用于制造由连续纤维制成并用热塑性聚合物浸渍的纤维材料的方法技术

用热塑性聚合物基质浸渍由连续纤维制成的纤维材料，所述纤维材料包含热塑性上浆聚合物，并且在浸渍之前具有初始宽度。该方法包括扩展步骤，该扩展步骤借助于至少两个张力构件(E)和用于加热张力构件和/或纤维材料的加热系统SC进行，该扩展是初始宽度的1.5至5倍。经扩展的纤维材料在与热塑性聚合物基质接触之前借助于冷却系统冷却至低于热塑性上浆聚合物的Tg。物的Tg。物的Tg。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造由连续纤维制成并用热塑性聚合物浸渍的纤维材料的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于制造由连续纤维制成并用热塑性聚合物浸渍的纤维材料的方法。
[0002]更具体地，本专利技术涉及一种用于制造经浸渍的纤维材料的方法，该经浸渍的纤维材料包括由连续纤维制成的纤维材料和至少一种热塑性聚合物基质，所述纤维材料通过至少一种上浆热塑性聚合物上浆(sized，施胶)，并且在其用所述热塑性聚合物预浸渍之前具有初始宽度l，并且所述方法包括在预浸渍步骤之前铺展所述纤维材料的步骤。其还涉及上述方法用于制造校准条带的用途，所述校准条带适用于制造三维复合材料部件以及适用于复合材料部件本身。
[0003]在本说明书中，术语“纤维材料”被理解为意指增强纤维的集合。在使所述纤维材料成形之前，其为粗纱的形式。在其成形之后，其为条带、条或片材的形式。它们的集合构成单向增强材料或织物或非织造物(NCF)。
[0004]在本说明书中，术语“条”用于表示其宽度大于或等于400mm的纤维材料的条。术语“条带”用于表示校准宽度为小于或等于400mm的条带。
[0005]在连续增强纤维上用热塑性聚合物，特别是高粘度的热塑性聚合物浸渍以制备预浸渍的热塑性条带的品质要求在浸渍过程期间完全控制经浸渍的聚合物的量和该聚合物在连续增强纤维的粗纱内的分布品质。
[0006]文献EP1172191描述了一种包括上浆料和热塑性基质的复合材料部件以及用于制造所述部件的方法。
[0007]文献US5895622也描述了一种包括上浆料和热塑性基质的复合材料部件以及用于制造所述部件的方法。
[0008]文献EP3170638也描述了一种包括上浆料和热塑性基质的复合材料部件以及用于制造所述部件的方法。
[0009]现有技术中的许多专利申请，诸如WO2018/229114、WO2018/234436、WO2018/234439和EP 2788408，将纤维的铺展描述为用于在最终条带上的纤维内获得聚合物浸渍的均匀品质的基本参数。特别地，参考常规的浸渍方法，诸如粉末的水性或基于溶剂的分散，而且尤其是粉末在流化床中的预浸渍，在带走聚合物的步骤期间，换言之，在预浸渍罐中浸渍期间，具有纤维粗纱的高度的铺展是必要的。这种铺展不仅必须显著，而且必须在纤维粗纱的宽度上是均匀的，并且在预浸渍罐中随着时间的推移是一致的，以确保最终条带的浸渍的良好品质和良好一致性。
[0010]通常，增强纤维(诸如碳纤维)的铺展是经由机械、气动和/或振动系统产生的。这些方法的主要缺点是在粗纱内产生纤维错位(通过吹出或抽吸进行铺展)和/或通过施加过高的横应力对纤维造成机械损伤。
[0011]这些常规系统的使用通常不足以保持足够且充分均匀和一致的铺展，特别是对于上浆的纤维而言。对于具有热塑性上浆料的纤维尤其如此。这是因为这种热塑性上浆料通常是致密的和弹性的，因此在外部应力下仅允许轻微变形。此外，由于这种浆料在室温下充
当纤维粗纱的长丝之间的粘合剂，因此很难实现具有这种类型的上浆料的粗纱的良好铺展。因此，由这种类型的传统系统在上浆的热塑性纤维粗纱上产生的铺展很差，在纤维粗纱的宽度上不均匀，并且仅是短暂的并且难以维持。因此，随着时间的推移，它并不一致。
[0012]这种铺展必须尽可能靠近预浸渍罐产生以使其有利，并且在该预浸渍步骤期间也必须保持在一定水平，而不会机械损坏纤维或使粗纱内的纤维错位。此外，目前使用的系统通常庞大和/或不适合于工作条件和环境(粉末、溶剂、水、温度等)。因此，它们不能尽可能靠近，或甚至不能在预浸渍系统内。
[0013]因此，需要一种能够避免上述问题的方法。
[0014]本专利技术涉及一种用于制造经浸渍的纤维材料的方法，该经浸渍的纤维材料包括由连续纤维制成的纤维材料和至少一种热塑性聚合物基质，其特征在于，所述纤维材料通过上浆热塑性聚合物上浆，并且在其用所述热塑性聚合物预浸渍之前具有初始宽度l，所述方法包括在预浸渍步骤之前铺展所述纤维材料的步骤，所述铺展步骤借助于至少两个张力装置(E)和至少一个用于加热所述张力装置和/或所述纤维材料的加热系统SC进行，在所述纤维材料与所述张力装置接触地通过之后，所述铺展在初始宽度l的1.5至5倍之间，所述经铺展的纤维材料在放置成与预浸渍系统中的所述热塑性聚合物基质接触以进行预浸渍步骤之前借助于冷却系统冷却至低于上浆热塑性聚合物的Tg，当所述纤维材料放置成与预浸渍系统中的所述热塑性聚合物基质接触时，所述铺展是一致的并且总是表现出初始宽度l的1.5至5倍。
[0015]术语“上浆”表示在制造有机种类(nature)(诸如热固性树脂或热塑性树脂)期间对纤维材料施加的表面处理。
[0016]在本专利技术的上下文中，所述纤维材料因此用热塑性树脂上浆，所述热塑性塑料树脂可以是半结晶的(例如基于PEEK、PEKK或聚酰胺的上浆料)或无定形的(例如，基于PEI或聚酰胺的上浆料)。
[0017]热塑性树脂特别是通常具有低摩尔质量的聚酰胺PA6或PA66。上浆料也可以是聚丙烯(PP)类型，特别是对于玻璃纤维。
[0018]所述纤维材料包含最高达3重量％的所述上浆热塑性树脂。
[0019]术语“铺展”表示如下的因素(factor)：纤维材料(或粗纱)的宽度相对于所述粗纱的初始宽度l通过其增加，也就是说，当所述粗纱进入执行铺展步骤的系统时。显然，这是平铺的粗纱的平均宽度(无论是指初始宽度还是铺展后的宽度)，所述平均宽度是通过对在几个轴(spools)上在不接触(激光、LED等)的情况下获得的测量值进行平均来确定的。初始宽度不一定对应于粗纱在卷轴11的出口处的宽度。
[0020]铺展步骤在预浸渍步骤之前进行，这意味着铺展步骤要么在预浸渍系统上游进行，并且因此在所述系统外部进行，要么在预浸渍系统内部进行，并且因此在系统内部但在纤维材料被放置成与以固体或液体(熔融或溶解)形式或以悬浮液形式的热塑性聚合物接触之前进行。
[0021]铺展借助于用于加热纤维材料或所述张力装置E或两者的加热系统SC，在如上所述位于预浸渍系统外部或内部的所存在的各种张力装置E上进行。
[0022]铺展取决于所用的纤维材料和各种线性基重或标题(title)或滴定(titration)或“tex”和/或粗纱中的数量。
[0023]当所述纤维材料与所述张力装置E接触地通过时，其要么被所述加热系统SC直接加热，所述加热系统SC因此放置在张力装置上方，要么被所述张力装置加热，所述张力装置因此自身配备有加热系统SC，或者被两者加热。
[0024]加热所述纤维材料允许上浆料软化，从而导致所述纤维材料的更宽铺展，然后在整个所述铺展步骤中保持这种铺展。在最后一个张力装置上方通过之后获得的铺展取决于所使用的材料，但在最后一个张力装置上方通过之后的铺展因子在与所述第一个张力装置接触的纤维材料的宽度的1.5至5倍之间。
[0025]所使用的加热温度必须高于所述热塑性聚合物的Tg以引起上浆料的软化，但如果所使用的热塑性聚合物是半结晶的，则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制造经浸渍的纤维材料的方法，所述经浸渍的纤维材料包括由连续纤维制成的纤维材料和至少一种热塑性聚合物基质，其特征在于，所述纤维材料通过上浆热塑性聚合物上浆，并且在其用所述热塑性聚合物预浸渍之前具有初始宽度l，所述方法包括在预浸渍步骤之前铺展所述纤维材料的步骤，所述铺展步骤借助于至少两个张力装置(E)和至少一个用于加热所述张力装置和/或所述纤维材料的加热系统SC进行，在所述纤维材料与所述张力装置接触地通过之后，所述铺展在初始宽度l的1.5至5倍之间，所述经铺展的纤维材料在放置成与预浸渍系统中的所述热塑性聚合物基质接触以进行预浸渍步骤之前借助于冷却系统冷却至低于所述上浆热塑性聚合物的Tg，当所述纤维材料放置成与所述预浸渍系统中的所述热塑性聚合物基质接触时，所述铺展是一致的并且总是表现出初始宽度l的1.5至5倍。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热系统SC和所述至少两个张力装置(E)位于所述预浸渍系统的外部或内部。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加热系统SC和所述至少两个张力装置(E)位于所述预浸渍系统的外部，并且所述预浸渍步骤是用选自流化床、通过喷嘴的喷射、水性分散体和熔融路线的系统进行的，特别是在高速下，特别地预浸渍是在流化床中进行的。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加热系统SC和所述至少两个张力装置(E)位于所述预浸渍系统的内部，并且所述预浸渍步骤是用选自流化床、通过喷嘴的喷射和水性分散体的系统进行的，特别地预浸渍是在流化床中进行的。5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少两个张力装置(E)传导热量，并且加热装置SC存在并集成在所述至少两个张力装置(E)中。6.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少两个张力装置(E)传导热量，并且加热装置SC存在于所述至少两个张力装置(E)上方用于加热纤维材料和所述至少两个张力装置(E)。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述至少两个张力装置(E)传导热量，并且加热装置SC1存在并集成在所述至少两个张力装置(E)中，并且加热装置SC2存在于所述至少两个张力装置(E)上方用于加热纤维材料和所述至少两个张力装置(E)。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述张力装置(E)中的至少一个可以被冷却以控制所述纤维材料的温度。9.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少两个张力装置(E)不传导热量，并且加热装置SC2存在于所述至少两个张力装置(E)上方用于加热纤维材料。10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，其特征在于，所述至少两个张力装置(E)是凸面、凹面或圆柱形形状的压辊，优选圆柱形的压辊。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，与所述纤维材料接触的辊的数量范围为2至20个、特别是2至12个、特别是2至9个、优选6至9个。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述压辊共同旋转和/或反向旋转。13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述压辊是振动的。14.根据权利要求10至13中的一项所述的方法，其特征在于，所述压辊具有使与增强纤维的摩擦最小化的表面处理和/或表观表面粗糙度。
15.根据权利要求10至14中的一项所述的方法，其特征在于，所述辊彼此分开小于30cm的距离，特别是在D/2+1mm至30cm之间的距离，D是辊的直径。16.根据权利要求10至15中的一项所述的方法，其特征在于，所述最后一个辊与所述增强纤维与后续方法的元件之间的接触点之间的距离小于30cm。17.根据权利要求1至16中的一项所述的方法，其特征在于，所述热塑性聚合物是非反应性热塑性聚合物。18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，其包括加热所述预浸渍的纤维材料以熔化基质的热塑性聚合物并最终完成所述纤维材料的浸渍的步骤。19.根据权利要求1至16中的一项所述的方法，其特征在于，基质的所述热塑性聚合物是能够根据所述由预聚物所带的链端与自身或另外的预聚物反应，或者与扩链剂反应的反应性预聚物。...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：