用于制造CFK构件的、具有单向增大的强度的纱制品制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制造纤维增强的复合材料的幅材状的半成品、一种用于制造半成品的方法以及一种所属的生产设备。半成品包括由未编织的纤维纱(16)构成的至少一个纱层(12，13，14，15)和至少另一个幅材状的纤维层(21，22)制成的局部强化的平叠结构(11)。至少一个纱层(12，13，14，15)主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成，并且纱层(12，13)中包含的纤维(17)具有优选定向(VR)。平叠结构仅通过分层形成，其中至少一个纱层和至少一个纤维层不含附加的宏观支撑件。通过由并排布置的单线制成的幅材状的纱片(23，24)形成另外的纤维层(21，22)。其还主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成并具有单独的纤维取向(FA)。纱制品通过在各种层的纤维之间的局部连接点被局部强化，使得半成品具有高的方向性的强度并且同时具有最大的能打皱性。

Yarn products with unidirectional increased strength for CFK components

The invention relates to a sheet-like semi-finished product for manufacturing fiber reinforced composite materials, a method for manufacturing semi-finished products, and a production equipment to which the invention belongs. The semi-finished product consists of at least one yarn layer (12, 13, 14, 15) made of unwoven fibre yarn (16) and a locally reinforced laminated structure (11) made of at least another sheet-like fibre layer (21, 22). At least one yarn layer (12, 13, 14, 15) is mainly or completely formed of carbon fibers, aramid fibers or mineral fibers such as glass fibers or basalt fibers, and the fibers (17) contained in the yarn layer (12, 13) have preferred orientation (VR). The laminated structure is formed only by layering, in which at least one yarn layer and at least one fibre layer do not contain additional macro support. Additional fibre layers (21,22) are formed by sheet-like yarns (23,24) made of single yarns arranged side by side. It is also mainly or entirely made of carbon fibers, aramid fibers or mineral fibers such as glass fibers or basalt fibers with a separate fiber orientation (FA). Yarn products are locally strengthened by the local connection points between various layers of fibers, which makes the semi-finished products have high directional strength and maximum wrinkle resistance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造CFK构件的、具有单向增大的强度的纱制品
本专利技术涉及一种纱制品(Florprodukt)、特别是一种技术纱制品，用于作为半成品使用来制造纤维增强的复合材料、特别是CFK构件。本专利技术还涉及一种用于制造纱制品的方法以及所属的生产设备。
技术介绍
在实践中，已知使用由一个或更多个纱层制成的纱制品用于制造纤维增强的复合材料。相对于同样已知的纤维织物和纤维条(Fasergelege)，已知的纱制品具有显著改善的能打皱性(3D可变形性)。这特别是由于，包含在纤维纱(Faserflor)中的纤维仅具有相对较小的数量的在单纤维之间的连接点。因此，纱制品可在小的裂纹趋势的情况下并且在没有褶皱形成的情况下在显著更大的周向中打皱，即，在偏离原始制品中的平面延伸的条件下形成任意的三维空间形状。纱制品还提供了可使用较短的纤维和如有必要再生的纤维用于制造纱制品的优点。因此，在制造纤维增强的复合材料时生成的下脚料的大部分或整个下脚料可被再次使用。至今已知的用于制造纤维增强的复合材料的纱制品具有对于在实践中常用的制造方法而言非优化的强度特性。包含在纤维纱中的纤维可具有优选定向。然而，纤维纱中的纤维的不可忽视的份额具有混乱定向，并且因此偏离优选定向，使得沿着优选定向方向的方向性的强度仅多于沿着横向于该优选方向的方向的强度一点点。对于制造由纤维增强的复合材料制成的构件而言，期望部分地显著更高的方向性的强度。专利文献WO2012/059538A1公开了一种可作为半成品用于制造纤维增强的复合材料的的毛毡材料(Vliesstoff)和所属的制造方法。该毛毡材料由织物面材生成，其包括一个或更多个纱分层和增强格。在专利文献WO2012/059538A1中并且根据
中的通用定义，纱分层是由混乱地(wirr)交互交织的单纤维制成的松散的分层，其不被强化。相比之下，毛毡物(Vlies)或毛毡材料是例如通过针刺强化的纱分层。增强格至少包括结构组件“支撑部(Streben)”和“交叉点”。通过如下形成半成品：制造纱分层(未强化)并将该纱分层铺设为幅材；将增强格施加在纱分层上；强化相互重叠地所施加的层，例如通过针刺。根据专利文献WO2012/059538A1制造的半成品具有与纯稀松布(Gelegen)相比稍微改善的能打皱性。然而，半成品强制地包括在增强格的纤维之间的交叉点，其导致局部地不均匀的表面特性。例如，造成了对基体(Matrix)材料的局部地不同的接收能力，并且交叉点导致由半成品待制造的构件的表面上的棋盘图案。专利文献DE3411074A1公开了用于形成纤维毛毡物的一种方法和一种装置。由所供应的纤维流制成的单纤维通过一个或更多个变换(changierende)的计量装置依次铺设在输送带上，以形成纤维毛毡物。在输送带上，还可供应预制的片材，随后在其上通过铺设纤维形成纤维毛毡物。专利文献DE10205829A1公开了一种用于建筑产品的层材料和一种所属的制造方法。上层和下层由毛毡材料形成。在它们之间设置由至少两个单线制成的支撑结构，其中线中的一个以振荡的形式被铺设。在铺设多个单线时，它们被布置为，使得它们至少部分地相互交叉。上层、下层和布置在它们之间的支撑结构相互连接，例如通过粘合、针刺、水刺强化或热粘合。用于上层和下层的毛毡材料通过纺织式毛毡物制造装置(Spinnvliesherstellungseinrichtung)和/或熔喷式毛毡材料制造装置生成，并且相应地包含丝。纺织式和熔喷式方法不适于处理常见的人造纤维(stapelfaser)，其作为承重组件被接纳在起绒的纤维纱中并且用于纤维增强的复合材料。专利文献DE19715740A1公开了一种用于制造毛毡物的方法，毛毡物用于纺织的地板覆盖物(特别是地毯)。由具有出口侧的辊的振动箱将纤维纱铺设到已强化的承载毛毡物或承载织物上。随后将该连接在针织机中再次强化。专利文献DE102009019175A1描述了一种用于制造由纤维式材料制成的增强结构的方法，该纤维式材料具有至少一个毛毡物涂层，其由例如从下脚料废料中获得的再生纤维材料组成。通过首先准备再生纤维的方式来形成增强结构。其进行机械的毛毡物形成。该毛毡物形成包括梳理过程(在其中生成纤维定向)和通过针刺进行的固定或稳定的过程。因此，强化的毛毡物或毛毡材料由再生的纤维制造。除了该单独强化的毛毡层以外，增强结构还可具有单向取向的增强纤维的层，其中这两个层被次级结构贯穿，该次级结构由至少一个线组成并且两个层相互连接，例如，通过这些层被线缝合的方式或通过这些层被织物结构、针织物或编结物贯穿的方式来相互连接。专利文献DE102011000722A1公开了一种用于制造纤维半成品的方法，在其中提供承载材料，所取向的纤维被铺设在该承载材料上并平坦地分布。承载材料可以是毛毡物，即，已经强化的纱制品。具有所施加的纤维的承载材料被供应给具有压光机的挤压段，以将纤维元件与承载材料持久地连接。由专利文献WO2011/101094A1已知一种用于制造由纤维复合材料制成的板状半成品的方法。具有定向的碳纤维的纤维纱与由无尽的纤维材料制成的增强结构在分层布置中在物质上结合。该分层布置被加热，使得包含在分层布置中的热塑性组件软化或熔化。该分层布置被紧凑化(kompaktiert)并且在压力下或在没有附加的机械挤压压力的情况下被冷却地强化。该专利技术的目的在于，提供一种用于技术纱制品的改善的制造技术，该技术纱制品作为平坦或幅材状的半成品用于制造纤维增强的复合材料。该制造技术包括制造方法、用于执行该制造方法的生产设备以及所生产的半成品。
技术实现思路
根据本公开的半成品是具有高的能打皱性和高的单向强度的纱制品。其还具有良好的切割适宜性。半成品或纱制品包括平叠或分层的布置，该布置由未编织的纤维纱构成的至少一个纱层和至少一个另外的纤维层构成。该另外的纤维层堆叠或层叠在至少一个纱层上，并且由幅材状的纱片(Fadenschar)形成。该纱片具有单独的(exklusiv)纤维取向，并且由并排布置的单线形成。因此，附加的纤维层没有交叉点并且与至少一个纱层一样具有表面均匀的特性。堆叠的布置被共同地局部强化，使得半成品形成线增强的毛毡材料。优选地，仅堆叠布置总体上被局部强化。即，或者至少一个所包含的纱层或者至少一个所包含的纤维层经受单独的局部强化过程。以这种方式确保了，利用局部强化所生成的局部连接点基本上均匀分布在半成品的面上，以及基本上均匀分布在堆叠布置的横截面上。由此，实现了基本上均匀分布在半成品上(平面地和在横截面中)的、连接点之间包含的纤维的自由路径长度，使得有利于半成品的一致的能打皱性。除了适度地能打皱性(可变形性)以外，能打皱性的一致性还具有通过根据本公开的半成品实现的特别的优点。因此，半成品为制造由纤维增强的合成材料制成的构件提供了特别良好的可加工性，特别是在形成强烈弯曲的形状的条件下。纤维纱是由单纤维或散纤维(Faserflocken)制成的垫状或幅材状的混合物，其中根据纤维纱的制造方式不同，可存在纤维的优选定向，较大份额的纤维或纤维部分沿着该优选方向取向。在本公开的框架下，纤维纱是由人造纤维机械形成的纤维纱。其特别是起绒的纱，该纱主要或完全由基体人造纤维组成。通过纱片的单独的纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造纤维增强的复合材料的幅材状的半成品，包括局部强化的平叠结构(11)，该局部强化的平叠结构由未编织的纤维纱(16)构成的至少一个纱层(12，13，14，15)和至少另一个幅材状的纤维层(21，22)制成，其中，至少一个纱层(12，13，14，15)和/或至少一个附加的纤维层(21，22)主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成，并且其中，所述纱层(12，13)中包含的纤维(17)具有优选定向(VR)，其特征在于，‑所述平叠结构仅通过分层形成，其中，所述至少一个纱层和至少一个所述纤维层不含附加的宏观支撑件；‑另外的纤维层(21，22)堆叠在所述至少一个纱层(12，13，14，15)上，并且通过由并排布置的单线制成的幅材状的纱片(23，24)形成；‑所述纱片(23，24)具有单独的纤维取向(FA)，以及‑纱制品通过在各种层的纤维之间的局部连接点被局部强化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.26 DE 202016104070.11.一种用于制造纤维增强的复合材料的幅材状的半成品，包括局部强化的平叠结构(11)，该局部强化的平叠结构由未编织的纤维纱(16)构成的至少一个纱层(12，13，14，15)和至少另一个幅材状的纤维层(21，22)制成，其中，至少一个纱层(12，13，14，15)和/或至少一个附加的纤维层(21，22)主要或完全由碳纤维、芳纶纤维或者诸如玻璃纤维或玄武岩纤维的矿物纤维形成，并且其中，所述纱层(12，13)中包含的纤维(17)具有优选定向(VR)，其特征在于，-所述平叠结构仅通过分层形成，其中，所述至少一个纱层和至少一个所述纤维层不含附加的宏观支撑件；-另外的纤维层(21，22)堆叠在所述至少一个纱层(12，13，14，15)上，并且通过由并排布置的单线制成的幅材状的纱片(23，24)形成；-所述纱片(23，24)具有单独的纤维取向(FA)，以及-纱制品通过在各种层的纤维之间的局部连接点被局部强化。2.根据权利要求1所述的半成品，其中，至少另一个所述纤维层(21，22)中的单独的纤维取向(FA)基本上平行于至少一个纱层(12，13，14，15)的所述优选定向(VR)。3.根据权利要求1或2所述的半成品，其中，至少另一个所述纤维层(21，22)中的单独的纤维取向(FA)基本上横向于至少一个纱层(12，13，14，15)的所述优选定向(VR’)。4.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，所述半成品(10)具有根据权利要求2构造的第一纱层(12，13)和根据权利要求3构造的另一纱层(14，15)。5.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，所述纱片(23)包括由人造纤维纱或包芯纱制成的纱线(24)，所述纱线特别包含再生的碳纤维。6.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，所述纱片(23)包括单丝、特别是由丝纱制成的线。7.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，至少一个纱层(12，13，14，15)和/或至少一个附加的纤维层(21，22)至少部分地由如下的纤维形成：即所述纤维在待制造的复合材料中起到作为形成基体的组成部分的作用，特别是由能熔化的合成材料形成。8.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，纱层(12，13，14，15)自身两层或多层地被平铺，特别是具有板层的鳞片式布置。9.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，通过如下方式形成局部连接点：-所述纱制品的各种层(12，13，14，15，21，22)的各个纤维的局部混乱，和/或-所述各种层(12，13，14，15，21，22)的各个纤维之间的粘合点。10.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，纤维层(21)被接纳在两个纱层(12，13)之间。11.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，其中，纱层(12)被接纳在两个纤维层(21，22)之间。12.根据前述权利要求中的任意一个所述的半成品，由两个纱层(12，13，14，15)和一个纤维层(21)形成，-其中，两个纱层(12，13)的所述优选方向(VR)平行于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·莫斯哈默，
申请(专利权)人：奥特发德国科技有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE