由纤维增强的塑料材料制成的薄壁圆筒及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种由纤维增强的塑料制成的薄壁空心圆筒（１２）。该圆筒的壁由至少一个层（２０；３２，３４；３２，４４，４６）组成，该层上具有排列在至少一个方向上的纤维，总的壁厚ｄ↑［ｔｏｔ］在１０至１０００微米范围内，比值ｄ↑［ｔｏｔ］／Ｄ≤０．００２５。纤维的排列方向（一个或多个）根据希望的最终用途来选择。这种圆筒的例子特别包括：由碳／环氧树脂制成的多个层的层叠体。该层叠体可用来制造这种形式的圆筒，该层叠体具有至少一个层，该层上的纤维排列方向与圆筒的纵轴线平行或垂直。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由一种纤维增强的塑料制成的薄壁空心圆筒。
技术介绍
例如，从DE-A-2911167中已知一种用作驱动轴的壁厚较大的空心圆筒。这个已知的圆筒是层状结构，它包括至少四个层。该层包含的玻璃纤维或碳纤维的排列方向与该轴的纵轴线形成一个确定的角度。根据这个专利公告，玻璃纤维排列方向角为±30°至±50°的最内层是吸收剪切负荷的主要支承。玻璃纤维排列方向角为0°至±15°的第一个中间层的功能是增加壁厚，以便抵抗使用过程中的扭转。另一个包含排列方向角为0°至15°的碳纤维的中间层用于增加该轴的刚度，以便抑制工作时轴产生的通常的声音/噪声。最后，该轴带有一个最外面的抗冲击保护层，该层上的玻璃纤维的排列方向角为±60°至90°，该层同样可抗扭转。根据示例，总壁厚大约为3.0mm。另外，DE-A-2520623公开了一种由纤维增强的塑料材料制成的管子。该管子例如，可用在航空和航天领域，它包括多个具有排列方向任意的纤维的层。EP-A-0058783公开了一种管状体，例如柱，它包括多个塑料层并带有一个最外层的精加工层，在该精加工层中优选使用不同纤维的组合。又例如，在NL-A-8802144中公开了一种薄壁空心圆筒，它用于制造所谓的“电镀”印刷印版，在该圆筒壁上利用激光作出许多格子点形式的孔。这种已知的圆筒由塑料材料制成，在塑料材料中可以加入固体颗粒和/或纤维，以增加机械稳定性和强度。这种性质的塑料材料制成的电镀印刷印版在商业上从未取得成功。除了用于制造电镀印刷印版的上述用途以外，通常由金属(例如Ni)制成的薄壁空心圆筒还可用于其他印刷应用场合。例如，用于凸版印刷和照相凹版印刷，这时可在该圆筒的外表面上例如可以利用激光作出包括凹部的浮雕花纹，或者，还可用作曲面印刷的印刷平板的一个薄的金属支承，该支承可以安装在一个通气滚子(an air roller)上和从该滚子上取下。这种形式的薄壁空心圆筒的其他应用尤其包括作为转移涂层和油墨的转移介质；如作为一种电成形模型的导电圆筒；也可用作任意方式驱动的滚子上的具有特殊摩擦/滑动性质的表面的一种涂层材料的转移装置。在许多这些应用场合中，重要的是可以用激光来加工圆筒材料，因为这表示圆筒壁厚必需不超过确定的上限。另外，在某些印刷应用场合，该圆筒不是在整个圆周表面被支承，而只是支承在圆筒的末端(例如，支承在末端圆环上)。但在另一些应用场合中，如果圆筒的长度较大，则这种形式的薄壁圆筒必需要有足够的刚性(在纵向上)，以便容易搬运该圆筒，使圆筒不会损坏以及圆筒的弯曲在可以接受的范围内。另外，例如在曲面印刷中，当利用空气使圆筒的直径增大时，很难使小直径的镍制圆筒在滚子上浮起。这种形式的小直径的镍制圆筒较难制造。另外，薄的镍制圆筒容易变皱。然而，壁厚较大、因而也是不容易变皱的圆筒价格昂贵，并且更难浮起。薄壁金属圆筒经常是将圆筒推压在一起，成为卵形进行运输和储存的。然而，这只有在圆筒具有一定的直径才可能。因此，持续需要有一种性质经过改善的、便于使用、运输和(暂时)储存的圆筒。如上所述，根据NL-A-8802144，一般通过加入填充物和/或纤维，通常可以使塑料的机械性质更稳定。然而，该荷兰专利申请没有说明如何可以提高塑料的机械性质的稳定性。美国专利US-A-3981237公开了一种用塑料材料例如聚酯制造的转动式印刷的筛网。塑料材料可以填充一种增强材料，例如玻璃纤维。这种转动式印刷筛网是由用传统的挤压方法制成的管子坯料制造的，然后经过在轴向双向上拉伸。这些填充物材料为(短的)割断的纤维，该纤维即使在轴向双向拉伸后，仍随机地分布在塑料材料中。因此，该纤维最大的体积密集度为40％。然而，这样制造的筛网的强度和刚性有许多需要改进的地方。该管子坯料可用激光发射穿孔，形成筛网孔。另外，还应指出，日本专利JP-A-11278817公开了一种由碳纤维增强的材料制成的圆筒结构。考虑到在利用Czochralski方法生产单晶硅的装置中，作为一个绝缘圆筒使用的情况，该圆筒结构的壁厚较大。上述其他专利公开物中公开的壁厚较厚的空心圆筒不适合上述的应用场合。在先前的技术中，一般认为不可能用纤维增强的塑料材料来制造直径较大和壁厚较小(最多约1mm)，同时具有上述应用场合所要求的机械和化学性质的空心圆筒。另外，已知由于塑性变形的影响，在负载作用下，塑料材料比金属(例如镍)更容易变形。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种由纤维增强的塑料材料制成的薄壁空心圆筒，该圆筒的壁厚可允许用高能辐射处理成一个中间产品，同时其刚性对于许多其他应用场合是足够的，该圆筒可以与任意的支承一起使用和/或任意转动。本专利技术的另一个目的是要提供一种由这种形式的纤维增强的塑料材料制成的薄壁空心圆筒，与在上述荷兰专利申请第8802144号中所述的，由(纤维增强的)塑料材料制成的印刷印版比较，该圆筒的机械性质得到改善。本专利技术提供一种由纤维增强的塑料材料制成的薄壁空心圆筒，其包括至少一个层，该层上的纤维排列在至少一个方向上，其总的壁厚dtot在0.010至1mm(10至1000μm)范围内，并且比值dtot/D≤0.0025，式中D为圆筒的直径(mm)。根据本专利技术，已经证实可以制造一个非常薄的套筒，其最大壁厚为1mm，具有可以加工得很光滑的且尺寸公差很精确的一个连续外表面，对其所需材料很少。除此之外，应当指出，在许多情况下，不需要进一步加工。优选的是，圆筒总的壁厚dtot在0.010至0.700mm范围内较好，更优选的是在0.020至0.300mm范围内。例如，当壁厚为80μm时，圆筒的最小直径为32mm，当壁厚为1000μm时，圆筒的最小直径为400mm。圆筒的横截面优选是圆形的，其D/L比小于1，其中L为圆筒长度mm。根据本专利技术的重量轻的圆筒非常适合于用作在诸如胶板印刷的快速回转的滚筒或滚子上的套筒，例如对于胶版印刷，这时，该套筒不会由于离心力而脱离滚子。通过适当地选择没有屈服点或屈服点高的塑料材料(一种或多种)和纤维类型(一类或多类)，可以制造不容易变皱的圆筒。与金属特别是镍比较，一般地，塑料更耐腐蚀，并能更好地抵抗化学品的作用。如果根据本专利技术的圆筒用在腐蚀性的介质中，例如在印刷时，则以上性质是有利的。当给定以上定义的壁厚与直径的比值时，可以不需将多个根据本专利技术的圆筒推压在一起，成为卵形，也容易运输和储存。该圆筒可很容易做成无缝的，因此，没有由焊缝造成的不均匀性。与金属圆筒比较，采用本专利技术的圆筒容易进行诸如切割和穿孔等加工。加入有在一个方向排列的纤维(以下称为单向纤维)的单个塑料层具有各向异性的弹性性质，即其性质依赖于负载作用的方向。在该说明书中，纤维增强的塑料材料是指加入增强纤维的一个塑料基体层。根据本专利技术，这些纤维排列在一个方向上。众所周知，加入纤维一般会改善塑料材料的刚性。可以加入所谓短纤维(也称为“切断纤维”)形式的纤维，也可加入在塑料中任意分布的长纤维和单向纤维。原则上说，使用单向纤维可以得到最大的刚性。另外，带有单向纤维的层的纤维含量最高，因而，就是这些纤维使得这些层的弹性模量可获得最大。如上所述，具有单向纤维的单一一个塑料层具有各向异性的弹性性质。根据本专利技术，利用这种各向异性的现象来限制在各种应用场合出现的，在负载作用方向上的变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由纤维增强的塑料制成的薄壁空心圆筒（１２），它至少包括一个层（２０；３２，３４；３２，４４，４６），该层上具有至少排列在一个方向上的纤维（２２），圆筒的总壁厚ｄ↑［ｔｏｔ］在０．０１０至１ｍｍ范围内，比值ｄ↑［ｔｏｔ］／Ｄ≤０．００２５，式中的Ｄ为圆筒的直径，单位为ｍｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯特J范韦普伦，诺伯图斯FJ埃尔曼斯，托马斯M琼克斯，
申请(专利权)人：斯托克斯克伦斯公司，
类型：发明
国别省市：NL[]