具有改进的加工特性和粗糙化表面的UD带及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种生产具有表面聚合物层的单向带的方法，所述方法包含步骤：a)提供浸渍浆料，其包含聚合物粒子、水、任选地表面活性剂、任选地有机载体介质、任选地有机化合物和任选地表面活性化合物，和提供具有表面轮廓结构的压制工具，所述表面轮廓结构具有1至20μm，优选2至10μm，更优选3至7μm的表面粗糙度Ra，b)用浸渍浆料浸渍包含单向纤维的单向纤维层以获得包含聚合物粒子的浸渍单向纤维层，c)在浸渍单向纤维层的表面处用所述表面轮廓结构压制以使浸渍单向纤维层内的至少一些聚合物粒子移动到表面上，以在单向纤维层上形成表面聚合物层，和d)获得具有表面聚合物层的单向带。带。带。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的加工特性和粗糙化表面的UD带及其生产方法
[0001]本专利技术涉及具有改进的加工特性和粗糙化表面(roughened surface)的UD带及其生产方法。
[0002]单向带(Unidirectional tapes，“UD带”)是不同宽度的纤维增强带(fiber
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reinforced tapes)，并且多年来为人所知。通常用热塑性聚合物浸渍单向排列的增强纤维，其中增强纤维通常是碳纤维或玻璃纤维。UD带可用于制造与由其它常规材料形成的结构相比具有有利结构特性，如高刚度(stiffness)和高强度(strengths)以及低重量的结构。因此，UD带在广泛的行业，包括汽车、航空航天和消费电子行业中用于各种应用。根据其应用，UD带可能需要满足许多标准，包括与机械性能如强度或刚度、尺寸、重量以及良好的可加工和可成形为复杂形状的性能有关的那些标准。
[0003]UD带的后续加工通常包括熔融UD带中存在的热塑性聚合物以构建多个层片(plies)的内聚堆叠体(coherent stack)或层压件(laminate)。这些工艺包括定位(tacking)、带材放置(tape placement)、带材铺设(tape laying)、固结(consolidation)和焊接(welding)。大多数工艺因此需要存在于相邻UD带的界面处的热塑性聚合物的熔融和相互扩散，以形成完全固结的层压件。
[0004]在UD带领域追求改进的加工能力。这种改进的加工能力意味着对于复杂形状的快速沉积(fast deposition)、固结特性(consolidation characteristics)、热成型行为(thermoforming behaviour)和侧向流动(lateral flow)，以及用于改进加工的粗糙化表面。
[0005]因此在本领域中需要提供具有改进的侧向流动并同时具有用于改进加工的粗糙化表面的UD带。
[0006]在本领域中还需要提供生产具有改进的侧向流动并同时具有用于改进加工的粗糙化表面的UD带的方法。
[0007]因此本专利技术的一个目的是提供具有改进的侧向流动并同时具有用于改进加工的粗糙化表面的UD带。
[0008]本专利技术的一个目的还在于提供生产具有改进的侧向流动并同时具有用于改进加工的粗糙化表面的UD带的方法。
[0009]已经发现，所有上述目的可以通过一种生产UD带的方法解决，所述UD带在单向纤维层的表面具有聚合物层。换言之，通过压制单向纤维层的表面以在单向纤维层上形成粗糙化表面聚合物层来生产UD带，其中粗糙化表面聚合物层提供改进的侧向流动。
[0010]本专利技术因此提供一种生产具有表面聚合物层的单向带的方法，所述方法包括步骤
[0011]a)提供浸渍浆料，其包含聚合物粒子、水、任选地表面活性剂、任选地有机载体介质、任选地有机化合物和任选地表面活性化合物，和
[0012]提供具有表面轮廓结构(surface profile structure)的压制工具(pressing tool)，所述表面轮廓结构具有1至20μm，优选2至10μm，更优选3至7μm的表面粗糙度Ra，
[0013]b)用浸渍浆料浸渍包含单向纤维的单向纤维层(unidirectional fiber layer)以获得包含聚合物粒子的浸渍单向纤维层(impregnated unidirectional fiber layer)，
[0014]c)在浸渍单向纤维层的表面处用所述表面轮廓结构压制以使单向纤维层内的至少一些聚合物粒子移动到表面上，以在单向纤维层上形成表面聚合物层，
[0015]d)获得具有表面聚合物层的单向带。
[0016]本专利技术进一步提供通过根据本专利技术的方法获得的具有改进的加工特性和粗糙化表面的单向带。
[0017]本专利技术进一步具有几个令人惊讶的优点。
[0018]由于形成表面聚合物层，在UD带的表面存在提高的聚合物含量，这进而改进侧向流动和降低层片之间的摩擦以及工具与复合堆叠体之间的摩擦。改进的侧向流动和降低的摩擦提高带材的可成形性，并且允许更快速成形和/或更复杂形状的成形。
[0019]通过用表面轮廓结构压制来定制表面聚合物层还同时能够为UD带提供一定的表面粗糙度，并保持低空隙和均匀的UD带材。
[0020]下面更详细描述根据本专利技术的生产单向带(UD带)的方法。
[0021]本专利技术的方法中所用的浸渍浆料包含聚合物粒子、水、任选地表面活性剂、任选地有机载体介质、任选地有机化合物和任选地表面活性化合物。
[0022]优选地，水是去离子水。
[0023]优选地，有机载体介质包含醇。
[0024]优选地，有机化合物包含消泡剂。
[0025]优选地，表面活性化合物包含表面活性剂。
[0026]此外，提供压制工具，该压制工具具有表面轮廓结构。该表面轮廓结构具有1至20μm，优选2至10μm，更优选3至7μm的表面粗糙度Ra。压制工具压制单向纤维层的至少一个表面，压制工具优选压制单向纤维层的两个表面，即单向纤维层的第一表面和与第一表面相反的第二表面。
[0027]在通过压制工具压制单向纤维层的两个表面的情况下，压制工具包括第一压制工具和第二压制工具。第一压制工具压制单向层的第一表面，而第二压制工具压制与单向纤维层的第一表面相反的第二表面。
[0028]优选地，第一压制工具与第二压制工具相同。
[0029]在步骤b)中，用浸渍浆料浸渍单向纤维层以获得包含聚合物粒子的浸渍单向纤维层。单向纤维层包含单向纤维。这些单向纤维通常布置成以单向取向排列。换言之，多根纤维通常相互平行排列。优选地，单向纤维层的至少75％的纤维以单向取向排列，更优选至少80％，再更优选至少90％，最优选至少95％。单向纤维包含长丝或由长丝组成。形成纤维的长丝数可以不同。通常，单向纤维可由12000或24000根长丝形成。长丝的直径通常为5至7μm。
[0030]单向纤维层具有两个相反的表面，第一表面和第二表面。
[0031]在浸渍步骤b)的过程中，聚合物粒子沉积或粘附在相邻单向纤维和/或单向纤维的相邻长丝之间，也沉积或粘附在单向纤维层的表面上，优选在单向纤维层的两个表面上。换言之，聚合物粒子可以渗透到单向纤维层中并粘附在单向纤维层的表面上，优选在单向纤维层的两个表面上。
[0032]聚合物粒子可具有通常在10μm至500μm，或优选15至100μm，或更优选20至25μm的范围内的粒度。粒度可通过激光衍射分析进行测量，例如使用可购自Microtrac的激光衍射
粒度分析仪S3500。
[0033]步骤b)优选在浸渍浴，即含有浸渍浆料的容器中进行。优选通过将单向纤维层移动通过浸渍浴而用浸渍浆料浸渍单向纤维层。优选在步骤b)的过程中搅拌浸渍浆料。
[0034]本专利技术的方法进一步包括步骤c)：在单向纤维层的表面处用表面轮廓结构压制以使单向纤维层内的至少一些聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产具有表面聚合物层的单向带的方法，所述方法包括步骤：a)提供浸渍浆料，其包含聚合物粒子、水、任选地表面活性剂、任选地有机载体介质、任选地有机化合物和任选地表面活性化合物，和提供具有表面轮廓结构的压制工具，所述表面轮廓结构具有1至20μm的表面粗糙度Ra，b)用浸渍浆料浸渍包含单向纤维的单向纤维层以获得包含聚合物粒子的浸渍单向纤维层，c)在浸渍单向纤维层的表面处用所述表面轮廓结构压制以使浸渍单向纤维层内的至少一些聚合物粒子移动到表面上，以在单向纤维层上形成表面聚合物层，d)获得具有表面聚合物层的单向带。2.根据权利要求1的方法，其中所述聚合物是热塑性聚合物。3.根据权利要求2的方法，其中所述热塑性聚合物包含或由基于聚芳醚酮(PAEK)的聚合物材料、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PESU、PES)或聚砜(PSU)组成。4.根据权利要求3的方法，其中所述基于聚芳醚酮(PAEK)的聚合物材料选自聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)、聚醚醚酮醚酮(PEEKEK)、聚醚醚醚酮(PEEEK)，和聚醚二苯醚酮(PEDEK)、间聚醚醚酮(PEmEK)、其共聚物及其共混物。5.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述单向纤维是碳纤维和/或玻璃纤维和/或石英。6.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述表面聚合物层具有1至20μm的表面粗糙度Ra。7.根据前述权利要求任一项的方法，其进一步包括步骤：e)将单向纤维层...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：东丽先进复合材料，
类型：发明
国别省市：