溃纤维粗纱和所得带材可以用于复合物杆、型材、或任何其他合适的纤维增强塑料应用。根据本专利技术的该模具一般包括歧管组装件、至少部分地定义浸溃区段的浸溃区和其间的栅极通道。歧管组装件分配通过其中的聚合物树脂。在离开该歧管组装件时，树脂流动进入和通过该栅极通道。粗纱横贯通过模具使得树脂在离开栅极通道时涂布该粗纱。在用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不对称带材，其包含：聚合物树脂；和多根纤维，其包埋在聚合物树脂中以形成纤维增强聚合物材料，所述纤维增强聚合物材料包含第一表面和相对的第二表面，其中纤维设置在纤维增强聚合物材料中以形成富树脂部分和富纤维部分，所述富树脂部分包括第一表面，所述富纤维部分包括第二表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.09 US 61/569,045;2012.06.15 US 61/660,1891.一种不对称带材，其包含: 聚合物树脂；和 多根纤维，其包埋在聚合物树脂中以形成纤维增强聚合物材料，所述纤维增强聚合物材料包含第一表面和相对的第二表面， 其中纤维设置在纤维增强聚合物材料中以形成富树脂部分和富纤维部分，所述富树脂部分包括第一表面，所述富纤维部分包括第二表面。2.根据权利要求1所述的不对称带材，其中富树脂部分包含至少75体积％树脂。3.根据权利要求1所述的不对称带材，其中富树脂部分包含至少95体积％树脂。4.根据权利要求1所述的不对称带材，其中纤维增强聚合物材料具有大约40%至大约60%的纤维体积分数。5.根据权利要求1所述的不对称带材，其中纤维增强聚合物材料具有大约2%或更小的空隙分数。6.根据权利要求1所述的不对称带材，其中聚合物树脂为热塑性树脂。7.根据权利要求1所述的不对称带材，其中聚合物树脂为聚醚醚酮。8.根据权利要求1所述的不对称带材，其中纤维为碳纤维。9.根据权利要求1所述的不对称带材，其中热塑性树脂为聚酰胺。10.根据权利要求1所述的不对称带材，其中纤维为S-玻璃纤维。11.根据权利要求1所述的不对称带材，其中纤维为E-玻璃纤维。12.一种用于用聚合物树脂浸溃至少一根纤维粗纱以形成不对称带材的系统，所述系统包含: 模具，其包含浸溃区段，所述浸溃区段包含被构造为用于用树脂浸溃粗纱的浸溃区，所述浸溃区包含多个接触表面， 其中带材离开模具，所述带材包含浸溃的粗纱并且具有富树脂部分和富纤维部分。13.根据权利要求12所述的系统，其中与多个接触表...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·H·约翰逊，D·W·埃斯特泰普，T·A·里根，T·L·泰波，
申请(专利权)人：提克纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US