CN101218087A - 聚合物/wucs毡片及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种由被介电干燥的增强纤维束和粘合纤维形成的短切原丝毡片。该增强纤维可成形为约10－约500束特克斯的潮湿增强纤维束。该增强纤维可由单短切长度为约1－约1.5英寸(约2.54－约3.81cm)或多短切长度为约1/2－约2英寸(约1.27－约5.08cm)的纤维构成。粘合材料可以为任何一种具有低于增强纤维的熔点的熔点的热塑或热固性材料。可通过介电干燥潮湿增强纤维、混合增强和粘合纤维、粘合增强和粘合纤维以形成短切原丝毡片、压紧毡片、冷却毡片并将毡片缠绕在连续辊上，来形成该短切原丝毡片。该短切原丝毡片包含有均匀或近似均匀分布的粘合纤维和被干燥的增强纤维束。

Description

聚合物/WUCS毡片及其形成方法
技术领域
本发明总体上涉及强化复合产品，更特别地涉及由被介电干燥的增强纤维束和粘合材料形成的短切原丝毡片。还给出了一种形成该短切原丝毡片的方法。
背景技术
玻璃纤维可用于各种工艺。例如，玻璃纤维被普遍用作聚合物基体中的增强物以形成玻璃纤维强化塑料或复合材料。玻璃纤维已经以连续或短切单丝、原丝、无捻粗纱、纺布、无纺布、网织品和纤维网格布的形式被用于增强聚合物。本领域公知的是，与非强化聚合物相比，玻璃纤维强化聚合物复合材料具有更高的机械性能。因此，玻璃纤维强化复合材料可获得更好的尺寸稳定性、拉伸强度和模量、挠曲强度和模量、抗冲击能力和抗蠕变性。
典型地，通过漏板或孔板将熔化的玻璃拉成单丝，然后向单丝施加包含有润滑剂、偶合剂和成膜粘合剂树脂的施胶组合物，从而形成玻璃纤维。水溶性的施胶组合物可防止纤维发生单丝间磨损和提高玻璃纤维与其中使用该玻璃纤维的基体之间的相容性。在施加了施胶组合物(sizing composition)之后，纤维可被集成一根或多根原丝并卷成一包，或者纤维被短切同时被弄湿和收集。然后，收集的短切原丝可被干燥和固化以形成干燥短切纤维，或者它们可以在潮湿的状态下作为潮湿短切纤维被卷装。
纤维性毡片，其为纤维性无纺增强件的一种形式，极其适于作为用于多种合成塑料复合材料的增强件。被干燥的短切玻璃纤维原丝(DUCS)被普遍用作热塑物品中的强化材料。可轻易地将这些被干燥的短切玻璃纤维送入传统机器中且轻易地将其用于传统方法中，诸如干法成网工艺。在传统干法成网工艺中，短切被干燥的玻璃纤维、用空气将其吹到输送机或筛网上，并将其合并以形成毡片。例如，让干躁短切纤维和聚合物纤维悬浮在空气中，并作为松散的网被收集在筛网或多孔滚筒上，然后被合并以形成随机取向的毡片。
潮湿短切纤维通常被用于湿法成网工艺中，其中潮湿短切纤维分散在水浆料中，所述水浆料可含有表面活性剂、粘度改性剂、消泡剂或其它化学药剂。一旦将短切玻璃纤维加到浆料中，就搅拌浆料以使纤维分散。然后将含有纤维的浆料沉积到移动的筛上，并除去大部分水以形成纤维网。然后施加粘合剂，并将所得到的毡片干燥以除去剩余的水和使粘合剂固化。所形成的无纺毡片为分散独立的玻璃单丝的组件。
干法成网工艺特别地适于生产高度多孔的毡片，且适合用于希望在所得到的毡片中有开放结构以允许快速渗透各种液体或树脂的情况下。然而，这种传统干法成网工艺趋于产生在其整个表面区域上重量分布不均匀的毡片，尤其是在与用传统湿法成网工艺形成的纤维网相比时更是如此。此外，与用在湿法成网工艺中的潮湿短切纤维相比，使用干燥短切纤维处理起来更加昂贵，因为干燥短切纤维通常是在短切之前在分开步骤中干燥和卷装。
对于在形成复合材料部件中的某些增强用途而言，希望形成这样的纤维毡片，其中毡片包括敞开的多孔结构(如在干法成网工艺中那样)且具有均匀的重量(如在湿法成网工艺中那样)。然而，传统的潮湿短切纤维不能被用于传统干法成网工艺。例如，潮湿短切纤维往往会成块或彼此粘结和/或粘在加工装置上，这会导致制造装置停止运转和使制造生产线停止。此外，传统干法成网工艺通常使用空气流将干燥短切原丝输送到移动的筛网或输送网带上。潮湿短切纤维不能以受到充分控制的方式分散在这种空气流中以得到具有良好纤维分散性的毡片。
在玻璃纤维原丝被收集在络纱机上时或在在线处理期间，已经在干燥玻璃纤维原丝方面作了一些尝试，以改善对玻璃纤维的处理以及随后加工的不均匀性。这样的干燥尝试包括将高频介电系统用于干燥玻璃原丝和/或短切玻璃纤维，其一些实例在下面给出。
Roscher的美国专利3,619,252公开了一种方法，其用水溶性弹性组合物涂敷和浸渍玻璃纤维，然后通过高频电加热来干燥玻璃纤维以除去大致所有的水同时基本不影响弹性固体。
Kallenborn的美国专利3,619,538公开了一种工艺和装置，其使用诸如介电加热这样的高频电加热来干燥多根潮湿的或充满水溶性人造橡胶溶液的涂层玻璃纤维原丝。
Nakazawa等人的美国专利4,840,755描述了一种用于生产具有高密度的紧密短切原丝的方法和装置。在让短切原丝沿承载板移动时，通过从该短切原丝下侧施加的热空气或通过高频波加热将其干燥。
Blough等人的美国专利6,148,641描述了一种装置和方法，其通过直接沉积从短切装置中喷入干燥腔室中的潮湿、短切原丝来提供连续的纤维原丝，从而生产出被干燥的短切原丝。该干燥腔室可以是为本领域技术人员所公知的任一种连续或批处理式干燥器，诸如电、气体、紫外线、介电或流化床干燥器。
考虑到以上内容，在本领域需要一种节约成本且高效的用于形成无纺毡片的工艺，其中所述无纺毡片具有大致均匀的重量分布和敞开的多孔结构，可被用于生产强化复合材料部件且可使用潮湿短切原丝。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种由增强纤维束和粘合材料形成的薄型、无纺短切原丝毡片。增强纤维的合适实例包括玻璃纤维、玻璃棉纤维、天然纤维和陶瓷纤维。在短切原丝毡片中，增强纤维的量可占总纤维重量的约60％-约90％。优选地，增强纤维束为大约10-大约500特克斯。在优选实施例中，增强纤维为已经使用介电干燥炉使其大致变干的潮湿增强纤维，诸如湿用短切原丝玻璃纤维。粘合材料可以是其熔点低于增强纤维的任何一种热塑或热固性材料。
本发明的另一个目的在于提供一种形成薄型、无纺短切原丝毡片的方法。在形成该短切原丝毡片时，诸如通过让潮湿增强纤维穿过介电炉(其中高频率交替变化电场使潮湿的增强纤维变干或大致变干)，对潮湿增强纤维束(诸如湿用短切原丝玻璃纤维)进行介电干燥。通过第一纤维传送系统将被干燥的增强纤维束送入成形罩。第二纤维传送系统将热塑性粘合材料送入成形罩。纤维传送系统可相互从动以得到粘合材料与增强纤维的匹配比例。在成形罩中通过高速空气流将被干燥的增强纤维和粘合材料混合在一起。在真空或空气吸入系统的帮助下，被干燥的增强纤维和粘合材料的混合物在成形罩内被向下拉动且被拉在移动的输送装置上，以形成随机但大致均匀分布的被干燥的增强纤维束和粘合纤维的片材。然后让该片材通过热粘合系统以粘合被干燥的增强纤维和粘合材料并形成短切原丝毡片。可让短切原丝毡片通过压紧系统，在该系统中短切原丝毡片优选地被压紧成其厚度在约1/16-约1/2英寸的范围内。可以通过让短切原丝毡片穿过冷却系统以对短切原丝毡片作进一步处理，然后通过卷绕装置将其卷成连续卷以用于储存。
本发明的另一个目标在于提供一种形成以聚合物毡片为粘合材料的薄型、无纺短切原丝的方法。通过第一纤维传送系统，将已在诸如介电炉中得到介电干燥的潮湿增强纤维放在成形罩中。优选地，潮湿增强纤维成形为大约10-大约500特克斯的增强纤维束。通过成形罩内产生的高速空气流使被干燥的增强纤维悬浮。第一聚合物毡片被放置在输送装置上且被引入成形罩内。被干燥的增强纤维被向下拉动并沉积在第一聚合物毡片上。结果得到了其上具有大致均匀分布的被干燥的潮湿增强纤维束的聚合物毡片。然后让该聚合物/玻璃毡片通过热粘合系统以粘合被干燥的增强纤维的一部分和形成第一聚合物毡片的聚合物材料。第二聚合物毡片可选择性地放在被干燥的增强纤维束层，以使被干燥的增强纤维束夹在第一和第二聚合物毡片之间。第一和第二聚合物毡片可由同样的聚合物形成，或它们可由不同的聚合物形成，这要取决于所需要的应用。
本发明的优点在于，使用被介电干燥的潮湿短切玻璃纤维提供了优于目前用于干法成网工艺的传统低特克斯粗纺纤维产品的成本优势。因此，使用被介电干燥的潮湿短切玻璃纤维允许以较低的成本制造短切原丝毡片。
本发明的另一个优点在于，介电干燥潮湿增强纤维提供了一种将水从潮湿增强纤维中除去的经济方法，因为潮湿增强纤维可以在较低的净纤维温度(net fiber temperature)下快速被干燥。此外，介电干燥潮湿增强纤维还提高了纤维与纤维之间的粘合力且减少了束与束之间的粘连。
本发明的又一个优点在于，通过介电干燥在较低的温度下将潮湿增强纤维中的水分除去，可减少玻璃纤维上的表面化学物质的化学反应。
本发明的还又一个优点在于，使用介电炉允许在不采用搅动纤维的动作方法的情况下对潮湿增强纤维进行干燥。没有搅动也就消除了纤维磨损，而由于干燥炉内的高空气流速和纤维材料在床上的机械运动，这种纤维磨损常见于传统流化床和盘式干燥炉。此外，没有搅动极大地增强了维持纤维束的能力。
本发明还有这样的优点，即，介电炉减少了玻璃的褪色，而在使用热干燥工艺装置的情况下会普遍出现玻璃褪色。
通过考虑以下详细说明，本发明的前述和其他目的、特征和优点将在下文中更完全地显露出来。
然而，应清楚地意识到，附图只是用于说明性目的，而不能构成对本发明的范围的限制。
附图说明
通过考虑本发明的以下详细内容，特别地在结合附图的情况下，本发明的优点将显而易见，在图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的短切原丝束的示意图；
图2是对根据本发明的一个方面的使用潮湿增强纤维来形成短切原丝毡片的步骤进行说明的流程图；
图3是根据本发明的至少一个示例性实施例的使用被介电干燥的增强纤维形成短切原丝毡片的工艺的示意图；
图4是根据本发明的至少一个示例性实施例的成形罩的示意图。
具体实施方式
除非另外定义，否则在此使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解相同的意义。尽管与本文所述类似或等效的任何方法和材料在本发明的实施应用或试验中都可以使用，但是在此描述的是优选方法和材料。在此引用的所有参考文献，包括公开的或相应的美国或外国专利申请、授权的美国或外国专利、或任何其它的参考文献，都以参考的方式将其全文(包括出现在所引用的参考文献中的所有数据、表格、图和正文)引入。
在附图中，为了清楚起见可能会夸大线、层和区域的厚度。应注意，在所有附图中发现的系统附图标记都代表相同的元件。在此使用的术语“顶部”、“底部”、“侧面”等都仅是用于解释的目的。将能理解，当一个元件被提及“在另一个元件上”、“在另一个元件附近”或“抵靠另一个元件”时，它可以是直接在另一个元件上、直接在另一个元件附近或直接抵靠另一个元件或者可以有介于它们之间的元件。还将理解，在一个元件被提及“在另一个元件上方”时，它可以是直接在另一个元件的上方，或者可以有介于它们之间的元件。术语“增强纤维”或“加强纤维”在此可以互换使用。术语“粘合纤维”和“粘合材料”在此也可以互换使用。此外，术语“片材”和“毡片”在此可以互换使用。
本发明涉及一种由增强纤维束和有机粘合纤维形成的短切原丝毡片。该短切原丝毡片是例如可作为复合材料物品中的加强件被用于注射成型、拉挤成型工艺、结构树脂注射成型、开模树脂系统、闭模树脂系统、聚合物石膏加固、聚合物混凝土加固、压缩成型、树脂转注成型和真空注射模塑工艺中的薄型无纺毡片。
增强纤维可以是适于提供良好的结构性质的任何类型的有机、无机或天然纤维。合适的增强纤维的优选实例包括玻璃纤维、玻璃棉纤维(wool glass fibers)、天然纤维和陶瓷纤维。短切原丝毡片可以全部由一种增强纤维(诸如玻璃纤维)形成，或作为替换，可使用多种增强纤维来形成该短切原丝毡片。结合本发明使用的术语“天然纤维”是指从植物的任何一个部分(包括但不限于茎干、种子、叶子、根部或内皮)中提取的植物纤维。优选地，增强纤维为玻璃纤维。
增强纤维可以是其个体长度为约1/2-约2英寸、优选地约3/4-约1/2英寸的短切纤维。另外，增强纤维可以由单短切长度为约1-约1.5英寸或多短切长度为约1/2-约2英寸的纤维构成。增强纤维的直径可为约10-约22微米，优选地为约12-约16微米，更优选地为约11-约12微米。优选地，该增强纤维被成形为具有约10-约500特克斯、优选地为约20-约400特克斯、更优选地为约30-约100特克斯的增强纤维束。在图1中举例说明了合适的短切原丝束的实例。如上所述，其中示出的短切原丝束70由具有个体指定长度74和指定直径76的单个单丝72形成。
虽然不希望受到理论限制，但是相信在各束的特克斯达到足够量时，纤维形成通过粘合材料保持在一起的纤维性“棒状物”组合。由这些高特克斯的增强纤维束形成的短切原丝毡片将形成薄型短切原丝毡片，该毡片可在树脂中快速浸湿且相对较薄(特别是在与传统的厚的气流成网毡片产品相比较时)。此外，成束的薄型短切玻璃纤维毡片由沿着纤维轴线捆扎在一起的纤维组成，其中沿纤维轴线可允许短切玻璃毡片具有增长的玻璃含量。在诸如本发明的短切原丝毡片这样的复合材料毡片中，机械和抗冲击性能直接正比于玻璃含量。由于短切原丝毡片具有增长的玻璃含量，因此能够在最终产品中提供更好的机械和抗冲击性能，特别是在与具有分散的纤维和有限的玻璃含量(例如含约20-约30％的玻璃)的传统的厚的干法成网毡片产品相比时。
在短切原丝毡片中，增强纤维可以有彼此不同的长度和直径，且其量可以为总纤维重量的约60-约90％。优选地，短切原丝毡片中的增强纤维的量为重量的约80-约90％。在更优选的实施例中，增强纤维的量为重量的约90％。
粘合材料可以是其熔点低于增强纤维熔点的任何一种热塑或热固性材料。适合用在短切原丝毡片中的热塑和热固性材料的非限制性实例包括聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚亚苯基硫醚(PPS)纤维、聚氯乙烯(PVC)纤维、乙烯乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纤维、低碳烷基丙烯酸酯聚合物纤维、丙烯腈聚合物纤维、部分水解的聚醋酸乙烯酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、苯乙烯丙烯酸脂纤维、聚烯烃、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸脂、人造纤维、尼龙、酚醛树脂和环氧树脂。短切原丝毡片中的粘合材料的量为总纤维重量的约10-约40％、优选地为约10-约20％。在最优选的实施例中，短切原丝毡片中的粘合材料的量为重量的约10％。
此外，粘合纤维可以用酸性基团官能化，例如通过用诸如马来酸或丙烯酸进行羧化，或者粘合纤维可以通过添加酐基或醋酸乙烯酯官能化。粘合材料可以取薄片、颗粒、树脂或粉体形式而不是聚合纤维形式。
粘合材料还可以为诸如双组分聚合物纤维、三组分聚合物纤维这样的多组分纤维形式，或为诸如热固性涂敷玻璃纤维这样的涂塑矿物纤维形式。双组分纤维可以设置成皮芯型、并列型、海岛型(islands-in-the-sea)或裂片型结构。优选地，双组分纤维以皮芯结构成形，其中外壳由大致包围由第二聚合物纤维形成的内芯的第一聚合物纤维形成。不要求外壳纤维完全包围内芯纤维。第一聚合物纤维具有低于第二聚合物纤维的熔点的熔点，以使得在将双组分纤维加热至高于第一聚合物纤维(外壳纤维)熔点温度而低于第二聚合物纤维(内芯纤维)熔点温度的温度时，第一聚合物纤维会软化或熔化，而第二聚合物纤维保持原样。第一聚合物纤维(外壳纤维)的这种软化会导致第一聚合物纤维变得具有粘性并使第一聚合物纤维与它们自身和在其近邻的其它纤维粘合。
可以通过干法成网工艺，诸如本领域技术人员所公知的传统干法成网工艺中的任何一种，来形成短切原丝毡片。在优选的实施例中，用于形成短切原丝毡片的增强纤维是已经用介电干燥炉使其大致变干的潮湿增强纤维。在此使用的短语“大致变干”意为表示潮湿增强纤维是干燥的或接近干燥的。在优选实施例中，潮湿增强纤维是湿用短切原丝玻璃纤维(WUCS)。用作增强纤维的湿用短切原丝玻璃纤维可以通过本领域公知的传统工艺来形成。希望该湿用短切原丝玻璃纤维的含水量为5-30％。更优选地，该湿用短切原丝玻璃纤维的含水量为约5-约15％。
使用被介电干燥的湿用短切原丝玻璃纤维提供了优于目前被用于干法成网工艺的传统低特克斯粗纺纤维产品(诸如无捻粗纱)的成本优势。例如，湿用短切原丝玻璃纤维的制造成本要低于粗纺纤维，因为粗纺纤维要求诸如缠绕、干燥、上架、展开和短切这样的多个制造步骤来得到可被用在生产过程中的纤维。使用被介电干燥的湿用短切原丝玻璃纤维允许以较低的成本制造短切原丝毡片。另外，在无捻粗纱被干燥时，玻璃纤维上的胶料往往会向卷装外部移动，这导致胶料在无捻粗纱卷装上不均匀地分布。无捻粗纱卷装的外部通常被除去并作为废品丢弃。本发明的短切原丝毡片不会引起胶料移动，因此减少了所产生的废品量。
在图2中大体说明了一种使用被介电干燥的增强纤维形成短切原丝毡片的示例性工艺。在此示出的工艺包括：对潮湿的增强纤维进行介电干燥(10)，混合被干燥的增强纤维和粘合材料(20)，粘合增强纤维和粘合材料(30)，压紧短切原丝毡片(40)、冷却短切原丝毡片(50)，和将毡片缠绕到连续卷(60)。
在图3中描绘了根据本发明的示例性实施例的短切原丝毡片的形成和存储。如图3所说明的那样，潮湿的增强纤维100被导入介电炉110。优选地，这些潮湿的增强纤维以成束的形式出现。介电炉110包括在连续两个带有相反电荷的电极之间产生高频率交替变化电场的空间隔开的电极。潮湿的增强纤维在两个电极之间通过并穿过电场，其中高频率交替变化电场用于激励水分子并将其分子能量提升到足以使增强纤维内的水分蒸发的水平。
控制介电炉110内的电场激励量和持续时间以使离开介电炉110的增强纤维大致变干且不粘。通过介电炉110正经受的功耗的闭环反馈，对干燥持续时间进行控制以决定增强纤维为大致干燥的时间。在示例性实施例中，除去超过约70％的自由水(在增强纤维外部的水)。然而，优选地，通过介电炉110除去大致所有的水。应当注意：在此使用的短语“大致所有的水”意思是表示除去所有的或几乎所有的自由水。
介电炉110允许在较低的净纤维温度下快速干燥潮湿的增强纤维100。净纤维温度取决于涂敷玻璃纤维的胶料的化学性能，而胶料又取决于所期望的应用。因此，介电炉110提供了一种将潮湿增强纤维100中的水除去的经济的方法。此外，对潮湿的增强纤维进行介电干燥提高了纤维与纤维之间的粘合力且减少了束与束之间的粘连。介电能量均匀地渗透潮湿短切纤维束并使水分快速蒸发，帮助保持潮湿玻璃束彼此分开。另外，对短切纤维上的胶料进行介电干燥也有助于在随后的加工步骤(诸如模制短切原丝毡片)期间单纤维化(filamentizing)短切原丝毡片中的纤维束以形成美观的成品。介电干燥稍微固化胶料以使得能得到均匀的单纤维化。
通过以较低的温度除去潮湿增强纤维中的水分，可减少表面化学物质(例如胶料)的化学反应。胶料组合物可包括各种成分，这取决于纤维的应用场合。作为一个实例，在施加到玻璃纤维上的胶料中可使用环氧成膜剂，以提供与环氧树脂系统的相容性。在传统干法成网工艺中，由于传统热干燥工艺的干燥时间较长和典型高温，胶料组合物中的成膜剂内的所有或几乎所有环氧官能基都会发生反应。然而，通过以较低的温度和较短的时间周期对玻璃纤维上的胶料进行介电加热，活性环氧官能基保持嵌在玻璃上的胶料内。此外，介电炉的较低温度和干燥胶料所需要的较短干燥时间减少了玻璃的褪色，而在使用热干燥处理装置时会普遍出现玻璃褪色。
介电炉110允许在不采用通常被用来将水分从潮湿纤维中除去的搅动纤维的动作方法的情况下对潮湿增强纤维100进行干燥。没有搅动也就减少或消除了纤维损耗或磨损，而由于干燥炉内的高空气流速和纤维材料在床上的机械运动，这种纤维损耗或磨损常见于传统流化床和盘式干燥炉中。此外，没有搅动极大地增强了介电炉110维持纤维成束和不使纤维原丝单纤维化(在传统侵略式热处理中会使纤维原丝单纤维化)的能力。
一旦被干燥的增强纤维(诸如被干燥的WUCS纤维)离开介电炉110，由第一纤维传送系统120将它们送入成形罩300。在此使用的术语“被干燥的增强纤维”意思是表示已经除去了所有的或几乎所有的自由水的增强纤维。第一纤维传送系统120可以是任何一种以受控的速度将被干燥的纤维(未示出)送入成形罩300中的失重型或连续称量型给料或分配设备。
将通常为纤维包件形式的粘合材料200送入开松系统210以至少部分地将粘合纤维200开松和/或单纤维化(个体化)。开松系统210优选为包件开松机，但是可以是适于开松粘合纤维200包件的任何类型的开松机。开松机的设计取决于被开松的纤维的类型和物理特性。适于用在本发明中的开松机包括任何一种带有或不带有称重设备的传统标准型包件开松机。称重设备用于在部分开松的纤维通过包件开松机时连续地对其进行称重，以监视传递到下一处理步骤中的纤维量。然后，将离开开松系统210的粘合纤维200送入将粘合材料200送至成形罩300的第二纤维传送系统220。纤维传送系统120可从动于纤维传送系统220以提供粘合材料与增强纤维的匹配比例。
在粘合纤维为薄片、颗粒或粉体形式的替换实施例中，可用适于将薄片、粉末或颗粒分配给成形罩300的装置替换开松系统210和第二纤维传送系统220，从而这些树脂质材料可在成形罩300中与被干燥的增强纤维(未示出)混合。本领域技术人员熟知适合的分配装置。
在成形罩300内，被干燥的增强纤维束和粘合纤维200被混合在一起。在图4中说明了成形罩300的一个示例性实施例。在优选的实施例中，纤维在诸如通过风扇(例如burster风扇)在成形罩300内形成的高速空气流中被混合。希望尽可能均匀地将被干燥的增强纤维束和粘合材料200分布在空气流中。进入成形罩300的被干燥的增强纤维和粘合纤维200的比例可通过纤维经过第一和第二纤维传送系统120、220的重量进给速度进行控制。例如，可通过诸如振动盘或称重皮带这样的失重式振动给料器实现对穿过第一和第二纤维传送系统120、220的纤维的控制。在图4所描绘的示例性实施例中，纤维传送系统120、220分别为分配单元125、225和振动式进料器130、230的组合。空气流中被干燥的增强纤维与粘合纤维200的比例优选为90∶10至60∶40，即，被干燥的增强纤维：粘合材料200。
在真空或空气吸入系统320的帮助下，被干燥的增强纤维和粘合纤维200的混合物在成形罩300内被向下拉动且被拉在移动的输送装置310上，以形成随机但大致均匀分布的被干燥的增强纤维束和粘合材料200的片材。传送装置310可以是本领域技术人员所熟知的任何一种合适的传送机(例如输送网带)。然后让片材通过热粘合系统400以粘合被干燥的增强纤维束和粘合纤维200。在热粘合时，使用粘合纤维200的热塑性质，在加热时形成其与被干燥的增强纤维的粘合。片材以所需要的比例和重量分布包含有大致均匀分布的被干燥的增强纤维和粘合纤维210。纤维的均匀或大致均匀分布改善了短切原丝毡片450的强度以及声学和热性能。在此使用的短语“纤维大致均匀分布”和“大致平均分布的纤维”意思是表示纤维均匀地或平均地分布、或近似均匀地或平均地分布。
在热粘合系统400中，片材被加热至比粘合材料200的熔点高但比被干燥的增强纤维的熔点低的温度。在双组分纤维被用作增强纤维200时，将热粘合系统400中的温度提升至比外壳纤维的熔点高但是比增强纤维的熔点低的温度。将粘合纤维200加热至高于其熔点的温度、或者在粘合纤维200为双组分纤维的情况下将粘合纤维200加热至高于外壳纤维的熔点的温度，使得粘合纤维200(或外壳纤维)变得有粘性且将粘合纤维200和被干燥的增强纤维束粘合在一起。如果粘合纤维200完全熔化，那么熔化的纤维会将被干燥的增强纤维束包封起来。只要热粘合系统400内的温度没有被升至与增强纤维和/或内芯纤维的熔点一样高，那么这些纤维将在热粘合系统400和短切原丝毡片450内保持纤维形式。
热粘合系统400可包括任何一种在本领域公知的加热和粘合方法，诸如烘箱粘合法、红外加热法、热压延法、带式压延法、超声波粘合、微波加热和加热滚筒。可选地，可组合使用这些粘合方法中的两种或多种方法以粘合片材中的纤维。热粘合系统400的温度根据所使用的粘合纤维200的熔点和片材中是否存在双组分纤维变化。然而，热粘合系统内的温度可以为约200-约350摄氏度。由热粘合系统400形成的短切原丝毡片450包括均匀或近似均匀分布的粘合纤维200和被干燥的增强纤维束。
可让短切原丝毡片450通过压紧系统500，在该系统中毡片优选地被压紧成约1/16-约1/2英寸(约0.158-约1.27cm)的厚度。压紧系统可以是一系列辊或单个压紧轧辊组。压紧辊可包括带有间距控制系统的一套涂铬辊，其中冷却水循环通过这些辊以使表面保持在约50-约70的温度范围内。
也可让短切原丝毡片450通过冷却系统600。冷却系统可包括传送带和移动传送带的驱动器，诸如马达。鼓风机装置(未示出)可被布置在传送带下方以产生例如从顶部到底部地穿过短切原丝毡片450的抽入和吸入空气。空气优选地在环境温度下被吸入，并被用来使短切原丝毡片450的温度达到室温。或者，可通过冷却旋管(未进行说明)吸入空气以降低空气温度和提高对短切原丝毡片450的冷却效果。然后可通过缠绕装置700将短切原丝毡片450缠绕在连续辊(未示出)上以存储为日后使用。任何传统缠绕装置均适用于本发明。短切原丝毡片450以及在下文中描述的玻璃聚合物毡片可被用于许多非结构化的声学应用中，诸如用于医疗仪器、办公室的屏风和隔板、天花板、建筑面板；还可被用于半结构化应用，诸如例如休闲汽车的顶部衬板、机罩衬板、底板衬板、装饰板、行李架、天棚、仪表盘结构、门内板、或壁面板或车顶板。
在替换实施例(未图示)中，诸如由第一纤维传送系统120将上述已被介电干燥的潮湿增强纤维放入成形罩300内，并通过在成形罩300内产生的高速空气流使其悬浮。优选地，潮湿的增强纤维成形为10-500特克斯的束。可以让该潮湿增强纤维束200通过产生电场并对该潮湿纤维进行干燥的介电炉110或其它装置。然后可将被干燥的潮湿增强纤维束传送至成形罩300。第一聚合物毡片(未图示)可被放在传送装置310上并在入口350(在图4中示出)处被引入成形罩300。第一聚合物毡片可以是由随机取向的聚合物纤维形成的毡片。合适的聚合物纤维包括但不限于聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚亚苯基硫醚(PPS)纤维、聚氯乙烯(PVC)纤维、乙烯乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纤维、低碳烷基丙烯酸酯聚合物纤维、丙烯腈聚合物纤维、部分水解的聚醋酸乙烯酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、苯乙烯丙烯酸脂纤维、聚烯烃、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸脂、人造纤维、尼龙、酚醛树脂和环氧树脂。
在真空或其它类型的吸入装置的帮助下，被干燥的潮湿增强纤维束被向下拉动并沉积在第一聚合物毡片上。从而得到在其上具有大致均匀分布的被干燥的潮湿增强纤维束的聚合物毡片。然后可以让聚合物/玻璃毡片通过热粘合系统400以粘合被干燥的增强纤维束和形成第一聚合物毡片的聚合物材料。热粘合系统400内的温度是可变的，且取决于形成聚合物毡片的聚合物组分。该温度要足够高以使聚合物毡片中的聚合物材料至少部分熔化并将被干燥的潮湿增强纤维和聚合物材料粘合在一起以形成聚合物/玻璃毡片。然后可以如在上文中所描述的那样，压紧、冷却和卷起聚合物/玻璃毡片。
第二聚合物毡片(未示出)可被布置在被干燥的潮湿增强纤维束层上，以使得被干燥的潮湿增强纤维束夹在第一和第二聚合物毡片之间。第一和第二聚合物毡片可由同样的聚合物形成，或它们可由不同的聚合物形成，这要取决于所需要的应用。可通过上述热粘合方法将第二聚合物毡片粘贴在强化纤维上。
在已经总体地描述了本发明之后，本发明通过参考在下文中所列举的某些具体实例可得到进一步的理解，所述具体实例除非另有说明，否则仅仅是提供用于举例说明的目的，而不希望被理解为是排它性的或限制性的。
实例
实例1-纤维束的一体性
根据表1的胶料组合物被合成并通过圆柱形施胶辊施加到通过具有2052个尖端的尖端板(tip plate)处于70磅/小时的玻璃套筛生产量下的13μm的纤维上。
表1
  材料   固体(％)   输入比例   实际比例   克/100克   接收总量
  PD-166(a)   54.5   0.53   0.585   280.79   515.22
  醋酸   100   0.006   0.007   3.18   3.18
  A-1100(b)   58   0.015   0.016   7.95   13.7
  PVP K-90(c)   22   0.33   0.364   174.83   794.7
  Emery6760L(d)   50   0.025   0.028   13.25   26.49
  D.M.Water   0   14646.71
  总计   0.906   1   480   16000
(a)PD-166是来自HB Fuller的聚醋酸乙烯乳液。
(b)A-1100是可从General Electric Silicones Division购得的氨基硅烷。
(c)PVP K-90是得自International Specialty Products的聚乙烯吡咯烷酮溶液。
(d)Emery 6760L是得自Cognis的聚乙烯亚胺-脂肪酸润滑剂。
玻璃原丝被分成16段以提供约40特克斯的原丝特克斯。该原丝被CB73切断器切成1.25英寸(3.175cm)长，并被放入塑料盆中。然后在PSC杂散场RF(介电)炉中对该短切原丝进行干燥，以约每小时30磅(lb/hr)的速度将其含水量从约15％降至约0％。所得到的纤维束块很容易地被分成(裂成)单个纤维束。含水量的测定值小于0.5％(重量)。该单个纤维束的特点为表现出极好的纤维束硬度。
然后手动将约300克的纤维束送入“预成形器”(一种称为预型件、具有用于制作玻璃毡片的大量向下空气流的封闭盒)。该数量足以提供约1盎司/平方英尺的面积密度。手动将E-240-8毡片粘合剂(从AOC购买的带有过氧化苯甲酰催化剂的磨成粉末状的热固性聚酯粘合剂)喷撒在毡片上。将毡片送到强制通风的450烘箱内10分钟。取出毡片并使其冷却。对该毡片进行测定，其表现出极好的纤维束一体性和强度。
实例2-介电干燥和气流成网毡片
根据表2的胶料组合物被混合并通过圆柱形施胶辊施加到通过具有2052个尖端的尖端板处于70磅/小时的玻璃套筛(glass bushing)生产量下的16μm的纤维上。
表2
  材料   固体(％)   输入比例   实际比例   克/100克   接收总量
  HP3-02(a)   32.0   0.75   0.939   302.44   945.13
  醋酸   100.0   0.006   0.008   2.420   2.42
  A-1100(b)   58.0   0.0375   0.047   15.12   26.07
  K-12(c)   100.0   0.005   0.006   2.02   2.02
  D.M.Water   0   0.00   6024.36
  总计   0.7985   1.0   322   7000.00
(a)HP3-02是得自Hydrosize有限公司的溶于水的(inwater)聚亚安酯分散体。
(b)A-1100是可从General Electric Silicones Division购得的氨基硅烷。
(c)K-12是可从AOC购得的聚乙烯亚胺-脂肪酸润滑剂。
玻璃原丝被分成16段以提供约70特克斯的原丝特克斯。该原丝被CB73切断器切成1.25英寸长。该短切纤维被放入塑料盆中并在PSC杂散场RF(介电)炉中得到干燥，其中以约每小时30磅的速度将其含水量从约15％降至约0％。所得到的纤维束块很容易地被分成(裂成)单个纤维束。含水量的测定值小于0.5％(重量)。将该纤维束放入塑料袋中。然后将袋倒转以测定纤维束彼此分散程度和纤维束相互流过程度。经视觉检查测定，单个纤维束可以非常容易地流动并得到很好地分散。
然后手动将约300克的纤维束送入“预成形器”(一种叫做预型件的、具有用于制作玻璃毡片的强烈的向下空气流的封闭盒)。该数量足以提供约1盎司/平方英尺的面积密度。手动将E-240-8毡片粘合剂(从AOC购买的带有过氧化苯甲酰催化剂的磨成粉末状的热固性聚酯粘合剂)喷撒在毡片上。将毡片送到强制通风的450烘箱内10分钟。取出毡片并使其冷却。该短切原丝毡片显示出极好的纤维束一体性和强度。
在上文中已经泛泛地和针对一些具体实施例对本申请的发明进行了描述。尽管已经就相信为优选实施例的内容对本发明进行了陈述，但是可以在泛泛公开的内容中选择本领域技术人员所公知的各种替换方案。除了下面所述的权利要求书之外，本发明不受另外的限制。

Claims (20)

1.一种无纺短切原丝毡片，其包括：
被介电干燥的潮湿增强纤维束；以及
热塑性粘合材料，其具有低于所述被介电干燥的潮湿增强纤维束的熔点的熔点，所述热塑性粘合材料与所述被介电干燥的潮湿增强纤维束的至少一部分粘合，所述被介电干燥的潮湿增强纤维束大致均匀地分布在整个所述短切原丝毡片上。
2.如权利要求1所述的短切原丝毡片，其中所述潮湿增强纤维包括选自玻璃纤维、玻璃棉纤维、天然纤维和陶瓷纤维中的至少一个。
3.如权利要求2所述的短切原丝毡片，其中所述短切原丝毡片的压紧厚度为约1/16-约1/2英寸(约0.158-1.27cm)。
4.如权利要求2所述的短切原丝毡片，其中所述被介电干燥的潮湿增强纤维束的束特克斯为约10-约500。
5.如权利要求4所述的短切原丝毡片，其中所述潮湿增强纤维的长度为约1/2-约2英寸。
6.如权利要求2所述的短切原丝毡片，其中所述热塑性粘合材料选自：聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚亚苯基硫醚纤维、聚氯乙烯纤维、乙烯醋酸乙烯酯/氯乙烯纤维、低碳烷基丙烯酸酯聚合物纤维、丙烯腈聚合物纤维、部分水解的聚醋酸乙烯酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯吡咯烷酮纤维、苯乙烯丙烯酸脂纤维、聚烯烃、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸脂、人造纤维、尼龙、酚醛树脂和环氧树脂。
7.一种形成无纺短切原丝毡片的方法，其包括以下步骤：
对潮湿增强纤维束进行介电干燥以形成被干燥的增强纤维束；
混合所述被干燥的增强纤维束和具有低于所述被干燥的增强纤维束的熔点的熔点的热塑性粘合材料，以形成所述被干燥的增强纤维束和所述热塑性粘合材料的混合物；
将所述混合物沉积在传送装置上以形成片材，所述片材包含有在整个所述片材上大致均匀分布的所述被干燥的增强纤维束和所述热塑性粘合材料；以及
粘合所述被干燥的增强纤维束和所述热塑性粘合材料以形成短切原丝毡片。
8.如权利要求7所述的方法，其中对所述潮湿增强纤维束进行介电干燥的所述步骤包括：
将所述潮湿增强纤维束引入介电炉，其中让所述潮湿增强纤维束穿过高频率交替变化电场并使其变干。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述混合步骤包括：
将所述被干燥的增强纤维束和所述热塑性粘合材料传送到成形罩，在所述成形罩中所述被干燥的增强纤维束和所述热塑性粘合材料被分散在空气流中。
10.如权利要求8所述的方法，其中在所述沉积步骤中，通过布置在所述传送装置的与所述混合物相对的一侧的真空系统使混合物沉积在所述传送装置上。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述粘合步骤包括：
将所述片材加热至足以熔化所述热塑性粘合材料的至少一部分的温度，其中所述热塑性粘合材料变得有粘性且将所述被干燥的增强纤维束的至少一部分和所述热塑性粘合材料粘合在一起。
12.如权利要求7所述的方法，还包括这些步骤：
压紧所述短切原丝毡片；以及
冷却所述被压紧的短切原丝毡片。
13.如权利要求12所述的方法，还包括一步骤：
将所述被冷却的、压紧的短切原丝毡片缠绕在连续辊上。
14.一种形成复合材料毡片的方法，其包括以下步骤：
对潮湿增强纤维束进行介电干燥以形成被干燥的增强纤维束；
将所述被介电干燥的增强纤维束沉积在聚合物毡片上，所述聚合物毡片由聚合物粘合材料形成，所述聚合物粘合材料的熔点低于所述被介电干燥的增强纤维束的熔点；以及
粘合所述被干燥的增强纤维束和所述聚合物粘合材料以形成复合材料毡片。
15.如权利要求14所述的方法，还包括一步骤：
在所述干燥步骤之后，将所述被干燥的增强纤维束传送到成形罩，在所述成形罩中所述被干燥的增强纤维束被分散在空气流中。
16.如权利要求15所述的方法，还包括一步骤：
在所述沉积步骤之前，将所述聚合物毡片放置在所述成形罩内的传送装置上。
17.如权利要求15所述的方法，其中对所述潮湿增强纤维束进行介电干燥的所述步骤包括：
将所述潮湿增强纤维束引入介电炉中，在该介电炉中让所述潮湿增强纤维束穿过高频率交替变化电场并使其变干。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述粘合步骤包括：
将所述被干燥的增强纤维束和所述聚合物毡片加热至足以熔化所述聚合物粘合材料的至少一部分的温度，其中所述聚合物粘合材料变得有粘性且将所述被干燥的增强纤维束的至少一部分和所述聚合物粘合材料粘合在一起。
19.如权利要求16所述的方法，其中通过布置在所述传送装置的与所述聚合物毡片相对的一侧的真空系统，使所述被干燥的增强纤维束沉积在所述聚合物毡片上。
20.如权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：
压紧所述复合材料毡片；
冷却所述复合材料毡片；以及
将所述被冷却的、压紧的复合材料毡片缠绕在连续辊上。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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