带状干燥纤维增强体制造技术

一种带状干燥纤维增强体，“有间隙的UD增强体带”，提供了通过包括由至少一个粘合剂层保持的分离的纤维丝束层而形成的通道或流动路径。因此，获得了用基体对纤维的更快的润湿，由此可以节约地生产改进的复合材料。还公开了用于产生有间隙的UD带的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带状干燥纤维增强体本专利技术的
本专利技术涉及带状干燥纤维增强体(tape-likedryfibrousreinforcement)，诸如用于复合材料的增强体。本专利技术还涉及用于生产此类带状干燥纤维增强体的方法和装置。背景纤维增强体(又称为纤维增强体或纤维预制件)用于形成复合材料，诸如纤维增强塑料(FRP)，其中纤维增强体嵌入热固性或热塑性基体诸如环氧树脂、乙烯基酯或聚酯、PEEK和PP中。此类复合材料是有用的并且通常用于许多不同应用，诸如航天、航空、汽车、船舶、建筑业、弹道护体和运动器材。一种类型的增强体被称为多轴增强体(multiaxialreinforcement)或非卷曲织物(NCF)，其由平行纤维的多个堆叠/堆制成，所述堆叠/堆各自相对于另一个位于不同的方向或轴——因此产生术语“多轴的”。这些层通常通过缝合结合(stitch-bonding)(通常用聚酯线)来稳定化以形成织物。在NCF以及许多其他类型的增强体中，有时会存在得到某些取向的层的问题，诸如在生产过程中的零度方向或平行于织物的轴向方向或拉紧方向，因为在生产过程中难以保持此类层的完整性。此外，此类型的增强体的一般问题是，增强体中的完全稳定或密集填充的纤维阻碍基体流动，引起纤维的不充分的浸渍，从而难以或甚至不可能形成复合材料。可选择地，在多轴取向的纤维堆不稳定的情况下，增强体变得难以处理，这也使得复合材料的形成变得困难。相同申请人的US6539983公开了一种编织织物，例如可用作增强体，并且包括带状经纱和纬纱。在一些实施方案中，带被提供有织构，例如被穿孔或压花。在其他示例中，带被提供有一层或若干层纤维。相同申请人的EP1838909也公开了一种使用部分稳定的带状经纱和纬纱制造的编织增强体。该增强体是非常有用的，例如它提供优异的悬垂性。此外，EP2152454公开了一种具有两个单向纤维表面的增强体，其通过将粘合剂置于其中间的方式相互连接。然而，在许多类型的增强体中，诸如在上述NCF中，浸渍等可能仍然是有问题的，例如由于渗透困难。因此，存在改进的带状纤维干燥增强体的需求，解决上述问题，并且能够实现改善用树脂浸渍和/或在多轴结构中的更多方向。专利技术概述因此，本专利技术的一个目的是提供一种带状干燥纤维增强体以及用于其生产的方法和装置，该方法和装置减轻上述问题中的至少一些，并且优选地减轻全部上述问题。此目的通过如所附权利要求中所界定的增强体、方法和装置来实现。根据本专利技术的第一方面，提供了一种带状干燥纤维增强体，诸如用于复合材料的增强体，其包括至少一个纤维/纤丝层和至少一个多孔粘合剂层，所述纤维/纤丝层具有布置在彼此并排布置的多个大体上单向的丝束中的多个纤维/纤丝，每个丝束包括多个大体上单向的纤维或纤丝，所述粘合剂层通过表面连接附接到该至少一个纤维/纤丝层的丝束，其中所述至少一个纤维/纤丝层的丝束彼此分离开分离通道。在本专利技术的上下文中，纤维带状增强体是指纤维/纤丝的布置，其中纤维/纤丝的取向方向是其长度方向，纤维/纤丝组的较大的横向方向是其宽度方向，并且纤维/纤丝组的较小的横向方向是其厚度方向；厚度与宽度之比小于1并且长度尺寸也大体上大于宽度和厚度二者。此外，干燥纤维增强体是指例如使用从可商购获得的线筒(bobbin)/卷轴(spool)获得的标准纤维所制造的所述带，其中此类纤维具有施加在其上的胶料(sizing)和其它表面处理剂。此外，在本申请的上下文中，“丝束(tow)”是指一束纤维/纤丝，并且通常是普通的丝束，但是还包括展开丝束(spreadtow)、扁平丝束和展开丝束带。所有这些将在下文中被称为丝束。因此，在每对相邻的丝束之间形成分离通道。丝束优选地布置成相对直的布置，沿带状增强体的长度方向彼此平行地延伸，并且因此，分离通道也优选地彼此平行地布部署，并且沿带状增强体的纵向方向延伸。因此，新的增强体可以被称为有间隙的增强体或有间隙的UD(UniDirectional)带/增强体。多孔粘合剂层提供并保持有间隙的UD带状增强体的平行布置和完整性，并确保丝束和分离通道保持在适当的位置。分离通道优选地在整个长度上具有相对均一的宽度。然而，在大多数应用中，分离宽度的一些变化是可接受的，并且甚至分离通道的偶尔的全部闭合对于某些应用可以是可接受的。本专利技术的专利技术人已经发现，通过布置由分离通道分离的丝束，获得了用途非常广泛的增强体。多孔粘合剂层提供柔性且可悬垂的增强体(flexibleanddrapablereinforcement)，其在制造和随后的处理和使用期间都是稳定的并且保持其形状和性质。此外，多孔粘合剂层和分离通道一起为基体或树脂提供非常有效的流动路径，以在增强体内以及由此类增强体形成的结构中渗透和扩散。它们还能够使方便且快速地去除夹带的空气。这反过来加速并改善了基质对纤维的润湿，并且结果改善了由此形成的复合材料的机械性能和质量。通过提供渗透路径，特别是通过由分离通道提供的此类路径的宽度，树脂的渗透也变得非常可控。形成至少一个纤维/纤丝层的丝束的纤丝/纤维优选包括碳、玻璃、陶瓷、芳族聚酰胺、PBO的纤维和/或其它高性能聚合物纤维。丝束可以包括相同或不同的纤维。此类纤维的共混物也可以用于丝束中的一个或若干个中。特别地，包括碳纤维/纤丝的丝束或由碳纤维/纤丝组成的丝束是优选的。分离通道优选具有在0.1mm-1.0mm的范围内，并且优选地在0.2mm-0.8mm的范围内，并且最优选地在0.25mm-0.75mm的范围内，诸如0.5mm的宽度。然而，不需要所有分离通道具有恒定宽度；它们可以相对于彼此具有不同的宽度和/或每个此类分离通道具有变化的宽度。具有足以允许树脂的良好渗透和扩散的足够宽的通道是重要的。同时，太宽的通道可能导致形成树脂池，这使得所得复合材料劣化。已经发现，超过0.1mm并且特别是0.2mm或0.25mm的通道宽度提供了非常有效的基体/树脂的渗透/扩散。同时，已经发现，使用1mm，优选地最大0.8mm，诸如0.75mm的最大分离宽度足以阻碍引起终产品劣化的树脂池/袋的产生。因此，已经发现通过使用在这些非常具体的范围的任一个以内的分离宽度，可以获得树脂的快速且良好的渗透和扩散的非常有效的组合以及由此纤维/纤丝的润湿，连同复合材料的良好的机械性能。所述至少一个纤维/纤丝层中的丝束优选地具有在1mm-20mm的范围内，优选地在2mm-15mm的范围内，最优选地在2mm-10mm的范围内，诸如5mm的宽度。然而，不需要所有丝束具有恒定宽度；它们可以相对于彼此具有不同的宽度和/或每个丝束具有变化的宽度。类似地，优选的是，分离通道形成带状增强体的总体积的一部分。优选地，分离通道在带状增强体的一个或更多个层中的组合体积占带状增强体的总体积的1％-20％，并且更优选地占总体积的1％-15％的范围，并且最优选地占1％-10％的范围。带状增强体优选地具有在1cm至2m的范围内，并且优选地在3cm-1.5m的范围内，并且最优选地在10cm-60cm的范围内，诸如30cm的宽度。每个丝束优选地包括在1000-50,000的范围内，并且优选地在1,000-25,000的范围内，并且最优选地在3,000-24,000的范围内的纤丝数量。丝束或纱线，特别是当包括碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带状干燥纤维增强体，诸如用于复合材料的增强体，包括至少一个纤维/纤丝层以及至少一个多孔粘合剂层，所述至少一个纤维/纤丝层具有布置在彼此并排布置的多个大体上单向的丝束中的多个纤维/纤丝，每个丝束包括多个大体上单向的纤维或纤丝，所述至少一个多孔粘合剂层通过表面连接附接到至少一个纤维/纤丝层的所述丝束，其中所述至少一个纤维/纤丝层的所述丝束通过分离通道彼此分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.21 EP 14194313.41.一种带状干燥纤维增强体，诸如用于复合材料的增强体，包括至少一个纤维/纤丝层以及至少一个多孔粘合剂层，所述至少一个纤维/纤丝层具有布置在彼此并排布置的多个大体上单向的丝束中的多个纤维/纤丝，每个丝束包括多个大体上单向的纤维或纤丝，所述至少一个多孔粘合剂层通过表面连接附接到至少一个纤维/纤丝层的所述丝束，其中所述至少一个纤维/纤丝层的所述丝束通过分离通道彼此分离。2.根据权利要求1所述的带状干燥纤维增强体，其中所述至少一个纤维/纤丝层的所述纤维/纤丝包括碳、玻璃、陶瓷、芳族聚酰胺、PBO和/或其它高性能聚合物纤维中的至少一种的纤维/纤丝，或这些纤维中的一些或全部的共混物。3.根据权利要求1或2所述的带状干燥纤维增强体，其中所述分离通道具有宽度，所述宽度在0.1mm-1.0mm的范围内，并且优选地在0.2mm-0.8mm的范围内，并且最优选地在0.25mm-0.75mm的范围内，诸如0.5mm。4.根据前述权利要求中任一项所述的带状干燥纤维增强体，其中所述丝束具有宽度，所述宽度在1mm-20mm的范围内，并且优选地在2mm-15mm的范围内，并且最优选地在2mm-10mm的范围内，诸如5mm。5.根据前述权利要求中任一项所述的带状干燥纤维增强体，其中所述分离通道形成所述带状增强体的总体积的一部分，由此所述分离通道在所述带状增强体中的组合体积占所述带状增强体的总体积的1％-20％，并且更优选地占所述带状增强体的总体积的1％-15％的范围，并且最优选地占所述带状增强体的总体积的1％-10％的范围。6.根据前述权利要求中任一项所述的带状干燥纤维增强体，其中所述增强体具有宽度，所述宽度在1cm-2m的范围内，并且优选地在3cm-1.5m的范围内，并且最优选地在10cm-60cm的范围内，诸如30cm。7.根据前述权利要求中任一项所述的带状干燥纤维增强体，其中每个丝束包括多个纤丝，所述多个纤丝在1000-50,000的范围内，并且优选地在1,000-25,000的范围内，并且最优选地在3,000-24,0...

【专利技术属性】
技术研发人员：马茨·约翰松，奥斯卡·肖斯泰特，弗雷德里克·奥尔松，
申请(专利权)人：泰普纺织瑞典有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE