用于伸展纤维束以供预浸料的连续生产的设备及方法技术

本文提供通过对整个装置策略性地采用张力控制及在从动辊与移动纤维束的线速度之间采用较高差速来生产伸展纤维束的设备，以及用于生产伸展纤维、预浸料的方法及从所述方法得到的制造物品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及均匀伸展连续复丝纤维束及单向平行布置以连续生产具有减小的间隙及改进的纤维-树脂分布的预浸料。更明确地说，本专利技术涉及对整个设备采用张力控制及在从动辊的表面圆周速度与纤维束的线速度(或移动速度)之间采用较高差速的设备，以及使用其来获得用于制造具有均匀厚度及极少外观缺陷的纤维增强塑料制品的预浸料材料的方法。
技术介绍
所属领域众所周知增强纤维经基质树脂浸溃的预浸料，且其被广泛用于比如飞机及汽车材料、医用材料、及供运动及休闲用的成形材料(例如钓杆、高尔夫球杆、羽毛球拍、网球拍等)等多种工业/高性能领域。生产具有较小厚度不规则性的较均匀的预浸料为优选的且对于总体产品质量至关重要。为实现此目的，必需于形成预浸料时，在用基质树脂浸溃增强纤维束之前展开(即伸展)增强纤维束，以减小增强纤维束的厚度及使基质树脂充分填充增强纤维束的单根纤维之间的空隙。因此，有效并适当展开或伸展未加工的增强纤维束的技术对于生产具有均匀厚度、减小的纤维间的间隙及适当纤维-树脂分布的预浸料至关重要。所属领域已知用于伸展纤维束及/或制造预浸料的不同设备及方法，且包括例如美国专利第4，495，017号、第5，042，122号、第5，182，839号及第6，743，392号中所描述的设备及方法。另外，一般已知张力是用于伸展含复丝的纤维束的原动力。因此，较高的张力通常引起束中纤维的较宽伸展。然而，张力过高会因纤维相对于树脂的渗透率减小、纤维拧成绳·状及纤维的损坏(由此导致起毛)或纤维的断裂而使浸溃变得困难。张力增加也增加整个设备中的力及转矩，而导致工艺成本增加。因此，需要进一步改进用于伸展具有复丝的多股相邻纤维束以连续生产预浸料的设备及方法。均匀伸展连续复丝纤维束及单向平行布置所述伸展纤维以连续生产具有经减小的间隙及经改进的纤维-树脂分布的预浸料的设备及方法将是所属领域中一个有用的进步且可在工业中快速地被接受。
技术实现思路
现已发现连续复丝纤维束可于较低张力下均匀地伸展，由此增加对树脂的渗透性，减小间隙而防止拧成绳状(roping)，并减少因损坏而导致的起毛，从而提供优异的预浸料产品且最终提供由其制造的优异的制造物品。这些改进是通过针对整个伸展设备策略性地采用张力控制来实现。此进展驱使纤维束的张力达到极高，然后使其降低，以致通过在整个设备中采用中等张力，增加纤维伸展，无需采用另外认为是实现所述目标所需的极高张力。另外，也已显示在从动辊棒与移动纤维束之间采用较高差速可改进纤维伸展力学。因此，在一方面中，本专利技术提供一种用于生产伸展纤维束的设备，所述设备具有张力控制模块，所述模块包括配置成一系列静态棒的张力增大单元及配置成一系列从动辊的张力减小单元，其中所述静态棒及从动辊配置成垂直于直接缠绕接触这些系列的静态棒及从动辊的表面的移动纤维束的方向，且其中所述从动辊的圆周表面速度是以所述移动纤维束的线速度的至少3倍操作。在另一方面中，本专利技术提供用于生产伸展纤维束的方法，所述方法采用本文所述设备，通过使纤维束以直接缠绕接触一系列静态棒及/或从动辊的表面的方式移动，并通过以相对于所述移动纤维束的速度的较高差速操作所述从动辊来控制通过所述设备的所述纤维的张力，由此伸展所述纤维束。本文中详细描述的本专利技术也涉及预浸料的生产。因此，在另一方面中，本专利技术提供用于连续生产经单向布置且具有纤维间均匀分布的轧制预浸料的方法，所述方法是通过集成本文中所述设备作为复合加工机器的一部分，使多股相邻纤维束以直接缠绕接触一系列静态棒及/或从动辊的表面的方式移动，通过以相对于移动纤维束的速度的较高差速操作所述从动辊来伸展这些多股相邻纤维束，并用预定量的树脂浸溃所述伸展纤维束来进行。 在其它方面中，本专利技术提供通过使预定量的树脂浸入根据本文中详细描述的方法制得的伸展纤维束中来生产预浸料的方法。在另一方面中，本专利技术提供根据本文中详细描述的方法制得的预浸料，以及由根据所述方法制得的预浸料制造的制造物品。在另一方面中，本专利技术提供一种具有两个或两个以上根据本文中详细描述的本专利技术的纤维伸展装置的复合加工系统，其中每一伸展装置位于不同路径中且接收不同组的多股相邻纤维束。从结合附图及实例的本专利技术不同方面的以下详细描述将了解本专利技术的这些及其它目的、特征及优点。附图说明图I提供根据本专利技术一个实施例的设备的侧视图，其中可见具有复丝的单一纤维束，其直接缠绕接触一系列静态棒及从动辊的表面，以提供具最佳张力且经均匀分布的伸展纤维。图2为根据本专利技术另一实施例的设备的透视图，所述设备提供张力调节单元作为设备的一部分。图3为根据本专利技术的设备的另一实施例的透视图，所述设备被提供作为复合加工机器的组件。此装备可用于进行根据本专利技术的连续生产轧制预浸料的方法。在所描述的特定实施例中，两个根据本专利技术的纤维伸展装置位于不同路径中且各自可用以接收缠绕在定位于一个或一个以上张力线架(图中未示)上的多个线轴上的一组多股相邻纤维束。所述纤维伸展装置位于所述张力线架的下游及复合加工系统(比如具有浸溃构件的预浸料加工机器)的上游。具体实施例方式本专利技术提供一种通过对整个伸展装置策略性采用张力控制及在从动辊与纤维束的线速度之间采用较高差速来生产伸展纤维束的设备，以及用于生产伸展纤维及预浸料的方法及由其制造的制造物品。如上所概述，已发现可通过对整个伸展设备策略性采用张力控制及在辊棒表面与纤维线速度之间采用较高差速来极大地改进所属领域已知的纤维伸展机械。张力为伸展复丝纤维束的主要因素，但其也为(例如张力过高)导致拧成绳状、减小树脂浸溃的渗透率以及比如起毛(也称为起球)、堆积性间隙(Pilling gap)、纤维无序等缺陷的主要因素。增加、维持且然后减小整个伸展循环中的张力提供了防止拧成绳状及其它非所要的纤维性质，而且最大化伸展，由此展开纤维束并控制(即增加或减小)树脂浸溃的渗透率的必需方式。当辊棒的表面速度与纤维束的线速度/移动速度的比率增加超过2倍时，观察到伸展的明显增益。然而，所述增益以对数行为衰减。纤维伸展力学的改进最终引起预浸料产品及由其制得的物品的改进，因为厚度的均匀度及间隙的出现以及纤维-树脂分布对于总体产品质量至关重要。设各因此，在一方面中，本专利技术提供一种用于生产伸展纤维束的设备，其具有张力控制模块，所述模块包括经配置为一系列静态棒的张力增大单元及经配置为一系列从动辊的张力减小单元，其中所述静态棒及从动辊是经配置为垂直于直接缠绕接触这些系列的静态棒 及从动辊的表面的移动纤维束的方向，且其中所述张力增大单元的从动辊是以使得它们的圆周表面速度为所述移动纤维束线速度的至少3倍的方式操作。用于根据本专利技术的设备中的纤维束为由大量单丝(例如，6K/束，12K/束，或更多)构成的纤维束，且优选其为由连续长丝束构成的纱或丝束。例如，所述纤维束可包括(但不限于)有机纤维，比如聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等；有机耐热纤维，比如芳族聚酰胺(例如，Kevler (美国杜邦公司(Dupont，U· S.))纤维、聚氟烃纤维、酚树脂(Kynol ;美国卡波丹姆公司(Carb0nrandam，U. S.))纤维、聚酰胺-酰亚胺纤维、聚酰亚胺纤维等；人造纤维及天然纤维；无机纤维，比如玻璃纤维、氮化硼纤维、碳纤维(包括碳质纤维、石墨化纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.11 US 61/333,4611.一种用于生产伸展纤维束的设备，其包括 张力控制模块，所述模块包括 i)配置成一系列静态棒的张力增大单元 '及 )配置成一系列从动辊的张力减小单元， 其中所述静态棒及从动辊是垂直于直接缠绕接触所述静态棒及从动辊的表面的移动纤维束的方向定位，且其中所述从动辊的圆周表面速度为所述移动纤维束的速度的至少3倍。2.根据权利要求I所述的设备，其中所述移动纤维束是选自碳、玻璃、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺及其组合。3.根据权利要求I或2所述的设备，其中所述移动纤维束包括多重相邻束。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其进一步包括位于与所述第一设备不同的路径中的第二张力控制模块，其中包括多股多重相邻纤维束的第二移动纤维束直接缠绕接触所述第二设备的静态棒及从动辊的表面。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述移动纤维束的最终伸展宽度最高可达所述纤维束的原始宽度的3. 5倍。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述张力增大单元由选自以下各项的部件交替提供张力线架；以比所述移动纤维束的速度慢的速度操作的一个或一个以上低速从动棍；及低速从动棍与静态棒的组合。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其进一步包括含有一系列从动辊及静态棒的张力调节单兀。8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述张力减小单元是由一系列从动棍提供。9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述从动辊的圆周表面速度介于所述移动纤维束速度的3到100倍范围内。10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述从动辊的圆周表面速度介于所述移动纤维束速度的3到50倍范围内。11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述从动辊的圆周表面速度介于所述移动纤维束速度的3到25倍范围内。12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述从动辊的圆周表面速度介于所述移动纤维束速度的3到10倍范围内。13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述静态棒及/或从动辊包括表面形态。14.根据权利要求13所述的设备，其中所述表面形态与所述从动辊及静态棒的方向呈轴线关系。15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其进一步包括至少一个耙。16.根据权利要求15所述的设备，其中所述耙位于所述张力增大单元的上游。17.根据权利要求15或16所述的设备，其中所述耙位于所述张力增大单元与所述张力减小单元之间。18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其进一步包括经定位以加热所述移动纤维的至少一个加热源。19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述设备为复合加工机器的组件且位于线架的下游及浸溃系统的上游。20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其中所述设备为织机的组件且位于线架的下游及复合加工机器的上游。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·沃尔登·容克尔，肖恩·迈克尔·波赫，平·伊，斯科特·阿尔弗雷德·罗杰斯，托马斯·A·凡霍恩，
申请(专利权)人：氰特科技股份有限公司，
类型：
国别省市：