粘结纤维以形成复合结构的方法技术

一种用于粘结纤维的方法，其包括：提供第一纤维层和位于该第一纤维层下方的第二纤维层，以将第一纤维层与第二纤维层粘结。所述方法还可以包括提供第一缓冲层和第二缓冲层。第一缓冲层位于第一纤维层的上方，第二缓冲层位于第二纤维层下方。然后，所述方法还可以包括通过在第一缓冲层处引导能量来粘结第一纤维层和第二纤维层。

A Method of Bonding Fibers to Form Composite Structures

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】粘结纤维以形成复合结构的方法相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年8月26日提交的美国临时申请第62/379,827号的权益，该申请以引用的方式完全并入本文。
本公开一般涉及粘结纤维的方法，并且更具体地，涉及粘结超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维和具有UHMWPE纤维的纤维增强层压材料的方法，并涉及所得的复合结构。
技术介绍
复合织物，以前也被称为粗苯纤维(CubenFiber)，是一种作为非织造织物的纤维增强层压材料。复合织物具有许多材料性能优势，特别是其重量强度比。这使其成为航空航天和登山应用的主要材料，这些应用需要复杂的形状，同时需要保持最低的重量。复合织物使用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维(如材料)和热塑性聚氨酯薄膜来生产。是制造商DSMDyneema的注册商标。材料是一种由UHMWPE制成的超强纤维，其具有长分子链，它可以更有效地将载荷转移到聚合物主链(polymerbackbone)上，这种纤维层赋予复合织物以强度。DYNEEMA材料在凝胶纺丝工艺中生产，在该工艺中，UHMWPE纤维被拉制、加热、伸长和冷却。例如，将UHMWPE添加到合适的溶剂中并通过喷丝头纺丝。然后，将其冷却、提取、干燥并延伸，以产生最终的纤维。与具有低取向、低分子量和低结晶度的普通的聚乙烯不同，材料具有非常高的分子取向、高分子量和高结晶度。
技术实现思路
本公开提供了粘结纤维的创新的方法。示例性方法包括提供第一纤维层和位于该第一纤维层下方的第二纤维层。该第一纤维层和该第二纤维层彼此粘结。该方法还可以包括提供第一缓冲层和第二缓冲层。第一缓冲层位于第一纤维层的上方，第二缓冲层位于第二纤维层下方。然后，该方法还可以包括通过在第一缓冲层处引导能量来粘结第一纤维层和第二纤维层。所述缓冲层由具有低介电性质的材料制成，例如硅树脂或聚酯薄膜。该方法还可以包括提供第一添加剂层。在一些实施方式中，第一添加剂层位于第一纤维层和第二纤维层之间。在一些实施方式中，第一纤维层和第二纤维层中的至少一个是复合织物层。在一些实施方式中，能量的引导可以将第一纤维层和第二纤维层彼此粘结。被引导的能量是射频能量、热能、超声能量或激光能量中的一种或多种。复合织物层由UHMWPE纤维制成，例如纤维。在其他实施方式中，第一纤维层和第二纤维层中的至少一个是UHMWPE纤维层。另一示例性方法还可以包括在第一纤维层的上方提供第二添加剂层并在第二纤维层的下方提供第三添加剂层。第一添加剂层、第二添加剂层和第三添加剂层由聚酯和聚酰胺中的至少一种制成。另一种示例性方法包括提供第一复合织物层和在该第一复合织物层的下方提供第二复合织物层。该方法还包括提供第一添加剂层，并通过在该第一添加剂层处引导能量来活化第一添加剂层。在一些实施方式中，能量的引导可以将第一纤维层和第二纤维层彼此粘结。根据本公开的另一方面，使用本文中所描述的方法提供复合结构。附图说明本公开的前述和其他的特征和优点将更容易理解，因为从以下结合附图的详细描述中可以更好地理解本公开。其中：图1是根据本公开的示例性方法的接缝区域的横截面图；图2是示出根据本公开的示例性方法的射频粘结纤维的示例性方法的图；图3是示出粘结纤维的示例性方法的流程图；以及图4是根据本公开的替代实施方式形成的复合结构的横截面图。具体实施方式在以下的描述中，阐述了某些具体细节，以便对各种公开的实施方式提供透彻的理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，实施方式是在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下实施的，或者是通过其他方法、组件、材料等一起实施的。在其他情况下，未示出或描述与焊接设备、RF焊接机、纤维结构等相关的众所周知的结构或组件或其二者，以避免不必要地模糊对实施方式的描述。除非上下文另有要求，否则在整个说明书和随后的权利要求中，词语“包含”及其变体，例如“包含了”和“包含有”应以开放的包容性含义来解释，即“包含但不限于”。上述内容同样适用于“包括”和“具有”。在整个本说明书中提及“一个实施方式”或“实施方式”意味着结合该实施方式所描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，在整个说明书的多处出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”非必要地全部提及相同的实施方式。此外，特定的特征、结构或特性在一个或多个实施方式中以任何合适的方式进行组合。本文描述了粘结纤维的方法和所得的复合结构。如上所述，复合织物是使用超高分子量聚乙烯纤维(例如材料)与聚酯或氟化物薄膜生产的纤维增强层压材料。然而，超高分子量聚乙烯纤维(例如)具有约250°F的低熔点。此外，长时间暴露于180°F以上的温度下会损害纤维的完整性。由于UHMWPE纤维的低熔点，因此通过传统的织物焊接方法(如射频(RF)、超声波、激光焊接/激光增强接合(LW/LEB)和热风焊接(HA))将复合织物粘结到其自身的尝试是无法成功的，其会对UHMWPE纤维造成热损伤。最终，该过程会导致粘结失败以及焊缝边缘处撕裂。目前，使用复合织物的公认方法是缝合和胶带接缝。该方法可能适用于某些应用，但是当需要坚固的、气密性的接缝时，该方法便会失效。本专利技术的各个方面通过提供一种通过将由介电改性剂制成的添加剂层提供至接缝区域处来粘结UHMWPE纤维和具有UHMWPE纤维的纤维增强层压材料(例如复合织物)的方法来解决上述缺陷。介电改性剂是具有电绝缘体的材料，其可以被施加的电场极化。用于接缝区域的介电改性剂的示例包括但不限于聚酯、聚酰胺(尼龙)、热塑性聚氨酯和其它聚氨酯塑料，或ABS聚合物。令人惊讶地发现，在粘结过程中使用这种添加剂层意外地使UHMWPE纤维或纤维增强层压材料或其二者具有最小的热损伤。聚酯或聚酰胺被单独地或以任何组合的方式添加至待粘结的复合织物的顶部、中间或底部。其被添加至复合织物的全部的三个侧面(顶部、中间、底部)或仅两个侧面(例如，顶部中间、中间底部、顶部底部)。还添加了缓冲层，例如硅树脂。以这种方式，本公开的各个方面可以提供对UHMWPE纤维造成最小损害的粘结，并且最终在粘结过程中对Dyneema复合织物造成最小的损伤。还添加了缓冲层，例如硅树脂。图1描述了根据本公开的示例性方法的接缝区域100的横截面图。接缝区域100包括第一纤维层110和第二纤维层120。在一些实施方式中，第一纤维层110和第二纤维层120中的至少一个是复合织物层。复合织物层优选地由UHMWPE纤维制成，例如纤维。在其他实施方式中，第一纤维层110和第二纤维层120中的至少一个是UHMWPE纤维层。在其他实施方式中，第一纤维层110是复合织物层，第二纤维层120是UHMWPE纤维层。在一些实施方式中，第二纤维层120位于第一纤维层110下方。接缝区域100还可以包括第一添加剂层130。在一些实施方式中，第一添加剂层130位于第一纤维层110和第二纤维层120之间。例如，第一添加剂层130被放置在第一纤维层110的底表面上和第二纤维层120的顶表面上。在其他实施方式中，第一添加剂层130被添加至第一纤维层110的顶部或第二纤维层120的底部。例如，第一添加剂层130被放置在第一纤维层110的顶表面上或第二纤维层120的底表面上。第一添加剂层优选地由聚酯或聚酰胺(尼龙)制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：提供包含超高分子量聚乙烯UHMWPE纤维的第一纤维层；在所述第一纤维层的下方提供第二纤维层，其中，所述第二纤维层包含UHMWPE纤维；重叠所述第一纤维层的一部分和所述第二纤维层的一部分以产生接缝；通过在所述接缝处将所述第一纤维层和所述第二纤维层RF焊接在一起而在所述接缝处形成复合结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.26 US 62/379,8271.一种方法，其包括：提供包含超高分子量聚乙烯UHMWPE纤维的第一纤维层；在所述第一纤维层的下方提供第二纤维层，其中，所述第二纤维层包含UHMWPE纤维；重叠所述第一纤维层的一部分和所述第二纤维层的一部分以产生接缝；通过在所述接缝处将所述第一纤维层和所述第二纤维层RF焊接在一起而在所述接缝处形成复合结构。2.根据权利要求1所述的方法，其包括在形成所述复合结构之前在所述第一纤维层和所述第二纤维层之间提供第一添加剂层。3.根据权利要求2所述的方法，其还包括在所述第一纤维层的上方提供第二添加剂层。4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述复合结构包括将所述第一纤维层和所述第二纤维层彼此粘结。5.根据权利要求4所述的方法，其还包括在所述第二纤维层的下方提供第三添加剂层。6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一添加剂层、第二添加剂层、第三添加剂层由聚酯和聚酰胺中的至少一种制成。7.根据权利要求5所述的方法，其还包括在所述第三添加剂层的下方提供缓冲层。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述缓冲层由硅树脂制成。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一纤维层和所述第二纤维层中的至少一个是复合织物层。10.根据权利要求1所述的方法，其中，能量选自射频能量、热能、超声能量、激光能量及其组合。11.一种用于粘结复合织物的方法，所述方法包括：提供第一复合织物层；在所述第一复合织物层的下方提供第二复合织物层；提供第一添加剂层；以及在接缝区域处引导能量，其中，所述接缝区域包括第一复合织物层、第二复合织物层和第一添加剂层。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一添加剂层位于所述第一复合织物层和所述第二复合织物层之间。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一复合织物层和所述第二复合织物层由UHMWPE纤维制成。14.根据权利要求11所述的方法，其还包括在所述第一复合织物层的上方提供第二添加剂层。15.根据权利要求14所述的方法，其还包括在所述第二复合织物层的下方提供第三添加剂层。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一添加剂层、所述第二添加剂层、所述第三添加剂层由聚酯和聚酰胺中的至少一种制成。17.根据权利要求16所述的方法，其还包括在所述第三添加剂层的下方提供缓冲层。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述缓冲层由硅树脂制成。19.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述接缝区域处引导所述能量将所述第一复合织物层和所述第二复合织物层彼此粘结。20.一种射频粘结纤维的方法，所述方法包括：提供第一纤维层；在所述第一层的下方提供第二纤维层；提供第一添加剂层；以及在接缝区域处引导射频能量，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·艾里克森，M·班伯里，
申请(专利权)人：因德姆尼斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US